JPS6033940A - 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、油圧ショベルのパケット刃先の動作軌跡な制御す
る装置にＩＭＩするものである。

油圧ショベルは一般にＪＭ回体に設けたブームと、この
ブームを１府仰さぜるフ゛−ムシリンダと、ブームの先
ｙ１ａにＪＩＶ付けたアームと、このアームを４１６動
さぜ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１１１動させるパケットシリ
ンダとを備えている。通帛、各シリンダは述転席に配置
した各操作レバーによって操作される。この油圧ショベ
ル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ｌｌｔｆｉ次操作１゛れば良い
が、法面の仕上げ作業や７Ａ？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ず場
合にはイー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′＆テか
りでなく、杵築能率が良好でない。

この問題を解決するために油圧ショベルにおけるパケッ
ト刃先の直線移動操作、いわゆる直線掘削を自動化する
方策が種々提案されている。その一つとして、特公昭５
４−３７４０６　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’ｒＮＩｆｃよって、ブーム、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。

ところが、この直線掘削制御装置では、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、自動掘削中で、パケット刃先の移動軌
跡をオペレータの意志によって変更させたい場合には、
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、
その後再び自動モードに切換えて自動掘削をするという
手順を踏まなければ１．ｃらず、実際には自動運転中に
、これを止めて、手動操作を割込ませることは不可能で
ある。

また、手動優先回路を附加して自動運転中に手動補正を
行うことが考えられるが、従来の手動操作用レバーの他
に補正用レバーを設けねばならず、自動運転中にレバー
の持ち震えを行わねばならない等、操作装置全体の占め
る領域の増加と操作の困難さを増す結果となる。

さらに、上記により手動補正を行って、ブーム、アーム
を動かすことは、それまで自動運転で法面方向に沿って
移動していたパケット刃先の運動に直接関係のない補正
ｊ）ｔｂ作となるので、補正が極めてやりすらいと言う
問題がある。

本発明は上記に鑑み成されたもので、法面方向に垂直な
方向の手動補正速度を与えることＫよって自動掘削中に
容易に１１１削軌跡の補正を行うことができる直線掘削
制御装置を提供す゛ることを目的とする。

この目的を達するため本発明は、掘削速度指令手段から
の掘削面に沿った方向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
交速度成分を演算するパケット先端速度演算手段に、掘
削面に垂直な方向への補正速度を与える補正レバーから
の÷１１１正速度指令値を取り込んでパケット先端の移
動軌跡を修正し、所望の勾配の直線掘削軌跡を得るよう
にしたものである。

以下本発明の一実施例を第１図及び紀２図を参照して説
明する。

第１図は本発明の適用される油圧ショベルをその幾何学
的関係を含めて示すもので、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ＩＫ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。これらのズーム、
アーム及びパケット４はそれぞれブームシリンダＣいア
ームシＩＪ　７　タｃ、及びパケットシリンダＣ５によ
って操作される。

油圧ショベルにおいてｎのような直線に沿って掘削を行
うためには、ノくケラト４の先端点ＰをＭＮ＃に沿って
動かす移動軌跡制御を行う必要力＼ある。いま、プーム
２０回転中心０を原点に選び、車体１のＧ、Ｌ、が水平
線Ｈ，Ｌ、に平行な状態での水平方向及び垂直方向にＸ
、Ｙ座標系を取る。

