JPS63194030A

JPS63194030A - パワ−シヨベルの作業機制御方法および装置

Info

Publication number: JPS63194030A
Application number: JP2395287A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Hanamoto; 忠幸花本; Shinji Takasugi; 高杉　信爾
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1987-02-04
Publication date: 1988-08-11
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH0788671B2

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〕この発明はパワーショベルの作Ｒｅｌｍ　Ｉｔｉｌ　ａ
方法および装置に関し、特に自動掘削についての技術に
関する。

〔従来の技術〕

周知のように、パワーショベルは作ｆｆ１ｌｉとしてバ
ケット、アーム、ブームを有し、これら作ｆｆ１ｔａは
バケットシリンダ、アームシリンダおよびブームシリン
ダによって各別に駆動され、バケットを所望の軌跡と姿
勢で移動させるには各シリンダの伸縮を同時制御するこ
とが不可欠である。

このため、バケットを所望の軌跡と姿勢で移動させるに
は、オペレータがバケット、アーム、ブームのそれぞれ
に対応する操作レバーを同時にあるいは交互に操作しな
ければならず、操作に熟練を要していた。

また、未熟練者は掘削時に、第１５図（ａ）　ｌと示す
ようにバケット刃先を進行方向に向けなかったり、第１
５図（ｂ）に示すようにバケット底板を削ったあとの掘
削面に干渉させたりして、無用な掘削抵抗増を引き起こ
していた。

一方、予めバケット刃先の移動軌跡（例えば、直線、円
弧等）およびこれらの軌跡に対するバケット姿勢を設定
しておき、この軌跡に沿ってバケット刃先が移動するよ
うにバケット、アーム、ブームを自動制御するようにし
たパワーショベルの制御装置が種々提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これら従来の自動掘削装置は一般に仕上
げ作業を対象にしたものであり、掘削および植込作業を
対象にしたものは少ない。また、掘削・積込作業を対象
にした装置にあっても、作業効率、操作性、掘削時間等
の面で未だ不完全なものであり、その技術を実機に搭載
するには及ばなかった。

本発明は、簡単な操作のみで作業機が掘削に最適な動作
をするように自動制御し、掘削積込作業の効率を向上さ
せることができるパワーショベルの作業機制御方法およ
び装置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では、自動モードを指定する自動モード指定手
段と、自動モードによる掘削開始時点を検出する自動モ
ード開始検出手段と、バケット角、アーム角およびブー
ム角を検出する角度検出手段と、前記自動モード開始検
出手段の出力に基づき掘削開始時点における前記角度検
出手段の検出値を取り込み、これら検出値に基づき車両
に対するバケット刃先位置を求める第１の演算手段と、
複数の地点によって近似したバケット刃先の基準移動軌
跡とこれら複数の地点にバケット刃先が位置するときの
各バケット姿勢とがｒめ設定され、前記第１の演算手段
によって求めた掘削開始位置に基づき前記設定した複数
の地点の車両に対する位置を前記複数の地点によって分
割した各掘削区間毎に１位置ずつや出するとともに、該
算出した位置にバケット刃先を移動させかつバケットを
当該地点毎に前記設定したバケット姿勢とするに要する
バケット回動角、アーム回動角およびブーム回動角を前
記各掘削区間毎に算出する第２の演算手段と、前記各掘
削区間毎に算出したバケット回動角、アーム回動角およ
びブーム回動角に基づき各作業機に供給する圧油流にの
配分比を各掘削区間毎に求め、前記圧力検出手段の検出
ポンプ圧から求めたポンプ流量と前記求めた配分比とに
基づき各作業機に対する流量指令を算出し出力する第３
の演算手段と、前記角度検出手段の出力に基づきアーム
角が各掘削区間毎の目標角に達した時点を険出し、該検
出時点において前記第２および第３の演算手段による演
算制御を当該掘削区間の演算制御から次の掘削区間の演
算制御に移行させる掘削区間終了検出手段と、前記自動
モード指定手段によって自動モードが指定されると、前
記第３の演算手段から出力される各流量指令を手動指令
優先で手動指令に代えて出力する切替手段と、前記自動
モードによる自動掘削の終了を検出する自動掘削終了検
出手段とを具えるようにする。

〔作用〕

まず、手動操作によってバケット刃先を掘削開始位置に
移動させた後、自動モード指定手段によって自動モード
を選択したとすると、前記自動モード開始検出手段によ
って掘削開始が検出され、その後、バケット刃先が設定
した基準移動軌跡に沿って移動しかつバケットが該基準
移動軌跡上の複数の地点において設定した姿勢となるよ
うバケット、アームおよびブームが自動制御される。す
なわち、掘削開始時点における前記角度検出手段の検出
値から掘削開始位置が求められ、この掘削開始位置から
前記設定した移動軌跡に沿った次の目標位置の車両に対
する座標が求められる。そして、次の目標位置でバケッ
トが設定した姿勢をとりかつ掘削開始位置から次の目標
位置までバケット刃先を移動させるに要するバケット回
動角、アーム回動角、ブーム回動角が求められ、更にこ
れら求めた回動角から各作業機に供給する圧油流量の配
分比が求められる。また、予め設定したポンプ圧とポン
プ流電の所定の関係と実ポンプ圧とから作業機ポンプの
流量値を求め、この流量値を前記配分比で分配すること
により各作業機に対する流量指令を算出し、この流量指
令を各作業機に対して出力する。各掘削区間毎の制御は
アーム角がＩ−１標角に到達することにより終了し、制
御は次の掘削区間に移行する。このような制御を自動掘
削終了が検出されるまで繰り返す。自動掘削中は常に”
ト動壕作が優先される。

