JPH06280282A - 油圧ショベルの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 油圧ショベルにより、旋回を伴う複数回の同
一作業サイクルを反復して半自動制御をするときのティ
ーチング設定を短時間になし、プレイバック時の作業装
置は指定の点または近接点を通過し、それ以外は最短距
離で作動するようにする。 ［構成］ 作業装置の角度信号を出力する角度検出手段
と、ティーチング、プレイバック、オフの選択信号を出
力する制御モード切換手段と、操作する毎にその時の中
間点の各角度信号をコントローラに記憶させる指令手段
と、作業装置用油圧切換弁を切換える信号を出力するリ
モートコントロール手段と、上記各角度信号が入力され
ると演算記憶し、プレイバック時には指令手段で指定さ
れた中間点において、記憶した作業装置姿勢となるよう
な制御信号を出力するコントローラを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は油圧ショベルの上部旋
回体の旋回にともない、同時に回動をする作業装置が通
過すべき点を予め指令しておいて反復の半自動運転を行
う制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から油圧ショベルによる土工作業に
おいては、バケットにより掘削を行い、土砂が満載され
ると、バケットを含む作業装置が所定の姿勢をとるよう
にしながら、運搬者などへの積込地点まで上部旋回体を
旋回させ、土砂を所定位置にダンプすると再び上部旋回
体を反転旋回させて、元の掘削地点へ戻し再び掘削を始
めるといったことを繰返す。この旋回中の作業装置の機
体に対する姿勢変化を、上部旋回体の旋回角度をパラメ
ータとして、予め記憶装置にティーチングしておき、上
記一連の作業のうちダンプ地点までの旋回時、ダンプ終
了後始めの掘削地点への復帰のための旋回時の作業装置
の姿勢を反復してプレイバックさせる制御方法がある。

【０００３】また、上記技術がさらに改良された従来技
術の制御方法として、特公昭６２−２０５０４号公報で
開示された技術は、パワーショベルでの掘削終了後から
積込迄、ダンプ後から掘削迄の地点間の作業機の姿勢
を、上記旋回体の旋回角をパラメータとしてティーチン
グしておき、旋回時にプレイバックさせることは上記技
術と同様であるが、旋回操作そのものは、運転者がその
意志により速度制御をする関係から、その速度が早いと
きには作業装置の作動速度の追随が間に合わず、計画通
りの作業装置軌跡を形成しないため、思わぬ事故につな
がる。これに対処する目的で、当該技術では、運転者が
旋回操作をしたとき、予めティーチングしたすべての旋
回位置に対する作業機の目標位置と実際の作業機の姿勢
との誤差が規定値よりも大きくなると、旋回操作レバー
の操作指令値よりも旋回速度を減速または停止する指令
を自動的に出力するものであるが、実用面では図７の如
く予めティーチングした旋回角度θに対する各作業装置
の相対角度α（θ），β（θ），γ（θ）が旋回速度に
追随できず、時間軸に対し指令した旋回速度曲線θ
（ｔ）は点線で示すθ’（ｔ）へとずれるので、余裕あ
るティーチングをせざるを得ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く複雑な１作
業サイクル中の設定軌道を再現させるプレイバック方式
で作業装置を作動させると時間軸に対する旋回角度の遅
れのため、運転感覚上好ましくないのみならず、作業の
条件が変化する毎に、例えば、必要な反復旋回角度が変
化したとき、また、旋回中に作業装置が避けて通過しな
ければならない障害物の関係位置が変わったり、障害物
自体が移動したとき、掘削・ダンプ位置の旋回中心に対
する距離が変化したときなど、それぞれの新たな状況に
対応するティーチングの再設定が必要となる。この再設
定の都度、最小限、１作業サイクルの模範運転的操作を
して記憶装置に入力し、その作動の再現を確認しなけれ
ばならない。

【０００５】一般に、油圧ショベルにより土工作業をす
るときは、前記作業条件のうちの１ないし複数の条件変
動は数サイクル毎に頻発することは当然であるから、そ
の都度、ティーチングの再入力とプレイバック動作の確
認を繰返すこととなり、作業能率を頻しく低下させるこ
ととなる。また、この設定変更を最小頻度にするため
に、作業装置の旋回範囲における軌跡が安全側に大巾に
余裕を持たせるようなティーチング入力とすると、作業
装置の作動量が増大し１作業サイクルの所要時間が長引
き、半自動運転の効果が得られない。この発明は、上記
に鑑み、所定の旋回角度内において、作業装置の最小限
の主要通過点のみをティーチングし、かつ、プレイバッ
ク時にはその主要通過点を、おおむね最短距離で結ぶ姿
勢制御をするようにして、ティーチングの簡素化とプレ
イバック時の、旋回速度に対する作業装置の作動遅れが
生じないようにして作業能率の向上を計ることを課題と
するものである。

