JPS62148728A - パワ−シヨベルの自動制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明はパワーショベルの自動制御装置に関し、特に、
地面に対するバケットの姿勢を所望の姿勢に自動的に保
持するようにした装置に関する。

〔従来の技術） パワーショベルは、ブーム、アーム、バケット等の油圧
式作業腕を有している。これら各作業腕の油圧シリンダ
装置に対する油圧供給制御は、従来、運転席のオペレー
タが作業状態を有視確認しながら、手動操作により行な
っていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、パワーショベルを十分に使いこなすにはオペレ
ータに熟練した操作技量が要求され、特に、パワーショ
ベルにより斜面を掘削整備するような場合およびパワー
ショベルにより深い溝等を掘削する場合等において地面
に対するバケットの姿勢を一定に保持する制御が必要の
場合があるが、このような場合においてバケットの姿勢
を一定に保持する制御はかなりの熟練を要した。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、パワーショ
ベルのバケットの姿勢を自動的に一定に保持制御するよ
うにしたパワーショベルの自動制御装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明のパワーショベルの自動制６０装置はブーム、ア
ーム及びバケッ１〜の各々の回動支点に配設したポテン
ショメータと、前記ポテンショメータの出力からブーム
の回動角、アームの回動角、バケット回動角の総和を算
出する演算回路と、前記演算回路の出力と所定の基準信
号とを比較する比較回路と、前記比較回路の出力に応じ
てブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ
のうち少なくとも１つを制御する制御ｉｌｌ装置とを具
えでいる。

（作用） 本発明によれば所定の基準信号を設定するだけでバケツ
１への姿勢は自動的に一定に保持制御される。

（実施例） 以下、本発明を図面の実施例に関して詳細に説明しよう
。

まず、本発明に係るパワーショベルの自動制御装置が適
用されるパワーショベルの概略を第１図とともに説明で
る。第１図において、理解を容易にするために油圧制御
系統は取り出して示している。車両本体１に取り付けら
れたブーム２はブームシリンダ３の伸縮により軸Ａを中
心にして上（矢印Ｘ）下（矢印Ｙ）方向に回動する。ブ
ーム２の先端に取付けられたアーム４はアームシリンダ
５の伸縮により軸Ｂを中心にして図において時計方向（
矢印Ｗ）及び反時計方向（矢印Ｖ）に回動する。

アーム４の先端に取付（プられたバケッ１−６はバケッ
トシリンダ７の伸縮により軸Ｃを中心にして同様に時計
方向及び反時計方向に回動する。尚、バケット６が図に
おいて反時計方向に回動するとき、これをチルトと称し
、時計方向に回動するとき、これをダンプと称する。（
尚、チルト、及びダンプの場合、アーム４等の動きもと
もなうことがある） 各シリンダ３．５．７は、夫々シリンダ作動用の油圧切
換弁８．９．１０により作動される。ブームシリンダ作
動用の切換弁８は弁切換用のソレノイド３１．８２を有
しており、ソレノイドＳ１が付勢されるとブーム２は上
動しく矢印Ｘ）、ソレノイドＳ２が付勢されるとブーム
２は下動（矢印Ｙ）する。同様に、アームシリンダ作動
用油圧切換弁９のソレノイドＳ３が付勢されるとアーム
３は時計方向（矢印Ｗ）に回動じ、ソレノイドＳ４が付
勢されるとアーム３は反時計方向（矢印Ｖ）に回ｉ７Ｊ
　Ｔる。また、バケットシリンダ作動用の切換弁１０の
ソレノイドＳ５が付勢されるとバケツ１−６は反時計方
向に回動じチルトされ、ソレノイドＳ６が付勢されると
バケット６は時計方向に回動しダンプされる。

尚、各ソレノイド８１〜Ｓ６は後述の本発明に係る自動
制御装置のシーケンス回路に組込まれ、各切換弁８〜１
０の切換操作はシーケンス操作されるが、各油圧切換弁
８〜１０を手動操作づ゛ることもできるようになってい
る。

第２図は本発明に係るパワーショベルの自動制御装置の
一実施例を示ず電気的シーケンス回路図である。

まず、この電気的シーケンス回路による掘削作業の自動
制御の詳細について順を追って第２図とともに説明しよ
う。

（１）　掘削準備 メインスイッチＳＷ１を投入することにより主回路が導
通し、続いて掘削準備完了検出回路のスタートスイッチ
ＳＷ３を投入することによりリレーコイルＲ１が付勢さ
れ、リレー接点Ｒ１−１ａが閉成して該リレーコイルＲ
１が自己保持される。尚、主回路のスイッチＳＷ２は非
常停止用のｂ接点スイッチで、通常は開成している。

