JPH0313378B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油圧シヨベルの作業軌跡制御装置に係
り、特に水平掘削に好適な作業軌跡制御装置に関
するものである。

第１図は油圧シヨベルの概略構成を示す側面図
である。この図において、１は油圧シヨベルの上
部旋回体、２は下部走行体、３はフロント機構
で、このフロント機構３は旋回体１の一部である
ａ点に俯仰自在に支持されたブーム４、ブーム４
の先端部分のｂ点に揺動自在に支持されたアーム
５、およびアーム５の先端部分のｃ点に回動自在
に支持されたバケツト６で構成されている。７は
前記ａ点を中心にブーム４を俯仰させ、上部旋回
体１とブーム４との相対角度を変化させるブーム
シリンダ、８は前記ｂ点を中心にアーム５を揺動
させ、ブーム４とアーム５との相対角度を変化さ
せるアームシリンダ、９はリンク１０ａ，１０ｂ
を介して前記ｃ点を中心にバケツト６を回動させ
るバケツトシリンダである。

なお、図中α₂はブーム４とアーム５との相対角
度を示すもので、α₂minは相対角度α₂が最小とな
つた場合の相対角度、α₂maxは最大となつた場
合の相対角度を示すものである。

このように油圧シヨベルを用いて地面を水平に
掘削するためには、図示の油圧シヨベルの機構か
らもわかるように、操作者はブームシリンダ７と
アームシリンダ８とを互いに適宜な速度で伸縮さ
せねばならず、その操作は極めて複雑であり、高
度の熟練を要していた。

このため、従来から簡単な操作で水平軌跡に沿
つて掘削作業を行うことができる装置が提供され
ている。第２図はこのような従来の装置を示すも
のである。なお、第２図においては第１図に示す
部分と同一部分には同一符号を付してある。第２
図で、１１はブーム４とアーム５との相対角度α₂
を検出する角度計である。相対角度α₂は第１図に
おいて示されるように、ブーム４に対するアーム
５の角度であり、最大角度α₂maxから最小角度
α₂minまで変化する。１２ａ，１２ｂは可変吐出
容量ポンプ等の油圧系の流量調整機構で、１２ａ
は電気的信号によりブームシリンダ７への流量
（即ちブームシリンダ７の作動速度）を調整し、
１２ｂは電気的信号によりアームシリンダ８への
流量（即ちアームシリンダ８の作動速度）を調整
する流量調整機構である。

１３は油圧シヨベルの運転席に設けられた操作
レバーであり、操作者により中立位置から前後又
は左右に起倒することができる。この操作レバー
１３は、その操作により操作の度合に応じた信号
q₂を発生し、この信号q₂を流量調整機構１２ｂに
与えることによりアームシリンダ１８の伸縮を制
御する。操作レバー１３が中立位置にあるとき
は、信号q₂は０でありアームシリンダ８は停止状
態となる。操作レバー１３を中立位置から一方側
へ倒すと信号q₂は「＋」の極性の信号となり、ア
ームシリンダ８を信号q₂の大きさに応じた速度で
伸長させる。操作レバー１３を中立位置から他方
側へ倒すと信号q₂は「−」の極性の信号となり、
アームシリンダ７を信号q₂の大きさに応じた速度
で縮める。

１４は関数発生器である。第３図に、この関数
発生器１４の特性を示す図が示されている。角度
計１１で検出されたブーム４とアーム５との相対
角度α₂が信号としてこの関数発生器１４に加えら
れると関数発生器１４は第３図に示される特性に
従つてアームシリンダ８への流量を指示する信号
q₂とブームシリンダ７への流量を指示する信号q₁
との比であるq₁／q₂を発生する。q₁／q₂は前記相
対角度α₂に対してバケツト６の回動点であるｃ点
が水平に移動するような値となつている。

１５は乗算器であり、ここで関数発生器１４か
らの出力であるq₁／q₂にアームシリンダ８への流
量を指示する信号q₂を乗じ、その結果、乗算器１
５からは信号q₁を発生することとなる。発生した
信号q₁はブームシリンダ７の流量調整機構１２ａ
へ加えられブームシリンダ７の速度を信号q₁に従
つて制御する。

