JPS6286233A - 油圧シヨベルの制御装置 - 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、油圧ショベルにおける上部旋回体、ブーム、
アーム、バケットの各作業機を排土後に掘削開始位置ま
で半自動で復帰させるための制御装置に関するものであ
る。

（従来技術） 従来、この種の制御装置として、たとえば特開［５７−
１１２５２６号公報に示されるように、排土後に旋回と
アームの操作によって半自動で各作業機を掘削開始位置
まで復帰させる制御装置が知られている。しかし、この
装置では、旋回とア−ムとの２本の操作レバーを操作し
なければならず、操作性が悪く、また、その制御時には
上部旋回体およびブーム、アーム、バケットの各作業機
が旋回運動（円運動）するのに対し、下部走行体が平面
矩形状であるために、その旋回復帰途中でアーム先端ま
たはバケット等の作業機アタッチメントが下部走行体に
衝突するおそれがあり、このため、オペレータは常に上
記各作業機位置を確認しながら、上記２本の操作゛レバ
ーを操作する必要があり、オペレータの負担が大きく、
肉体的ならびに精神的疲労が大きい等の問題があった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題を解消するためになさ
れたものであり、旋回の１本の操作レバーを操作するだ
けで、各作業機を掘削開始位置まで半自動で容易に復帰
させることができ、かつ、その復帰時に上記作業機が下
部走行体等に衝突することなく、安全に復帰させること
ができ、オペレータの負担を軽減し、肉体的ならびに精
神的疲労を少なくして作業能率を大幅に向上できる制御
装置を提供するものである。

（発明め構成〉 本発明は、上部旋回体の旋回油圧駆動手段と、ブーム、
アーム、バケットの各作業機の油圧駆動手段とを備えた
油圧ショベルにおいて、上部旋回体の旋回角度検出器と
、上記各作業機の角度検出器と、掘削開始点における上
記各作業機の角度を復帰目標点として記憶する復帰目標
点記憶手段と、上記旋回油圧駆動手段に操作信号を送る
旋回操作レバーと、旋回操作レバーの復帰操作開始時に
復帰開始信号を出力する復帰開始信号発生器とを具備し
、かつ、上記各作業機のうちブームとアームの少なくと
も一方の作業機の制御手段として、上記各作業機が危険
領域にあるか否かを判別する判別手段と、その判別結果
に基いて上記各作業機が危険領域外を通る目標値を出力
する目標値発生器と、この目標値発生器から出力された
目標値と当該作業機の角度検出器にて検出された現在の
角度とに基いて当該作業機の油圧駆動手段に対する制御
信号を出力する制御信号発生器とを設け、他の作業機の
制御手段として、その作業機角度検出器により検出され
た現在の角度と上記復帰目標点記憶手段に記憶された復
帰目標点とに基いて同作業機の油圧駆動手段に対するυ
制御信号を出力する制御信号発生器とを設けたことを特
徴とするものである。

（実施例） まず油圧ショベルの全体構成を第２図によって説明する
。同図において、１は下部走行体で、その上部に上部旋
回体２が旋回自在に設けられている。上部旋回体２には
ブーム３の基部がビン９により起伏自在に支持され、ブ
ーム３の先端にアーム４の基部がビン１０により回動自
在に取付けられ、アーム４の先端にバケット５がビン１
１により回動自在に取付られている。６はブームシリン
ダ、７はアームシリンダ、８はバケットシリンダ、１２
．１３はリンクである。なお、バケット５はｔｔｉ１ｍ
用シリンダ（図示省略）により開開自在となっている。

第１図は制御系のブロック図であり、同図において、１
４は旋回操作レバー、１５はブーム操作レバー、１６は
アーム操作レバー、１７はバケット操作レバーであり、
各レバー１４〜１７にはたとえばボテンシミメータで構
成された操作量検出器１８．１９．２０．２１が付設さ
れ、各レバー１４〜１７の操作量に応じた操作信号が出
力される６２２は旋回操作弁、２３はブーム操作弁、２
４はアーム操作弁、２５はバケット操作弁であり、各操
作弁２２〜２５はたとえば一対の電磁比例減圧弁にて構
成され、その−次側に油圧源から一次圧力を導入してい
るとともに、上記操作量検出器１８またはモード判別器
２６．２７．２８からの信号に応じて二次側に二次圧力
を導出し、その二次圧力で各方向制御弁２９．３０．３
１．３２のスプール開度を制御し、旋回モータ３３、ブ
ームシリンダ６、アームシリンダ７、バケットシリンダ
８に対する圧油の給排を制御する。なお、上記各操作弁
２２〜２５として、電磁比例減圧弁の代りにサーボ弁を
用いてもよい。

