JPS5968437A - Automatic operator for straight-line excavation by hydraulic shovel - Google Patents
Automatic operator for straight-line excavation by hydraulic shovelInfo
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- JPS5968437A JPS5968437A JP5047983A JP5047983A JPS5968437A JP S5968437 A JPS5968437 A JP S5968437A JP 5047983 A JP5047983 A JP 5047983A JP 5047983 A JP5047983 A JP 5047983A JP S5968437 A JPS5968437 A JP S5968437A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は油圧ショベルの直線掘削自動運転装置に関する
ものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an automatic linear excavation device for a hydraulic excavator.
油圧ショベルは一般に第1図に示すように、旋回体重に
支持されているブーム2を俯仰させる油圧式のブームシ
リンダc1、ブーム2の先端部に取付けられているアー
ム3を揺動させる油圧式のアームシリンダC2、アーム
3の先端部に取付けられているバケッl−4を傾動させ
る油圧式のバケットシリンダC3をそなえており、各シ
リンダは運転席5に配置されたレバーにより操作される
。単純な掘削作業は、これらの油圧シリンダを順次操作
することによって行なえるが、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バケット4を一定の直線
に沿って動かす場合には、各油圧シリ ・−ンダを同
時に操作しなければならない。従来、このような作業を
行なえるのは非常に熟練した運転者に限られ、はとんど
の場合は手作業に頼っているため作業能率が劣る。As shown in Fig. 1, a hydraulic excavator generally includes a hydraulic boom cylinder c1 that raises and raises a boom 2 supported by the swinging weight, and a hydraulic boom cylinder c1 that swings an arm 3 attached to the tip of the boom 2. It is equipped with an arm cylinder C2 and a hydraulic bucket cylinder C3 for tilting a bucket l-4 attached to the tip of the arm 3, and each cylinder is operated by a lever placed on the driver's seat 5. Simple excavation work can be performed by sequentially operating these hydraulic cylinders, but when moving the bucket 4 along a fixed straight line, such as when finishing a slope or horizontally excavating the bottom of a trench, Each hydraulic cylinder must be operated simultaneously. Conventionally, such work has only been performed by highly skilled drivers, and in most cases the work has been done by hand, resulting in poor efficiency.
本発明の目的は、油圧ショベルにふ・ける上述のような
直線掘削作業を自動的に行なえる運転装置を提供するに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an operating device that can automatically perform the above-mentioned linear excavation work that is performed on a hydraulic excavator.
以下本発明の一実施態様を図面について説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図に示す油圧ショベルにおいて、(以下バケット位
置Fと呼ぶ) PQのような直線にはソ沿った掘削を行
なうためには、バケット4の位置を示す代表点であるア
ーム3の先端部F(以下バケット位置Fという)を可の
ような直線に沿って動かす移動軌跡の制御を行なえばよ
い。アーム先端の移動軌跡の制御はブーム5 リングC
1、アームシリンダC2の同時操作により、また、バケ
ット4の姿勢の制御はバケツI・シリンダC3の操作に
より行なわれる。しかし、通常の直線掘削では掘削範囲
をなるべく広く取るためにバケット操作を行わないこと
も多い。In the hydraulic excavator shown in FIG. 1, in order to excavate along a straight line such as PQ (hereinafter referred to as bucket position F), the tip of arm 3, which is a representative point indicating the position of bucket 4, must be (hereinafter referred to as bucket position F) may be controlled along a moving trajectory along a straight line. The movement trajectory of the arm tip is controlled by boom 5 ring C
1. By simultaneously operating the arm cylinder C2, the attitude of the bucket 4 is controlled by operating the bucket I and the cylinder C3. However, in normal straight line excavation, bucket operations are often not performed in order to widen the excavation area as much as possible.
いま、ブーム2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軸と定めれば、バケット位置Fを表
わす座標(x、y)の値は、アーム3とブーム2との相
対角変位/DCB−α(アームシリンダC2の変位に対
応する角変位)ブームと車体との間の角変位、<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、バケット位置Fを任意の位置(x、
y)に位置決めするときに必要なα、βの値(したがっ
て、ブームシリンダC1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、バケツ)・位
置Fが通過するべき軌跡P′qに沿って座標(x 、”
y )を与えれば、バケット位置Fがp/ Q/に沿っ
て移動する場合に必要な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。Now, if we choose the rotation center O of boom 2 as the origin and set the horizontal direction as the X axis and the vertical direction as the Y axis, the values of the coordinates (x, y) representing the bucket position F will be the same for arm 3 and boom 2. Relative angular displacement of /DCB-α (angular displacement corresponding to the displacement of arm cylinder C2) Angular displacement between the boom and the vehicle body, <AOB
= β (angular displacement corresponding to the displacement of boom cylinder C1) is expressed as a function as a variable, and conversely, if the values of (x, y,) are given, the corresponding values of α and β can be found. . That is, the bucket position F is set to an arbitrary position (x,
It is possible to obtain the values of α and β (therefore, the displacements of the boom cylinder C1 and the arm cylinder C2) necessary for positioning at the position (y). Therefore, the coordinates (x, ”
y), the momentary values of α and β required when the bucket position F moves along p/Q/ can be obtained. Taking these values as input signals, α.
βの値が當に人力信号と一致するようにブームシリンダ
C1およびアームシリンダC2の変位制御を行なえば、
バケット位置Fが実際に通過する移動軌跡はP/ Q/
に一致する。If the displacement of boom cylinder C1 and arm cylinder C2 is controlled so that the value of β exactly matches the human power signal,
The movement trajectory that the bucket position F actually passes is P/Q/
matches.
