JPS60112936A - 掘削積込機械の制御装置 - Google Patents

掘削積込機械の制御装置

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JPS60112936A
JPS60112936A JP22121683A JP22121683A JPS60112936A JP S60112936 A JPS60112936 A JP S60112936A JP 22121683 A JP22121683 A JP 22121683A JP 22121683 A JP22121683 A JP 22121683A JP S60112936 A JPS60112936 A JP S60112936A
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angle
bedrock
bucket
packet
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Yukio Yoshimura
吉村 幸夫
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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
    • E02F3/431Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like
    • E02F3/432Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like for keeping the bucket in a predetermined position or attitude

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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】 本発明は掘削積込機械の制御装置に関し、特に掘削時に
パケット刃先を最適な軌跡に沿うように制御する装置に
関する。
一般に、掘削積込機械の操作は複雑で、高度の熟練度が
要求されている。また、熟練者でも常に作業効率C%に
掘削時の効率)のよい操作をすることができないという
問題がある。
例えば、掘削積込機械としてホイルローダを用いて掘削
作業を行なう場合には、第1図に示すようにパケット1
を地面に平行にして地山2に突っ込み、タイヤがスリッ
プしだしたら、作業機レバー(図示せず)を操作するこ
とによりリフトシリンダ3およびパケットシリンダ4乞
介してリフトアーム5およびパケット1を制(財)し、
土・岩等をパケット1内に入れるようKしている。
しかしながら、かかる掘削作業は、単に作業機レバーの
操作が難しいばかりでなく、 (1) タイヤがスリップし、摩耗する。
(2) 無理やり地山2にパケット1を突っ込むため無
駄なエネルギを消費している(効率が悪い)。
等の問題がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、掘削作業を
極めて効率よく、かつその時の操作を自動的に行なうこ
とができる掘削積込機械の制御装置を提供することを目
的とする。
この発明によれば、地山の最も滑り易い仮想滑り面を算
出し、その滑り面に沿うようにパケット刃先の軌跡を自
動制師することにより上記目的を達成するようにしてい
る。
以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明な原理的に説明すると、地山は、必ず高さ
Hと傾斜角βをもって存在しく第1図参照)、また地山
を形成する土または岩は、それ自体の性質と12て粘着
度01内部摩擦角φ、重量W(又は比重ω)を持つ。こ
れらの特性値(H,β。
C1φ、W)がある臨界値乞越えると、地山はある滑り
面に沿って山崩れの如(滑る。
したがって、この滑り面ビ上記特性値から推定し、その
滑り面罠沿りてパケットの刃先を真人して掘削を行なえ
ば、無駄な力を必要とせず極めて効率よく掘削作業がで
きる。
次に、上記滑り面の推定を第2図乞参照しながら具体的
に説明する。
いま、滑り面を半径rの円弧とし、その中心0をX−Y
座標の位置(a、b)とし、丈に地山2を鉛直方向にn
等分する。等分した地山の特性値乞Cj−tφi 、 
ωi (i−1〜n )とする。ただし、ω1は分割し
た部分の重量とする。なお、上記特性値は、地山の形状
と土質試験により容易に得ることができる。
次に、第1の区分ABCについて考えると、この部分の
重量ω1が円弧ACの中点りに集中しているとし、その
