WO1998036132A1 - Dispositif de commande du fonctionnement d'une excavatrice du type a trois articulations - Google Patents

Dispositif de commande du fonctionnement d'une excavatrice du type a trois articulations Download PDF

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WO1998036132A1
WO1998036132A1 PCT/JP1998/000616 JP9800616W WO9836132A1 WO 1998036132 A1 WO1998036132 A1 WO 1998036132A1 JP 9800616 W JP9800616 W JP 9800616W WO 9836132 A1 WO9836132 A1 WO 9836132A1
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arm
virtual
angular velocity
actual
command
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PCT/JP1998/000616
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Morio Oshina
Mitsuo Sonoda
Eiji Egawa
Junji Tsumura
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.
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    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)

Definitions

  • the present invention relates to an operation control device for an excavator having a three-joint type, that is, an excavator having three joints and an arm except for an excavating bucket, and in particular, operating means similar to a conventional two-joint type excavator.
  • the present invention relates to an operation control device for a three-joint type excavator that can be operated using the excavator.
  • Fig. 11 shows the structure of a conventional general excavator.
  • the work front 100 is composed of two parts, a boom 101 and an arm 102, and a bucket 1 • 3 for excavation work is provided at this tip.
  • the bucket 103 which is the main body of the work, is positioned by two rotatable structural elements, the boom 101 and the arm 102, so the work front 100 is a two-joint type.
  • An excavator equipped with the work front 100 is referred to as a work front, and is referred to as a two-joint type excavator.
  • a two-piece boom type excavator has recently been used. This is shown in Figure 12.
  • the two-piece boom type excavator is different from the general excavator shown in Fig. 11 in that the work front 100 OA boom 101 is divided into two parts, the first boom 104 and the second boom.
  • the work front 100 A is called a three-joint work front because of the number of joints involved in the positioning of the baguette 103, and an excavator equipped with this work front It is called an articulated excavator.
  • the three-joint type excavator has the advantage that it can perform work at the foot of the excavator, which was difficult with the two-joint type excavator. That is, even with a two-joint type excavator, it is possible to bring the bucket 103 to the foot by taking the posture shown in FIG. 11, but in this way, the arm 102 is placed horizontally. Excavation work cannot be performed when it is no longer in use. In contrast, with a three-joint type excavator, as shown in Fig. 12, the bucket 103 can be brought to the foot while the arm 102 is almost vertical, and as a result, Work at your feet becomes possible. The first boom 1 also works for work far from your feet. By extending the boom 104 and the second boom 105 close to a straight line, it is possible to work farther than a two-joint type excavator.
  • Another advantage of a three-joint type excavator is that the turning radius can be reduced.
  • the upper revolving unit 106 is turned to change the direction of the work front 100 A.
  • the boom 10 It is difficult to reduce the radius required for turning because the overall length of 1 is a neck.
  • the radius required for turning can be reduced by raising the first boom 104 almost vertically and laying the second boom 105 almost horizontally. This is advantageous for work on a narrow construction site.
  • FIG. 13 shows an example of the control lever of a general two-joint type excavator.
  • the four operations of boom, arm, bucket, and swivel are frequently and combinedly operated. These four operations are assigned to two operation levers 107 and 108, respectively, and the operator performs excavation work by operating each lever with left and right hands.
  • As another operation lever there is a traveling lever (not shown) (usually a pedal is also added). The traveling lever is often used independently of the other levers 107 and 108 and is not considered here.
  • Fig. 14 shows an example of an operation lever of a three-joint type excavator.
  • a three-joint type excavator can perform a wide range of work from a distance to the feet, but in order to achieve this, the first boom equivalent to the boom 101 of a two-joint type excavator In addition to 104, the second boom 105 must be operated. Since four operations have already been assigned to the two operating levers 107 and 108, a seesaw-type pedal 109 is newly installed to operate the second boom 105.
  • the first and second booms, arms, and buckets of a three-joint excavator can be operated with two operating levers.
  • the operation lever is a special one that indicates the moving speed of the bucket tip in the X and Y directions, respectively, and not only is the operability significantly different from the normal operation lever, but also There is no function to instruct a turning operation.
  • they are specialized in special tasks such as horizontal pulling, and cannot perform normal tasks such as excavation.
  • An object of the present invention is to provide an operation control device for a three-joint type excavator that can operate a three-joint type work front with the same operational feeling as a conventional two-joint type work front within the normal skill of an operator. It is to be.
  • the present invention provides an excavator body, a first arm rotatably attached to the excavator body, and a second arm rotatably attached to the first arm.
  • a three-joint type work front having a third arm rotatably attached to the second arm, a first arm actuator that drives the first arm, a second arm actuator that drives the second arm, Third arm drive that drives the third arm
  • An operation control device for a three-joint type excavator having a hydraulic drive device having one night, two operation means for operating the first arm, the second arm, and the third arm, and a virtual first arm and a virtual first arm.
  • a two-joint type working contact having two arms is virtually provided, and the relationship between the movement of the virtual second arm and the actual third arm is determined in advance, and the two operating means are connected to the virtual first arm.
  • the actual third arm movement so as to obtain a movement corresponding to the movement of the virtual second arm when functioning as the first operation means of the arm and the second operation means of the virtual second arm, respectively.
  • Command calculation means for obtaining command values of the first arm, the second arm, and the third arm and outputting the command values to the hydraulic drive device as a drive command signal is provided.
  • the present invention provides an operation control device for a three-joint type excavator that enables the three-joint work front to be operated within a normal skill range of an operator.
  • Three joints can be operated with only two operating means, similar to a two-joint type excavator.
  • two-joint type excavators include a first arm that rotates with respect to the excavator body and a second arm that rotates with respect to the first arm. With the rotation of the two arms, the work tool attached to the tip of the second arm, for example, a bucket for excavation, is moved to a necessary place to perform excavation work.
  • An operator can easily operate a two-joint excavator. It is also easy to observe that the operator is closely watching the work equipment (bucket) during work such as excavation.
  • the present invention has been made by paying attention to the way of using such a conventional work front and the idea of mechanical freedom.
  • the first arm and the second arm of the two-joint work front are: If driven by two operating means that give the angular velocity of the first arm and the second arm respectively, obtain the visual information around the baget about the direction and posture of the bucket as a result of operating the operating means. Means that it can be operated. Therefore, in the three-joint type work front, assuming a two-joint type work front having a virtual first arm and a virtual second arm, the two operation means are respectively a virtual first arm and a virtual second arm.
  • the second point can be set at any point on the two-dimensional plane.
  • the arm tip can be located. This is because the two-joint work front has two joints, that is, two degrees of freedom.
  • the posture (tilt) of the second arm when the tip of the second arm is located at a specific position is uniquely determined. This is because it uses two degrees of freedom for positioning in 2D space.
  • the present invention is based on the above findings, and the actual first arm operation is performed so that the operation corresponding to the operation of the virtual second arm can be obtained as the actual operation of the third arm by the command operation means as described above.
  • the three-joint type work front can be operated with the same operational feeling as the conventional two-joint type work front within the normal skill of the operator. It becomes possible.
  • the command calculation means includes the virtual second arm and the virtual second arm such that the virtual second arm and the actual third arm move as if they form a rigid body. The actual movement relationship with the third arm is determined.
  • the command calculation means may be a virtual second arm.
  • the relationship between the movement of the virtual second arm and the actual third arm may be determined so that the rotational angular velocity is obtained as the actual angular velocity of the third arm.
  • the rotational angular velocity of the virtual second arm is given as the actual rotational angular velocity of the third arm, and it is possible to easily perform excavation work as in the case of the two-joint work front.
  • the command calculation means is configured to determine the relationship between the movement of the virtual second arm and the actual movement of the third arm from the angular velocity command of the first operating means for the virtual first arm.
  • the first angular velocity commands of the actual first arm, the second arm, and the third arm are calculated based on the virtual second arm, and the virtual second arm and the actual second arm are calculated from the angular velocity commands of the second operating means for the virtual second arm.
  • the actual second angular velocity commands of the first arm, the second arm, and the third arm are respectively calculated based on the relationship between the movements of the three arms, and the first angular velocity commands of the actual first arm, the second arm, and the third arm are calculated.
  • the actual command values of the first, second and third arms are obtained by synthesizing the angular velocity command and the second angular velocity command.
  • the operation of the virtual second arm when the two operation means function as the first operation means of the virtual first arm and the second operation means of the virtual second arm, respectively, is provided.
  • the actual command values of the first arm, the second arm, and the third arm can be obtained so that the operation is obtained as the actual operation of the third arm.
  • the base end of the virtual first arm of the virtually provided two-joint type work foot coincides with the base end of the actual first arm.
  • the command calculation means obtains an angular velocity command of the first operation means for the virtual first arm as a first angular velocity command of the actual first arm, and performs a second operation for the virtual second arm.
  • the first angular velocity command of the first arm and the actual second angular velocity commands of the first, second, and third arms are combined to obtain the actual command values of the first, second, and third arms. Ask for each. In this way, when the virtual two-joint type work front is provided so that the base end of the virtual first arm coincides with the base end of the actual first arm, the actual operation of the first Command values for the first arm, the second arm, and the third arm can be obtained.
  • the command calculation means is configured to calculate a relationship between the movement of the virtual second arm and the actual movement of the third arm from an angular velocity command of the first operation means for the virtual first arm. Calculating the actual target speed of the base end of the third arm on the basis of the target speed of the base end of the third arm and the angular velocity command of the first operating means. Means for calculating the first angular velocity command of the third arm and the angular velocity command of the second operation means for the virtual second arm, based on the relationship between the movement of the virtual second arm and the actual third arm.
  • the actual target speed at the base end of the third arm is calculated, and the actual target arm speed at the base end of the third arm and the angular velocity command from the second operating means are used to calculate the actual first arm, second arm, and second arm.
  • the second angular velocity command of the third arm Means for calculating, and combining the actual first and second angular velocity commands of the first, second and third arms to obtain the actual command values of the first, second and third arms. Respectively.
  • the actual command values of the first arm, the second arm, and the third arm can be obtained so that the operation corresponding to the operation of the virtual second arm can be obtained as the actual operation of the third arm. Can be requested.
  • the command calculating means has a posture detecting means for detecting a posture of the three-joint type work front, and posture information from the posture detecting means and the first and the second and the third joint type work fronts.
  • the command value is calculated from the angular velocity command of the second operating means.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of a three-joint type excavator to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a diagram showing a system configuration of an operation control device for a three-joint type excavator according to an embodiment of the present invention, together with a hydraulic circuit.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operation system of an operation control device for a three-joint type excavator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the operation principle of the operation control device of the three-joint type excavator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the operation principle of the operation control device for the three-joint type excavator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the operation principle of the operation control device of the three-joint type excavator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the operation principle of the operation control device of the three-joint type excavator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing functions of a controller of the operation control device for the three-joint type excavator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing functions of a controller of an operation control device for a three-joint type excavator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing functions of a controller of an operation control device for a three-joint type excavator according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the structure of a conventional two-joint type excavator.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the structure of a two-piece boom type excavator as an example of a conventional three-joint type excavator.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an operation system of a conventional two-joint type excavator.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an operation system of a conventional two-piece boom type excavator. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the base end of the virtual first arm is set behind the base end of the actual first arm.
  • a work front 2 of an excavator 1 includes a first arm 3 attached to a first joint 15, a second joint 20, and a third joint 16 so as to be rotatable in a vertical direction. It is a three-joint type consisting of two arms 4 and a third arm 5, and its base end (first joint 15) is supported by the excavator body 99 (upper revolving unit), and its tip, ie, the fourth joint 1
  • Reference numeral 3 denotes a first arm cylinder 7
  • second arm 4 is driven by a second arm cylinder 8
  • third arm 5 is driven by a third arm cylinder 9
  • bucket 6 is driven by a bucket cylinder 10.
  • Fig. 2 shows an example of the hydraulic circuit.
  • reference numeral 60 denotes a hydraulic drive circuit including the first arm cylinder 7, the second arm cylinder 8, the third arm cylinder 9, and the bucket cylinder 10.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 120 It is supplied to the first arm cylinder 7, the second arm cylinder 8, the third arm cylinder 9, and the bucket cylinder 10 via the control valves 122, 122, 123 and 124.
  • there are a turning hydraulic motor and a traveling hydraulic motor (not shown), which are also connected in the same manner.
  • the operation of the first arm cylinder 7 will be described, but the operation is similarly performed for other cylinders.
  • Reference numeral 161 denotes a pilot circuit that guides the pilot pressure for operation to the flow control valves 121, 1, 22, 123, and 124.
