JPS6065834A - 旋回機能を持つ多関接機構の３次元速度制御装置 - 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、多門接形クレーンなどの、旋
回機能を持つ条間む°３機搭のリンクタロ端の所定点の
速度を３次元で制御する３次元速度制征１装置に関する
。

現在の油圧ショベルＧ’；Ｉ、　ｔｉｔ’　ｉ図に示さ
れるように、第１リンク１及び第２リンク２からオ）“
を成される多β１１接機構を持つ。第１リンク１ば上部
本体３に取り伺けられ、上部本体３は下部本体４沈対し
て旋回する＋１４造になっている。第１リンク１　、　
’：ｊ！：２リンク２は、油圧シリンダ／、仁とのリン
クＪ１１アクチュエータ５，６によってそれぞれ駆動さ
れ、土石ｌ≦木体３は、油圧モータなどの旋回用アクチ
ュエータ（図示せず）によってＨｚ　Ｆｆ３１＋さλ（
る。を套２リンり２の先端の所定点Ｐには、作業具７　
（２ｉ”　１図ではパケット）が取り（＝Ｊけられ、作
；４：　、１％　７は作ぢ、′ｉ具用アクチュエータ８
によって、頃動される。作５４共７を３次元で動かすた
めには、作英具７を任意の姿勢に保ちつつ、第１リンク
１と第２のリンク２どに所望の動きをさせ、且つ上部本
体３に所望の旋回を行わせるのでλ）ろ力１、このよう
ｉｆ制御は、一度に４本の操作レバーを適しりに操作す
ることによって達成されるので、操作に熟朴を要し、肉
体的負担も太きい。

２１１２図に示される多＋２’：Ｉ　ＬＪ形ツクレーン
おいても、状況は同様である。但し、作業具７がクレー
ンフックのように姿ＣＬｌ−制御を必要としない場合に
Ｇ１１、［，１作系統が一つ減るので、操作は第１図の
場合より一般的には多少簡単には）、（るが、それでも
３系統あり、操作は簡単ではない。作業具７が３自由度
以上を有するつかみ装［１１の場合に＋：Ｉ：、６操作
系統以上となり、その操作は全く困難となる。

従来、所定点Ｐの垂直面（２次元）での指示速度を与え
ることによって、リンク用アクチュエータ５，６の変位
、或いは迂度を７Ｖｉ算し、漣党結呆（（基づいてリン
ク用アクブーユエータ５，６考１．ｊ、’ＩＩＩ噴：１
１することが提案されていて）。しかし、この制ｆａｉ
ｌに旋回を加えて、３次元での速度側９゛１１を行おう
とすると、１１５同系の慣性負荷が大きいことが間冑毒
とフ９（る。９ｉ（えは、旋回用アクチュエーター＼入
力がＪジえられてから出力が定常値１でなるのに、０．
５・〜２抄ｆ１γの大きな遅れが生ずる。こ第１．しこ
対１．て、リンク用アクチュエータ５，６の勤ｆｔ”Ａ
２７＋１は小さいので、ｍ１リンク１、第２　！Ｊ　ン
ク２　〕’１ｉｌ）　：Ｂ　、！１、ｌ：　；；ｂ　本
（！、３の旋回との間ｉＣ大き）、仁ずれが生じ、１」
１Ｆ定点Ｐの実ド乃の咀ロＩＶベクトルＯ上町旨示ン）
れプこ９復１実ベクトルはツ゛ニなったものＫなってし
・ｒう，一本発明の目的け、上コ＝ｉｉ　ｔ，た間ト，
，・：、＋，　’；＝６　７．’．′決１，．、」１；
示速度ベクトルに比、じてｈ＋’２回日・冒こ’ｔ（　
Ｓむ３次う１−のｊ．ｉｉ度を＜ｆｉｌｌ不ＩＹするこ
とがてきる◇にｌｊ４−て（１′ご柘の３次凡速度制御
装置を」Ｉ供することでル）る。

この目的を達成するため１℃、木香′１）明）；１、、
も′１、目、゛〉イゲＧ　ｆ．ｌｌｔのリンク先立１′
最の所定点のＪ１１示速度ベクトルろ一゛、互いに直交
する三つの成分Ｖ　Ｘ＋　Ｖ　ｙ，　Ｖ　、に分解して
出力するベクトル信号入力部と、水平面内の二成分Ｖｘ
，Ｖ，及び旋回角θから、該二成分を含む水平面内での
旋回半径方向成分Ｖｒ及び接線方向成分Ｖｊを演算し、
接線方向成分Ｖｔを旋回用制御部へ制御入力信号として
出力する第１の演算部と、前記所定点の実際の接線方向
成分Ｑ　ｔり用制御部への制御入力信号を演ηする第３
の演算部とを設け、以て、指示速度ベクトルに応じて、
まず旋回用アクチュエータを動作させ、それによる実際
の速度の接線方向成分令、を検出し、仝、／Ｖｔに応じ
てリンク用アクチュエータを動作させるようにしたこと
を特徴とする。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