第２図に示される従来装置は次のように動作す
る。今、アーム５がブーム４に対して最も持ち上
がつた状態、即ち、相対角度α₂が第１図及び第３
図に示される最小角度α₂minの状態にあるとす
る。この状態から操作者が地面を水平に掘削する
ために操作レバー１３を中立位置から「＋」の信
号を発生する側に倒すと、これに応じた信号q₂が
発生し、この信号q₂によりアームシリンダ８はこ
れに応じた速度で伸長をはじめ、ブーム４とアー
ム５との相対角度α₂は大きくなつてゆく。この相
対角度α₂の変化は関数発生器１４に信号として加
えられるので、関数発生器１４はその特性に従つ
て相対角度α₂に対応した比q₁／q₂を出力する。こ
の出力q₁／q₂には乗算器１５において操作レバー
１３の操作で発生した信号q₂が乗ぜられるので、
乗算器１５からは出力信号q₁が得られ、得られた
信号q₁はブームシリンダ７の流量調整機構１２ａ
へ加えられる。信号q₁が流量調整機構１２ａへ加
えられると、ブームシリンダ７は信号q₁に応じた
速度で伸長し、相対角度α₂が一定角度を超えた時
点からは縮み作動し、このようなブームシリンダ
７の作動とアームシリンダ８の作動とが相俟つて
掘削は地面に平行に行われることとなる。この動
作は相対角度α₂が第３図に示されるα₂maxに達
するまで続けられる。

操作レバー１３により信号q₂の大きさを任意に
変えると、乗算器１５への入力信号q₂も同様に変
わるので、これに比例して信号q₁も変化する。し
たがつて、単に操作レバー１３を操作するだけで
ブームシリンダ７とアームシリンダ８とは相互に
適正な速度関係に保たれ、地面を水平に掘削でき
ると共にその掘削速度も自由に選ぶことができ
る。

相対角度α₂が第３図に示される最大角度
α₂maxから最小角度α₂minへ移動する場合、即
ち、バケツト６を水平に前方へ押す場合も、操作
レバー１３を「−」の信号を発生する側に倒すこ
とにより前記と同様の動作を行う。この場合、信
号q₂の極性は「−」となり、アームシリンダ７は
縮み動作を行い、ブーム６は最初伸長動作、相対
角度α₂が一定角度以下になると縮み動作をする。

このような従来装置には次のような欠点があつ
た。即ち、ブーム４とアーム５との相対角度が最
大又は最小となるのは、アームシリンダ８がどち
らかのストロークエンドに達した時である。この
時、操作者が依然として操作レバー１３を倒した
ままでいると、アーム５の動きは停止した状態で
あるのに信号q₂は発生し続けることとなる。した
がつて、第３図に示される関数発生器１４の相対
角度α₂の角度がα₂max又はα₂minの時点において
も、これに対応したq₁／q₂が出力として発生し、
乗算器１５でq₂が乗算されてブームシリンダ７へ
の信号q₁が指示されてしまい、ブーム４は動作し
続けることとなる。即ち、相対角度α₂がα₂minか
らα₂maxへ向つて移動して来て相対角度が
α₂maxに達した場合、アームシリンダ８は停止
したにも拘らずブームシリンダ７は縮み動作を続
け、ブーム４は下げられる方向に動くこととな
る。この結果、水平に掘削を行つてきても最後の
掘削部分で掘削が過度（即ち掘り過ぎてしまうこ
と）となり、水平に掘削するという所期の目的を
達成することができなくなる。又、相対角度α₂が
α₂maxからα₂minへ向つて移動した場合も、相対
角度がα₂minに達しアームシリンダ８が停止して
もブームシリンダ７は下げられる方向に動き、最
後の掘削部分において水平性がくずされることと
なる。

勿論、操作者が、アームシリンダ８のストロー
クエンドを感知して操作レバー１３を中立位置に
戻せば信号q₂は発生しないので、このような事態
は生じない。しかし、操作者がアームシリンダ８
のストロークエンドを感知することは極めて困難
であり、又、感知して直ちに操作レバー１３を中
立位置に戻したとしても、その間の一瞬にブーム
４が下がり、前記のような欠点を生じてしまうお
それがある。