点Fはバケット位置を示す代表点であり、予め一定角と
して設定されるバケット角変位zEF G −γ(バケ
ツ)・シリンダC3の変位に対する角変位)の大きさに
応じて点Fをバケット4上の任意の所定点に置換して考
えても本発明の構成及び効果は全く変らないことは明ら
かである。 一つぎに、以上のような制御を行
なうための運転装置を第2図について説明する。Point F is a representative point indicating the bucket position, and point F is placed on the bucket 4 according to the magnitude of the bucket angular displacement zEF G -γ (bucket) (angular displacement relative to the displacement of cylinder C3), which is set as a constant angle in advance. It is clear that the configuration and effects of the present invention will not change at all even if the above is replaced with any predetermined point. First, an operating device for carrying out the above-described control will be explained with reference to FIG.
操作盤6は掘削面の勾配を設定するためのダイアル類お
よび掘削速度の大きさを与える操作レバーなどを゛そな
えている。掘削速度は掘削面の勾配に応じて水平方向成
分と垂直方向成分とに分解され、各速度成分に比例した
大きさの電圧信号が演算装置7に送られる。The operation panel 6 includes dials for setting the slope of the excavated surface and an operation lever for specifying the excavation speed. The excavation speed is decomposed into a horizontal component and a vertical component depending on the slope of the excavation surface, and a voltage signal proportional to each speed component is sent to the calculation device 7.
演算装置7では各速度成分を積分してバケット位置F(
X、y)に相当する電圧信号を発生し、そのようなバケ
ット位置に位置決めするに必要な各油圧シリンダの操作
量(入力信号)を演算する。The arithmetic unit 7 integrates each velocity component and calculates the bucket position F(
(x, y), and calculates the operation amount (input signal) of each hydraulic cylinder necessary to position the bucket at such a position.
これらの入力信号はサーボ増幅器8に送られ、それぞれ
の油圧シリンダ変位に対応する角変位を検出器9.10
から検出回路12を介して得られるフィードバック信号
FBと比較される。入力信号IPとフィードバック信号
FBとの間に誤差があると、サーボ増幅器8で増幅され
、その出力によってブームシリンダC1、゛アームシリ
ンダC2、を操作する油圧制御弁13.14を誤差がな
くなる方向に駆動する。このようにして、各油圧シリン
ダの変位は、演算装置7から発生される入力信号12通
りに制御され、自動掘削が行なわれる。These input signals are sent to the servo amplifier 8 and the angular displacement corresponding to the respective hydraulic cylinder displacement is detected by the detector 9.10.
FB is compared with the feedback signal FB obtained from the detection circuit 12 from . If there is an error between the input signal IP and the feedback signal FB, it is amplified by the servo amplifier 8, and the output is used to control the hydraulic control valves 13 and 14 that operate the boom cylinder C1 and the arm cylinder C2 in a direction that eliminates the error. drive In this way, the displacement of each hydraulic cylinder is controlled in accordance with the 12 input signals generated from the computing device 7, and automatic excavation is performed.
第2図に示された操作盤6、演算袋fit、 7につい
てさらに詳しく説明する。The operation panel 6 and calculation bag 7 shown in FIG. 2 will be explained in more detail.
操作盤6は演算装置7で用いる掘削速度の水平方向成分
υX、垂直方向成分υyや、掘削面の勾配角φ(第1図
参照)などに対応する電圧信号を発生する部分である。The operation panel 6 is a part that generates voltage signals corresponding to the horizontal component υX, vertical component υy of the excavation speed, the slope angle φ of the excavation surface (see FIG. 1), etc. used by the arithmetic unit 7.
第5図に操作盤6の中の電気回路を示す。ポテンショメ
ータP1は掘削速度を与えるための操作レバー16に連
動するようになっており、演算増幅器OF+ではレバー
16の操作量に比例した電圧e1を発生する。この電圧
は演算増幅器OP2で符号を反転して−e1となり、e
lと−01はポテンショメータP2の両端に加えられる
。ポテンショメータP2は三角関数発生用のもので、端
子に加えられる電圧を士el、入力軸の回転角をθとす
れば、二つの刷子にe 1cosθおよびe s si
nθに相当する電圧が現われるようになっている。した
がって、入力軸の回転角が掘削面の勾配角φと等しくな
るようにダイアル17でセットすれば、ポテンショメー
タP2の二つの刷子にはelcO8φおよびellll
nφに相当する電圧が発生し、これは掘削速度υに相当
する電圧の水平方向成分υX、垂直方向成分υyになる
。FIG. 5 shows the electric circuit inside the operation panel 6. The potentiometer P1 is linked to the operation lever 16 for giving the excavation speed, and the operational amplifier OF+ generates a voltage e1 proportional to the amount of operation of the lever 16. This voltage is reversed in sign by operational amplifier OP2 and becomes -e1, e
l and -01 are applied across potentiometer P2. Potentiometer P2 is for trigonometric function generation.If the voltage applied to the terminal is el, and the rotation angle of the input shaft is θ, then the two brushes have e 1 cos θ and e s si
A voltage corresponding to nθ appears. Therefore, if the dial 17 is set so that the rotation angle of the input shaft is equal to the slope angle φ of the excavation surface, the two brushes of the potentiometer P2 will have elcO8φ and ellll.