３４は上部旋回体２の旋回角度検出器、３５はブーム３
の角度検出器、３６はアーム４の角度検出器、３７はバ
ケット５の角度検出器であり、これら各角度検出器３４
〜３７はたとえばポテンショメータ等にて構成される。

旋回操作検出器３３は上部旋回体２の旋回機構等（図示
省略）にイ」設され、下部走行体１に対する上部旋回体
２の旋回角度θ１　（第３図参照）を検出し、その検出
角度θ１に応じた電気信号を出力する。また、ブーム３
、アーム４、バケット５の各角度検出器３４゜３５．３
６はそれぞれ第２図に示すビン９，１０゜１１に付設さ
れ、上部旋回体２に対するブーム３の回動角度θ２と、
ブーム３に対するアーム４の回動角度θ３と、アーム４
に対するバケット５の回動角度θ４．とを検出し、それ
らの検出角度θ２゜θ３．θ４に応じた電気信号を出力
する。

バケット５の閉状態確認スイッチ３８はバケット５の開
閉部または図外のバケット開閉用シリンダに付設され、
バケット５が閉じられた時にオンされる。旋回操作開始
スイッチ３９は旋回操作レバー１４に付設され、あるい
は旋回操作量検出器１８に電気的に連動するように設け
られ、旋回操作レバニ１４を操作した時にオンされる。

４０は復帰モードスイッチ、４１は掘削開始点教示スイ
ッチであり、各スイッチ４０．４１は旋回操作レバー１
４または運転室のコンソールパネル等に設けられる。

復帰目標点記憶装置４２．４３．４４は掘削開始点教示
スイッチ４１をオンした時点で上記各角度検出器３５．
３６．３７から入力されたブーム角度θ２、アーム角度
θ３、バケット角度θ４をそれぞれの復帰目標点θ加、
０３Ｇ　、θ旬として記憶し、その後、再度促削開始点
教示スイッチ４１がオンされるまで保存する。

危険領域記憶装置４５は、旋回復帰時に第２図。

第３図に示すアーム４、バケット５、バケットシリンダ
８、リンク１２．１３等の作業機アタッチメントＡが下
部走行体１および地面Ｂに衝突するのを防止するための
危険領域を記憶している。この場合、たとえばアーム角
度θ３およびバケット角度θ４を最大にした状態で上部
旋回体２を旋回した時に、上記作業機アタッチメントＡ
が下部走行体１に当る点（第４図の破線イ）と、作業機
アタッチメントＡが地面Ｂに当る点（第４図の一点鎖線
口）とを求め、上記各点すなわち各線イ、０からいくら
かの安全率を考慮して第４図斜線部分を危険領域、無地
部分を安全領域とし、その境界線ハに沿った旋回角度θ
１とブーム角度θ２どの関係を上記危険領域記憶装置４
５に記憶させている。なお、上記各線４１口の値は油圧
ショベルの機種により決まり、かつ、一定である。また
、第３図において旋回角度θ１は進行方向右側が正、左
側が負であり、第４図において旋回角度θ１の負の領域
は正の領域と対称である。

４６は上記作業機アタッチメントＡが危険領域にあるか
否かを判別する状態判別器、４７はブーム３に対するｉ
ｔ、ＩＪＩＩＩ目標値信号発生器、４８．４９゜５０は
比較器、５１．５２．５３は制量信号発生器である。

次に、上記装置の作用について説明する。

まず、復帰モードスイッチ４０をオフにしだ状態で、旋
回操作レバー１４をたとえば左側に操作すると、その操
作量が操作量検出器１８により検出され、その操作量に
応じた操作信号が旋回操作弁２２に送られ、同操作弁２
２が作動されてその二次側に二次圧力が導かれ、その二
次圧力により旋回方向制御弁２９が切替えられ、旋回モ
ータ３３が駆動され、上部旋回体２がたとえば左側に旋
回される。

一方、ブーム操作レバー１５、アーム操作レバー１６、
バケット操作レバー１７を操作すると、それらの操作量
が各操作量検出３１９．２０．２１により検出され、そ
の操作量に応じた操作信号がモード判別器２６，２７．
２８に送られる。このとき、復帰モードスイッチ４ｏを
オフにしであるので、上記各操作信号はモード判別器２
６．２７．２８を通過して各操作弁２３．２４．２５に
送られ、各操作弁２３．２４．２５が作動されてそれら
の二次側に二次圧力が導かれ、その二次圧力により各方
向制御弁３０．３１．３２が切替えられ、ブームシリン
ダ６、アームシリンダ７、バゲットシリンダ８が伸縮さ
れ、ブーム３、アーム４、バケット、５が回動される。