【０００６】

【問題を解決するための手段】この発明は上記従来技術
の課題となる点を解決するため、作業装置の姿勢を特定
するためのブーム、アーム、バケットの相対角度および
旋回体の、走行体基準線に対する旋回角度を検出する角
度検出手段からの角度信号と、リモートコントロール手
段からの操作信号と、作業装置を任意の作業姿勢にした
ときに、その姿勢を特定する角度信号値を必要に応じメ
モリに導入する指令手段からの指令信号と、ティーチン
グモード、プレイバックモード、オフモードとを任意に
選択できる制御モード切換手段からの選択信号とが随時
入力され、これらの信号からメモリへの記憶・読出し、
演算をし、所定の方式に従い、作業装置作動用油圧切換
弁の受信部へ必要に応じ制御信号を出力するコントロー
ラとからなり、該コントローラの機能としては、制御モ
ード切換手段の位置如何にかかわらず、リモートコント
ロール手段からの操作信号は、それぞれの油圧切換弁の
受信部へ優先的に制御信号を出力する一方、ティーチン
グモード選択中において、１ないし複数点の作業姿勢時
に指令手段からの指令信号が入力されると、その時点の
旋回角度、旋回方向をパラメータとしての作業装置姿勢
の中間点を特定する信号を、角度検出手段から角度信号
として記憶し、さらに、制御モード切換手段がプレイバ
ックモードに設定されると、旋回角度に対応して先に記
憶した作業装置中間点の角度信号を順次または、その逆
順に読み出し、作業装置が該中間点を通過し、または、
その前後を結ぶ線が相互に補間関係を有する目標値を、
旋回角度の必要最小限の分解能で分解記憶した値を演算
記憶し、これを制御信号として出力する機能を備える。
また、ティーチングモードにおいて記憶させた作業装置
の設定姿勢のうち、不必要となった設定値は、選択的に
クリアすることができるよう複数個のクリアボタンとも
備える。

【０００７】すべてのアクチュエータの各作動を通常の
リモートコントロール手段で行うときは、制御モード切
換手段はティーチングモード、指令手段は操作しない状
態で通常の作業を行う。往復の旋回を伴う作業で、旋回
中、１ないし複数の障害物を避けて通過させたり、運搬
者へのダンプ高さが一定であるなどの条件が複数サイク
ルに亙り発生するようなときは、先づ、制御モード切換
手段をティーチングモードにセットしたうえで、それぞ
れの障害物の上方または下方、運搬車上の所望高さ位置
となる作業装置の設定姿勢毎に指令手段を操作してコン
トローラに指令信号を入力することにより、旋回中に通
過すべき中間点をティーチングする。

【０００８】ついで、制御モード切換手段をプレイバッ
クモードにセットし、旋回操作をすれば、作業装置は先
に記憶させた通過すべき１ないし複数の中間点を順次、
おおむね最短距離で結ぶ線上、または、中間点の前後に
おいて相互に補間関係となる目標値に基づく線上を経由
して目的の位置に達するから、作業能率は良好でかつ、
一般的には該中間点は１ないし３程度で連続して設ける
必要はないからティーチングも簡単である。また、作業
条件が変更となったときは、新たにその条件に合う定点
に作業装置を作動させ、指令手段によりコントローラに
入力すればよく、このとき、既に記憶させた不要のデー
タがあるときは、クリヤボタンにより消去すればよい。

【０００９】

【実施例】以下にこの発明の実施例を図に基づいて説明
する。図１はこの発明装置のブロック図、図２はこの発
明装置を装備し掘削作業に従事しているとき油圧のバッ
クホウの側面図、図３は掘削，積込の一連の作業をして
いるときの図２の平面図である。これらの図において、
１は油圧バックホウの旋回体、２は走行体、３，４，５
は作業装置６を構成するブーム、アーム、バケット（ま
たは作業工具）であり、相互にこれらの基端部と上端部
は水平ピンで接合され、さらに、ブーム３の基端部は旋
回体１の前方に水平ピンで接合し、各基端部を中心とし
て油圧シリンダ（図示省略）の伸縮により、上下に回動
し、また、旋回体１は走行体２に、旋回ベアリングを介
して旋回自在に重着されているとともに、図示は省略し
たが、旋回モータにより所望の方向へ旋回軸線０−０を
中心に旋回，制動，停止保持が可能となっており、図３
に例示する様に掘削地点Ａから旋回角度θだけ旋回し、
ダンプ地点Ａｎにおいてダンプするほか、その中間の旋
回角度θ1 ，θ2 ，θ3 ──θn-1 など任意の旋回角度
をとることができる。

