JPH0220849B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油圧建設機械等の作業機械に具備さ
れ、この作業機械のアクチユエータの動作を記憶
し、この記憶に基づいて当該アクチユエータの自
動運転をおこなう作業機械の動作再生装置に関す
る。

第１図はこの種の従来の動作再生装置の一例を
示す構成概略図である。この図において、Ａはア
クチユエータ、例えば油圧シリンダ、Ｂはこの油
圧シリンダＡを作動させる電気油圧弁、Ｃは電気
油圧弁Ｂの作動を制御する制御装置、Ｄは電気油
圧弁Ｂを作動させる操作信号を制御装置Ｃに出力
する手動コントローラ、Ｅは制御装置Ｃに接続さ
れ、制御装置Ｃに伝えられた手動コントローラＤ
の操作信号を記憶する記憶装置である。

この従来の動作再生装置にあつては、手動コン
トローラＤを操作すると、その操作信号が制御装
置Ｃに出力され、制御装置Ｃは操作信号に応じて
電気油圧弁Ｂを作動させる。これによつて油圧シ
リンダＡと油圧源とが連絡され、油圧源から供給
される圧油によつて油圧シリンダＡが作動する。
一方、制御装置Ｃに出力された操作信号は、記憶
装置Ｅに記憶される。

そして、油圧シリンダＡの再生動作を実施する
場合は、制御装置Ｃに所定の再生指示信号を与え
ればよく、この再生指示信号によつて記憶装置Ｅ
に記憶されている操作信号が制御装置Ｃに呼出さ
れ、制御装置Ｃは当該操作信号に応じて電気油圧
弁Ｂを作動させる。このように、手動コントロー
ラＤの操作を一度おこなうだけで、以降は手動コ
ントローラＤの操作を要することなく、手動コン
トローラＤの操作時における油圧シリンダＡの動
作と同等の動作を何度でも実施することができ、
油圧シリンダＡの自動運転をおこなうことができ
る。

ところで、昨今、油圧シヨベルやクレーン等の
建設機械においてもアクチユエータの自動運転の
実現が要望されているが、上述の従来の動作再生
装置は電気油圧弁Ｂを介して油圧シリンダＡを作
動させる構成になつており、従つて上記した建設
機械のように一般に、作業者の手によつて操作さ
れる手動操作弁を具備し、この手動操作弁を介し
てアクチユエータを作動させるようにした油圧機
械にあつては、この従来の動作再生装置をそのま
ま適用することはできない。

なお、この従来の動作再生装置は、制御装置
Ｃ、記憶装置Ｅ、及び電気油圧弁Ｂの接続系統の
全体が電気系統によつて構成してあることから、
この電気系統に故障が発生した場合には、油圧シ
リンダＡを作動させることができず、作業不能を
招くことになる。

そこで、手動操作弁を介してアクチユエータを
作動させる油圧機械にも動作再生装置を適用する
手段が種々検討されている。このような手段の１
つを第２図に示す。

第２図は動作再生装置の系統図である。図で、
Ａは第１図に示すものと同じ油圧シリンダ、１は
油圧源、２はタンクである。３は油圧源１と油圧
シリンダＡとの間に介在して油圧シリンダＡの駆
動を制御する手動操作弁、３ａは手動操作弁を操
作する操作レバーである。４は手動操作弁３を自
動的に操作する場合に使用される油圧シリンダ、
５は制御信号に応じて油圧シリンダ４の駆動を制
御するサーボ弁、６は操作レバー３ａによる手動
操作時に油圧シリンダ４が抵抗となつて手動操作
弁３の動きに支障とならないように、油圧シリン
ダ４の両端回路を開放する切換弁である。７は手
動操作弁３のスプールの動きと連動し、その位置
に応じた電圧を発生するポテンシヨメータであ
る。８はポテンシヨメータ７の出力信号、即ち手
動操作弁３のスプールの位置信号を記憶する記憶
装置、９は記憶装置８に記憶された情報に基づき
手動操作弁３を自動的に操作すべくサーボ弁５を
制御する制御装置、１０は制御装置９に再生運転
指令を与える指令装置である。

今、高度の技術を有する作業員（熟練作業員）
が操作レバー３ａを操作して油圧シリンダＡを駆
動し、これにより所定の作業を行なつたとする。
この場合、当該所定の作業は適切かつ正確に行な
われる。この作業中、制御装置９は切換弁６を図
示位置とし、手動操作弁３の動きに支障がないよ
うにする。手動操作弁３が操作されると、そのス
プールの動きはポテンシヨメータ７により検出さ
れ、記憶装置８に記憶される。即ち、当該所定の
作業についての適切かつ正確な動作が記憶装置８
に記憶されたことになる。

