JPS6136425A - 腕式作業機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】 本発明は腕式作業機の作業具軌跡制御装置、さらに詳し
くは、作業具を法面に沿つた任意の方向く容易に移動さ
せる制御を行うことができる装置に関する。

従来、たとえば油圧シ菫ベルのフロントのパケットや、
パケットの代シに掴み装置または破砕機等を装着した作
業機によって、法面掘削、ブロック積み、コンクリート
破壊等の作業を法面に沿って行う場合、オペレータは上
記パケットや掴み装置等の作業具を法面に沿つて任意の
方向に自由に動かす必要がある。しかし、これ等の作業
を行うためにオペレータは作業具が法面に沿つて移動す
るよ５旋回レバー、ツームレパーおよびアームレバーを
複合操作しなければならず、油圧シ１ベルのフロント方
向が法面最大傾斜角方向から外れると、法面の傾斜角が
変化するため、法面に沿って任意の方向に自由に作業具
を動かすことはほとんど不可能に近い作業であった。

本発明は上記従来の問題点く鑑み、法面に沿った任意の
方向に作業具を移動させることのできる腕式作業機の作
業具軌跡制御装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、旋回体の旋回角度と
、第１作業腕の俯仰動角度と、第２作業腕の揺動角度と
をそれぞれ検出する角度検出手段と、作業具がそれに沿
つて移動すべき法面の傾斜角を設定する法面傾斜角設定
手段と、法面に沿つた２つの方向への作業具の移動速度
を指令する速度Ｊｌｌｌｌ令色段有し、前記２つの方向
のうちの１方向を第１、第２作業腕の遅動面上に、他の
１方向を水平方向に取り、この２方向の速度の合成速度
で作業具が移動するように旋回体、第１作条腕および第
２作業腕の各アクチェエータの作動を制御する手段を備
えたことによシ、法面に沿った任意の方向く作業具ヲ桜
鯛せしめるよう和したものである。

以下本発明の一実施例を第１図乃至第５図を用いて説明
する。

第１図は作業機の一例で、走行体ｌ上に旋回可能に枢着
された旋回体２と、旋回体２に俯仰動可能に枢着された
ＷＪ１作業胱（ブーム）３と、第１作業腕に揺動可能に
枢着された第２作業腕（アーム）４と、第２作業腕に取
付けられた作業具（パケット）５とを備えた油圧シ１ベ
ルの平面図を示すものでおる。この例でパケット５はア
ーム４Ｖｔ回鯛可能に取付けられている。

第２図は第１図に示す油圧シ曹ベルの側面図を示し、旋
回体２は旋回モータ６によシ、ブーム３はブームシリン
ダ７によシ、アーム４はアームシリンダ８により、パケ
ット５はパケットシリンダ９によりそれぞれム動される
。

第２図において、φはパケット５でｍ制する法面の設定
傾斜角度を示す。パケット５で第１図のＴ方向に法面掘
削を行う際には、ブーム３およびアーム４をアーム先端
点Ａ（またはパケット刃先点Ｄ）を角度φのＭＮ線に沿
って移動させれば良いが、旋回体２が旋回中心Ｓ廻りに
角度θだけ旋回した状態では、ブーム３およびアーム４
はＹ方向の平面内で運動をするため、掘削すべき法面の
角度は減少してφ′（第４図参照）となる。

第３図および第４図は第１図および第２図の作業腕の位
置関係を示す図で、第３図でアーム先端点Ａが法面の最
大傾斜角方向Ｔに直角な水平方向に移動する速度をＶｂ
とすると、その速度の作業腕運動面方向（Ｔ′）とそれ
に直角な方向速度成分ＶＸ、Ｖ＃は、最大傾斜角方向Ｔ
を基準とした旋回角をθとすれば、 Ｖ’ｘ　＝　Ｖｂ　ｓｉｎθ　　　　　・・・・・・・
・・・・・（１）Ｖｓ　＝　Ｖｈ　ｃｏｓθ　　　　　
・・・・・・・・・・・・（粉となる。

また、第４図において、Ｘ、Ｙ座標を旋回体２および作
業腕３．４に固定されたものとし、Ｔ′方向くおいてア
ーム先端点Ａが法面方向（但し、法面角度はφ′となる
）Ｋ移動する速度をＶｔとすると、その速度のＸ、Ｙ方
向の速度成分’ｂ、Ｖｙは、Ｖｘ＝＝ｖｔｃｏｓφ′・
壷・・・曽・・・・・・（３）ｖｙ冨　Ｖｔ　ｓｉｎφ
′　　　　　　　・・・・・・・・・・・・（４）で表
わすことができる。

