JPH06128985A - 作業部材の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】作業部材及び装置の構造の簡単化、これらの分
解や組立の簡単化、装置の低コスト化、レートジャイロ
に対する確実な防水処理、作業部材に対する制御精度の
向上及び応答性の向上を図る。 【構成】シリンダ１１，２７，２９で駆動するバケット
１２、アーム９、ブーム７に、絶対回動速度を検出する
レートジャイロ３０，２６，２８をそれぞれ取り付け、
これらレートジャイロ３０，２６，２８からの絶対回動
速度情報出力に基づいてバケット１２、アーム９、ブー
ム７を駆動するシリンダ１１，２７，２９を、あるいは
選択によりレートジャイロ３０，２６とレートジャイロ
２６，２８を加算回路３２，３８からの相対回動速度情
報出力に基づいてバケット１２、アーム９を駆動するシ
リンダ１１，２７を、加算回路２２，３４，４１の出力
で流量制御弁２５，３７，４４を駆動して制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連結された複数の作
業部材をアクチュエータで駆動し作業を行うための作業
部材の制御装置に関し、特に間接部で連結された作業部
材をアクチュエータで駆動する際に、各作業部材に取り
付けた各速度センサで検出した角速度情報に基づいてア
クチュエータを制御し、各作業部材を駆動することを可
能にした作業部材の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、連結された複数の作業部材をアク
チュエータで駆動し作業を行うための作業部材の制御装
置としては図２に示すようなものが知られている。

【０００３】先ず、作業部材から説明すると、Ｂは例え
ば建設機械の車体で、この車体Ｂの所定位置にブーム７
を回動自在に取り付け、このブーム７及び車体間をシリ
ンダ８で連結し、このブーム７の先端部分とアーム９を
連結し、このブーム７及びアーム９間をシリンダ６で連
結し、このアーム９のブーム７との連結部分（間接部）
に連結部分の相対的角度を検出する角度検出器１０を取
り付け、このアームの先端部分とバケット１２を連結
し、このアーム９及びバケット１２間をシリンダ１１で
連結する。

【０００４】一方、上記作業部材、すなわち、ブーム
７、アーム９及びバケット１２を制御する作業部材の制
御装置は、上記角度検出器１０からの角度信号をローパ
スフィルタ１３で低域濾波し、低域濾波した角度信号を
微分回路１４で微分して回転速度を検出し、この検出出
力を加算回路２で入力端子１を解して供給される相対回
動角度指令信号から減算して誤差信号を得、この誤差信
号を位相補償器をも含む誤差増幅回路３で増幅し、この
増幅および位相補償した誤差信号を電力増幅回路４で電
力増幅し、この電力増幅した誤差信号を制御信号として
流量制御弁５に供給し、この流量制御弁５でシリンダ６
内の流量を制御する。

【０００５】これによってブーム７、アーム９、バケッ
ト１２を回動させ、例えばバケット１２による作業を行
うことができる。

【０００６】ところで、図２に示すように、作業部材が
複数ある場合は、これら作業部材の先端部に位置する作
業部材（例えばバケット１２）の回動速度を検出するた
めには例えば図３に示すように、複数の間接角センサを
取り付けなければならない。

【０００７】すなわち、この図３に示す間接角センサ１
５を図２に示したブーム７と車体Ｂとの連結部分（間接
部）に装着して車体Ｂに対するブーム７の相対角度を検
出し、間接角センサ１６を図２に示したブーム７及びア
ーム９間の連結部分に装着してブーム７に対するアーム
９の相対角度を検出し、間接角センサ１７を図２に示し
たアーム９及びバケット１２間の連結部分に装着したア
ーム９に対するバケット１２の相対角度を検出し、これ
ら３つの相対角度情報を加算回路１８で加算し、この加
算出力を微分回路１９で微分してバケット１２の回動速
度情報を得、この回動速度情報を出力端子２０を介して
図示しない制御部（図２においては加算回路２）に供給
し、制御を行うようにする。

【０００８】このようにすれば、バケット１２の回動速
度を検出でき、これによってバケット１２の回動制御を
行ったり、また、バケット１２の傾斜角度一定（回動速
度は“０”）に制御することができる。

【０００９】しかしながら、図２に示した作業部材の制
御装置は、間接部の相対角度を検出するために角度検出
器１０をブーム７とアーム９の連結部分に機構的に取り
付けなければならず、また、図３に示した作業部材の制
御装置は、バケット１２の回動速度を検出するために角
連結部に合計３つの間接角センサ１５〜１７を装着しな
ければならず、複雑な機構になり、分解や組立が困難と
なり、コストが上昇し、また可動する連結部分に角度検
出器１０を取り付けているので角度検出器１０の防水性
を確保することが困難であった。

