JPH0631524B2

JPH0631524B2 - さく岩機のブ−ム位置決め装置

Info

Publication number: JPH0631524B2
Application number: JP27134384A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　修
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1994-04-27
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPS61146994A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はさく岩機のブーム位置決め装置に関する。

（従来技術）さく岩機のブーム位置決め装置の一例が特公昭５７−５
１５１８号公報に記載されている。この従来のものは、
直角座標系で与えられたさく孔点の位置および方向をブ
ーム座標系の値に変換し、その値に基いて位置決めサー
ボ制御手段からブーム制御量をビット数でブーム手段の
作動部へ指令し、エンコーダを用いてブーム位置決めの
フィードバック制御を行なうようにしている。つまり、
この位置決めは、エンコーダ値と実際のブーム角度との
関係、つまりは分解能（ブーム角度／エンコーダ値）を
予め求めておき、これに基いて行なわれる。

しかしながら、かかる位置決め装置においては、運転初
期は比較的正確な位置決めが可能であるものの、ブーム
手段の各ヒンジ部の摩耗により、上記分解能に初期設定
値からのずれを招き、ブームの正確な位置決めが期待で
きなくなることがある。

（発明の目的）本発明は、初期に設定されていた上記分解能にずれを招
いた場合、そのずれをそのまま許容してブームの正確な
位置決めを可能とする、つまり、そのずれた分解能を用
いてブームの正確な位置決めを行なおうとするものであ
る。

（発明の構成）本発明においては、さく孔点の位置および方向を直角座
標系で与えてメモリ手段に記憶させ、この直角座標系の
値を変換器にてブーム座標系の値に変換し、このブーム
座標系の値から演算手段により設定パラメータに基いて
エンコーダ制御量を演算し、ブーム手段のエンコーダか
らの値をフィードバックしながら位置決めサーボ制御手
段にてブーム手段を作動せしめるものにおいて、上記ブ
ーム手段にブーム手段角度計測器を設け、この計測器か
らの値と上記エンコーダからの値とによりエンコーダ値
に対するブーム手段移動角度の比率を演算し、その演算
値により上記エンコーダ制御量の演算手段の演算パラメ
ータを補正せしめるパラメータ補正手段を設けている。
つまり、本発明では、ブーム手段のヒンジ部の摩耗によ
り、エンコーダ値に対するブーム手段移動角度の比率、
つまり分解能に初期設定値からのずれを生じた場合、そ
のずれ量に応じてブーム座標系からエンコーダ制御量へ
の演算のパラメータを補正することになる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に示す制御系をもつさく岩機のブーム手段が第２
図に示されている。同図のさく岩機１のブーム手段２は
第３図に示す如く作業台３に取り付けられ、所定のさく
孔パターンに従ってさく岩機１でのさく孔を行なうべく
位置決めがなされる。

まず、第２図に示すブーム手段２において、４は作業台
車３に軸心を垂直にして支持された回転軸であって、こ
の回転軸４に第１ブーム５が第１ヒンジ６にて上下回動
可能に支持され、第１ブーム５の先端に第２ブーム７の
基端部７ａが第２ヒンジ８にて上下回動可能に支持さ
れ、この第２ブーム７にさく岩機１を装着したガイドセ
ル９がセルマウンティング１０を介して支持されてい
る。

そして、第１ブーム５には、この第１ブーム５を上下に
回動させるブームリフトシリンダ１１と左右に回動させ
るブームスイングシリンダ１２が連結され、第２ブーム
７にはガイドセル９を上下に回動するセルリフトシリン
ダ１３と左右に回動させるセルスイングシリンダ１４が
連結され、さらに、セルマウンティング１０にガイドセ
ル９を進退させるセルスライドシリンダ１５が連結され
ている。

さく岩機１は、ドリフタ１６にさく孔ロッド１７を結合
し、さく孔ロッド１７の先端部をセントラライザ１８に
支持したものである。ドリフタ１６はガイドセル９の後
端部に設けたフィードモータ１９によりガイドセル９の
上を前後に進退可能になされている。

また、上記回転軸４の軸受部、第１ヒンジ６、第２ヒン
ジ８およびセルマウンティング１０の各ヒンジピンには
それぞれブーム位置決め用のエンコーダ２０が連結さ
れ、また、上記回転軸４、第１ブーム５、第２ブーム７
およびガイドセル９にはそれぞれ実際の各部材の基準位
置からの角度を計測するブーム手段角度計測器（ポテン
ショメータ）２１が取り付けられている。

