JPH0324933B2 - - Google Patents
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- JPH0324933B2 JPH0324933B2 JP17171085A JP17171085A JPH0324933B2 JP H0324933 B2 JPH0324933 B2 JP H0324933B2 JP 17171085 A JP17171085 A JP 17171085A JP 17171085 A JP17171085 A JP 17171085A JP H0324933 B2 JPH0324933 B2 JP H0324933B2
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- boom
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
- E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
- E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
- E02F3/36—Component parts
- E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
- E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
- E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
- E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
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- Operation Control Of Excavators (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、高精度の制御が可能な油圧シヨベル
の掘削制御装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an excavation control device for a hydraulic excavator that is capable of highly accurate control.
(従来技術)
従来、油圧シヨベルの掘削を制御する装置とし
て、たとえば特公昭57−28771号公報のように、
アーム押しに追従してブームを自動的に下げるよ
うに制御し、バケツトを一定の高さに保持しなが
ら水平押出しを行う装置が知られている。この装
置は、水平押出しのためのバケツトの目標高さ
と、アーム押しによつて変化するバケツトの現在
高さとの偏差に応じた流量制御信号をブーム系に
フイードバツクし、この信号によりブーム用電磁
油圧切替弁を切替え、ブームシリンダを伸縮させ
てブームを下げるようにフイードバツク制御し、
バケツトを水平移動させるようにしたものであ
る。この場合、上記バケツトの高さ偏差をブーム
シリンダの流量に対応するブーム用電磁油圧切替
弁の切替量に変換するために、所定のフイードバ
ツクゲインを乗じてブーム用電磁油圧切換弁に対
する制御信号を算出している。(Prior Art) Conventionally, as a device for controlling excavation with a hydraulic excavator, for example, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-28771,
There is known a device that automatically lowers the boom in accordance with arm pushing and horizontally pushes out the bucket while holding the bucket at a constant height. This device feeds back a flow rate control signal to the boom system according to the deviation between the target height of the bucket for horizontal extrusion and the current height of the bucket that changes as the arm is pushed, and uses this signal to switch the boom electrohydraulic. Feedback control is performed by switching the valve, extending and contracting the boom cylinder, and lowering the boom.
It is designed to move the bucket horizontally. In this case, in order to convert the height deviation of the bucket into the switching amount of the boom electrohydraulic switching valve corresponding to the flow rate of the boom cylinder, the control signal for the boom electrohydraulic switching valve is multiplied by a predetermined feedback gain. is being calculated.
ところでこの種の油圧シヨベルは、ブームとア
ームおよびバケツトの関節運動の制御であり、上
部旋回体に対するバケツトの上下方向および前後
方向の位置の相違、すなわちバケツトの位置が高
い場合と低い場合、およびブームとアームの相対
角度が大きい場合と小さい場合で、アームおよび
ブームの回動角度に対するバケツトの高さの変化
量が異なり、かつ、慣性モーメントの働きにより
応答速度も異なるものである。 By the way, this type of hydraulic excavator controls the joint movements of the boom, arm, and bucket, and the difference in the position of the bucket in the vertical and longitudinal directions relative to the upper revolving structure, i.e., when the bucket is in a high or low position, and the boom The amount of change in the height of the bucket with respect to the rotation angle of the arm and boom differs depending on whether the relative angle of the arm and the boom is large or small, and the response speed also differs due to the action of the moment of inertia.
しかし、上記従来のフイードバツク制御は、単
にバケツトの高さ偏差に一定のフイードバツクゲ
インを乗じてブーム用電磁油圧切換弁に対する制
御信号を演算するだけに過ぎないため、バケツト
の位置に応じた高精度の制御が困難であつた。と
くに急速に操作した場合、それだけ最初の偏差が
大きく、その大きな偏差に応じた制御をするため
には、上記フイードバツクゲインを大きくする必
要があり、そのフイードバツクゲインを大きくし
過ぎると、制御過多になつて目標値を越えてしま
い、次いで、それを戻す制御が行われ、その繰返
しによりハンチングが生じることになる。また、
大型の油圧シヨベルの場合、慣性モーメントが大
きく、応答遅れがあるために上記の現象が顕著で
ある。 However, the conventional feedback control described above simply calculates a control signal for the boom electrohydraulic switching valve by multiplying the bucket height deviation by a constant feedback gain, so the height deviation depends on the bucket position. It was difficult to control accuracy. In particular, when the operation is rapid, the initial deviation is large, and in order to control according to the large deviation, it is necessary to increase the feedback gain mentioned above.If the feedback gain is made too large, The target value is exceeded due to excessive control, and then control is performed to return the target value, and this repetition causes hunting. Also,
In the case of large hydraulic excavators, the above phenomenon is noticeable because the moment of inertia is large and there is a delay in response.
(発明の目的)
本発明は、このような従来の問題を解消するた
めになされたものであり、急速に操作した場合で
あつても、また、大型機であつても、バケツトの
位置に応じて常に的確に制御でき、ハンチングが
生じることなく、高精度に制御できる油圧シヨベ
ルの掘削制御装置を提供するものである。(Purpose of the Invention) The present invention has been made in order to solve such conventional problems. The present invention provides an excavation control device for a hydraulic excavator that can always accurately control the excavation control device without causing hunting and can be controlled with high precision.