【００１０】また、角度検出器１０からの検出角度出力
を微分回路１４で微分して回転速度を検出する際にノイ
ズ等の影響を受けにくくするためにローパスフィルタ１
３を用いているので、応答性が損なわれてしまう。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の作業部材の制御装置は、間接部の相対角度を検出する
ために角度検出器をブームとアームの連結部分に機構的
に取り付けなければならないので、複雑な機構になり、
分解や組立が困難となり、コストが上昇し、また可動す
る連結部分に角度検出器を取り付けているので角度検出
器の防水性を確保することが難しいという問題点があっ
た。

【００１２】また、角度検出器からの検出角度出力を微
分回路で微分して回転速度を検出する際にノイズ等の影
響を受けにくくするためにローパスフィルタを用いてい
るので、応答性が損なわれてしまうという問題点があっ
た。

【００１３】そこでこの発明は、かかる問題点を除去
し、作業部材及び装置の構造の簡単化、これらの分解や
組立の簡単化、装置の低コスト化、角度検出器に対する
確実な防水処理、作業部材に対する制御精度の向上及び
応答性の向上を可能にした作業部材の制御装置を提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、複数の間接部で連結された複数の作業
部材の回動を複数のアクチュエータで制御する作業部材
の制御装置において、前記複数の作業部材のそれぞれに
取り付けられ、該複数の作業部材の角速度を検出する複
数の角速度センサと、前記角速度センサのセンサ出力に
基づいて前記複数のアクチュエータを制御する制御手段
とを具備したことを特徴とする。

【００１５】

【作用】複数の作業部材のそれぞれに取り付けられた該
複数の作業部材の角速度を検出する複数の角速度センサ
のセンサ出力に基づいて、複数のアクチュエータを制御
し、このアクチュエータの制御により複数の作業部材の
回動制御を行う。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の作業部材の
制御装置の一実施例を詳細に説明する。

【００１７】図１は、この発明の作業部材の制御装置の
一実施例をブロック図で示したものである。ここで、図
１に示すこの発明の一実施例の作業部材の制御装置、及
びこの作業部材の制御装置を搭載する例えば建設機械の
一部を併せて示したものである。

【００１８】先ず、建設機械の一部から説明すると、Ｂ
は建設機械の車体で、この車体Ｂの所定位置にブーム７
を連結し、このブーム７及び車体Ｂ間を油圧式のシリン
ダ２９で連結し、このブーム７の連結部以外の所定位置
にレートジャイロ２８を装着し、このブーム７の先端部
分とアーム９を連結し、このブーム７及びアーム９間を
油圧式のシリンダ２７で連結し、このアーム９の連結部
分以外の所定位置にレートジャイロ２６を装着し、この
アーム９の先端部分とバケット１２を連結し、このアー
ム９及びバケット１２間を油圧式のシリンダ１１で連結
し、このバケット１２の連結部以外の所定位置にレート
ジャイロ３０を装着する。

【００１９】一方、図１に示す作業部材の制御装置は、
バケット１２の制御系、アーム９の制御系及びブーム７
の制御系で構成される。

【００２０】バケット１２の制御系は、上記レートジャ
イロ３０の出力端を加算回路３２及びスイッチ３１の一
方の固定接点３１ａに接続すると共に、レートジャイロ
２６の出力端を加算回路３２に接続し、加算回路３２の
出力をスイッチ３１の他方の固定接点３１ｂに接続し、
このスイッチ３１の可動接点３１ｃを加算回路２２に接
続し、レバー２１ａを矢印で示すように動かすことによ
ってバケット１２の回動速度を設定する回動速度設定器
２１の出力端を加算回路２２に接続し、この加算回路２
２の出力端を、誤差を増幅すると共に位相補償を行う誤
差増幅回路２３の入力端に接続し、この誤差増幅回路２
３の出力端を電力増幅回路２４を介してシリンダ１１内
の流量を制御する流量制御弁２５に接続して構成され
る。

【００２１】アーム９の制御系は、上記レートジャイロ
２６の出力端を加算回路３９及びスイッチ３８の一方の
固定接点３８ａに接続すると共にレートジャイロ２８の
出力端を加算回路３９に接続し、加算回路３９の出力を
スイッチ３８の他方の固定接点３８ｂに接続し、このス
イッチ３８の可動接点３８ｃを加算回路３４に接続し、
レバー３３ａを矢印で示すように動かすことによってア
ーム９の回動速度を設定する回動速度設定器３３の出力
端を加算回路３４に接続し、この加算回路３４の出力端
を、誤差を増幅すると共に位相補償を行う誤差増幅回路
３５の入力端に接続し、この誤差増幅回路３５の出力端
を電力増幅回路３６を介してシリンダ２７内の流量を制
御する流量制御弁３７に接続して構成される。