次に、この作業を自動的に再生するには、ま
ず、指令装置１０により制御装置９に再生運転指
令を与える。これにより制御装置９は切換弁６を
右側位置に切換えた後、記憶装置８に記憶されて
いる信号をとり出し、サーボ弁５に入力する。サ
ーボ弁５はこの信号に応じて作動し、油圧シリン
ダ４を制御して手動操作弁３を操作する。したが
つて、手動操作弁３はさきに熟練作業員が操作し
たときと同じように操作され、油圧シリンダＡに
同一流量の油を供給し、これを同じように作動す
る。結局、熟練作業員が行なつた動作が再生さ
れ、作業は適切かつ正確に実施される。

しかしながら、このような動作再生時の作業
は、熟練作業員が行なつた作業と同一条件で行な
われるとは限らず、例えば気温による作動油の粘
度に差異が存在したり、又、例えば油圧シリンダ
Ａが油圧シヨベルのフロント機構を駆動するアク
チユエータである場合には掘削土質が異なる等、
作業条件が異なる場合がある。そして、このよう
に、作業条件が異なると動作の正確な再生はでき
なくなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、上記の問題点を解決し、
手動操作を行なうことができ、かつ、正確な動作
再生を実施することができる作業機械の動作再生
装置を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、手動操作
弁の手動操作時において、手動操作弁の変位値を
記憶するとともにそのときのアクチユエータの負
荷圧力をも記憶し、動作再生時においては、記憶
されている当該負荷圧力および現在の負荷圧力に
基づいてさきに記憶されている手動操作弁の変位
値を、現在の負荷圧力のもとで、記憶されている
圧力において得られる手動操作弁の吐出流量と等
しい吐出流量を得るように所定の演算により修正
し、この修正された変位値に基づいて手動操作弁
を駆動制御するようにしたことを特徴とする。

以下、本発明を第３図に示す実施例に基づいて
説明する。

第３図は本発明の実施例に係る動作再生装置の
系統図である。図で、第２図に示す部分と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。１２
ａ，１２ｂは手動操作弁３と油圧シリンダＡとを
接続する２つの管路の油圧を検出する油圧検出器
であり、検出した油圧に応じた電気信号を出力す
る。１３は油圧検出器１２ａ，１２ｂの出力信号
を入力してその差を出力する差動増幅器である。
１４は接点１４Ａ，１４Ｂを有し、後述する制御
装置２０からの信号により作動する切換スイツチ
である。１５は切換スイツチ１４が接点１４Ａ側
に切換えられたとき差動増幅器１３からの圧力信
号を記憶する記憶装置である。１６は記憶装置
８，１５および切換スイツチ１４の接点１４Ｂと
接続された演算器であり、記憶装置８に記憶され
ている手動操作弁３の変位値を、記憶装置１５に
記憶されている圧力信号および差動増幅器１３か
らの圧力信号に基づいて所定の演算により修正す
る。この演算については後述する。１７は接点１
７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを有し、後述する制御装置
２０からの信号により作動する切換スイツチであ
る。１８は記憶装置８に記憶された変位値と、切
換スイツチ１７の接点１７Ｂを介するポテンシヨ
メータ７の変位信号との差を増幅する差動増幅器
である。又、１９は演算器１６から出力される修
正された変位値と、切換スイツチ１７の接点１７
Ｃを介するポテンシヨメータ７の変位信号との差
を増幅する差動増幅器である。２０は制御装置で
あり、切換スイツチ１４，１７の制御や、差動増
幅器１８，１９の信号に基づくサーボ弁５の駆動
制御等を行なう。

次に、本実施例の動作を説明する。まず、手動
操作弁３を手動操作して油圧シリンダＡを駆動さ
せ、これを記憶する場合の動作について述べる。
制御装置２０は切換弁６に信号を出力してこれを
図示のように左側位置に切換え、手動操作弁３が
抵抗なく操作されるようにする。さらに、制御装
置２０は切換スイツチ１４，１７にも信号を出力
し、切換スイツチ１４を接点１４Ａに、切換スイ
ツチ１７を接点１７Ａにそれぞれ切換える。この
状態において、手動操作弁３を操作すると、ポテ
ンシヨメータ７からはその操作に応じた変位信号
が出力される。この変位信号は切換スイツチ１７
の接点１７Ａを介して記憶装置８に記憶される。
即ち、手動操作弁３の動きが記憶されることにな
る。一方、手動操作弁３の操作により油圧シリン
ダＡの管路には圧力（負荷圧力）が生じる。油圧
検出器１２ａ，１２ｂはこの圧力を検出して当該
圧力に応じた信号を出力する。この圧力信号は差
動増幅器１３、切換スイツチ１４の接点１４Ａを
介して記憶装置１５に記憶される。即ち、手動操
作弁３を操作したとき生じる負荷圧力は、手動操
作弁３の動きと対応して記憶されることになる。
以上のようにして、例えば熟練作業員の操作によ
る作業機械の動作が記憶され、それと同時にその
動作に伴なう負荷圧力も記憶される。

