JP2000204580A - Controller of construction machinery and excavation forming method of continuous slope - Google Patents

Controller of construction machinery and excavation forming method of continuous slope

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JP2000204580A
JP2000204580A JP646899A JP646899A JP2000204580A JP 2000204580 A JP2000204580 A JP 2000204580A JP 646899 A JP646899 A JP 646899A JP 646899 A JP646899 A JP 646899A JP 2000204580 A JP2000204580 A JP 2000204580A
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Japan
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vehicle body
target excavation
setting
excavation surface
construction machine
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Japanese (ja)
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Kazuo Fujishima
一雄 藤島
Sadahisa Tomita
▲禎▼久 冨田
Masakazu Haga
正和 羽賀
Hiroshi Watanabe
洋 渡邊
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To excavate and form a continuous slope at a low cost without requiring any sensor detecting a moving amount of the body in a controller of a construction machinery and an excavation forming method of the continuous slope. SOLUTION: A laser reference plane RF formed by a laser lighthouse 10a is so set that it is parallel with a target excavated surface TS, and the target excavated surface gradient β and an offset distance Lb between the target excavated surface and laser reference plane are inputted by switches 7b and 7c of a setting apparatus 7. Then, an operator operates a front device 1A to make a light receiving apparatus 10b coincide with the laser reference plane RF, a switch 7a of the setting apparatus 7 is pushed in such a state, coordinate positions (PLx and PLz) in x-y coordinate systems of a laser light receiving position in a control unit 9 further make a linear equation of the target excavated plane calculate by 1-7 formulas, excavation is carried out along the target excavated plane while watching a distance indication between the target excavated plane and a bucket claw edge. The same action is taken even after the movement of the body.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は油圧ショベル等の建
設機械の制御装置に係わり、特にレーザ等の外部基準を
参照して連続した掘削面を形成する建設機械の制御装置
及び建設機械による連続傾斜面の掘削形成方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a construction machine such as a hydraulic excavator, and more particularly to a control device for a construction machine that forms a continuous excavation surface with reference to an external reference such as a laser, and a continuous inclination by the construction machine. The present invention relates to a method of excavating a surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、油圧ショベルによる高精度な直線
状の掘削作業においては、オペレータがブーム、アー
ム、バケットを同時に操作する必要があり、熟練が必要
であった。そこで、操作の容易化のために様々な自動軌
跡制御装置が提案されている。
2. Description of the Related Art Hitherto, in a high-precision linear excavation operation using a hydraulic excavator, an operator has to simultaneously operate a boom, an arm, and a bucket, which requires skill. Therefore, various automatic trajectory control devices have been proposed to facilitate the operation.

【0003】例えば特開昭49−132801号公報に
提案される発明では、与えられた掘削角、バケット姿
勢、掘削速度に応じてシリンダの操作量を演算し、各部
の運動を制御して直線掘削を行っている。また、特開昭
55−30038号公報に提案される発明では、アーム
先端の目標速度ベクトルに対するブーム・アーム速度を
与え、バケットを独立に制御して、直線状の掘削を行っ
ている。更に、特開平6−193090号公報に提案さ
れる発明では、目標の掘削面に対してバケットが接近す
ると徐々にブームが上がりバケットが目標掘削面を越え
ないような、いわば軌跡制御と範囲制限制御が組み合わ
された制御方式が提案されている。
[0003] For example, in the invention proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-132801, the amount of operation of a cylinder is calculated in accordance with a given excavation angle, bucket attitude, and excavation speed, and the movement of each part is controlled to perform linear excavation. It is carried out. In the invention proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-30038, a boom / arm speed is provided for a target speed vector at the tip of an arm, and buckets are independently controlled to perform a straight excavation. Further, in the invention proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-193090, the so-called trajectory control and range limiting control are such that when the bucket approaches the target excavation surface, the boom gradually rises and the bucket does not exceed the target excavation surface. Have been proposed.

【0004】一方、これらの直線状の掘削軌跡制御装置
と車体外部に設置されたレーザ灯台などの外部基準面を
組み合わせて、基準となるレーザ面から一定の深さの面
を長距離に渡って連続的に掘削制御する方式が提案され
ている。例えば特開平4−161525号公報に提案さ
れる発明では、車体にレーザ受光器を設置し、車体の移
動に伴う上下方向のずれをレーザで補正して直線状の連
続した掘削面を形成する構成となっている。また、特開
平9−53253号公報に提案される発明はレーザ受光
器をフロント部材に設置し、同様に車体の移動に伴う上
下方向のずれをレーザで補正しており、特にその図12
には、傾斜面を設定し掘削する方法を開示している。
On the other hand, by combining these linear excavation trajectory control devices with an external reference surface such as a laser lighthouse installed outside the vehicle body, a surface having a certain depth from the reference laser surface is extended over a long distance. A method of continuously controlling excavation has been proposed. For example, in the invention proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-161525, a laser receiver is provided on a vehicle body, and a vertical displacement caused by movement of the vehicle body is corrected by a laser to form a continuous linear excavation surface. It has become. In the invention proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-53253, a laser light receiver is installed on a front member, and similarly, a vertical displacement due to the movement of the vehicle body is corrected by a laser.
Discloses a method of setting a slope and excavating.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記提案
には次のような欠点がある。
However, the above proposal has the following disadvantages.

【0006】特開平4−161525号公報に提案され
る発明では、勾配が零でない連続した傾斜面を形成する
には車体の前後方向の移動量を検出するセンサが必要と
しているが、このようなセンサは設置の仕方や演算方法
が複雑でコストがかかるうえ、センサによっては精度が
悪く正確な移動量が検出されない場合がある。よって、
車体の前後方向の移動量を検出することは現実的には難
しい。
In the invention proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-161525, a sensor for detecting the amount of movement of the vehicle body in the front-rear direction is required in order to form a continuous slope having a non-zero gradient. The sensor is complicated and complicated to install and calculate, and the sensor may be inaccurate and cannot accurately detect the amount of movement. Therefore,
It is practically difficult to detect the amount of movement of the vehicle body in the front-rear direction.

【0007】特開平9−53253号公報に提案される
発明では、勾配が零でない連続した傾斜面を形成するた
めの目標掘削面の設定は、車体から基準点までの距離を
1つのパラメータとして設定しているため、傾斜面に対
し車体が前後方向に移動した場合は、目標掘削面も移動
し、連続した傾斜面を掘削することはできない。車体が
前後方向に移動しても目標掘削面が連続するように補正
するためには、特開平4−161525号公報と同様、
車体の移動量を検出するセンサが必要となる。
In the invention proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-53253, setting of a target excavation surface for forming a continuous non-zero slope is performed by setting a distance from a vehicle body to a reference point as one parameter. Therefore, when the vehicle body moves in the front-rear direction with respect to the inclined surface, the target excavation surface also moves, and it is not possible to excavate a continuous inclined surface. In order to correct the target excavation surface so that the target excavation surface is continuous even when the vehicle body moves in the front-rear direction, as in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-161525,
A sensor for detecting the amount of movement of the vehicle body is required.