【００２２】また、ブーム７の制御系は、上記レートジ
ャイロ２８の出力端を加算回路４１に接続し、レバー４
０ａを矢印で示すように動かすことによってブーム７の
回動速度を設定する回動速度設定器４０の出力端を加算
回路４１に接続し、この加算回路４１の出力端を、誤差
を増幅すると共に位相補償を行う誤差増幅回路４２の入
力端に接続し、この誤差増幅回路４２の出力端を電力増
幅回路４３を介してシリンダ２９内の流量を制御する流
量制御弁４４に接続して構成される。

【００２３】ここで、上記スイッチ３１の固定接点３１
ａにはレートジャイロ３０からのバケット１２の絶対回
動速度情報が供給され、スイッチ３１の固定接点３１ｂ
にはレートジャイロ３０からの絶対回動速度情報から、
レートジャイロ２６からのアーム９の絶対回動速度情報
が減じられたアーム・バケット相対回動速度情報が供給
され、図示しない建設機械の切り換えスイッチの切り換
えに応じてスイッチ３１の可動接点３１ｃが固定接点３
１ａまたは３１ｂに選択的に接続し、これらバケット１
２の絶対回動速度情報またはアーム・バケット相対回動
速度情報が加算回路２２に供給される。

【００２４】また、上記スイッチ３８の固定接点３８ａ
にはレートジャイロ２６からのアーム９の絶対回動速度
情報が供給され、スイッチ３８の固定接点３８ｂにはレ
ートジャイロ２６からの絶対回動速度情報から、レート
ジャイロ２８からのブーム７の絶対回動速度情報が減じ
られたブーム・アーム相対回動速度情報が供給され、図
示しない建設機械の切り換えスイッチの切り換えに応じ
てスイッチ３８の可動接点３８ｃが固定接点３８ａまた
は３８ｂに選択的に接続し、これらアーム９の絶対回動
速度情報またはブーム・アーム相対回動速度情報が加算
回路３４に供給される。

【００２５】次に、この実施例の作業部材の制御装置の
動作を説明する。

【００２６】先ず、回動速度設定器２１のレバー２１ａ
が操作されると、この回動速度設定器２１から設定値情
報が出力され、これが加算回路２２に供給される。一
方、バケット１２のレートジャイロ３０が検出した回動
速度検出信号がスイッチ３１の固定接点３１ａ及び加算
回路３２に供給され、またこの加算回路３２にレートジ
ャイロ２６が検出したアーム９の回動速度検出信号が供
給され、この加算回路３２においてバケット１２の回動
速度情報からアーム９の回動速度情報が減算され、アー
ム・バケット相対回動速度情報が得られ、このアーム・
バケット相対回動速度情報がスイッチ３１の固定接点３
１ｂに供給される。

【００２７】図示しない切り換えスイッチの操作によっ
て、このスイッチ３１からバケット１２の絶対回動速度
情報またはアーム・バケット相対回動速度情報が加算回
路２２に供給され、回動速度設定器２１からの設定速度
情報に対する減算を行い、誤差信号として誤差増幅回路
２３、電力増幅回路２４を介して流量制御弁２５に供給
される。流量制御弁２５は電力増幅回路２４から供給さ
れた誤差信号に基づいてシリンダ１１の流量を制御し、
バケット１２の回動を制御する。

【００２８】次に、回動速度設定器３３のレバー３３ａ
が操作されると、この回動速度設定器３３から設定値情
報が出力され、これが加算回路３４に供給される。一
方、アーム９のレートジャイロ２６が検出した回動速度
検出信号がスイッチ３８の固定接点３８ａ及び加算回路
３９に供給され、またこの加算回路３９にレートジャイ
ロ２８が検出したブーム７の回動速度検出信号が供給さ
れ、この加算回路３９においてアーム９の回動速度情報
からブーム７の回動速度情報が減算され、ブーム・アー
ム相対回動速度情報が得られ、このブーム・アーム相対
回動速度情報がスイッチ３８の固定接点３８ｂに供給さ
れる。

【００２９】図示しない切り換えスイッチの操作によっ
て、このスイッチ３８からアーム９の絶対回動速度情報
またはブーム・アーム相対回動速度情報が加算回路３４
に供給され、回動速度設定器３３からの設定速度情報に
対する減算が行われ、誤差信号として誤差増幅回路３
５、電力増幅回路３６を介して流量制御弁３７に供給さ
れる。流量制御弁３７は電力増幅回路３６から供給され
た誤差信号に基づいてシリンダ２７の流量を制御し、ア
ーム９の回動を制御する。