ここで、上記シリンダ１１〜１５の作動に応じて移動す
るブーム先端（ガイドセル９の先端）の位置とその方向
について、直角座標系とブーム座標系との関係を説明す
る。

第４図(a)に示す如く、ブーム５，７がｚ軸上にあり、
その先端位置をＰ_０とするとき、まず、ブーム５，７を
ｘ−ｚ平面においてスイングさせ上記先端位置をＰ_１に
移動し、その後、第４図(b)に示す如くブーム５，７を
ｙ−ｚ平面と平行にリフトさせ、先端位置をＰ_２に移動
させた場合を考えると、直角座標系Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ，
θ，φ）で与えられるＰ_２点の位置および方向はブーム
座標系Ｐθ（θ_１，θ_２，θ_３，θ_４，ｌ_ｓ）を用いれ
ば次式で表わされる。なお、ｌ_１は第１ブーム５の長
さ、ｌ_２は第２ブーム７の長さ、ｌ_ｓは第２ブーム７の
先端からガイドセル９の先端までの長さを表わす。

ｘ＝ｌ_１ｓｉｎθ_１ｃｏｓθ_２＋｛ｌ_２ｓｉｎθ_１＋ｌ
_ｓｓｉｎ（θ_１＋θ_３）｝ｃｏｓ（θ_２＋θ_４）ｙ＝ｌ_１ｃｏｓθ_１ｓｉｎθ_２＋｛ｌ_２ｃｏｓθ_１＋ｌ
_ｓｃｏｓ（θ_１＋θ_３）｝ｓｉｎ（θ_２＋θ_４）ｚ＝ｌ_１ｃｏｓθ_１ｃｏｓθ_２＋｛ｌ_２ｃｏｓθ_１＋ｌ
_ｓｃｏｓ（θ_１＋θ_３）｝ｃｏｓ（θ_２＋θ_４） θ＝θ_１＋θ_３ φ＝θ_２＋θ_４……………(1) 従って、直角座標系で与えられたＰ_２点の位置と方向の
制御は、座標交換器（Ｐ→Ｐθ）と、角度θ_１，θ_２，
θ_３，θ_４及び長さｌ_ｓの位置決めサーボ制御手段があ
れば達成することができる。本発明の場合、位置決めに
あたっては、ブーム座標系で与えたさく孔点の値をブー
ム手段２のヒンジピンの回転角度に対応するエンコーダ
制御量を用いている。

ところで、ブーム手段２の移動角度とヒンジピンの回転
角度とは、ヒンジピンとその軸受部との間での摩耗が実
質的に零のとき（新品時）は１対１の関係で対応する
が、摩耗があるとヒンジピンのずれ（ガタ）によってこ
の対応関係がくずれる。従って、エンコーダ値に対する
ブーム手段２の移動角度の比率は摩耗の有無によって変
わることになる。第５図にはこの摩耗の有無によるエン
コーダ２０の特性がそれぞれ実線と破線で示されてい
る。

第５図において、Ａはエンコーダ総計算量、ＥＧはブー
ム手段２に要求される総移動角度、Ｆはブーム手段２の
基準角度（例えば仰角零度）である。そして、ヒンジ部
に摩耗がない新品時には、ブーム手段２の移動角度Ｅ，
Ｆ，Ｇはエンコーダ値Ｂ，Ｃ，Ｄに対応し、実線の特性
は、Ｅ−Ｇ＝ΔＥＨ，Ｂ−Ｄ＝Δθとすると次式で与え
られる。

つまり、この式があればブーム座標系の値をエンコーダ
制御量に演算することができ、実線の傾きΔＥＨ／Δθ
が演算パラメータ（分解能）である。

一方、ブーム手段２のヒンジ部が摩耗した場合、上記ブ
ーム手段角度計測器２１とエンコーダ２０とからブーム
手段２の手動での操作により得られるデータ（θ_０，Ｅ
Ｈ_０）は、例えば、第５図に示す各プロットのようにな
る。このデータからは次式を用いた直線回帰計算により
上記プロットに対応する破線の傾きが求まる。

なお、ｎはデータ数である。そして基準角Ｆのときのエ
ンコーダ値Ｃ_０を求めて次式を得る。

従って、上記ヒンジ部の摩耗が生じた場合でも、複数の
データ（θ_０，ＥＨ_０）から直線回帰計算により(4)式
を得る手段があれば、これにより、角度Ｅ，Ｆ，Ｇのエ
ンコーダ値を求め、補正された演算パラメータによる精
度の高いブーム位置決めが可能となる。

上記ブーム位置決めおよび演算パラメータの補正を行な
うための制御系を示す第１図において、２２は中央処理
装置であり、後述する作業終了信号を受けるとともに、
作動用の指令信号を出力するものである。