(発明の構成)
本発明は、油圧シヨベルのブーム、アーム、バ
ケツトの各作業機のうち、一の作業機を基準作業
機、他の一の作業機を追従作業機とし、基準作業
機の作動機構と、その作動機構に対する手動操作
手段と、追従作業機の作動機構と、この追従作業
機の作動機構に対し上記基準作業機の作動に追従
して追従作業機を作動させる信号を送る制御機構
とを具備し、上記制御機構は、上部旋回体に対す
るバケツトの現在位置を測定する検出手段と、同
バケツトの目標位置を決める設定手段と、バケツ
トの現在位置と目標位置との偏差にフイードバツ
クゲインを乗じて上記追従作業機の作動機構に対
するフイードバツク量を演算する手段と、上記バ
ケツトの位置によつて変動する基準作業機の移動
量と追従作業機の移動量との関係に基いてバケツ
トの現在位置に応じた補正値を求める補正手段
と、上記フイードバツク量と補正値とに基いて追
従作業機の作動量相当信号を出力する信号発生手
段とを具備していることを特徴とするものであ
る。(Structure of the Invention) The present invention provides for the operation of the reference work machine by using one of the boom, arm, and bucket work machines of a hydraulic excavator as a reference work machine and the other work machine as a follow-up work machine. a mechanism, a manual operating means for the operating mechanism, an operating mechanism for a follow-up work machine, and a control mechanism that sends a signal to the follow-up work machine operating mechanism to operate the follow-up work machine in accordance with the operation of the reference work machine. The control mechanism includes a detection means for measuring the current position of the bucket cart with respect to the upper revolving structure, a setting means for determining the target position of the bucket cart, and a means for providing feedback on the deviation between the current position and the target position of the bucket cart. A means for calculating the amount of feedback to the operating mechanism of the following work equipment by multiplying by a gain, and a means for calculating the amount of feedback to the operating mechanism of the following work equipment, and calculating the amount of feedback of the bucket based on the relationship between the movement amount of the reference work equipment and the movement amount of the follow-up work equipment, which vary depending on the position of the bucket. The present invention is characterized by comprising a correction means for obtaining a correction value according to the current position, and a signal generation means for outputting a signal corresponding to the operating amount of the following work machine based on the feedback amount and the correction value. be.
これにより、偏差によるフイードバツク制御に
対し、バケツトの現在位置に応じた補正を行い、
制御性能を高めるようにしている。 As a result, feedback control due to deviation is corrected according to the current position of the bucket.
We are trying to improve control performance.
(実施例)
まず油圧シヨベルの全体構成を第7図によつて
説明する。同図において、1は下部走行体で、そ
の上部に上部旋回体2が旋回自在に設けられてい
る。上部旋回体2にはブーム3の基部がピン9に
より起伏自在に支持され、ブーム3の先端にアー
ム4の基部がピン10により回動自在に取付けら
れ、アーム4の先端にバケツト5がピン11によ
り回動自在に取付けられている。ブームシリンダ
6の基部はピン(図示省略)により上部旋回体2
に取付けられ、そのロツド先端がピン12により
ブーム3に連結されている。アームシリンダ7の
基部はピン(図示省略)によりブーム3に取付け
られ、そのロツド先端がピン13によりアーム4
に連結されている。バケツトシリンダ8の基部は
ブーム3の先端近くに取付けられ、そのロツド先
端と、アーム4の先端近くにピン15により取付
けられたリンク16の先端と、バケツト5にピン
17により取付けられたリンク18の先端とがピ
ン19により連結されている。(Example) First, the overall structure of a hydraulic excavator will be explained with reference to FIG. 7. In the figure, reference numeral 1 denotes a lower traveling body, and an upper rotating body 2 is rotatably provided on the upper part of the lower traveling body. The base of a boom 3 is supported by a pin 9 on the upper revolving body 2 so that it can be raised and lowered freely, the base of an arm 4 is rotatably attached to the tip of the boom 3 by a pin 10, and a bucket 5 is attached to the tip of the arm 4 by a pin 11. It is rotatably mounted. The base of the boom cylinder 6 is connected to the upper rotating structure 2 by a pin (not shown).
The rod tip is connected to the boom 3 by a pin 12. The base of the arm cylinder 7 is attached to the boom 3 with a pin (not shown), and the tip of the rod is attached to the arm 4 with a pin 13.
is connected to. The base of the bucket cylinder 8 is attached near the tip of the boom 3, and the rod tip thereof, the tip of a link 16 attached by a pin 15 near the tip of the arm 4, and the link 18 attached to the bucket 5 by a pin 17. are connected to the tip by a pin 19.