φ′はＴ方向での法面の傾斜角であるから、φ’＝　ｔ
ａｎ　　（ｃｏｓθ＊　ｔａｎφ）　−・−・・−・−
・（５）となる。

今、Ｘ、Ｙ座標上のアーム先端点人の座標を、（ＸＡ、
ｙム）とし、旋回中心点Ｓとブーム３の枢着点Ｏとの距
離をＬ・、ブーム３の枢着点Ｏとアーム４の枢着点Ｂと
の距離をＬｂ、アーム４の枢着点Ｂとパケット枢着点人
の距離をＬｍとすれば、旋回角速度みは、 Ｊ　＝　Ｖｌ　／　Ｌｓ　＋　ＸＡ　　　　　・・・・
・・・・・・・・（６）となシ、また、４ＢＯＸ＝β、
、ｆＡＢＯ−９０’＝αととすると、ＸＡ、ｙ＾は、 ＸＡ　＝　Ｌｂ　ｃｏｓ／＋Ｌａ　ｓｉｎ　（β＋α）
・・・・・・（７）ＹＡ　＝　ＬＬｓ　ｉｎβ−Ｌａｃ
ｏｓ（β＋α）・・・・・・（８）となる。

したがって、ブーム角速度βおよびアーム角速度みは、
（７）、　（８）式をそれぞれ微分すれば、ｆｉ’−−
ｓｉｎ（β十α）ＸＡ＋Ｃ０８（β＋ｃＥ）ｙム／Ｌｂ
ｃｏｓα　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・
（９）ａ　＝　（Ｌｂｃｏｓβ＋Ｌａ　ｓｉｎ　（β＋
α）ハム＋（Ｌｂｓｉｎβ−Ｌｍ　Ｃｏｇ　（β＋α）
号ム／　ＬｂＬｍ　ｃｏｓα　　　　　　　・・・・・
・・・・・・・αのとなる。

ここで、辷、：ｊムは、 ）ＣＡ　　＝　　　Ｖｘ　　＋　　　Ｖ−・・・・・・
・・・・・・αｐテム＝ｖ１　　　　　　　　　・・・
・・・・・・・・・Ｑ望である。

以上の（１）〜αの式よシ明らかなように、アーム先端
点Ａに法面上の水平方向の成分Ｙｈおよび作業腕運動面
内方向くおける法面傾斜方向の速度成分Ｙｔを与えるこ
とによシ、旋回体２、ブーム３およびアーム４の角速度
δ、７．（Ｅを（６）式および（９）、（１０式で演算
することができ、この角速度で旋回体２、ブーム３およ
びアーム４を動かせば、アーム先端点Ａは法面に沿つて
ＷｂとＶｔの合成速度で移動させることができる。

しかし実際上は種々の制御１誤差によりて必ずしも所望
の動きが得られない場合もあるので、上記のようＫａ、
ｆｉ、ｉを制御すると共に’＃／＃”を積分した値を角
度の目標値か、　ｆ、　分とし、実際の角度θ、β、α
とを比較して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５図は本発明の制御装置の実施例を示すものである。

ｌＯはアーム先端点人の法面に沿った２方向の速度信号
Ｖｂ、Ｖｔを与える速度指令レノ（−１１１は指令レバ
ー１０の操作量に応じてＶｈ、Ｖｔを出力すると共に指
令レバー１０が操作されたことを示す制御指令信号■を
出力する速度指令器である。