まず、２３はメモリ手段であり、切羽面直前に直角座標
系Ｐで与えられた仮想さく孔面上でさく孔パターンに応
じて設定される多数のさく孔点の位置および方向をこの
直角座標系の値で記憶するものである。さく孔点に関す
る値はダイヤル等で入力される。また、このメモリ手段
２３は中央処理装置２２からの作動指令信号を受けてさ
く孔点の値を座標の交換器２４に出力する。

この変換器２４は、上記メモリ手段２３から直角座標系
Ｐで与えられたさく孔点の値をブームの座標系Ｐθに上
記(1)式に基いて交換するものであり、中央処理装置か
らの指令信号を受けて作動し、演算手段２５にさく孔点
の値を出力する。この変換器２４にはブーム手段２にお
けるブーム５，７の長さｌ_１，ｌ_２に関する情報が第１
レジスタ２６から与えられる。

上記演算手段２５は変換器２４からブーム座標系Ｐθで
与えられるさく孔点の値をエンコーダ制御量ＥＨに演算
するものであり、このエンコーダ制御量ＥＨは１６進法
で位置決めサーボ制御手段２７に与えられる。この演算
パラメータは第２レジスタ２８から演算手段２５に対し
与えられるものであり、さらに、この演算パラメータは
後述するパラメータ補正手段２９により適宜補正するよ
うになされている。

上記位置決めサーボ制御手段２７は、演算手段２５から
与えられるエンコーダ制御量ＥＨに応じてブーム手段２
の該シリンダ１１〜１５を作動せしめるものである。こ
の場合、１６進法で与えられるエンコーダ制御量ＥＨは
第１演算器３０で２進法に演算され、ブーム手段２の各
シリンダ１１〜１５への油圧を制御するソレノイド式油
圧制御手段３１に出力される。そして、エンコーダ２０
から与えられるブーム手段２の作動した値は２進法から
１６進法に演算する第２演算器３２を有するフィードバ
ック手段３３により１６進法に演算されて位置決めサー
ボ制御手段２７にフィードバックするようになってい
て、位置決めサーボ制御手段２７はフィードバックされ
るエンコーダ制御量ＥＨが演算手段２５から与えられた
エンコーダ制御量ＥＨに一致するときブーム手段２の作
動を停止し、さく岩機制御装置３４へ位置決め終了信号
を出力するようになっている。

上記さく岩機制御装置３４は、ブーム手段２のさく岩機
１の作動を制御するもので、上記位置決め終了信号を受
けてさく岩機１にさく孔作業を行なわしめ、さく孔作業
終了信号を中央処理装置２２および位置決めサーボ制御
手段２７に出力するようになっている。

しかして、本位置決め装置においては、ブーム手段２に
設けたブーム手段角度計測器２１から与えられる実際の
ブーム角度θ_０と、上記フィードバック手段３３の第２
演算器３２から与えられるエンコーダ値ＥＨ_０とから、
このＥＨ_０に対するθ_０の比率、つまり、演算パラメー
タを演算し、演算手段２５におけるＰθ→ＥＨの演算パラ
メータを補正するパラメータ補正手段２９を備えてい
る。本例の場合、パラメータ補正手段２９は、上記比率
の演算値を演算手段２５の演算パラメータ登録手段であ
る第２レジスタ２８に打込むようになされているととも
に、この演算結果からエンコーダ総計算量（最大エンコ
ーダ値Ａ）でブームの総移動角度を検出できないと判断
されるとき、補正不能、つまりエラー信号を中央処理装
置２２に出力するようになされている。

また、本例の場合、パラメータ補正にあたってのデータ
（θ_０，Ｅｈ_０）の収集は、手動操作レバースイッチ３
５によってソレノイド式油圧制御手段３１を手動制御し
てブーム手段２を作動せしめることにより行なう。

ここで、上記エンコーダ２０について詳述するに、第６
図に示す如くエンコーダ２０はブームヒンジ部の軸受部
３６に嵌められたヒンジピン３７にシャフト３８および
カップリング３９を介して連結され、また、エンコーダ
取付金４０がヒンジピン３７に外嵌されている。エンコ
ーダ２０の内部には第７図に示す如く、上記ヒンジピン
３７に対応して回転する軸４１があって、この軸４１に
物理的なコード化された「１」，「０」のパターンを記
憶するディスク４２が固定されていて、パターンを検出
器４３で検出してヒンジピン３７の回転角に応対するエ
ンコーダ値を求めるようになっている。なお、第６図
で、４４は検出のための光源ランプ、４５は集光レンズ
であり、検出器４３としてはフォトトランジスタを用い
ている。