第1図は制御系のブロツク図であり、同図にお
いて、20はアーム用操作レバー、21はその操
作量検出器、22はコントローラ、23はアーム
用操作弁、24はアーム用方向制御弁、25は手
動自動切替スイツチ、26はブーム用操作レバ
ー、27はその操作量検出器、28はブーム用操
作弁、29はブーム用方向制御弁を示す。上記各
操作量検出器21,27はたとえばポテンシヨメ
ータで構成されて各レバー20,26に付設さ
れ、各レバー20,26の操作量に応じた操作信
号をコントローラ22に送る。手動自動切替スイ
ツチ25は手動か自動かを選択し、それに応じて
コントローラ22から上記各操作信号をそのま
ま、もしくは後述するように演算処理された制御
信号を出力させる。上記各操作弁23,28はた
とえば電磁比例減圧弁にて構成され、上記コント
ローラ22からの制御信号(電気信号)を入力
し、その入力信号に応じた油圧信号(パイロツト
圧)を出力し、その油圧信号によつて方向制御弁
24,29のスプールを制御し、これによつてア
ームシリンダ7およびブームシリンダ6を伸縮さ
せ、アーム4およびブーム3を回動させる。 FIG. 1 is a block diagram of the control system, in which 20 is the arm operation lever, 21 is its operation amount detector, 22 is the controller, 23 is the arm operation valve, 24 is the arm directional control valve, 25 is a manual automatic changeover switch, 26 is a boom operation lever, 27 is an operation amount detector thereof, 28 is a boom operation valve, and 29 is a boom directional control valve. Each of the operation amount detectors 21 and 27 is formed of a potentiometer, for example, and is attached to each lever 20 and 26, and sends an operation signal to the controller 22 according to the amount of operation of each lever 20 and 26. The manual/automatic changeover switch 25 selects manual or automatic, and accordingly causes the controller 22 to output each of the above-mentioned operation signals as they are, or a control signal that has been subjected to arithmetic processing as described below. Each of the operating valves 23 and 28 is constituted by, for example, an electromagnetic proportional pressure reducing valve, receives a control signal (electrical signal) from the controller 22, outputs a hydraulic signal (pilot pressure) according to the input signal, and outputs a hydraulic signal (pilot pressure) according to the input signal. The spools of the directional control valves 24 and 29 are controlled by the hydraulic signal, thereby extending and contracting the arm cylinder 7 and boom cylinder 6, and rotating the arm 4 and boom 3.
30はブーム傾角検出器、31はアーム傾角検
出器であり、各検出器30,31はたとえばポテ
ンシヨメータで構成されて各ピン9,10に装着
され、ピン9を通り上部旋回体2の旋回中心C0
と平行な鉛直線C1を基準として上部旋回体2に
対するブーム3の傾角θ1およびブーム3に対する
アーム4の傾角θ2をそれぞれ測定し、それらの測
定値に応じた信号を出力する。 30 is a boom inclination angle detector, 31 is an arm inclination angle detector, and each detector 30, 31 is composed of, for example, a potentiometer, and is attached to each pin 9, 10, and the rotation of the upper revolving structure 2 passes through the pin 9. center C 0
The inclination angle θ 1 of the boom 3 with respect to the upper revolving structure 2 and the inclination angle θ 2 of the arm 4 with respect to the boom 3 are measured with respect to a vertical line C 1 parallel to the above, and a signal corresponding to these measured values is output.
32はバケツト現在位置演算器で、この演算器
32と上記両傾角検出器30,31によりバケツ
ト5の現在位置検出手段を構成している。すなわ
ちこの演算器32により、上記ブーム傾角検出器
30から入力したブーム3の傾角θ1と、ブーム3
の長さl1(ピン9とピン10との距離)とに基い
てピン9からピン10までの高さh1=l1 cosθ1を
計算するとともに、アーム4の絶対角θ20=θ1+
θ2と、アーム4の長さl2(ピン10とピン11と
の距離)とに基いてピン10からピン11までの
高さh2=l2 cosθ20を計算し、そして、上記両高さ
h1,h2の和によりピン9からピン11までの高さ
Z=l1 cosθ1+l2 cosθ20を計算し、この高さZを
バケツト5の現在位置とする。 Reference numeral 32 denotes a bucket cart current position calculator, and this calculator 32 and the two tilt angle detectors 30 and 31 constitute current position detecting means for the bucket cart 5. That is, this calculator 32 calculates the inclination angle θ 1 of the boom 3 inputted from the boom inclination detector 30 and the boom 3
Based on the length l 1 (distance between pins 9 and 10), calculate the height h 1 = l 1 cosθ 1 from pin 9 to pin 10, and calculate the absolute angle θ 20 = θ 1 of arm 4. +
Based on θ 2 and the length l 2 (distance between pins 10 and 11) of arm 4, calculate the height h 2 =l 2 cos θ 20 from pin 10 to pin 11, and then calculate the above two heights. difference
The height Z=l 1 cos θ 1 +l 2 cos θ 20 from the pin 9 to the pin 11 is calculated from the sum of h 1 and h 2 , and this height Z is set as the current position of the bucket 5 .
33は目標値設定器で、水平押出し開始時にお
けるバケツト5の位置すなわち高さZ0=l1・
cosθ1+l2・cosθ20を目標値として記憶する。比較
器34は上記目標値設定器33から入力された目
標値Z0と、バケツト現在位置演算器32から入力
された現在位置Zとに基いてその高さ偏差ΔZ=
Z0−Zを計算する。ブーム角度偏差演算器35は
比較器34から入力された高さ偏差ΔZに基いて
ブーム角度偏差Δθ1=−ΔZ/(l1 cosθ1)を計算
する。フイードバツク量演算器36は上記演算器
35から入力されたブーム角度偏差Δθ1に所定の
フイードバツクゲイン(流量換算係数)を乗じて
ブーム角度偏差Δθ1に応じたフイードバツク量
(ブームシリンダ6の流量)Ub0を計算する。 33 is a target value setting device that determines the position of the bucket 5 at the start of horizontal extrusion, that is, the height Z 0 =l 1・
Cosθ 1 +l 2 ·cosθ 20 is stored as the target value. The comparator 34 calculates the height deviation ΔZ= based on the target value Z 0 input from the target value setter 33 and the current position Z input from the bucket current position calculator 32.