〔実施例〕

以ド、本発明を添付図面に示す実施例を参照して詳細に
説明する。

第２図はパワーショベルの概略構成を示すものであり、
走行体１上には上部旋回体２が旋回自在に支持され、旋
回体２にはブーム３の一端が軸支され、ブーム３の他端
にはアーム４が軸支され、さらにこのアーム４の他端に
はバケット５が軸支されており、これらブーム３、アー
ム４およびバケット５はブームシリンダ６、アームシリ
ンダ７およびバケットシリンダ８によって各別に回転駆
動される。

ここで、作業機各部の長さ、角度等を第３図に示すよう
定義する。すなわち、点Ａをブーム回動点、点Ｂをアー
ム回動点、点Ｃをバケット回動点、点りをバケット刃先
点とし、ノ１　；点Ａ、Ｂ間の長さノ２　；点Ｂ、Ｃ間の長さノ３　：点Ｃ，Ｄ間の長さ α　；線分ＡＢと垂直軸とのなす角（ブーム角）β　；
線分ＢＣと線分ＡＢの延長線とのなす角（アーム角） γ　；線分ＣＤと線分ＢＣの延長線とのなす角（バケッ
ト角） δ　；掘削ｈ°向Ｕとバケットの底板のなす角（掘削角
）と　：掘削方向Ｕと線分ＣＤのなす角とする。尚、バケット姿勢は角度ε等で定義するように
する。

まず、自動掘削の際の掘削軌跡の設定の仕方について説
明する。この実施例では、第４図に示すようなバケット
刃先についての掘削軌跡を設定する。この軌跡は所定点
０を中心とした半径Ｒの円弧軌跡であり、この円弧軌跡
をｎ個の点Ｐ、％Ｐ２、・・・、Ｐ　で近似するように
する。軌跡設定の際、１回の掘削上ＥＷＶ（図示ハツチ
ング部）はバケットの満杯量に所定数ｋ（−１〜３）を
掛けたものとし、掘削深さｄは線分ＣＤの長さく一ノコ
）に所定数ｅ（−０，１〜１．５）を掛けた値とし、史
に角度ψは１０°〜１８０”の間の適宜の値とする。こ
れらの値に％ｅ％　ψと円弧の半径Ｒは土質、バケット
形状、作業内容等に応じて決められる値であり、それら
の値を特定することにより基準掘削軌跡を決定する。ま
た、このようにして決定した掘削軌跡に対し、前述した
ようにｎ個の点Ｐ１〜Ｐ　を近似し、これら各点Ｐ１〜
Ｐ　を単ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　ｎ位掘削区間毎のバ
ケットメＪ先の目標位置とする。

点Ｐ２〜Ｐ　の位置は掘削開始点Ｐ１の位置を基学にし
て設定する。そして、これら各目標位置Ｐ１〜Ｐ　毎に
バケット姿勢すなわち前記角瓜εｌ〜゛ε　をＴめ決め
ておく。

このバケット姿勢εの決定に際しては、掘削開始時に掘
削角δが小さくなるようにするとともに、掘削中にバケ
ット背部がなるべく土と干渉しない範囲で掘削角δが小
さくなるようにす・ることにより、掘削抵抗をできるだ
け小さくするようにする。

すなわち、この掘削では、ブーム、アームおよびバケッ
トを同時に駆動することにより、バケットが姿勢ε１〜
ε　をもって目標位置Ｐ１〜Ｐ　にｎ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　ｎ追従するように仮想線ＯＤをｉｌ１位角Δψ（−ψ
／ｎ）ずつ回動させるようにする。

この実施例における自動掘削は第５図に示した手順にし
たがって実行され、以下その概略を説明する。この装置
では、ブーム、アーム、バケットの回動指令および旋回
指令を与える２本の操作レバー１１．１２の他に、自動
掘削モードを指示する操作ペダル１０を設けており、該
操作ペダル１０の操作（ペダルを踏み続ける）により前
記円弧軌跡に沿った自動掘削が行なわれる。

まず、オペレータは操作レバー１１．１２の操作により
バケットの刃先を所望の掘削開始位置に移動させた後（
第５図（ａ））　、操作ペダル１０を踏むことにより、
自動掘削モードを選択するとともに掘削開始位置を指定
する（第５図（ｂ））。

すなわち、操作ペダル１０が踏まれたときには、該時点
におけるバケット刃先位置が求められ、該求めた位置を
今回掘削時の掘削開始位置とするようにしている。

いま、ブーム回動点Ａに対する掘削開始位置Ｐ１を（Ｘ
Ｉ　、Ｙｌ　）とすると、この位置（ＸＩ、Ｙｌ）はペ
ダル１０が踏まれた時点におけるブーム角α１、アーム
角βｌおよびバケット角γ１から、次式％式％）によって求め）ことｈ＜できろ。

ところで、この実施例で（キ第６図に示すごとく、前記
検出した掘削開始位置Ｐ、と予め設定した所定点Ｐ　と
の位置関係から地形の傾斜角θを想定し、この傾斜角θ
に応じて前記円弧軌跡を回転し、該回転した円弧軌跡に
追従した自動掘削を行なうようにしている。前記所定点
Ｐ　は履帯１の前方の適当な位置に設定し、これにより
地形の変化にある程度対応できるようになる。

すなわち、この自動掘削においては、オペレータが掘削
開始位置のみを指定すれば今回掘削時の最適な掘削軌跡
およびバケット姿勢が決定されるように演算アルゴリズ
ムが予め設定されである。

