JPS61106891A - さく岩機用位置決め装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、さく岩機を乗架するブームを所望の位置に迅
速に自動位置決めする装置に関するものである。

（従来の技術） ブーム構造を有するさく岩機の乗架装置は、人間の感覚
によくマツチした直角座標系とは異なる特殊な球面座標
系を有しているので、その位置を簡単な操作により指示
することが困難である。この点に鑑みて、本出願人は先
に、ブームに乗架したさく岩機の位置指定を、直角座標
系で入力可能な位置決め装置を提案している（特公昭５
７−５１５１８号公報）。

その装置においては、直角座標系で入力されたさく孔パ
ターンをブームの座標系に変換するだめの変換手段を有
し、この変換手段の出力に基づき、ブームに乗架したさ
く孔機の位置決めサーボ制御を行うようにしている。上
記さく孔パターンは、所定の基準点を中心に設定されて
おり、さく孔作業にあたっては、まずブームをその基準
点に一致するように初期設定すれば、基準点を中心とし
てさく孔パターンに従ったさく孔が行われる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような位置決め装置においては、ブ
ームの初期位置がさく孔パターン等の位置情報の基準点
に正確に一致していないと、所望位置への正確なさく孔
ができない。例えば、さく岩機の製作時の誤差、あるい
はブームの作業台車への取付誤差等により、ブームの初
期位置と上記基準点との間にずれが生じていると、実際
のさく孔は、全てそのずれに影響されて、正確な位置に
行われなくなってしまう。

（問題点を解決するための手段） そのために、本発明では、第１図（Ａ）に示すように、
さく孔点の位置情報をブームの座標系により表わされる
位置情報に変換する変換手段１８を有すると共に、さく
孔点の位置情報の基準となる基準点と実際のブーム初期
位置とのずれ量を入力する入力手段１５とそのずれ量に
基づき、さく孔点の位置情報を補正してブームの初期位
置を補正基準点とする位置情報を算出する補正手段１７
とを有し、これら変換手段および補正手段を介して得ら
れた位置情報に基づき、ブームに乗架されたさく岩機の
位置決め制御を行うようにしている。

（実施例） 以下に、図面を参照して、本発明の好適な実施例につ゛
いて説明する。

第２図は本実施例におけるさく岩機のブーム乗架装置本
体の構造を示すものであり、第３図はブームの移動方向
を示すものである。図において、作業台車上に固定する
基台Ｆにブーム１の第１ブーム２の後端２ａを回転自在
に軸支すると共に、該ブーム２の先端２ｂに第２ブーム
３の先端３ａを回転自在に軸支し、該ブーム３の先端３
ｂにセルマウンティング４を介してガイドセル用のシリ
ンダ５を固定している。該シリンダ５にはフィードモー
タ６を後端に取り付けたガイドセルフを摺動自在に載架
して該シリンダ５の作動により上記ガイドセルフを前後
進させるようにすると共に、該ガイドセルフにロッド９
の先端にビット１０を取り付けたさく孔機８を前後進で
きるように装着し、該さく孔機８のさく孔作業時に上記
フィードモータ６で前進作動させるようにしている。該
さく孔機８を乗架するブーム１は左右水平方向（Ｘ方向
）前後水平方向（Ｚ方向）及び垂直方向（Ｘ方向）に変
位するようにしており、上記第１ブーム２と第２ブーム
３に夫々水平方向に作動させるブームスイング用のシリ
ンダ１１とガイドセルスイング用のシリンダ１２を取り
付けると共に、垂直方向に作動するブームリフト用のシ
リンダ１３とガイドセルリフト用のシリンダ１４とを図
示の如く取り付けている。

上記各シリンダ１１〜１４の作動量と該作動に応じて移
動するブーム先端位置（即ち、ガイドセルフの先端位置
）の関係を、第４図を参照して解析すると下記の通りと
なる。

尚、第１ブームの長さを！１、第２ブーム３の長さをβ
２第２ブーム３の先端よりガイドセルフの先端までの長
さを（即ち、ガイドセルフの移動量）βＳとしている。

ブームが２軸上にあるとき、その先端は第４図（Ａ）、
（Ｂ）中のＰ。の位置にある。まず、ブームスイング用
のシリンダ１１とガイドセルスイング用のシリンダ１２
とを作動し、そのロッドの伸長により水平面（図中ｘ−
ｚ面）に第１ブーム２をθい第２ブーム３を０３だけ移
動すると、上記Ｐ。点はＰ、点に移る。その後、ブーム
リフト用のシリンダ１３、ガイドセルリフト用のシリン
ダ１４を作動し垂直面（図中ｙ−ｚ面）に０２、θ、た
け移動するとＰ１点は２２点に移る。２２点の位置及び
（セルの）方向は次式で与えられる。

