JPS6095035A - 油圧シヨベルの作業具軌跡制御装置 - 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作業具軌跡制御装置、さらに詳
しくは、油圧ショベルの旋回体旋回時に於ても、予め設
定された法面勾配に沿って作業具の先端の動作軌跡を制
御する装置に関する。

油圧ショベルは一般に走行体上に旋回可能に載置された
旋回体と、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、このアームを揺動させるアームシリンダと、ア
ームの先端に枢着した作業具、例えばパケットと、この
パケットχ回動すせろパケットシリンダと父備えている
。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。この油圧ショベルの作業具、例えばパ
ケットによって、単純な掘削作業を行うには。

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、パケット刃先乞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ン同時に操作しな
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
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χ与える操作レ
バーと掘削面の勾配およびパケット姿勢角を設定するダ
イヤル類、およ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いて、演算制御製餅にて所望の
掘削軌跡火実現するためブーム、アームおよびパケット
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時の掘削方向
は掘削する法面の最大傾斜線方向に行うことを前提とし
ている。すなわち、第１図および第２図に示す最大傾斜
角方向Ｔに、予め設定した法面Ｓの勾配φに沿って直線
掘削を行い、旋回中心０１を回転中心として角度θだけ
旋回してＴ′方向ビ掘削しようとした場合、掘削すべき
直線の傾きは法面の勾配φと異なるので、上記の直線掘
削制御装置ではこの勾配の法面掘削を行うことは出来な
かった。従って、法面乞掘削する際には、１回の掘削毎
に、第１図において法面の最大傾斜方向Ｔに対して直角
方向に走行した後最大傾斜方向に直線掘削を行い、これ
χ順次繰返して法面掘削を行う必要があり９作業能率が
著しく悪いという欠点があった。この欠点はパケットに
よる法面掘削に限らず、アームの先端に他の作業具乞設
けた場合の作条具の法面上の移動に際しても同様である
。

本発明は、予め設定された勾配の法面上の作業具の移動
を、走行体が移動せず、旋回体が旋回を行っても容易に
行うことが出来る油圧ショベルの作業具軌跡制御袋ｆｆ
ｔ’Ｙ提供するととχ目的とする。

この目的を達成するため本発明は、旋回角度ヶ検出する
旋回角度検出手段を設け、旋回時の法面上の作業に際し
て、旋回角度信号ン作業具先端速度演算器に入力し、法
面勾配の補正を行うことによって所望の勾配の法面作業
が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〜＠３図を用いて説明す
る。

第１図は油圧ショベルに設けたパケットによって法面を
掘削している状態の平面図、第２図はその正面図χ示す
もので、図において１は油圧ショベル本体、１．は走行
体、ｌｂは走行体１．に旋回可能に載置された旋回体、
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、ノくケ
ラト４はそれぞれブームシリンダＣ１，アームシリンダ
Ｃ２，パケットシリンダＣ３によって操作される。

油圧ショベルにおいて第２図に示すＭＮ線に沿って掘削
を行うには、パケット先端Ｐ−ｇＭＮ線に沿って動かす
移動軌跡の制御ン行う必要がある。

今、水平線Ｈ，Ｌ、に対して油圧ショベルの走行体ｌが
乗っているＧ、Ｌ、がφ。だけ傾斜しており、かつ、掬
削線ＭＮの勾配がＨ，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、ブーム
フートピンの位ｔｉｏ２ｖ原点とし、走行体１．が水平
に設置された状態での水平方向および垂直方向に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２図では、Ｘ、Ｙ座標は水平線お
よび垂直想に対してそれぞれ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ｙ＜Ａ、アーム３
に対するパケット４０回動支点火Ｂとし、／ＡＯＸ＝β
、／ＢＡＯ−９０°＝α。