なお、この実施例では前記設定した複数の点Ｐ！〜Ｐ　
の車両（ブーム回動点Ａ）に対する位置を掘削開始時に
全て求めておくのではなく、各単位区間において次の目
標位置をその都度求めるようにして記憶容量を削減する
ようにしている。

掘削開始が指定されると、掘削開始位置に応じて決定し
た掘削軌跡上で単位角Δψ進んだ次の目標位置Ｐ２の座
標が求められる。また、バケットの姿勢も該目標位置Ｐ
２に応じて定まっているので、この目標位置Ｐ２におけ
るブーム角α２、アーム角β２およびバケット角γ２を
一義的に決定することができる。これら作業機の目標角
α２、β２、γ２が決定されれば、現在の各作業機の実
角度との偏差をとることにより上記地点Ｐｚ　までバケ
ット刃先を移動させるための各作業機の目標回動角Δα
、Δβ、Δγを決定することができる。

第７図は、Δα、Δβ、Δγを求める演算を説明するた
めのもので、ψ！は水平線と線分ＯＤとのなす角度、ｗ
ｌは掘削開始点Ｐ１での線分ＣＤと線分ＯＤとのなす角
度、Ｗ２は次目標位置Ｐ２での線分ＣＤと線分ＯＤとの
なす角度である。

Ｐ２の座標を（Ｘ　２　、Ｙ　２）とするとＸ２鵡ノＩ
ｃｏｓ（α１＋Δα）＋１ｖｃｏｓＣａ＋　＋β１＋Δα＋Δβ）十ノ３ｃｏ
ｓ（αｌ＋β１＋γｌ＋Δα十Δβ＋　Δγ）＝ｘ、＋Ｙ１　　Δα＋（）ｔｃａｓ（ａｌ・＋β＋　
）　＋ｌｓ　ｃｏｓ　　（α１＋βｌ＋γ１））Δβ＋
１ｖｃｏｓｃα１　＋β１　＋γ１　）Δγ・・・　（
２）となり、またＸ２はＸ２−Ｘ（＋Ｒ・Δψ・５ｌｎ（ψ１十〇、５Δψ）　　　　　　・・・（３）とも表わすこ
とができ、上記（２）式のノ２　Ｃ０８（α　１　　＋
　β　１　　）　　十　ノ　コ　ｃｏｓ　　　（α　１
　　＋　β　１　　＋　γ　１　　）諷ノ　、ノ３ＣＯ
８（αＩ＋β１　＋７１）争Δγ峻ノ、とすると、上記
（２）、（３）式からＹｌ　・Δα＋ノ　Δβ＋ノｂΔ
γ− −Ｒ−Δψ　・５ｉｎ（ψｌ＋０．５　Δψ）・・・　
（４）が成立する。

同様に、Ｙ２−Ｙｌ　　＋Ｘ１　　Δａ−ｆノ２ｓｉｎ（α１＋
　β　１　　）　　十　ノ　ａｓｌｎ（ａｌ　　　＋　
β　１　　＋　７１　　　）−）Δβ−１ａｓｌｎ（α
１＋β１＋γＩ）Δγ　　　　　　　　　　　・・・（
５）−Ｙ、−Ｒ・Δψ ・ｃｏｓ（ψｌ＋ｃｌ、５Δψ）・　（６）が成立し、
上記（５）式のノ２ｓｌｎ（αＢ　＋βｌ）十ノコ５ｉ
ｎ（αｔ　　＋β１　＋γＩ）−ノ　、ノコｓｉｎ　　
（Ｃ１＋β１＋７１）Δγ〜ノｄとすると、ｌニジ己（
５）、（６）式からＸｌ　Δα＋ノ　Δβ＋ノｄΔγ− ＲΔψ・ｃｏｓ（ψ＋　＋０．５Δψ）・・・（７）が成立する。

また ψ１＋Ｗ１−α１＋β１＋γ１−π／２・・・（８） ψ１　＋Δψ＋Ｗ２雛α１　＋βＩ　＋γ１　＋Δα＋
Δβ十Δγ−π／２・・・（９）が成１ｙするため、これら（８）、（９）式からＷ　ｙ
−Ｗ　（ｍΔα＋Δβ＋Δγ〜Δψ・・・（１０）が成立する。

前記（４）、（７）、（１０）式においてΔα、Δβ、
Δγ以外は全て特定されるため、これら（４）、（７）
、（１０）式を解（ことにより掘削開始点Ｐ１から次の
目標点Ｐｚ　までバケット刃先を移動させるための各作
業機の回動角Δα、Δβ、Δγを求めることができる。

このようにして求めた回動角Δα、Δβ、Δγに基づき
各作業機シリンダに対する流量指令を決定するのである
が、この際、各作業機に供給する圧油流量の和Ｑ　　（
−Ｑ　　　＋Ｑ　　　＋Ｑ５ｔ；ｓ　　　　ｂｍ　　　
ａｍＱ　　、ブームに対する流Ｑ　、Ｑ　　　＋　　アーム
にｂｍ　　　　　　　　　　　　　　ａｍ対する流量、
Ｑ　　、バケットに対する流量）が、ｔそのときのポンプの吐出流量になるように、各作業機に
対する流量指令を決定する。すなわち、前記回動角Δα
、Δβ、Δγに基づき各作業機が必要とする流量配分比
を決定するとともに、第８図に示すポンプ流量Ｑとポン
プ圧Ｐとの馬カ一定関係と現時点における実ポンプ圧Ｐ
、とから最大出力時のポンプ流ＡＳＱ　ａを求め、この
ポンプ流ＱＱ６を前記決定した配分比によって配分する
ことにより各作業機に対する原註指令値を決定する。ま
た、この際、ブーム、アームおよびバケットが同時に目
標角α２、β２、γ２に到達てきるよう、各時点のブー
ム角、アーム角、バケット角に基づき各作業機に供給さ
れる実流量を求め、該算出した実流量に基づき前記配分
比を随時調整するようにする。この中位区間毎の掘削は
アームが目標角β２になったときを終了とし、アーム角
が目標値β２になった時点で次の区間の制御に移行する
。