A voltage corresponding to nφ is generated, which has a horizontal component υX and a vertical component υy of the voltage corresponding to the excavation speed υ.
ポテンショメータP3はポテンショメータP2と連動し
て、掘削面の勾配角φを設定するダイアル17で動かさ
れるようになっており、その刷子部には角度φに相当す
る電圧が発生する。The potentiometer P3 is operated in conjunction with the potentiometer P2 by a dial 17 that sets the slope angle φ of the excavated surface, and a voltage corresponding to the angle φ is generated at its brush portion.
このようにして発生された三種類の電圧信号は演算装置
7に送られ、制御系の入力信号を計算するのに用いられ
る。The three types of voltage signals generated in this manner are sent to the arithmetic unit 7 and used to calculate input signals for the control system.
第1図において各部の角度および長さを下記のように定
める。In FIG. 1, the angles and lengths of each part are determined as follows.
/hoc=δ1 1BOX−δ2、II:0CD
=δ3 jFICH=δ4これらの四つの角
は各部の寸法のみによって決まる一定角度である。/hoc=δ1 1BOX-δ2, II:0CD
=δ3 jFICH=δ4 These four corners are constant angles determined only by the dimensions of each part.
jD(1−α /AOB−β
/EFG−γ
これらの三つの角はアームシリンダC2、ブームシリン
ダC1、バケツ)・シリンダC3の変位に対応する角変
位である。jD(1-α/AOB-β/EFG-γ These three angles are angular displacements corresponding to the displacements of the arm cylinder C2, boom cylinder C1, bucket) and cylinder C3.
面−e1 て百=h 府−e3さらに、QC,
CH,PQ、が水平線OX、l!:なす角度を第1図に
示した方向を正にとり、それぞれωl、ω2、φ、また
FGがPQとなる角度をψとする。Surface-e1 Tehyaku=h Fu-e3 Furthermore, QC,
CH, PQ, are horizontal lines OX, l! : Let the angles formed be positive in the direction shown in FIG. 1, and let ωl, ω2, φ respectively, and the angle at which FG becomes PQ be ψ.
まず、バケット位置Fを座標(x、y)なる目標位置に
位置決めするに要するα、βの入力信号を求める演算回
路について述べる。上に定めた記号を用いるとx、y、
α、βなどの間に次式が成り立つ。First, a calculation circuit for obtaining input signals α and β required for positioning the bucket position F to a target position having coordinates (x, y) will be described. Using the symbols defined above, x, y,
The following formula holds between α, β, etc.
x = (J 1cowω1+Il’+cosωz+6
3slnω2(1)y = l 1sinωs + 1
12 sinωz−4−6acosω2(2)、1:β
−δ、−δ2(3)
ω2−(ω1+π)−α−δ3−δ4(4)以上の式か
らα、βの値をx、yの関数値として求めるために最急
降下法を用いて計算する。式1式%(2)
(5)
(6)
のように変形し
P:εX2+εy2 (7
)のような関数を考えると、Pの値が極小となるように
α、βの値を選んでゆくと、εX、εyはゼロすなわち
式(1)、(2)を満足するような解が得られる。x = (J 1cowω1+Il'+cosωz+6
3slnω2(1)y = l 1sinωs + 1
12 sinωz-4-6acosω2(2), 1:β
−δ, −δ2 (3) ω2 − (ω1 + π) − α − δ3 − δ4 (4) Calculate using the steepest descent method to find the values of α and β as function values of x and y from the above equations. . Equation 1 is transformed as %(2) (5) (6) and becomes P: εX2+εy2 (7
), if we choose the values of α and β so that the value of P becomes minimum, we will find a solution such that εX and εy are zero, i.e., satisfying equations (1) and (2). can get.
そこでα、β、Pを時間の関数として、その微分値をと
ると、
・・・・・・・・・・・・(8)
となる。Pが極小値となるためには
P
−≦0 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・(9)dt
の条件が常に成り立つ必要がある。そのため番こは一=
−K(εX忙斗εy倶勺 (10)d
α
dt ンα aα
U= 1((εニー+εアー) たゾしK>0・・・・
・(11)aεX ンey
dt 便 aβ
の条件が満足されればよい。ここに
j−’−= hsinω1−/13coso)z
(12)aα
” ” =−# 2 (!O8ω2−e3!I+nω2
(13))α
Jgx (1,
i)さβ
妊−εア+X (15)a
β
である。したがって式(10)、(11)はつぎのよう
になる
d? −K[εX(εy+y)+εy (εx+x)l
(17)式(1)〜(4)、(16)、(1
7)を組合せると目標位置(x 、 y)に対応するα
、βの値が求められる。Therefore, if we take α, β, and P as functions of time and take their differential values, we get the following (8). For P to be the minimum value, P −≦0 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(9) The condition dt must always hold. Therefore, number one =
-K (εX busy εy 倶勺 (10) d
α dt α aα U= 1 ((ε knee + ε a) Tazoshi K>0...
・(11) It is sufficient if the condition of aεX ney dt flight aβ is satisfied. Here j-'-= hsinω1-/13coso)z
(12) aα ” ” =-# 2 (!O8ω2-e3!I+nω2
(13)) α Jgx (1,
i) Sa β Pregnancy - ε A + X (15) a
β. Therefore, equations (10) and (11) become d? −K[εX(εy+y)+εy(εx+x)l
(17) Formulas (1) to (4), (16), (1
7), α corresponding to the target position (x, y)
, β values are determined.
