JPS6030728A - 油圧ショベルの直線掘削制御装置 - 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の直線掘削制御装置、さらに詳し
くは、油量ショベルのパケット刃先の動作軌跡を任意の
直線に制御する装置に関する。

油圧ショベルは一般に旋回体に枢着したブームと、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
枢着したアームと、このアーム會揺動させるアームシリ
ンダと、アームの先端に枢着したパケットと、このパケ
ットを回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ーによって
操作される。この油圧シラ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、各レバーの操作により、
各シリンダを順次操作すれば良いが、法面の仕上げ作業
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。

この問題を解決するために油圧ショベルにおけるバケッ
ト刃先の直線移動操作、いわゆる直線掘削を自動化する
提案が種々成されている。その一つとして、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バ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
機構により、ブーム、アーム、パケットの動作角度を追
従させるものである。

ところで、この直線掘削制御装置では掘削中に掘削面の
設定角度が微小に狂っている場合に、オペレータがこれ
全修正しようとしても、角度設定ダイヤルの目盛を読み
取りながら掘削勾配を修正することは非常に困難であり
、ダイヤルの調整によって掘削勾配が大きく動いてしま
う。また、ブームヤアームの動きを手動優先回路等を用
いて手動補正をすることにより惺削軌跡を変更すること
は可能であるが、この場合には手動補正を終了すると、
パケット先端軌跡は予めダイアルで設定した角度に戻っ
てしまう。

本発明は、予め設定した掘削勾配に沿ってパケット先端
を移動させる自動運転中にも、掘削勾配の微少な狂い全
容易に補正することができる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する。

この目的を達成するため本発明は、掘削勾配を微調整す
る掘削勾配■ｊ正手段を設け、運転中にこの掘削勾配補
正手段からの信号をバケット先端速度演算器に入力して
、掘削勾配を容易に変更補正できるようにしたものであ
る。

以下本発明の一実施例を第１図及び第２図を用いて説明
する。

第１図は油圧ショベルによって法面を掘削している状態
を示す図で、図において１は油圧ショベル本体系を構成
する旋回体、２は旋回体１に枢着されたブーム、３はブ
ーム２の先端に枢着されたアーム、４はアーム３の先端
に枢着されたパケットである。これらのブーム２、アー
ム３およびパケット４はそれぞれプームシリンダＣ１，
アームシリンダＣ７、パケットシリンダＣ８によって操
作される。

油圧ショベルにおいて第１図に示すＭＮ線に沿って掘削
を行うには、パケット先端ＰをＭＮ線に沿って動かす移
動軌跡の制御を行う必要がある。

今、水平線Ｈ，Ｌ、に対して油圧ショベル本体１が乗っ
ているＧ、　Ｌ、がφ。だけ傾斜しており、がっ、掘削
線Ｍ　Ｎの勾配が１−１．Ｌ、に対してφとする。Ｘ。

Ｙ座標系は油圧ショベル本体に固定されたもので、プー
ムフートピンの位置Ｏを原点とし、車体１が水平に設置
された状態での水平方向及び垂直方向にＸ軸、Ｙ軸を取
っている。したがってＧ、　Ｌ、がＨ，Ｌ、にφ。だけ
傾斜している第１図では、Ｘ、　Ｙ座標は水平線及び垂
直線に対してそれぞれφ。だけ傾いている。ブーム２に
対するアーム３の回動支点をＡ、アーム３に対するパケ
ット４０回動支点をＢとし、 ｌＡＯＸ−β、ｌＢ　Ａ　Ｏ−９０°−α。