／ＰＢＡ−９０’　＝γ、０．／ｌ＝Ｌ、。

Ｋ下＝Ｌ、、Ｂ下ユＬ。

とする。また、パケット先端Ｐ（ｘ、ｙ）のＭＮ線方向
の速度なＶ２、とのＸ、Ｙ軸方向の速度成分をｖ工、■
、とすると、パケット先端ＰをＭＮ線に沿って且つ、法
面Ｓの最大傾斜角方向ＴにＶ、で動かすには、 ■、＝Ｖ、ｃｏｓ（φ−φｏ）・・・・・・・・・（１
）■ア＝　Ｖ　＠　ｓｉｎ　（φ−φ。）　・・・・・
・・・・　（２）となり、ブーム２の角速度ｊ及びアー
ム３０角速度αを、 ／＝（−Ｖ、　（Ｌ　、５ｉｎ（β＋α）、　Ｌｄｃｏ
ｓ（β＋α＋γ））＋　Ｖ　ｙ　（Ｌ　、ｃｏｓ　（β
＋α）　＋Ｌ　６　ｓｉｎ　（β＋α＋γ））−Ｌ、Ｌ
ｄｃｏｓγ−；）／（Ｌ、　（Ｌ、ｃｏｓα＋Ｌ４ｓｉ
ｎ（α＋γ））〕　・・・・・・・・・　（３）ａ＝（
Ｖ、　（ＬｂＣＯ３ｌ＋Ｌ　、　ｓｉｎ　（β＋α）−
Ｌｄｃｏｓ（β十α＋ｒ　）　）　’ｙ　（ｌＩｂ５Ｉ
ＩＩβ−１−Ｌ、ｃｏｓ（β＋α）　＋　Ｌ　ｄｓｉｎ
　（β＋α十γ））−（ＬｂＬ、５ｉｎ（α＋γ）　＋
Ｌ　、ＴＪ　ｄｃｏｓγ）　１　）／（Ｌｂ（Ｌ、ｃｏ
ｓａ十Ｌ　、ｓｉｎ　（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。

そして、第１図に示すように、旋回中心０．を回転中心
として角度θだけ旋回し、ノくケラト先端点Ｐ欠「π１
に沿って、且つ第１図のＴ′方向に掘削する場合、法面
Ｓの７方向の角度φ′は、φ／　＝＝　ｔ、、ｎｌ　（
ｃｏｓθｍ’　ｔａｎφ）・・・・・・・・・（５）と
なり、従って上記（１）、　（２）式のφに代りにφ′
を代入″′ｆると、 Ｖ　、　＝　Ｖ　ｔ　ｃｏｓ　（φ′−φｏ）　−・・
・・・・（１γ■ア＝Ｖ　４　ｓｘｎ　（φ′−φ。）
　・・・・・・・・・　（２ｙとなる。

そして、（１）’、　（２）’式のＶ工、Ｖｙχ用いて
、上記ブーム２の角速度βおよびアーム３の角速度αを
上記（３）、　（４）式となるように、ブーム２および
アーム３を動かせば、パケット刃先ＰＡを設定した法面
勾配に沿って移動′ｆることができる。

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
１式のようにβ、αを制御すると共に上記β△△ ９　αン禎分した値χ角度の目標値β、αとし、実際の
角度β、αを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３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およびアーム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。

旋回体ｌ、の運転席（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宿手動操作するブーム操
作レバー、６はブーム操作レノ（−５の操作量に応じて
ブーム２の手動速度信号βやを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ノく−、
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
動速度信号九を出力するアーム速度指令器、９は掘削す
る法面Ｓの勾配を設定する法面傾斜角設定ダイヤル、ｌ
Ｏはダイヤル９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、１１＆１）（ケラト先端Ｐの掘削
方向（第１図および第２図のＭＮ線、Ｔ方向またはＭＮ
線、Ｔ′方向）の速度父与える掘削速度指令ペダル、１
２はペタ゛ル１１の操作量に応じて速度指令信号■、を
出力する掘削速度指令器である。

符号２００は演算制御装置で、１３は掘削速度指令器１
２の出力■、により、ペダル１１が踏まれたこと父検知
し、直線掘削制御を行うことな指令する信号■を出力す
る制御指令器である。１４は上記φ、■１．車体の傾斜
角検出器１５よりの車体傾斜角φ。および旋回角度計１
６よりの旋回角θを入力し、上記（５）、（１）’、　
（２Ｙ式に基き）々ケラト先端Ｐの直交速度成分■ア、
■アを演算するノ（ケラト先端速度演算器、１７は旋回
角度計１６の旋回角度を零とするリセットスイッチ、１
８＆’！、上に己制御指令器１３の信号■が入力された
ときＶｘ。