リレーコイルＲ１の付勢、自己保持により、ブーム上下
動回路のリレー接点Ｒ１−２８、アーム回初回路のリレ
ー接点Ｒ１−３８、及びバケットチルトダンプ回路のリ
レー接点Ｒ１−４ａも閉成され、これに応じて夫々上記
回路中に組込法れた前記ソレノイドＳ１．Ｓ３　、Ｓ６
が付勢される。

従って、前述から明らかなように、ブーム２は矢印Ｘ方
向に上動じ、アーム４は時計方向（矢印Ｗ）に回動し、
バケット６も時計方向に回ｊｅｔ　（ダンプ）する。

そして、第１図の状ｒＢ　ｌに示すように、ブーム上限
位置、アーム上限位置、バケツ１〜ダンプ限界位置に達
するど、ブーム２、アーム４及びバケツ１−６に夫々設
けられたブーム上限検出スイッチＬＳ１、アーム上限検
出スイッチＬＳ２、バケットダンプ限界検出スイッチＬ
Ｓａが夫々オンされ、掘削準備完了検出回路の各リレー
コイルＲ２゜Ｒ３、Ｒ４が夫々付勢される。これにより
、各リレー接点Ｒ２−１ｂ、Ｒ３−１ｂ、Ｒ４−１ｂが
開放されてブーム２、アーム４及びバケット６の動きが
止まり、同時に、各リレー接点Ｒ２−１ａ、Ｒ３−１ａ
、　Ｒ４−１ａが閉成され、掘削準備完了ランプＰし１
が点灯されて、掘削準備完了を運転者に表示する。また
、同時にリレーコイルＲ５が付勢され、前記リレーコイ
ルＲ１に直列接続されたリレー接点Ｒ５−１ｂが開放さ
れてリレーコイルＲ１は消勢される。

かくて、ブーム上下動回路、アーム回動回路及びバケッ
トチルトダンプ回路のリレー接点Ｒ１−２ａ、Ｒ１−３
ａ、Ｒ１−４ａが開放され、リレー接点Ｒ２−１ｂ、Ｒ
３−１ｂ、Ｒ４−１ｂも開放されているから、ソレノイ
ド＄１、＄３、Ｓ６は消勢され、ブーム２、アーム４、
バケット６は状態Ｉで停止する。従って、スタートスイ
ッチＳＷ３の役人前にブーム２等が如何なる状態であっ
たとしても、確実に所要の掘削準備位置すなわち状態Ｉ
に位置されるようになって゛いる。これにより、掘削準
備が完了する。

（２）　掘削開始（その−、ブーム制御）次に、掘削開
始指令回路の掘削スイッチＳＷ４を投入するとリレーコ
イルＲ６が付勢され、リレー接点Ｒ５−１ａが閉成して
該リレーコイルＲ６は自己保持される。同時にブームア
ームバケット動作制御回路の主接点であるリレー接点Ｒ
６−２ａが閉成される。

リレー接点Ｒ６−２ａの閉成により、ブーム上下動回路
に組込まれた前述のソレノイドＳ２が付勢され、ブーム
シリンダ用油圧切換弁８が切換わってブーム２は矢印Ｙ
方向に下動する。これによりブーム上限検出スイッチＬ
Ｓ１がオフされるから、リレー接点Ｒ２−１ａが開放さ
れて掘削準備完了ランプＰＬ１は消灯される。

下動するブーム２に荷重負荷が加わると（ブーム用油圧
シリンダヘッド側の油圧により検出される）、圧力スイ
ッチＰＳ１が閉成し、ブームアームバケット動作制御回
路のリレーコイルＲ１５が付勢され同時に該コイルＲ１
５は自己保持される。これにより、リレー接点Ｒ１５−
１ｔ）が開放され前記ソレノイドＳ２が消勢されてブー
ム２は停止する。