次の区間においても、前記同様にして、まずバケット刃
先の目標位置Ｐ３とバケット姿勢角ξ３が決定され、こ
れら決定値に基づき回動角Δα、Δβ、Δγが決定され
、史に該Δα、Δβ、Δγに対応する流は配分によって
各作業機に対する流量指令が決定される。アームが目標
角β３になった時点でこの区間の制御は終了し、次の区
間の制御に移行する。このような制御が終点Ｐｎまで縁
り返し実行されることにより、バケット刃先は第９図に
示したごとく初期位ｉＩ￥Ｐ、（α１．β１．γｌ）か
ら円弧軌跡上の目標位置・・・Ｐｇ　　（αＢ、βＢ、
γｍ　）−Ｐ＋　ｓ　　（αＩ６．　　β１５．γ＋５
）−Ｐ２ｏ　　（ａｔ　ｏ　、　　β２（１＋７２ｏ）
に沿って移動することになる（第５図（Ｃ））。

第１０図は」―記演算制御の概念構成を示すものである
。すなわち、この自動掘削においては、各単位区間の初
めに次の目標点の座標位置を計算するようにしてメモリ
容量の削減を図るとともに、これら目標位置から求めら
れる流量指令に実流量値を適当な周期でフィードバック
するようにして各作業機に対する流量指令を随時補正し
、バケット刃先が適正な姿勢で設定した掘削軌跡上を正
確に移動できるようにしている。

尚、掘削途中において操作ペダル１０が戻された場合、
各作業機に対する流量指令を零とし、操作レバー１１．
１２によって手動操作が行なわれていない限り各作業機
は直ちに停止するようになっている。

また、自動掘削途中に手動レバー１１．１２による指令
が人力された場合には、安全性のために手動の方を優先
とし、レバー操作が中止された地点から自動掘削を再開
するようにしている。例えば、第１１図に示すごとく自
動掘削がＰ８まで進んだときに手動操作人力があったと
すると、レバー操作が中１１ニされた地点を再スタート
点として次の目標点Ｐ１　に向う自動掘削を再開するよ
うにする。すなわち、自動掘削中に手動入力があったと
きには、自動掘削を解除するのではなく、一時的に中断
するようにしている。

また、この場合掘削の終了は油圧ポンプのポンプ圧値に
基づき検出されるようになっており、掘削区間がある程
度進んだ掘削後半になって油圧ポンプのポンプ圧が所定
値を超えた時点を掘削終了時と認知するようにしている
。この認知後はブームを上昇し、バケットを水平状態ま
でチルトして掘削を終了させる。このように、油圧ポン
プ圧による負荷検出によって掘削終了が検出されるよう
になっているので、ムダ掘りを防止することができる。

この掘削終了後は、バケット傾角を常に水平に保持する
バケット水平保持モードに移行する（第５図（ｄ））。

すなわちこのバケット水平保持モードのときにはブーム
操作レバーおよびアーム操作レバーからの人力指令に応
じてα＋β＋γ−３／２πを満たすようにバケット角γ
を自動制御するようにして、バケット−１−面を常に水
平に保持する。また、この水・ト保持モードのときには
前記自動掘削用操作ペダルの操作は無効とする。このよ
うな制御によって、積荷をこぼさないようにするととも
に、積込作業中の操作を簡単にする（バケット操作を不
要にする）。

この自動掘削モードは、前記バケット水平保持モードの
際に、バケットが手動掃作によりダンプ側に所定量以上
回動されたときに解除される。すなわち、バケット水平
保持モード中にオペレータが排土のためにバケットをダ
ンプ側に所定量以上回動したとき、自動掘削モードが解
除される（第５図（ｅ））。

自動掘削モードが解除されると、制御はバケットを常に
最適な掘削開始時の姿勢に制御するバケット姿勢自動セ
ットモードに移行する（ｍ５図（ｆ））。すなわち、こ
のバケット姿勢自動セットモードにおいては、排土後、
ブーム、およびアームの位置によって決定されるバケッ
トピン（第３図の０点）の位置に応じて最適な掘削開始
時のバケット姿勢なるようバケットシリンダの制御を行
なう。具体的には、第１２図に示すごとくバケット姿勢
を角面λ（バケット刃先位置および前記設定点Ｐ　を結
ぶ線分とバケット上面のなす角）で定義し、水平線と１
．記線分との成す角をτとしたとすると、次式％式％（１１）を満足するようバケット角γを制御する。すなわち、上
式において、λは所定値であり、τはα、β等から求め
ることができ、手動操作により与えられたブーム角α、
アーム角βに応じて上記（１１）式を満足するようバケ
ット角γを制御するようにする。ただし、このバケット
姿勢セットモードは、バケット操作レバー１１が手動操
作された場合中１ヒされ、その後各作業機はバケットを
含めて操作レバー１１．１２からの指令にしたがって駆
動される。

尚、最初の自動掘削時あ′るいは前述のバケット姿勢セ
ットモードの際にオペレータがバケット姿勢を任意に変
化させた場合等においては、バケットは掘削開始時最適
な姿勢となっているとは限らないが、このような場合バ
ケット姿勢を次の区間までに急に最適なものに補正する
のではなく、適当数の区間を設け、これら区間の間に徐
々に最適な内反に補正するようにする。