【００１０】７ないし１０は、何れも油圧切換弁であ
り、図１においては作業装置６作動用のみを示し、７は
ブームシリンダ用、８はアームシリンダ用、９はバケッ
トシリンダ用、１０は旋回モータ用を示し、その他のア
クチュエータ用は図示を省略してある。上記の油圧切換
弁７，８，９，１０は何れもリモートコントロール手段
１５，１６を運転席で操作することにより操作信号が、
コントローラ１９を介して出力される制御信号により作
動するものである。

【００１１】１１ないし１４は角度検出手段であり、１
１はブーム３の機体に対する、１２はアーム４のブーム
３に対する、１３はバケット５のアーム１３に対する、
１４は旋回体１すなわち作業装置６の走行体２の直進方
向に対する、それぞれの相対角度γ，β，α，θを検出
し、その角度信号を随時、後述のコントローラへ入力し
ている。従って、これらの角度信号の組合わせにより、
作業装置６の方向と姿勢を示す各構成部材の上下、前後
方向の位置は、メモリ２０に記憶してある値から容易に
読出すことは可能となっている。

【００１２】１７は運転席近くに設けられた制御モード
切換手段で、その設定位置によりティーチングモード１
７ｔとプレイバックモード１７ｐとオフモード１７ｏと
があり、その何れかを選択することにより、それぞれテ
ィーチングモード信号、プレイバックモード信号、オフ
モード信号をコントローラ１９に指定し、１８は利便性
の上から、リモートコントロール手段１５の操作レバー
上に設けられた指令信号発信用の指令手段で作業装置６
の所望の中間点を特定する上記角度γ，β，α，θをコ
ントローラ１９に記憶させる信号を入力する。上記コン
トローラ１９は、制御モード切換手段１７がオフモード
１７ｏ位置に設定されている状態で、リモートコントロ
ール手段からの操作信号が入力すると、通常の油圧ショ
ベルにおいて油圧切換弁を作動させるときと同様、それ
ぞれの信号を油圧切換弁７，８，９，１０に該弁作動用
の制御信号として受信部に向け出力するのは当然である
が、制御ード切換手段１７がティーチングモード１７ｔ
位置に設定されているとき、指令手段１８から１ないし
複数の指令信号が入力すると、その都度、その順序でそ
のときの作業装置６の中間点の姿勢に対応する角度信号
を旋回角度θ、旋回方向をパラメータとしてメモリ２０
から読出し記憶することと、制御モード切換手段１７が
プレイバックモード１７ｐ位置に設定されているとき
は、旋回体の旋回操作がなされると、その旋回角度θに
対応して、先に記憶した作業姿勢を実現させる相対角度
γ，β，αとなる様な制御信号を油圧切換弁７，８，９
の受信部へ供給するのであるが、このときの記憶の読出
しは旋回操作信号に従い、記憶順またはその逆順であ
り、しかも相隣れる設定姿勢に移行するときは作業装置
各部が直線的に最端距離を通過する如き制御信号が出力
される機能であったり、または、前記中間点の前後を結
ぶ線が相互に補間関係を有する目標値を、旋回角度θの
必要最小限の分解能で分解記憶した制御信号を出力する
機能であったりする。なお２１は複数のクリアボタンで
あり、従事する作業内容の変動の結果、不要となった中
間点姿勢データを選択的にクリアするためのものであ
る。

【００１３】この発明は以上の構成からなり、それぞれ
の作用、機能については前述の通りであるから、油圧バ
ックホウによる掘削、積込作業下における旋回作動の実
例を図について説明するが、通常の作業時は、制御モー
ド切換手段１７をオフモード位置１７ｏにさえしておけ
ば、従来機と同様でその説明は省略する。先に、図３で
示した掘削地点Ａからブーム３，アーム４，バケット５
を適宣操作し、所定の作業装置の姿勢としながら旋回角
度をθ1 ，θ2 ，θ3 ，──，θn-1 ，θn としてゆ
き、ダンプ地点Ａn においてダンプする。