円弧ACの法線方向分力N1 と接線方向分力T! と
を計算する。いま、円弧ACの長さをl、とすると、滑
り面AOiC沿って滑ろうとするモーメントは、 rxT、 ・・・・・・・・・ (1)となり、また、
滑らせないようにするモーメントは、微小長さllに働
(粘着力c1x 4と摩擦力N、 X−φ1にそれぞれ
半径rf乗算したもの、すなわち、 r(O1j9. + N、―φ1) −・−−−−・−
・(21となる。したがって、区分ABCにおける安全
率をF、とすると、 〕 1 となる。このようにして、各区分別の安全率なめ、これ
らの総和、fなわち 請求めることにより、半径r1仮想滑り中心0(a、b
)についての安全率Fがまる。F−1でこの地山は半径
r1中心o(atb)a’中心とする滑り面A11iに
沿って滑ることになる。なお、y≧1のため、半径rを
変更し、更に仮想滑り中心0を上下、左右にすらして安
全率を計算し、1に最も近い安全率となる半径および中
心位置から滑り面を推定する。
第3図は本発明に係る仮想滑り面演算装置10〔第5図
)の処理内容を示すフローチャートで、上述したように
して滑り面の推定2行なう。すなわち、予め地山・土質
情報(特性値H1β、ωi 、 Ol。
φi)を入力しておき、掘削開始前に、以下の処理を実
行する。まず、仮想滑り面の半径(rl)および中心位
置(ai、bi)を設定し、これらの設定値および上記
特性値から安全率Fを計nする〔第(4)式参照)。
この安全率Fが1の場合には、滑り面の推定は終了し、
七の時の半径(ri)と中心位置(ai、bi)を滑り
向の情弗とする。−万、Fが1でない場合には、中心位
置なずらし、かつ半径も変更して安全率を計遭、シ2、
最も安全率が小さいときの半径およびその中心位置を滑
り而の情報とする。
次に、上記のようにしてめた仮想滑り面に沿ってパケッ
ト刃先を制御する制御装置について説明する。
まず、第4図に示すようにアーム5の回動点をP1パケ
ット10回動点をQ1パケット刃先点をRとし、アーム
角θ、パケット角ψをそれぞれ第4図に示すように定義
すると、パケット刃先の座標は、前輪接地点を原点とす
るχ−y座標系において、 X座標; へ魚(θ−π/2)+i;a魚ψ−q ・・
・(5)X座標; βA血(θ−π/2)十〇出ψ+h
 ・・・(6)となる。ただし\−qおよびhはそれぞ
れアーム回動点PのX座標およびX座標である。
しfこがって、アーム角θおよびブーム角ψを知ること
により前輪接地点からのノミケラト刃先の位置は計算で
めることができる。
一方、仮想滑り面の座標系は、第1図に示すようにパケ
ット1ビ地而に平行にして地山2に突入したときの前輪
接地点(地山がらLだけ離れた位If)を座標原点とす
るX−X座標系である。勿論、#記χ−y座標糸はX−
X座標系をχ方向[Rだげ平行移動したものであり、χ
−y座椋系におけるパケット刃先位故をX−X座標系に
おけるパケット刃先位置に変換する場合には上記Rだけ
加算すればよい。
ここで、Rはパケット刃先が地山2に突入した時点から
ホイルローダが前進しfこ距離であり、実車速をpとす
ると、次式 からめることができる。
したがって、時刻tVCNげるパケット刃先の絶対座標
系(X、Y)における位置は、 X座標; R十尺則(σ−π/2〕+むはv!q (s
)X座標: ?Qsln(θ−π/2)+Aftsln
9)+h (9)としてまる。このパケット刃先の(X
、Y)Iffi、標が推定した滑り面に沿うように制御
すればよいことになる。
第5図はパケット刃先を算出した仮想滑り面に沿りてf
llilJ nする制御装置の一実施例を示すブロック
図で、前述したように仮想滑り面演算装置lOによって
算出された半径およびその中心位置により、滑り面記憶
回路11は滑り面をX−X座標系で記憶している。すな
わち、この回路11はX座標が指定されるとX座標を読
み出して、これを角/ 戻信号発生器12に出力する。
ここで、掘削作業を行なう場合には、第1図に示すよう
にパケット1を地面に平行にして所定の速度で地山2に
突入させる。このときのアーム角θおよびパケット角ψ
はそれぞれアーム角センサ13およびパケット角センサ
ー4によって検出され、それぞれ演算回路15に加えら
れている。演算回路15はこれらの角度情報から前輪接
地点からのパケット刃先のX座標をめ、これを加算器1
6に加える。加算器16の他の入力には、積分器17か
らの出力が加えられるが、後述するようにパケット1が
地山2に突入J−る前はこの出力は0である。
したがって、パケット1が地山2に突入する前は、演算
回路15からの出力の4、すなわち距離L(第1図参照
)に対応する信号のみが滑り面記憶回路11に加えられ
る。滑り面記憶回路11はこの信号が加えられると、第
