JPH02167933A - 油圧ショベルの作業自動化装置およびその作業自動化制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は油圧駆動機械の作業自動化装置に係り、特に建
設機械等の油圧駆動機械に装着され、オペレータが行う
べきレバー操作に基づく油圧機械の動作を自動的に繰り
返し作動させ、あるいは複数の組み合わせ操作を自動的
に行わせることで作業性を向上させるようにした油圧駆
動機械の作業自勧化装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、電子技術の発達は目覚ましく、建設機械等の作業
機用シリンダの操作は機械式や油圧レバー制御方式に代
わって、第５図に示す様な電子−油圧制御方式が採用さ
れるようになった。

第５図に示した従来の電子−油圧制御方式では、オペレ
ータが操作した電気式レバー１０１の操作量を電気信号
に変換して電子制御コントローラ１０２に入力する。電
子制御コントローラ１０２は電気式レバー１０１の操作
量に応じた信号を電子制御式油圧バルブ１０３の両端ソ
レノイド１０３ａ、１０３ｂに出力し、電子制御式油圧
バルブ１０３は電気レバー１０１の操作量に応じた油量
をポンプ１０６より油圧配管１０４ａに、１０４ｂを介
して油圧アクチュエータ１０５に供給しロッド１０５ａ
を作動させる様な構成になっている。

これによれば、簡易な操作性により細かな制御を行うこ
とができ、機械式や油圧式の操作方式ではできなかった
操作も可能になっている。

（発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、第５図に示す従来技術に於いては、電子
Ｉ制御のメリットはあるものの、手動の操作を行うもの
であるから例えば油圧式バワーシａベルのすき取り掘削
等の二軸以上のレバー操作も行う場合、オペレータの疲
労は極めて大きくなる問題点があり、更にすき取り掘削
を行いながらパケットの振動を行うことが非常に困難で
あった。

すなわち、油圧パワーシロベルですき取り掘削を行う場
合、ブーム、アーム、パケットの各作業機を油圧シリン
ダにより操作して地面を水平に、あるいはある角度をも
った斜面になるように土砂を削る作業をしなければなら
ない、この作業を実施する場合、オペレータはパケット
内の土砂の量やパケットの絶対角度（掘削平面に対する
角度）を注視しながら、各作業機を操作し、常に平面に
なるようにしなければならない。しかも地ならし面を締
め固めるために、特に一つの作業機であるパケットのみ
を一定の振幅と周波数で上下振動させる必要がある。こ
のような作業は単に上述の従来方式だけでは改善できる
ものではない、したがってオペレータの熟練度に依存し
なくても常に均一な作業結果が得られるようにすること
が課題となっていた。更に、上記すき取り掘削や溝堀り
作業の場合には、所定の深さまで繰り返し掘削する必要
があるが、このような単純な繰り返しの作業の場合でも
、オペレータ自身の直接的な繰り返し操作が必要となっ
ており、かかる場合の作業軽減の問題も課題となってい
た。

本発明は上記従来の問題点に着目し、第一の目的は繰り
返し同じ操作による作業を行う場合に二回目以降は自動
的に繰り返し作業を行わせるようにして自動作業を行わ
せることができるようにした油圧駆動機械の作業自動化
装置を提供することにある。第二の目的は、自動作業を
行っている時、レバー操作を介入して自動作業の修正を
行うことにより次の自動作業のときはレバー操作を介入
した量だけ補正して再生させ、繰り返し自動作業の際に
再度初期位置から開始しなくても直前の補正位置から再
作業を開始するようにして補正操作を軽減させることが
できるようにした油圧駆動機械の作業自動化装置を提供
することにある。

（ｔ１題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は第一の構成に係る
油圧駆動機械の作業自動化装置は、手動操作手段と、油
圧源に連絡された油圧アクチュエタと、この油圧アクチ
ュエータへの給排通路に介装されるとともにソレノイド
機構等の電磁駆動手段により前記給排通路の開閉絞りを
なすコントロールブと、このコントロールバルブに対し
前記手動操作手段の操作信号に比例した駆動信号を出力
するバルブコントローラと、前記手動操作手段からの操
作信号を取り゛込んでこれを記憶するメモリ部およびこ
のメモリ部における記憶信号に基づいて前記バルブコン
トローラに駆動信号を出力可能とする演算出力部を有す
る自動作業コントローラと、前記手動操作手段からの出
力と前記自動作業コントローラからの出力とを選択して
前記バルブコントローラに出力する切り換え手段とから
構成した。