同時にアーム回動回路のリレー接点Ｒ１ｓ　−２８が閉
成されて前述のソレノイドＳ４が付勢され、アーム４が
反時計方向（矢印Ｖ）に回動し始める。

尚、ブーム２に負荷が加わらない場合でも、ブーム２が
所定の設定深さまで下動した場合はアーム４が回動され
るようになっている。すなわち、ブーム２の軸Ａ付近に
所定の設定深さを検出するブーム設定深さ検出スイッチ
ＬＳ４が設けられ、ブーム２が設定深さに達したとき該
スイッチＬＳ４がオンされる。これによりブームアーム
バケット動作制御回路のリレーコイルＲ１ｏが付勢され
、ブーム上下動回路のリレー接点Ｒ１ｏ−１ｂが開放さ
れてソレノイド＄２が消勢され、アーム回動回路のリレ
ー接点Ｒ１ｏ　−２８が開成されソレノイドＳ４が付勢
される。従って、ブーム２が停止され、アーム４が反時
計方向に回動し始める。

（３）　掘削開始（その二、アーム及びバケット制御） 反時計方向に回動するアーム４に荷重負荷が加わると（
アーム用油圧シリンダボトム側油圧により検出される）
、圧力スイッチＰＳ２が閉成し、リレーコイルＲ１３が
付勢され同時に接点Ｒ１３−１ａの閉成により自己保持
される。これにより、バケットチルトダンプ回路のリレ
ー接点Ｒ１ｓ　−２ａが閉成され、バケットチルト用の
ソレノイドＳ５が付勢されて、バケット６は反時計方向
に回動してチルト動作を行い始める。このときパワーシ
ョベルは、例えば第１図の状態■に示すような状態にな
っている。

尚、アーム４が無負荷のまま咬時Ｓ１方向に回動し尽く
してしまった場合（アームシリンダ５が伸びきる）、ア
ーム回動限界検出スイッチＬ　ｓ　５がオンされ、リレ
ーコイルＲ１１か伺勢され自己保持される。同時にリレ
ー接点Ｒ１１−２ａの閉成によりリレーコイルＲ１７が
付勢され、リレー接点Ｒ１７−１ａの開成により該コイ
ルＲ１７は自己保持される。続いて、走行指示回路のリ
レー接点Ｒ１７−２ａの開成によりリレーコイルＲ１ｓ
が付勢され、該−イルＲ１８は接点Ｒ１ｇ−１ａの開成
により自己保持される。また同時に、走行指示ランプＰ
１−２が点灯される。そこで、走行レバー（図示せず）
を手動操作して車輌本体１を前進Ｆまたは後進Ｒさせ、
適正な掘削位置の微調整が行われる。前進または後進に
ともない走行レバーに連動する前進検出スイッチＳ’Ｆ
または後進検出スイッチＳＲがオンされ、車体走行回路
のリレーコイルＲ２０またＲ　２１が付勢される。従っ
て走行指示回路のリレー接点Ｒ２０−１ｂまたはＲ２１
−１ｂが開放される。

適正な掘削位置に達すると、アーム４に幾分の負荷（ア
ーム用油圧シリンダボトム側の油圧で検出）がかかり、
圧力スイッチＰＳ３がオンされてリレーコイルＲ１２が
付勢される。これによりリレー接点Ｒ１２−１ｂは開放
され、リレーコイルＲ１７が消勢されて、走行指示ラン
プＰＬ２が消灯され、リレーコイルＲ１８も消勢される
。

尚、前記走行時においては、掘削開始指令回路のリレー
接点Ｒ１ａ−１ｂがリレーコイルＲ１８の付勢により開
放されるから、ブームアームバケット動作制御回路の主
接点であるリレー接点Ｒ６−２ａも開放されている。従
って、上述のにうにして走行指示ランプＰＬ２が消灯さ
れた後は、再び掘削スイッチＳＷ４が投入され、前述と
同様にして状態■になるように自動制御される。

（４）　　掘　　削 上述のようにバケット６を反時計方向（矢印Ｖ）に回動
させて土砂等の掘削が行われる（尚、アーム４も同様に
矢印■方向に回動されている）。

このとき、バケット６の負荷が異常になった場合（バケ
ット用油圧シリンダボトム側の油圧により検出）、圧力
スイッチＰＳ４がオンされ、リレーコイルＲ１４が付勢
される。この付勢によりブームード下動回路のリレー接
点Ｒ１４−１ａが閉成され、ソレノイド＄１が付勢され
てブーム２が上動される。ブーム２の上動により異常な
負荷が解消されるとスイッチＰＳ４がオフされリレー接
点Ｒ１４−１ａは開放され、以後掘削が続けられる。