【００３０】次に、回動速度設定器４０のレバー４０ａ
が操作されると、この回動速度設定器４０から設定値情
報が出力され、これが加算回路４１に供給される。一
方、ブーム７のレートジャイロ２８が検出した回動速度
検出信号が加算回路４１に供給され、回動速度設定器４
０からの設定速度情報に対する減算が行われ、誤差信号
として誤差増幅回路４２、電力増幅回路４３を介して流
量制御弁４４に供給される。流量制御弁４４は電力増幅
回路４３から供給された誤差信号に基づいてシリンダ２
９の流量を制御し、ブーム７の回動を制御する。

【００３１】このように、この実施例においては、バケ
ット１２、アーム９及びブーム７の連結部分以外の部分
にそれぞれレートジャイロ３０、２６及び２８を装着
し、回動速度設定器２１，３３，４０の各アーム２１
ａ，３３ａ，４０ａの操作に応じてバケット１２の絶対
回動速度情報、アーム・バケット相対回動速度情報、ア
ーム９の絶対回動速度情報、ブーム・アーム相対回動速
度情報、ブーム７の絶対回動速度情報を求め、これらの
情報に基づいて流量制御弁２５、３７及び４４を制御し
て各シリンダ１１、２７及び２９の流量を制御するよう
にしたので、作業部材及び装置の構造の簡単化、これら
の分解や組立の簡単化、装置の低コスト化、レートジャ
イロに対する確実な防水処理、作業部材に対する制御精
度の向上及び応答性の向上を図ることができる。

【００３２】なお、上記実施例においては作業部材の制
御装置を建設機械（上記の例においてはパワーショベ
ル）に適用した場合について説明したが、例えばロボッ
ト（生産用のロボットなど）に適用しても同様の効果を
奏する。

【００３３】例えば生産用のロボットであれば、図１に
示したブーム７、アーム９及びバケット１２がロボット
の作業部材（例えば腕部など）に対応し、車体Ｂがロボ
ットの筐体に対応する。

【００３４】また、３つの作業部材のそれぞれに３つの
レートジャイロ（角速度センサ）を取り付け、この３つ
の角速度センサの出力情報に基づいて、３つの作業部材
を制御するようにしたが、本発明は、３つの作業部材に
限定されず、４つ以上の作業部材に対する制御を行うよ
うにしてもよい。この場合、それぞれの作業部材間の相
対速度情報を得るために行う作業部材間の角速度センサ
の絶対速度情報に対して減算処理を行うのは容易に理解
することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
アクチュエータで駆動する第１及び第２の作業部材に、
角速度を検出する第１及び第２の角速度センサをそれぞ
れ取り付け、これら第１及び第２の角速度センサからの
センサ出力に基いて第１及び第２の作業部材を駆動する
第１及び第２のアクチュエータを制御手段で制御するよ
うにしたので、作業部材及び装置の構造の簡単化、これ
らの分解や組立の簡単化、装置の低コスト化、レートジ
ャイロに対する確実な防水処理、作業部材に対する制御
精度の向上及び応答性の向上を図ることができるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の作業部材の制御装置の一実施例を示
すブロック図。

【図２】従来の作業部材の制御装置を示すブロック図。

【図３】従来の作業部材の制御装置を示すブロック図。

【符号の説明】

７ ブーム ９ アーム １１，２７，２９ シリンダ １２ バケット ２１，３３，４０ 回動速度設定器 ２２，３４，４１，３２，３９ 加算回路 ２３，３５，４２ 誤差増幅回路 ２４，３６，４３ 電力増幅回路 ２５，３７，４４ 流量制御弁 ３１，３８ スイッチ ２６，２７，３０ レートジャイロ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の間接部で連結された複数の作業部材
   の回動を複数のアクチュエータで制御する作業部材の制
   御装置において、 前記複数の作業部材のそれぞれに取り付けられ、該複数
   の作業部材の角速度を検出する複数の角速度センサと、 前記角速度センサのセンサ出力に基づいて前記複数のア
   クチュエータを制御する制御手段とを具備したことを特
   徴とする作業部材の制御装置。
2. 【請求項２】前記角速度センサは、該センサが取り付け
   られた作業部材の絶対回動速度情報を出力し、 前記制御手段は、間接部で連結された両側の作業部材の
   角速度センサからの絶対回動速度情報をもとに該作業部
   材間の相対回動速度情報を演算する演算手段と、前記角
   速度センサからの絶対回動速度情報の出力と前記演算手
   段からの相対回動速度情報の出力とを切り換えるスイッ
   チとを有し、前記絶対回動速度情報あるいは前記相対回
   動速度情報に基づいてアクチュエータを制御することを
   特徴とした前記請求項１記載の作業部材の制御装置。