／Ｐ　Ｂ　Ａ　９０’＝　ｒ　、　ＯＡ　＝　Ｌｂ　。

Ａ　Ｂ　＝　Ｌａ　、　Ｂ　Ｐ　＝　Ｌｄとする。また
、パケット先端Ｐ（ｘ、ｙ）のｎ線方向の速度をＶｔ、
とのＸ、　Ｙ軸方向の速度成分をＶｘ、Ｖｙとすると、
パケット先端ＰをＭＮ線に沿ってＶｔで動かすには、 ■ｘ＝ｖｔ部（φ−φ０）　曲・・・・・・・　（１）
Ｖｙ　＝　Ｖｔ　ｓｉｎ　（φ−φｏ　）　曲回−（２
）となり、ブーム２の角速度ノ及びアーム３の角速度α
を、 ノ＝　Ｃ−Ｖｘ　（Ｌａ５ｉｎ　（β十α）　Ｌｄｃｏ
ｓ（β＋α＋ｒ））＋　Ｖｙ　（Ｌａｃｏｓ　（β十α
）＋Ｌｄｓｉｎ（β＋α十γ））Ｌｍ　Ｌｄ　ｃｏｓｒ
　・　ｒ　〕　／　［：　Ｌｂ　（Ｌａｃｏｓ　ａ＋Ｌ
ｄ８１ｇ（α＋γ））　〕　・・・・・・・・・・・・
（３）α＝　［：　Ｖｘ　（Ｌｂｃｏｓβ＋Ｌａ５ｌｎ
（β＋α）−Ｌｄ　ｃｍ　（β＋α十γ　）　）　ＶＹ
　（Ｌｂ　５１１　β＋　Ｌａ魚（β＋α）＋Ｌｄ、石
（β十α十γ））−（Ｌｂ　Ｌｄｓ＋ｒ＋　（α＋γ）
　＋　Ｌｍ　Ｌｄｃｔｓγ）ｉ〕／　［Ｌｂ　（Ｌａ焦
α十り、画（α＋γ））〕・・・・・・・・・（４）と
なるように、ブーム２及びアーム３を動かせばよい。

しかし実際上は種々の制御誤差によって必ずしも所望の
動きが得られない場合もあるので、上記（３）、（４）
式のようｖｃｉ、αを制御すると共に上記β。

みを積分した値を角度の目標値か、公とし、実際の角度
β、αと比較して修正するフィードバック制御を加えれ
ば制御精度が向上する。

第２図は本発明の制御装置の実施例を示すものである。

同図はブーム２及びアーム３の制御系統を示すもの”で
パケット制御系は直接関係はないので別途あるものとし
省略しである。

油圧ショベルの運転ｇ（図示せず）には入力装置１００
が設置されている。５はブーム２を手動操作するブーム
操作レバー、６はブーム操作レバー５の操作量に応じて
ブーム２の手動速度信号βつ全出力するブーム速度指令
器、７はアーム３を手動操作するアーム操作レバー、８
はアーム操作レバー７の操作量に応じてアーム３の手動
速度信号αＭを出力するアーム速度指令器、９は掘削す
る法面の勾配を設定する法面傾斜角設定ダイヤル、１０
はダイヤル９に動きに連動して傾斜角信号φ、を設定・
出力する法面傾斜角設定器、工１は掘削中に法面の勾配
を手動補正する法面傾斜角微調整レバー、１２はレバー
１１の操作量に応じて傾斜角の微調整値Δφを出力する
法面傾斜角微調整器、−１３はパケット先端Ｐの法面方
向（ＭＮ線方向）の速度を与える掘削速度指令ペダル、
１４はペダル１３の操作量に応じて速度指令信号Ｖｔを
出力する掘ハリ速度指令器である。