第二の構成例においては、前記自動作業コントローラは
油圧アクチュエータに対する正逆駆動信号に相当する振
動信号発生部を具備し、前記演算出力部は振動信号発生
部からの振動信号と前記メモリ部における記憶信号とを
合成して前記バルブコントローラに出力可能としている
。また第三の構成例においては、前記自動作業コントロ
ーラの演算出力部は手動操作手段による操作信号を加算
して前記メモリ部の記憶データを更新する加算部を有し
て自動作業の補正処理ができるようにしている。

（作　用） このような構成による油圧アクチュエータの動作は次の
ようになる。まず、予め手動操作手段を操作し、油圧ア
クチュエータを直接駆動する。これは模範操作となり、
自動作業コントローラが手動操作手段の操作信号を取り
込んでメモリ部に記憶格納する。自動作業の実行をなす
ために、切り換え手段によってバルブコントローラへの
出力側を手動操作手段から自動作業コントローラ側に切
り換えると、自動作業コントローラの演算出力部はメモ
リ部から記憶データを読み込み、先に行われた手動操作
手段による操作信号と同様な操作信号がバルブコントロ
ーラに出力され、油圧アクチュエータは先に教示された
操作と同様な操作を行うものとなる。したがって、連続
して油圧アクチュエータに同じ操作を行わせる場合には
、最初のティーチング機能により自動作業コントローラ
に操作を記憶させ、二回目からは切り換え手段によって
操作出力を切り換えることにより、オベレタが直接駆動
させることなく自動的に作業を繰り返すことができるの
である。

第二の構成によれば、前記自動作業コントローラには油
圧アクチュエータに対する正逆駆動信号に相当する振動
信号発生部を設けている。したがって、振動信号発生部
から振幅が一定で周波数の一定な信号が生成される。演
算出力はこの振幅信号発生部からの振動信号を取り込み
、この振動信号を単体で出力し、あるいは前記メモリ部
における記憶信号とを合成してバルブコントローラに出
力できるので、油圧アクチュエータは正逆動作させなが
ら手動操作手段による操作にしたがった運動を行う。

これは油圧アクチュエータが例えば伸縮油圧シリンダ手
段で油圧式パワーシタベルのパケットの駆動に通用され
る場合には、パケットの首振り運動だけを自動的に行わ
せ、またパケットの首振り運動を行わせながら所定の方
向に掻き取り移動させるように自動的な駆動を行わせる
ことができることを意味する。パケットに首振り動作を
手動で行う場合には正確な連続動作ができないが、この
発明では適正に行われ、オペレータは移動方向にのみ注
意を払えばよいことになる。

更に第三の構成では、自動作業コントローラの演算出力
部は手動操作手段による操作信号を加算して前記メモリ
部の記憶データを更新する。このため、自動作業時には
ティーチング動作の初期状態に戻らず前回の処理を起点
として再実行するので、毎回の自動作業での補正処理が
少なくなる。このため、すき取り作業のような場合には
、生成した平面の深さを回を重ねるごとに深くしていく
ときに、補正量が回を重ねるごとに大きくなるが、この
発明構成では補正再記憶方式となるので、補正に必要な
操作は毎回はとんど変わらず、微調整も容易にできるも
のとなる。

（実施例） 以下、本発明に係る油圧駆動機械の作業自動化装置の実
施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は実施例に係る油圧駆動機械の作業自動化装置の
ブロック構成図であり、第２図はこの油圧駆動機械の作
業自動化装置を通用した油圧式バワーシａベルの作業形
態を示す側面図である。

まず第２図に示すように、油圧駆動機械の作業自動化装
置が搭載される油圧式パワーシタベル１における作業機
１ａはブーム２、アーム３、パケット４より構成されて
いる。すき取り作業を実施する場合はプーム２、アーム
３、パケット４をそれぞれ操作レバーにより操作しなが
ら作業を行う。

このような油圧式パワーシ３ベル１の作業機ｌａを操作
するための油圧駆動機械の作業自動化装置は、第１図に
示すように、手動操作手段としての電気式操作レバー１
１を有している。これは油圧パワーシ書ベル１のブーム
２、アーム３、バヶ。