Calculate Z 0 −Z. The boom angle deviation calculator 35 calculates the boom angle deviation Δθ 1 =−ΔZ/(l 1 cosθ 1 ) based on the height deviation ΔZ input from the comparator 34 . The feedback amount calculator 36 multiplies the boom angle deviation Δθ 1 inputted from the calculator 35 by a predetermined feedback gain (flow rate conversion coefficient) to calculate the feedback amount (flow rate of the boom cylinder 6) corresponding to the boom angle deviation Δθ 1 . ) Calculate Ub 0 .
37は高さ補正器で、上記演算器32から入力
されたバケツト5の現在高さZに応じた高さ補正
ゲインKZを計算する。この高さ補正ゲインKZは
上記高さZの関数であり、上記高さZに応じて変
動するところの、高さZの変位量とアーム4の回
動量との関係を比率で表し、その比率を高さ補正
ゲインKZとして上記高さZから求めるもので、
たとえば第2図に示すように高さ補正ゲインKZ
を高さZの最低点Zminからある中間点まではほ
ぼ一定にし、その中間点から最高点Zmaxに至る
程次第に小さくする。 A height corrector 37 calculates a height correction gain KZ according to the current height Z of the bucket 5 inputted from the arithmetic unit 32. This height correction gain KZ is a function of the height Z, and the relationship between the amount of displacement of the height Z and the amount of rotation of the arm 4, which varies depending on the height Z, is expressed as a ratio, and the ratio is is calculated from the above height Z as the height correction gain KZ,
For example, as shown in Figure 2, the height correction gain KZ
is kept almost constant from the lowest point Zmin of the height Z to a certain intermediate point, and gradually decreases from the intermediate point to the highest point Zmax.
38はマーム角補正器で、アーム傾角検出器3
1から入力されたアーム4の傾角θ2に応じた角度
補正ゲインKθ2を計算する。この角度補正ゲイン
Kθ2はアーム傾角θ2の関数であり、その傾度θ2に
応じて変動するところの、アーム4の回動量と高
さZの変位量との関係を比率で表し、その比率を
角度補正ゲインKZとして上記アーム傾角θ2から
求めるもので、たとえば第3図に示すようにアー
ム傾角θ2が大きくなる程角度補正ゲインKθ2を大
きくする。なお、上記高さ補正ゲインKZおよび
角度補正ゲインKθ2は、ブーム3およびアーム4
の長さl1,l2、重量その他機械のパラメータによ
つて決まるもので、実際には曲線状となるが、第
2図、第3図では分り易くするために直線的に図
示している。 38 is a arm angle corrector, and arm tilt angle detector 3
An angle correction gain Kθ 2 corresponding to the inclination angle θ 2 of the arm 4 input from 1 is calculated. This angle correction gain
Kθ 2 is a function of arm inclination θ 2 , and the relationship between the amount of rotation of arm 4 and the amount of displacement of height Z, which varies according to the inclination θ 2 , is expressed as a ratio, and the ratio is the angle correction gain. KZ is determined from the arm inclination angle θ 2 . For example, as shown in FIG. 3, the angle correction gain Kθ 2 is increased as the arm inclination angle θ 2 becomes larger. Note that the above height correction gain KZ and angle correction gain Kθ 2 apply to boom 3 and arm 4.
It is determined by the lengths l 1 , l 2 , weight, and other machine parameters, and in reality it is curved, but in Figures 2 and 3, it is shown as a straight line for ease of understanding. .
乗算器39,40は上記演算器36により計算
されたフイードバツク量Ub0に高さ補正器37で
計算された高さ補正ゲインKZおよび角度補正器
38により計算された角度補正ゲインKθ2を乗じ
て補正されたフイードバツク量Ub1およびUb2を
順次計算する。 Multipliers 39 and 40 multiply the feedback amount Ub 0 calculated by the calculator 36 by the height correction gain KZ calculated by the height corrector 37 and the angle correction gain Kθ 2 calculated by the angle corrector 38. Corrected feedback amounts Ub 1 and Ub 2 are calculated sequentially.
41は上記補正されたフイードバツク量Ub2か
らブーム用方向制御弁29のスプール制御信号
Uiを求める信号発生器である。なお、フイード
バツク量Ub2はブームシリンダ6の伸縮量に対応
した流量相当信号であり、その流量は方向制御弁
29の開口面積aとほぼ比例し、開口面積aはス
プールストロークsによつて決まる。そこで、ま
ず第4図aに示す方向制御弁29のスプールスト
ロークsと開口面積aとの関係(非線形特性)に
基いて、その関係を同図bのように逆に書換え、
そして、上記フイードバツク量Ub2に対応した開
口面積aからスプールストロークsを求め、その
スプールストロークsに対応したスプール制御信
号Uiを出力させるようにする。すなわちフイー
ドバツク量Ub2とスプール制御信号Uiとの関係
は、方向制御弁29のスプールストロークsと開
口面積aとの関係の逆関数となる。なお、上記フ
イードバツク量Ub2に対応した開口面積aと、ス
プールストロークsに対応したスプール制御信号
Uiとの関係を第5図のように線形化してもよい。 41 is a spool control signal of the boom directional control valve 29 from the above corrected feedback amount Ub 2 .