【0008】本発明の目的は、車体の移動量を検出する
センサを必要とせず、安価に連続した傾斜面を掘削形成
することができる建設機械の制御装置及び建設機械によ
る連続傾斜面の掘削形成方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a control device for a construction machine capable of inexpensively forming a continuous inclined surface without requiring a sensor for detecting a moving amount of a vehicle body, and a continuous inclined surface excavation by the construction machine. Is to provide a way.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、多関節型のフロント装置を構成す
る上下方向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数
の被駆動部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動
する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部
材の動作を指示する複数の操作レバーと、前記複数の操
作レバーの操作信号に応じて駆動され、前記複数の油圧
アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数
の油圧制御弁とを備えた建設機械の制御装置において、
前記建設機械の車体外部に設置され、目標掘削面と平行
になるよう外部基準を設定する外部基準設定手段と、前
記目標掘削面の勾配を設定する勾配設定手段と、前記外
部基準に対する前記目標掘削面のオフセット距離を設定
する掘削深さ設定手段と、前記外部基準に対する車体の
相対位置及び姿勢を演算する車体姿勢演算手段と、前記
勾配設定手段と前記掘削深さ設定手段と前記車体姿勢演
算手段からの信号を基に、前記目標掘削面を前記車体を
基準とした座標系に対する値として演算し設定する目標
掘削面設定手段とを備えるものとする。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of driven members including a plurality of vertically rotatable front members constituting an articulated front device. Members, a plurality of hydraulic actuators respectively driving the plurality of driven members, a plurality of operation levers for instructing the operation of the plurality of driven members, and are driven according to operation signals of the plurality of operation levers, In a control device for a construction machine including a plurality of hydraulic control valves for controlling a flow rate of pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators,
External reference setting means installed outside the vehicle body of the construction machine to set an external reference so as to be parallel to the target excavation surface, gradient setting means for setting a gradient of the target excavation surface, and the target excavation with respect to the external reference Excavation depth setting means for setting a plane offset distance; vehicle body posture calculation means for calculating a relative position and posture of the vehicle body with respect to the external reference; the gradient setting means; the excavation depth setting means; and the vehicle body posture calculation means Target excavation surface setting means for calculating and setting the target excavation surface as a value with respect to a coordinate system based on the vehicle body based on the signal from

【0010】このように外部基準設定手段と、勾配設定
手段と、掘削深さ設定手段と、目標掘削面設定手段とを
設けることにより、次のように連続した傾斜面を形成す
ることが可能となる。
By providing the external reference setting means, the slope setting means, the excavation depth setting means, and the target excavation surface setting means as described above, it is possible to form a continuous inclined surface as follows. Become.

【0011】まず、外部基準設定手段により建設機械の
車体外部に目標掘削面と平行になるよう外部基準を設定
し、勾配設定手段により目標掘削面の勾配を設定し、掘
削深さ設定手段により外部基準に対する目標掘削面のオ
フセット距離を設定する。次いで、現在の車体の位置で
車体姿勢演算手段により外部基準に対する車体の相対位
置及び姿勢を演算し、目標掘削面設定手段により、上記
のように設定された勾配及びオフセット距離と演算され
た車体の相対位置及び姿勢とから、車体を基準とした座
標系に対する値として目標掘削面を演算し、これを設定
する。このように目標掘削面を設定した後、この目標掘
削面に沿って掘削を行い、この目標掘削面での掘削が完
了すると車体を前後方向に移動し、その位置で目標掘削
面設定手段により目標掘削面を再設定し、この再設定さ
れた目標掘削面に沿って再び掘削を行う。
First, an external reference is set outside the vehicle body of the construction machine by the external reference setting means so as to be parallel to the target excavation surface, a gradient of the target excavation surface is set by the gradient setting means, and an external reference is set by the excavation depth setting means. Set the offset distance of the target excavation plane from the reference. Next, the relative position and posture of the vehicle body with respect to the external reference are calculated by the vehicle body posture calculation means at the current position of the vehicle body, and the slope and offset distance set as described above are calculated by the target excavation surface setting means. From the relative position and orientation, a target excavation surface is calculated as a value for a coordinate system based on the vehicle body, and is set. After setting the target excavation surface in this way, excavation is performed along the target excavation surface, and when the excavation on the target excavation surface is completed, the vehicle body is moved in the front-rear direction. The digging surface is reset, and digging is performed again along the reset target digging surface.

【0012】このように車体が前後に移動した場合で
も、その都度、車体外部に設定された外部基準に対する
車体の相対位置及び姿勢を演算し、外部基準に対する車
体の相対位置及び姿勢を更新することにより、車体の移
動量を検出するセンサを用いずに、車体が移動した際の
目標掘削面のずれを補正し、車体移動前の目標掘削面と
車体移動後の目標掘削面とを精度良く連続的に設定し、
連続した傾斜面を掘削形成することが可能となる。
Even when the vehicle body moves back and forth in this way, each time the relative position and attitude of the vehicle body with respect to an external reference set outside the vehicle body are calculated, the relative position and attitude of the vehicle body with respect to the external reference are updated. This eliminates the need for a sensor that detects the amount of movement of the vehicle body, corrects the deviation of the target excavation surface when the vehicle body moves, and allows the target excavation surface before the vehicle body movement and the target excavation surface after the vehicle body movement to be accurately and continuously connected. Set
It becomes possible to excavate and form a continuous inclined surface.

【0013】(2)上記(1)において、好ましくは、
前記掘削深さ設定手段は、設定器に設けられ、オペレー
タにより操作される操作手段を有し、この操作手段から
の入力信号により前記オフセット距離を設定する。
(2) In the above (1), preferably,
The excavation depth setting means has an operation means provided on the setting device and operated by an operator, and sets the offset distance by an input signal from the operation means.

【0014】これによりオペレータの操作により所望の
オフセット距離を設定することができる。
Thus, a desired offset distance can be set by the operation of the operator.

【0015】(3)上記(1)において、前記掘削深さ
設定手段は、ダイレクトティーチにより得られた前記フ
ロント装置先端の位置を演算する手段を有し、この位置
データから前記オフセット距離を計算し設定するもので
あってもよい。
(3) In the above (1), the excavation depth setting means has means for calculating a position of the front end of the front device obtained by direct teaching, and calculates the offset distance from the position data. It may be set.

【0016】これによりダイレクトティーチにより所望
のオフセット距離を設定することができる。
Thus, a desired offset distance can be set by direct teaching.

【0017】(4)また、上記(1)において、好まし
くは、前記車体姿勢演算手段は、傾斜計と、前記フロン
ト装置に設けられたフロント基準と、このフロント基準
が前記外部基準と一致した時のフロント基準の位置を計
算し、この位置データと前記傾斜計の検出値とから前記
車体の相対位置及び姿勢を演算する手段とを有する。
(4) In the above (1), preferably, the vehicle body posture calculating means includes an inclinometer, a front reference provided on the front device, and a control when the front reference matches the external reference. Means for calculating the relative position and attitude of the vehicle body from the position data and the detected value of the inclinometer.

【0018】これにより車体姿勢演算手段は、外部基準
に対する車体の相対位置及び姿勢を演算することができ
る。
Thus, the vehicle body posture calculating means can calculate the relative position and posture of the vehicle body with respect to the external reference.

【0019】(5)更に、上記(1)において、好まし
くは、前記目標掘削面と前記フロント装置先端との距離
を演算する距離演算手段と、この距離演算手段で演算し
た距離を表示する表示手段とを更に備えるものとする。
(5) Further, in the above (1), preferably, distance calculating means for calculating the distance between the target excavation surface and the front end of the front device, and display means for displaying the distance calculated by the distance calculating means. Are further provided.

【0020】これによりオペレータは表示手段の距離表
示を見ながらオペレータの意志で目標掘削面に沿って掘
削することができる。
Thus, the operator can excavate along the target excavation surface with his / her will while watching the distance display on the display means.