  • the pilot hydraulic source 162 and the flow control valve 1 21 A pair of pilot lines 163a, 163b provided in 1 and similar pilot lines 164a, 164b provided in the flow control valves 122, 123, 124; 165a, 1 65b; 166a, 166b (only-part is shown) Proportional pressure reducing valves 129, 130 and pilot lines 164a, 164b; 165a, 165b; 166a, 166b located in pilot lines 163a, 163b And a similar proportional pressure reducing valve (not shown).
  • the flow control valve 122 When not operated, the flow control valve 122 is in the neutral position supported by the springs 127 and 128, and each port is blocked, so that the first arm cylinder 7 does not move.
  • the pilot pressure adjusted by the proportional pressure reducing valves 1 29, 1 30 is led to the pilot pressure chambers 125, 126 of the flow regulating valve 122, and the pilot pressure drops to one of them.
  • the valve body is displaced to a position where the force generated by the pressure and the springs 127 and 128 are balanced, and a flow rate corresponding to the displacement amount is sent to the first arm cylinder 7, and the first arm cylinder 7 expands and contracts.
  • the proportional pressure reducing valves 129, 130 and other proportional solenoid valves are adjusted by a drive command signal from the controller 131, and the controller 13 PT / JP98 / 00616
  • the operating lever devices 1 1 and 1 2 are of the electric lever type which output an electric signal as an operating signal.
  • the first arm cylinder 7, the second arm cylinder 8, the third arm cylinder 9, and the baguette cylinder 10 can be driven at an arbitrary speed according to the operation amount.
  • the angle detectors 14 2, 14 3, and 14 4 are attached to the first joint 15, the second joint 20, and the third joint 16, respectively, and the first arm 3, the second arm 4, and the 3 Detects the rotation angle 0 ⁇ 2 , 3 of the arm 5.
  • the angle detector may be a potentiometer that directly detects the angle of each joint, or detects the displacement of the first cylinder 7, the second cylinder 8, and the third cylinder 9, and geometrically calculates the rotation angle. May be used.
  • FIG. 3 shows details of the operation method of the operation lever devices 11 and 12.
  • the operation related to the bucket and the turning is exactly the same as that of the conventional excavator.
  • the operation lever 11a of the operation lever device 11 arranged on the right side is operated in the right (a) direction, the operation according to the operation amount is performed.
  • Bucket 6 moves to the dump side (open side) at the specified speed.
  • the operation lever 1 1a is operated in the left (b) direction
  • the bucket 6 moves to the cloud side (the side to be inserted) at a speed corresponding to the operation amount.
  • the operating lever 12a of the operating lever device 12 disposed on the left side can be operated forward (g) or rearward (h).
  • the upper revolving superstructure 99 turns right or left at a speed corresponding to the operation amount.
  • the front-rear direction (the c and d directions) of the operation lever 11a of the operation lever device 11 which has conventionally operated only the first arm 3 is at a speed corresponding to the operation amount.
  • the virtual first arm 13 of the virtually provided two-joint type work front shown by the dashed line in FIG. 1 is moved up and down.
  • the left and right directions (e and f directions) of the operation lever 12 a of the operation lever device 12 which conventionally operated only the second arm 4 are speeds according to the operation amount.
  • the virtual second arm 14 shown by the dashed line in FIG. 1 is pulled in (cloud) or pushed out (dumped).
  • the first arm 3 and the second arm 4 can be operated by operating the operation lever 11a in the front-rear direction (c, d directions) and operating the operation lever 12a in the left-right direction (e, f directions).
  • the basic principle of the present invention is to virtually provide a two-joint work front having a virtual first arm 13 and a virtual second arm 14 as described above, By preliminarily determining the relationship of the movement with the third arm 5, the operation corresponding to the operation of the virtual second arm 14 when the operation levers 1 la and 1 2 a are operated can be changed to the actual movement of the third arm 5.
  • the command values of the first arm 3, the second arm 4, and the third arm 5 are obtained so as to obtain the operation.
  • the relationship between the movement of the virtual second arm 14 and the actual third arm 5 is, in the present embodiment, whether the virtual second arm 14 and the actual third arm 5 form a rigid body. To move. By determining the relationship between the movement of the virtual second arm and the actual third arm in this way, the rotation angular velocity of the virtual second arm and the actual rotation angle velocity of the third arm become the same, and the rotation of the virtual second arm The angular velocity is given as the actual rotation angular velocity of the third arm.
  • the base end (virtual first joint) 19 of the virtual first arm 13 of the virtually provided two-joint type work front can be set at an arbitrary position with respect to the vehicle body 99.
  • the base end (virtual first joint) 19 of the virtual first arm 13 is set at a position behind the base end (first joint) 15 of the actual first arm 3. ing.
  • the virtual first arm 19 when the virtual first joint 19 matches the base end (first joint) 15 of the actual first arm 3 is denoted by reference numeral 13A. .
  • the length of the virtual first arm 13 (the length L of the line connecting the virtual first joint 19 and the virtual second joint 18) and the length of the virtual second arm 14 (The length of the line segment connecting the virtual second joint 18 and the virtual third joint (bucket joint) 17 can also be set arbitrarily.
  • L and L It is set to be longer than a two-joint excavator.
  • V b 1 S b 1 X ⁇ br
  • the speed (target speed) V b2 at which the third joint 16 should move is determined as the virtual second arm 14 and the actual third arm 5 move as if they form a rigid body (see the hatched portion in the figure).
  • the target speed V b2 is represented by the line segment connecting the first joint 15 and the third joint 16 (the component in the direction perpendicular to the length S, the second joint 20 and the third joint 16). Is decomposed into a component perpendicular to the line segment (length M 2 ) connecting to and V bs V bs2 is obtained.
  • the angular velocity command w bl of the first arm 3 and the angular velocity command w b2 of the second arm 4 can be obtained as follows.
  • the angular velocity command oj bl of the first arm 3 is positive in the upward direction
  • the angular velocity of the second arm 4 13 command 0 J b 2 are the dump direction is positive.
  • V bs 2— V b2 0 (4 ')
  • the velocity V bl to be given to the bucket joint 17 is a value in the absolute coordinate system (a coordinate system with the first joint 15 as the origin), and the velocity V is the velocity V b2 of the third joint 16. Contains. Therefore, the velocity V bl is decomposed into a velocity V b2 and a component V br in a direction perpendicular to a line (length M 3 ) connecting the third joint 16 and the bucket joint 17.
  • the angular velocity tO b ⁇ of the third arm 5 around the third joint 16 is Becomes That is, since the third arm 5 also rotates at the command angular velocity given to the virtual first arm 13, the command angular velocity w br eventually becomes the angular velocity w b3r of the third arm 5 around the third joint 16. I understand.
  • this angular velocity w b3r means the rotational angular velocity of the third arm 5 around the third joint 16 in the absolute coordinate system, and is used to obtain the angular velocity command to b3 for driving the third arm 5.
  • the rotational angular velocity of the second arm 4 around the third joint 16 can be expressed as w bl + w b2 using the angular velocity commands w bl and w b2 obtained above, so that the angular velocity command w of the third arm 5 b3 is the positive direction of the dump,
  • the speed Va2 at which the third joint 16 should move depends on the virtual second arm 14 and the actual third arm 5 moving as if they form a rigid body (see the hatched portion in the figure). In the direction perpendicular to the line (length L 2 ) connecting the two joints 18 and the third joint 16,
  • V a 2 L 2 X War... (1 2)
  • the up direction is angular velocity command omega a of the first arm 3 positive
  • angular velocity command omega 32 of the second arm 4 has a dumping direction is positive.
  • ⁇ a 1 -(15)
  • V a2 (17 a)
  • this angular velocity co a3r means the rotational angular velocity of the third arm 5 around the third joint 16 in the absolute coordinate system, and is used to obtain the angular velocity command ⁇ 33 for driving the third arm 5.
  • ⁇ a 3 ⁇ a 3 r — V.
  • W a 1 + ⁇ a 2) W a r ⁇ ⁇ a 1 + ⁇ a 2)... I 20
  • ⁇ 1 ⁇ b r + ⁇ a 1
  • the first arm 3 rotates at the angular velocity ⁇ ⁇
  • the second arm 4 rotates at the angular velocity ⁇ 2
  • the third arm 5 rotates at the angular velocity ⁇ 3 .
  • One arm cylinder 7, the second arm cylinder 8, and the third arm cylinder 9 may be extended and contracted.
  • the first arm 3, the second arm 4, and the third arm 5 are provided by using two operation levers 11a and 12a similar to those of a conventional excavator having a two-joint work front. It is possible to operate the three-joint work front 2 continuously without giving the operator a sense of incongruity. Operation is possible within the range with the same operational feeling as a two-joint work front.
  • the base end (virtual first joint) 19 of the virtual first arm 13 is set at a position behind the base end (first joint) 15 of the actual first arm 3.
  • all of the first arm cylinder 7, the second arm cylinder 8, and the third arm cylinder 9 are stroke-end up to a position close to the vehicle body 99.
  • the effective stroke of each cylinder can be used effectively, and the bucket 6 can be moved to a position close to the vehicle body 99 by horizontal pulling work, ensuring a wide working range.
  • virtual first arm 13 length L is set to be longer than that of a normal two-joint excavator, so that the bucket 6 When the virtual second arm 14 is brought close to 19, the virtual second arm 14 can maintain a posture close to the vertical, whereby the actual third arm 5 also assumes a posture close to the vertical, and good workability can be obtained.
  • FIG. 8 shows an algorithm processed by the controller 131 for implementing the above-described operation.
  • the controller 131 the length of the first arm 3 Mi, the length of the second arm 4 M 2, the length of the third arm 5 M 3, and the length of the virtual first arm 13.
  • the length of the virtual second arm 14 The position information ( ⁇ 0 , Yo) of the base end (virtual first joint) 19 of the virtual first arm 13 is predetermined and stored.
  • the controller 131 includes a virtual first arm signal 132 for instructing the angular velocity of the virtual first arm 13 and a virtual second arm signal 133 for instructing the angular velocity War of the virtual second arm 14. Is entered.
  • the virtual first arm signal 132 (oj br ) is input to a first operation block 160 that performs the operation of the expression (2) to obtain the target speed V b2 of the third joint 16.
  • a first operation block 160 that performs the operation of the expression (2) to obtain the target speed V b2 of the third joint 16.
  • This calculation since the length S b2 of the line segment connecting the virtual first joint 19 and the third joint 16 is used, it is necessary to calculate this length S b2 .
  • This calculation requires the ever-changing position information of the third joint 16 and information on the base end (virtual first joint) 19 of the virtual first arm 13.
  • the position information of the third articulation 16 is required angle of rotation 2 of the rotating angle 0 (the second arm 4 of the first arm 3.
  • the angle detector 142, 143 is provided as described above, rotation angle 0 2 of the rotational angle 0 i and the second arm 4 of the first arm 3 is inputted to the first arithmetic pro click 160. Further, as the positional information of the third articulation 16 the length of the first arm 3 M "The length M 2 of the second arm 4 is also required, and the information on the base end (virtual first joint) 19 of the virtual first arm 13 includes the position of the base end (virtual first joint) 19 Information (X., Yo) is required, and the above values stored in the controller 13 1 are obtained.
  • the target speed V b2 of the third joint 16, which is calculated by the first calculation block 1 60 is input to the second computing block 161, the first joint 15 of the target speed V b2 by the above equation (3) and (4) Segment connecting the third joint 16 (the component V bs l in the direction perpendicular to the length S) 20 and a component V bs2 in a direction perpendicular to a line segment (length M 2 ) connecting the second joint 20 and the third joint 16 are calculated.
  • the angle A between the line segment S b2 and the line segment M 2 and the angle B between the line segment S b2 and the line segment S i are used, the angles A and B need to be calculated.
  • This calculation requires the ever-changing position information of the third joint 16 and the position information of the second joint 20 and information on the base end (virtual first joint) 19 of the virtual first arm 13. Become.
  • the position information of the third joint 16 has been described above.
  • the rotation angle 0t of the first arm 3 and the length of the first arm 3 are required.
  • the second press to the arithmetic Plock 1 6 also, the rotation angle 2 of the rotary angle 0 i and the second arm 4 of the first arm 3 in the same manner as the first operational proc 1 60 is input,
  • the position information ( ⁇ ., Y.) of the controller 1 as the controller 1 3 The value stored in 1 is used.
  • the velocity components V bsl and V bs2 calculated in the second operation block 161 are input to the third and fourth operation blocks 163 and 164 , respectively, and are obtained by the above equations (5) and (6).
  • the angular velocity command for the first arm 3 and the angular velocity command w b2 for the second arm 4 are calculated. Since the length of the line segment Si connecting the first joint 15 and the third joint 16 is used in the calculation of the third operation block 163, it is necessary to calculate this. This calculation requires the position information of the third joint 16.