This is a signal generator that calculates Ui. The feedback amount Ub2 is a flow rate equivalent signal corresponding to the amount of expansion and contraction of the boom cylinder 6, and the flow rate is approximately proportional to the opening area a of the directional control valve 29, and the opening area a is determined by the spool stroke s. Therefore, first, based on the relationship (nonlinear characteristics) between the spool stroke s and the opening area a of the directional control valve 29 shown in FIG. 4a, the relationship is reversed as shown in FIG.
Then, the spool stroke s is determined from the opening area a corresponding to the feedback amount Ub2 , and the spool control signal Ui corresponding to the spool stroke s is output. That is, the relationship between the feedback amount Ub2 and the spool control signal Ui is an inverse function of the relationship between the spool stroke s and the opening area a of the directional control valve 29. In addition, the opening area a corresponding to the above feedback amount Ub 2 and the spool control signal corresponding to the spool stroke s.
The relationship with Ui may be linearized as shown in FIG.
上記の構成において、バケツト5の自動水平押
出しを行う場合、切替スイツチ25を自動にし、
アーム用操作レバー20をアーム押し方向に操作
すると、そのレバー20の操作量に応じた操作信
号Mが検出器21からコントローラ22を経てア
ーム用操作弁23に送られ、操作弁23が作動さ
れるとともに、その二次側に上記操作量Mに応じ
たパイロツト圧Piが導かれてアーム用方向制御弁
24がアーム押し側に切替えられ、アームシリン
ダ7が伸ばされ、アーム4が押出される。 In the above configuration, when performing automatic horizontal extrusion of the bucket 5, the changeover switch 25 is set to automatic,
When the arm operating lever 20 is operated in the arm pushing direction, an operating signal M corresponding to the operating amount of the lever 20 is sent from the detector 21 to the arm operating valve 23 via the controller 22, and the operating valve 23 is operated. At the same time, a pilot pressure Pi corresponding to the operation amount M is introduced to the secondary side, the arm direction control valve 24 is switched to the arm pushing side, the arm cylinder 7 is extended, and the arm 4 is pushed out.
このとき、各傾角検出器30,31によりブー
ル傾角θ1、アーム傾角θ2が検出され、演算器32
によりバケツト5の現在位置Zが求められ、上記
水平押出し開始点を基準として目標値設定器33
に設定された目標値Z0と上記現在位置Zとに基い
て比較器34により高さの偏差ΔZが計算され、
ブーム角度偏差演算器35により上記高さ偏差
ΔZに対応するブーム傾角の偏差Δθ1が演算され、
フイードバツク量演算器36により上記角度偏差
Δθ1に対応したブームシリンダ6の流量に相当す
るフイードバツク量Ub0が演算される。一方、高
さ補正器37により上記高さZに応じた高さ補正
ゲインKZが計算されるとともに、アーム角補正
器38によりアーム傾角θ2に応じた角度補正ゲイ
ンKθ2が計算される。 At this time, the Boolean inclination θ 1 and the arm inclination θ 2 are detected by the inclination detectors 30 and 31, and the arithmetic unit 32
The current position Z of the bucket 5 is determined by
A height deviation ΔZ is calculated by the comparator 34 based on the target value Z0 set in 0 and the current position Z,
The boom angle deviation calculator 35 calculates the boom inclination deviation Δθ 1 corresponding to the height deviation ΔZ,
The feedback amount calculator 36 calculates the feedback amount Ub 0 corresponding to the flow rate of the boom cylinder 6 corresponding to the angular deviation Δθ 1 . On the other hand, the height corrector 37 calculates a height correction gain KZ according to the height Z, and the arm angle corrector 38 calculates an angle correction gain Kθ 2 according to the arm inclination angle θ 2 .
次いで、乗算器39,40により上記フイード
バツク量Ub0に高さ補正ゲインKZおよび角度補
正ゲインKθ2を乗じて補正されたフイードバツク
量Ub1,Ub2が順次計算され、信号発生器41に
よりブーム3の作動量相当信号としてブーム用方
向制御弁29のスプールストローク制御信号Ui
が計算され、この信号Uiがコントローラ22に
入力される。そして、コントローラ22から上記
制御信号Uiがブーム用操作弁28に入力され、
同操作弁28から上記信号Uiに応じたパイロツ
ト圧Upがブーム用方向制御弁29に送られ、こ
の方向制御弁29のスプールが上記パイロツト圧
Upに応じたストロークだけブーム下げ方向に切
替えられ、ブームシリンダ6が縮められ、ブーム
3が上記偏差Δθ1に対応した角度だけ下げられる
とともに、バケツト5が上記偏差ΔZに対応した
量だけ下げられる。 Next, the multipliers 39 and 40 multiply the feedback amount Ub 0 by the height correction gain KZ and the angle correction gain Kθ 2 to calculate corrected feedback amounts Ub 1 and Ub 2 in sequence, and the signal generator 41 calculates the corrected feedback amounts Ub 1 and Ub 2 in order. The spool stroke control signal Ui of the boom directional control valve 29 is used as a signal corresponding to the operating amount of
is calculated, and this signal Ui is input to the controller 22. Then, the control signal Ui is inputted from the controller 22 to the boom operation valve 28,
The pilot pressure Up corresponding to the signal Ui is sent from the operation valve 28 to the boom directional control valve 29, and the spool of this directional control valve 29 adjusts to the above pilot pressure.
The boom is switched to the lowering direction by the stroke corresponding to Up, the boom cylinder 6 is retracted, the boom 3 is lowered by an angle corresponding to the deviation Δθ 1 , and the bucket 5 is lowered by an amount corresponding to the deviation ΔZ.