ｘ　　＝＝　　Ｉｌ　　、ｓｉｎ、Ｑｃｏｓ　　Ｏｌ−
（ｊ！　２ｓｉｎ　　Ｏ、−ト　ｊ！　、５ｉｎ（０、
−１θコ））ｃｏｓ（θ２　＋θ、　） ｙ＝１．ｃｏｓθ’、　ｓ　ｉ　ｎθａ＋（ｊ’ｚｃｏ
ｓθ１＋ｆ、ｃｏｓ（θ１＋　θ、））ｓｉｎ（θ２　
＋　０４　）ｚ　＝　ｊ！　、ｃｏｓθ１°ＣＯ８θ２
　＋　（１２ｃｏｓθ１＋ｊ２．ｃｏｓ（θ１＋θ３）
　）　ｃｏｓ（θ２十０４）θ＝θ、　十　〇。

φ＝θ２＋θ、　　　　　　　　　　　・・・・・・（
１）すなわち、点Ｐ２　とその方向は（１）式を通して
、角座標系Ｐ　（ｘ、ｙ、ｚ、θ、φ）及び、ブームの
座標系Ｐθ（θ１　、θ２　、θ３　、θ１．！、）相
互に変換できる。

Ｐ　（ｘ、ｙ、ｚ、θ、φ）Ｐθ（θ１．θ２．θ３．
θ、、＊ｓ）したがって直角座標系で与えられた点Ｐ２
の位置と方向の制御は座標変換器［Ｐ−Ｐθ〕と角度θ
１　。

θ２　、θ３　、θ、及び長さβＳの位置決めサーボ制
御装置があれば達成できることとなる。

、　しかるに、位置決め制御においては、位置決めの基
準点が必要であり、例えば、上記のようにブームをＺ軸
上の位置から所定量だけ移動させるためには、その前提
条件として、ブームがＺ軸上に正しく位置していること
が必要である。従って、ブームが２軸からずれている場
合には、そのずれ量を考慮して、ブームを移動制御する
必要がある。

そのためには、以下に説明するように、ずれ量に・、応
じてブームの移動量を補正すればよい。

”１） まず、第５図に示すように、ブーム１の初期位置が正規
の座標系の２′軸に対して破線で示す位置にある場合、
ブーム１を２軸とする移動座標系を求める。この求めた
座標系の各軸（ｘ、ｙ、ｚ）と、正規の座標系の各軸（
ｘ′、　　′、Ｚ′）との余弦を求める。ここで、各余
弦を次表のように設定する。

上記余弦を用いれば、移動座標系にて、目標ポイントへ
のブーム移動制御を達成するために必要な入力座標値を
もとめる式が得られる。

・・・・・・（２） 本実施例における位置決め装置は、上述したような直角
座標系をブームの座標系に変換するための手段と、ブー
ムの正規座標系に対するずれ量を補正するための手段と
、位置決めサーボ制御手段とを有し、直角座標系で指定
された位置にブーム先端のビットを正確に位置させるよ
うにしている。

第１図（Ａ＞は、かかる位置決め装置のブロック図を示
すものである。図において、１５は入力手段であり、さ
く孔パターン、およびそのパターンの基準となる基準点
とブーム１との間のずれ量が入力される。１６はさく孔
パターンに応じてブームの先端位置を切羽直前の仮想直
角座標面に対して直接位置決めするための作動量を設定
するメモリ手段で、このメモリ手段１６には、入力手段
１５から入力されたさく孔パターンが記憶される。

１７は入力されたブーム１のずれ量に基づき、さく孔パ
ターンを補正する補正手段である。この補正手段１７は
、レジスター？ａと補正回路１７ｂを有し、レジスター
７ａには入力手段１５から入力されたずれ量が記憶され
る。このずれ量は、前述したように、正規座標系に対す
る余弦の値ａｌｌ〜ａ２３として入力され、その算出は
例えば実測により行われる。補正回路１７には、このレ
ジスタ１７ａからずれ量が供給されると共に、メモリ手
段１６からさく孔パターンが順次に供給される。