そして、車体のＧ、Ｌ。が水平線Ｈ，Ｌ、に対してφ。

だけ傾いた状態では、Ｘ、Ｙ座標も水平線Ｈ。

Ｌ、にそれぞれφ。たけ傾いた座標となる。ブーム２に
対するアーム３の回動点をＡ、アーム３に対するパケッ
ト４０回動点をＢ。

、４ＡＯＸ＝β、ＬＢＡＯ−９０’＝α。

／Ｐ　１３　Ａ、　−９０°＝γ、０Ａ＝Ｌｂ。

ＡＢ＝Ｌ、、ＢＰ＝Ｌ、。

パケット先端Ｐ（ｘ、ｙ）のｎ線方向の速度なＶｔ、こ
のＸ、Ｙ軸方向の速度成分をｖｘ、ｖｙ、掘削しようと
する法面の勾配をφとすると、各直交速度成分ｖｘ、ｖ
アは、 ｖ、　＝　ＶｔＣｏｇ　（φ−φ。）　”−−−−（１
）ｖ、　＝　ｖｔｓｉｎ　（φ−φ。）　・・−・・・
　（２）で表わすことができる。また、パケット先端Ｐ
をＭＮ線に沿って速度Ｖｊで動かすには、ブーム２の角
速度β及びアーム３０角速度ミヲ、 β＝　［−Ｖｘ（Ｌ、　５ｉｎ（β十α）−Ｌｄｃｏｓ
（β十α＋ｒ））十ｖｙ（Ｌ、　ｃｏｓ（β十α）＋Ｌ
ｄｓｉｎ（β十α＋γ月−り、　Ｌｄｃｏｓ　ｒ　＊　
ｒ　］　／［Ｉ４．　（Ｌ、　ｃｏｓａ＋Ｌｄｓｉｎ（
α＋γ）　）　〕＠１１１１６１１１１１１１１・・（
３）ｃｔ＝　［：　Ｖｘ（Ｌｂ　Ｃｏｇβ十ＬＩＩｓｉ
ｎ　（β＋α）−Ｌ６　ｃｏｓ（β十α＋γ月−ｖ、（
−Ｌ６ｓｉｎβ＋Ｌ、ｃｏｓ（β十α）＋Ｌｄｓｉｎ（
β十α十γ））−（Ｉ４．　Ｌｄｓｉｎ（α＋γ）　＋
Ｌ、　Ｌ４　ｃｏｓ　γ）　７’　〕／　［Ｌｂ（Ｌ、
　ｃｏｓα十Ｌ４５ｉｎ（α十γ月）−−−（４）にな
るようにプーム２、アーム３を動かすよう制御すれば良
い。しかし実際上は種々の制御１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、角速度だけで
なく、時々刻々の理想的目標角度９．Ｇを掘削開始点を
初期値として上記）。

αを積分した値としてめ、この値をフィードバックする
制御を加えればさらに制御制度が向上する。

また、掘削しようとするＭＮ線に垂直な方向の速度成分
ｖｎを加えるには、ｖｌｌのＸ、Ｙ軸の直交速度成分４
′、デア′、 ｖ’、　＝　Ｖｎｓｉｎ　（φ−φ。）・ｅｏ・・−（
５）ｖ’、　＝　−ｖｎｃｏｓ　（φ−φｏ）　＄１１
６１１１１１１１１　（６）を前記（１）　？　（２）
式に加えて、ｖ、　＝　ｖｔｃｏｓ（φ−φｏ）　＋ｖ
ｎ　５ｉｎ（φ−φ０）−−−（１）’ｖ、　＝　Ｖ４
　５ｉｎ（φ−φ。）−ｖ、　ｃｏｓ（φ−φ。）・・
・（２）′とし、前記（３１ｔ　（４）式に従ってプー
ム２、アーム３を動かすように制御すればよい。

第２図に本発明を具体化した直線掘削制御装置の一例を
示す。同図はブーム及びアームの制御系統を示すもので
あり、パケット制御系統は別途あるものとし省略しであ
る。

入力装置１００は次のように構成されている。すなわち
、ブーム２を手動操作すると共に切換スイッチ１２の切
換えにより補正速度ｖｎを与えるためのプーム操作レバ
ー５、ブーム操作レバー５の操作量に応じた信号を発生
する操作信号発生器６、アーム３を手動ｉｖ・作すると
共に切換スイッチ１３の切換えにより速削面Ｍ　Ｎ方向
の速度ｖｔを与えるアーム操作レバー７、アーム操作レ
バー７の操作量に応じた信号を発生する操作信号′発生
器８、掘削しようとする法面の勾配φを設定する法面傾
斜角設定ダイアル９、ダイアル９に連動して傾斜角φを
出力する法面傾斜角設定器１０及び例えばアーム操作レ
バー７０手元に数句けて、直線掘削自動制御を行うこと
を指令する信号■を出力する制御指令器１１が図示しな
い運転席に設置σされ入力装置１００を構成している。

