JPS6312594A - 作業機の振動抑制装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は油圧ショベルやクレーンのように柔構造アーム
（ブーム）を有する作業機の振動抑制装置に関する。

Ｂ、従来の技術 油圧ショベルやクレーン等の建設機械に代表される作業
機においては、長大なリーチを必要とするため、第７図
（ａ）　、　（ｂ）に示すように、例えば２本のアーム
３］、３２を回動可能に連結した多関節構造をとってい
るが、従来のロボットや組み立てロボット等におけるよ
うにアームを剛構造とするとアームの大型化を招き、か
つ高価となり好ましくない。そこで、アーム形状を極力
軽量化し、剛性を低くした柔構造とするが、その結果、
作業時や起動、停止に、アームの振動が長時間継続し、
操作性が非常に悪くなり、また作業安全−にからも問題
がある。

そこで、本出願人等は、先に特願昭５９−第１４２４０
５号明細書に、第７図（ｂ）（７）Ｘ、Ｙ面内テ（７）
アーム振動を抑制する装置を提案した。そこでは、アー
ム３１．３２に生ずる加速度やアーム駆動用の油圧シリ
ンダ３３．３４の圧力を検出し、それらの状態量をフィ
ードバック量とし、油圧シリンダ３３．３４の動作を制
御してアーム３１．３２に生ずる振動をすみやかに減衰
させている。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 しかしながら、第７図（ａ）のＸ７面内での作業、すな
わち旋回動作においては、起動、停止時におけるアーム
３１．３２の振動抑制は何もなされていない。このため
、旋回時、アームが旋回方向に振動をおこした場合には
、何ら対策はなく徐々に振動が収まるのを待って次の作
業に移っている。現状では、運転者の経験に頼った操作
により振動が生じないようにするだけであり、熟練者で
ないと良好な操作性が得られないという問題がある。

本発明は、旋回作業、特にその起動、停止時に生じるア
ームの振動を速やかに減衰させる作業機の振動抑制装置
を提供することを目的とする。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明は、旋回駆動手段により旋回される旋回体もしく
は旋回体との連結点近傍のアーム根元に設置され、旋回
方向の加速度を検出する加速度検出手段と、操作指令手
段からの指令信号と検出された加速度を示す信号との差
を演算して旋回駆動手段を駆動する信号を生成する信号
生成手段とを備える。

Ｅ６作用 操作指令手段からの指令信号と加速度検出手段からの検
出結果が信号生成手段に入力され、その差に応じて旋回
駆動手段を駆動する信号が生成される。例えば、旋回停
止後は指令信号がないから、アーム振動により加速度が
発生すると、それに応した信号が信号生成手段から出力
されて旋回駆動手段がアーム振動を抑制する方向に駆動
される。

Ｆ、実施例 第１図および第２図は本発明の一実施例を示す。

第１図に示した振動抑制装置を搭載した油圧ショベルを
示す第２図において、油圧ショベル１は、下部走行体２
と、油圧モータ３によりＸ−Ｚ面内で旋回する一Ｌ部旋
回体４と、上部旋回体４の回動中心０３回りに回動可能
に連結されたアーム５と、アーム６と、各アーム５，６
をＸ−７面内にて各回動中心Ｏ□、０２回りに駆動する
油圧シリンダ７゜８とを有する。旋回モータ３を制御す
る電気−油圧サーボ弁９は制御装置２０からの電流信号
ｊにより制御される。制御装置２０には、操作指令装置
（操作指令手段）１０からの角速度指令信号Ｏｒと、上
部旋回体４のアーム回動中心Ｏ□近傍に設けられ上部旋
回体４の旋回方向の加速度を検出する加速度センサ（加
速度検出手段）１１からの信号とが入力され、それら両
信号に基づき電流信号ｊをサーボ弁９に出力する。

制御装置２０について第１図により詳述すると、制御装
置２０は、加速度センサ１１の検出出力を増幅するアン
プ２１と、フィルタ２２と、フィルタリングされた検出
出力Ｇに所定のゲインを与えて角速度信号Ｏｇを出力す
るゲイン設定器２３と、その出力θｇと操作指令装置１
０からの角速度指令信号Ｏｒとを比較してその偏差へ〇
を出力する比較回路（信号生成手段）２４と、その偏差
へ〇をサーボ弁駆動用の電流信号ｉに変換するサーボ増
幅器２５とから成る。

このように構成された振動抑制装置の動作について説明
する。

＝４− 操作指令装置１０から角速度指令信号Ｏｒを与えると比
較回路２４に入力される。一方、加速度センサ１１から
の出力はアンプ２１．フィルタ２２を経て加速度信号Ｇ
としてゲイン設定器２３に入力し、所定のゲインが掛け
られて角速度信号Ｏｇとして比較回路２４へ出力される
。加速度信号Ｇは上部旋回体４の旋回加速度を表わして
おり、旋回動作停止直後のアームの振動により旋回モー
タ３の出口側に生ずる油圧変動が第３図（ａ）に示すと
き、上部旋回体４の加速度Ｇは、第３図（ｂ）に示すよ
うになり、旋回モータ３の油圧変動と略１対１に対応す
る。しかして、角速度指令信号ｏｒと角速度信号Ｏｇと
の偏差へ〇を比較回路２４でとり、その偏差へ〇に基づ
いてサーボ増幅器２５でサーボ弁９への電流信号１を生
成すれば、旋回モータ３の停止後は角速度指令信号Ｏｒ
が零であるから加速度Ｇとして定量的に把握された振動
に基づく角速度信号Ｏｇがそのままフィードバックされ
て速やかにアーム振動が減衰するように旋回モータ３が
駆動されることになる。