ット４を作動させる操作レバーで、例えばあるレバーを
前方に倒すとブーム２は下がり、後方に倒すとブーム２
は上がり、左側に倒すとアーム３は伸び、右側に倒すと
アーム３は縮み、−本のレバーで四通りの操作を行うこ
とができる。この操作レバー１１による操作量は電気信
号に変換されて自動作業コントローラ１２を介してバル
ブコントローラ１４に出力し、ここで操作レバーによる
操作量に比例した操作信号をコントロールバルブ１５に
出力するようになっている。コントロールバルブ１５は
従来例で示した構成と同様な構成とし、油圧源としての
ポンプ１８からの流路を開閉したり絞り動作させる等の
制御信号をボード切り換え用の電磁ソレノイドを具備し
、作動油タンク１９との間で給排を行わせる。なお、１
４はバルブコントローラで、自動作業コントローラ１２
からの電気信号に応じてコントロールバルブ１５Ｇｍ１
ｍする。コントローラパルプ１５は前記ポンプ１８を油
圧配管１６ａ又は１６ｂを介して油圧アクチュエータ１
７に供給しロフト１７ａを作動させる。

ｎ記ｔ１作レバー１１とバルブコントローラ１４との間
の制御経路の途中には、自動作業コントローラ１２が設
けられているが、これは次のように構成されている。操
作レバー１１からの操作信号の入力部と前記バルブコン
トローラ１４への出力部との間に介在される接続用リレ
ー接点１２ａが設けられている。これは操作レバー１１
に付帯したブツシュスイッチｌｌａにより駆動され、自
動作業コントローラ１２からの出力を操作レバー１１か
らの直接的な操作信号とするか、あるいは後述する演算
出力部からの制御信号に基づく出力信号とするかの切り
換え接続をなすようになっている。自動作業コントロー
ラ１２における主たる処理装置を構成する演算出力部２
０はマイクロプロセッサユニッ）　（ＭＰＵ）からなり
、操作レバ１１から出力される操作信号をＡ／Ｄ変換器
２１を介してデジタル信号として取り込み、操作レバー
１１の操作信号を経時的に取り込み、これをメモリ部２
２に格納するようにしている。また、演算出力部２０は
出力指令によりメモリ部２２から時系列的にデータを読
み出し、Ｄ／Ａ変換器２３を介し前記リレー接点１２ａ
を経由してバルブコントローラ１４に出力し、先の操作
レバー１１による操作と同様な手順でコントロールバル
ブ１５を駆動するように制御できるものとなっている。

更に、演算出力部２０には振動信号発生部２４が付帯し
ている。振動信号発生部２４は油圧アクチュエータ１７
に対し正逆駆動を連続して行わせる駆動信号に相応する
パルス信号を発生するもので、演算出力部２０は出力指
令に応じてこの振動信号発生部２４からの出力信号を取
り込み、単独あるいは前記メモリ部２２に格納されたデ
ータに加算して出力可能にしている。また、演算出力部
２０の出力側には加算器２５が設けられ、この出力は前
記メモリ部２２に帰還させるようにしている。

これにより演算出力部２０による最終出力データを最新
データとしてメモリ部２２の記憶内容を更新し、繰り返
し作業時の初期動作を最終駆動位置から開始するように
している。

一方、上記のような自動コントローラ１２に入力指令を
与えるために切り換え手段としてのスイッチパネル１３
が外部に設けられている。これには作業自動化スィッチ
１３ａ１振動部位スイッチ１３ｂ、信号レベルスイッチ
１３Ｃ，モードスィッチ１３ｄ１人力・出力スイッチ１
３ｅが取付けられている。作業自動化スイッチ１３ａは
、前記リレー接点１２ａを操作レバー１１とバルブコン
トローラ１４の直結状態にするか、あるいはリレ接点１
２ａの切り換えを可能にして自動コントローラ１２によ
る自動作業を可能にするかの選択操作をなす。また振動
部位スイッチ１３ｂは振動動作の対象を選択するもので
、演算出力部２０に対しブーム、アーム、パケット、あ
るいはアームおよびパケットの両者を対象にしたいわゆ
るスケルトンを振動対象にするように指令する。信号レ
ベルスイッチ１３ｃは前記振動信号発生部２４による振
幅を設定するもので、これは演算出力部２０により振動
信号発生部２４からの入力レベルを設定レベルでスライ
スすることで達成される。またモードスイッチ１３ｄは
振動駆動、規範操作とその再生操作、あるいは振動駆動
と再生操作の各モードを選択する。更に、入力・出力ス
イッチ１３ｅは操作レバー１１による規１１１操作をそ
の演算出力部２０からの出力により再生操作を選択する
ものである。これらを任意に選択することにより演算出
力部２０はその設定指令にしたがった演算と出力をなす
ものである。

このような油圧駆動機械の作業自動化装置による動作を
第３図に示すフローチャートにより説明する。まず、初
期設定を切り換え手段であるスイッチパネル１３によっ
て行う（ステップ２００）。