【0021】(6)また、上記目的を達成するために、
本発明は、多関節型のフロント装置を構成する上下方向
に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動部
材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の
油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動作を
指示する複数の操作レバーと、前記複数の操作レバーの
操作信号に応じて駆動され、前記複数の油圧アクチュエ
ータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御
弁とを備えた建設機械による連続傾斜面の掘削形成方法
において、(a)前記建設機械の車体外部に目標掘削面
と平行になるよう外部基準を設定すること、(b)前記
目標掘削面の勾配を設定すること、(c)前記外部基準
に対する前記目標掘削面のオフセット距離を設定するこ
と、(d)前記外部基準に対する車体の相対位置及び姿
勢を演算すること、(e)前記設定された勾配及びオフ
セット距離と前記演算された車体の相対位置及び姿勢と
から、前記目標掘削面を前記車体を基準とした座標系に
対する値として演算し設定すること、(f)前記設定さ
れた目標掘削面に沿って掘削をすること、(g)車体を
前後方向に移動し、その位置で上記(d)〜(f)の手
順を実施して目標掘削面を再設定し、この再設定された
目標掘削面に沿って掘削をすること、(h)前記(g)
の手順を繰り返すことの各手順を実施するものとする。
(6) In order to achieve the above object,
The present invention provides a multi-joint type front device, a plurality of driven members including a plurality of vertically rotatable front members, a plurality of hydraulic actuators respectively driving the plurality of driven members, A plurality of operation levers for instructing the operation of the plurality of driven members; and a plurality of hydraulic controls that are driven in accordance with operation signals of the plurality of operation levers and control a flow rate of pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators. In the method for forming a continuous inclined surface by a construction machine having a valve, (a) setting an external reference outside the vehicle body of the construction machine so as to be parallel to the target excavation surface; Setting a gradient; (c) setting an offset distance of the target excavation surface with respect to the external reference; and (d) calculating a relative position and posture of the vehicle body with respect to the external reference. (E) calculating and setting the target excavation surface as a value with respect to a coordinate system based on the vehicle body, from the set gradient and offset distance and the calculated relative position and posture of the vehicle body; Excavating along the set target excavation surface, (g) moving the vehicle body in the front-rear direction, and performing the steps (d) to (f) at that position to reset the target excavation surface. Digging along the reset target digging surface, (h) said (g)
Each procedure of repeating the above procedure shall be performed.

【0022】これにより上記(1)で述べたように、車
体の移動量を検出するセンサを用いずに、車体が移動し
た際の目標掘削面のずれを補正し、車体移動前の目標掘
削面と車体移動後の目標掘削面とは精度良く連続的に設
定され、連続した傾斜面を掘削形成することが可能とな
る。
Thus, as described in the above (1), the displacement of the target excavation surface when the vehicle body moves is corrected without using the sensor for detecting the moving amount of the vehicle body, and the target excavation surface before the vehicle body moves is used. And the target excavation surface after the movement of the vehicle body are continuously set with high accuracy, and it is possible to excavate and form a continuous inclined surface.

【0023】(7)上記(6)において、好ましくは、
前記(f)及び(g)の手順では、前記設定された目標
掘削面と前記フロント装置先端との距離を演算して表示
手段の画面に表示し、この画面に表示された距離をオペ
レータが見ながら前記複数の操作レバーを操作し、前記
目標掘削面を掘削形成する。
(7) In the above (6), preferably,
In the steps (f) and (g), the distance between the set target excavation surface and the front end of the front device is calculated and displayed on the screen of the display means, and the distance displayed on this screen is viewed by the operator. While operating the plurality of operation levers, the target excavation surface is excavated and formed.

【0024】これによりオペレータは表示手段の距離表
示を見ながらオペレータの意志で目標掘削面に沿って掘
削することができる。
Thus, the operator can excavate along the target excavation surface with his / her will while watching the distance display on the display means.

【0025】(8)また、上記(6)において、前記
(f)及び(g)の手順では、前記設定された目標掘削
面を軌跡制御により掘削形成してもよい。
(8) In the above (6), in the steps (f) and (g), the set target excavation surface may be excavated by trajectory control.

【0026】これにより軌跡制御により自動で目標掘削
面に沿って掘削することができる。
With this, it is possible to automatically excavate along the target excavation surface by the trajectory control.

【0027】(9)更に、上記(6)において、前記
(f)及び(g)の手順では、前記設定された目標掘削
面を領域制限掘削制御により掘削形成してもよい。
(9) Further, in the above (6), in the steps (f) and (g), the set target excavation surface may be excavated by area-limited excavation control.

【0028】これにより領域制限掘削制御により自動で
目標掘削面に沿って掘削することができる。
As a result, excavation can be performed automatically along the target excavation surface by the area-limited excavation control.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明を油圧ショベルに適
用した場合の実施形態を図1〜図6により説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a hydraulic shovel will be described below with reference to FIGS.

【0030】図1において、本発明が適用される油圧シ
ョベルは、油圧ポンプ2と、この油圧ポンプ2からの圧
油により駆動されるブームシリンダ3a、アームシリン
ダ3b、バケットシリンダ3c、旋回モータ3d及び左
右の走行モータ3e,3fを含む複数の油圧アクチュエ
ータと、これら油圧アクチュエータ3a〜3fのそれぞ
れに対応して設けられた複数の操作レバー装置4a〜4
fと、操作レバー装置4a〜4fの操作信号によって制
御され、油圧アクチュエータ3a〜3fに供給される圧
油の流量を制御する複数の流量制御弁5a〜5fと、油
圧ポンプ2と流量制御弁5a〜5fの間の圧力が設定値
以上になった場合に開くリリーフ弁6とを有し、これら
は油圧ショベルの被駆動部材に対する油圧駆動装置を構
成している。
In FIG. 1, a hydraulic shovel to which the present invention is applied includes a hydraulic pump 2, a boom cylinder 3a, an arm cylinder 3b, a bucket cylinder 3c, a swing motor 3d, and a boom cylinder 3a driven by hydraulic oil from the hydraulic pump 2. A plurality of hydraulic actuators including left and right traveling motors 3e and 3f, and a plurality of operating lever devices 4a to 4 provided corresponding to these hydraulic actuators 3a to 3f, respectively.
f, a plurality of flow control valves 5a to 5f that are controlled by operation signals of the operation lever devices 4a to 4f and control the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuators 3a to 3f, the hydraulic pump 2, and the flow control valve 5a. And a relief valve 6 that opens when the pressure between the pressures of 5f and 5f is equal to or higher than a set value, and these constitute a hydraulic drive device for the driven member of the hydraulic shovel.

【0031】本実施例では、操作レバー装置4a〜4f
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、流量制御弁5a〜5fは電気信号をパイロット圧
に変換する電気油圧変換手段、例えば比例電磁弁を備え
ている。
In this embodiment, the operation lever devices 4a to 4f
Is an electric lever type which outputs an electric signal as an operation signal, and the flow control valves 5a to 5f are provided with electro-hydraulic conversion means for converting the electric signal into pilot pressure, for example, a proportional solenoid valve.

【0032】油圧ショベルは、図2に示すように、垂直
方向にそれぞれ回動するブーム1a、アーム1b及びバ
ケット1cからなる多関節型のフロント装置1Aと、上
部旋回体1d及び下部走行体1eからなる車体1Bとで
構成され、フロント装置1Aのブーム1aの基端は上部
旋回体1dの前部に支持されている。ブーム1a、アー
ム1b、バケット1c、上部旋回体1d及び下部走行体
1eはそれぞれブームシリンダ3a、アームシリンダ3
b、バケットシリンダ3c、旋回モータ3d及び左右の
走行モータ3e,3fによりそれぞれ駆動される被駆動
部材を構成し、それらの動作は上記操作レバー装置4a
〜4fにより指示される。
As shown in FIG. 2, the hydraulic excavator includes a multi-joint type front device 1A including a boom 1a, an arm 1b, and a bucket 1c which rotate vertically, an upper revolving unit 1d, and a lower traveling unit 1e. The base end of the boom 1a of the front device 1A is supported by the front part of the upper swing body 1d. The boom 1a, the arm 1b, the bucket 1c, the upper swing body 1d, and the lower traveling body 1e are respectively a boom cylinder 3a, an arm cylinder 3
b, a bucket cylinder 3c, a swing motor 3d, and left and right traveling motors 3e, 3f, which constitute driven members which are driven by the operation lever device 4a, respectively.
44f.