  • the third calculation block 1 63 with the rotation angle 2 of the rotational angle S ⁇ a second arm 4 of the first arm 3 is input, the first arm 3 of length M l second arm 4 long
  • the value stored in the controller 13 1 is used as M 2 .
  • the fourth computing block 1 64 the value which has been saying himself ⁇ in the controller 1 3 1 and the length M 2 of the second arm 4 is used.
  • the angular velocity command w bl of the first arm 3 and the angular velocity command w b2 of the second arm 4 calculated by the third and fourth operation blocks 163 and 1 64 are added together with the virtual first arm signal 132 (oj br ) to the fifth
  • the angular velocity command OU3 of the third arm 4 is calculated according to the above equation (10).
  • the commanded angular velocity w br of the virtual first arm signal 132 is the third angular velocity around the third joint 16 in the absolute coordinate system with the first joint 15 as the origin as described in the above equation (9). Used as the rotational angular velocity w b3r of the arm 5.
  • the signal 133 ( ⁇ 3 ⁇ ) is input to a sixth operation block 139 which obtains the target speed Va 2 of the third joint 16 by performing the operation of the expression ( 12 ).
  • This calculation requires the ever-changing position information of the third joint 16 and the position information of the base end (virtual second joint) 18 of the virtual second arm 14.
  • the rotation angle 6 of the first arm 3> the rotation angle ⁇ 2 of the second arm 4 the length of the first arm 3, the length of the second arm 4 and M 2 is required.
  • the position information of the base end (virtual second joint) 18 of the virtual second arm 14 includes the rotation angle 0 b of the virtual first arm 13 and the length L of the virtual first arm 13. And the position information (X., Yo) of the base end (virtual 1st joint) 19 of virtual 1st arm 13 is needed.
  • the rotation angle 0 2 of the first operational block 1 60 rotation angle 0 of the first arm 3 in the same manner as i and the second arm 4 is inputted, the first ⁇ over arm 3 length Mi, the length M 2 of the second arm 4, the virtual first arm 1 3 of the base end (first articulation virtual) 1 9 position information (X., Yo) as the controller 1 3 1
  • the stored value is used, and the rotation angle of the virtual first arm 13 is further input, and the length L of the virtual first arm 13 is obtained.
  • the value stored in the controller 13 is used as the value.
  • the rotation angle of the virtual first arm 13 is calculated in the angle calculation block 148.
  • the rotation angle 0 b of the virtual first arm 13 and the rotation angular velocity 0 a of the virtual second arm 14 are set as unknowns, and the tip (the fourth joint) 17 of the third arm 5 and the virtual second arm are set. 14 tip fixed positional relationship, making a simultaneous equation by using the relationship that both positions are equal in this embodiment, and determines a rotation angle Sb, 0 a.
  • the position information of the tip (the fourth joint) 17 of the third arm 5 includes the rotation angle 0 of the first arm 3, the rotation angle 0 2 of the second arm 4, the rotation angle 0 3 of the third arm 5 If the length M 2 of the length of the first arm 3 and the second arm 4, the length of the third arm 5 M 3 and the force required, the tip of the tip (the third arm 5 of the virtual second arm 14 4th Joints)
  • the position information (X 0, Yo) of the base end (virtual first joint) 19 of the angle detector is required, and as described above, the angle detectors 142, 143, twenty two
  • the rotation angle of the first arm 3 0 ⁇ the rotation angle of the second arm 4 0 2 , and the rotation angle of the third arm 5 0 3 are input to the angle calculation block 148 and the length of the first arm 3 Mi, the length of the second arm 4 M 2 , the length of the third arm 5 M 3 , the length of the virtual first arm 13.
  • the length of the virtual second arm 14 The base end of the virtual first arm 13 (virtual first joint) 19 The above value stored in the controller 131 as the positional information (. Used.
  • Sixth target speed V a 2 of the third joint 16, which is calculated in the calculation block 139 is input to a seventh calculation block 140, the above-mentioned (13) and (14) the first joint of the target speed V a 2 by formula A line segment connecting the second joint 20 and the third joint 16 (a component V asl in the direction perpendicular to the length S) and a line segment (the length M 2 ) in the direction perpendicular to the length S calculating a Ingredient V as2.
  • the seventh operation block 140 includes the rotation angle S 1 of the first arm 3, the rotation angle 0 2 of the second arm 4, and the rotation angle 0 of the virtual first arm 13 similarly to the sixth operation block 139. b While the force is input, the length of the first arm 3 M, the length of the second arm 4 M 2 , the length L of the virtual first arm 13, the base end of the virtual first arm 13 (the virtual 1 joint) 1 9 position information
  • the value stored in the controller 131 is used as (Xo, Y.).
  • the velocity components V asl and V as2 calculated in the seventh operation block 140 are input to the eighth and ninth operation blocks 145 and 146, respectively, and the angular velocities of the first arm 3 are calculated by the above equations (15) and (16).
  • the command ⁇ at and the angular velocity command ⁇ 32 of the second arm 4 are calculated.
  • the eighth arithmetic block 145 the length S i connecting the first joint 15 and the third joint 16 is used, so that the first and second angles detected by the angle detectors 142 and 143 are the same as in the third arithmetic block 163.
  • the angular velocity command ⁇ 3 ⁇ of the first arm 3 and the angular velocity command w a2 of the second arm 4 calculated by the eighth and ninth operation blocks 145 and 146 are calculated together with the virtual second arm signal 133 ( ⁇ 3 ⁇ ).
  • the angular velocity command ⁇ 33 of the third arm 4 is calculated by the equation (20).
  • the commanded angular velocity War of the virtual second arm signal 133 is, as described in the above equation (19), the angle around the third joint 16 in the absolute coordinate system with the first joint 15 as the origin.
  • rotational angular velocity J velocity command by the virtual first arm signal 1 32 that was calculated by the c above is used as a first arm 3 w bl, angular velocity command oj b2 of the second arm 4 of the third arm 5, the The angular velocity command ⁇ b3 of the first arm 3 based on the angular velocity command ⁇ b3 of the third arm 5 and the virtual second arm signal 133, the angular velocity command ⁇ 32 of the second arm 4, and the angular velocity command ⁇ 33 of the third arm 5 are (2 1) respectively accordance connection addition section 1 7 1, 1 72, 1 73 is added to formula, each arm 3, 4, 5 of the angular velocity command value omega omega 2, omega 3 are determined.
  • these command values ⁇ ⁇ 2, ⁇ 3 are their respective, are input to the saturation function 1 50, 1 5 1, 1 52, 1 53, 1 54, 1 55, the driving finger corresponding to those of the positive and negative Signal (electrical signal) is outputted. That is, the command value omega is for positive output to the drive command signal (electrical signal) is proportional pressure reducing valve 1 30 in accordance with the omega iota by saturation function 1 50, negative In this case, a drive command signal (electric signal) corresponding to according to the saturation function 15 1 is output to the proportional pressure reducing valve 129. The same applies to the command values ⁇ 2 and ⁇ 3 .
  • the first arm 3, the second arm 4, and the second operating lever 11a, 12a are used similarly to a conventional excavator having a two-joint work front.
  • the three-joint work front 2 having the third arm 5 can be operated with the same operational feeling as the conventional two-joint work front within the ordinary skill of the operator.
  • a wide working range, which is a characteristic, can be operated continuously with the same operational feeling as a conventional two-joint type excavator.
  • FIG. 1 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a virtual first arm 13A (see FIG. 1) in which the virtual first joint 19 matches the first joint 15 of the first arm 3 is used.
  • parts that are the same as the parts shown in FIG. 8 are given the same reference numerals.
  • the first calculation block 160 to the fifth calculation block 166 in FIG. 8 and the calorie calculation units 172 and 173 are not necessary, and as shown in FIG.
  • the br is directly added to the angular velocity command ⁇ 3 ⁇ of the first arm 3 obtained in the eighth arithmetic block 145 by the adder 171 to calculate the angular velocity command value of the first arm 3.
  • the ninth arithmetic block 146 and the ninth arithmetic block 146 10 Computation block Calculated by 149 Second arm 4 Angular velocity command w a 3 speed command omega a 2 and the third arm 5, respectively, as the second, third arm 4, 5 angular velocity instruction value omega 2, is used as the omega 3.
  • the amount of calculation in the controller 131 can be reduced as compared with the first embodiment shown in FIG. 8, and within the limited processing capacity and memory capacity of the controller 131A. Responsive control becomes possible.
  • the rotation angle of each arm is obtained by integrating the rotation angular velocity command value to each arm without using the angle detector in the embodiment shown in FIG.
  • parts that are the same as the parts shown in FIGS. 8 and 9 are given the same reference numerals.
  • the rotation angle 0 b of the virtual first arm 13 corresponds to the value obtained by integrating the commanded angular velocity w br of the operation signal 132.
  • integrators 134, 136, 137, and 138 are provided, and the angular velocity command values ⁇ ⁇ 2 to the first, second, and third arms 3, 4, and 5 are provided.
  • ⁇ 3 are integrated by the integrators 136, 137, 138 to convert the rotation angle to 0 ⁇ ⁇ 2, S 3, and the command angular velocity w br of the operation signal 132 is integrated by the integrator 1 34 to obtain the rotation angle 0 b and used in the sixth to eighth operation blocks 139, 140, and 145.
  • the angle detectors 142, 143, 144 Since the rotation angle S S0 of each arm, which changes in 25 steps, can be used directly without any calculation error, highly accurate control can be realized.
  • the control accuracy is slightly inferior, since the angle detectors 142, 144, and 144 need not be used, a system can be constructed at a lower cost.
  • the angular velocity commands of the respective arms are separately obtained, and the sum of the respective commands is obtained as the angle command value of each arm.
  • the combined velocity V, the calculated V 2 then may be configured to obtain an angular velocity command of each arm.
  • the configuration is provided with the operation blocks 139 and 140 for calculating the velocity of each joint.
  • the calculation can be obtained by one relational expression, none of these operations is performed. They may be put together in blocks.
  • the lengths L Q and L i of the first arm 13 and the virtual second arm 14 of the virtual two-joint type work front are set so that a wide work range can be operated.
  • L. Are set long, but this length can be set arbitrarily according to the purpose.
  • the positional relationship between the two can be arbitrarily determined according to the required motion characteristics. Can be set.
  • the tip (bucket joint) of the virtual second arm of the virtual two-joint type work front and the tip (bucket joint) of the third arm of the three-joint type work front are completely matched.
  • this may be slightly off.
  • the same arithmetic processing as in the case where the positions of the two are matched can be performed.
  • a three-joint type work front can be connected to a conventional two-joint type work front within the normal skill of an operator by using two operation resonators similar to the conventional two-joint type work front. It can be operated with the same operational feeling as a remote control.