１２は法面の傾斜角を設定する法面傾斜角設定ダイヤル
、１３はダイヤＡ／１２の動きに連動して傾斜角信号φ
を出力する法面傾斜角設定器、１４は旋回体２の旋回角
度を検出する旋回角度計、１５は旋回角度計１４をリセ
ットするリセットスイク・チで、リセットスイッチ１５
が押されたとき旋回角度計１４が零となる。五６はブー
ム３のブーム角βを検出するブーム角度計、１７はアー
ム４のアーム角αを検出するアーム角度計である。１８
は速度指令器１１からの速度信号Ｖｈと旋回角度計１４
からの旋回角度θを入力し、上記（１）、（２）弐に基
づいてｖｅ、ｖ’ｘを演算する速度演算器、１９は法面
傾斜角設定器１３からの法面設定角φと旋回角度計１４
からの旋回角度θを入力し、上記（５）式に基づいてφ
′を演算する法面角度演算器、２０は速度指令器１．１
からの速度信号ｖｔと法面角度演算器１９からの角度φ
′を入力し、上記（３）、（４）式に基づいてｖｘ、ｖ
ｙを演算する速度演算器である。２１はブーム角度計１
６およびアーム角度計１７よりブーム角β、アーム角α
を入力し、（９弐に基づいてＸムを演算する位置演算器
、２２は速度演算器１８からのＶ＃と位置演算器２１か
らのＸムを入力し、上記（６）弐に基づいて旋回角速度
δを演算し、旋回角速度の目標値舎を出力する角速度演
算器でおる。２３は速度演算器１８からのＶ’ｘと速度
演算器２０からのｖｘを入力し、上記（１１）式に基づ
いて、両速度ｖ′ｘとｖｘを加算する加算器、２４は速
からのβ、αを入力し、上記（９）　（１０式に基づい
てブーム角速度βおよびアーム角速度＆を演算し、ブー
ム、アームの角速度目標値ｆ、８を出力する角速度演算
器である。２５は速度指令器１１からの制御指令信号■
が入るまでは旋回角度計１４の検出角度θをそのま〜角
度の目標値金として出力し、制御指令信号＠が入ると、
その時点の旋回角度計１４の検出角度θ。を初期値とし
てかを積分して旋回目標角度合を出力する積分器、２６
は速度指令器１１からの制御指令信号Ｏが入るまではブ
ーム角度計１６の検出角度βをそのまへ角度の目標値仝
として出力し、制御指令信号■が入ると、その時点のブ
ーム角度計１６の検出角度β。を初期値として愛を積分
してブーム目標角度ｊを出力する積分器、２７は速度指
令器１１からの制御指令信号＠が入るまではアーム角度
計１７からの検出角度αをそのま〜角度の目標値合とし
て出力し、制御指令信号■が入るとミその時点のアーム
角度計１７の検出角度α・を初期値として沓を積分して
アーム目標角度分を出力する積分器である。積分器２５
．２６．２７の演算をそれぞれ次の式（１３）、（１４
）、（１５）で表わす。

企＝　７ｔ＃ａｔ＋θ。　　　・・・・・・・・・・・
・（１３）仝＝ｆ号ｄ−Ｌ＋β０　　　・・・・・・・
・・・・・（１４）企＝　／’８ｄｔ＋α。　　　　・
・・曲間・（１５）２８は上記積分器２５の出力かと検
出器１４の出力０との偏差Δθ＝金−〇を演算する減算
器、２９は上記積分器２６の出力分と検出器１６の出力
βとの偏差Δβ＝全−βを演算する減算器、３０は上記
積分器２７の出力合と検出器１７の一力αとの偏差Δα
−を一αを演算する減算器、３１は偏差Δθにダインに
、を乗する係数器、３２は偏差Δβにダインに、を乗す
る係数器、３３は偏差Δαにダインに、を乗する係数器
、３４は角速度演算器２２の出力１’Ｋｉａ器３１の出
力ＫＸΔθを加算して０＋に、Δθを演算する加算器、
３５は角速度演算器２４の出力愛に係数器３２の出力Ｋ
。

ノβを加算する加算器、３６は角速度演算器２４の出力
小に係数器３３の出力に、Δαを加算する加算器、３７
．３８．３９はそれぞれ加算器３４．３５．３６の出力
に制御上の補正や補償を行う補償増巾器である。４０，
４１．４２はそれぞれ補償増巾器３７．３８，３９の出
力により動作して旋回モータ６、ブームシリンダ７、ア
ームシリンダ８の流量を制御する流量制御装置である。

また、第５図に示さないが、旋回体２、ブーム３、アー
ム４およびパケット５の各アクチ島エータを手動操作す
る各操作レバーが旋回体２の運転家内に設けられておシ
、各アクチュエータを単独又は複合操作可能になりてい
る。

上記のように構成した第５図の制−装置の作用、動作に
ついて説明する。

まず、第１図に示す法面最大傾斜角方向Ｔに旋回体２、
ブーム３、アーム４、パケット５を向け、リセットスイ
ッチ１５を押す。これによって旋回角度計１４が零にセ
ットされる。次いで、パケット５の先端り点を第２図に
示すような位置に手動操作し、法面傾斜角設定ダイヤル
１２を掘削しようとする法面の傾斜角φに設定し、速度
指令レバー１０を操作すると、速度指令器１１から制御
指令信号Ｏが出力されると共和速度指令レバー１０の操
作量に応じた速度信号Ｙｈ％Ｖｔが出力される。

