JPS61151339A - 建設機械の姿勢演算装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、異なったフロント機構を取替えて取付けるこ
とができる油圧ショベル、クレーン等の建設機械におい
て、取付けられたフロント機構の姿勢データを求める建
設機械の姿勢ＴＪＩＬ算装置釦装置る。

〔発明の背景〕

油圧ショベル、クレーン等の建設機械にあっては、その
フロントの姿勢、先端位置等を把握することが作業遂行
上欠くことのできない事項となっている。これを、油圧
ショベルを例示して説明する。

第３図は油圧ショベルの概略構成の側面図である。図で
、１は下部走行体、２は上部旋回体、３は上部旋回体２
に可回動に取付けられたフロント機構である。フロント
機構３は、上部旋回体２に支点Ａにおいて可回動に取付
けられたプーム４、ブーム４に支点Ｂにおいて可回動に
取付けられたアーム５、およびアーム５に支点Ｃにおい
１可回動に取付けられたパケット６で構成されている。

７はプーム４を駆動するブームシリンダ、８はアーム５
を駆動するアームシリンダ、９はパケット６を駆動する
パケットシリンダである。

ＩＯは支点Ａに取付けられて上部旋回体２とブーム４と
の相対角度を検出するアーム角検出器、１１は支点ＢＫ
取付けられてプーム４とアーム５との相対角度を検出す
るアーム角検出器、１２は支点Ｃに取付けられてアーム
５とパケット６との相対角度を検出するパケット角検出
器である。

このような油圧ショベルにおいては、掘削作業を行なう
場合に、特にパケット６の先端（爪先）の位置を知るこ
とが極めて重要である。この爪先位置゛を知るため１図
示しないマイクロコンピュータ等による演算装置により
次のような演算が行なわれる。第４図は、この演算を説
明する線図である０図で、４　＊　５　ｔ　６は第３図
に示すブーム、アーム、バケツ）、Ａ、Ｂ、Ｃは各支点
である。１１はブーム長さく支点Ａ、Ｂ間の長さ）、！
、はアーム長さく支点Ｂ、Ｃ間の長さ）、！、はパケッ
ト長さく支点Ｃと爪先間の長さ）、１４は支点Ａと地面
との間の距離である。又、αはプーム４と水平面との間
の角度、βはアーム５と水平面との間の角度、ｒはパケ
ット６と水平面との間の角度である。

上記のように定めると、パケット爪先と地面との間の距
ｄＨは次式により求めることができる。

Ｈ＝１１ｓｉｎα＋ｚ、ｓｉｎβ＋ｌ、ｓｉｎ　ｒ　＋
　Ａ’４　＝”（１）上記（１）式において、長さＩｔ
　−Ｉｔ　ｓ　Ｉｓ　−Ｊ４はフロント機構３により定
まる既知の値であり、角度α、β、ｒはそれぞれブーム
角検出器ｌＯ，アーム角検出器１１．パケット角検出器
１２で求められる値である。

ところで、フロント機構３は対象とする作業や作業環境
等に応じて異なるフロント機構に取替えられる場合がし
ばしばある。この場合、フロント機構の各部の寸法も異
なるが、それらの寸法は既知であるので、上記（１）式
により、取替えられたパケットの爪先位置Ｈを求め得る
ことになる。しかしながら、フロント機構の取替えに伴
って各角度検出器１０　、１１　、１２も取付は替えが
行なわれ、この取付けが正確に行なわれない限り、上記
（１）大忙よりパケットの爪先位置Ｈな正しく求めるこ
とはできない。したがって、フロント機構を取替えた場
合、正確な角度α、β、ｒを得るためには、各角度検出
器１０　、１１　、１２の取付ずれや各角度検出器ｌ０
９１１　、１２の特性等を前層し工、取付の調整、演算
装置の調整を行なうことが必要であった。そして、この
ような調整は油圧ショベルのオペレータによっては実施
不可能であり、尋問の技術者を必要とし、しかも、その
調整自体、極めて面倒であった。

このような問題は、油圧ショベルのパケット爪先位置の
演算においてのみ生じる問題ではなく。

油圧ショベルのその他種々の制御のための演算において
も生じ、そればかりでなく、クレーンのブーム角、ジブ
角検出に基づく荷重の演算、その他フロント機構を備え
た建設機械における演算においても常に付随する問題で
ある。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情忙鑑み工なされたものであり
、その目的は、フロント機構が取替えられても面倒な調
整を不要とすることができ、しかも、正確かつ容易にフ
ロント機構の姿勢データを求めることができる建設機械
の姿勢演算装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、各裡フロント機
構について、ある定められた所定姿勢のデータを記憶し
ておき、さらに、フロント機構が当該所定姿勢をとった
とき、フロント機構に取付けられた姿勢検出装置で検出
された検出値を別に記憶しておき、当該フロント機構の
任意の姿勢データを、記憶されている前記所定姿勢のデ
ータと、記憶されている前記検出値と、当該フロント機
構の前記任意の姿勢における姿勢検出装置による検出値
とに基づいて、演算により求めるようにしたことを特徴
とする特 〔発明の実施例〕 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る姿勢演算装置のブロック
図である。本実施例においては、姿勢演算装置はマイク
ロコンピュータで構成されている。