次に、作業機械の再生運転について述べること
にするが、これに先立ち、演算器１６の演算につ
いて、第４図を参照しながら説明する。

第４図は各負荷圧力についての油圧シリンダ４
の変位に対する手動操作弁３の吐出流量特性図で
ある。図で、横軸にはある基準位置を中心とする
油圧シリンダ４の左右の変位量がとつてあり、縦
軸には手動操作弁３の吐出流量がとつてある。上
記第４図は、アクチユエータポート、タンクポー
ト、およびポンプポートを有し、タンクポートに
おける開口面積がスプールのストロークに比例す
るように構成されたサーボ弁を用い、アクチユエ
ータポートに、負荷圧を実現させるための可変設
定圧リリーフ弁を接続し、ポンプポートに吐出量
一定の容量の大きい油圧ポンプを接続し、スプー
ルを変位させてゆく実験により得られた特性図で
ある。上記リリーフ弁をある所定の設定圧とし、
この状態において、スプールを変位させて（油圧
シリンダ４の変位に対応する）タンクポートの開
口面積を減少させてゆくと、あるストロークでリ
リーフ弁がリリーフし、以後、ストロークに比例
してタンクポートの流量が減少し（リリーフ弁を
通る流量が増加し）、あるストローク（図の油圧
シリンダ４の変位a_oに相当）に達するとタンクポ
ートが全閉され、油圧ポンプの全吐出流量（b_o）
がリリーフ弁を流れることになる。上記第４図か
ら明らかなように、変位値a_o未満においては、吐
出流量は負荷圧力によつて変化する。図では、負
荷圧力P₁、P_i、P_j、P_k、P_oの場合の吐出流量特性
が示されている。なお、上記各負荷圧力は、P₁
＜P_i＜P_j＜P_k＜P_oの関係にある。

今、仮に手動操作弁３を手動操作してこれを記
憶装置８に記憶した場合の変位量が値a_jであり、
このときの負荷圧力（記憶装置１５に記憶され
る）がP_jであつたとすると、記憶装置８および記
憶装置１５による記憶点は図の点C_jで表わされ、
そのときの吐出流量は値b_jである。次に、再生運
転を行なう場合、繰返し再生動作をしていると
き、何等かの理由、例えば再生作業が油圧シヨベ
ルによる掘削作業の場合は土質が変化してその掘
削抵抗が変化することにより、負荷圧力がさきの
記憶の場合の負荷圧力P_jとは異なる油圧P_iである
場合について考える。この場合、記憶装置８に記
憶された変位値a_jに基づいて、油圧シリンダ４を
同じく変位させると、点C_jは得られず圧力P_i上の
点C_iとなるので、手動操作弁３の吐出流量は値b_i
となり、吐出すべき流量b_jと一致しない。この結
果、再生運転時における油圧シリンダ４の動作、
したがつて作業機械の動作は記憶時における動作
とは異なつたものとなり、正確な動作再生を行な
うことはできなくなる。そこで、本実施例では、
演算器１６において所定の演算を行なうことによ
り、再生運転時の吐出量が記憶時と同一吐出量と
なるように変位値a_jを修正しようとするものであ
る。

以下、上記演算について説明する。上記の実験
により得られた特性図から、角度（θ₁−θ_o）の間
で、圧力P₁と圧力P_oとの間の圧力がほぼ等分に
配分されていることが判明した。そこで、点C_jに
ついては、次のような実験式が得られる。

tan｛（θ₁−θ_o）／（P_o−P₁）（P_o−P_j）＋θ_o｝＝a_o
−a_j／b_o−b_j 又、点C_iに関しては、次のような実験式が得ら
れる。

tan｛（θ₁−θ_o）／（P_o−P₁）（P_o−P_i）＋θ_o｝＝a_o
−a_i／b_o−b_j ただし、θ₁、θ_oはそれぞれ、変位値a_oにおける
垂線と圧力P₁、P_oの直線とのなす角であり、角
θ₁、θ_o、圧力P₁、P_o、変位値a_oは定数である。
又、a_iは負荷圧力P_iにおいて変位値a_jにおける吐
出流量b_jと同一吐出流量を得るための変位量であ
る。

上記両式から、次のようにして変位量a_iを求め
ることができる。

a_i＝a_o− tan｛（θ₁−θn）／（Pn−P₁）（P_o−P_i）＋θ_o｝／ta
n｛（θ₁−θn）／（Pn−P₁）（P_o−P_j）＋θ_o｝（a_o−
a_j） 上式により得られた変位量a_iは、記憶時の負荷
圧力P_jにおける変位量a_jを、再生時の負荷圧力P_i
に応じて修正した変位量であり、この変位量a_iに
より、再生時において負荷圧力が変化しても記憶
時と同一の吐出量を得ることが可能となる。