すなわち、直角座標系による位置と方向（Ｘ′。

ｙ′、ｚ′、θ、φ）を示すさく孔位置情報Ｐ′が供給
される。補正回路１７ｂでは、このうちの位置情報（ｘ
／、　　　／、　　ｚ／）がレジスター７ａから供給さ
れたずれ量（ａ＋＋−ａ３ａ）に応じて補正される。す
なわち、前述の（２）式で示す演算が実行されて、補正
された位置情報（ｘ、ｙ、ｚ）が算出される。１８は座
標変換器であり、補正手段１７から供給される直角座標
系による位置および方向を示す情報Ｐ　（ｘ、ｙ、ｚ、
θ、φ）を、ブームの座標系による情報Ｐθ（各アーム
２．３の変位角θ１　、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とガイドセル
フの移動量ｎｓ　）に変換する。１９はブームの位置決
めサーボ制御装置であり、ブーム１の第１、第２１−ム
２．２の変位角より各ブームの駆動用油圧シリンダ１１
〜１４のピストン及びガイドセル用のシリンダ５の作動
量を決定する。２０は各部の駆動を制御する中央処理装
置であり、入力手段１５から操作入力があると、メモリ
手段１６、補正手段１７、変換器１９へ制御信号を出力
する。

これらの制御信号により、メモリ手段１６内からさく孔
位置情報Ｐ′が補正手段１７へ供給される。

２１は上記変換器１８とブーム位置決めサーボ制御装置
１９との間に接続するレジスタ（Ｉ）であり、変換器１
９より与えられる指令値Ｐθをたくわえてサーボ制御装
置１９に伝えるものである。

２２は変換器１８に接続したレジスタ（Ｉｔ）であり第
１１−ム２、第２ブーム３の長さｌｌ　、Ｌ・・・・・
・等の定数を変換器２９に与えている。第１及び第２ブ
ーム２．３からなるブーム１及びガイドセルフの各駆動
油圧シリンダ５．１１〜１４は、上記位置決めサーボ制
御装置１９と接続し、該位置決めサーボ制御装置１９よ
り指令される各シリンダ５．１１〜１４のピストン作動
量に応じて作動される。２３はさく孔機制御手段であり
、ブーム１のガイドセルフ上に乗架したさく孔機８には
さく孔作動に必要な制御量を与えており、上記位置決め
サーボ制御装置１９と接続しブームが所望位置に位置決
めされた信号で作業掻開始するようにすると共に、中央
処理装置２０とも接続し、各さく孔作業毎の終了信号を
与えるようにしている。

２４はブーム２．３の各駆動用シリンダ１１〜１４及び
ガイドセル用のシリンダ５の変位を検出した信号を受け
てブームの変位角を求める２つの演算器であり、上記位
置決めサーボ制御装置１６と接続し、ブームの変位角（
Ｃ１、Ｃ２、θつ　。

θ、）及びガイドセルフの移動量（ｊ２ｓ）をフイ・−
ドパツクし、ブームの位置決めを行うようにしている。

上記駆動用シリンダ１１〜１４の変位よりブームの変位
角θ、〜θ２を上記演算器２４なしに直接又は演算器２
４を介して間接検出する原理について下記に説明する。

第６図に示す第１ブーム２を簡略化した図面において、
該第１ブーム２が今、水平状態にあるときΔＸ、Ｘ、Ｘ
３は直角三角形である。したがって各辺の長さを第６図
の如く示すと次式が成立する。

Ｃ２＝　ｂ２　＋　ｃ”　　　’　　　　　　　　−＝
４３）一方、アーム２が上方へ角度α°移動したとき点
×１　が点Ｘ１′に移動し、Ｘ、−Ｘ３間の距離がｔだ
け増加したとすると次式が成立する。

（ａ＋　ｔ　）２＝　（ｂ＋　ｃｓｉｎ　α）２＋　（
ａｃｏｓ）２＝　ｂ２＋　Ｃ２＋　２　ｂ　ｃｓｉｎ　
ａ　　−−−−−・（４））（３）、（４）式より ｔ２＋２ａｔ＝２ｂｃｓｉｎ　ａ したがって、角度αは次式より求まる。