第１図は前述の各機能を実現する制御構成例を示すもの
で、自動掘削モード指定ペダル１０が踏まれたか否かは
ペダル操作検出器１７によって検出され、検出信号はコ
ントローラ２０に入力される。また、バケットブーム操
作レバー１１の操作方向および操作量はレバー位置検出
器１３および１５によって検出され、これら検出器１３
および１５からバケット回動指令９　およびブーム回動
「指令ａ　がスイッチ３０および３２に夫々人力される。

また、アーム操作レバー１２の操作方向および操作量は
レバー位置検出器１４によって検出され、その検出信号
であるアーム回動指令β　はスイッ３１に人力される。

これら操作レバー１１゜１２による指令信号シ、β　、
テ　　はコントロ「　　　　　　ｒ　　　　　　「一う２０に対しても人力されている。

スイッチ３０．３１および３２は夫々コントローラ２０
から入力される切替制御信号ＳＬ、％ＳＬ２、およびＳ
Ｌ３に基づきその切替動作を行なうもので、コントロー
ラ２０から入力される自動掘削時の指令信号テ　、！３
．ａ　　とレバー位置ＣＣＣ検出３１３．１４．１５から入力される手動掘削時の指
令信号テ　、Ｂ　　、ａ　　とを各別に選択切ｒ　　　
　　　　ｒ　　　　　　　ｒ替するものである。

バケット制御系４０は、バケット角γを検出する角度セ
ンサ４１、このバケット角γを微分して実際のバケット
回動速度テを検出する微分器４２、目標値と実際のバケ
ット回動速度テを示す信号の偏差をとる加算点４３、お
よび加算点４３からの偏差信号をＯにすべくその偏差信
号に応じた流量の圧油をバケットシリンダ４に供給する
流量制御弁４４から構成されている。

同様に、アーム制御系５０およびブーム制御系６０は、
バケット制御系４０と同様にそれぞれ角度センサ５１，
６１、微分器５２．６２、加算点５３．６３および流量
制御弁５４．６４を有し、指令値に一致するようにアー
ムおよびブームを回動制御する。

尚、これら流量制御系の角度センサ４１．５１゜６１に
よって検出されたバケット角「、アーム角。

β、ブーム角αはコントローラ２０にも人力されている
。また、作業機ポンプ（図示せず）のポンプ圧が油圧セ
ンサ７０によって検出され、その検出圧がコントローラ
２０に入力されている。

かかる構成の作用を第１３図に示したフローチャートを
参照して説明する。操作ペダル１０が踏まれたとすると
、これはペダル操作検出器１７１；よって検出され、こ
の検出信号はコントローラ２０に人力され、コントロー
ラ２０は自動掘削モードによる制御を開始する（ステッ
プ１００）。尚、自動モードは安全性のために操作レバ
ー１１．１２による手動操作が行なわれているときと、
前記第５図（ｆ）に示したバケット姿勢自動セットモー
ドの際に動作可能とし、コントローラ２０は、これら以
外のときに操作ペダル１０が踏まれたとしても自動モー
ド′を開始させないようにする。

自動モードが開始されると、コントローラ２０は、角度
センサ４１．５１．６１．の出力γ、β。

ａに基づき該開始時点におけるバケット刃先位置Ｐ１を
求める（第（１）式参照）。続いて、コントローラ２０
はこの算出した掘削開始位置Ｐ１を前記（４）（７）（
１０）式から作成された演算プログラムに代入し、バケ
ットが次目標位置Ｐ２においてバケット姿勢と２をとり
かつバケット刃先をＰｌからＰ２まで移動させる各作業
機の所要回動角Δα、Δβ、Δγを計算する（ステップ
１１０）。次にコントローラ２０はこれら回動角Δα、
Δβ、Δγから各作業機に供給する油の配分比を決定し
くステップ１２０）、更にこのときの油圧センサ７０の
出力からポンプ圧Ｐ、を求め、第８図に示した馬カ一定
関係からこのポンプ圧Ｐ、に対応する最大出力時のポン
プ流量Ｑ、を求め、このポンプ流量Ｑ、を前記配分比を
もって配分することにより各作業機に対する指令信号シ
　、β、テ　を求め、該指令信号ａ　　　７３　　　テ
　をｃ　　　　　　ｃ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　ｃ’　　　　　ｃ’　　　　　ｃス
イッチ３２．３１．３０に夫々出力する（ステップ１３
０）。尚、自動モードが選択されると、スイッチ３０．
３１．３２の各接点はコントローラ２０の切替え制御信
号ＳＬ１．ＳＬ２　、ＳＬｓによってコントローラ２０
側に切替えられており、コントローラ２０からの前記指
令信号ル　、β　。

ＣＣｆ　はこれらスイッチ３２．３１．３０を介してブーム
制御系６０゜アーム制御系５０．バケット制御系４０に入力される。

次のステップ１４０においては、コントローラ２０はペ
ダル操作検出器１７の出力に基づきペダル１０が踏まれ
ているか否かを判定し、ペダル１０の復帰を検出した場
合は各流量制御系に入力する指令信号ル　　β　、γ　
を直ちに零にするＣ’　　　　　　Ｃｅ（ステップ１５０）。また、ステップ１６０においては
操作レバー１１．１２の操作により手動化ｆｉ’　　　
７３　　　、；　　が入力されたか否かが判定さ下γ「
”　　ｒ’　　　ｒれ、人力されていた場合は手動指令を優先する（ステッ
プ１７０）。すなわち、手動指令が人力された場合は、
スイッチ３０．３１．３２のうち該人力された手動指令
に対応する作業機のスイッチを操作レバー側に切換える
ようにして操作レバ、−側からの指令信号を対応する流
量制御系に供給するようにする。