信号２００は演算制御装置で、】５は法面傾斜角設定器
の出力φ１と法面傾斜角微調整器の出力Δφとを加算し
、法面の傾斜設定値φ＝φ、＋Δφを演算し出力する加
算器、１６は掘削速度指令器Ｊ４の出力Ｖｔにより、ペ
ダル１３が踏まれたことを検知し、直線掘削制御を行う
ことを指令するｎｌｌｆ号■を出力する制御指令器であ
る。１７は上記φ、Ｖｔおよび車体の傾斜角検出器１８
よりの車体傾斜角φ。を入力し、上記（１）、（２）式
によるパケット先端の直交速度成分Ｖｘ、Ｖｙを演算す
るパケット先端速度演算器、１９は上記制御指令器１６
の信号■が入力されたとき、Ｖｘ　、　Ｖｙ、ブーム角
検出器２０、アーム角検出器２１よりのブーム角β、ア
ーム角α及び別途パケット制御系から入力されるパケッ
ト角γ、パケット角速度ンに基づいて、（３）、　（４
）式のｌ、みに和尚するブーム角速度目標値矛ｒ、アー
ム角速度目標値＆「を演算出力する角速度演算器、２２
は角速度演算器Ｊ９の出力βｒにブーム速度指令器６の
出力大ヲ加Ａ　・　・ 算した値β＝β、＋Ｉｗを出力する加算器、乙は角速度
演算器１９の出力αｒにアーム速度指令器８の出Ａ　・
　・ 力αＭ全加算した値α＝αｒ＋α、を出力する加算器、
２４は上記制御指令信号■が入るまではブーム角検出器
かの検出角βをそのまま出力し、信号■が入ると、その
時点の検出器加の検出角β。荀初期値として弁全積分し
てブーム目標角ｆを出力する積分器、ｚ５は上記制御指
令信号のが入るまではアーム角検出器２１の検出角αを
そのまま出力し、信号■が入ると、その時点の検出器２
１の検出角α。をつＪｌ）Ｊイ１゜ア舎ヶ積、アアー４
□ゆｓ’＆ｘｍヵする積分器である。積分器２４．２５
の演算をそれぞれ次の式（５）、（６）で表わす。

少＝１１九１＋β。　０９．．５） Ｇ＝　／’８ｃｌｔ　＋　ｃｉｏ、、、、、、、、、、
、、、、、（６）がは上記積分器Ｕの出力分と検出器２
ｏの出力βとの偏差Δβ＝釣βを演算する減算器、２７
は上記七分器邪の出力分と検出器２１の出力αとの偏差
Δα−分−αを演算する減算器、２８は偏差Δβにゲイ
ンに、ｙ、−乗する係数器、２９は偏差ΔαにゲインＫ
、を乗する係数器、３０は加算器ｎの出力Ｉに係数器朗
の出力に１Δβを加算して！十に１Δβを演算、へ する加算器、３１は加算器ｚ３の出力αに係数器２９の
出力に２Δαを加算してα十に２Δαを演算する加算器
、３２．３３はそれぞれ加算器３０．３１の出力に制御
上の細工や補償を行う補償増１Ｊ器である。

信号３００は流量制御装置を示し、ブーム流ｉｔ　ｆｉ
ｉ制御器３５は補償増巾器３２の出力により動作してブ
ームシリンダＣ１の流量全制御し、アーム流血制御器３
６は補償増巾器３３の出力により動作してアームシリン
ダＣ２の流量を制御する。

上記のように構成した第２図の制御装置の作用、動作に
ついて説明する。

まず、ブーム２、アーム３を手動により操作するには、
ブーム操作レバー５またはアーム操作レバー７を動かし
、ペダル１３ヲ操作しなければ、制御指令器１６から指
令信号■は出力されず、操作レバー５または操作レバー
７の操作量に応じてアーム速度指令器６またはアーム速
度指令器８かも手動速度信号β、またはαつが出力され
、ブームシリンダＣ１またはアームシリンダＣ２はそれ
ぞれ各操作レバーの操作量に応じた速度で作動し、ブー
ム２またはアーム３を動かすことができる。

次に、手動操作によってパケット先端Ｐを第１図に示す
ような位置にセットし、法面傾斜角設定ダイヤ７Ｎ／９
を掘削しようとする法面の勾配φ１に設定し、掘削速度
指令ペダル１３を踏めは直線掘削が開始される。掘削速
度指令ペダルを踏むと制御指令器１６から指令信号■が
出力されると共にペダル１３の操作量に応じた速度指令
信号Ｖｔが出力され、パケット先端速度演算器１７では
、Ｖｔ、φ、及び車体の傾斜角検出器１８よりの車体傾
斜角φ。を入力し、上記（１）、（２）式で示した直交
速度成分Ｖｘ、■ｙが演算される。また、角速度演算器
１９は制御指令信号■によって、（３）、（４）式の演
算が開始され、直線掘削を行うための角速度の目標値ハ
、ｉｒが演算される。手動操作レバー５または７が操作
されたけ・　・　ＡＡ れば、このｉｒ、αｒがβ、αとなり、この信号によっ
てブームシリンダＣＩ及びアームシリンダＣ２が駆動さ
れて、ブーム２、アーム３はｉ、ｄの速度台は積分され
角度の目標値少１合となり、角度検出器側、２１から検
出された実際の角度β、αと比較され、それらの間に偏
差Δβ、Δαがあるとき、すなわち、パケット先端Ｐが
目標の直線からずれた時には、このΔβ、Δαによって
ブーム２、アーム３の移動速度が補正され精度良（直線
ｍ　ｌ’ｌｌｌ　’ｅ行うことができる。