【００１４】図４は上記一連の作動の間の旋回の展開角
度と作業装置６構成部材の相対角度γ，β，αで特定さ
れる姿勢との関係および、この発明のティーチング要領
を説明する図である。例えば、バケット５の底部または
アーム４の中間の一部が、障害物Ｂ1 もしくはＢ2 に接
触することを避けるとともに所期の経路、姿勢であるＡ
1 −Ａ2 −Ａ3 −─−Ａn-1 となるようにするには、予
め制御モード切換手段１７をティーチングモード１７ａ
にセットしておき、経由する各中間点Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3
，─，Ａn-1 点に作業装置を移動させる毎に、指令手
段１８を１度づつ操作し、その位置を旋回角度θ、ブー
ム角度γ、アーム角度β、バケット角度αによりコント
ローラ１９に、それぞれの信号を入力し記憶させる。上
述の方法で記憶させた各点を通過し往復する作業を繰返
すときは、制御モード切換手段１７をプレイバックモー
ド１７ｐにセットしてから、リモートコントロール手段
により旋回用油圧切換弁１０を切換えると、コントロー
ラ１９は旋回体１の旋回方向に対応する順序で各中間点
で入力され記憶した信号を順次読出し、角度検出手段１
１，１２，１３，１４からの角度信号をその値に合致さ
せるように、制御信号を油圧切換弁７，８，９，１０の
１または複数の受信部へ、それぞれ出力し、それらの油
圧切換弁は切換わり、中間点Ａ1 からＡn-1 またはＡn-
1 からＡ1 へと、最短作動距離でもって作業装置６は移
動してゆくので、障害物との干渉もなく、各中間点を適
正に、かつ、必要最少限の点数で設定しておくと同一作
業サイクルの繰返しは確実、迅速に、しかも容易に実施
できる。なお、図４では経由すべき各中間点と障害物Ｂ
1 ，Ｂ2 との関係を高き方向のみにより表現したが、障
害物の位置、作業環境条件により、作業装置６構成部材
の各部の高さは勿論、旋回中心からの距離的位置の制約
も生じるが、各検出角度の組合わせにより、旋回半径を
含めた所期の姿勢を入力し、これを再現できることは当
然である。

【００１５】図５はコントローラ１９の機能を変形した
請求項２に対応する実施例で、図３が中間点Ａ1 ，Ａ2
，Ａ3 ，──を順次、直線で接続するようにしたのに
対し、作業装置自体の慣性と、作業の円滑性を考慮し、
旋回角度θをパラメータとする相対角度α，β，γの変
化率が各中間点Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ，─において点線で示
す折線状にならないよう、必要最少限の旋回角度毎の分
解能の下で相対角度の組合わせを記憶しておき最小の加
減速度となるべくティーチングした中間点の前後を結ぶ
線が相互に補間関係を有する目標値となる出力をコント
ローラ１９から作業装置６作動用油圧切換弁７，８，９
を制御する信号を、旋回信号に応じて出力する機能を付
与したものである。プレイバック時にこのような姿勢制
御をすることにより、各中間点を通過する前後における
急激な作動の加減速が減少し、作業装置は一層円滑な作
動をするとともに、中間点間は、おおむね直線的な作動
により最短距離で行われるといった特徴が得られる。

【００１６】次に、上述のこの発明の第１、第２の実施
例に用いられるコントローラ１９の機能として、プレイ
バック時に油圧切換弁７，８，９に対し出力する制御信
号の特性の１例を図６に基づき説明する。ティーチング
操作により作業装置６が所定の姿勢で、指定した通過す
べき１または複数の中間点がコントローラ１９に入力さ
れると、該コントローラ１９は始点から中間点を通り、
最終目的点に至るまでを、最短距離でもって作動する経
路上の姿勢を特定するブーム角度γ，アーム角度β，バ
ケット角度αの値を、メモリ２０のデータをもとに演算
する。かくして、指定された中間点の旋回角度θ0〜θn
間の１ないし数点に対応してコントローラ１９は、ブ
ーム３の角度曲線γ（θ）、アーム４の角度曲線β
（θ）、バケット５の角度曲線α（θ）を記憶してティ
ーチングは終了する。

【００１７】続いて、プレイバック時には、コントロー
ラ１９に、そのときの実際の旋回角度θに対する作業装
置６の各角度α，β，γが入力されているので、これら
が上記曲線γ（θ），β（θ），α（θ）上の、そのと
きの旋回角度に対応する値となるよう、油圧シリンダを
伸縮させるべく、油圧切換弁７，８，９に、図６に示す
如き特性の制御信号を出力するものである。