（５）　掘削完了（その−、水平検出）掘削積込の完了
は、バケット６の開口部が上向ぎに水平になることによ
り知ることができる。

そこで、本発明ではバケット６の水平を検出するように
している。

第３図に示すように、ブーム２の軸Ａ１アーム４の軸Ｂ
及びバケット６の軸Ｃ付近に夫々ポテンショメータのよ
うな傾角検出装置１２Ａ、１２Ｂ。

１２Ｃ（図示せず）が装着される。軸Ａに関する検出装
置１２Ａは垂直Ｐｉｌｉ１と軸ＡＳを結ぶ線１２間の角
度ハを検出しく検出噴ＲＡ）、軸Ｂに関する検出装置１
２Ｂは線１２の延長線と軸Ｂ　Ｃを結ぶ線１３間の角度
θＢを検出しく検出値Ｒ８）、軸Ｃに関する検出装＠１
２Ｃは線ｉ３の延長線とバケット６開口部平面間の角度
θ。を検出する（検出値Ｒ６）ようになっている。本発
明では角度θ　、θ　、θ　を夫々、ブームに関す　　
ＢＣ る傾角、アームに関する傾角、バケットに関する傾角と
称することにする。第４図からも明らかなように各傾角
θ　、θ　、θ　の和が２７０度とＢＣ なった場合バケット６の開口部は上向きに水平となる。

そこで、各傾角検出装置１２Ａ〜１２Ｃを第５図に示す
ようなバケット位置検出回路１１に組み込んで、加算増
幅器ＡＡで傾角θ４〜θ。の和（合算値ＲＡ＋Ｒ８＋Ｒ
ｏ″）を求め、増幅器へＡの出力をコンパレータＣＭの
比較入力側に印加するようにしている。コンパレータＣ
Ｍの比較基準人力Ｖθは２７０度±αに相当する値Ｒ（
３１に設定されている。αは油圧系の応答性を考慮した
もので、厳密に２７０度に設定せずある程度の余裕（α
）をもたせてもざしつかえない。従って、バケット６の
開口部が上向きに水平になると（合算値Ｒ＋Ｒ＋Ｒ≧Ｒ
＞、コンパレータＣ ＡＢＣθ１ Ｍから水平検出出力Ｐ１が出力される。

（６）　掘削完了（その二、バケット制御）バケット位
置検出回路１１のコンパレータＣＭからの検出出力Ｐ１
は、自ＩｎＩ＆削制御装置のバケット開口部水平制御回
路のスイッチ部ＡＳ１（たとえばアナログスイッチ）を
オンするようになっている。これによりリレーコイルＲ
８が付勢され、リレー接点Ｒｅ−１ａを閉成し、掘削完
了ランプＰＬ３が点灯される。同時にリレーコイルＲ９
が付勢され、リレー接点Ｒ９−１８を閉成して自己保持
がなされる。

また、掘削開始指令回路のリレー接点Ｒ９−１ｂは開放
され、リレーコイルＲ６は消勢され、ブームアームバケ
ット動作制御回路のリレー接点Ｒ６−２ａが開放される
。これにより、アーム４、バケット６の動きは停止し、
バケット６開口部は水平位置に保持され、掘削積込が完
了する。以上で、一連の自動掘削制御が完了する。

（７）　バケット位置保持制御 他方、同時にバケットチル］−ダンプ回路のリレー接点
Ｒ９−２ａが開成され、該バケットチルトダンプ回路は
主回路に接続される。ここで、リレー接点Ｒａ−１ｂは
前記リレーコイルＲ８の付勢により開放されているから
、ソレノイドＳ５は付勢されない。

以後、手動スイッチＭＳ１、ＭＳ２を適宜操作して、ブ
ーム２、アーム４を手動操作して所要のダンプ位置にバ
ケット６を移動し、所要の位置でバケット６内の積込物
を手動スイッチＭＳ３の操作により排出する。勿論、適
宜の旋回装置により旋回操作も行われるが特に図示しな
い。掘削積込完了から積込物排出操作に至る間、本発明
ではバケット位置の水平保持制御がなされる。これは、
前記傾角検出装置１２Ａ〜１２Ｃ１バケット位置検出回
銘１１、及びバケット開口部水平制御回路を含むバケッ
ト位置保持制御装置によりなされる。

バケット６を水平位置に保持するには前述のように傾角
θへ十θＢ＋θ。−２７０±α−θ１とすればよいが、
油圧系の応答性等を考慮して、水平位置にはある範囲を
もたせている。すなわち、θ１≦θ八十θＢ＋θＣ≦θ
２　（θ２はθ１よりも適度に大きい角度）の範囲内で
あれば、これを水平位置に擬制するようにしている。各
θ２を検出するには第５図と同様な検出回路を設け、コ
ンパレータＣＭの比較基準人力■。を角θ２に相当づる
値Ｒ（Ｒ＞Ｒ＞に設定すればよ θ２　　θ２　　θ１ い。設定値Ｒθ２のコンパレータの検出出力Ｒ２はバケ
ット開口部水平制御回路のスイッチ部ＡＳ２．（たとえ
ばアナログスイッチ）をオンするようになっている。