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Description

明細書
3関節型掘削機の操作制御装置 技術分野
本発明は、 3関節型、 すなわち掘削用バケツ トを除いて 3個の関節とアームと を有する掘削機の操作制御装置に係わり、 特に、 従来の 2関節型の掘削機と同様 の操作手段を用いて操作可能な 3関節型掘削機の操作制御装置に関する。 背景技術
従来の一般的な掘削機の構造を図 1 1に示す。 作業フロント 1 0 0はブーム 1 0 1及びアーム 1 0 2の 2つで構成され、 掘削作業を行うバケツ 卜 1◦ 3がこの 先端に設けられている。 作業の主体であるバケツ ト 1 0 3の位置決めが、 ブーム 1 0 1、 アーム 1 0 2という回動可能な 2つの構造要素によって行われているの で、 作業フロン卜 1 0 0を 2関節型作業フロントと呼び、 この作業フロント 1 0 0を備えた掘削機を 2関節型の掘削機と称する。
これに対し、 近年 2ピースブーム型と呼ばれる掘削機が使われている。 これを 図 1 2に示す。 2ピースブーム型の掘削機は、 図 1 1に示した一般的な掘削機に 対して、 作業フロント 1 0 O Aのブーム 1 0 1を 2分割して第 1ブーム 1 0 4及 び第 2ブーム 1 0 5としたもので、 バゲッ ト 1 0 3の位置決めに関与する関節の 数から作業フロント 1 0 0 Aを 3関節型作業フロントと呼び、 この作業フロント 1 0 O Aを備えた掘削機を 3関節型の掘削機と呼ぶこととする。
3関節型の掘削機は、 2関節型の掘削機では難しかった掘削機の足元の作業を 行えるという利点を持っている。 即ち、 2関節型の掘削機でも、 図 1 1に示すよ うな姿勢をとることで足元迄バケツ ト 1 0 3を持ってくることが可能であるが、 このようにアーム 1 0 2が水平になった状態では掘削作業はできない。 これに対 し、 3関節型の掘削機では、 図 1 2に示すようにアーム 1 0 2をほぼ垂直にした 状態でバケツ 卜 1 0 3を足元に持ってくることができ、 これによつて足元の作業 が可能となる。 また、 足元から遠く離れた位置の作業に対しても、 第 1ブーム 1 0 4と第 2ブーム 1 0 5とを直線に近く伸ばすことによって、 2関節型の掘削機 に比べてより遠くまで作業することが可能である。
3関節型の掘削機の別の利点として、 旋回半径を小さくできることがある。 掘 削した土砂をダンプ力一等に積み込むために上部旋回体 1 0 6を旋回して作業フ ロン卜 1 0 0 Aの向きを変えるが、 この時、 2関節型の掘削機ではブーム 1 0 1 の全長がネックとなって旋回に必要な半径を小さくすることが難しい。 3関節型 の掘削機の場合には、 第 1ブーム 1 0 4をほぼ垂直に起こし、 第 2ブーム 1 0 5 をほぼ水平に寝かせることで、 旋回に必要な半径を小さくすることが可能で、 狭 溢な工事現場での作業に有利となる。
次に、 従来の操作方式について述べる。 図 1 3に、 一般的な 2関節型の掘削機 の操作レバーの例を示す。 通常の掘削作業においては、 ブーム ·アーム 'バケツ ト ·旋回の 4動作が頻繁に、 かつ複合的に操作される。 これらの 4動作が 2本の 操作レバ一 1 0 7 , 1 0 8に 2動作ずつ割り当てられており、 オペレータは左右 の手でそれぞれのレバ一を操作することで掘削作業を行う。 この他の操作レバ一 として、 （図示しない） 走行用のレバー （通常ペダルも付加されている） カある。 走行用のレバーは、 他のレバー 1 0 7 , 1 0 8とは独立に使用されることが多く、 ここでは考慮しない。
図 1 4は、 3関節型の掘削機の操作レバ一の例である。 前述したように、 3関 節型の掘削機では、 遠くから足元まで広範囲の作業が可能であるが、 これを実現 するためには 2関節型掘削機のブーム 1 0 1に相当する第 1ブーム 1 0 4の他に、 更に第 2ブーム 1 0 5を操作しなければならない。 既に 2本の操作レバー 1 0 7， 1 0 8には 4動作が割り当てられていることから、 シーソー型のペダル 1 0 9を 新設して第 2ブーム 1 0 5の操作を行っている。
また、 3関節型の掘削機の制御装置として特開平 7 - 1 8 0 1 7 3号公報の提 案がある。 この提案では、 2本の操作レバーをバゲッ ト先端の X方向及び Y方向 の移動速度をそれぞれ指示するものとし、 これらの移動速度を合成した速度べク トル信号に基づき所定の演算処理を行い、 水平引き作業を行う際に、 バケツ ト先 端の移動を幅広い範囲にわたって連続して制御でき、 しかも所望の軌跡に沿って 精度良くバケツ トを移動させることができるようにしている。 発明の開示
前述のように構成された 3関節型掘削機の操作系では、 3関節化することによ つて広い作業領域が得られる。 し力、し、 この領域を連続的に操作することが難し いという不具合がある。 つまり、 第 2ブーム 1 0 5の操作をペダル 1 0 9によつ て足で行っているために、 レバ一を手で操作するような微妙な調整が難しく、 他 の第 1ブーム 1 0 4やアーム 1 0 2、 ノくケッ ト 1 0 3の操作と協調して動作させ ることができない。 従って、 ほとんどの場合、 遠くの作業を行う時には第 2ブー ム 1 0 5を伸ばした状態に固定し、 また、 近くの作業を行う時には第 2ブーム 1 0 5を縮めた状態に固定して作業を行っているのが通常である。
また、 特開平 7 - 1 8 0 1 7 3号公報の制御装置では、 2本の操作レバーで 3 関節型掘削機の第 1ブーム、 第 2ブーム、 アーム、 バケツ トを操作できるように しているが、 操作レバ一はバケツ ト先端の X方向及び Y方向の移動速度をそれぞ れ指示する特殊なものとなつており、 通常の操作レバ一とは大幅に操作性が異な るだけでなく旋回動作を指示する機能もない。 しかも、 水平引き等の特殊な作業 に特化されており、 掘削作業等、 通常の作業を行うことはできない。
本発明の目的は、 3関節型作業フロントを、 オペレータの通常の技量の範囲で 従来の 2関節型の作業フロントと同等の操作感覚で操作可能とする 3関節型掘削 機の操作制御装置を提供することである。
なお、 従来技術について、 ブームを 2分割した 2ピースブーム型の掘削機を例 に記述を進めてきたが、 アームを 2分割した場合にも 3関節型掘削機としての機 能は同一である。 そこで、 説明を一般化する意味で、 以下の説明では 3個の関節 でそれぞれ回動する部材を、 第 1アーム、 第 2アーム、 第 3アームと呼ぶことと する。
( 1 ) 上記目的を達成するため、 本発明は、 掘削機本体と、 掘削機本体に回動可 能に取り付けられた第 1アーム、 第 1アームに回動可能に取り付けられた第 2ァ ーム、 第 2アームに回動可能に取り付けられた第 3アームを有する 3関節型作業 フロントと、 第 1アームを駆動する第 1アームァクチユエ一夕、 第 2アームを駆 動する第 2アームァクチユエ一タ、 第 3アームを駆動する第 3アームァクチユエ 一夕を有する油圧駆動装置とを有する 3関節型掘削機の操作制御装置において、 第 1アーム、 第 2アーム、 第 3アームを操作するための 2つの操作手段と、 仮想 第 1アーム及び仮想第 2アームを有する 2関節型作業フ口ントを仮想的に設け、 この仮想第 2アームと前記実際の第 3アームとの動きの関係を予め定めておき、 前記 2つの操作手段を前記仮想第 1アームの第 1操作手段及び仮想第 2アームの 第 2操作手段としてそれぞれ機能させたときの仮想第 2アームの動きに対応した 動きが実際の第 3アームの動きとして得られるよう、 前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームのそれぞれの指令値を求め、 これを前記油圧駆動装置に 駆動指令信号として出力する指令演算手段とを備えるものとする。
本発明は、 上記のように、 3関節作業フロントを、 オペレータの通常の技量の 範囲で操作可能とする 3関節型掘削機の操作制御装置を提供するものであり、 そ のため、 本発明では 2関節型の掘削機と同様の 2つの操作手段だけで、 3つの関 節を操作できるようにするものである。
従来、 一般的に使われてきた 2関節型の掘削機は、 掘削機本体に対し回動する 第 1アーム、 第 1アームに対して回動する第 2アームとがあり、 第 1アーム '第 2アームの回動によって第 2アーム先端に取り付けられた作業具、 例えば掘削用 バケツ トを必要な場所に移動させ掘削等の作業を行っている。 2関節型の掘削機 であればオペレータは容易に操作可能であると考えられる。 また、 掘削等の作業 において、 オペレータは作業具 （バケツ ト） の周辺だけを注視していることも容 易に観察される事実である。 本発明はこのような従来の作業フロン卜の使われ方 及び機構学的な自由度の考え方に着目してなされたものである。
つまり、 従来から掘削作業においてオペレータ力バケツ 卜周辺のみを注視して t、て作業を行うことが可能であるということは、 2関節型作業フロン卜の第 1ァ —ム '第 2アームが、 それぞれ第 1アーム '第 2アームの回転角速度を与える 2 つの操作手段によって駆動されるなら、 操作手段を操作した結果のバケツ 卜が移 動する方向や姿勢を、 バゲッ ト周辺の視覚情報を得ることで操作可能であること を意味している。 従って、 3関節型作業フロントにおいても、 仮想第 1アーム及 び仮想第 2アームを有する 2関節型作業フロントを想定し、 2つの操作手段がそ れぞれ仮想第 1ァ一ム及び仮想第 2ァームの回転角速度を与えるかのような仮想 的な動作を想定したときの仮想第 2アームの動作に対応した動作を実際の第 3ァ —ムの動作として与えれば、 バケツ ト周辺を見て作業している限り、 2関節型作 業フロントと同様に容易に掘削作業を行うことが可能となる。
次に、 上記した動作が 3関節型掘削機で可能であることを、 機構学的に裏付け 旋回動作を考えなければ、 2関節型作業フロントの場合、 2次元平面上の任意 の点に第 2アーム先端を位置させることができる。 これは、 2関節型作業フロン 卜が 2つの関節、 つまり 2つの自由度を持っているからである。 また、 2関節型 作業フロントでは、 第 2アーム先端を特定の位置に位置させたときの第 2アーム の姿勢 （傾き） は一義的に決まってしまう。 これは、 2次元空間内の位置決めに 2つの自由度を使ってしまうからである。 これに対し、 3関節型作業フロントの 場合、 自由度が 3つあるので、 第 3アーム先端位置の他、 第 3アームの姿勢 （倾 き） も自由に選ぶことが可能となる。 よって、 仮想第 2アームと前記実際の第 3 アームとの動きの関係を予め定めておき、 仮想第 2アームの動作に対応した動作 を実際の第 3アームの動作として与えることが可能となる。
本発明は以上の知見に基づ L、ており、 指令演算手段で上記のように仮想第 2ァ ―ムの動作に対応した動作が実際の第 3アームの動作として得られるよう実際の 第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームのそれぞれの指令値を求めることにより、 3関節型作業フロントを、 オペレータの通常の技量の範囲で従来の 2関節型の作 業フロントと同等の操作感覚で操作可能となる。
( 2 ) 上記 （ 1 ) において、 好ましくは、 前記指令演算手段は、 前記仮想第 2ァ —ムと前記実際の第 3アームが剛体を形成するかのように動くように前記仮想第 2アームと前記実際の第 3アームとの動きの関係を定める。
このように仮想第 2アームと実際の第 3アームが剛体を形成するかのように動 かすと仮想第 2アームの回転角速度と実際の第 3アームの回転角速度は同じとな るため、 仮想第 2アームの回転角速度が実際の第 3アームの回転角速度として与 えられることとなり、 2関節型作業フロン卜と同様に容易に掘削作業を行うこと が可能となる。
( 3 ) また、 上記 （ 1 ) において、 前記指令演算手段は、 前記仮想第 2アームの 回転角速度が前記実際の第 3アームの回転角速度として得られるように、 前記仮 想第 2アームと前記実際の第 3アームとの動きの関係を定めてもよい。
これにより仮想第 2アームの回転角速度が実際の第 3アームの回転角速度とし て与えられることとなり、 2関節型作業フロン卜と同様に容易に掘削作業を行う ことが可能となる。
( 4 ) 更に、 上記 （ 1 ) において、 好ましくは、 前記指令演算手段は、 前記仮想 第 1アームに対する第 1操作手段の角速度指令から前記仮想第 2アームと実際の 第 3アームとの動きの関係に基づき前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3 アームの第 1角速度指令をそれぞれ計算し、 前記仮想第 2アームに対する第 2操 作手段の角速度指令から前記仮想第 2アームと実際の第 3アームとの動きの関係 に基づき前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの第 2角速度指令を それぞれ計算し、 前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの第 1角速 度指令及び第 2角速度指令を合成して前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの指令値をそれぞれ求める。
これにより上記 （1 ) のように、 2つの操作手段を仮想第 1アームの第 1操作 手段及び仮想第 2アームの第 2操作手段としてそれぞれ機能させたときの仮想第 2アームの動作に対応した動作が実際の第 3アームの動作として得られるよう実 際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームのそれぞれの指令値を求めることが できる。
( 5 ) また、 上記 （1 ) において、 一実施形態では前記仮想的に設けた 2関節型 作業フ口ン卜の仮想第 1アームの基端は前記実際の第 1アームの基端に一致して おり、 この場合、 前記指令演算手段は、 前記仮想第 1アームに対する第 1操作手 段の角速度指令を前記実際の第 1アームの第 1角速度指令として求め、 前記仮想 第 2アームに対する第 2操作手段の角速度指令から前記仮想第 2アームと実際の 第 3アームとの動きの関係に基づき前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3 アームの第 2角速度指令をそれぞれ計算し、 前記実際の第 1アームの第 1角速度 指令及び前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの第 2角速度指令を 合成して前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの指令値をそれぞれ 求める。 このように仮想第 1アームの基端が実際の第 1アームの基端に一致するよう仮 想的な 2関節型作業フロントを設けた場合は、 そうでない場合よりも少ない演算 量で実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームのそれぞれの指令値を求める ことができる。