第３図は本発明の一実施例を示すプ四ツク図である。ベ
クトル信号入力部９は、運転者が所定点Ｐの指示速度ベ
クトルＶを入力させるためのもので、指示速度ベクトル
Ｖを互いに伯父する三−）の成分Ｖ　’Ｘ　、Ｖ　ｙ　
ｒ　Ｖ　ｚに分解して出力する。ベクトル信号入力部９
は、三つの成分■工，■ア，ｖ２が任意に調整可能な機
構のものであれし１，、どんな形式のものでもよい。簡
単なものとしては、３本のレバーや三つの回転式ダイヤ
ルでもよいし、運転者の操作端の３次元的変位や力の各
成分を検出して、出力するものでもよい。第１の？’Ｊ
”ｆ　ＳＸ　ｆ５１１　１　０は、二成分Ｖ　ｘ　＊　
Ｖア及び旋回角θから、第４図に示されるように、二成
分■工，■ｙを含む水平面内での旋回半径方向成分ｖｒ
及び接線方向成分Ｖｊを演３″工する。第２の演算部１
１ば、接約方向△ 成分ｖｔに対する実際の接線方向成分ｖｌの比を成分■
２と旋回半径方向成分■，とにそれぞれ非−一夕５，６
が実際に変位すべき目標値令・、９・を演算する。速度
検出部１３は、旋回角θを微分して旋回角速度すを演算
する微分回路１４と、旋回中心Ｏ（第４図）と所定点Ｐ
との間の距離Ｒをリンク用アクチュエータ５，６の変位
ｙ１ｔＦ２から演算する関数演算器１５と、距離Ｒと旋
回角速度６とを乗算して、接線方向成分仝ｔを算出する
乗算回路１６とから成る。

リンク用制御部１７．１８は、変位目標値／：；、　１
△ ｙ２　を表す制御入力信号の入力によってリンク用アク
チュエータ５．６をそれぞれ動作させ、被駆動部１９の
うちの第１リンク１と第２リンク２を駆動させる。旋回
用制御部２０は、接線方向成分ｖｔを表わす制御入力信
号の入力によって旋回用アクチュエータ２１を動作させ
、接線方向成分Ｖｊに応じた速度に達するように制御す
る。

所定点Ｐを指示速度ベクトル■で動かずためには、例え
ば第５図に示されるように、旋回用アクチュエータ２１
の旋回角θ、リンク用アクチュエータ５．６の変位）’
１ｔｙ２が時間の！過につれて成る関連をもって変化す
る必要がある。ところが、旋回角θの変化に遅れが生ず
るので、その関連がくずれてしまうのである。本実施例
では、遅れの生ずる旋回角θをまず変位さぜ、族Ｂ１角
θの時々刻々Ｌｙ）変位に追従して、遅れの少ないリン
ク用アクチュエータ５，６の変位ｙ１１ｙ２を制ｆｌｌ
ｌ　Ｌようというものである。

即ち、旋回用制御部２０ば、接席）１！方向成分ｖｔに
比例した速度で旋回用アクチュエータ２１が動作するよ
うに制御する。旋回用アクチュエータ２１がその速度に
達するには遅れが生ずるが、そのｊｌ！″へ程での実際
の接線方向成分仝ｔを検出し、Ｑ　ｔ　／Ｖｔを各成分
ｖ　、　、　ｖ　Ｚに乗算して、旋回半径方向成分令、
及び成分乞を算出ずろので、常に下式が成立する。

上式の関係が常に保たれているということは、ｒ′３ｊ
定点Ｐの実際の速度ベクトルが、１）１水速度ベクトル
Ｖとは大きさは異なるけ“れども、同じ方向となること
を意味する。所定点Ｐの移【１１方向が同じでさえあれ
ば、その大きさは５Ｖ（転者のλ“５′志で必ｖｙＫ応
じ調整可能であるので、３次元の速度制御を支障１、Ｃ
＜行うことができる。

リンク用制御部１７．１８及びリンク用アクチュエータ
５，６は公知のサーボ制御系を構成する／＼　△ もので、変位目標値ｙ１　・ｙ２と実車の変位ｙｌ・ｙ
２とを比較し、その差に比例した速度でリンク用アクチ
ュエータ５，６が動作する。一般的に、リンク用アクチ
ュエータ５，６、旋回用アクチュエータ２１は、油圧駆
動のものが採用されていることが多いので、入力信号に
ほぼ比例した速度で動作する。このようなアクチュエー
タを用いた場合には、リンク用制御部’１　’７　、１
８への制御人力△　△ 信号としては、変位目標値７１１７２の代わりにそれを
微分した速度シ１１？２を表す信号を用いてもおおむね
対応した動きが実覗できる。また、即応性と制御精度を
向上させるために、変位目標△　／＼ 値７１＋７２を表す制御入力信号と速度：！ｌ　、シ２
を表す制御入力信号の両方を用いるようにしてもよい。