【0033】以上のような油圧ショベルに本実施形態に
よる制御装置が設けられている。この制御装置は、設定
器7と、ブーム1a、アーム1b及びバケット1cのそ
れぞれの回動支点に設けられ、フロント装置1Aの位置
と姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検出す
る角度検出器8a,8b,8cと、車体1Bの傾斜を検
出する傾斜計8dと、車体外部に設置され、図2に示す
ような外部基準としてのレーザ基準面RFを形成するレ
ーザ灯台10aと、フロント部材のうちアーム1bの側
面に設置され、レーザ灯台10aによって形成されたレ
ーザ基準面RFのレーザ光線を受光する受光器10b
と、設定器7からの入力信号、操作レバー装置4a〜4
fの操作信号、角度検出器8a,8b,8cの検出信
号、傾斜計8dの検出信号、受光器10bの検出信号を
入力し、流量制御弁5a〜5fを制御する制御ユニット
9とから構成されている。
The control device according to the present embodiment is provided in the above-described hydraulic excavator. The control device is provided at a setting device 7 and at each rotation fulcrum of the boom 1a, the arm 1b, and the bucket 1c, and detects each rotation angle as a state quantity relating to the position and attitude of the front device 1A. 8a, 8b, 8c, an inclinometer 8d for detecting the inclination of the vehicle body 1B, a laser lighthouse 10a installed outside the vehicle body and forming a laser reference plane RF as an external reference as shown in FIG. A light receiver 10b installed on a side surface of the arm 1b and receiving a laser beam on a laser reference plane RF formed by the laser lighthouse 10a.
And input signals from the setting device 7 and operation lever devices 4a to 4
and a control unit 9 for receiving the operation signal of f, the detection signals of the angle detectors 8a, 8b, 8c, the detection signal of the inclinometer 8d, and the detection signal of the light receiver 10b, and controlling the flow control valves 5a to 5f. ing.

【0034】設定器7は、例えば運転室内の操作パネル
の一部として設けられかつスイッチ等の操作手段を備え
ている。これら操作手段は、外部基準としてのレーザ基
準面RFと車体1Bとの相対位置及び姿勢を設定・更新
するスイッチ7aと、目標掘削面TSの水平面に対する
勾配を数値入力により設定するスイッチ7bと、目標掘
削面TSとこの目標掘削面TSに対して平行に設定され
る外部基準としてのレーザ基準面RFとのオフセット距
離を数値入力により設定するスイッチ7cとを含み、こ
れらスイッチ7a〜7cから出力された信号は制御ユニ
ット9に入力される。また、設定器7は表示画面7dを
有する表示装置を備えている。設定器7には他の補助手
段が設けられていても良い。また、スイッチ7a〜7c
の一部あるいは全ては操作レバーのグリップ上に設けら
れてもよい。
The setting unit 7 is provided, for example, as a part of an operation panel in a driver's cab, and includes operation means such as a switch. These operation means include a switch 7a for setting / updating a relative position and a posture between the laser reference plane RF as an external reference and the vehicle body 1B, a switch 7b for setting a gradient of the target excavation surface TS with respect to a horizontal plane by numerical input, a target 7 A switch 7c for setting an offset distance between the excavation surface TS and a laser reference plane RF as an external reference which is set in parallel with the target excavation surface TS by numerical input, and output from these switches 7a to 7c. The signal is input to the control unit 9. Further, the setting device 7 includes a display device having a display screen 7d. The setting device 7 may be provided with other auxiliary means. Also, the switches 7a to 7c
May be provided on the grip of the operation lever.

【0035】制御ユニット9は目標掘削面TSを設定す
る目標掘削面設定部を有し、目標掘削面設定部では設定
器7からの指示で目標掘削面TSの設定演算を行う。そ
の一例を図3及び図4を用いて説明する。
The control unit 9 has a target digging surface setting section for setting a target digging surface TS, and the target digging surface setting section performs setting calculation of the target digging surface TS in accordance with an instruction from the setting device 7. One example will be described with reference to FIGS.

【0036】図3は制御ユニット9の処理内容を示す機
能ブロック図である。図3において、90は上記目標掘
削面設定部であり、目標掘削面設定部90はレーザ受光
位置演算部90aと目標掘削面TSの一次式演算部90
bとを有している。また、制御ユニット9はバケット爪
先位置演算部91と目標掘削面TSとバケット爪先との
距離演算部92を更に備えている。
FIG. 3 is a functional block diagram showing the processing contents of the control unit 9. 3, reference numeral 90 denotes the target digging surface setting unit. The target digging surface setting unit 90 includes a laser light receiving position calculating unit 90a and a primary expression calculating unit 90 for the target digging surface TS.
b. The control unit 9 further includes a bucket toe position calculation unit 91 and a distance calculation unit 92 between the target excavation surface TS and the bucket toe.

【0037】図4は目標掘削面TSの設定方法を示す図
である。図4において、設定器7のスイッチ7bにより
設定された目標掘削面TSの水平面に対する勾配をβ、
目標掘削面TSとこの目標掘削面TSに対して平行に設
定されるレーザ基準面RFとのオフセット距離をLdで
示し、この時の車体1Bの前後方向の傾きをαsで示し
ている。目標掘削面TSは車体1Bを基準としたx−z
座標系に対する一次式として求める。
FIG. 4 is a diagram showing a method of setting the target excavation surface TS. In FIG. 4, the slope of the target excavation surface TS with respect to the horizontal plane set by the switch 7b of the setting device 7 is β,
The offset distance between the target excavation surface TS and the laser reference plane RF set parallel to the target excavation surface TS is represented by Ld, and the inclination of the vehicle body 1B in the front-rear direction at this time is represented by αs. The target excavation surface TS is xz based on the vehicle body 1B.
Obtained as a linear expression for the coordinate system.

【0038】まず、目標掘削面設定部90のレーザ受光
位置演算部90aにおいて、アーム側面に取り付けたレ
ーザ受光器10bがレーザ光線を受光している状態にあ
る時に、設定器7に設けられたスイッチ7aを押すこと
で、車体外部に設置されたレーザ基準面RFと車体1B
との相対位置及び姿勢を設定・更新する。その演算内容
を以下に示す。
First, in the laser receiving position calculating section 90a of the target excavation surface setting section 90, when the laser light receiver 10b attached to the side of the arm is receiving a laser beam, a switch provided on the setting section 7 is set. By pressing 7a, the laser reference plane RF installed outside the vehicle body and the vehicle body 1B
Set and update the relative position and orientation with. The contents of the calculation are shown below.

【0039】レーザ受光器10bがレーザ光線を受光し
ている状態でスイッチ7aが押されると、この時のレー
ザ受光器10bのx−z座標における位置PLを演算す
る。この位置PLの位置座標を(PLx,PLz)とする。
この演算には角度検出器8a,8bの角度情報を用い
る。
When the switch 7a is pressed while the laser receiver 10b is receiving a laser beam, the position PL of the laser receiver 10b at this time in the xz coordinates is calculated. The position coordinates of this position PL are (PLx, PLz).
This calculation uses the angle information of the angle detectors 8a and 8b.

【0040】次いで、演算部90bにおいて次の演算を
行う。まず、レーザ面が車体1Bのx−z座標のz軸と
交わる点P1(P1x,P1z)の座標を求める。ここで、
P1点はPL点を通る傾きαs+β、切片P1zの直線なの
で、以下のように示される。
Next, the following operation is performed in the operation unit 90b. First, the coordinates of a point P1 (P1x, P1z) where the laser surface intersects the z-axis of the xz coordinates of the vehicle body 1B are obtained. here,
The point P1 is a straight line having a slope αs + β and an intercept P1z passing through the point PL, and is expressed as follows.

【0041】 P1x=0 …(1) P1z=PLz−tan(αs+β)・PLx …(2) 次に、レーザ面からLdの距離だけ離れた目標掘削面T
Sがx−z座標のz軸と交わる点P2(P2x,P2z)の
座標値を求める。P1−P2間の距離をLd’とすると、
図4から正弦定理を用いて以下の式が成り立つ。
P1x = 0 (1) P1z = PLz−tan (αs + β) · PLx (2) Next, a target excavation surface T separated from the laser surface by a distance of Ld.
The coordinate value of a point P2 (P2x, P2z) where S intersects the z axis of the xz coordinate is obtained. When the distance between P1 and P2 is Ld ',
From FIG. 4, the following equation is established using the sine theorem.