( 6 ) また、 上記 （1 ) において、 好ましくは、 前記指令演算手段は、 前記仮想 第 1アームに対する第 1操作手段の角速度指令から前記仮想第 2アームと実際の 第 3アームとの動きの関係に基づき前記実際の第 3アームの基端の目標速度を計 算し、 この第 3アームの基端の目標速度と前記第 1操作手段の角速度指令とから 前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの第 1角速度指令をそれぞれ 計算する手段と、 前記仮想第 2アームに対する第 2操作手段の角速度指令から前 記仮想第 2アームと実際の第 3アームとの動きの関係に基づき前記実際の第 3ァ —ムの基端の目標速度を計算し、 この第 3アームの基端の目標速度と前記第 2操 作手段の角速度指令とから前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの 第 2角速度指令をそれぞれ計算する手段と、 前記実際の第 1アーム、 第 2アーム 及び第 3アームの第 1角速度指令及び第 2角速度指令を合成して前記実際の第 1 アーム、 第 2アーム及び第 3アームの指令値をそれぞれ求める手段とを有する。 これにより上記 （4 ) のように、 仮想第 2アームの動作に対応した動作が実際 の第 3アームの動作として得られるよう実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3 アームのそれぞれの指令値を求めることができる。
( 7 ) 更に、 上記 （1 ) において、 前記指令演算手段は、 前記 3関節型作業フロ ン卜の姿勢を検出する姿勢検出手段を有し、 この姿勢検出手段からの姿勢情報と 前記第 1及び第 2操作手段の角速度指令とから前記指令値を計算する。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の適用対象である 3関節型掘削機の構造を説明する図である。 図 2は、 本発明の一実施形態による 3関節型掘削機の操作制御装置のシステム 構成を油圧回路と共に示す図である。
図 3は、 本発明の一実施形態による 3関節型掘削機の操作制御装置の操作系を 説明する図である。 図 4は、 本発明の一実施形態による 3関節型掘削機の操作制御装置の動作原理 を説明する図である。
図 5は、 本発明の一実施形態による 3関節型掘削機の操作制御装置の動作原理 を説明する図である。
図 6は、 本発明の一実施形態による 3関節型掘削機の操作制御装置の動作原理 を説明する図である。
図 7は、 本発明の一実施形態による 3関節型掘削機の操作制御装置の動作原理 を説明する図である。
図 8は、 本発明の第 1の実施形態による 3関節型掘削機の操作制御装置のコン トロ一ラの機能を示すブロック線図である。
図 9は、 本発明の第 2の実施形態による 3関節型掘削機の操作制御装置のコン トロ一ラの機能を示すブロック線図である。
図 1 0は、 本発明の第 3の実施形態による 3関節型掘削機の操作制御装置のコ ントローラの機能を示すブロック線図である。
図 1 1は、 従来の 2関節型掘削機の構造を説明する図である。
図 1 2は、 従来の 3関節型掘削機の一例としての、 2ピースブーム型掘削機の 構造を説明する図である。
図 1 3は、 従来の 2関節型掘削機の操作系を説明する図である。
図 1 4は、 従来の 2ピースブーム型掘削機の操作系を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
まず、 本発明の第 1の実施形態を図 1〜図 6により説明する。 本実施形態は仮 想の第 1アームの基端を実際の第 1アームの基端より後方に設定した場合のもの である。
図 1において、 掘削機 1の持つ作業フロント 2は、 それぞれ第 1関節 1 5、 第 2関節 2 0、 第 3関節 1 6にて上下方向に回動可能に取り付けられた第 1アーム 3、 第 2アーム 4、 第 3アーム 5からなる 3関節型であり、 その基端 （第 1関節 1 5 ) は掘削機本体 9 9 (上部旋回体） に支持され、 その先端、 即ち第 4関節 1
訂正された用紙 （規則 91 ) 8 / 1
に掘削用バケツ卜 6が上下方向に回動可能に取り付けられている。 第 1アーム 訂正された用紙 （規則 91) 9
3は第 1ァ一ムシリンダ 7、 第 2アーム 4は第 2アームシリンダ 8、 第 3アーム 5は第 3アームシリンダ 9でそれぞれ駆動され、 バケツ ト 6はノ ケッ トシリンダ 1 0で駆動される。
図 2に油圧回路の一例を示す。 図中、 60は第 1アームシリンダ 7、 第 2ァー ムシリンダ 8、 第 3アームシリンダ 9、 バケツ 卜シリンダ 1 0を含む油圧駆動回 路であり、 油圧ポンプ 1 20から吐出された作動油は流量制御弁 1 2 1， 1 22, 1 23, 1 24を介して、 第 1アームシリンダ 7、 第 2アームシリンダ 8、 第 3 アームシリンダ 9、 バケツ トシリンダ 1 0に供給される。 この他に、 図示しない 旋回用油圧モータ、 走行用油圧モータがあり、 これらも同様に接続されている。 ここでは、 第 1ァ一ムシリンダ 7について動作を説明するが、 他のシリンダにつ いても同様に動作する。
また、 1 6 1は流量制御弁 1 2 1, 1 22, 1 23, 1 24に操作用のパイ口 ッ ト圧力を導くパイロッ ト回路であり、 パイロッ ト油圧源 1 62と、 流量制御弁 1 2 1に設けられた 1対のパイロッ トライン 1 63 a， 1 63 b及び流量制御弁 1 22， 1 23， 1 24に設けられた同様なパイロッ トライン 1 64 a， 1 64 b ； 1 65 a, 1 65 b ; 1 66 a， 1 66 b (—部のみ図示） と、 ノ、。ィロッ ト ライン 1 63 a, 1 63 bに配置された比例減圧弁 1 29, 1 30及びパイロッ トライン 1 64 a， 1 64 b ; 1 65 a, 1 65 b ; 1 66 a, 1 66 bに設け られた同様な比例減圧弁 （図示せず） とで構成されている。
流量制御弁 1 2 1は、 非作動時にはスプリング 127, 1 28に支えられて中 立位置にあり、 各ポートはブロックされるので、 第 1ァ一ムシリンダ 7は動かな い。 比例減圧弁 1 29, 1 30によって調整されたパイロッ ト圧力が流量調整弁 1 2 1のパイ口ッ ト圧力室 1 25, 1 26に導かれており、 いずれかにパイ口ッ ト圧力がたっと、 この圧力による力とスプリング 127, 1 28との釣り合いの 位置に弁体は変位し、 その変位量に応じた流量が第 1アームシリンダ 7に送られ、 第 1ァ一ムシリンダ 7は伸縮する。 流量制御弁 1 22, 1 23, 1 24について も同様である。
比例減圧弁 1 29， 1 30及び図示しない他の比例電磁弁はコントローラ 1 3 1からの駆動指令信号によって調整され、 更にコントローラ 1 3 1には操作レバ P T/JP98/00616
10
—装置 1 1， 1 2からの操作信号及び角度検出器 1 4 2 , 1 4 3 , 1 4 4からの 検出信号が入力されている。 操作レバー装置 1 1 , 1 2は操作信号として電気信 号を出力する電気レバー方式であり、 操作レバ一装置 1 1， 1 2の操作レバ一 1 l a , 1 2 aが操作されると、 その操作量に応じて第 1アームシリンダ 7、 第 2 ァ一ムシリンダ 8、 第 3ァ一ムシリンダ 9、 バゲッ 卜シリンダ 1 0を任意の速度 で駆動することができる。 角度検出器 1 4 2 , 1 4 3 , 1 4 4は第 1関節 1 5、 第 2関節 2 0、 第 3関節 1 6にそれぞれ取り付けられ、 第 1アーム 3、 第 2ァ一 ム 4、 第 3アーム 5の回転角度 0 θ 2, 3を検出する。 角度検出器としては各 関節の角度を直接検出するポテンショメータであってもよいし、 第 1シリンダ 7、 第 2シリンダ 8、 第 3シリンダ 9の変位量を検出し、 回転角度を幾何学的に演算 するものであってもよい。
操作レバー装置 1 1 , 1 2の操作方法の詳細を図 3に示す。
図 3において、 バケツ 卜及び旋回に関する操作は従来の掘削機と全く同じで、 右側に配置された操作レバー装置 1 1の操作レバー 1 1 aを右 （a ) 方向に操作 すると、 操作量に応じた速度でバケツ ト 6はダンプ側 （開く側） に動作する。 同 様に、 操作レバ一 1 1 aを左 （b ) 方向に操作すると、 操作量に応じた速度でバ ケッ ト 6はクラウド側 （搔き込む側） に動作する。 本体 9 9を構成する上部旋回 体の旋回動作に対しては、 左側に配置された操作レバ一装置 1 2の操作レバ一 1 2 aを前 （g ) 又は後 （h ) に操作することで、 操作量に応じた速度で上部旋回 体 9 9は右旋回又は左旋回を行う。
一方、 従来、 第 1アーム 3だけを動作させていた操作レバ一装置 1 1の操作レ バー 1 1 aの前後方向 （c， d方向） は、 本発明では、 その操作量に応じた速度 で、 図 1に一点鎖線で示す仮想的に設けた 2関節型作業フロントの仮想の第 1ァ —ム 1 3を上下させる。 また、 従来、 第 2アーム 4だけを動作させていた操作レ バー装置 1 2の操作レバ一 1 2 aの左右方向 （e , f 方向） は、 本発明では、 そ の操作量に応じた速度で、 図 1に一点鎖線で示す仮想の第 2アーム 1 4を引き込 み （クラウド） 又は押し出し （ダンプ） させる。
上記のように操作レバ一 1 1 aを前後方向 （c， d方向） に、 操作レバ一 1 2 aを左右方向 （e , f 方向） に操作することにより第 1アーム 3、 第 2アーム 4、
Ϊ丁正された用紙 （規則 91 ) 1 1 第 3アーム 5を動かす本発明の基本原理及びこの基本原理に基づく第 1アーム 3、 第 2アーム 4、 第 3アーム 5の指令値の求め方を説明する。
まず、 本発明の基本原理は、 上記のように仮想の第 1アーム 1 3及び仮想の第 2アーム 1 4を有する 2関節型作業フロントを仮想的に設け、 仮想第 2アーム 1 4と実際の第 3アーム 5との動きの関係を予め定めておくことで、 操作レバー 1 l a , 1 2 aを操作したときの仮想第 2アーム 1 4の動作に対応した動作が実際 の第 3アーム 5の動作として得られるよう、 第 1アーム 3、 第 2アーム 4及び第 3アーム 5の指令値を求めるものである。
ここで、 仮想第 2アーム 1 4と実際の第 3アーム 5との動きの関係としては、 本実施形態では、 仮想第 2アーム 1 4と実際の第 3アーム 5とが剛体を形成する かのように動くように定める。 このように仮想第 2アームと実際の第 3アームと の動きの関係を定めることにより仮想第 2アームの回転角速度と実際の第 3ァー ムの回転角速度は同じとなり、 仮想第 2アームの回転角速度が実際の第 3アーム の回転角速度として与えられることとなる。
また、 仮想的に設けた 2関節型作業フロントの仮想の第 1アーム 1 3の基端 (仮想の第 1関節） 1 9は車体 9 9に対して任意の位置に設定可能であり、 図 1 に示す実施形態では、 仮想の第 1アーム 1 3の基端 （仮想の第 1関節） 1 9を実 際の第 1アーム 3の基端 （第 1関節） 1 5より後方の位置に設定している。 また、 図 1では、 実際の第 1アーム 3の基端 （第 1関節） 1 5に仮想の第 1関節 1 9を 一致させた場合の仮想の第 1アームを符号 1 3 Aで示している。
更に、 仮想の第 1アーム 1 3の長さ （仮想の第 1関節 1 9と仮想の第 2関節 1 8とを結ぶ線分の長さ L。） 及び仮想の第 2アーム 1 4の長さ （仮想の第 2関節 1 8と仮想の第 3関節 （バケツ ト関節） 1 7を結ぶ線分の長さ も、 任意に設定 可能である。 本実施形態では、 L。， L iを通常の 2関節型掘削機よりも長くなる ように設定している。
以下、 図 4〜図 7を用い、 第 1アーム 3、 第 2アーム 4、 第 3アーム 5の指令 値の求め方を説明しつつ本発明の基本原理を更に詳しく説明する。
( A ) 操作レバ一 1 1 aで仮想第 1アームを操作する場合
( A 1 ) 図 4において、 操作レバ一 1 1 aの操作信号により仮想第 1アーム 1 3
汀正された用紙 （規則 91 ) 12 に与えられた上げ方向の指令角速度を wbrとすると、 操作レバー 12 aが操作さ れていなければ仮想第 2アーム 14は仮想第 1アーム 13と同じ角速度で仮想の 第 1関節 19回りを回転するので、 バケツ 卜関節 17が移動すべき速度 （目標速 度） Vblは、 仮想の第 1関節 19とバケツ 卜関節 17を結ぶ線分 （長さ Sbl) に 対して垂直方向に、
V b 1 = S b 1 X ω b r ·'· 1)
の大きさを持つ。
また、 第 3関節 16が移動すべき速度 （目標速度） Vb2は、 仮想第 2アーム 1 4と実際の第 3アーム 5とが剛体 （図示斜線部参照） を形成するかのように動く ので、 仮想の第 1関節 19と第 3関節 16を結ぶ線分 （長さ Sb2) に対して垂直 方向に、
Figure imgf000015_0001
の大きさを持つ。
(A2) まず、 第 3関節 16に Vb2の速度を与えるのに必要な第 1関節 15回り の回転角速度及び第 2関節 20回りの回転角速度を検討する。
(A2 1) 図 5において、 目標速度 Vb2を、 第 1関節 15と第 3関節 16とを結 ぶ線分 （長さ S に垂直な方向の成分と、 第 2関節 20と第 3関節 16とを結ぶ 線分 （長さ M2) に垂直な方向の成分とに分解して、 Vbs Vbs2を得る。
線分 Sb2と線分 M2とのなす角度を A、 線分 Sb2と線分 S とのなす角度を Bと すれば、
Figure imgf000015_0002
これにより、 第 1アーム 3の角速度指令 wb lと第 2アーム 4の角速度指令 wb2 は次のように求めることができる。
なお、 第 1アーム 3の角速度指令 ojb lは上げ方向を正、 第 2アーム 4の角速度 13 指令 0Jb 2はダンプ方向を正としている。
Vb!