こうして、アーム用操作レバー20をアーム押
し方向に操作するだけで、アームシリンダ7を伸
ばしてアーム4を押出すとともに、このアーム押
しに追従してブームシリンダ6を縮めてブーム3
を下げ、バケツト5の自動水平押出しが行われ
る。この場合、単にバケツト5の高さ偏差ΔZお
よびブーム3の角度偏差Δθ1に基づくフイードバ
ツク量Ub0をそのままブーム用操作弁28にフイ
ードバツクするのではなく、そのフイードバツク
量Ub0を高さ補正ゲインKZおよび角度補正ゲイ
ンKθ2により補正(乗算)し、さらに、信号発生
器41によりスプール制御信号Uiに直し、コン
トローラ22を経てブーム用操作弁28に入力さ
せ、この操作弁28によりブーム用方向制御弁2
9を切替えてブームシリンダ6を縮め、ブーム3
を下げるようにしている。このため、バケツト5
が低い位置から制御開始する場合、高い位置から
制御開始する場合、上部旋回体に近い位置から制
御開始する場合、上部旋回体から離れた位置から
制御開始する場合のいずれの場合であつても、か
つ、急速にアーム操作した場合であつても、ハン
チングが生じることなく、円滑に高精度に水平押
出しさせることができる。 In this way, by simply operating the arm control lever 20 in the arm pushing direction, the arm cylinder 7 is extended to push out the arm 4, and following this arm pushing, the boom cylinder 6 is retracted and the boom 3 is pushed out.
is lowered, and automatic horizontal extrusion of the bucket 5 is performed. In this case, instead of simply feeding back the feedback amount Ub 0 based on the height deviation ΔZ of the bucket 5 and the angular deviation Δθ 1 of the boom 3 to the boom operating valve 28, the feedback amount Ub 0 is transferred to the height correction gain KZ. is corrected (multiplied) by the angle correction gain Kθ 2 , converted into a spool control signal Ui by the signal generator 41, inputted to the boom operating valve 28 via the controller 22, and the boom directional control valve 28 is controlled by the operating valve 28. 2
9 to retract boom cylinder 6, and boom 3
I'm trying to lower it. For this reason, Bucket 5
Regardless of whether the control is started from a low position, when the control is started from a high position, when the control is started from a position close to the revolving superstructure, or when the control is started from a position far from the revolving superstructure, Moreover, even when the arm is operated rapidly, horizontal extrusion can be performed smoothly and with high precision without causing hunting.
なお、自動でアーム用操作レバー20をアーム
引き方向に操作すれば、上記と同様の制御でアー
ム引きに追従してブーム上げを行い、バケツト5
の自動水平引込みをが行われる。 In addition, if the arm control lever 20 is automatically operated in the arm pulling direction, the boom will be raised following the arm pulling with the same control as above, and the bucket 5 will be raised.
Automatic horizontal retraction is performed.
また、切替スイツチ25を手動に切替え、各操
作レバー20,27(ただしバケツト系は図示省
略)を操作することによりブーム3、アーム4、
バケツト5を個々に操作できることはいうまでも
ない。 In addition, by switching the changeover switch 25 to manual mode and operating each operating lever 20, 27 (however, the bucket system is not shown), the boom 3, arm 4,
Needless to say, Bucket 5 can be operated individually.
第6図は別の実施例を示すものであり、この実
施例は第1図の制御系にアーム角速度検出器4
2、ブーム角速度換算器43、フイードフオワー
ド量演算器44によるフイードフオワード制御を
付加したものである。なお、第6図において、第
1図と同一部分には同一符号を付している。 FIG. 6 shows another embodiment, in which an arm angular velocity detector 4 is added to the control system of FIG.
2. Feedforward control using a boom angular velocity converter 43 and a feedforward amount calculator 44 is added. In FIG. 6, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals.
上記アーム角速度検出器42は、ブーム傾角検
出器30とアーム傾角検出器31から入力されか
つ時々刻々変化するブーム傾角θ1とアーム傾角θ2
に基いてアーム絶対角θ20の変化率つまり角速度
ωθ20を測定する。ブーム角速度換算器42は上
記アーム角速度ωθ20と、ブーム3およびアーム
4の長さl1,l2と、ブーム傾角θ1と、アーム傾角
θ2に基いてブーム角換算速度ωθ1=ωθ20(−l2
sinθ20)/(l1 sinθ1)を計算する。フイードフオ
ワード量演算器43は、上記ブーム角換算速度
ωθ1にフイードフオワードゲインを乗じてフイー
ドフオワード量Ufを計算する。加算器44は上
記乗算器40から出力されたフイードバツク量
Ub2に上記フイードフオワード量Ufを加算してブ
ームシリンダ6の伸縮量に対応した流量に相当す
る制御信号U0を計算する。そして、この制御信
号U0に基いて信号発生器41によりスプール制
御信号Uiを出力させ、以下、上記と同様の制御
を行わせることにより、より正確な制御が行わ
れ、制御精度を大幅に向上させることができるの
である。 The arm angular velocity detector 42 receives boom inclination angle θ 1 and arm inclination angle θ 2 which are inputted from the boom inclination angle detector 30 and the arm inclination angle detector 31 and which change every moment .