【0042】 Ld’/sin(β+90゜)=|Ld|/sin(90゜−αs−β) …(3) これを変形して、 Ld’=|Ld|×sin(β+90゜)/sin(90゜−αs−β) =|Ld|×cosβ/cos(αs+β) …(4) これより、点P2の位置座標は P2x=0 …(5) P2z=P1z+Ld’ …(6) と求まる。αs,βの取りうる範囲や式の意味合いを考
慮して(6)式は以下のように書ける。
Ld ′ / sin (β + 90 °) = | Ld | / sin (90 ° −αs−β) (3) By transforming this, Ld ′ = | Ld | × sin (β + 90 °) / sin ( 90 ° −αs−β) = | Ld | × cosβ / cos (αs + β) (4) From this, the position coordinates of the point P2 are obtained as P2x = 0 (5) P2z = P1z + Ld ′ (6) In consideration of the possible range of αs and β and the meaning of the expression, the expression (6) can be written as follows.

【0043】 P2z=P1z+Ld’ =PLz−tan(αs+β)・PLx+Ld×cosβ/cos(αs+β) =PLz−(PLx・sin(αs+β)−Ld・cosβ)/cos(αs+β) …(7) 従って、x−z座標に対する目標掘削面TSの一次式は
P2zを切片とし、傾きαs+βの直線式で表せる。
P2z = P1z + Ld ′ = PLz−tan (αs + β) · PLx + Ld × cosβ / cos (αs + β) = PLz− (PLx · sin (αs + β) −Ld · cosβ) / cos (αs + β) (7) Therefore, x The primary expression of the target excavation surface TS with respect to the −z coordinate can be expressed by a linear expression having a slope αs + β with P2z as an intercept.

【0044】以上の演算により、車体1Bを基準とした
x−z座標系に対する一次式として目標掘削面TSを求
めることができる。目標掘削面設定部90ではこのよう
にして求めた目標掘削面TSの一次式を制御ユニット9
のメモリに記憶し、目標掘削面TSの設定を完了する。
By the above calculation, the target excavation surface TS can be obtained as a linear expression in the xz coordinate system based on the vehicle body 1B. The target excavation surface setting unit 90 calculates the primary expression of the target excavation surface TS obtained in this manner in the control unit 9.
And the setting of the target excavation surface TS is completed.

【0045】レーザ燈台10aは、油圧ショベルの車体
外部に設置され、目標掘削面TSと平行になるよう外部
基準、即ちレーザ基準面RFを設定する外部基準設定手
段を構成し、設定器7のスイッチ7bは、目標掘削面T
Sの勾配βを設定する勾配設定手段を構成し、設定器7
のスイッチ7cは、外部基準(レーザ基準面RF)に対
する目標掘削面TSのオフセット距離Ldを設定する掘
削深さ設定手段を構成し、設定器7のスイッチ7a、レ
ーザ受光器10b、制御ユニット9内のレーザ受光位置
演算部90aは、外部基準(レーザ基準面RF)に対す
る車体1Bの相対位置及び姿勢を演算する車体姿勢演算
手段を構成し、制御ユニット9内の目標掘削面演算部9
0bは、上記勾配設定手段と掘削深さ設定手段と車体姿
勢演算手段からの信号を基に、目標掘削面TSを車体1
Bを基準としたx−z座標系に対する値として演算し設
定する目標掘削面設定手段を構成する。
The laser lighthouse 10a is installed outside the body of the hydraulic excavator, and constitutes an external reference setting means for setting an external reference, that is, a laser reference plane RF so as to be parallel to the target excavation surface TS. 7b is the target excavation surface T
A slope setting means for setting the slope β of S;
Switch 7c constitutes a digging depth setting means for setting an offset distance Ld of the target digging surface TS with respect to an external reference (laser reference plane RF). The switch 7a of the setting device 7, the laser receiver 10b, and the control unit 9 The laser receiving position calculating section 90a constitutes a vehicle body posture calculating means for calculating a relative position and a posture of the vehicle body 1B with respect to an external reference (laser reference plane RF).
0b indicates that the target excavation surface TS is set to the vehicle body 1 based on signals from the gradient setting means, the excavation depth setting means, and the vehicle body posture calculating means.
A target excavation surface setting means for calculating and setting as a value in the xz coordinate system based on B is configured.

【0046】ところで、上記のような演算によって設定
された目標掘削面TSに従って掘削する方法としては、
設定器7の表示画面7dに目標掘削面TSとバケット1
cの先端との垂直距離を表示し、その数字を見ながら掘
削する方法がある。この場合、その数字がゼロとなるよ
うに掘削すれば目標掘削面TSに沿った掘削が可能とな
る。
By the way, as a method of excavating according to the target excavation surface TS set by the above calculation,
The target excavation surface TS and the bucket 1 are displayed on the display screen 7d of the setting device 7.
There is a method of displaying the vertical distance from the tip of c and excavating while watching the number. In this case, excavation along the target excavation surface TS is possible by excavating so that the number becomes zero.

【0047】このような掘削方法を可能とするため、バ
ケット爪先位置演算部91と目標掘削面TSとバケット
爪先との距離演算部92とが設けられており、演算部9
1では角度検出器8a,8ab,8cの角度情報からバ
ケット1c爪先の位置を演算し、演算部92では演算部
90bで求めた目標掘削面TSと演算部91で求めたバ
ケット爪先の位置情報とから目標掘削面TSとバケット
爪先との距離を計算する。この距離データは設定器7に
送られ、設定器7の表示画面7dに例えば数値で表示さ
れる。
To enable such an excavation method, a bucket toe position calculating section 91 and a distance calculating section 92 between the target excavation surface TS and the bucket toe are provided.
In 1, the position of the tip of the bucket 1 c is calculated from the angle information of the angle detectors 8 a, 8 ab, and 8 c, and the calculation unit 92 calculates the target excavation surface TS obtained by the calculation unit 90 b and the position information of the bucket tip obtained by the calculation unit 91 Then, the distance between the target excavation surface TS and the toe of the bucket is calculated. The distance data is sent to the setting device 7 and displayed on the display screen 7d of the setting device 7 by, for example, numerical values.

【0048】また、他の方法としては、軌跡制御又は領
域制限掘削制御と組み合わせて行う方法がある。即ち、
フロント装置の軌跡制御装置を備える場合は、目標掘削
面設定部90で設定した目標掘削面TSを目標軌跡とし
て軌跡制御により目標掘削面TSに沿って掘削させれば
よい。この軌跡制御に関しては、例えば前述した特開昭
49−132801号公報や特開昭55−30038号
公報に詳しい。また、フロント装置の領域制限掘削制御
装置を備える場合は、目標掘削面設定部90で設定した
目標掘削面TSを制限領域の境界として領域制限掘削制
御により目標掘削面TSに沿って掘削させてもよい。こ
の領域制限掘削制御に関しては、例えば前述した特開平
6−193090号公報や特開平9−53253号公報
に詳しい。
As another method, there is a method which is performed in combination with trajectory control or area limited excavation control. That is,
When a trajectory control device of the front device is provided, the target digging surface TS set by the target digging surface setting unit 90 may be used as a target trajectory to dig along the target digging surface TS by trajectory control. The trajectory control is described in detail in, for example, the above-mentioned JP-A-49-132801 and JP-A-55-30038. Further, in the case where a region excavation control device of the front apparatus is provided, the target excavation surface TS set by the target excavation surface setting unit 90 may be excavated along the target excavation surface TS by region restriction excavation control as a boundary of the restriction region. Good. This area-limited excavation control is described in detail in, for example, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 6-193090 and Hei 9-53253.

【0049】次に、以上のように構成した制御装置を備
えた油圧ショベルを用いて連続した傾斜面を掘削形成す
る作業手順を図5及び図6を用いて説明する。
Next, an operation procedure for excavating and forming a continuous inclined surface using a hydraulic shovel equipped with the control device having the above-described configuration will be described with reference to FIGS.

【0050】図5は当該作業手順を示すブロック図であ
る。図6は連続した傾斜面を掘削形成する様子を示す図
である。図6において、油圧ショベルの車体1Bは最初
はAの位置にあるとする。
FIG. 5 is a block diagram showing the work procedure. FIG. 6 is a diagram showing a state in which a continuous inclined surface is formed by excavation. In FIG. 6, it is assumed that the vehicle body 1B of the excavator is initially at the position A.