上記目標位置(x、y)を一定の勾配(角度φ、)で移
動させるには、操作盤6から得られる掘削蓮度の水平方
向成分υX、垂直方向成分υyの電圧を積分して求める
。In order to move the target position (x, y) at a constant gradient (angle φ,), the voltages of the horizontal component υX and vertical component υy of the degree of excavation obtained from the operation panel 6 are determined by integrating them.
以上を一つの演算回路にまとめると第3図のようになる
。積分RiFf+、I2は掘削速度の各成分からバケッ
ト位置Fの目標位置(x、y)を求める部分であり、ま
た、積分器■3.14は式(16)、(17)の右辺の
値を積分してα、βを求める部分である。積分器■3、
I4の初期値には、実際の油圧ショベルに取付けた検出
器から得られる信号α、βを用いまた積分器■1、I2
の初期値には上記α、βの初期値を式(1)〜(4)に
入れて計算されるx、yの値を用いる。第3図の演算回
路により、バケット位置Fを操作盤6から与えられた速
度で直線的に移動させる場合のα、βの入力信号の値を
得ることができる。同図中、A+−ん0は加算器、If
−I4は積分器、SC1〜S Ceは符号変換器、M4
〜M4は掛算器、FG1〜FG4は三角関数演算器を示
す。The above is summarized in one arithmetic circuit as shown in Fig. 3. The integral RiFf+, I2 is the part that calculates the target position (x, y) of the bucket position F from each component of the excavation speed, and the integrator 3.14 calculates the values on the right side of equations (16) and (17). This is the part that calculates α and β by integrating. Integrator ■3,
For the initial value of I4, the signals α and β obtained from the detector installed on the actual hydraulic excavator are used, and the integrators ■1 and I2 are used.
The initial values of x and y calculated by entering the above initial values of α and β into equations (1) to (4) are used. The arithmetic circuit shown in FIG. 3 can obtain the values of the input signals α and β when the bucket position F is linearly moved at a speed given from the operation panel 6. In the figure, A+-n0 is an adder, If
-I4 is an integrator, SC1 to S Ce is a code converter, M4
-M4 is a multiplier, and FG1 to FG4 are trigonometric function units.
第3図ないし第5図によって操作盤および演算装置の内
容が明らかになったので、再び本発明による自動運転装
置の動作を詳しく説明する。Since the contents of the operation panel and the arithmetic unit have been clarified with reference to FIGS. 3 to 5, the operation of the automatic driving system according to the present invention will be explained in detail again.
運転者は通常の手動操作によって各油圧シリンダを操作
し、自動運転開始点として(作業に応じて)任意の位置
にバケット4を設定する。このとき検出器から得られる
α、βの電圧信号は第3図の積分器■3、I4の初期条
件として設定される。つぎに、掘削すべき平面の勾配φ
をダイアル17でセツトシ、運転レバーを操作すると各
角度に対応した電圧信号ふ・よびレバーの操作量に比例
した掘削速度の水平、垂直方向成分が演算回路に送られ
る。The driver operates each hydraulic cylinder by normal manual operation and sets the bucket 4 at an arbitrary position (depending on the work) as the automatic operation starting point. At this time, the α and β voltage signals obtained from the detector are set as the initial conditions of the integrators 3 and I4 in FIG. Next, the slope of the plane to be excavated φ
When set with the dial 17 and operating the operating lever, voltage signals corresponding to each angle and horizontal and vertical components of the excavation speed proportional to the amount of lever operation are sent to the calculation circuit.
演算回路では、積分器に設定された初期条件からそのと
きのバケット位置を求め、その位置を掘削開始点として
設定された勾配φの面に沿って与えられた速度で掘削す
るために必要なα、βの入力信号を演算してサーボ増幅
器8へ送る。The arithmetic circuit calculates the bucket position at that time from the initial conditions set in the integrator, and calculates α required to excavate at a given speed along the slope φ set at that position as the excavation starting point. , β are calculated and sent to the servo amplifier 8.
一方、油圧ショベルの各部に取けけられた検出器9.1
0は常時α、βの現在値を検出し、その値はフィードバ
ック信号としてサーボ増幅器8へ送られる。サーボ増幅
器8では入力信号iPとフィードバック信号FBとの偏
差を求めてそれを増幅し、増幅された電圧によってアー
ムシリンダ、ブームシリンダを操作するための油圧制御
弁14.13を操作し、α、βが常に入力信号に追従す
るように制御する。したがって、運転者は必要な値を操
作盤6のダイアルで設定したあと、自動運転レバーで掘
削速度さえ与えてやれば各油圧シリンダは自動的に操作
され、与えられた速度で直線掘削が行なわれる。On the other hand, detectors 9.1 installed in each part of the hydraulic excavator
0 always detects the current values of α and β, and the values are sent to the servo amplifier 8 as a feedback signal. The servo amplifier 8 calculates the deviation between the input signal iP and the feedback signal FB, amplifies it, and uses the amplified voltage to operate the hydraulic control valves 14 and 13 for operating the arm cylinder and boom cylinder, thereby generating α and β. control so that it always follows the input signal. Therefore, after the operator sets the required value with the dial on the operation panel 6, he only needs to give the excavation speed using the automatic operation lever, and each hydraulic cylinder will be automatically operated and straight-line excavation will be performed at the given speed. .