を改めてＴとおく と（６）式は次のように変形できる。

上記Δｘ、　　’ｘ２ｘ３　に相似な三角形へ〇、　　
Ｑ２Ｑ３　を考える。Δｘ、　　’ｘ、　　ｘ３　と対
応する各辺の長さをそれぞれ（ａ’、ｂ’、ｃ’、ｔ）
と表示する各辺について が成立するから ａｔ　　　　　　　ａ’ｔ’ ｂｃ　　　　　　ｂ’ｃ’ が成立すると共に（８）式の常数についてもとなり、相
似な三角形の間では（８）式の常数及び変数は三角形の
大きさに依存せず、しかも角度αは同一の（８）式で表
わされることがわかる。定数に２を用いて、（８）式は
次のように表示できる。

ン このようにシリンダの変位Ｔより（９）式を用いて、ブ
ームの揚魚αが求められる。具体的には次の２つの演算
器２３（ディジタル演算器を用いるのが″“１１′ｌ有
利である。）を用いてこれを実現できる。

Ｔの検出装置としては、第７図に示す如き駆動用油圧シ
リンダに組込まれたエンコーダ２５が用いられる。

上記エンコーダ２５は上記各駆動油圧シリンダ１１〜１
４の内部基端側に取り付けており、シリンダに固定する
ケース内に回転ディスク２６と検出器２７とを設け、油
圧の流入により軸２８を介して回転ディスク２６が回転
するようにしており、ディスク２６に物理的なコード化
されたＬ　Ｏ／＜ターンを記憶させ、これを検出器２７
にて検出している。尚、物理量として光を用いているた
め、光源う、ンプ２９、集光レンズ３０を用い、検出器
２７としてフォト・トランジスタを用いている。

上記ディスク２６の回転角βと出力信号Ｔとは、Ｔ＝に
β　　　　ｋは定数　　・・・・・・（１１）で示され
る。したがって、（１１）式の変わりに上記（１０）式
を満足する関数発生器としてエンコーダのディスク・パ
ターンを変えれば、このエンコーダ２５から直接角度α
が得られる。

（１０）式を満足する関数発生器（エンコーダ）のディ
スク・パターンを求めるため（１１）式を（１０）式に
代入し これをβについて解くと次式を得る。

ｋ２　・ｋ ・・・・・・（１２） 但し、１．βは負のみでないから符号は正を採用した ２、　　１＋２に２ｓｉｎ　　α　＞０すなわち、（１
１）式にしたがって、ブームの各アームの揚魚αに対す
るエンコーダのパターン角βが求められることとなる。

尚、上記エンコーダ２５を、特殊な関数発生器として利
用する方法で、第６図の距離ＬＸ　、　Ｌｙは検出する
ことができる。

このように構成したブーム位置決め装置の動作について
説明する。まず、実測により求めたブームのずれ量およ
び直、角座標系で与えられた今く岩機のさく孔パターン
を入力手段１５から入力し、それぞれレジスタ１７ａお
よびメモリ手段１６に記憶させる。次いで、入力手段１
５から中央処理装置２０へ動作開示指令を入力すると、
この装置２０の制御の下に次のような動作が行われる。

まず、所望のさく孔点ｐ／　（Ｘ／、　ｙ／、　ｚ／、
θ。

φ）の情報およびずれ量（ａｌ、〜ａ３３）が補正回路
１７ｂに供給され、この回路において、ずれ量に応じて
さく孔点Ｐ′の情報が補正されて、情報（ｘ、ｙ、ｚ、
θ、φ）が算出される。次に、この補正後の情報Ｐが変
換器１８に供給されて、Ｐ−Ｐθの変換がなされ、ブー
ム座標での位置がレジスタ（Ｉ）２１にだくわえられる
。この指令値に従って、ブーム位置決めサーボ制御装置
１９により各駆動シリンダ５．１１〜１４が作動されて
各ピストンが伸長しブーム先端は所望位置に達スル。こ
の時、同時に各シリンダのピストンの変位よりブームの
角度検出がなされ、サーボ制御装置１９にフィードバッ
クされる。この位置決めが終ると、さく孔機制御装置２
３によりさく孔機８が制御されてさく孔作業が行われる
。該作業が終了すると、終了信号が中央処理装置２０に
与えられ、該中央処理装置は再度新しい位置をメモリ手
段１６より取り出し、変換器に与える。上記順序に従っ
てブーム１の位置決め及びさく孔作業が行われる。これ
を順次繰り返し１つのパターンにしたがってさく孔作業
を終了する。

なお、上記実施例では、補正手段１７をメモリ手段１６
と変換器１８との間に接続して、ずれ量の補正を行った
後に、座標変換を行うようにしているが、これとは逆の
順序で処理を行っても良い。