【0051】図5において、まず、レーザ灯台10aに
よって形成されるレーザ基準面RFが目標掘削面TSに
平行となるよう、即ちレーザ基準面RFの角度が目標掘
削面TSの勾配βと同じ角度になるようレーザ灯台10
aをセットする(ブロック100)。次いで、設定器7
のスイッチ7bにより目標掘削面TSの勾配βを入力
し、スイッチ7cにより目標掘削面TSとレーザ基準面
RFとのオフセット距離Ldを入力し、勾配β及びオフ
セット距離Ldを設定する(ブロック101)。ブロッ
ク100の手順とブロック101の手順は逆でも良い。
In FIG. 5, first, the laser reference plane RF formed by the laser lighthouse 10a is parallel to the target excavation plane TS, that is, the angle of the laser reference plane RF is set to the same angle as the gradient β of the target excavation plane TS. Laser lighthouse 10
a is set (block 100). Next, the setting device 7
The switch 7b inputs the slope β of the target excavation surface TS, the switch 7c inputs the offset distance Ld between the target excavation surface TS and the laser reference plane RF, and sets the inclination β and the offset distance Ld (block 101). The procedure of block 100 and the procedure of block 101 may be reversed.

【0052】次いで、オペレータはフロント装置1Aを
操作することでアーム1bの側部に設けられた受光器1
0bをレーザ基準面RFに一致させ、この状態で設定器
7のスイッチ7aを押す。これにより上述したように、
制御ユニット9内ではレーザ受光位置、即ちレーザ受光
器10bのx−y座標系での座標位置(PLx,PLz)が
演算され(ブロック102)、更に(1)〜(7)式に
より目標掘削面TS1の一次式が演算され(ブロック1
03)、この目標掘削面TS1とバケット爪先との距離
が計算され、この距離が設定器7の表示画面7dに表示
される(ブロック104)。このように距離が表示され
ると、上述したようにオペレータはこの距離表示を見な
がら目標掘削面TS1に沿って掘削を行う(ブロック1
05)。
Next, the operator operates the front device 1A to operate the light receiver 1 provided on the side of the arm 1b.
0b is matched with the laser reference plane RF, and the switch 7a of the setting device 7 is pressed in this state. This, as described above,
In the control unit 9, the laser receiving position, that is, the coordinate position (PLx, PLz) of the laser receiver 10b in the xy coordinate system is calculated (block 102), and the target excavation surface is calculated by the equations (1) to (7). The primary equation of TS1 is calculated (block 1
03), the distance between the target excavation surface TS1 and the toe of the bucket is calculated, and this distance is displayed on the display screen 7d of the setting device 7 (block 104). When the distance is displayed in this manner, the operator excavates along the target excavation surface TS1 while watching the distance display as described above (block 1).
05).

【0053】Aの位置で目標掘削面TS1の掘削が完了
すると、オペレータは油圧ショベルの車体1Bを図6の
Bの後方の位置に移動する(ブロック106)。そし
て、このBの位置で上記ブロック102,103,10
5の手順を繰り返して目標掘削面TS2を設定し、手順
105で目標掘削面TS2に沿って掘削を行う。
When the excavation of the target excavation surface TS1 is completed at the position A, the operator moves the body 1B of the excavator to a position behind B in FIG. 6 (block 106). Then, at the position B, the blocks 102, 103, 10
Step 5 is repeated to set the target excavation surface TS2, and excavation is performed along the target excavation surface TS2 in step 105.

【0054】ここで、Aの位置で設定された目標掘削面
TS1はレーザ基準面RFに平行でかつLdのオフセッ
ト距離を有する面であり、Bの位置で設定された目標掘
削面TS2もレーザ基準面RFに平行でかつLdのオフ
セット距離を有する面であり、図6から分かるようこれ
ら目標掘削面TS1,TS2は連続した傾斜面である。
即ち、車体1Bが前後に移動した場合でも、その都度、
車体外部に設定された外部基準であるレーザ基準面RF
に対する車体1Bの相対位置及び姿勢を演算し、レーザ
基準面RFに対する車体1Bの相対位置及び姿勢を更新
することにより、車体1Bの移動量を検出するセンサを
用いずに、車体1Bが移動した際の目標掘削面のずれが
補正され、車体移動前の目標掘削面TS1と車体移動後
の目標掘削面TS2とが精度良く連続的に設定され、A
の位置とBの位置のそれぞれで目標掘削面TS1,TS
2に沿った掘削を行うことにより、連続した傾斜面を掘
削形成することが可能となる。
Here, the target excavation surface TS1 set at the position A is a surface parallel to the laser reference surface RF and having an offset distance of Ld, and the target excavation surface TS2 set at the position B is also set at the laser reference surface RF. This plane is parallel to the plane RF and has an offset distance of Ld. As can be seen from FIG. 6, these target excavation planes TS1 and TS2 are continuous inclined planes.
That is, even when the vehicle body 1B moves back and forth,
Laser reference plane RF, which is an external reference set outside the vehicle
Is calculated by calculating the relative position and posture of the vehicle body 1B with respect to the laser reference plane RF and updating the relative position and posture of the vehicle body 1B with respect to the laser reference plane RF without using a sensor for detecting the amount of movement of the vehicle body 1B. Is corrected, and the target excavation surface TS1 before moving the vehicle body and the target excavation surface TS2 after moving the vehicle body are accurately and continuously set with high accuracy.
Target excavation planes TS1 and TS
By performing the excavation along 2, it is possible to excavate and form a continuous inclined surface.

【0055】Bの位置で目標掘削面TS2に沿った掘削
が完了した後、更に長い連続した傾斜面を掘削形成した
い場合は、油圧ショベルの車体1Bを更に後方に移動
し、上記ブロック102,103,105の手順を繰り
返す。この手順を必要回数繰り返すことにより、所望の
長さの連続した傾斜面を掘削形成することができる。
After the excavation along the target excavation surface TS2 is completed at the position B, if it is desired to excavate and form a longer continuous inclined surface, the vehicle body 1B of the hydraulic excavator is further moved backward, and the blocks 102 and 103 are moved. , 105 are repeated. By repeating this procedure a required number of times, a continuous inclined surface having a desired length can be formed by excavation.

【0056】図5において、目標掘削面TSとバケット
爪先との距離表示を見ながら掘削をする代わりに、ブロ
ック107に示すように軌跡制御と組み合わせて掘削し
てもよい。また、ブロック108に示すように領域制限
掘削制御と組み合わせて掘削してもよい。このように軌
跡制御又は領域制限掘削制御と組み合わせても、同様に
目標掘削面TSに沿って掘削を行え、連続した傾斜面を
掘削できる。
In FIG. 5, instead of excavating while looking at the distance display between the target excavation surface TS and the toe of the bucket, excavation may be performed in combination with trajectory control as indicated by a block 107. Further, as shown in a block 108, the excavation may be performed in combination with the area restriction excavation control. As described above, even in combination with the trajectory control or the area-limited excavation control, excavation can be similarly performed along the target excavation surface TS, and a continuous inclined surface can be excavated.

【0057】以上のように本実施形態によれば、車体の
移動量を検出するセンサを必要とせず、安価に連続した
傾斜面を掘削形成することができる。
As described above, according to this embodiment, a continuous inclined surface can be excavated and formed at low cost without requiring a sensor for detecting the amount of movement of the vehicle body.

【0058】以上の実施形態では、目標掘削面TSから
レーザ基準面RFまでのオフセット距離Ldを設定器7
のスイッチ7cにより入力したが、目標掘削面TSの勾
配を設定した後、ダレクトティーチにより目標掘削面T
Sを設定し、オフセット距離Ldを演算し、設定しても
良い。この例を再び図4を用いて説明する。
In the above embodiment, the offset distance Ld from the target excavation plane TS to the laser reference plane RF is set by the setting unit 7.
Of the target excavation surface T by the direct teach after setting the gradient of the target excavation surface TS.
S may be set, and the offset distance Ld may be calculated and set. This example will be described again with reference to FIG.