ω (5)
S！
Figure imgf000016_0001
ここで、 仮想の第 1関節 1 9を実際の第 1関節 1 5に一致させた仮想の第 1ァ —ム 1 3 Aを用いる実施形態では、 角度 B = 0、 Si = Sb2となるため、 速度 Vb s " V b s 2は、
Figure imgf000016_0002
sin ( 0 )
V b s 2— Vb2= 0 (4' )
sin ( A + 0 ) となる。 よって、 角速度指令 COb l， 6Jb 2も. ω b l = ω： (5' )
S 1 s ω b: (6' ) となる。
(A2-2) 次に、 第 3アーム 5の角速度指令 wb 3を求める。 バケツ ト関節 1 7に 与えるべき速度 Vblは、 絶対座標系 （第 1関節 1 5を原点とした座標系） におけ る値であり、 この速度 V は第 3関節 1 6の速度 Vb2を含んでいる。 よって、 速 度 Vblを速度 Vb2と、 第 3関節 1 6とバケツ ト関節 1 7を結ぶ線分 （長さ M3) に 垂直な方向の成分 V b rとに分解する。
線分 S b tと線分 S b 2とのなす角度を C、 線分 S b ^と線分 M 3とのなす角度を Dと すれば、 . - 14
Figure imgf000017_0001
sin (D)
Vb: 7 a)
sin (C + D) という関係が得られ、 速度 Vb rを求めることができる。
また、 上式の関係と、 3つの線分 Sbl， Sb2, M3で形成される 3角形の関係式、 sin し) sin CD)
(7 b)
M3 b 2 から、 速度 Vbrは以下のように求められる。 sin ( C )
Vb r = Vb2 = S b 2 ω b r = M 3 ω i (8)
sin (D) S b 2
の速度 Vb rを用いて、 第 3関節 1 6回りの第 3アーム 5の角速度 tO b^は、
Figure imgf000017_0002
となる。 即ち、 仮想第 1アーム 1 3に与えられた指令角速度 で第 3アーム 5 も回転するので、 結局、 その指令角速度 wbrが第 3関節 1 6回りの第 3アーム 5 の角速度 wb3rとなることが分かる。
ところで、 この角速度 wb3rは、 絶対座標系における第 3関節 1 6回りの第 3ァ —ム 5の回転角速度を意味しており、 第 3アーム 5を駆動するための角速度指令 tob3を求めるためには、 第 3関節 1 6回りの第 2アーム 4の回転角速度を考慮す る必要がある。 この第 3関節 1 6回りの第 2アーム 4の回転角速度は、 上記で求 めた角速度指令 wbl， wb2を用いて wbl + wb2で表せることから、 第 3アーム 5 の角速度指令 wb3は、 ダンプ方向を正として、
60b3= ilJb3— r— Wbl + 0Jb2) = ω b r— 6Jbl + Wb2) … 、 1 0ジ 15 として求められる。
ここで、 仮想の第 1関節 1 9を実際の第 1関節 1 5に一致させた仮想の第 1ァ —ム 1 3 Aを用いる実施形態では、 上記のように wbl = ojbr、 wb2= 0であるか ら、
wb3= 0 -- ( 1 0' )
となる。 即ち、 操作レバ一 1 1 aのみで仮想第 1アーム 1 3を操作する場合は、 仮想第 1アーム 1 3に与えられる指令角速度 wbrをそのまま第 1アーム 3の角速 度指令 Jb lとすればよい。
CB) 操作レバー 1 2 aで仮想第 2アームを操作する場合
(B 1) 図 6において、 操作レバ一 1 2 aの操作信号により仮想第 2アーム 1 4 に与えられた押し出し方向の指令角速度を Warとすると、 バケツ ト関節 1 7が移 動すべき速度 Valは、 仮想の第 2関節 1 8とバケツ ト関節 1 7を結ぶ線分 （長さ L に対して垂直方向に、
Figure imgf000018_0001
の大きさを持つ。
また、 第 3関節 1 6が移動すべき速度 Va2は、 仮想第 2アーム 14と実際の第 3アーム 5とが剛体 （図示斜線部参照） を形成するかのように動くので、 仮想の 第 2関節 1 8と第 3関節 1 6を結ぶ線分 （長さ L2) に対して垂直方向に、
V a 2 = L2 X War … (1 2)
の大きさを持つ。
(B 2) まず、 第 3関節 1 6に Va2の速度を与えるのに必要な第 1関節 1 5回り の回転角速度及び第 2関節 20回りの回転角速度を検討する。
(B2-1) 図 7において、 目標速度 Va2を、 第 1関節 1 5と第 3関節 1 6とを結 ぶ線分 （長さ S に垂直な方向の成分と、 第 2関節 20と第 3関節 1 6とを結ぶ 線分 （長さ M2) に垂直な方向の成分とに分解して、 Vasl, Vas2を得る。
線分 L 2と線分 M 2とのなす角度を E、 線分 M 2と線分 S とのなす角度を Fとす れば、 16
_ sin ( E ) 一 sin ( E )—
V a S l = V a2 = (13) sin ( 7Γ— F ) sin ( F ) sin ( 7Γ— E— F )_ sin (E + F)
V a s 2 = V; V, (14) sin ( 7Γ— F) sin ( F ) これにより、 第 1アーム 3の角速度指令 ω3ΐと第 2アーム 4の角速度指令 ω32 は次のように求めることができる。
なお、 第 1アーム 3の角速度指令 ω a は上げ方向を正、 第 2アーム 4の角速度 指令 ω32はダンプ方向を正としている。 ω a 1 = - (15)
S
Figure imgf000019_0001
(Β2-2) 次に、 第 3アーム 5の角速度指令 ω33を求める。 バケツ ト関節 17に 与えるべき速度 Valは、 絶対座標系 （第 1関節 15を原点とした座標系） におけ る値であり、 この速度 V"は第 3関節 16の速度 Va2を含んでいる。 よって、 速 度 Valを速度 Va2と、 第 3関節 16とバケツ ト関節 17を結ぶ線分 （長さ M3) に 垂直な方向の成分 V a rとに分解する。
線分 L 2と線分しとのなす角度を G、 線分 L >と線分 M3とのなす角度を Hとす れば、
― sin ( G ) _
V a r = V； (17)
sin (G + H) sin (H)
V a2 = (17 a)
sin (G + H) という関係が得られ、 速度 V a rを求めることができる。
また、 上式の関係と、 3つの線分 L!, L2， M3で形成される 3角形の関係式、 17
— sin ( G ) .— — sin ( H ) . , λ
~~ し 2 *'* U 7 b から、 速度 Varは以下のように求められる。
Figure imgf000020_0001
.の速度 Va rを用いて、 第 3関節 1 6回りの第 3アーム 5の角速度 は、 ω a 3 r = = ω a r … ( 1 9 )
M 3 となる。 即ち、 仮想第 2アーム 1 4に与えられた指令角速度 W a rで第 3アーム 5 も回転するので、 結局、 その指令角速度 W a rが第 3関節 1 6回りの第 3アーム 5 の角速度 ω a 3 rとなることが分かる。
ところで、 この角速度 coa3rは、 絶対座標系における第 3関節 1 6回りの第 3ァ —ム 5の回転角速度を意味しており、 第 3アーム 5を駆動するための角速度指令 ω33を求めるためには、 第 3関節 1 6回りの第 2アーム 4の回転角速度を考慮す る必要がある。 この第 3関節 1 6回りの第 2アーム 4の回転角速度は、 上記で求 めた角速度指令 ω ， を用いて ω + ω32で表せることから、 第 3アーム 5 の角速度指令 wa3は、 ダンプ方向を正として、
ω a 3 = ω a 3 r — V. W a 1 + ω a 2 ) = W a r ~ ω a 1 + ω a 2 ) … I 20
として求められる。
(C) 各アームの角速度指合値
各アーム 3, 4， 5の角速度指令値 ω2, ω 3は、 上記で求めた仮想第 1ァ —ム 1 3を操作した場合の角速度指令 wbl, ω , 2, wb3と、 仮想第 2アーム 1 4 を操作した場合の角速度指令 ω a ω32, ω33のそれぞれを加えたものとなるか ら、 18 ω i = W b l + ω a l
( ) 2— i b 2 + OJ a 2
ω 3 = ω b 3 + ω a 3 = ω b r + ω a r— ( ω b l + ω b 2 + ω a l + ω a 2) ··· ( 2 1) となる。
ここで、 仮想の第 1関節 19を第 1関節 15に一致させた仮想の第 1アーム 1 3 Aを用いる実施形態では、 上記のように ojbl = wbr、 wb2=0、 wb3=0であ る力ヽら、
ω 1 = ω b r + ω a 1
ίϋ 2— J a 2
ω 3 = ω a 3 = ω a r— ω a 1 + W a 2 ) … (21 )
となる。
上記のように角速度指令 ωい ω2， ω3が求まれば、 第 1アーム 3が角速度 ω ι、 第 2アーム 4が角速度 ω 2、 第 3アーム 5が角速度 ω3で回動するよう第 1アーム シリンダ 7、 第 2ァ一ムシリンダ 8、 第 3ァ一ムシリンダ 9を伸縮させればよい。 これにより、 従来の 2関節型作業フロントを有する掘削機と同様の 2本の操作 レバ一 1 1 a， 12 aを用いて第 1アーム 3、 第 2ァ一厶 4、 第 3アーム 5を有 する 3関節作業フロント 2を、 オペレータに違和感を与えずに連続的に動作させ ることが可能であり、 特にオペレータがバケツ ト 6の周辺を注視して作業する限 り、 オペレータの通常の技量の範囲で 2関節型作業フロントと同じ操作感覚で操 作可能となる。
また、 本実施形態では、 仮想の第 1アーム 1 3の基端 （仮想の第 1関節） 19 を実際の第 1アーム 3の基端 （第 1関節） 15より後方の位置に設定したので、 バケツ ト 6を車体 99に向けて水平方向に引くとき、 車体 99に近接した位置ま で第 1ァ一ムシリンダ 7、 第 2ァ一ムシリンダ 8、 第 3アームシリンダ 9のいず れもストロークェンドに達することなく、 各シリンダの有効ストロ一クを有効に 利用できるようになり、 水平引き作業で車体 99に近接した位置までバケツ ト 6 を動かすことができ、 広い作業範囲を確保できる。
更に、 仮想の第 1アーム 13長さ L。及び仮想の第 2アーム 14の長さ を通 常の 2関節型掘削機よりも長くなるように設定したので、 バケツ ト 6を車体 99 19 の近くまで持って来たときに仮想の第 2アーム 14が垂直に近い姿勢を保てるよ うになり、 これにより実際の第 3アーム 5も垂直に近い姿勢となり、 良好な作業 性が得られる。
図 8に、 上述した動作を実現するためのコントローラ 131によって処理され るアルゴリズムを示す。
コントローラ 131には、 第 1アーム 3の長さ Mi、 第 2アーム 4の長さ M2、 第 3アーム 5の長さ M3、 仮想第 1アーム 13の長さし。、 仮想第 2アーム 14の 長さ 仮想第 1アーム 13の基端 （仮想の第 1関節） 19の位置情報 （Χ0， Yo) があらかじめ定められ、 記憶されている。
そしてコントロ一ラ 1 31には、 仮想第 1ァ一厶 1 3の角速度 を指令する 仮想第 1アーム信号 132と、 仮想第 2アーム 14の角速度 W a rを指令する仮想 第 2アーム信号 133とが入力される。
まず、 仮想第 1アーム信号 132に関する処理について説明する。 仮想第 1ァ —ム信号 132 (ojbr) は、 前記 （2) 式の演算を行って第 3関節 16の目標速 度 Vb2を得る第 1演算ブロック 160に入力される。 この演算では仮想の第 1関 節 19と第 3関節 16を結ぶ線分の長さ Sb2を用いるので、 この長さ Sb2を計算 する必要がある。 この計算には刻々と変化する第 3関節 16の位置情報と仮想第 1アーム 1 3の基端 （仮想の第 1関節） 1 9に関する情報とが必要となる。 第 3 関節 16の位置情報としては第 1アーム 3の回転角度 0 (と第 2アーム 4の回転角 度 2が必要となる。 このため、 前述したように角度検出器 142， 143が設け られ、 第 1アーム 3の回転角度 0 iと第 2アーム 4の回転角度 02が第 1演算プロ ック 160に入力される。 また、 第 3関節 16の位置情報としては第 1アーム 3 の長さ M" 第 2アーム 4の長さ M2も必要であり、 仮想第 1アーム 1 3の基端 (仮想の第 1関節） 19に関する情報としては当該基端 （仮想の第 1関節） 19 の位置情報 （X。， Yo) が必要であり、 これらはコントローラ 1 3 1内に記憶し ておいた上記の値が甩 、られる。