以上は自動運転の場合の動作であるが、このような油圧
ショベルでは通常の手動操作による掘削作業も行なえる
ようになっている必要がある。そこで上記の運転装置を
用いる自動運転と通常の手動運転との切替え操作を行な
う装置について説明する。The above is the operation in the case of automatic operation, but such a hydraulic excavator must also be able to perform excavation work by normal manual operation. Therefore, a device that performs a switching operation between automatic operation and normal manual operation using the above-mentioned operating device will be described.
第6図は手動運転と自動運転との切替え機構を含んだ自
動運転装置を示すもので、同図中さきに説明した図と同
じ符号をつけたものは同じものを示す。各油圧シリンダ
C1、C2、C3に流入する圧油は電磁弁21A、21
B、21Cで油路を切替えられ、手動運転の場合には手
動切替弁22A、 22B、22Cで、自動運転の場合
には油圧制御弁13.14.15で制御される。電磁弁
21A、21B、2ICは常時ばねでそれぞれ手動切替
弁22A、22B、 22C側に切替えられており、電
流を通じた時だけそれぞれ油圧制御弁13.14.15
側に切替えられる。電磁弁の切替えは操作盤6のスイッ
チで行なう。すなわち、操作盤6には第5図に示す回路
のほかにもう1個スイッチを設け、自動運転開始時にそ
のスイッチを操作すると、電磁弁は油圧制御弁の回路が
つながる方向に切替わり、それ以外の場合には手動切替
弁がつながっている。したがって、通常は手動切替弁が
動作可能の状態になっており、一般の油圧ショベルと全
く同様に手動操作で運転することができる。また、操作
盤6のスイッチを押している間だけ自動運転装置が動作
する。FIG. 6 shows an automatic driving device including a switching mechanism between manual operation and automatic operation, and the same reference numerals as those in the previously explained figures in the figure indicate the same parts. Pressure oil flowing into each hydraulic cylinder C1, C2, C3 is controlled by solenoid valves 21A, 21
The oil passages are switched by B and 21C, and in the case of manual operation, they are controlled by manual switching valves 22A, 22B, and 22C, and in the case of automatic operation, they are controlled by hydraulic control valves 13, 14, and 15. The solenoid valves 21A, 21B, and 2IC are always switched to the manual switching valves 22A, 22B, and 22C by springs, respectively, and only when current is applied to the hydraulic control valves 13, 14, and 15, respectively.
can be switched to the side. Switching of the solenoid valve is performed using a switch on the operation panel 6. That is, in addition to the circuit shown in Figure 5, there is another switch on the operation panel 6, and when that switch is operated at the start of automatic operation, the solenoid valve is switched in the direction in which the hydraulic control valve circuit is connected, and the other switches are switched in the direction in which the hydraulic control valve circuit is connected. In this case, a manual switching valve is connected. Therefore, the manual switching valve is normally in an operable state, and the excavator can be operated manually in exactly the same way as a general hydraulic excavator. Further, the automatic operation device operates only while the switch on the operation panel 6 is pressed.
さらに、上記のような油圧回路の切替えと同期して演算
回路の演算モード制御が行なわれる。すなわち、第3図
の演算回路のうち4個の積分器11〜工4は、実際に積
分動作を行なうコンピユー1・状態と初期条件の設定な
どを行なうリセット状態メ。Furthermore, calculation mode control of the calculation circuit is performed in synchronization with the switching of the hydraulic circuit as described above. That is, the four integrators 11 to 4 of the arithmetic circuits in FIG. 3 are in the reset state in which the computer 1 actually performs the integration operation and the state and initial conditions are set.
に演算モードを変換する必要があり、この変換は、操作
盤6のスイッチをオン、つまり自動運転開始と同期して
コンピユー1・状態になり、通常の手動操作状態ではり
セットになっている。なお、第3図において、A1〜A
+oは加算器、SC1〜8Csは符号変換器、M1〜M
4は掛算器、FGJ〜FG4は三角関数演算器である。It is necessary to convert the calculation mode to , and this conversion is performed by turning on the switch on the operation panel 6, that is, synchronizing with the start of automatic operation, the computer enters the computer 1 state, and the beam is set in the normal manual operation state. In addition, in FIG. 3, A1 to A
+o is an adder, SC1 to 8Cs are code converters, M1 to M
4 is a multiplier, and FGJ to FG4 are trigonometric function calculators.
、 上記のようにして、従来の油圧ショベルの手動操
作機能を全くそこなうことなく、自動運転と手動運転と
の操作切替えはスイッチ1個で容易に行なえる。As described above, the manual operation function of the conventional hydraulic excavator is not impaired at all, and operation switching between automatic operation and manual operation can be easily performed with a single switch.
前述の自動運転装置を用いて直線掘削を行なう場合、掘
削が進んでゆくと、アームシリンダC2あるいはブーム
シリンダC1が行程端に達してそれ以上は直線掘削がで
きなくなる。どちらのシリンダが先に行程端に達するか
は、掘削面の形状によって異なり、あらかじめどちらと
定めることはできない。いずれにせよ、一方の油圧シリ
ンダが行程端に達すると、それ以上直線掘削ができなく
なるので、そのような状態に達したとき、上記自動運転
装置が自動的に動作を停止することが望ましい。When performing straight-line excavation using the above-mentioned automatic operation device, as the excavation progresses, the arm cylinder C2 or the boom cylinder C1 reaches the end of its stroke, and straight-line excavation is no longer possible. Which cylinder reaches the stroke end first depends on the shape of the excavated surface and cannot be determined in advance. In any case, when one of the hydraulic cylinders reaches the end of its stroke, it is no longer possible to excavate in a straight line, so it is desirable that the automatic operation device automatically stop its operation when such a state is reached.