【0059】図4において、バケット先端座標からダイ
レクトティーチで目標掘削面TSを設定し、バケット先
端による教示点を基にレーザ基準面RFから目標掘削面
TSまでのオフセット距離を演算する。バケット先端の
教示点Pcの位置座標を(Pcx,Pcz)とすると、目標
掘削面TSがx−z座標と交わる点P2の位置座表(P2
x,P2z)は、次のように表せる。
In FIG. 4, the target excavation surface TS is set by direct teaching from the coordinates of the bucket tip, and the offset distance from the laser reference plane RF to the target excavation surface TS is calculated based on the teaching point at the bucket tip. Assuming that the position coordinates of the teaching point Pc at the tip of the bucket are (Pcx, Pcz), the position coordinates (P2) of the point P2 where the target excavation surface TS intersects the xz coordinates
x, P2z) can be expressed as follows.

【0060】 P2x=0 …(8) P2z=Pcz−tan(αs+β)・Pcx …(9) 正弦定理より、 |Ld|=Ld’×cos(αs+β)/cosβ …(10) ここで、Ld’はP1,P2点のz座標が分かっているの
で、次のようになる。
P2x = 0 (8) P2z = Pcz-tan (αs + β) · Pcx (9) From the sine theorem, | Ld | = Ld ′ × cos (αs + β) / cosβ (10) where Ld ′ Since the z-coordinates of the points P1 and P2 are known, the following is obtained.

【0061】 Ld’=|P1z−P2z| …(11) (11)式を(10)式に代入してオフセット距離Ld
が求まる。
Ld ′ = | P1z−P2z | (11) The offset distance Ld is obtained by substituting equation (11) into equation (10).
Is found.

【0062】オフセット距離Ldを求めた後の目標掘削
面TSの一次式を演算し、設定する方法は上記実施形態
と同じである。
The method of calculating and setting the linear expression of the target excavation surface TS after obtaining the offset distance Ld is the same as in the above embodiment.

【0063】また、この場合の連続傾斜面の掘削形成手
順は、図5に示すように、ブロック100,101がブ
ロック110,111に置き換わる点を除いて、上述し
たのと同じである。
In this case, the excavation forming procedure of the continuous slope is the same as described above except that the blocks 100 and 101 are replaced with the blocks 110 and 111 as shown in FIG.

【0064】図5において、ブロック110では、設定
器7のスイッチ7bにより目標掘削面TSの勾配βを入
力すると共に、ダイレクトティーチにより目標掘削面T
Sを教示する。この教示は、オペレータがフロント装置
1Aを操作してバケット先端を目標掘削面TSを設定し
たい位置Pcに移動し、その位置Pcで教示ボタンを押
し、位置Pcの位置座標(Pcx,Pcz)を設定する。教
示ボタンは例えば設定器7に設けられる。次いで、ブロ
ック111で、上記(8)式及び(11)式により目標
掘削面TSからレーザ基準面RFまでのオフセット距離
Ldを演算する。この後は、ブロック102に移行し、
上述の手順で連続した傾斜面を掘削形成する。
In FIG. 5, in block 110, the slope β of the target excavation surface TS is inputted by the switch 7b of the setting device 7, and the target excavation surface T is inputted by direct teaching.
Teach S. In this teaching, the operator operates the front device 1A to move the tip of the bucket to the position Pc at which the target excavation surface TS is to be set, press the teaching button at the position Pc, and set the position coordinates (Pcx, Pcz) of the position Pc. I do. The teach button is provided on the setting device 7, for example. Next, in block 111, the offset distance Ld from the target excavation plane TS to the laser reference plane RF is calculated by the above equations (8) and (11). Thereafter, the process moves to block 102.
The continuous inclined surface is excavated and formed by the above procedure.

【0065】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態
では、外部基準としてレーザ燈台により形成されるレー
ザ基準面を用いたが、これは状況が許せば水糸等の外部
基準線でもよい。また、フロント装置1Aの位置と姿勢
に関する状態量を検出する手段として回動角を検出する
角度計を用いたが、シリンダのストロークを検出しても
よい。更に、上記実施形態では、操作レバー装置として
電気レバーを用いたが、油圧パイロット式の操作レバー
装置を用いてもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment, the laser reference plane formed by the laser lighthouse was used as the external reference, but this may be an external reference line such as a water thread if the situation allows. Further, although a goniometer for detecting a rotation angle is used as a means for detecting a state quantity relating to the position and orientation of the front device 1A, a stroke of a cylinder may be detected. Further, in the above embodiment, the electric lever is used as the operation lever device, but a hydraulic pilot type operation lever device may be used.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明によれば、車体の移動量を検出す
るセンサを必要とせず、安価に連続した傾斜面を掘削形
成することができる。
According to the present invention, a continuous slope can be excavated at low cost without requiring a sensor for detecting the amount of movement of the vehicle body.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態による建設機械の制御装置
をその油圧駆動装置と共に示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a control device of a construction machine according to an embodiment of the present invention together with a hydraulic drive device thereof.

【図2】本発明が適用される油圧ショベルの外観と、外
部基準であるレーザ基準面及びこのレーザ基準面を形成
するレーザ灯台を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an external appearance of a hydraulic shovel to which the present invention is applied, a laser reference surface as an external reference, and a laser lighthouse forming the laser reference surface.

【図3】制御ユニット内の処理内容を示す機能ブロック
図である。
FIG. 3 is a functional block diagram showing processing contents in a control unit.

【図4】目標掘削面の設定方法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a method of setting a target excavation surface.

【図5】本発明の制御装置を備えた油圧ショベルを用い
て連続した傾斜面を掘削形成する作業手順を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing an operation procedure for excavating and forming a continuous inclined surface using a hydraulic excavator provided with the control device of the present invention.

【図6】連続した傾斜面を掘削形成する様子を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing a state in which a continuous inclined surface is formed by excavation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A フロント装置 1B 車体 1a ブーム 1b アーム 1c バケット 1d 上部旋回体 1e 下部走行体 2 油圧ポンプ 3a〜3f 油圧アクチュエータ 4a〜4f 操作レバー装置 5a〜5f 流量制御弁 6 リリーフ弁 7 設定器 7a〜7c スイッチ 7d 表示画面 8a〜8c 角度検出器 8d 傾斜計 9 制御ユニット 10a レーザ燈台 10bレーザ受光器 RF レーザ基準面 TS 目標掘削面 Reference Signs List 1A Front device 1B Body 1a Boom 1b Arm 1c Bucket 1d Upper revolving structure 1e Lower traveling structure 2 Hydraulic pump 3a-3f Hydraulic actuator 4a-4f Operating lever device 5a-5f Flow control valve 6 Relief valve 7 Setting device 7a-7c switch 7d Display screen 8a to 8c Angle detector 8d Inclinometer 9 Control unit 10a Laser lighthouse 10b Laser receiver RF laser reference plane TS Target excavation plane

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽賀 正和 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 渡邊 洋 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Fターム(参考) 2D003 AA01 AB01 AB02 AB03 BA01 BA03 BA06 BB02 BB07 BB09 BB10 BB11 CA02 DA03 DA04 DB04 DB05 EA00  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing from the front page (72) Inventor Masakazu Haga 650, Kandamachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.Tsuchiura Plant (72) Inventor Hiroshi Watanabe 650, Kandamachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi F-term in Tsuchiura Plant (reference) 2D003 AA01 AB01 AB02 AB03 BA01 BA03 BA06 BB02 BB07 BB09 BB10 BB11 CA02 DA03 DA04 DB04 DB05 EA00