以」―のように構成された振動抑制装置による振動抑制
のシミュレーション結果を第４図に示す。

この図は旋回動作を停止した直後の各部の波形を示すも
のであり、実線Ａがサーボ弁入力、すなわち電流信号ｊ
、破線Ｂが旋回モータ３の入口側の圧力、一点鎖線Ｃが
同じく出口側の圧力、実線りがアーム６の先端の加速度
を示している。この図かられかるように、旋回動作を停
止した直後にアーム６の先端に生じた加速度（振動）Ｄ
ｌは直ちに減衰され、その後も振動はほとんど表われて
いない・ なお、第３図（ｃ）は、本実施例のような振動抑制をし
ない場合において、旋回動作停止直後の旋回モータ３の
出口圧力に対するアーム６先端の加速度を示しており、
出口圧力波形との対応がない。また、第５図は、第１図
および第２図と同様に構成された振動抑制装置において
、加速度センサ１１をアーム６の先端部に取付けた場合
の旋回動作停止直後の油圧変動、サーボ人力ｉおよびア
ーム６先端の加速度をシミュレーションしたものである
。この図かられかるように、アーム６の振動は減衰され
ていない。

このように、加速度センサの取付部位によって振動抑制
に顕著な差が生ずるが、その点について以下説明する。

第６図（ａ）に第２図に示したような柔構造アームを有
する作業機のモデル図を示す。ここで、Ｍ、は旋回モー
タ３を含む上部旋回体４、すなわち本体系の質量を示し
、Ｍ２は、リンク１２．１３（第２図参照）やピン等を
含むアーム５，６、すなわちアーム系の質量を示してい
る。アーム５゜６が柔構造である場合、アーム５はその
中間部分に旋回方向回わりに剛性を持つ回転ばねにθを
介して本体系Ｍ１と結合するものと考えてよい。

従って、旋回時のアーム５の運動は、アーム５のＬ　１
部に作用する０１回りのトルクＴ１．アーム５の５２部
に作用する０２回りのトルクＴ２の両者を考慮して示さ
れる。従って、第３図（ｃ）に示す如く、振動抑制しな
い場合におけるアーム６先端部の加速度は、上述した柔
構造モデルとしての挙動を示し、アーム５１部と５２部
の挙動が重畳する複雑な挙動となる。その結果、アーム
６先端の加速度は旋回駆動系の駆動力の変動と全く対応
しないから、アーム６先端の加速度を検出し、その検出
結果をサーボ系にフィードバックしても第５図に示した
ように振動抑制効果は全く表われない。

なお、アーム５，６を第６図（ｂ）に示すように剛構造
と考えた場合には、アーム６先端の加速度をサーボ系に
フィードバックすれば第４図に示すような振動抑制効果
が得られる。

従って、本実施例では、上部旋回体４の旋回加速度をフ
ィードバックするようにしたが、柔構造アームの影響、
すなわち第６図（ａ）のばね系ＫＯの影響がでないアー
ム５の根元部分の加速度をフィードバックしてもよいこ
ととなる。

なお、以上では油圧による旋回駆動について説明したが
、電動機や空圧により旋回駆動する場合にも、対象とな
るアームが柔構造であれば本発明を適用して、効果的に
アーム振動を抑制できる。

一８＝ Ｇ８発明の効果 本発明によれば、旋回体もしくは旋回体との連結点近傍
のアーム根元における旋回方向加速度を検出し、検出さ
れた加速度と操作指令とに基づいて旋回体駆動手段を駆
動するようにしたので、柔構造アームの旋回停止、起動
時の振動を速やかに減衰でき、次のような付随的効果が
得られる。

■　操作性が向上する。

■　アーム先端の横振れがなくなり作業時の安全性が向
上する。

■　振動によりアームに発生する応力状態が緩和され疲
労寿命が向上し、その結果、アームの軽量化、最適化が
図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、第１図
は制御系のブロック図、第２図は全体構成を示しくａ）
は平面図、（ｂ）は正面図、第３図（ａ）　、　（ｂ）
　、　（ｃ）は旋回駆動圧力、旋回体の加速度、アーム
先端の加速度をそれぞれ示す波形図、第４図および第５
図は旋回停止後の各部の波形を示す図、第６図（、）は
柔構造アームのモデル図、第６図（ｂ）は剛構造アーム
のモデル図、第７図（ａ）、（ｂ）は柔構造アームを有
する作業機の平面図および側面図である。 に作業機　　　　　　　３：旋回モータ４：上部旋回体
　　　５．６：アーム ９：サーボ弁　　　　　　１０：操作指令装置１１：加
速度センサ　　　　２０：コントローラ２４：比較回路 特許出願人　　日立建機株式会社 代理人弁理士　　永　井　冬　紀 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 操作指令手段からの指令信号により駆動可能な旋回駆動
   手段と、その旋回駆動手段により旋回する旋回体と、そ
   の旋回体に連結されたアームとを有する作業機の振動抑
   制装置において、旋回体もしくは旋回体との連結点近傍
   のアーム根元に設置され、旋回方向の加速度を検出する
   加速度検出手段と、前記指令信号と検出された加速度を
   示す信号との差を演算して旋回駆動手段を駆動する信号
   を生成する信号生成手段と、を具備したことを特徴とす
   る作業機の振動抑制装置。