すなわち、第１図（Ｂ）に示すように、メモリ手段１６
と補正手段１７との間に変換器１８を接続して、入力位
置情報をブーム座標系に変換した後に、ずれ量に応じた
補正を施しても良い。

また、この発明のブーム位置決め装置は、ブーム構造を
もつ乗架装置に適用できる。即ち、第８図に示す各乗架
装置において、夫々前記した（１）式に上記の種々の条
件を与えると、上記実施例と同様な構成作用となるもの
である。第８図（Ａ）に示すクレーンでは、βｓ＝ｊ！
２　＝Ｑ、θ１　＝θ３＝０、（Ｂ）のブルドーザでは
、ｆｓ＝０、θ１＝θ３　＝０、（Ｃ）のバック・ホで
はθ１−θ３＝０、（Ｄ）のさく岩機ではθ３　＝θ４
　＝０、ｊｉ！２−ｊ！ｓ　＝Ｑ、（Ｅ）のフロラドリ
ルではＲ２＝０、θ４　＝０、（Ｆ）のＪｓ　ブームで
はθ２＝０、（Ｇ）のＳＢブームでは！２＝０、θ２＋
θ。

；φ＝一定、θ１　＋０３＝一定、ｈのエクステンショ
ンブームでは１２＝０、ｌｌ　　−可変の各条件をレジ
スタ（ＩＩ）２０に付与するとよい。

さらに、上記エンコーダは各シリンダの軸線上に配置し
ていが、このエンコーダは上記シリンダの軸線上から外
れた位置で作動するように歯車、またはねじ機構を介し
て連結するようにしてもよい。

ｒ、Ｈお、第１図で示す二点鎖線で囲まれる部分は外部
処理として行ない、この外部処理により得られる値をレ
ジスタ（Ｉ）２１へさく孔毎に入力してもよい。その際
、中央処理装置２０はさく孔機制御装置２３から作業終
了信号を受けると作動用の指令信号をレジスタ（１）２
１へ戻るようにすればよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ブームの位置決
め制御は、入力されたさく孔位置情報が、その位置情報
の基準点とブームの初期位置との間のずれ量に応じて補
正され、その補正された位置情報に基づき行われている
ので、ブームを作業台車へ取り付ける際に生ずる取付誤
差あるいは、ブームの製作時に生ずる製作誤差等に起因
して、作業台車に取り付けたブームが正規の位置から外
れた位置にある場合においても、そのブームずれに影響
されることなく正確なさく孔作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の一実施例における゛ブーム位置
決め装置のブロック図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の
変形例を示すブロック図、第２図はさく岩機とそのブー
ムの側面図、第３図はさく岩機の使用状態を示す概略図
、第４図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれブームの変位状
態を示す概略図、第５図は正規座標系とブームの位置す
る座標系を示す図、第６図はブームの変位角とシリンダ
の変位量との関係を示す概略図、第７図はエンコーダ２
５の分解斜視図、第８図（Ａ）ないしくＨ）はブーム乗
架装置の他の例を示す概略図である。 １・・・・・・ブーム　　２・・・・・・第１ブーム３
・・・・・・第２ブーム ５．１１．１２．１３．１４・・・・・・シリンダ７・
・・・・・ガイドセル　　８・・・・・・さく岩機１０
・・・・・・ビット　　　１５・・・・・・入力手段１
６・・・・・・メモリ手段　１７・・・・・・補正手役
８・・・・・・変換器 ９・・・・・・位置決めサーボ制御装置特許出願人　　
マ　ツ　ダ　株　式　会　社第２図 第３図 第４図（Ｂ） 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. さく岩機を乗架したブーム手段と、切羽面直前に想定さ
   れたさく孔面上におけるさく孔点の位置情報および該位
   置情報の基準となる基準点とブームの初期位置との間の
   ずれ量を入力する入力手段と、前記さく孔点の位置情報
   をブーム座標系の値に変換する変換手段と、前記さく孔
   点の位置情報を、前記ずれ量に応じて補正して、ブーム
   の初期位置を補正基準点とするさく孔点の位置情報を算
   出する補正手段と、前記変換手段および前記補正手段を
   介して得られるさく孔点の位置情報が供給され、該位置
   情報に基づき前記ブーム手段の移動制御を行う位置決め
   制御手段とを備えたことを特徴とするさく岩機用位置決
   め装置。