第 1演算ブロック 1 60で計算された第 3関節 16の目標速度 Vb2は第 2演算 ブロック 161に入力され、 前述の （3) 式及び （4) 式により目標速度 Vb2の 第 1関節 15と第 3関節 1 6とを結ぶ線分 （長さ S に垂直な方向の成分 Vbs l 20 と、 第 2関節 20と第 3関節 1 6とを結ぶ線分 （長さ M2) に垂直な方向の成分 V bs2とを計算する。 ここでは、 線分 Sb2と線分 M2とのなす角度 A、 線分 Sb2と線 分 S iとのなす角度 Bを用いるので、 この角度 A及び Bを計算する必要がある。 こ の計算には刻々と変化する第 3関節 1 6の位置情報及び第 2関節 20の位置情報 と仮想第 1アーム 1 3の基端 （仮想の第 1関節） 1 9に関する情報とが必要とな る。 第 3関節 1 6の位置情報については前述した。 第 2関節 20の位置情報とし ては第 1アーム 3の回転角度 0 tと第 1アーム 3の長さ が必要となる。 従って、 第 2演算プロック 1 6 1におし、ても、 上記第 1演算プロック 1 60と同様に第 1 アーム 3の回転角度 0 iと第 2アーム 4の回転角度 2が入力されると共に、 第 1 アーム 3の長さ Mi、 第 2アーム 4の長さ M2、 仮想第 1アーム 1 3の基端 （仮想 の第 1関節） 1 9の位置情報 （Χ。， Y。） としてコントローラ 1 3 1内に記憶し ておいた値が用いられる。
第 2演算ブロック 1 6 1で計算された速度成分 Vbsl， Vbs2はそれぞれ第 3及 び第 4演算ブロック 1 63, 1 64に入力され、 上記 （5) 式及び （6) 式によ り第 1アーム 3の角速度指令 と第 2アーム 4の角速度指令 wb2を計算する。 第 3演算ブロック 1 63の計算では第 1関節 1 5と第 3関節 1 6とを結ぶ線分の 長さ Siを用いるので、 これを計算する必要がある。 この計算には第 3関節 1 6の 位置情報が必要である。 このため、 第 3演算ブロック 1 63には第 1アーム 3の 回転角度 S〖と第 2アーム 4の回転角度 2が入力されると共に、 第 1アーム 3の 長さ Ml 第 2アーム 4の長さ M2としてコントロ一ラ 1 3 1内に記憶しておいた 値が用いられる。 第 4演算ブロック 1 64の計算では第 2アーム 4の長さ M2とし てコントローラ 1 3 1内に言己憶しておいた値が用いられる。
第 3及び第 4演算ブロック 1 63， 1 64で計算された第 1アーム 3の角速度 指令 wblと第 2アーム 4の角速度指令 wb2は仮想第 1アーム信号 1 32 (ojbr) と共に第 5演算ブロック 1 66に入力され、 上記 （1 0) 式により第 3アーム 4 の角速度指令 OU3を計算する。 ここで、 仮想第 1アーム信号 1 32の指令角速度 wbrは、 上記 （9) 式で説明したように第 1関節 1 5を原点とした絶対座標系に おける第 3関節 1 6回りの第 3アーム 5の回転角速度 wb3rとして用いられる。 次に、 仮想第 2アーム信号 1 33に関する処理について説明する。 仮想第 2ァ 21
—ム信号 1 33 (ω3Γ) は、 前記 （ 1 2) 式の演算を行って第 3関節 1 6の目標 速度 Va2を得る第 6演算ブロック 1 39に入力される。 この演算では仮想の第 2 関節 18と第 3関節 1 6を結ぶ線分の長さ L 2を用いるので、 この長さ L 2を計算 する必要がある。 この計算には刻々と変化する第 3関節 1 6の位置情報と仮想第 2アーム 1 4の基端 （仮想の第 2関節） 1 8の位置情報が必要となる。 第 3関節 1 6の位置情報としては、 前述したように、 第 1アーム 3の回転角度 6> 第 2ァ —ム 4の回転角度 θ2、 第 1アーム 3の長さ 第 2アーム 4の長さ M2が必要と なる。 仮想第 2アーム 14の基端 （仮想の第 2関節） 1 8の位置情報としては、 仮想第 1アーム 1 3の回転角度 0bと仮想第 1アーム 1 3の長さ L。と仮想第 1ァ ーム 13の基端 （仮想の第 1関節） 1 9の位置情報 （X。， Yo) が必要となる。 このため、 第 6演算ブロック 1 39には、 上記第 1演算ブロック 1 60と同様に 第 1アーム 3の回転角度 0 iと第 2アーム 4の回転角度 02が入力され、 第 1ァー ム 3の長さ Mi、 第 2アーム 4の長さ M2、 仮想第 1アーム 1 3の基端 （仮想の第 1関節） 1 9の位置情報 （X。， Yo) としてコントローラ 1 3 1内に記憶してお いた値が用いられると共に、 更に仮想第 1アーム 1 3の回転角度 が入力され、 仮想第 1アーム 1 3の長さ L。としてコントローラ 1 3 1内に記憶しておいた値が 用いられる。
ここで、 仮想第 1アーム 1 3の回転角度 は角度演算ブロック 1 48で計算さ れる。 この計算では、 仮想第 1アーム 1 3の回転角度 0bと仮想第 2アーム 14の 回転角速度 0 aを未知数とし、 第 3アーム 5の先端 （第 4関節） 1 7と仮想第 2ァ —ム 14の先端が一定の位置関係、 この実施形態では両者の位置が等しいという 関係を用いて連立方程式を立て、 回転角度 Sb, 0aを求める。 第 3アーム 5の先 端 （第 4関節） 1 7の位置情報としては、 第 1アーム 3の回転角度 0 " 第 2ァ一 ム 4の回転角度 02、 第 3アーム 5の回転角度 03と、 第 1アーム 3の長さ 第 2アーム 4の長さ M2、 第 3アーム 5の長さ M3と力必要となり、 仮想第 2アーム 14の先端 （第 3アーム 5の先端の第 4関節） 1 7の位置情報としては、 未知数 としての回転角度 0b， Θ aと、 仮想第 1アーム 1 3の長さ L。、 仮想第 2アーム 1 4の長さ L 仮想第 1アーム 1 3の基端 （仮想の第 1関節） 1 9の位置情報 （X 0, Yo) とが必要となる。 このため、 前述したように角度検出器 1 42， 143, 22
144が設けられ、 第 1アーム 3の回転角度 0 ^ 第 2アーム 4の回転角度 02、 第 3アーム 5の回転角度 03が角度演算ブロック 148に入力されると共に、 第 1 アーム 3の長さ Mi、 第 2アーム 4の長さ M2、 第 3アーム 5の長さ M3、 仮想第 1 アーム 13の長さし。、 仮想第 2アーム 14の長さ 仮想第 1アーム 13の基 端 （仮想の第 1関節） 1 9の位置情報 （ 。， YQ) としてコントローラ 13 1内 iこ記憶しておいた上記の値が用いられる。
第 6演算ブロック 139で計算された第 3関節 16の目標速度 V a 2は第 7演算 ブロック 140に入力され、 前述の （13) 式及び （14) 式により目標速度 V a 2の第 1関節 15と第 3関節 16とを結ぶ線分 （長さ S に垂直な方向の成分 V aslと、 第 2関節 20と第 3関節 16とを結ぶ線分 （長さ M2) に垂直な方向の成 分 Vas2とを計算する。 ここでは、 線分 L2と線分 M2とのなす角度 E、 線分 M2と 線分 Siとのなす角度 Fを用いるので、 この角度 E及び Fを計算する必要がある。 この計算には第 3関節 16の位置情報、 第 2関節 20の位置情報、 仮想第 2ァー ム 14の基端 （仮想の第 2関節） 18の位置情報力く必要となる。 このため、 第 7 演算ブロック 140には、 第 6演算ブロック 139と同様に第 1アーム 3の回転 角度 S 第 2アーム 4の回転角度 02、 仮想第 1アーム 13の回転角度 0b力入力 されると共に、 第 1アーム 3の長さ M 第 2アーム 4の長さ M2、 仮想第 1ァ一 ム 13の長さ L。、 仮想第 1アーム 13の基端 （仮想の第 1関節） 1 9の位置情報
(Xo, Y。） としてコントローラ 13 1内に記憶しておいた値が用いられる。 第 7演算ブロック 140で計算された速度成分 Vasl, Vas2はそれぞれ第 8及 び第 9演算ブロック 145, 146に入力され、 上記 （15) 式及び （16) 式 により第 1アーム 3の角速度指令 ω a tと第 2アーム 4の角速度指令 ω32を計算す る。 第 8演算ブロック 145の計算では第 1関節 15と第 3関節 16とを結ぶ線 分の長さ S iを用いるので、 第 3演算ブロック 163と同様に角度検出器 142, 143で検出した第 1アーム 3の回転角度 と第 2アーム 4の回転角度 2が入 力されると共に、 第 1アーム 3の長さ Mi、 第 2アーム 4の長さ M2としてコント ローラ 131に記憶しておいた値が用いられる。 第 9演算ブロック 146の計算 では第 4演算ブロック 164と同様に第 2アーム 4の長さ M2としてコントローラ 131内に記憶しておいた値が用いられる。 23 第 8及び第 9演算ブロック 145, 146で計算された第 1アーム 3の角速度 指令 ω3ΐと第 2アーム 4の角速度指令 wa2は仮想第 2アーム信号 1 33 (ω3Γ) と共に第 1 0演算ブロック 149に入力され、 上記 （20) 式により第 3アーム 4の角速度指令 ω33を計算する。 ここで、 仮想第 2アーム信号 1 33の指令角速 度 W a rは、 上記 （1 9) 式で説明したように第 1関節 1 5を原点とした絶対座標 系における第 3関節 1 6回りの第 3アーム 5の回転角速度 J a として用いられる c 以上のようにして計算された仮想第 1アーム信号 1 32による第 1アーム 3の 角速度指令 wbl、 第 2アーム 4の角速度指令 ojb2、 第 3アーム 5の角速度指令 ω b3と仮想第 2アーム信号 1 33による第 1アーム 3の角速度指令 ω"、 第 2ァー ム 4の角速度指令 ω32、 第 3アーム 5の角速度指令 ω33は、 上記 （ 2 1 ) 式に従 つて加算部 1 7 1， 1 72, 1 73でそれぞれ加算され、 各アーム 3， 4， 5の 角速度指令値 ω ω2， ω3が求められる。 これらの指令値 ω ω2, ω3は、 そ れぞれ、 飽和関数 1 50, 1 5 1, 1 52， 1 53, 1 54, 1 55に入力され、 それらの正負に応じた駆動指令信号 （電気信号） が出力される。 即ち、 指令値 ω が正の場合は飽和関数 1 50により ω ιに応じた駆動指令信号 （電気信号） が比 例減圧弁 1 30に出力され、 負の場合は飽和関数 1 5 1により に応じた駆動指 令信号 （電気信号） が比例減圧弁 1 29に出力される。 指令値 ω2, ω3の場合も 同様である。
以上のような本実施形態によれば、 従来の 2関節型作業フロントを有する掘削 機と同様の 2本の操作レバー 1 1 a, 1 2 aを用いて第 1アーム 3、 第 2アーム 4、 第 3アーム 5を有する 3関節作業フロント 2を、 オペレータの通常の技量の 範囲で従来の 2関節型の作業フロン卜と同等の操作感覚で動作させることが可能 であり、 3関節型掘削機の特徴である広い作業範囲を従来の 2関節型の掘削機と 同等の操作感覚で連続的に操作することができる。
本発明の第 2の実施形態を図 9を用いて説明する。 本実施形態は、 仮想の第 1 関節 19を第 1アーム 3の第 1関節 1 5に一致させた仮想の第 1アーム 1 3 A (図 1参照） を用いた場合のものである。 図中、 図 8に示した部分と同等の部分 には同じ符号を付している。