また、直線掘削中に手動操作レバー５または７を操作す
れば、その操作蓋に応じた速度信月入またはα、が加算
器２２、乙で角速度の目標値ｊｒまたはαｒに加算され
た状態でブーム２またはアーム３が動かされるので、ス
ムースな手動補正動作を行うことができる。

尚、積分缶胴、乙では手動補正による速度信号ム　Ａ β、またはαｓｌ加算したβまたはαを積分して目標角
度ｆ、合を計算しているので、手動操作レバー５または
７の掃作を止めた時には、り２分は実際のβ、αとはｙ
一致した値となっており、その時点のパケット先端位置
から角度φ１の直線掘削を行う。

このような直線掘削を行っている際に、法面の設定角φ
、かわずかに狂っている時には、オペレータは手元に設
置された法面傾斜角微調整レバー１１によりΔφだけ設
定角を補正すれば設定角はφ＝φ１＋Δφとな・す、直
線掘削中に容易に設定角を手動補正することができ、そ
の仙正量は掘削面を見ながら操作感覚に合わせて行うこ
とができる。

以上の実施例では、車体の傾斜角度φ。全検出してパケ
ット先端速度演算器１７に取り込んでパケット先端Ｐの
速度成分Ｖｘ、Ｖｙを演算したが、はｇ平坦な地面上で
法面掘１）１ｊを行う際には車体傾斜全無視してＶｘ、
Ｖｙｉ演算しても良く、この際にはφｏ＝Ｑとして（１
）、（２）式の演算を行う。

また、上記、演算はブロック図を用いて示したが、演算
にはアナログ演算、ディジタル演算のどちらを用いても
良く、マイクロコンピュータなどを用いると最も適切で
ある。

以上説明した本発明によれば、油圧ショベルのパケット
先端を直線に沿って動がし掘削を行う際に、掘削面の勾
配設定手段の他に、掘削面の勾配を微調整する掘削勾配
補正手段を設けたので、掘削中の法面の傾斜の手動補正
を極めて容易に行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は油圧ショベルによって法面？掘削している状態
に示し、油圧ショベルの幾何学的関係を説明する図、第
２図は本発明の制御装置を示すブロック線図である。 １・・・・・・旋回体、２・・・・・・ブーム、３・曲
・７−Ａ、４・・・・・・パケット、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、９・・・・・・法面傾斜
角設定ダイヤル、１０・・曲法面傾斜角設定器、１１・
・・・・・法面傾斜角微調整レノ（−１１２・・・・・
・法面傾斜角微調整器、１３・・・・・・掘削速度指令
ペダル、１４・・・・・・掘削速度指令器、１７・・・
・・・）くケラト先端速度演算器、１８・・・・・・車
体の傾斜角検出器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　油圧ショベルのフロント機構であるブーム、ア
   ーム、パケットをそれぞれの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、少くとも掘削速度指令手段からの掘削速度指令
   値と掘削面の勾配設定手段からの掘削勾配設定値とから
   パケット先端の直交速度成分を演算し出力するパケット
   先端速度演算器に、掘削勾配を微調整する掘削勾配補正
   手段からの補正信号を取り込んで、所望の勾配の直線軌
   跡を得るようにしたこと盆特徴とする油圧シラベルの直
   線掘削軌跡制御装置。　。
2. （２）上記パケット先端速度演算器に車体傾斜検出器か
   らの車体傾斜信号を入力してパケット先端の直交速度成
   分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線掘削制御装置。