従って、手動操作の過程で、傾角θ。±０８＋θ０〉θ
２となった場合は、リレーコイルＲ７が付勢され、バケ
ットチルトダンプ回路のリレー接点Ｒ７−１８が開成し
てバケットダンプ用ソレノイドＳ６が付勢される。これ
によりバケット６は時ま１方向（矢印Ｗ）に回動する。

この回動により、傾角θ　＋θＢ＋θＣ≦０２となると
スイッチ部ＡＳ２がオフされリレーコイルＲ７は消勢さ
れ、バケット６は停止される。

また、手動操作の過程で、傾角θ４＋θ８＋θｃくθ１
となった場合は、スイッチ部ＡＳ１がオフされ、リレー
コイルＲ８が消勢されてリレー接点Ｒ８−１ｂが閉成さ
れる。従ってチルト用ソレノイド＄５が付勢されバケッ
ト６は反時計方向（矢印■）に回動する。この回動によ
り傾角θ。

十〇　十〇Ｃ≧０１となるとスイッチ部ＡＳ１がオンさ
れ、リレーコイルＲ８が付勢され接点Ｒ８−１ｂを開放
して、バケット６は停止される。

以上のようにして、所定の基準範囲値β（Ｒθ１≦β≦
Ｒ）内でバケット６開口部を上向θ２ きの水平位置に保持すべく、バケットチルト及びダンプ
の自動制御がなされる。

尚、上記実施例では水平位置保持制御の際、バケット６
のみの作動制御を行うようにしているが、これに限らず
、アーム４、ブーム２等の作動制御もあわせて行うよう
にしてもよい。たとえばバケット６を回動させて、回動
限界位置に達してもなお水平位置にならないような場合
に、アーム４等を作動させてバケット６が所定の水平位
置になるように制御される。

また、上記実施例で説明したバケット位置保持制ｉ３ｐ
装置はバケット開口部を水平に保持するのみならず、あ
る所定の傾斜角度を保持するような制御、例えば地面に
対するバケットの刃先功利（社）を行うことも可能であ
る。この場合、コンパレータＣＭの基準人力Ｖ。を所定
の傾斜角度に相当する値に設定すればよい。このように
すれば、前述と同様にしてバケット６の開口部、すなわ
ちバケットの姿勢が所定の角度に保持される。また、パ
ワーショベルにより斜面を掘削整備するような場合にも
、バケット姿勢を自動的に所定傾斜角に保持する制御が
容易にできるので有効である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、バケットの地面に
対する姿勢を所望の姿勢に自動的に保持できるので斜面
の掘削、深い溝等の掘削作業が非常に容易になるという
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動制御装置が適用されるパワー
ショベルの直路を示す側面図、第２図は本発明のパワー
ショベルの自動制御ｇ置の一実施例に係る電気的シーケ
ンス回路図、第３図はバケット位置検出の際の傾角検出
の原理説明図、第４図はバケット間口部の水平検出の原
理説明図、第５図はバケット位置検出回路の一例を示す
回路図である。　５ ２・・・ブーム、３・・・ブームシリンダ、４・・・ア
ーム、５・・・アームシリンダ、６・・・バケット、７
・・・バケットシリンダ、８，９．１０・・・シリンダ
用油圧切換弁、１１・・・バケット位置検出回路、１２
Ａ〜１２Ｃ・・・傾角検出装置、８１〜Ｓ６・・・ソレ
ノイド、ＬＳ１〜ＬＳｓ・・・検出スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ブーム、アーム及びバケットの各々の回動支点に配設し
   たポテンショメータと、 前記ポテンショメータの出力からブームの回動角、アー
   ムの回動角、バケットの回動角の総和を算出する演算回
   路と、 前記演算回路の出力と所定の基準信号とを比較する比較
   回路と、 前記比較回路の出力に応じてブームシリンダ、アームシ
   リンダ、バケットシリンダのうち少なくとも１つを制御
   する制御装置と を具え、バケットの姿勢を所望の姿勢に保持制御するよ
   うにしたパワーショベルの自動制御装置。