入力装置１００と演算制御装置２００との間には自動−
手動切換スイッチ１２．１３が設けられ、通常は操作信
号発生器６，８の出力を手動操作信号としてプーム２及
びアーム３の各手動操作装置（図示せず）Ｋ入力するが
、制御指令器１１の信号■によって上記出力を演算制御
装置２００の補正速度指令器１４、掘削速度指令器１５
に操作信号発生器６．８の出力を入力する。

演算制御装置２００は次のものによって構成されている
。すなわち、まず、１４は前記のように法面忙垂直な方
向の補正速度ｖｎを出力する補正速度指令器で、１５は
法面方向の掘削速度ｖｔを出力する掘削速度指令器であ
る。１７は掘削速度Ｖｉ、法面の設定された勾配φ及び
車体傾斜角検出器１８より車体の傾斜角φ。を入力し、
前記の（１）、（２）式に示すノ（ケラトの先端の直交
速度成分ｖＸｌｌ　ｖｙを演習。出力し、さらに補正速
度ｖ３が入力されると前記σ）（１５、（２）７式に示
す直交速度成分ｖｘ、　ｖ、を演算出力するノくケラト
先端速度演算器である。１９は角速度演算器で、制御指
令器１１から制御指令信号■が入った時、ノくケラト先
端速度演算器１７からｖｘｔｖｙ、ブーム角度検出器２
０及びアーム角度検出器２１かもブーム角β及びアーム
角α、図示しないノくケラト制御系カ・らパケット角γ
、パケット角速匿ンを入力し、前記２２．２３は積分器
で制御指令信号■が末な（・ときをま、β、αをそのま
ま分、４として出力し、■か入るを積分し分、へを出力
する。この演算は次式によ次え、あ、２５．よ少とβ、
会と、と。偏差Δβ＝少−β、Δα＝合一αをそれぞれ
演初、する減算器、が、２７は偏差Δβ、Δαにゲイン
に、　、　Ｋ２算器である。刃、３１け加算器パ、２９
の出力に制御上の補正や補償を行い流量制御装置３００
を態動する補償増［１〕器である。以上が演算制御装置
２００の構成である。

流量制御装置３００はブーム用流量制御機溝３２及びア
ーム用流址制御機構３３を備えており、各流量制御機構
３２　、３３は補償増巾器間、３１によって動作し、ブ
ームシリンダＣ１，アームシリンダＣ１の流量をそれぞ
れ制御するものである。

第２図の掘削制御装置の作用を説明する。

制御指令器Ｊ１からの指令信号■が出力されなければオ
ペレータはブーム操作レノ＜−５またはアーム操作レバ
ー７を操作し通常の手動操作を行うことができる。そし
て、手動操作によってノくケラト先端を第１図に示す位
置に設置ａシ、法面傾斜角設定ダイヤル９を掘削しよう
とする法面の勾配φに設定し、制御指令器１１から指令
信号■を出力すれば、スイッチ１２．１３が切換わると
同時に、角速度演算器１９も角速度演算を開始する状態
になる。この状態で、アーム操作レバー７を操作すれば
、この操作量に応じた仙Ｉ削速度ｖｔが掘削速反指令器
１５より出力され、パケット先端速度演算器１７は、信
号ｖｔ１φ及び車体傾斜角検出器１８よりの信号φ。を
入力して、シくケラト先端の直交速度成分ｖｘ、ｖｙを
演偉し、角速度演算器１９に出力する。角速度演算器角
度目標値９．Ａとな−て実際の角度β、αと比較され、
偏差Δβ、Δαがあるとき、すなわち、パケット先端Ｐ
が目標の法面Ｍ１１からずれた時には、Δβ、Δαによ
ってブーム２、アーム３の動きが補正され精度良く直畷
掘削を行うことができる。直線掘削中に掘削速度はアー
ム操作レノクー７の操作量を変えることによって任意に
制御することができる。