本発明の目的は、油圧シヨベルにより地面を掘
削する場合、アームシリンダのストロークエンド
においても、油圧シヨベルに衝撃を与えることな
く、掘削の軌跡が乱れないようにし、最後まで所
定の軌跡の掘削ができる油圧シヨベルの作業軌跡
制御装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明は、下部走
行体と、上部旋回体と、ブーム、アーム、および
バケツトからなるフロント機構と、前記ブームを
駆動するブームシリンダと、前記アームを駆動す
るアームシリンダと、前記バケツトを駆動するバ
ケツトシリンダと、前記ブームと前記アームとの
相対位置を検出する検出器と、この検出器の検出
信号からブームシリンダ速度とアームシリンダ速
度との比を求める関数発生器と、前記比に応じて
前記ブームシリンダおよび前記アームシリンダへ
の流量を制御する流量制御手段とを備えた油圧シ
ヨベルの作業軌跡制御装置において、前記関数発
生器を、前記アームシリンダが少なくともストロ
ークエンド近傍の位置に達したとき前記ブームシ
リンダの動きを徐々に停止させる特性に設定した
ことを特徴とする。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。

本実施例の理解を容易にするため、第４図およ
び第５図ａ，ｂに示す装置について説明する。第
４図は油圧シヨベル作業軌跡制御装置のブロツク
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、その部分についての説明は省
略する。

第４図で１４ａ，１４ｂは第４図に示す制御装
置に使用される関数発生器であり、バケツト６の
回動中心ｃ点を水平移動させるような比q₁／q₂を
発生するものである。第５図ａは関数発生器１４
ａの、第５図ｂは関数発生器１４ｂの特性を示す
図である。関数発生器１４ａは第５図ａに示すよ
うに、ブーム４とアーム５との相対角度α₂が
α₂minからα₂maxに向かつて変化する（即ち、ア
ームシリンダ８が伸長動作する）場合のもので、
相対角度α₂がストロークエンドである最大角度
α₂maxより僅かに小さな角度α′₂maxからα₂max
までの間の角度において、その出力q₁／q₂を０と
する停止帯が設けられている。又、関数発生器１
４ｂは第５図ｂに示すように、相対角度α₂が
α₂maxからα₂minに向かつて変化する（即ち、ア
ームシリンダ８が縮み動作をする）場合のもの
で、相対角度α₂がストロークエンドである最小角
度α₂minより僅かに大きな角度α′₂minからα₂min
までの間の角度において、その出力q₁／q₂を０と
する停止帯が設けられている。

１６は切換装置で２つの接点Ａ，Ｂを有し、角
度計１１からの信号を関数発生器１４ａ又は１４
ｂへ選択して供給するための装置である。

２１は比較器で、操作レバー１３で発生した信
号q₂の極性、「＋」、「−」を判定し、「＋」の場合
は信号「１」を、「−」の場合は信号「０」を発
生する。比較器２１の出力信号「１」により、切
換装置１６は角度計１１からの信号を関数発生器
１４ａに接続し、出力信号「０」により関数発生
器１４ｂに接続する。

なお、他の構成は従来装置のものと同じであ
る。

第４図に示された制御装置の動作を説明する。

今、アーム５がブーム４に対して最も持ち上が
つた状態、即ち、相対角度α₂が最小の角度α₂min
の状態にあるとする。この状態から操作者が地面
を水平に掘削するために操作レバー１３を中立位
置から「＋」の信号を発生する側へ倒すと、操作
レバー１３はこれに応じた信号q₂を発生し、信号
q₂によりアームシリンダ８の流量調整機構１２ｂ
が作動してアームシリンダ８を信号q₂に応じた速
度で伸長せしめるので、ブーム４とアーム５との
相対角度α₂は大きくなつてゆく。信号q₂は「＋」
の極性なので、比較器２１には「＋」の信号が入
力され、その出力信号は「１」となる。したがつ
て、切換装置１６は関数発生器１４ａ側へ切り換
えられる。

相対角度α₂の信号は、切り換えられている関数
発生器１４ａに加えられ、関数発生器１４ａは相
対角度α₂に対応した比q₁／q₂を出力する。この出
力q₁／q₂には乗算器１５において信号q₂が乗ぜら
れるので、乗算器１５からは信号q₁が出力され
る。信号q₁により流量調整機構１２ａが作動し、
ブームシリンダ７は信号q₁に応じた速度で作動さ
れ、その結果、掘削は地面に平行に行われる。