図で、１５は所定の演算制御を行な５０ＰＵ（中央処理
装置）、１６はＣＰ　Ｕ　１５の演算、制御の手順を記
憶する第１のＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）である
。１７は所要データが記憶されている第２のＲＯＭであ
る。この所要データは、各フロント機構毎のブーム長さ
、アーム長さ、パケット長さおよび角度データである。

そして、この角度データとしては、各フロント機構毎に
、ブーム、アーム、パケットが採り得る最大角度および
最小角度が記憶される。１８は上記のように、各フロン
ト機構毎に、ブーム、アーム、パケットを最大角度位置
および最小角度位置としたときのブーム角検出器１０゜
アーム角検出器１１、パケット角検出器１２の検出値。

その他極々の値を記憶するＲＡＭ（ランダム・アクセス
・メモリ）である。このＲ，Ａ　Ｍ　１８は、マイクロ
コンピュータの電源を切っても記憶内容が保持されるバ
ックアップＲＡＭである。１９は各角度検出器ｔｏ　、
　ｕ　、　１２　、その他の装置から信号を入力し、こ
れらをディジタル値に変換するマルチプレクサ付Ａ／Ｄ
変換器である。

美はフロント機構スイッチであり、ブームスイッチ２Ｏ
Ａ、アームスイッチ２０Ｂおよびパケットスイッチ２０
Ｃより成る。各スイッチ２ＯＡ、２０Ｂ、２０Ｃはそれ
ぞれ、各槍フロント機構のうちの１４１のフロント機構
に対応する端子ｌ１ｍ２のフロント機構に対応する端子
■、第３のフロント機構に対応する端子■、・・・・・
を有する。　２１はフロント機構スイッチＷの信号を入
力するバッファである。

次に１本実施例の動作を第２図忙示す線図により説明す
る。第２図で、４は第３図に示すものと同じブーム、Ａ
は同じく支点である。Ｂｍａｚはブームシリンダ７を伸
長し工プーム４を最大に上げたときの支点Ｂの最高位置
、Ｂｍｉｍはブームシリンダ７を縮めてブーム４を最低
まで下げたときの支点Ｂの最低位置、Ｂｚは支点Ｂの任
意位置を示す。

α、は最高位置Ｂｍ＆Ｘのときの水平線に対する角度、
α童は最低位置Ｂｍｌｎのときの水平線に対する角度（
−）、αは任意位置Ｂｘのときの水平線に対する角度で
ある。

ここで１本実施例の演算について説明する。今。

上記角度α１．α１．α　釦おけるブーム角検出器１０
の検出値（出力電圧）をそれぞれＶ、　、　Ｖ、　、　
Ｖ　とすると、次の比例式が成り立つ。

（２）式から、角度αを求めると、 上記（３）式から、そのフロント機構におけるブームを
最高位置Ｂｍａｘ　、最低位置Ｂｍｉｎとしたときの角
度α３．α、およびそのときブーム角検出器１０により
検出される値ｖ１　ｅ　Ｖｔが既知であれは、ブームを
ある角度としたときのブーム角検出器１０の検出値■を
とり入れて（３）式の演算を行なえば、当該ブーム角検
出器１０の取付ずれや特性の如何にかかわらず、ブーム
角度を求めることができることが判る。

上記（３）式の演算はＲＯＭ　１６に記憶された手順に
基づきＣＰ　Ｕ　１５により行なわれる。この場合、角
度α１．α、は各種フロント機構の構造から決定される
値であり既知であるので、予め几０Ｍ１７に記憶されて
いる。したがって、値Ｖ、　、　Ｖ、を何等かの手段で
記憶しておけば、上記（３）式の演算を行なうことがで
きる。

ここで、上記の値Ｖ、　、　Ｖ、は次のような方法によ
り、ＲＡＭ１８に記憶される。即ち、第１のフロント機
構における値ｖｌ、ｖｔを記憶するには、まず、当該記
憶を行なうための特殊のプログラムを格納したカセット
（このようなカセットは、例えば、特開昭５８−１２５
１０８号公報忙開示されている。）を装着し、マイクロ
コンピュータを、このカセットのプログラムを実行する
モードとする。

以後の動作は、このプログラムにしたがって実行される
。即ち、ブームスイッチ２０Ａを端子Ｉに切換えると、
ＲＡＭ１８の所定のアドレスが指定される。次に、ブー
ムシリンダを駆動し工、支点Ｂが最高位置Ｂｍａｘ　ｉ
Ｃ達するまでブームを上げる。そして、この時のブーム
角検出器１０の出力電圧ｖ１を。