スイッチパネル１３の作業自動化スイッチ１３ａをＯＮ
の位置にセットし、次にモードスイッチ１３ｄをティー
チング・プレイバックの位置にセットシ、入力・出力ス
イッチ１３ｅをティーチング位置にセットする。この後
、作業自動化スイッチ１３ａの確認がなされ（ステップ
２１０）、これがＯＮである場合にモードスイッチ１３
ｄの確認が行われると同時に入力・出カスインチ１３ｅ
のモードが確認される（ステップ２２０）　、ティチン
グモードの場合には、まず自動作業コントローラ１２に
内蔵されたタイマによりティーチング時間が終了状態に
あるかを見て（ステップ２３０）、終了していなければ
操作レバー１１のブツシュスイッチｌｌａがＯＮ状態に
あるかどうかを確認する（ステップ２４０）。この状態
での実際の作業は操作レバー１１のブツシュスイッチ１
１ａを押しながら操作レバー１１を操作させ、これによ
って電気信号が発信し自動作業コントローラ１２、バル
ブコントローラ１４を介してコントロールバルブ１５を
制御して油圧アクチュエータ１７のロッド１７ａを駆動
するものとなっている。

かかる状態で、ブツシュスイッチｌｌａが入っていれば
記憶動作に入り、操作レバー１１の操作を演算出力部２
０が読み込み（ステップ２５０）、メモリ部２２にデー
タを格納してステップ２００に戻る（ステップ２６０）
。ステップ２３０．２４０で時間が終了しており、また
ブツシュスイッチｌｌａがＯＦＦ状態にあれば残り時間
の確認をしくステップ２７０）　、時間があれば残りの
メモリ領域にニュートラルであることを書き込み（ステ
ップ２８０）　、ステップ２００に戻る。

一方、プレイバンクモードにある場合に処理は次のよう
になる。油圧アクチュエータ１７のロッド１７ａの作動
によって動かされる作業機を記憶操作に入る時の位置に
してスイッチパネル１３の作業自動化スイッチ１３ａを
ＯＮの位置にセットし、人力・出力スイッチ１３ｅをプ
レイバック位置にセットする。これをステップ２２０に
て確認し、最初プレイバック時間が終了しているか否か
が確認される（ステップ３００）　、そして、操作レバ
ー１１のブツシュスイッチｌｌａを押しているか否かを
みて（ステップ３１０）　、それがＯＮ状態にあれば自
動作業コントローラ１２に記憶されていた操作レバー１
１の操作量に応じて発信された電気信号がメモリ部２２
から読み出され（ステップ３２０）　、必要に応じて直
接自動作業コントローラ１２、バルブコントローラ１４
を介してコントロールバルブ１５を制御して油圧アクチ
ュエータ１７のロフト１７ａを作動させ作業機１ａを動
かす（ステップ３５０）。ここで若し作業機１ａの動き
を修正する時は操作レバー１１を作業機１ａを動かす方
向に操作すると操作レバー１１の操作量が加算されて作
業機１ａが動かされると共に操作レバー１１の操作量が
加算演算されて自動作業コントローラ１２に記憶される
（ステップ３３０．３４０）。更に、ステップ３５０の
出力処理の際に、その出力データを加算器２５を介して
メモリ部２２に上書きしてメモリ内容を更新することも
できる（ステップ３６０）、なお、前記ステップ３００
．３１０にて時間の終了やブツシュスイッチｌｌａがＯ
ＦＦの時にはニュートラルデータを出力（ステップ３７
０）してステップ２１Ｏに戻る。したがって、次に、第
二回目の再生操作を行うと、前回の再生操作のとき操作
レバー１１を動かして作業機１ａの動きを修正した電気
信号が加算演算して記憶されているので前回の再全操作
のとき作業機の動きを修正したと同じ作業が再生される
。

基本的には上記の通りであるが、再生操作と自動振動の
モードの場合には次のようになる。

先ず、油圧アクチュエータ１７のロッド１７ａの作動に
よって動かされる作業！１１８の記憶操作に入る時の位
置にしてスイッチパネル１３の作業自動化スイッチ１３
ａをＯＮ位置にセットし、入力・出力スイッチ１３ｅを
プレイバックの位置にセットし、更にモードスイッチ１
３ｄを振動＋プレイバックの位置にセットする。続いて
、振動部位スイッチ１３ｂを作業ｍ　１　ａの振動させ
たい部位、例えばパケット４を振動させたい時はパケッ
トの位置にセットする。