相対角度α₂が第５図ａに示されるα′₂maxに達
すると、たとえその時操作レバー１３が倒された
ままであり信号q₂によりアーム５が動作を続けて
いても、関数発生器１４ａからの出力q₁／q₂は０
となり、乗算器１５からの信号q₁も０となる。し
たがつて、ブームシリンダ７の動作は停止し、ブ
ーム４もその下がり動作を停止する。さらにアー
ムシリンダ８が伸長して相対角度α₂が大きくな
り、α₂max（このとき、q₁／q₂＝０である。）にな
るとアームシリンダ８はストロークエンドに達し
てその動作を停止する。

次に、相対角度α₂がα₂maxからα₂minへ向かつ
て移行する場合、即ち、バケツト６を前方へ水平
に押す動作を行う場合について述べる。この場
合、操作レバー１３は中立位置から「−」の信号
を発生する側に倒される。操作レバー１３からの
信号q₂はアームシリンダ８を作動し、アーム５を
縮めるので、ブーム４とアーム５との相対角度α₂
は小さくなつてゆく。信号q₂は「−」の極性なの
で、比較器２１には「−」の信号が入力され、そ
の出力信号は「０」となる。したがつて、切換装
置１６は関数発生器１４ｂ側へ切り換えられる。

相対角度α₂の信号は、切り換えられている関数
発生器１４ｂに加えられ、関数発生器１４ｂは相
対角度α₂に対応して乗算器１５に信号q₁を出力さ
せる。ブームシリンダ７は信号q₁に応じた速度で
作動される。

相対角度α₂が第５図ｂに示されるα′₂minに達
すると、たとえその時操作レバー１３が倒された
ままであり、信号q₂によりアーム５が動作を続け
ていても、関数発生器１４ｂからの出力q₁／q₂は
０となり、乗算器１５からの信号q₁も０となる。
したがつて、ブームシリンダ７の動作は停止し、
ブーム４もその下がり動作を停止する。さらにア
ームシリンダ８が縮み相対角度α₂が小さくなり、
α₂min（このとき、q₁／q₂＝０である。）になると
アームシリンダ８はストロークエンドに達してそ
の動作を停止する。

なお、関数発生器１４ａ，１４ｂのα′₂maxか
らα₂maxまで及びα′₂minからα₂minまでの停止帯
の間隔は、作業軌跡を乱さないようにするため、
小さく設定されている。

以上の機構においては、２個の関数発生器１４
ａ，１４ｂを設け、操作レバー１３からの信号q₂
の極性「＋」、「−」を比較器２１で判定して切換
装置１６を作動し、ブーム４とアーム５との相対
角度の信号を前記関数発生器１４ａ，１４ｂのい
づれかに選択的に接続するようにし、関数発生器
１４ａ，１４ｂには、それぞれ相対角度α₂が
α₂max又はα₂minに達する僅か以前からその出力
が０となる停止帯を設定したので、アームシリン
ダ８がそのどちらのストロークエンドに達しても
水平掘削に乱れを生ずるようなことはない。とこ
ろで、上記構成では、角度α₂が角度α′₂max、
α′₂minに達したとき、信号q₁／q₂を突然「０」に
するため、油圧シヨベルに衝撃を与えてその操作
性を悪化させるばかりでなく、各部品の寿命に悪
影響を与えることとなる。本実施例ではこれを避
ける構成とされる。

第６図ａ，ｂは本発明の第１の実施例に係る油
圧シヨベルの作業軌跡制御装置に用いられる関数
発生器の特性を示すものであり、関数発生器１４
ａの特性が第６図ａに、関数発生器１４ｂの特性
が第６図ｂにそれぞれ示される。第５図ａ，ｂに
示される関数発生器１４ａ，１４ｂの特性は
α′₂maxからα₂maxまで、又はα′₂minからα₂min
までの期間その出力が０となるような停止帯が設
定されているが、第６図ａに示される関数発生器
１４ａの特性は、相対角度がα′₂maxからα₂max
に向かつて大きくなつてゆくにしたがつてその出
力であるq₁／q₂の値が徐々に減少してゆくように
設定され、又、第６図ｂに示される関数発生器１
４ｂの特性は、相対角度がα′₂minからα₂minに向
つて小さくなつてゆくにしたがつてその出力であ
るq₁／q₂の値が徐々に減少してゆくように設定さ
れている。