この自動停止を行なう装置についてつぎに説明する。A device that performs this automatic stop will be described next.
油圧シリンダが行程端に達したことの判定は、演算回路
の出力、すなわち、α、βに対する入力信号により行な
う。α、βはそれぞれアームシリンダC2、ブームシリ
ンダCIの変位に対応して動き得る角変位の範囲が定ま
っているから、演算回路からの発生するα、βの入力信
号がそれらの上限値あるいは下限値に達したときをもっ
てシリンダの行程端と判定することができる。したがっ
て、α、βの入力信号をそれぞれの上限値、下限値と比
較する回路を設け、いずれか1個所が限界を越えたとき
、その部分が最初に行程端に達したと考えればよい。た
だし、比較回路に設定する値をちょうど限界値と等しく
選んでチ・<と、ある油圧シリンダの一方の行程端から
逆の行程端に向って自動掘削を行なう場合に、掘削開始
点ですでに比較回路が動作してしまう恐れがあるので、
各比較回路に設定する限界値はそれぞれの上限値よりわ
ずかに(δだけ)大きな値ふ・よび下限値よりもわずか
に(δだけ)小さい値を用いる。これによって比較回路
は、α、βの入力信号が上限または下限値をさらに越え
た際、すなわち、アームシリンダブームシリンダのそれ
ぞれに対する入力信号が行程端を越えた際に動作する。Whether the hydraulic cylinder has reached the stroke end is determined by the output of the arithmetic circuit, that is, the input signals for α and β. Since the range of angular displacement in which α and β can move in response to the displacement of arm cylinder C2 and boom cylinder CI is determined, the input signals of α and β generated from the arithmetic circuit are their upper or lower limit values. It can be determined that the cylinder has reached the end of its stroke when it reaches . Therefore, it is sufficient to provide a circuit that compares the α and β input signals with their respective upper and lower limit values, and when any one point exceeds the limit, it is considered that that portion has reached the stroke end first. However, if you select the value set in the comparison circuit exactly equal to the limit value and perform automatic excavation from one stroke end of a hydraulic cylinder to the opposite stroke end, it is possible to There is a risk that the comparison circuit will operate.
The limit values set for each comparison circuit are a value slightly larger (by δ) than the respective upper limit and a value slightly smaller (by δ) than the lower limit. Thereby, the comparator circuit operates when the input signals α and β further exceed the upper or lower limit value, that is, when the input signals for each of the arm cylinder and boom cylinder exceed the end of stroke.
−以上のようにして直線掘削範囲の限界に達し
たことが判定されると、それによって自動掘削を停止さ
せる必要がある。これは、第6図において各電磁弁21
A、21B、 21Cに通じている電流を切って手動切
替弁22A、22B、22Cが動作する側に切替え、さ
らに演算回路の演算モードをコンピュートからリセット
にして手動操作状態に戻すことによって行なわれる。第
6図の切替え回路は以上の比較回路をも含んでおり、そ
の内容は第7図のとおりである。- When it is determined that the limit of the linear excavation range has been reached as described above, automatic excavation must be stopped accordingly. This corresponds to each solenoid valve 21 in FIG.
This is done by cutting off the current flowing through A, 21B, and 21C to switch the manual switching valves 22A, 22B, and 22C to the operating side, and then resetting the calculation mode of the calculation circuit from Compute to return to the manual operation state. The switching circuit of FIG. 6 also includes the above comparison circuit, the contents of which are as shown in FIG.
4個の比較器23A、 23B、 23C,23Dは演
算回路から得られるα、βの入力信号がそれぞれの上限
値あるいは下限値を越えたか否かの判定を行なう。これ
らの比較回路の出力は操作盤6のスイッチPSから得ら
れる自動運転開始信号と組合わされ、論理回路によって
自動運転状態と手動運転状態との判定を行なう。自動運
転状態には論理回路の出力は増幅器24で増幅され、演
算装置7の演算モードを制御すると同時に、電磁弁ソレ
ノイド25を励磁するためのリレー26を動作させる。The four comparators 23A, 23B, 23C, and 23D determine whether the input signals α and β obtained from the arithmetic circuit exceed their respective upper limit values or lower limit values. The outputs of these comparison circuits are combined with the automatic operation start signal obtained from the switch PS on the operation panel 6, and a logic circuit determines whether the automatic operation state or the manual operation state is present. In the automatic operation state, the output of the logic circuit is amplified by the amplifier 24 to control the calculation mode of the calculation device 7 and at the same time operate the relay 26 for exciting the electromagnetic valve solenoid 25.
26Rはリレー接点を示す。26R indicates a relay contact.
α、βともに上限、下限の範囲内にあり、操作盤6のス
イッチPSがオンのときに自動運転状態それ以外はすべ
て手動運転状態になるように論理演算を行なう。ただし
、油圧シリンダが行程端に達して自動運転状態から手動
運転状態に変った場合には、操作盤6のスイッチPSを
オンの状態に保持し続けても自動運転に戻らないように
なっている。Both α and β are within the upper and lower limits, and a logical operation is performed so that when the switch PS of the operation panel 6 is on, the automatic operation state is set, and all other operations are set to the manual operation state. However, if the hydraulic cylinder reaches the end of its stroke and changes from automatic operation to manual operation, it will not return to automatic operation even if the switch PS on the operation panel 6 is kept in the on state. .