次に振動レベルスイッチ１３ｃを振動のレベルに合わせ
て、例えば強い振動の時は大、弱い振動の時は小、中間
の振動の時は中にセットする。

次に操作レバー１１のプッシェスイッチｌｌａ押すと作
業機１ａは自動作業コントローラ１２に記憶された信号
に基づいて動くと共に振動する。

次に、自動振動について説明する。

スイッチパネル１３の作業自動化スイッチ１３ａをＯＮ
の位置にセントし、更にモードスイッチ１３ｄを自動振
動の位置にセットする。続いて、振動部位ダイヤル１３
ｂを作業１ｔｉｌａの振動させたい部位、例えばパケッ
ト４を振動させたい時はパケットの位置にセットする０
次に、振動レベルスイッチ１３ｃを振動レベルに合わせ
で、例えば強い振動の時は大、弱い振動の時は小、中間
の振動の時は中にセットする０次に、操作レバー１１の
プッシュスイッチｌｌａを押すと作業機は振動部位スイ
ッチ１３ｂでセットした部位で振動する。

更に、操作レバー１１を操作すれば通常の作業を行いな
がら振動を付加することができる。

自動振動モードと再生モードの関係を油圧シミベルのブ
ームに通用した場合を第４図に示す。

図に示すように自動振動モードを単にブーム用アクチュ
エータに与えると、上昇と下降を一定の周波数と振幅で
繰り返す（単振動領域）、これに再生モードを加えると
、自動振動しながらブームは大きい周期で上昇・下降を
なす（加算領域）。

これにより、ブームの全体的な動作に加えて、細かな上
昇振動を行わせることが理解される。したかって、すき
取り操作と地面の連続押打による締め固めを自動的に行
わせることができる。

（発明の効果） 本発明は油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエ
ータに対して適用することができ、特に手動操作手段に
より駆動操作する場合に好適であって、複雑で熟練を要
する作業も容易に行なうことができ、オペレータの疲労
低減と作業性の向上を図ることができる。このため、油
圧式パワーシタベル等の建設機械等の油圧駆動機械、マ
ニエビエレータを通じて操作する油圧アクチュエータ等
に適用して効果大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る油圧駆動機械の作業自動化装置の
構成を示すブロック図、第２図は油圧パワーシ曽ベルが
土を掘削している状態を示す図、第３図は同装置による
作業のフローチャート、第４図は油圧シロベルのブーム
の動作に振動と再生操作を加えた場合の出力信号の図、
第５図は従来技術の油圧アクチュエータのレバー制御装
置の構成を示すブロック図である。 図中　１１：１１作レバー １１ａ：プッシュスイッチ １２：自動作業コントローラ １２ａ：接続用リレー接点 １３：スイッチパネル １３ａ：作業自動化スイッチ １３ｂ：ｉｉ自動位スイッチ １３Ｃ：振動レベルスイッチ １３ｄ：モードスイッチ １３ｅ：入力・出カスインチ １４：パルプコントローラ １５：コントロールバルブ １７：油圧アクチュエータ ２０：演算出力部 ２１　：　Ａ／Ｄ変換器 ２２：メモリ部 ２３　：　Ｄ／Ａ変換器 ２４：振動信号発生部 ：加算器 である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）手動操作手段と、油圧源に連絡された油圧アクチ
   ュエータと、この油圧アクチュエータへの給排通路に介
   装されるとともにソレノイド機構等の電磁駆動手段によ
   り前記給排通路の開閉絞りをなすコントロールバルブと
   、このコントロールバルブに対し前記手動操作手段の操
   作信号に比例した駆動信号を出力するバルブコントロー
   ラと、前記手動操作手段からの操作信号を取り込んでこ
   れを記憶するメモリ部およびこのメモリ部における記憶
   信号に基づいて前記バルブコントローラに駆動信号を出
   力可能とする演算出力部を有する自動作業コントローラ
   と、前記手動操作手段からの出力と前記自動作業コント
   ローラからの出力とを選択して前記バルブコントローラ
   に出力する切り換え手段とからなる油圧駆動機械の作業
   自動化装置。
2. （２）前記自動作業コントローラは油圧アクチュエータ
   に対する正逆駆動信号に相当する振動信号発生部を具備
   し、前記演算出力部は振動信号発生部からの振動信号と
   前記メモリ部における記憶信号とを合成して前記バルブ
   コントローラに出力可能としたことを特徴とする請求項
   １に記載の油圧駆動機械の作業自動化装置。
3. （３）前記自動作業コントローラの演算出力部は手動操
   作手段による操作信号を加算して前記メモリ部の記憶デ
   ータを更新する加算部を有して自動作業の補正処理可能
   としたことを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動機械
   の作業自動化装置。