■　、ブーム角検出器１９、アーム角検出器２０まりの
ブーム角β、アーム角αおよび別途）（ケラト制御系か
ら入力されるパケット角γ、）（ケラト角速度ｒに基い
て、（３）、（４）式のｊ、みに相当するブーム角速度
目標値β１．アーム角速度目標値みｒ火演算する角速度
演算器、２１＆１角速度演算器】８の出力）、にブーム
速度指令器６σ〕出力βＭを加算した値β＝β、−４−
ｊ、’を出力する力０３７−みＭを出力する加算器、２
３は上記制御指令信号■が入るまではブーム角検出器１
９の検出角βをそのまメ出力し、信号■が入ると、その
時点でＱ）検出器Ｊ９の検出角β。ン初期値としてβ火
状分してブーム目標角βを出力する精分器、２４をま上
記制御指令信号■が入るまではアーム角検出器２０の検
出角αをそのま〜出力し、信号■が入ると、その時点の
検出器２０の検出角α。ｋ初期値としてαＹ積分してア
ーム目標値角αを出力する積分器である。積分器２３．
．２４の演算をそれぞれ次の式（６）、　（７）で表わ
す。

２５は上記積分器２３の出力βと検出器１９の出力βと
偏差Δβ＝β−βを演算する減算器、２６は上記積分器
２４の出力αと検出器２０の出力αとの偏差Δα＝α−
αを演算する減算器、２７は偏差Δβにゲインに１を乗
する係数器、２８は偏差Δαにゲインに２を乗する係数
器、２９は加算器２１の出力βに係数器２７の出力に１
αβを加算してβ十に１Δβを演算する加算器、３０は
加算器２２の出力αに係数器２８の出力に２Δαを加算
してα十に２Δαを演算する加算器、３１゜３２はそれ
ぞれ加算器２９．３０の出力に制御上の補正や補償を行
う補償増巾器である。

信号３００は流量制御装置を示し、ブーム流量制御器３
３は補償増巾器３１の出力により動作してブームシリン
ダＣ１の流量ヲ制御し、アーム流量制御５３４は補償増
巾器３２の出力により動作してアームシリンダＣ２の流
量ン制御する。

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
ペタ゛ルＩＩを操作しなければ、制御指令器１３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の操作量に応じてブーム速度指令６またはアーム速度
指令器８かも手動操作信号βやまたはαヤが出力され、
ブームシＩＪ　７　タＣ□またはアームシリンダＣ２は
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乞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ｐｙ＜第１図に示
すＴ方向で、且つ第２図に示すようにＭＮ線上にセット
し、法面傾斜角設定ダイヤル９Ｗ掘削しようとする法面
の勾配φに設定し、リセットスイッチＪ７を押してこの
時の旋回角度計１６の値を零とし、掘削速度指令ペダル
１１を踏めば法面最大傾斜方向Ｔの直線掘削が開始され
る。掘削指令ペダルを踏むと制御指令器１３から指令信
号■が出力されると共にペダル１１の操作量に応じた指
令信号Ｖ、が出力され、パケット先端速度演算器１４で
は、Ｖｔ、φ、車体の傾斜角検出器１５よりの車体傾斜
角φ。および旋回角度計よりの検出角θ（但しθ＝０）
火入力し、上記（５）、（１）′、（２１’式に基づい
て直交速度成分Ｖ、、Ｖ　が演算される。この場合（３
）式ではφ′＝φとなる。また、角速度演算器１８は制
御指令信号■によって、（３）、（４）式の演算を開始
し、直線押開ン行うための角速度の目標値ｊ’、、ａ、
が演算されろ。手動操作シリンダＣ８およびアームシリ
ンダＣ２が駆動されて、ブーム２およびアーム３はノ、
ミの速度で動くことになる。−力積分器２３．２４によ
ってβ、αは積分され角度の目標値β９αとなり、角度
検出器１９．２０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があるとぎ、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
が補正され精度良く直線掘削を行うことができる。