以上説明した本発明によれば、斜面の成形作業、溝底部
の水平面掘削作業のような直線掘削作業を油圧ショベル
によって自動的に行なうことができ、したがって運転の
繁雑さが解消され、さらに運転時間が短縮されて作業能
率が向上する。しかも、手動操作機能は全くそこなわれ
ず、自動運転と手動運転との切替えをスイッチ1個で容
易に行なうことができる。According to the present invention as described above, straight line excavation work such as slope forming work and horizontal surface excavation work at the bottom of a trench can be automatically performed by a hydraulic excavator, thereby eliminating the complexity of operation and further reducing the operating time. is shortened and work efficiency is improved. Moreover, the manual operation function is not impaired at all, and switching between automatic operation and manual operation can be easily performed with a single switch.
第1図は油圧ショベルの側面図、第2図は本発明による
自動運転装置の概略を示す説明図、第3図は第2図にお
・けるアーム先端の位置を制御するために必要な入力信
号を得るための演算回路図、第4図は第2図のバケット
の姿勢を制御するために必要な入力信号を得るための演
算回路図、第5図は第3図、第4図の演算を行なうため
に必要な電圧信号を発生する操作盤内の電気回路図、第
6図は本発明による自動運転装置を手動運転に切替えて
使用する切替え装置を示す説明図、第7図は本発明によ
る自動運転装置を自動運転と手動運転との相互に切替え
る回路を示す説明図である。
2・・・ブーム 3・・・アーム 4・・・バケット6
・・・操作盤 7・・・演算装置 8・・・サーボ増幅
器 9〜10・・・検出器 12・・・検出回路 13
〜15・・・油圧制・・・定電圧発生器 20・・・加
算器21A、21B、21C・・・電磁弁 22A、2
2B。
22C・・・手動切替弁 23A、23B、23C,2
3D・・・比較器 24・・・増幅器 25・・・電磁
弁ソレノイド 26・・・リレー 26R・・・リレー
接点C1・・・ブームシリンダ C2・・・ア・・・ム
シリンダC3・・・バケットシリンダ FB・・・フィ
ードバック信号IP・・・入力信号 PI−P3・・・
ポテンショメータOPI、OP2・・・演算増幅器 1
1〜■4・・積分器PS・・・押ボタンスイッチ
手続補正書(方式)
// 7
昭和58年今月f市日
特許庁長官島田春樹殿
1、事件の表示
昭和58年 特許t@ 50479号
2、発明の名称
油圧シ冨ベルの直線掘削自動運転装置
3、補正をする者
名 称(552)日立建機株式会社
代表者西元文平
4、代 理 人
居 所〒100 東京都千代田区丸の内−丁目5番1
号株式会社日立製作所内
電話 東京212−1111(大代表)7.1「図面の
簡単な説明」の=+iltを次のとおり補正する。
「第1図は油圧ショベルの側面図、第2図は本発明によ
る自動運転装置の概略を示す説明図、第3図は第2図に
おけるアーム先端の位置を制御するために必要な入力信
号を得るための演算回路図、第4図は第3図の演算を行
うために必要な電圧信号を発生する操作盤内の電気回路
図、第5図は本発明による自動運転装置を手動運転に切
替えて使用する切替え装置を示す説明図、第6図は本発
明による自動運転装置を自動運転と手動運転との相互に
切替える回路を示す説明図である。
2・・・ブーム 3・・・アーム 4・・・パケ
ット6・・・操作盤 7・・・演算装置 8・・・
サーボ増巾器9〜10・・・検出器12・・・検出回路
13〜15・・・油圧制御弁 16・・・操作レバ
ー 17・・・ダイアル19・・・定電圧発生器
20・・・加算器21A、21B、21C・・・電磁
弁 22A、 22B、 22C・・・手動切替弁
23A、23B、23C,23D・・・比較器24・
・・増中器 25・・・這磁ソレノイド 26・・
・リレー26R・・・リレー接点 C1・・・ブー
ムシリンダC2・・・アームシリンダ C3・・・パ
ケットシリンダFB・・・フィードバック信号 IF・
・・入力信号P1〜P3・・・ポテンショメータ O
PI、OF2・・・6i[増rlJ器 11〜I4
・・・積分器 PS・・・押ボタンスイッヂ179−Figure 1 is a side view of the hydraulic excavator, Figure 2 is an explanatory diagram showing the outline of the automatic operation device according to the present invention, and Figure 3 is the input necessary to control the position of the arm tip in Figure 2. Fig. 4 is a calculation circuit diagram for obtaining the input signal necessary to control the attitude of the bucket shown in Fig. 2. Fig. 5 is a calculation circuit diagram for obtaining the input signals shown in Fig. 3 and Fig. 4. Fig. 6 is an explanatory diagram showing a switching device used to switch the automatic operation device according to the present invention to manual operation, and Fig. 7 is an electric circuit diagram inside the operation panel that generates the voltage signal necessary for performing the operation. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a circuit for switching the automatic driving device between automatic driving and manual driving according to the present invention. 2...Boom 3...Arm 4...Bucket 6
...Operation panel 7...Arithmetic device 8...Servo amplifier 9-10...Detector 12...Detection circuit 13
~15... Hydraulic control... Constant voltage generator 20... Adder 21A, 21B, 21C... Solenoid valve 22A, 2
2B. 22C...Manual switching valve 23A, 23B, 23C, 2
3D... Comparator 24... Amplifier 25... Solenoid valve solenoid 26... Relay 26R... Relay contact C1... Boom cylinder C2... Arm cylinder C3... Bucket cylinder FB...Feedback signal IP...Input signal PI-P3...