このように、操作ペダル１０と操作レバー１１゜１２の
操作態様に応じてコントローラ２０からのときは零）も
しくは手動レバー１１．１２からの指令信号み　　β　
　テ　が対応する流量制御系ｒ’　　　　　　ｒ’　　
　　　　ｒ６０．４０．５０に人力され、これによりバケット、ア
ーム、ブームが回動される（ステップ１８０）。尚、コ
ントローラ２０は角度センサ４１゜５１．６１の出力に
基づき各シリンダ８．７．６に供給される油の実流はを
求め、これら実流量値に応じて前記配分比を逐次調整す
るようにしている。

次に、コントローラ２０は角度センサ５１の検出出力β
に基づきアームが目標角度β２に達したか否かを判定し
くステップ１９０）、目標角β２に達していない場合は
ステップ１２０に戻り、前記同様の制御を繰り返す。ア
ームが目標角β２に達した場合は、掘削終了か否かが判
定され（ステップ２００）、終了でない場合はステップ
１１０に戻り、バケット刃先位置を次の目標位置Ｐ３に
移動させる演算制御を前記同様にして行なう。以ド同様
にしてステップ２００で掘削終了と判断されるまで目標
位置Ｐ４、Ｐ５・・・に沿ってバケット刃先を移動させ
る。尚、この場合、掘削区間が後半になって油圧センサ
７０の出力値が所定値を越えた時点を掘削終了時として
検出するようにしている。また、自動掘削中に手動指令
が人力された場合コントローラ２０は、該手動指令が中
止された時点で手順をステップ１１０に復帰させ、該手
動指令が人力されていた作業機に対応するスイッチをコ
ントローラ２０側に切替え、手動操作が中止された地点
を再スタート点として、全ての作業機をコントローラ２
０からの指令信号によって再駆動するようにする。

ステップ２００において掘削終了が判定されると、コン
トローラ２０はバケット傾角を水平に制御するバケット
水平保持モードに移行する（ステツブ２１０）。この水
平保持モードにおいては、スイッチ３１．３２を手動レ
バー１１．１２側に切替え、スイッチ３０はそのままコ
ントローラ２０側に接続するようにし、ブームおよびア
ームは手動指令にしたがって駆動されるようにする。そ
してバケットに関してはα＋β＋γ−３／２πを満たす
ようコントローラ２０から指令信号９　を出力するよう
にして、ブームおよびアームが任意に手動操作されても
バケット傾角が常に水平になるようにする。このバケッ
ト水平保持モード中かにバケットが所定角以上ダンプ側
に回動されたとすると、コントローラ２０は自動モー戸
前除しくステップ２２０）、手順をバケット姿勢初期セ
ットモードに移行させる（ステップ２３０）。このモー
ドにおいては、最初、スイッチ３１．３２は手動し／（
−１１，１２側に接続され、スイッチ′うＯはコントロ
ーラ２０側に接続されており、ブームおよびアームに関
してのみ手動指令を各制御系に人力するようにしている
。そして、バケットに関しては前記（１１）式を満たす
ようコントローラ２０からの指令信号７　ｃを出力する
ようにしてバケットがバケット高さに応じて常に最適な
所期姿勢をとるようにしている。尚、この自動セットモ
ードはバケットに関する手動指令が入力された場合中止
される。

尚、Ｆ記実施例では、掘削後半になってポンプ圧が所定
の設定値を越えた時点、すなわち作業機にかかる負荷が
一定値を越えたときを掘削終了とし、その後手順をバケ
ット水・ＩＪ、保持モードに移行させるようにしたが、
単に分割区間数を計数し、所定区間・数の掘削が終了し
たときを掘削終了としてもよく、更にバケットの絶対姿
勢を判定し、バケット絶対姿勢がほとんど水平に近づい
たときを掘削終了と判定するようにしてもよい。

また、上記実施例では走査ペダル１０が踏まれた時点を
掘削開始時とし、この時点のバケット刃先位置を掘削開
始位置とするようにしたが、より正確に掘削開始点を設
定するために、ポンプ圧により負荷を検出し、第１４図
に示すごとくポンプ圧が設定した所定値Ｊを越えた時を
自画掘削開始時とするようにしてもよい。すなわち、操
作ペダル１０が踏まれた時点を掘削開始とした場合、バ
ケット刃先が地面に到達したときと操作ペダルを踏む時
点を完全に一致させるのは困難であり、掘削開始位置に
バラツキが生じることになり、このことは掘削土量にバ
ラツキを生じ、掘削効率が悪くなる原因となり得る。こ
のため、掘削開始時の判定条件を、操作ペダルが踏まれ
た後のポンプ圧が設定ｆＪ以上となったときとするよう
すれば、より正確な掘削開始点の判定が可能になる。す
なわち、操作ペダルが踏まれたときにバケット刃先が地
面から離れているとすると、操作ペダルが踏まれた時点
からバケットが着地する迄の間は手動操作を止めたとし
ても各作業機は着地方向に自動的に移動させるようにす
る。その後、バケットが着地した時点においては負荷に
変動があるので、この変動をポンプ圧によって検出する
ようにする。