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、その操作量に応じた速度信号βつまたはみッが加
算器２１．２２で角速度目標値λ、またはミ、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、積分器２３．２４では手動補正による速度作レバー
５または７の操作を止めた時には、β。

αは実際のβ、αとはｙ一致した値となっており、その
時点のパケット先幻位搭かも角度φの直線掘削を行う。

次に、Ｔ方向の掘削を終了した後、旋回体を任意の角度
θだけ旋回させて、第１図の７方向で法面Ｓ上にパケッ
ト先端Ｐを位置しベタル１１を踏めば、旋回角θに対応
した任意のＶ方向の直線掘削が開始される。どの時、ノ
クケット先端速度演算器１４は（５）式によりφ′を演
算し、これに基いて（３）、（４）式により直交速度成
分Ｖ工、ｖ、ｙｔ’演算する。

従；て、・・ケラト先端Ｐの掘削方向が法面最大傾斜方
向Ｔから外れても法面傾斜設定ダイヤル９で設定した法
面の勾配φに沿った直線掘削が行われる。

以上の実施例では、走行体重、の傾斜角度φ。

を検出してパケット先端速度演算器１４に取り込んでパ
ケット先端Ｐの速度成分■工、ｖ、’ｖ演算したが、は
ｙ平坦な地面上で法面掘削を行う際には車体傾斜を無視
して■ｘ９　ｖｙを演算しても良く、この際にはφ。＝
０として（１）’、　（２）’の演算を行うＯ また、上記演算はブロック図７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でも良く、マ
イクロコンピュータなどを用いると最も適切である。

さらに、上記実施例では油圧ショベルの作業具としてバ
ックホウパケットｙ例示したが、法面上を移動される作
業具として掴み装置、破砕機または穿孔機などを取付け
ても本発明は同様の効果ケ奏するものである。

以上説明した本発明によれば、旋回角度な検出ｊる旋回
角度検出手段を設け、旋回時の法面上の作業に際して、
旋回角度信号を作業具先端速度演算器に入力し、演算時
の法面勾配の補正を行うようにしたので、法面上の作業
を行うのに走行移動せず、そのままの位置で旋回を行い
ながら作業することができるＱ）で、作業能率を著しく
向上させることができろと共に作業範囲の拡大ケ計るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は油圧ショベルで法面掘削を行う状態の平面図、
第２図は油圧ショベルで法−面押開を行う状態の幾何学
的関係を説明する正面図、第３図は本発明の一実施例に
係る制御族＠、欠示すブロック線図である。 １・・・・・・油圧ショベル本体、１１・・・・・・走
行体、Ｊｂ・・・・・・旋回体、２・・・・・・ブーム
、３・・・・・・アーム、４・・・・・・パケット（作
業具）、９・・・・・・法面傾斜角設定ダイヤル、ｌＯ
・・・・・・法面傾斜角設定器、１１・・・・・・掘削
速度指令ベタル（作業速度指令手段）、１２・・・・・
・掘削速度指令器、Ｊ４・・・・・・パケット先端速度
演算器（作業具先端速度演算器）、１６・・・・・・旋
回角度計（旋回角度検出手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　走行体上に旋回可能に載置された旋回体と。 旋回体に俯仰動可能に取付けられたブームと、ブームの
   先端に揺動可能に取付けられたアームと、アームの先端
   に回動可能に取付けられた作業具とを備え、前記ブーム
   、アームおよび作業具をそれぞれのシリンダによって操
   作し、作業具の先端部ケ所望の法面に沿った直線軌跡上
   を移動させるものにおいて、少くとも作業速度指令手段
   からの作業速度指令値と法面の勾配設定手段からの法面
   勾配設定値とから作業具先端の直交速度成分を演算し出
   力する作業具先端速度演算器に、前記旋回体の旋回角度
   検出手段からの旋回角度検出手段り込んで、所望の勾配
   の作業軌跡ビ得るようにしたことを特徴とする油圧ショ
   ベルの作業具軌跡制御装置。