Potentiometer OPI, OP2... operational amplifier 1
1~■4...Integrator PS...Push button switch procedure amendment (method) // 7 This month's f date in 1980 Mr. Haruki Shimada, Commissioner of the Patent Office 1, Indication of the case 1982 Patent t @ No. 50479 2. Name of the invention: Hydraulic excavator automatic driving device for linear excavation 3. Name of the person making the correction (552) Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Representative: Bunpei Nishimoto 4, Agent Address: Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo, 100 Chome 5-1
Address: Hitachi, Ltd. Internal telephone: Tokyo 212-1111 (main representative) 7.1 =+ilt in "Brief explanation of drawings" is corrected as follows. ``Figure 1 is a side view of the hydraulic excavator, Figure 2 is an explanatory diagram showing the outline of the automatic operation device according to the present invention, and Figure 3 shows the input signals necessary to control the position of the arm tip in Figure 2. Figure 4 is an electrical circuit diagram of the operation panel that generates the voltage signal necessary to perform the calculations shown in Figure 3. Figure 5 shows how the automatic operation device according to the present invention is switched to manual operation. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a switching device used in the present invention, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing a circuit for switching the automatic operation device according to the present invention between automatic operation and manual operation. 2...Boom 3...Arm 4 ...Packet 6...Operation panel 7...Arithmetic unit 8...
Servo amplifier 9-10...Detector 12...Detection circuit 13-15...Hydraulic control valve 16...Operation lever 17...Dial 19...Constant voltage generator
20... Adder 21A, 21B, 21C... Solenoid valve 22A, 22B, 22C... Manual switching valve
23A, 23B, 23C, 23D... Comparator 24.
...Intensifier 25...Magnetic solenoid 26...
・Relay 26R...Relay contact C1...Boom cylinder C2...Arm cylinder C3...Packet cylinder FB...Feedback signal IF・
...Input signal P1-P3...Potentiometer O
PI, OF2...6i [Increase rlJ device 11-I4
...Integrator PS...Push button switch 179-
Claims (1)
タッチメントを枢支し、各可動部材作動用油圧シリンダ
を操作することによって掘削作業を行う油圧ショベルに
おいて、予め掘削面の勾配φを設定する手段と、掘削速
度の大きさを指示する手段と、各可動部材の作動位置を
検出する手段と、上記各手段の設定値、指示値および検
出値に基いて直線掘削を行うべきバケット位置に位置決
めする各油圧シリンダの操作量を逐次演算する演算装置
と、この演算装置から得られる演算結果を入力信号とし
て各油圧シリンダの運動を制御する手段とをそなえたこ
とを特徴とする油圧ショベルの直線掘削自動運転装置。In a hydraulic excavator that carries out excavation work by pivoting a work attachment consisting of movable members sequentially and rotationally connected to a revolving body and operating hydraulic cylinders for operating each movable member, the slope φ of the excavation surface is set in advance. means for instructing the magnitude of excavation speed; means for detecting the operating position of each movable member; and positioning of the bucket at the position where linear excavation is to be performed based on the set values, indicated values, and detected values of each of the above-mentioned means. Linear excavation for a hydraulic excavator, characterized in that it is equipped with a calculation device that sequentially calculates the amount of operation of each hydraulic cylinder, and a means for controlling the movement of each hydraulic cylinder using the calculation results obtained from the calculation device as an input signal. Automatic driving device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5047983A JPS5952254B2 (en) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | Hydraulic excavator straight line excavation automatic driving device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5047983A JPS5952254B2 (en) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | Hydraulic excavator straight line excavation automatic driving device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4616673A Division JPS5437406B2 (en) | 1973-04-25 | 1973-04-25 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5968437A true JPS5968437A (en) | 1984-04-18 |
JPS5952254B2 JPS5952254B2 (en) | 1984-12-19 |
Family
ID=12860036
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5047983A Expired JPS5952254B2 (en) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | Hydraulic excavator straight line excavation automatic driving device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5952254B2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61200226A (en) * | 1985-02-27 | 1986-09-04 | Komatsu Ltd | Position control device for power shovel |
JPS6225627A (en) * | 1985-07-26 | 1987-02-03 | Komatsu Ltd | Controller for power shovel |
JPS6272826A (en) * | 1985-09-24 | 1987-04-03 | Komatsu Ltd | Controller for working machine of power shovel |
WO1990001586A1 (en) * | 1988-08-02 | 1990-02-22 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Method and apparatus for controlling working units of power shovel |
US5178510A (en) * | 1988-08-02 | 1993-01-12 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Apparatus for controlling the hydraulic cylinder of a power shovel |
EP0811726A1 (en) * | 1996-06-05 | 1997-12-10 | Kabushiki Kaisha Topcon | Bucket depth and angle controller for excavator |
-
1983
- 1983-03-28 JP JP5047983A patent/JPS5952254B2/en not_active Expired
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0811726A1 (en) * | 1996-06-05 | 1997-12-10 | Kabushiki Kaisha Topcon | Bucket depth and angle controller for excavator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5952254B2 (en) | 1984-12-19 |
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