前述したように仮想の第 1アーム 1 3 Aの第 1関節 1 9が実際の第 1アーム 3 24 の第 1関節 1 5に一致させた場合は、 仮想第 1アーム信号 1 32による第 1、 第 2、 第 3アーム 3, 4, 5の角速度指令 o bl, wb2, ojb3は、 上記 （5' ) 式、 (6' ) 式、 （10' ) 式より、 wbl = c br、 tob2=0、 wb3=0であり、 第 1、 第 2、 第 3アーム 3， 4， 5の角速度指令値 ω" ω 2' ω3は、 上記 （2 Γ ) 式 より、 6J l = tObr+ (Oal、 ω = ω OJ = 60 r ~ 、tOa l + £U とな 。 よって、 本実施形態では、 図 8の第 1演算プロック 160〜第 5演算プロック 166、 カロ 算部 172， 173は不要となり、 図 9に示すように、 仮想第 1アーム信号 1 3 2の指令角速度 wbrは第 8演算ブロック 145で求めた第 1アーム 3の角速度指 令 ω3ΐと加算部 171で直接加算され、 第 1アームの角速度指令値 が計算され る。 また、 第 9演算プロック 146及び第 10演算プロック 149で計算された 第 2アーム 4の角速度指令 ω a 2及び第 3アーム 5の角速度指令 wa 3は、 それぞれ、 そのまま第 2、 第 3アーム 4， 5の角速度指令値 ω2， ω3として用いられる。
本実施形態によれば、 図 8に示した第 1の実施形態に比べてコントローラ 13 1 Αでの計算量を減らすことができ、 コントローラ 131 Aの限られた処理能力 及びメモリ容量の範囲内で応答の良い制御が可能となる。
本発明の第 3の実施形態を図 1 0を用いて説明する。 本実施形態は、 図 9に示 した実施形態において、 各アームの回転角度を角度検出器を用いずに、 各アーム への回転角速度指令値を積分演算することで求めたものである。 図中、 図 8、 図 9に示した部分と同等の部分には同じ符号を付している。
第 1、 第 2、 第 3アーム 3, 4, 5の回転角度 0 Θ 2, 3は、 それぞれ第 1、 第 2、 第 3アーム 3， 4, 5への角速度指令値 ω ω2， ω3を積分した値に対応 し、 仮想第 1アーム 1 3の回転角度 0bは操作信号 132の指令角速度 wbrを積分 した値に対応する。 このため、 本実施形態では、 図 10に示すように積分器 13 4, 136, 137， 138を設け、 第 1、 第 2、 第 3アーム 3, 4, 5への角 速度指令値 ω ω2， ω 3を積分器 136， 137, 138で積分することで回転 角度 0^ Θ 2, S3に変換し、 操作信号 132の指令角速度 wbrを積分器 1 34で 積分することで回転角度 0bに変換し、 第 6〜第 8演算ブロック 139, 140, 145で用いる。
角度検出器 142， 143, 144を用いた第 1及び第 2の実施形態では、 刻 25 々と変化する各アームの回転角度 S Θ 0 を、 演算の誤差を含むことなく直 接に利用することができるので、 精度の高い制御を実現することができる。 これ に対し、 本実施形態では、 制御精度は多少劣るが、 角度検出器 1 4 2， 1 4 3 , 1 4 4を用いる必要がないので、 その分安価にシステムを構築することができる。 なお、 以上の実施形態では、 各アームの角速度指令を別々に求めて、 それぞれ の和を求めて各アームの角度指令値とする構成としているが、 まず、 各関節の合 成された速度 V ， V 2を求め、 それから各アームの角速度指令を求める構成とし てもよい。
また、 上記実施形態では、 各関節の速度を計算する演算ブロック 1 3 9， 1 4 0を備える構成としているが、 その計算は 1つの関係式で求めることができるの で、 これらは 1つも演算ブロックにまとめてもよい。
更に、 上記実施形態では、 仮想の 2関節型作業フロントの第 1アーム 1 3及び 仮想の第 2アーム 1 4の長さ L Q, L iに関し、 広い作業範囲を操作可能とするた めにこれら L。， を長く設定したが、 この長さは目的に応じて任意に設定可能 である。 また、 仮想の 2関節型作業フロントの仮想第 1関節と 3関節型作業フロ ントの第 1関節 1 5とが一致しない場合の両者の位置関係も、 要求される動作特 性に応じて任意に設定可能である。
また、 上記実施形態では、 仮想の 2関節型作業フロントの仮想第 2アームの先 端 （バケツ ト関節） と 3関節型作業フロントの第 3アームの先端 （バケツ ト関節） を完全に一致させたが、 これは多少ずれていても構わない。 また、 この場合も、 両者の位置関係さえ決まって L、れば、 両者の位置を一致させた場合と同様の演算 処理が可能である。
産業上の利用可能性
本発明によれば、 3関節型作業フロントを、 従来の 2関節型の作業フロントと 同様の 2本の操作レノ 一を用いてオペレータの通常の技量の範囲で従来の 2関節 型の作業フ口ン卜と同等の操作感覚で操作することができる。

Claims

26 請求の範囲
1 . 掘削機本体 （99) と、 掘削機本体に回動可能に取り付けられた第 1アーム (3) 、 第 1アームに回動可能に取り付けられた第 2アーム （4) 、 第 2アームに 回動可能に取り付けられた第 3アーム （5) を有する 3関節型作業フロント （2) と、 第 1アームを駆動する第 1アームァクチユエ一夕 （7) 、 第 2アームを駆動す る第 2アームァクチユエ一夕 （8) 、 第 3アームを駆動する第 3アームァクチユエ 一夕 （9) を有する油圧駆動装置 （160, 161 ) とを有する 3関節型掘削機 （1 ) の操 作制御装置において、
第 1アーム （3) 、 第 2アーム （4) 、 第 3アーム （5) を操作するための 2つの 操作手段 ( 11, 12) と、
仮想第 1アーム （13又は 13A) 及び仮想第 2アーム （14) を有する 2関節型作業 フロントを仮想的に設け、 この仮想第 2アーム （14) と前記実際の第 3アーム (5) との動きの関係を予め定めておき、 前記 2つの操作手段 （11， 12) を前記仮 想第 1アーム （13又は 13A) の第 1操作手段 （11) 及び仮想第 2アーム （14) の第 2操作手段 （12) としてそれぞれ機能させたときの仮想第 2アーム （14) の動き に対応した動きが実際の第 3アーム （5) の動きとして得られるよう、 前記実際の 第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームのそれぞれの指令値を求め、 これを前記 油圧駆動装置 （160, 161 ) の駆動指令信号として出力する指令演算手段 （131, 142, 143, 144) とを備えることを特徴とする 3関節型掘削機の操作制御装置。
2 . 請求項 1記載の 3関節型掘削機の操作制御装置において、 前記指令演算手 段 （131 ) は、 前記仮想第 2アーム （14) と前記実際の第 3アーム （5) が剛体を 形成するかのように動くように前記仮想第 2アームと前記実際の第 3アームとの 動きの関係を定めたことを特徴とする 3関節型掘削機の操作制御装置。
3 . 請求項 1記載の 3関節型掘削機の操作制御装置において、 前記指令演算手 段 （131 ) は、 前記仮想第 2アーム （14) の回転角速度 （w b r , ω ) が前記実際 の第 3アーム （5) の回転角速度として得られるように、 前記仮想第 2アームと前 27 記実際の第 3アームとの動きの関係を定めたことを特徴とする 3関節型掘削機の 操作制御装置。
4. 請求項 1記載の 3関節型掘削機の操作制御装置において、 前記指令演算手 段 （131) は、 前記仮想第 1アーム （13) に対する第 1操作手段 （11) の角速度指 令 （6J b r) から前記仮想第 2アーム （14) と実際の第 3アーム （5) との動きの関 係に基づき前記実際の第 1アーム （3) 、 第 2アーム （4) 及び第 3アーム （5) の 第 1角速度指令 （wbl， ω,2, ω,3) をそれぞれ計算し、 前記仮想第 2アーム
(14) に対する第 2操作手段 （12) の角速度指令 （W a r) から前記仮想第 2ァー ムと実際の第 3アームとの動きの関係に基づき前記実際の第 1アーム、 第 2ァー ム及び第 3アームの第 2角速度指令 （ω3ΐ, ω32, ω33) をそれぞれ計算し、 前 記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの第 1角速度指令 （wbl， ω„ 2, wb3) 及び第 2角速度指令 （ω3ΐ， ω32) ω33) を合成して前記実際の第 1ァー ム、 第 2アーム及び第 3アームの指令値 （ω ι, ω2， ω3) をそれぞれ求めること を特徴とする 3関節型掘削機の操作制御装置。
5. 請求項 1記載の 3関節型掘削機の操作制御装置において、 前記仮想的に設 けた 2関節型作業フロントの仮想第 1アーム （13A) の基端 （15) は前記実際の第 1アーム （3) の基端 （15) に一致しており、 前記指令演算手段 （131) は、 前記 仮想第 1アーム （13A) に対する第 1操作手段 （11) の角速度指令 （wbr) を前記 実際の第 1アーム （3) の第 1角速度指令 （wbl) として求め、 前記仮想第 2ァー ム （14) に対する第 2操作手段 （12) の角速度指令 （W a r ) から前記仮想第 2ァ ーム （14) と実際の第 3アーム （5) との動きの関係に基づき前記実際の第 1ァ一 ム （3) 、 第 2アーム （4) 及び第 3アーム （5) の第 2角速度指令 （coal, ω32, ω33) をそれぞれ計算し、 前記実際の第 1アームの第 1角速度指令 （wbl) 及び 前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの第 2角速度指令 (ω3ΐ, ω a 2) ω33) を合成して前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの指令 値 （ω ι, ω2, ω をそれぞれ求めることを特徴とする 3関節型掘削機の操作制 28
6. 請求項 1記載の 3関節型掘削機の操作制御装置において、 前記指令演算手 段 (131) は、
前記仮想第 1アーム （13) に対する第 1操作手段 （11) の角速度指令 （wb r) から前記仮想第 2アーム （14) と実際の第 3アーム （5) との動きの関係に基づき 前記実際の第 3アーム （5) の基端 （16) の目標速度 （Vb2) を計算し、 この第 3 アームの基端の目標速度と前記第 1操作手段の角速度指令とから前記実際の第 1 アーム （3) 、 第 2アーム （4) 及び第 3アーム （5) の第 1角速度指令 （wbl, ω b2， wb3) をそれぞれ計算する手段 （160, 161, 162, 163, 164, 166) と、
前記仮想第 2アーム （14) に対する第 2操作手段 （12) の角速度指令 （wa r) から前記仮想第 2アームと実際の第 3アームとの動きの関係に基づき前記実際の 第 3アーム （5) の基端 （16) の目標速度 （Va2) を計算し、 この第 3アームの基 端の目標速度と前記第 2操作手段の角速度指令とから前記実際の第 1アーム、 第
2アーム及び第 3アームの第 2角速度指令 （W a l, 6J a2, をそれぞれ計算 する手段 (139, 140， 145, 146, 148, 149) と、
前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの第 1角速度指令 （wb l, wb2, wb3) 及び第 2角速度指令 （ω3 ΐ， ω32> ω33) を合成して前記実際の第 1アーム、 第 2アーム及び第 3アームの指合値 （ω ， ω2， ω3) をそれぞれ求め る手段 （171, 172, 173) とを有することを特徴とする 3関節型掘削機の操作制御装
7. 請求項 1記載の 3関節型掘削機の操作制御装置にお 、て、 前記指令演算手 段は、 前記 3関節型作業フロント （2) の姿勢を検出する姿勢検出手段 （142, 143， 144又は 134, 136, 137, 138) を有し、 この姿勢検出手段からの姿勢情報と前記第 1 及び第 2操作手段 （11, 12) の角速度指令とから前記指令値 （ω ι， ω2, ω3) を 計算することを特徴とする 3関節型掘削機の操作制御装置。
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