Based on this, the rate of change of the arm absolute angle θ 20 , that is, the angular velocity ωθ 20 is measured. The boom angular velocity converter 42 calculates the boom angular velocity ωθ 1 = ωθ 20 based on the arm angular velocity ωθ 20, the lengths l 1 and l 2 of the boom 3 and the arm 4, the boom inclination θ 1 , and the arm inclination θ 2 . (−l 2
Calculate sinθ 20 )/(l 1 sinθ 1 ). The feed forward amount calculator 43 calculates the feed forward amount Uf by multiplying the boom angle conversion speed ωθ 1 by the feed forward gain. The adder 44 receives the feedback amount output from the multiplier 40.
The control signal U 0 corresponding to the flow rate corresponding to the amount of expansion and contraction of the boom cylinder 6 is calculated by adding the feed forward amount Uf to Ub 2 . Then, based on this control signal U0 , the signal generator 41 outputs the spool control signal Ui, and the same control as above is performed thereafter, so that more accurate control is performed and the control accuracy is greatly improved. It is possible to do so.
ところで、上記各実施例ではアーム4を基準作
業機、ブーム3を追従作業機とし、アーム4の押
または引き操作に追従してブームを下げまたは上
げてバケツト5の自動水平押出しまたは自動水平
引き込みを行うようにしたが、逆にブーム3を基
準作業機、アーム4を追従作業機とし、ブーム3
の操作に追従してアーム4を作動させるようにし
てもよい。 By the way, in each of the above embodiments, the arm 4 is used as a reference work device, and the boom 3 is used as a follow-up work device, and the boom is lowered or raised in accordance with the push or pull operation of the arm 4 to automatically horizontally push out or pull in the bucket 5. However, conversely, boom 3 is used as the reference work equipment, arm 4 is used as the follow-up work equipment, and boom 3
The arm 4 may be actuated following the operation.
また図例では、バケツト5の制御系を図示省略
しているが、たとえばバケツト5に掬い込んだ荷
をブーム上げ操作だけで放出位置まで上げる場
合、ブーム3を基準作業機、バケツト5を追従作
業機とし、上記と同様の機構でブーム上げに追従
してアーム4に対するバケツト5の傾角を補正
し、荷が零れないように制御することを容易に可
能である。 In addition, although the control system of the bucket 5 is not shown in the diagram, for example, when lifting a load scooped into the bucket 5 to the discharge position by simply lifting the boom, the boom 3 is used as the standard work equipment, and the bucket 5 is used for follow-up work. It is possible to easily control the load so that it does not spill by correcting the inclination angle of the bucket cart 5 with respect to the arm 4 in accordance with the lifting of the boom using a mechanism similar to that described above.
(発明の効果)
以上のように本発明は、バケツトの高さ偏差に
よるフイードバツク制御だけでなく、そのフイー
ドバツク制御に対し、バケツトの現在位置に応じ
た補正を行うようにしたものであり、これによつ
て急速に操作した場合であつても、また、大型機
であつても、バケツトの位置に応じて常に的確に
制御でき、ハンチングが生じることなく、高精度
に制御できるものである。(Effects of the Invention) As described above, the present invention not only performs feedback control based on the height deviation of the bucket cart, but also corrects the feedback control according to the current position of the bucket cart. Therefore, even if the machine is operated rapidly or is a large machine, it can always be accurately controlled according to the position of the bucket, and can be controlled with high precision without hunting.
第1図は本発明の実施例を示す制御系のブロツ
ク図、第2図は高さ補正ゲインの算出例を示すグ
ラフ、第3図は角度補正ゲインの算出例を示すグ
ラフ、第4図a,bは方向制御弁のスプールスト
ロークと開口面積との関係およびその逆の関係に
基づくスプール制御信号の算出例を示すグラフ、
第5図はスプール制御信号の別の算出例を示すグ
ラフ、第6図は制御系の別の実施例を示す第1図
相当図、第7図は油圧シヨベルの側面図である。
1……下部走行体、2……上部旋回体、3……
ブーム(追従作業機)、4……アーム(基準作業
機)、5……バケツト、6……ブームシリンダ、
7……アームシリンダ、8……バケツトシリン
ダ、20……アーム用操作レバー、21……アー
ム用操作量検出器、22……コントローラ、23
……アーム用操作弁、24……アーム用方向制御
弁、26……ブーム用操作レバー、27……ブー
ム用操作量検出器、28……ブーム用操作弁、2
9……ブーム用方向制御弁、30……ブーム傾角
検出器、31……アーム傾角検出器、32……バ
ケツト現在位置演算器、33……目標値設定器、
34……比較器、35……ブーム角度偏差演算
器、36……フイードバツク量演算器、37……
高さ補正器、38……角度補正器、39,40…
…乗算器、41……信号発生器、42……アーム
角速度演算器、43……ブーム角速度演算器、4
4……フイードフオワード量演算器。
Fig. 1 is a block diagram of a control system showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a graph showing an example of calculating the height correction gain, Fig. 3 is a graph showing an example of calculating the angle correction gain, and Fig. 4 a. , b is a graph showing an example of calculating a spool control signal based on the relationship between the spool stroke and the opening area of the directional control valve and the inverse relationship,
FIG. 5 is a graph showing another example of calculation of the spool control signal, FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing another embodiment of the control system, and FIG. 7 is a side view of the hydraulic excavator. 1... Lower traveling body, 2... Upper revolving body, 3...