2図からも明らかなようにY=Qの信号を角度信号発生
器12に出力し、角度信号発生器12は引き続ぎ現在の
アーム角θ、パケット角ψ(パケット1が地面に平行で
、パケット刃先のX座標が0となるアーム角0およびパ
ケット角ψ)に対応する信号をそれぞれ電気油圧変換器
18Xよび19に出力する。
さて、パケット1が地山2に突入し、アームシリンダ3
に所定の負荷が加わると、油圧センサ20がこれを検知
し、積分器17を動作9北にする。
一方、積分器17には実車速を検出するドラグラセンサ
21から速度信号が加えられて16す、積分器17はこ
れを時間積分してパケット1が地山2に突入した時点か
らホイルローダが前進した距離R(第(7)式参照)に
対応する信号を加算器16の他の入力に加える。
加算器16は演算回路15および積分器17の各出力を
加算し、絶対座標系におけるX座標に対応する信号を滑
り面記憶回路工1に出力する。滑り面記憶回路11はこ
れに対応するX座標を読み出し、そのX座標を示す信号
を角度信号発生器12に加える。角度信号発生器12は
、例えばパケット刃先の滑り面(掘削面)に対する入射
角度が所定の角度になるように、かつ、第(9)式に基
づいてそれぞれアーム角θ、パケット角ψをめ、これら
に対応する信号をそれぞれ電気油圧変換器18および1
9に出力し、電気油圧変換器18および19はそれぞれ
アームシリンダ3およびパケットシリンダ4を駆動する
このようにして、アームシリンダ3およびパケットシリ
ンダ4が駆動されると、アーム角センサ13およびパケ
ット角七ンサ14によってそのアーム角θおよびパケッ
ト角ψが検出され、演算回路15によって新たに前輪接
地点からパケット刃先までのχ方向距離が算出される。
そして、加算器16によってこの算出値と、積分器17
からの出力とが加算され′て滑り面記憶回路11に出力
される。
以下、同様にしてアームシリンダ3およびパケットシリ
ンダ4が自動制御されることにより、パケット刃先は最
適な軌跡(仮想滑り面)に沿うように制御される。なお
、ホイルローダはこの掘削時においては適当な速度で前
進するように制御されている。
尚、本実施例では掘削積込機械としてホイルローダを適
用したが、他の掘削積込機械、例えばパワーショベル等
にも本発明は適用できるものである。
また、仮想滑り面の算出方法およびパケットの制御方法
は本実施例に限定されず、要は地山の最も滑り易い面を
算出し、その而に沿うようにパケット刃先を自動制御す
るものであれば如何なるものでもよい。
以上説明したように本発明によれば、極めて効率よく掘
削作業を行なうことができ、かつ誰でも容易に操作がで
きるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
ルローダを示す図、第2図は本発明に係る仮想滑り面の
算出方法を説明するために用いた図、第3図は本発明に
係る仮想滑り面算出装置の処理内容を示1フローチャー
ト、第4図はχ−y座標系およびx−xi標糸とホイル
ローダとの関係を示す図、第5図は本発明に係るパケッ
ト刃先の制御装置の一実施例を示すブロック図である。 1・・・パケット、2・・・地山、3−・アームシリン
ダ”、4・・・パケットシリンダ、5・・・リフ)7−
ム、10・・・@懇情り面演算装置、11−・・滑り面
記憶回路、12・・・角度信号発生器、13・・・アー
ム角センサ、14・・・パケット角センサ、15・・・
演算回路、17・・・積分器、18.19−・・電気油
圧変換器、20−・・油圧センサ、21・・・ドツプラ
センサ。 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 掘削しようとする地山の高さ、斜面の傾斜角お
    よび土質情報に基づいて該地山の最も滑り易い仮想滑り
    面を算出する演算手段と、パケット刃先が前記算出した
    仮想滑り面に沿うよ5に制御する制御手段とを具えた掘
    削積込機械の制御装置。
  2. (2) 前記演算手段は、前記地山の高さ、斜面の傾斜
    角および土質情報と、円弧滑り面の中心位置およびその
    半径とから滑らせないようにするモーメントと滑ろうと
    するモーメントとの比(安全率)をめ、この安全率が最
    小となる円弧滑り面の中心位置およびその半径から前記
    仮想滑り面を算出する特許請求の範囲第(1)項記載の
    掘削積込機械の制御装置。
JP22121683A 1983-11-24 1983-11-24 掘削積込機械の制御装置 Granted JPS60112936A (ja)

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