具体的には、ポンプ圧に関して掘削開始時点検出用の設
定値Ｊを設定し、ポンプ圧がこの設定値Ｊを越えた時点
を真の掘削開始時点とし、このときのバケット刃先位置
を掘削開始位置とする。尚、この場合、各作業機に各別
のポンプが設けられているときには、検出値の大きな作
業機のポンプ圧によって掘削開始時点を検出するように
すればよい。またこの検出方式においてはポンプ圧によ
り負荷検出を行なうので１ポンプ式の場合には圧力＝［
が１個で済むという利点がある。

更に、上記実施例に以下に示すムダ掘り防止機能を付加
するようにしてもよい。この装置においては前述したよ
うに掘削角δが常に小さくなるように自動掘削を行なっ
ており、このような掘削においては土質等の条件が同じ
だとすると、同じ土量をすくい込み、かつ押しのけるの
に必要な仕事量は一定であり、またこの装置においては
、第８図に示した馬カ一定曲線に沿ってポンプ制御を行
なっているため１−記仕事はを行なうに必要な時間をほ
ぼ一定にすることができると想定される。そこで、まず
水平な地面の現場で自動掘削を１回状行し、その時の掘
削時間すなわちバケットを地面に接地してからすくい上
げ（ブームを上昇し、バケラトをチルトする）を開始す
るまでの時間を測定し記憶し、次回以降の自動掘削は、
掘削開始時点からこの記憶時間が経過した時点で前記す
くい上げを開始させるようにしてムダ掘りを防止するよ
うにする。尚、前記計時および記憶動作を行なわせるた
めに、例えば適宜の操作ボタンを設け、操作ペダル１０
による自動掘削開始指定前にこのボタンが投入された場
合に掘削時間の測定記憶動作を行なわせるようにすれば
よい。このような機能を補足するようにすれば、掘削回
数や掘削軌跡の変化等により地形が変化したとしても、
ムダ掘りが確実に防ｄ−，され、掘削時間を短縮するこ
とができる。

ところで、上記実施例では操作ペダルにより自動モード
を指定するようにしたが、押ボタン等の適宜の操作スイ
ッチにより自動モードを選択するようにしてもよい。ま
た、この実施例では各作業機の指令値として速度指令を
与えるようにしたが、位置（角度）指令をＩ）えるよう
に構成してもよい。