こうして上記各レバー１４．．１５．１６．１７の１乃
至数本を操作してバケット５を掘削開始点まで移動させ
る。

次に上記掘削開始点において、細則開始点教示スイッチ
４１をオンすると、この時点でブーム角度検出器３５、
アーム角度検出器３６、バケット角度検出器３７により
検出されたブーム角度θ２、アーム角度θ３、バケット
角度θ４がそれぞれ復帰目標点θ囚、θ３０　、θ旬と
して各復帰目標点記憶装置４２．４３．４４に記憶され
る。

次いで、従来と同様のレバー操作を行い、たとえばアー
ム４の押しとブーム３の下げ等によりバケット５による
土砂の掘削を行った後、ブーム３の上げとバケット５の
回動等によりバケット５に掬い込んだ土砂等が零れない
ように保持しながら、上部旋回体２をたとえば右側に旋
回させて上記バケット５を排土位置まで移動させ、バケ
ット５を開き、ダンプトラック等に排土する。

排土後、バケット５を閉じ、復帰モードスイッチ４０を
オンし、旋回操作レバー１４を復帰方向（たと此ば左側
）に操作すると、バケット５の閉状態確認スイッチ３８
がオンされるとともに、旋回開始スイッチ３９がオンさ
れ、かつ、上記各スイッチ３８．３９．４０からの信号
が各モード判別器２６．２７．２８に入力される。これ
により上部旋回体２が旋回操作レバー１４の操作に応じ
て上記と同様の作用で旋回復帰されるとともに、この旋
回と併行して上記バケット５等が掘削開始点まで自動的
に復帰される。

このとき、アーム系およびバケット系において、アーム
角度検出器３６およびバケット角度検出器３７によりア
ーム角度θ３およびバケット角度θ４が逐次検出される
とともに、その検出角度θ３．θ４と、復帰目標点記憶
装置４３．４４に記憶された復帰目標点θ３０　、θ捕
とに基いて比較器４９．５０によりそれらの角度偏差Δ
θ３．Δθ４が求められる。次いで、制御信号発生器５
２゜５３により上記角度偏差Δθ３．Δθ４に所定のフ
ィードバックゲインに３　、に４が乗じられて制御信号
が求められ、その制御信号がモード判別器２７．２８を
経てアーム操作弁２４およびバケット操作弁２５に送ら
れ、アーム４およびバケット５が上記復帰目標点に復帰
するように回動される［第５図（ｂ）（Ｃ）参照］。

一方、ブーム系においても上記アーム４およびバケット
５と同様に角度フィードバック制御が行われる。ただし
この場合、作業機アタッチメントＡが下部走行体１およ
び地１面Ｂに衝突するのを防止するために、状態判別器
４６により、旋回角度検出器３４により検出された上部
旋回体２の現在の旋回角度θ１に対し、復帰目標点記憶
装置４２に記憶された復帰目標点θ加が、危険領域記憶
装置４５に記ｔａされた危険領域にあるか否かが判別さ
れ、イの判別結果に基いて次のような制御が行われる。

すなわち、復帰目標点θにが危険領域外にある時は、そ
の復帰目標点θ四をそのまま目標値信号発生器４７から
目標値として出力し、また、復帰目標点θ四が危険領域
にある時は、目標値信号発生器４７により危険領域の境
界線ハ上から現在の旋回角度θ１に対応したブーム角度
θ２を目標値θ２１として出力する。次いで、比較器４
８により上記目標値信号発生器４７から出力された目標
値θＪまたはθ２１と、ブーム角度検出器３５により検
出された現在のブーム角度θ２どの偏差Δθ２が計算さ
れるとともに、制御信号発生器５１によりその偏差Δ０
２に所定のフィードバックゲインに２が乗じられてブー
ム３の制御信号が演算され、その制御信号がモード判別
器２６を経てブーム操作弁２３に送られる。その後、上
記アーム４等の場合と同様にブーム方向制御弁３０が切
替えられ、ブームシリンダ６が伸縮され、上記作業機ア
タッチメントＡが下部走行体１および地面Ｂ等に当らな
いようにブーム３が回１ｊｌ復帰される［第５図（ａ）
参照］。

上記のように排土後、バケット５を閉じ、モード切替ス
イッチ４０を復帰モードに切替えた後、旋回用の１本の
操作レバー１４を復帰方向に操作するだけで、上部旋回
体２が旋回復帰されるとともに、この旋回と併行してブ
ーム３、アーム４、バケット５の各作業機が前回の掘削
開始点まで自動的に復帰され、かつ、その復帰時に上記
作業機アタッチメントＡが下部走行体１および地面Ｂ等
に当らないように制御される。