Ａ／Ｄ変換器１９、ＣＰ　Ｕ　１５を介してＲＡ　Ｍ　
１８の所定アドレスに記憶させる。さらに、ブームを最
低位置ＢｅＩｒｒまで下げ、その時のブーム角検出器１
０の出力電圧Ｖ、を同様にＲＡ　Ｍ　１８の所定アドレ
スに記憶させる。

以上の動作は、第１のフロント機１￥ｌＫおけるブーム
について述べたが、アームおよびパケットについ又も、
スイッチ２０Ｂ、２０Ｃをそれぞれ端子Ｉに切換え、そ
れぞれを最高位蓋と最低位置に操作してそのときのアー
ム角検出器１１およびバケット角検出器１２の出力電圧
を上記の方法でＲ，Ａ　Ｍ　１８の所定のアドレスに記
憶させればよい。このようにして、記憶された値を用い
（３）式の演算を行なえば、この第１のフロント機構が
他のフロント機構と取替えられるまで、各角度データを
正確に求めることができる。

全（同様に、第２のフロント機構、第３のフロント機構
、・・・・・を取付けた場合も、フロント機構スイッチ
Ｉを相当する端子に切換え、上記と同じ方法で各角度検
出器ｔｏ　、　１１　、１２の出力電圧を記憶させてお
けば、フロント機構取替え時の各角度検出器の調整なし
で、そのフロント機構各部の角度を正確に求めることが
できる。

このように１本実施例では、ブームスイッチ、アームス
イッチおよびパケットスイッチより成るフロント機構ス
イッチを設け、このフロント機構スイッチを切換えるこ
とＫより、ブーム、アーム。

パケットの最高位置、最低位置における各角度検出器の
出力電圧をＲＡＭの所定アドレスに記憶させ、これらの
値に基づいて所要の演算を行なつ工角度データを求める
よう圧したので、フロント機構が取替えられても各角度
検出器の調整を不要とすることができ、しかも、正確か
つ容易に角度データを求めることができる。

なお、上記実施例の説明では、油圧ショベルのフロント
機構について説明したが、さきに述べたように、他の建
設機械のフロント機構の取替えに対しても適用できるの
は明らかである。又、上記実施例の説明では、角度デー
タについて説明したが、これに＠ることなく、フロント
機構の各部を駆動する油圧シリンダのストロークのデー
タを姿勢データとして用いることもできる。さらに、フ
ロント機構取替え時の各部の駆動位置は必ずしも最高位
置、最低位置に限ることはなく、別途例等かの基準とな
る位置が得られれば、それらの位置であっても差支えな
い。

〔発明の効果〕

以上述へたように、本発明では、フロント機構の各部の
所定姿勢データを第１の記憶部に記憶させるとともに、
当該所定姿勢における姿勢検出装置の検出値を第２の記
憶部に記憶させ、これら記憶された値を用い工所定の演
算を行なうようにしたので、フロント機構が取替えられ
た場合でも、姿勢検出装置の面倒な調整を不要とするこ
とができ、しかも、正確かつ容易に姿勢データを求める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る姿勢演算装置のブロック
図、第２図は第１図に示す装置における演算を説明する
線図、ｌｓ３図は油圧ショベルの概略構成の側面図、第
４図はパケット爪先位置の演算を説明する線図である。 ４・・・・・・ブーム、５・・・・・・アーム、６・旧
・・パケット。 ＩＯ・・・・・・ブーム角検出器、１１・旧・・アーム
角検出器。 １２・・・・・・パケット角検出器、１５・旧・・ＣＰ
Ｕ、１６，１７・・・・・・ＲＯＭ、１８・・・・・・
Ｒ，ＡＭ、１９・・・・・・Ａ／Ｄ変換器。 ｍ・・・・・・７”’）［４１イツテ、２０Ａ・・・用
ブームスイッチ、２０Ｂ・・・・・・アームスイッチ、
２０Ｃ・・・・・・パケットスイッチ 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数種のフロント機構を取替え可能に取付け得る建
   設機械において、前記各種フロント機構の所定姿勢デー
   タを記憶する第１の記憶部と、前記各種フロント機構に
   取付けられて当該フロント機構の姿勢を検出する姿勢検
   出装置と、前記所定姿勢における前記姿勢検出装置の検
   出値を記憶する第２の記憶部と、前記第１の記憶部に記
   憶された所定姿勢データ、前記第２の記憶部に記憶され
   た検出値、および任意姿勢における前記姿勢検出装置の
   検出値に基づいて当該任意姿勢データを演算する演算手
   段とを設けたことを特徴とする建設機械の姿勢演算装置 ２、特許請求の範囲第１項において、前記所定姿勢デー
   タは、前記各種フロント機構を最大位置および最小位置
   としたときの角度データであることを特徴とする建設機
   械の姿勢演算装置 ３、特許請求の範囲第１項において、前記姿勢検出装置
   は前記各種フロント機構の各部の角度を検出する角度セ
   ンサであることを特徴とする建設機械の姿勢演算装置