このよう圧して法面を掘削中に、ブーム操作レバー５を
操作すれば、その操作片に応じた法面に垂直な補正速度
ｖｎが補正速度指令器１４を介してノくケラト先端速度
演算器１７に入力され、前記（ＩＫ　、　（２１’式で
示すパケット先端Ｐの直交成分ｖｘ、　ｖ、が演算され
る。したがって、パケット先端はｖｔとｖｎの合成され
た方向にこの合成速度で動くことになり、油止動作と補
正感欣が非常に合って容易に補正操作を行うことができ
る。

この実施例でアーム操作レバー７によって掘削速度ｖｔ
ヲ、ブーム４４作レバー５によって補正速度ｖ、ｌを与
えるようにしたのは、法面の傾斜角が小さく一永平忙近
い状態では手動操作による法面掘削の感覚と近い操作感
覚で法面掘削を行うことカーできるからである。

逆に法面の傾斜角が大きい場合には、〕〕゛−ム操作レ
バーで掘削速度ｖｔを、アーム操作レノ＜−７で補正速
度ｖｎを与えるようにしても良（・。

また、上記実施例によれば、従来の油圧ショベルの操作
レバーの他に掘削用及び補正用の操ｆ「レバーを設ける
必要がなく、直線４屈削中にａｌｌ　ｌ’ｌｔｌ速度と
補正速度をレバーを持ち変えることなく与、えることが
できるので、操作装置がコンノくクトで且つ操作の困非
さが全くない効果かある。

さらに、第２図の実施例では演丑装置をブロック図によ
り示したが、この演算はアナログ演算、ディジタル演算
のどちらを用いてもよ（・カー、ディジタル演算の場合
はマイクロコンピュータを用（・るのが適切である。

以上述べたように、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４第４肖ＩＪ中に、手
動操作にて掘削する法面の垂直方向への補正速度を与え
ることができるので、］くケット先端の補正動作とオペ
レータの補正感覚が非常に合い容易に補正操作を行うこ
とができるので、従来の方式に比べて、その操作性及び
杵築能率が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される油圧ショベルをその幾何学
的関係も含めて示す正面図、第２図は本発明な構成する
直線掘削制御装着の機能ブロック図である。 １・・・・・・旋回体（車体）、２・・・・・・ブーム
、３・・・・・・アーム、４・・・・・・バケツ）、Ｃ
，・・・・・・ブームシリンダ、Ｃ２・・・・・・アー
ムシリンダ、Ｃ８・・・・・・パケットシリンダ、５・
・・・・・ブーム操作レバー（補正レバー）、７・・・
・・・アーム操作レバー（掘削速度指令レバー）、９・
・・・・・法面傾斜角設定ダイアル、１２　、１３・・
・・・・切換スイッチ、１７・・・・・・パケット先端
速度波１１−　：：Ｗ。

Claims (1)

【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油圧シリンダによって操作
   し、バケット先端を所望の直腺軌跡上を移動させるもの
   において、掘削速度指令手段からの掘削面にγ０った方
   向の掘削速度指令値と掘削面の勾配設ボ手段からの掘削
   勾配設定値とからパケット先端の直交速度成分な演舅、
   するバケット先’＋ｒ７速度演算手段に、４Ａ１１削而
   に垂Ｉσ１．ｒ、方向への補正速度を与える補正レバー
   からの補正速度指令値を取り込んでバケット先端の移動
   軌−跡一を修正し、所望の勾配の直線軌跡を得るよう如
   したことを！（１徴とする油圧ショベルの直線掘削制御
   装置ｉｆ２゜（２）手動４：’４作用のアーム操作レバ
   ーとブーム操作レバーのいずれか一方を備前速度指令手
   段とし、他方を補正レバーとすると共に前記両レバーを
   自動−手動切換手段を介して手動運転と自動運転とに共
   用可能に構成したことを特徴とする特Ｒ’ｆ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。