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多関節型のフロント装置を構成する上下方
向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動
部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数
の油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動作
を指示する複数の操作レバーと、前記複数の操作レバー
の操作信号に応じて駆動され、前記複数の油圧アクチュ
エータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制
御弁とを備えた建設機械の制御装置において、 前記建設機械の車体外部に設置され、目標掘削面と平行
になるよう外部基準を設定する外部基準設定手段と、 前記目標掘削面の勾配を設定する勾配設定手段と、 前記外部基準に対する前記目標掘削面のオフセット距離
を設定する掘削深さ設定手段と、 前記外部基準に対する車体の相対位置及び姿勢を演算す
る車体姿勢演算手段と、 前記勾配設定手段と前記掘削深さ設定手段と前記車体姿
勢演算手段からの信号を基に、前記目標掘削面を前記車
体を基準とした座標系に対する値として演算し設定する
目標掘削面設定手段とを備えることを特徴とする建設機
械の制御装置。
A plurality of driven members including a plurality of vertically rotatable front members constituting a multi-joint type front device; a plurality of hydraulic actuators respectively driving the plurality of driven members; A plurality of operation levers for instructing the operation of the plurality of driven members; and a plurality of hydraulic pressures driven in accordance with operation signals of the plurality of operation levers and controlling a flow rate of pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators A control device for a construction machine comprising: a control valve; an external reference setting means installed outside the vehicle body of the construction machine to set an external reference to be parallel to a target excavation surface; and setting a gradient of the target excavation surface. Slope setting means for setting, excavation depth setting means for setting an offset distance of the target excavation surface with respect to the external reference, and calculating relative position and posture of the vehicle body with respect to the external reference Based on signals from the gradient setting means, the excavation depth setting means, and the vehicle body attitude calculating means, calculating and setting the target excavation surface as a value with respect to a coordinate system based on the vehicle body. And a target excavation surface setting means.
【請求項2】請求項1記載の建設機械の制御装置におい
て、 前記掘削深さ設定手段は、設定器に設けられ、オペレー
タにより操作される操作手段を有し、この操作手段から
の入力信号により前記オフセット距離を設定することを
特徴とする建設機械の制御装置。
2. The construction machine control device according to claim 1, wherein said excavation depth setting means has an operation means provided on a setting device and operated by an operator, and an input signal from said operation means. A control device for a construction machine, wherein the offset distance is set.
【請求項3】請求項1記載の建設機械の制御装置におい
て、 前記掘削深さ設定手段は、ダイレクトティーチにより得
られた前記フロント装置先端の位置を演算する手段を有
し、この位置データから前記オフセット距離を計算し設
定することを特徴とする建設機械の制御装置。
3. The control device for a construction machine according to claim 1, wherein the excavation depth setting means has a means for calculating a position of the tip of the front device obtained by direct teaching, and A construction machine control device, which calculates and sets an offset distance.
【請求項4】請求項1記載の建設機械の制御装置におい
て、 前記車体姿勢演算手段は、傾斜計と、前記フロント装置
に設けられたフロント基準と、このフロント基準が前記
外部基準と一致した時のフロント基準の位置を計算し、
この位置データと前記傾斜計の検出値とから前記車体の
相対位置及び姿勢を演算する手段とを有することを特徴
とする建設機械の制御装置。
4. The control device for a construction machine according to claim 1, wherein said vehicle body attitude calculating means includes: an inclinometer; a front reference provided on said front device; and a time when said front reference matches said external reference. Calculate the position of the front reference of
A controller for calculating the relative position and attitude of the vehicle body from the position data and the detected value of the inclinometer.
【請求項5】請求項1記載の建設機械の制御装置におい
て、 前記目標掘削面と前記フロント装置先端との距離を演算
する距離演算手段と、この距離演算手段で演算した距離
を表示する表示手段とを更に備えることを特徴とする建
設機械の制御装置。
5. The control device for a construction machine according to claim 1, wherein a distance calculating means for calculating a distance between the target excavation surface and the front end of the front device, and a display means for displaying the distance calculated by the distance calculating means. And a control device for a construction machine.
【請求項6】多関節型のフロント装置を構成する上下方
向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動
部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数
の油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動作
を指示する複数の操作レバーと、前記複数の操作レバー
の操作信号に応じて駆動され、前記複数の油圧アクチュ
エータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制
御弁とを備えた建設機械による連続傾斜面の掘削形成方
法において、 (a)前記建設機械の車体外部に目標掘削面と平行にな
るよう外部基準を設定すること、 (b)前記目標掘削面の勾配を設定すること、 (c)前記外部基準に対する前記目標掘削面のオフセッ
ト距離を設定すること、 (d)前記外部基準に対する車体の相対位置及び姿勢を
演算すること、 (e)前記設定された勾配及びオフセット距離と前記演
算された車体の相対位置及び姿勢とから、前記目標掘削
面を前記車体を基準とした座標系に対する値として演算
し設定すること、 (f)前記設定された目標掘削面に沿って掘削をするこ
と、 (g)車体を前後方向に移動し、その位置で上記(d)
〜(f)の手順を実施して目標掘削面を再設定し、この
再設定された目標掘削面に沿って掘削をすること、 (h)前記(g)の手順を繰り返すことを特徴とする建
設機械による連続傾斜面の掘削形成方法。
6. A plurality of driven members including a plurality of vertically rotatable front members constituting an articulated front device, a plurality of hydraulic actuators respectively driving the plurality of driven members, A plurality of operation levers for instructing the operation of the plurality of driven members; and a plurality of hydraulic pressures driven in accordance with operation signals of the plurality of operation levers and controlling a flow rate of pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators (A) setting an external reference outside the vehicle body of the construction machine so as to be parallel to a target excavation surface; and (b) setting the target excavation surface. (C) setting an offset distance of the target excavation surface with respect to the external reference, and (d) calculating a relative position and posture of the vehicle body with respect to the external reference. (E) calculating and setting the target excavation surface as a value with respect to a coordinate system based on the vehicle body, from the set gradient and offset distance and the calculated relative position and posture of the vehicle body; f) digging along the set target digging surface, (g) moving the vehicle body in the front-rear direction, and
(F) resetting the target excavation surface by performing the procedure, and excavating along the reset target excavation surface; (h) repeating the procedure of (g). Excavation forming method of continuous slope by construction machine.
【請求項7】請求項6記載の建設機械による連続傾斜面
の掘削形成方法において、前記(f)及び(g)の手順
では、前記設定された目標掘削面と前記フロント装置先
端との距離を演算して表示手段の画面に表示し、この画
面に表示された距離をオペレータが見ながら前記複数の
操作レバーを操作し、前記目標掘削面を掘削形成するこ
とを特徴とする建設機械による連続傾斜面の掘削形成方
法。
7. The method for excavating and forming a continuous slope by a construction machine according to claim 6, wherein in the steps (f) and (g), the distance between the set target excavation surface and the front end of the front device is determined. Calculating and displaying it on a screen of a display means, wherein the operator operates the plurality of operation levers while watching the distance displayed on the screen to excavate and form the target excavation surface; Surface excavation forming method.
【請求項8】請求項6記載の建設機械による連続傾斜面
の掘削形成方法において、前記(f)及び(g)の手順
では、前記設定された目標掘削面を軌跡制御により掘削
形成することを特徴とする建設機械による連続傾斜面の
掘削形成方法。
8. The excavation forming method of a continuous inclined surface by a construction machine according to claim 6, wherein the steps (f) and (g) include excavating and forming the set target excavation surface by trajectory control. A method for excavating and forming a continuous slope by a construction machine.
【請求項9】請求項6記載の建設機械による連続傾斜面
の掘削形成方法において、前記(f)及び(g)の手順
では、前記設定された目標掘削面を領域制限掘削制御に
より掘削形成することを特徴とする建設機械による連続
傾斜面の掘削形成方法。
9. The excavation forming method of a continuous inclined surface by a construction machine according to claim 6, wherein in the steps (f) and (g), the set target excavation surface is excavated by area limited excavation control. A method for excavating and forming a continuous slope by a construction machine.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6782644B2 (en) 2001-06-20 2004-08-31 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Remote control system and remote setting system for construction machinery
WO2020039972A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 コベルコ建機株式会社 Work machine

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