［発明の効果］以り説明したように、本発明−によれば、操作ペダル、
操作ボタン等の自動モード指定手段のみの簡単な操作に
よって効率のよい掘削軌跡に沿った全自動掘削制御が１
＋１能となるとともに、この掘削時には掘削抵抗が少な
く、かつ荷こぼれがなく、さらにポンプ出力を有効利用
するように作業機の制御が行なわれるので、作業効率の
向上および掘削時間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
パワーショベルの外観図、第３図は作業機の長さ、角度
等を定義するために用いた図、第４図はｎ動掘削軌跡の
設定法を説明するための図、第５図は自動掘削の手順を
説明するための工程図、第６図は掘削軌跡の回転態様を
示す図、第７図はΔα、Δβ、Δγを求める手法を説明
するために用いた図、第８図は馬カ一定曲線を示す図、
第９図は自動掘削時の各作業機の移動例を示す図、第１
０図は目標位置の計算および指令信号の出力態様を概念
的に示す図、第１１図は自動掘削中に手動指令が人力さ
れた際の掘削態様を示す図、第１２図はバケット姿勢初
期セットモードを説明するための図、第１３図は第１図
のコントローラの動作を説明するために用いたフローチ
ャート、第１４図は掘削開始時を判定するためのポンプ
圧と設定値との関係を示す図、第１５図は従来装置の不
都合を説明するに用いた図である。１・・・履帯、２・・・１一部旋回体、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、１０・・・自動掘削用操作ペダル、１１・・
・バケットブーム８作レバー、１２・・・アーム旋回操
作レバー、１３゜１４．１５・・・レバー位置検出器、
１７・・・ペダル操作検出器、２０・・・コントローラ
、３０．３１．３２・・・スイッチ、４０・・・バケッ
ト制御系、４１．５１．６１・・・角度センサ、４２．
５２．６２・・・微分器、４３．５３．６３・・・加算
点、４４．５４．６４・・・流量制御弁、５０・・・ア
ーム制御系、６０・・・ブーム制御系、７０・・・油圧
センサ。第２図第８図第９図Ｐｓ　　　　　　　　　　　　ρ＋　　　　　　　　　
　　　Ｐ２　　　ρＩＴ−１ρｎ！第１０図第１１図第１２図第１４図（Ｑ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第１５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）バケット、アームおよびブームを有するパワーシ
ョベルの作業機制御方法において、バケット刃先の基準移動軌跡を複数の地点によって近似
し、掘削開始位置を基準としたこれら複数の地点の位置
とこれら複数の地点にバケット刃先が位置するときのバ
ケット姿勢とを予め設定するとともに、作業機操作レバーによってバケット刃先を掘削開始位置
まで移動させる第１の工程と、自動掘削開始が指定されると、この指定時点におけるバ
ケット角、アーム角およびブーム角から車両に対する掘
削開始位置を算出する第２の工程と、該算出した車両に対する掘削開始位置に基づき前記設定
した複数の地点の車両に対する位置を前記複数の地点に
よって分割した各掘削区間毎に算出するとともに、該算
出した位置にバケット刃先を移動させかつバケットを当
該地点ごとに前記設定したバケット姿勢とするに要する
バケット回動角、アーム回動角およびブーム回動角を前
記各掘削区間毎に算出し、該算出した各回動角を各掘削
区間毎の目標回動角としてバケット、アームおよびブー
ムを自動的に駆動する第３の工程と、前記第３の工程の
終了後、バケットを水平に保持するようアームおよびブ
ームに関する操作レバーからの手動指令に応じてバケッ
トをバケットに関する操作レバーからの手動指令優先で
自動的に駆動する第４の工程と、前記第４の工程の終了後、バケットがその高さに応じて
各所定の初期姿勢となるようアームおよびブームに関す
る操作レバーからの手動指令に対応してバケットを自動
的に駆動する第５の工程とを具えるパワーショベルの作
業機制御方法。
（２）前部第３の工程における各掘削区間毎の制御は、
アーム回動角が目標角に達すると次の掘削区間の制御に
移行する特許請求の範囲第（１）項記載のパワーショベ
ルの作業機制御方法。
（３）前記第３の工程は前記設定した全掘削区間の掘削
が終了すると終了する特許請求の範囲第（１）項記載の
パワーショベルの作業機制御方法。
（４）前記第３の工程はバケットの絶対姿勢が略水平と
なつたときに終了する特許請求の範囲第（１）項記載の
パワーショベルの作業機制御方法。
（５）前記第３の工程は掘削区間が所定区間以上進んだ
後、作業機ポンプ圧が所定の設定値を超えた時点で終了
する特許請求の範囲（１）項記載のパワーショベルの作
業機制御方法。
（６）前記第４の工程はバケットが手動指令により排土
側へ所定量以上回動された時点で終了する特許請求の範
囲第（１）項記載のパワーショベルの作業機制御方法。
（７）バケット、アームおよびブームを有するパワーシ
ョベルの作業機制御装置において、自動モードを指定する自動モード指定手段と、自動モー
ドによる掘削開始時点を検出する自動モード開始検出手
段と、バケット角、アーム角およびブーム角を検出する角度検
出手段と、作業機ポンプのポンプ圧を検出する圧力検出手段と、前記自動モード開始検出手段の出力に基づき掘削開始時
点における前記角度検出手段の検出値を取り込み、これ
ら検出値に基づき車両に対する掘削開始時点のバケット
刃先位置を求める第１の演算手段と、複数の地点によって近似したバケット刃先の基準移動軌
跡とこれら複数の地点にバケット刃先が位置するときの
各バケット姿勢とが予め設定され、前記第１の演算手段
によって求めた掘削開始位置に基づき前記設定した複数
の地点の車両に対する位置を前記複数の地点によって分
割した各掘削区間毎に１位置ずつ算出するとともに、該
算出した位置にバケット刃先を移動させかつバケットを
当該地点毎に前記設定したバケット姿勢とするに要する
バケット回動角、アーム回動角およびブーム回動角を前
記各掘削区間毎に算出する第２の演算手段と、前記各掘削区間毎に算出したバケット回動角、アーム回
動角およびブーム回動角に基づき各作業機に供給する圧
油流量の配分比を各掘削区間毎に求め、前記圧力検出手
段の検出ポンプ圧から求めたポンプ流量と前記求めた配
分比とに基づき各作業機に対する流量指令を算出し出力
する第３の演算手段と、前記角度検出手段の出力に基づきアーム角が各掘削区間
毎の目標角に達した時点を夫々検出し、該検出時点にお
いて前記第２および第３の演算手段による演算制御を当
該掘削区間の演算制御から次の掘削区間の演算制御に移
行させる掘削区間終了検出手段と、前記自動モード指定手段によって自動モードが指定され
ると、前記第３の演算手段から出力される各流量指令を
手動指令優先で手動指令に代えて出力する切替手段と前記自動モードによる自動掘削の終了を検出する自動掘
削終了検出手段とを具えるパワーショベルの作業機制御
装置。
（８）前記第３の演算手段は、自動モード指定手段によ
る自動モードが解除されると出力する各流量指令を零に
する特許請求の範囲第（７）項記載のパワーショベルの
作業機制御装置。
（９）前記自動モード開始検出手段は、前記自動モード
指定手段による指定時点を検出するものである特許請求
の範囲第（７）項記載のパワーショベルの作業機制御装
置。
（１０）前記自動モード開始検出手段は、前記圧力検出
手段の検出ポンプ圧が所定値を超えた時点を検出するも
のである特許請求の範囲第（７）項記載のパワーショベ
ルの作業機制御装置。
（１１）前記第２の演算手段は、前記第１の演算手段に
よつて求められた掘削開始位置と所定の基準位置とのな
す角度に応じて前記設定した基準移動軌跡を回転し、該
回転した軌跡上の複数の地点の車両に対する位置を算出
し、該算出した位置から各掘削区間毎のバケット回動角
、アーム回動角およびブーム回動角を算出する特許請求
の範囲第（７）項記載のパワーショベルの作業機制御装
置。
（１２）前記自動掘削終了検出手段は、掘削区間が所定
区間以上進んだ後、前記圧力検出手段の検出ポンプが所
定値を超えた時点を検出するものである特許請求の範囲
第（７）項記載のパワーショベルの作業機制御装置。
（１３）前記自動掘削終了検出手段は、自動掘削を試行
したときの掘削時間を記憶するメモリを有し、次回以降
の自動掘削の際は該メモリに記憶した掘削時間が経過し
た時点を掘削終了時とする特許請求の範囲第（７）項記
載のパワーショベルの作業機制御装置。
（１４）前記第３の演算手段は、前記角度検出手段の各
出力に基づき圧油の実流量を求め、該求めた実流量に基
づきバケット、アームおよびブームが同時に各掘削区間
毎の目標角に到達できるよう前記求めた配分比を逐次補
正する特許請求の範囲第（７）項記載のパワーショベル
の作業機制御装置。