Boom (following work equipment), 4...Arm (standard work equipment), 5...Bucket, 6...Boom cylinder,
7... Arm cylinder, 8... Bucket cylinder, 20... Arm operation lever, 21... Arm operation amount detector, 22... Controller, 23
...Arm operation valve, 24...Arm directional control valve, 26...Boom operation lever, 27...Boom operation amount detector, 28...Boom operation valve, 2
9... Boom directional control valve, 30... Boom inclination detector, 31... Arm inclination detector, 32... Bucket current position calculator, 33... Target value setter,
34...Comparator, 35...Boom angle deviation calculator, 36...Feedback amount calculator, 37...
Height corrector, 38... Angle corrector, 39, 40...
...Multiplier, 41...Signal generator, 42...Arm angular velocity calculator, 43...Boom angular velocity calculator, 4
4...Feedback amount calculator.
Claims (1)
各作業機のうち、一の作業機を基準作業機、他の
一の作業機を追従作業機とし、基準作業機の作動
機構と、その作動機構に対する手動操作手段と、
追従作業機の作動機構と、この追従作業機の作動
機構に対し上記基準作業機の作動に追従して追従
作業機を作動させる信号を送る制御機構とを具備
し、上記制御機構は、上部旋回体に対するバケツ
トの現在位置を測定する検出手段と、同バケツト
の目標位置を決める設定手段と、バケツトの現在
位置と目標位置との偏差にフイードバツクゲイン
を乗じて上記追従作業機の作動機構に対するフイ
ードバツク量を演算する手段と、上記バケツトの
位置によつて変動する基準作業機の移動量と追従
作業機の移動量との関係に基いてバケツトの現在
位置に応じた補正値を求める補正手段と、上記フ
イードバツク量と補正値とに基いて追従作業機の
作動量相当信号を出力する信号発生手段とを具備
していることを特徴とする油圧シヨベルの掘削制
御装置。 2 アームを基準作業機、ブームを追従作業機と
し、上記検出手段は、上部旋回体に対するブーム
の傾角と、ブームに対するアームの傾角と、ブー
ムおよびアームの長さとに基いてバケツトの位置
を測定するものとし、かつ、上記補正手段として
バケツトの高さによつて変動するバケツトの高さ
変位量とアームの回動量との関係に基いてバケツ
トの高さの関数として算出された高さ補正ゲイン
と、上記アームの傾角によつて変動するバケツト
の高さ変位量とアームの回動量との関係に基いて
同アームの傾角の関数として算出された角度補正
ゲインとを用い、信号発生手段は、上記フイード
バツク量に高さ補正ゲインおよび角度補正ゲイン
を乗じてブームの作動量相当信号を出力すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の油圧シ
ヨベルの掘削制御装置。[Scope of Claims] 1 Among the boom, arm, and bucket work machines of a hydraulic excavator, one work machine is a reference work machine, and the other work machine is a follow-up work machine, and the operating mechanism of the reference work machine and , manual operating means for the actuation mechanism;
The control mechanism includes an operating mechanism for a following work machine, and a control mechanism that sends a signal to the operating mechanism for the follow-up work machine to operate the follow-up work machine in accordance with the operation of the reference work machine, and the control mechanism is configured to a detecting means for measuring the current position of the bucket tot with respect to the body; a setting means for determining the target position of the bucket tot; means for calculating a feedback amount; and correction means for calculating a correction value according to the current position of the bucket cart based on the relationship between the movement amount of the reference work machine and the movement amount of the follower work machine, which vary depending on the position of the bucket cart. 1. An excavation control device for a hydraulic excavator, comprising: signal generating means for outputting a signal corresponding to the operating amount of a follow-up work machine based on the feedback amount and correction value. 2. The arm is a reference work equipment and the boom is a follow-up work equipment, and the detection means measures the position of the bucket based on the inclination angle of the boom with respect to the upper revolving structure, the inclination angle of the arm with respect to the boom, and the lengths of the boom and arm. In addition, as the correction means, a height correction gain is calculated as a function of the height of the bucket based on the relationship between the amount of displacement of the height of the bucket and the amount of rotation of the arm, which varies depending on the height of the bucket. , the signal generating means uses the angle correction gain calculated as a function of the inclination angle of the arm based on the relationship between the amount of height displacement of the bucket that changes depending on the inclination angle of the arm and the amount of rotation of the arm. 2. The excavation control device for a hydraulic excavator according to claim 1, wherein the feedback amount is multiplied by a height correction gain and an angle correction gain to output a signal corresponding to a boom operation amount.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17171085A JPS6233936A (en) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | Controller for excavation by oil-pressure shovel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17171085A JPS6233936A (en) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | Controller for excavation by oil-pressure shovel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6233936A JPS6233936A (en) | 1987-02-13 |
| JPH0324933B2 true JPH0324933B2 (en) | 1991-04-04 |
Family
ID=15928240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17171085A Granted JPS6233936A (en) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | Controller for excavation by oil-pressure shovel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6233936A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2677815B2 (en) * | 1988-04-23 | 1997-11-17 | 日立建機株式会社 | Hydraulic shovel controller |
| DE4030954C2 (en) * | 1990-09-29 | 1994-08-04 | Danfoss As | Method for controlling the movement of a hydraulically movable implement and path control device for carrying out the method |
| CN111501865A (en) * | 2020-04-26 | 2020-08-07 | 三一重机有限公司 | Operation method of electronic fence for excavator, electronic fence and excavator |
-
1985
- 1985-08-02 JP JP17171085A patent/JPS6233936A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6233936A (en) | 1987-02-13 |
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