第６図ａ，ｂに示されるような特性の関数発生
器を用いると、ブーム４は徐々に速度を落して停
止することとなり、操作者に与える衝撃は大幅に
緩和されることとなり、操作性は向上し、油圧シ
ヨベル各部の寿命の短縮を抑制することができ
る。

第７図は本発明の制御装置の第２の実施例を示
すものである。

第７図に示される実施例と第１の実施例とが相
違する点は、第７図に示される実施例が第１の実
施例の流量調整機構１２ａと乗算器１５との間に
スイツチ２５を介在せしめた点のみであり、他の
点は全く同一である。

スイツチ２５は図から明らかなように、流量調
整機構１２ａを乗算器１５又はブームレバー２４
に対して選択的に接続することができる。

又、ブームレバー２４はアームレバー１３と同
様にその操作により、それに応じた信号を発生す
るようになつている。

スイツチ２５を乗算器１５の方に接続すると、
第４図に示される実施例と同一の動作をすること
となる。一方、スイツチ２５をブームレバー２４
の方に接続すると、ブームはブームレバー２４に
よつてのみ制御されることになる。

この第７図に示される実施例の装置は、特に関
数発生器１４ａ，１４ｂのいづれか一方のみを使
用したい場合に、スイツチ２５を切り換えるのみ
でその目的を達成することができるという効果を
有するものである。

なお、これまでの説明においては、水平掘削に
ついて述べたが、法面掘削その他種々の軌跡の掘
削、又は掘削だけでなく掘削した土等を運搬車に
移す場合の作業に対しても、必要な軌跡に応じた
関数発生器の特性を選定することにより、本発明
の制御装置を使用することができるものである。
さらに、これまでの説明では、ブーム４とアーム
５との位置関係を角度により検出するものとした
が、角度により検出するのみではなく、アームシ
リンダ８のストロークによつても検出することが
でき、要は、ブーム４とアーム５との相対位置が
検出できればよい。

以上述べたように、本発明の油圧シヨベルの作
業軌跡制御装置は、アームシリンダがそのストロ
ークエンド近傍に達したときブームシリンダを作
動させる信号を徐々に０としてブームシリンダを
減速停止させるようにしたので、油圧シヨベルに
衝撃を与えることなく、アームシリンダのストロ
ークエンドにおける過度の掘削のような掘削軌跡
の乱れを完全になくすことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は油圧シヨベルの概略構成を示す側面
図、第２図は従来の油圧シヨベルの作業軌跡制御
装置のブロツク図、第３図は第２図に示される従
来の制御装置に用いられる関数発生器の特性を示
す図、第４図は油圧シヨベルの作業軌跡制御装置
のブロツク図、第５図ａおよび第５図ｂは第４図
に示す制御装置に用いられる関数発生器の特性の
第１の実施例を示す図、第６図ａおよび第６図ｂ
は本発明の実施例に係る制御装置に用いられる関
数発生器の特性の他の実施例を示す図、第７図は
本発明の第２の実施例に係る油圧シヨベルの作業
軌跡制御装置のブロツク図である。 １……上部旋回体、２……下部走行体、３……
フロント機構、４……ブーム、５……アーム、６
……バケツト、７……ブームシリンダ、８……ア
ームシリンダ、９……バケツトシリンダ、１１…
…角度計、１２ａ，１２ｂ……流量調整機構、１
３……操作レバー、１４，１４ａ，１４ｂ……関
数発生器、１５……乗算器、１６，１６ａ……ス
イツチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 下部走行体と、上部旋回体と、ブーム、アー
   ム、およびバケツトからなるフロント機構と、前
   記ブームを駆動するブームシリンダと、前記アー
   ムを駆動するアームシリンダと、前記バケツトを
   駆動するバケツトシリンダと、前記ブームと前記
   アームとの相対位置を検出する検出器と、この検
   出器の検出信号からブームシリンダ速度とアーム
   シリンダ速度との比を求める関数発生器と、前記
   比に応じて前記ブームシリンダおよび前記アーム
   シリンダへの流量を制御する流量制御手段とを備
   えた油圧シヨベルの作業軌跡制御装置において、
   前記関数発生器を、前記アームシリンダが少なく
   ともストロークエンド近傍の位置に達したとき前
   記ブームシリンダの動きを徐々に停止させる特性
   に設定したことを特徴とする油圧シヨベルの作業
   軌跡制御装置。