なお、上記の制御において、ブーム角度θ２が危険領域
外にある時は、旋回復帰のための慣性モーメントが小さ
くなるように、アーム４およびバケット５をできるだけ
速く復帰目標点に戻るように制御し、復帰開始時にブー
ム角度０２が危険領域にある時は、まず遅延回路等を働
かせてアーム４およびバケット５の復帰速度を遅くしな
がら、ブーム３を上記危険領域から脱出する方向に制御
し、危険領域脱出後に通常の制御を行う。

ところで、上記実施例ではブーム系で各作業機が危険領
域を回避するように制御したが、アーム系またはブーム
系とアーム系の双方で各作業機が危険領域を回避するよ
うに！’Ｊ　ｔｉｌｌ　Ｌ、でもよい。

また、実施例では油圧ショベルとしてローディングショ
ベルを例示したが、本発明の制御装置は通常のバックホ
ウにも使用できるものである。この場合、上記実施例で
示したバケット５の閉状態確認スイッチ３８を省略し、
バケットを排土後の状態のままで掘削開始点まで戻すこ
とができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、復帰目標点記憶装置によ
り、各作業機の復帰目標点を直ちに設定でき、かつ、排
土後、旋回用の１本の操作レバーを復帰方向に操作する
だけで、上部旋回体を旋回復帰させるとともに、この旋
回と併行してブーム、アーム、バケットの各作業機を前
回の掘削同始点まで自動的に復帰させることができ、が
っ、その復帰時に作業機アタッチメントが下部走行体お
よび地面等に衝突することなく、安全に復帰させること
ができ、オペレータの負担を軽減し、肉体的ならびに精
神的疲労を少なくして作業能率を大幅に向上できるので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は油
圧ショベルの一例を示す側面図、第３図はその旋回状態
を示す概略平面図、第４図は旋回角度と危険領域との関
係を示すグラフ、第５図（ａ＞、（ｂ）、（ｃ）は復帰
時の旋回角度とブーム角度、アーム角度、バケット角度
との関係を示すグラフである。 １・・・下部走行体、２・・・上部旋回体、３・・・ブ
ーム、４・・・アーム、５・・・バケット、６・・・ブ
ームシリンダ、７・・・アームシリンダ、８・・・バケ
ットシリンダ、１４・・・旋回操作レバー、２２・・・
旋回操作弁、２３・・・ブーム操作弁、２４・・・アー
ム操作弁、２５・・・バケット操作弁、２６，２７．２
８・・・モード判別器、２９・・・旋回方向制御弁、３
０・・・ブーム方向制御弁、３１・・・アーム方向制御
弁、３２・・・バケット方向制御弁、３４・・・旋回角
度検出器、３５・・・ブーム角度検出器、３６・・・ア
ーム角度検出器、３７・・・バケット角度検出器、４０
・・・復帰モードスイッチ、４１・・・掘削開始点教示
スイッチ、４２・・・ブーム復帰目標点記憶装置、４３
・・・アーム復帰目標点記憶装置、４４・・・バケット
復帰目標点記憶装置、４５・・・危険領域記憶装置、４
６・・・状態判別器、４７・・・目標値信号発生器、４
８．４９．５０・・・比較器、５１゜５２．５３・・・
制御信号発生器。 特許出願人　　　　株式会社神戸ｙＪ鋼所代　理　人　
　　　弁理士　　小谷悦司同　　　　　　弁理士　　長
１）正 向　　　　　　弁理士　　板谷康夫 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、上部旋回体の旋回油圧駆動手段と、ブーム、アーム
   、バケットの各作業機の油圧駆動手段とを備えた油圧シ
   ョベルにおいて、上部旋回体の旋回角度検出器と、上記
   各作業機の角度検出器と、掘削開始点における上記各作
   業機の角度を復帰目標点として記憶する復帰目標点記憶
   手段と、上記旋回油圧駆動手段に操作信号を送る旋回操
   作レバーと、旋回操作レバーの復帰操作開始時に復帰開
   始信号を出力する復帰開始信号発生器とを具備し、かつ
   、上記各作業機のうちブームとアームの少なくとも一方
   の作業機の制御手段として、上記各作業機が危険領域に
   あるか否かを判別する判別手段と、その判別結果に基い
   て上記各作業機が危険領域外を通る目標値を出力する目
   標値発生器と、この目標値発生器から出力された目標値
   と当該作業機の角度検出器にて検出された現在の角度と
   に基いて当該作業機の油圧駆動手段に対する制御信号を
   出力する制御信号発生器とを設け、他の作業機の制御手
   段として、その作業機角度検出器により検出された現在
   の角度と上記復帰目標点記憶手段に記憶された復帰目標
   点とに基いて同作業機の油圧駆動手段に対する制御信号
   を出力する制御信号発生器とを設けたことを特徴とする
   油圧ショベルの制御装置。