【００１８】なお、この発明における実施例では、その
操作系，信号系にすべて電気を使用したが、必ずしもこ
れに制限するものではなく、例えば、リモートコントロ
ール手段、油圧切換弁など、従来技術で多用されている
油圧，空圧式であってもよく、このようなときコントロ
ーラへの入力に当たり電・油または電・空の変換手段を
介在させることにより、この発明の目的が達成できるこ
とはいうまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の制御装
置を装備した油圧ショベルにより、小旋回の作業サイク
ルを繰返すようなときにも、旋回により作業装置が所定
の姿勢でもって通過しなければならない１ないし複数の
中間点のみを任意にティーチングしておくだけで、プレ
イバック時には、旋回操作にともなう旋回角度に対応し
て指定の中間点を通る最短距離またはその前後における
通過直線が補間関係を有する目標値でもって、作業装置
が作動する様にコントローラが各油圧切換弁に制御信号
を自動的に出力するから、旋回に対する作業装置の追随
性はよく、障害物などに対する安全作業が確実で作業能
率の向上に寄与するとともに、上記ティーチング操作
は、任意の旋回角度における作業装置を所望の姿勢にセ
ットして１つの中間点とし、指令手段を中間点１点につ
き１回、押し操作をするのみでよいから、作業条件が頻
繁に変動するときも容易に設定がえができ、従来の如
く、ティーチングの度に、必ず１作業サイクルの模範的
運転操作は必要ないので短時間でティーチングは完了
し、さらに、作業条件の変化に応じティーチング内容が
多岐に亙るときには、不必要になったもののみをクリヤ
手段により選択的に消去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置のブロック図である。

【図２】本発明の装備をした掘削作業中の油圧バックホ
ウの側面図である。

【図３】作業状況を示す図２の平面図である。

【図４】本発明における旋回展開角度と作業装置の相対
角度の組合わせで特定される作業姿勢との関係を示す図
である。

【図５】本発明の請求港２に該当する図４の変形例を示
す図である。

【図６】本発明におけるコントローラにティーチング後
プレイバック操作をしたときの旋回角度と制御信号値と
の関係を示す特性図の１例である。

【図７】従来技術の時間軸に対する作業装置の設定軌道
と実用時のそれとの間のずれの関係を説明する線図であ
る。

【符号の説明】

１ 旋回体 ２ 走行体 ３ ブーム ４ アーム ５ バケット ７，８，９，１０ 油圧切換弁 １１，１２，１３，１４ 角度検出手段 １７ 制御モード切換手段 １８ 指令手段 １９ コントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部走行体に対し上部旋回体が全旋回
   し、複数の油圧切換弁からの圧油でブーム、アーム、バ
   ケットなどからなる作業装置用油圧シリンダならびに旋
   回用油圧モータを作動させる油圧ショベルにおいて、上
   記作業装置構成部材の相対回動角度および基準線に対す
   る旋回体の旋回角度を検出し、それぞれの角度信号を出
   力する角度検出手段と、操作レバーの操作方向、操作量
   に応じる操作信号を出力し前記各油圧切換弁の切換えを
   行うリモートコントロール手段と、作業装置の任意の姿
   勢における前記各角度検出手段の出力値を必要に応じメ
   モリに記憶させる指令信号を出力する指令手段と、ティ
   ーチングモード・プレイバックモード・オフモードを任
   意に選択でき、その選択信号を出力する制御モード切換
   手段と、該モード切換え手段のモード位置の如何にかか
   わらずリモートコントロール手段から入力される操作信
   号は前記油圧切換弁の受信部へそのまま優先的に出力す
   るが、ティーチングモード選択時に指令手段からの指令
   信号が入力すると各角度検出手段からの角度信号で特定
   される作業姿勢の中間点を記憶するとともに、プレイバ
   ックモードを選択すると先に記憶した旋回角度をパラメ
   ータとする作業装置の複数の中間点を順次またはその逆
   順に読み出し、各中間点の前後における通過経路が最短
   距離で順次結ばれるがごとき制御信号を作業装置用油圧
   切換弁の受信部へ出力するコントローラと、から構成し
   たことを特徴とする建設機械の操作装置。
2. 【請求項２】 コントローラから出力する制御信号は、
   ティーチングモードにおいて記載した１ないし複数の中
   間点を通過する前後における各作業装置の構成部材が作
   動するときの加減速度は、該中間点の前後を結ぶ線が相
   互に補間関係を有する目標値を上部旋回体の旋回角度上
   で必要最小限の分解能で分解記憶した値を、プレイバッ
   クモード選択時に出力し、オフモード選択時には上記分
   解記憶値の出力を停止する如くしたことを特徴とする請
   求項１の建設機械の操作装置。