本実施例では、記述のｆｌＩｉ１便化のために、リンク
用アクチュエータが二つの場合を酸１明したが−より一
般的には、三つ以上のリンク用アクチュエータがあり、
そのうちの二つのリンク用アクチュエータの変位７ｉ＋
）’ｊを前記のように制御し、残されたリンク用アクチ
ュエータを４ｉｔＪらかの他の拘速条件により規定し、
制御するようにしても同等の効果をイ：Ｉることかでき
る。

速度検出部１３は、第３図に示されるものにｌＵ４らず
、例えば、所定点Ｐの付近に設けられた加ｊ・ｌｉ／＼ 度計により接線方向の加速度αｔを測定し、Ｖｊ−ｆα
ｔｄｔの式の演算により実際の接Ｘ４ｊ方向成分仝、を
検出ず、ようぇ、１もよい。

１’ｃ　１の演算部ＩＯは、下式の７ｉＭ　ＩＴを行う
ものであればよい。

Ｖ　ｒ　＝　Ｖ　Ｘ　ｓｉｎ　ｏ　＋　Ｖｙｃｏｓ　θ
Ｖ　（＝　Ｖ　Ｘ　ｃｍθ−ｖ　ｙＳｌｎθ以上説明し
たように、本’ｉ６　’ｌ’Ｊによれは、多門接桟榴の
リンク先端の所定点の指丞速１埃ベクトルを、互いに直
交する三つの成分ＶｙｃＩＶア、′■、に分１９Ｙシて
出力するベクトル信−号入力部と、水平而内の二成分Ｖ
ＸＩ　Ｖｙ及び旋回角θから、該二成分を含む水平面内
での旋回半径方向成分ｖｒ及び接線方向成分Ｖｊを演算
し、接線方向成分Ｖｔを旋回用制御部へ制御入力信号と
して出力する第１の演算部と、前記所定点の実際の接線
方向成分仝を方向成分乞及び成分９．Ｌを演算する第２
の演算部と、前記各成分令　、Ｑ２を入力として、すｙ
り用制御部への制御入力信号を演♂了するｚ１τ３の演
算部とを設け、以て、指示速度ベクトルに応じて、まず
旋回用アクチュエータを動作させ、それによる実際の速
度の接線方向成分令、を検出し、仝ｔ／ｖｔに応じてリ
ンク用アクチュエータを動作させるより　にしたから、
指示速匣ベクトルに応じて旋回速度を含む３次元の速度
を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は−ｊｖ：的はＩ’ｌｌ］圧ショベルの（７４造
を示す側面図、第２図は一般的な多間接形クレーンの４
１゛り造を示す側面図、第３図は本発明の一実施例を示
′１−ブロック図、第４図は指示ｆＸ度ベクトルの各成
分を示す平面図、第５図は指示速度ベクトル通りに動く
ために必要なリンク用アクチュエータ及び旋回用アクチ
ュエータの変位を示す図である。 ｌ・・・第１リンク、２・・・第２リンク、３・・・上
部本体、４・・・下部本体、５，６・・・リンク用アク
チュエータ、９・・・ベクトル信号入力部、ｌＯ・・・
第１の演算部、１１・・・第２の演１′一部、１２・・
・第３の４１１１部、１３・・・速度検出部、１７．１
８・・・リンク用制御部、２０・・・旋回用制御部、２
１・・・旋回用アクチュエータ、■・・・指示連層ベク
トル、■ｘ・ｖｙ・Ｖ　ｚ−°゛成分■、・・・旋回半
径方向成分、Ｖｔ・・接線方向成分、Ｐ・・・所定点、
θ・・・旋回角、ｙｔ＋ｙｚ・・亥△　△　△

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　条間接機イ１°４を構成する二つ以上のリンクの
   それぞれを駆動する複数のリンク用アクチュエータと、
   条間接機構を旋回させる旋回角アクチュエータと、前記
   リンク用アクチュエータ及び旋回用アクチュエータを制
   御入力信号に応じてそれぞれ制御する制御部とを備えた
   、旋回機能を持つ条間接機構の３次元速度制伺ｊ装置に
   おいて、条間接（幾４’Ｆ・ｉのリンク先端の所定点の
   指示速度ベクトルを、互いに直交する三つの成分■工Ｉ
   　Ｖｙｌ　Ｖ２に分子＋了して出力するベクトル信号入
   力部と、水平面内の二成分Ｖ　Ｘ　Ｉ　Ｖ　ｙ及び旋回
   角θから、該二成分を含む水平面内での旋回半径方向成
   分■、及び接線方向成分ｖｔを演算し、接線方向成分■
   ｔを旋回用制御部へ制御入力信号として出力するａ″５
   １の演算部と、前記所定点の実際の接線方向成分■ｔを
   検出する速度検出部と一前記名成分Ｖ　ｒ　＊　Ｖ　ｔ
   　。 Ｖｚ　、Ｖｔを入力として、実際に発生すべき旋回半径
   方向成分ｖｒ及び成分ｖ２を演算する第２の演算部と、
   前記各成分ＶｒＩＶ、を入力として、リンク月制御部へ
   の制御入力４を号を演幻する第３の演算部とを設けたこ
   とを特徴とする旋回機（昔を持つ多門接４２毛宿の３次
   元速度制御装値。