そして、速度演算器１８では、速度信号Ｖｂおよび旋回
角度計１４よシの旋回角度θを入力し、上記（１）、　
（２）式で示した直交速度成分Ｖｘ、Ｖ’ｅが演算され
、角度演算器１９では、φ、０を入力し、上記（５）式
で示したφ′が演算され、速度演算器１９では、Ｖｈお
よびφ′を入力し、上記（３）、（４）式に示したＸ。

Ｙ方向速度成分Ｖｘ、Ｖｙが演算される。また、位置演
算器２１は角度計１６．１７よυブーム角β、アーム角
αを入力し、上記（７）式に示す位置Ｘムを演算する。

角速度演算器２２はＸムとＶ＃を入力し、上記（６）弐
に基づいて、旋回角速度の目標値小を演算器カシ、角ａ
度演算器２４１ｄ、　Ｖｙ　、　Ｖ’ｘ　＋　ＶＸ、　
（Ｚ。

βを入力し、上記（９）、（１０弐に基づいてブーム、
アームの角速度目標値り、８を演算出力する。この角速
度目標値ｆ、　ｆ、仝によって流量制御装置４０．４１
．４２を介して旋回モータ６、ブームシリンダ７、アー
ムシリンダ８がそれぞれ作動され、旋回体２、ブーム３
、アーム４はそれぞれ−２）。

＆の角速度で態動される。一方墳分器２５，２６゜２７
によりて、１．　先６は積分され、角度計１４゜１６．
１７から検出された実際の角度θ、β、αと比較され、
それらの間に偏差Δθ、Δβ、Δαがあるときは旋回体
２、ブーム３、アーム４の動きが補正される。

このようＫして旋回体２、ブーム３、アーム４が精度良
く目標値に追従し、アーム先端点人は速度指令レバー１
０の操作量に応じて法面に沿って移動するので、パケッ
ト先端点りを法面に沿って任意方向に移動して掘削する
ことが可能となる。

なお、第５図の制御に加えて、パケット５の姿勢を法面
に対して一定の姿勢を保つよプな制御ｉＱＩ′を別途行
えば、よシ作業性の良い法面掘削制御を行・うことがで
きる。

また、上記実施例の演算はブロック図を用いて示したが
、演算にはアナログ演算、ディジタル演算のどちらを用
いても良（、ｖイクロコンビュータなどを用いると最も
適切である。

以上説明した本発明によれば、法面に沿った２つの方向
への作業具の移動速度を与えることによって、簡単な操
作により作業具を法面に沿って任意の方向に移動するこ
とができる。また、２方向のうちの１方向を第１、第２
作業腕の運動面上に取りたことによシ、オペレータが旋
回体と共に旋回する構造の作業機上での操作が容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は作業機の一例となる油圧シ１ベルの平面図、第
２図は第１図の油圧シ１ベルの側面図、第３図、第４図
はそれぞれ第１図、第２図の作業腕の位置関係を示す図
、第５図は本発明の制御装置を示すブロック図である。 ２・・・・・・旋回体、３・・・・・・ブーム、４・・
・・・・アーム、５・・・・・・パケット、６・・・・
・・旋回モータ、７・・・・・・ブームシリンダ、８・
・・・・・アームシリンダ、ｌＯ・・・・・・速度指令
レバー；　１２・・・・・・法面傾斜角設定ダイヤル、
１４・・・・・・旋回角度計、１６・・・・・・ブーム
角度針、１７・・・・・・アーム角度計、１８．２０・
・・・・・速度演算器、１９・・・・・・角度演算器、
２２．２４・・・・・・角速度演算器。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 走行体上に旋回可能に枢着された旋回体と、その旋回体
   に俯仰動可能に枢着された第１作業腕と、その第１作業
   腕に揺動可能に枢着された第２作業腕と、その第２作業
   腕に取付けられた作業具と、それら旋回体、第１作業腕
   および第２作業腕を作動する各アクチュエータとを備え
   た腕式作業機において、前記旋回体の旋回角度と、第１
   作業腕の俯仰動角度と、第２作業腕の揺動角度とをそれ
   ぞれ検出する角度検出手段と、作業具がそれに沿って移
   動すべき法面の傾斜角を設定する法面傾斜角設定手段と
   、法面に沿った２つの方向への作業具の移動速度を指令
   する速度指令手段とを備え、前記２つの方向のうちの１
   方向を第１、第２作業腕の運動面上に、他の１方向を水
   平方向に取り、この２方向の速度の合成速度で作業具が
   移動するように前記旋回体、第１作業腕および第２作業
   腕の各アクチュエータの作動を制御する手段を備えたこ
   とを特徴とする腕式作業機の作業具軌跡制御装置。