さて、ここで第３図に示す本実施例の再生運転
について説明する。まず、操作者は指令装置１０
により制御装置２０に対して再生運転指令を出力
する。これに応じて制御装置２０は切換弁６に信
号を出力してこれを右側位置に切換え、油圧シリ
ンダ４とタンク２とを遮断し、又、切換スイツチ
１４，１７に信号を出力し、その接点をそれぞれ
接点１４Ｂ，１７Ｂに切換える。この状態におい
て、制御装置２０は記憶装置８から記憶されてい
る変位値a_jを差動増幅器１８を介してとり出し、
これに応じてサーボ弁５を駆動する。サーボ弁５
の駆動により油圧シリンダ４を介して手動操作弁
３が駆動され、ポテンシヨメータ７からは手動操
作弁３の動きに応じて変位信号が出力され、以
後、差動増幅器１８における変位量a_jとの差が０
になるようにフイードバツク制御の実行が開始さ
れる。一方、手動操作弁３が駆動されると、油圧
シリンダＡの管路に圧力が生じ、この圧力は油圧
検出器１２ａ，１２ｂにより検出される（この圧
力信号をP_iとする。）。制御装置２０は、この圧力
信号P_i、記憶装置８に記憶された変位値a_jおよび
記憶装置１５に記憶された記憶時における圧力値
P_jを演算器１６に入力し、演算器１６では前記演
算式にしたがつて修正された変位値a_iが算出され
る。次いで、制御装置２０は切換スイツチ１７に
信号を出力し、これを接点１７Ｃに切換える。こ
のため、差動増幅器１９には演算器１６から出力
される修正された変位置a_iと、現在の手動操作弁
３の変位量とが入力され、両者の差が制御装置２
０に出力される。制御装置２０はこの差の信号に
基づいてサーボ弁５を駆動し、以後、修正された
変位値によりフイードバツク制御が継続される。

このように、本実施例では、切換スイツチによ
り記憶時に手動操作弁の変位量とともに負荷圧力
を記憶しておき、動作再生時には切換スイツチを
切換えて、演算器にそのときの負荷圧力を入力
し、この負荷圧力と前記記憶された変位量および
負荷圧力とに基づいて記憶された変位量を修正
し、この修正した変位量で再生時のフイードバツ
ク制御を行なうようにしたので、動作再生装置に
おいて手動操作を行なうことができるとともに、
動作再生時には修正された変位量により記憶時と
同一の吐出流量を得ることができ、正確な動作再
生を行なうことができる。

以上述べたように、本発明では、記憶時に手動
操作弁の変位値を記憶するとともにアクチユエー
タの負荷圧力をも記憶し、動作再生時にそのとき
の負荷圧力、記憶されている負荷圧力および記憶
されている変位値に基づいて、当該記憶されてい
る変位値を修正し、この修正された変位値に基づ
いて手動操作弁を駆動制御するようにしたので、
動作再生装置において手動操作を行なうことがで
きるとともに、正確な動作再生を実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の動作再生装置の系統図、第２図
は検討中の動作再生装置の系統図、第３図は本発
明の実施例に係る動作再生装置の系統図、第４図
は各負荷圧力における手動操作弁の吐出流量特性
図である。 ３……手動操作弁、４……油圧シリンダ、５…
…サーボ弁、６……切換弁、７……ポテンシヨメ
ータ、８，１５……記憶装置、１０……指令装
置、１２ａ，１２ｂ……油圧検出器、１３，１
８，１９……差動増幅器、１４，１７……切換ス
イツチ、１６……演算器、２０……制御装置、Ａ
……油圧シリンダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 油圧により駆動されるアクチユエータと、こ
   のアクチユエータの駆動を制御する手動操作弁と
   を備えた作業機械において、前記アクチユエータ
   の負荷圧力を検出する圧力検出装置と、この圧力
   検出装置により検出された圧力を記憶する第１の
   記憶手段と、前記手動操作弁の変位値を記憶する
   第２の記憶手段と、動作再生時に、前記圧力検出
   装置で検出された再生時圧力および前記第１の記
   憶手段に記憶された記憶時圧力に基づいて、前記
   再生時圧力のもとで前記記憶時圧力において得ら
   れる前記手動操作弁の吐出流量と同一吐出流量を
   得るように前記第２の記憶手段に記憶された変位
   値を修正する演算手段と、この演算手段により得
   られた変位値に基づいて前記手動操作弁を駆動す
   る駆動制御手段とを設けたことを特徴とする作業
   機械の動作再生装置。