さて、演算パラメータの補正を行なってブーム位置決め
制御をなす処理の流れは第８図に示されている。

まず、手動操作レバースイッチ３５の操作によりブーム
手段２を作動せしめ、そのときの各ブーム位置でのブー
ム角度θ_０とエンコーダ値ＥＨ_０の読み込みを行なう
（ステップＳ_１，Ｓ_２）。そして、直線回帰計算に必要
な数（例えば１０個）の（θ_０，ＥＨ_０）データが得ら
れたならば、そのデータを用いて演算パラメータの補正
演算を行なう（ステップＳ_３，Ｓ_４）。そして、この演
算結果からエンコーダ総計算量でブーム総移動角度がま
かなえないか否か、つまり、エラーとなる補正演算パラ
メータか否かを判断し、ＹＥＳの場合は制御を停止して
エラー信号を出す一方、ＮＯの場合は第２レジスタ２８
に補正演算パラメータを打込む（ステップＳ_５〜Ｓ_８）。

そうして、メモリ手段２３からのさく孔データＰ（ｘ，
ｙ，ｚ，θ，φ）の読み出し、変換器２４による座標交
換（Ｐ→Ｐθ）、上記補正演算パラメータを用いての演算手段２５によるエンコーダ制御量の演算
（Ｐθ→ＥＨ）、このエンコーダ制御量ＥＨを用いての
ブーム位置決めおよびさく孔を行なう（ステップＳ_９〜
Ｓ_１２）。

なお、上記実施例では、メモリ手段２３、変換器２４お
よび演算手段２５という３つの制御要素と、中央処理装
置２２など他の制御要素とを一つの制御系として構成し
ているが、このメモリ手段２３から変換器２４若しくは
演算手段２５までの制御要素は中央処理装置２２側の制
御系から切離して外部系とし、その処理を別途行なうよ
うにしてもよい。

また、パラメータ補正手段２９は、メモリ手段２３や中
央処理装置２２の内部に設けて、そこから演算手段２５
へ演算値を出力するようんしてもよい。

また、第２レジスタ２８は演算手段２５の内部に組込ん
でもよい。

（発明の効果）本発明によれば、演算手段の演算パラメータを実測のブ
ーム手段角度とエンコーダ値とに基いて補正する手段を
設けたから、ブーム手段のヒンジ部にガタ（遊び）を生
じても、ブーム手段を目的位置に確実に動かすことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は制御系統図、第
２図はさく岩機とそのブーム手段の側面図、第３図はさ
く岩装置の使用状態を示す概略図、第４図(a),(b)はブ
ームの変位状態を示す概略図、第５図はブーム角度とエ
ンコーダ値との関係を示す特性図、第６図はエンコーダ
取付状態を一部断面で示す正面図、第７図はエンコーダ
の分解斜視図、第８図は制御系の処理の流れ図である。１……さく岩機、２……ブーム手段、４……回転軸、５
……第１ブーム、７……第２ブーム、９……ガイドセ
ル、１０……セルマウンティング、１１……ブームリフ
トシリンダ、１２……ブームスイングシリンダ、１３…
…セルリフトシリンダ、１４……セルスイングシリン
ダ、１５……セルスライドシリンダ、２０……エンコー
ダ、２１……ブーム手段角度計測器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】さく岩機を乗架したブーム手段と、切羽面
直前に直角座標系で与えられるさく孔面上で設定される
多数のさく孔点の位置および方向をこの直角座標系の値
で記憶するメモリ手段と、このメモリ手段から直角座標
系で与えられるさく孔点の値をブームの座標系に変換す
る変換器と、この変換器からブーム座標系で与えられる
さく孔点の値をエンコーダ制御量に演算する演算手段
と、この演算手段から与えられるエンコーダ制御量に応
じてブーム手段を動かす位置決めサーボ制御手段と、上
記ブーム手段に設けたエンコーダから与えられるブーム
手段の作動した値を演算する演算器を有しその演算した
値を位置決めサーボ制御手段にフィードバックするフィ
ードバック手段と、上記位置決めサーボ制御手段からの
信号によりブーム手段上のさく岩機を作動させるさく岩
機制御装置と、上記ブーム手段に設けたブーム手段角度
計測器からの値と上記フィードバック手段のエンコーダ
から与えられる値とを入力してエンコーダ値に対するブ
ーム手段の移動角度の比率を演算するとともにその演算
した値を上記演算手段に出力してこの演算手段の演算パ
ラメータを補正するパラメータ補正手段と、上記さく岩
機制御装置からの作業終了信号を受けるとともに上記変
換器、演算手段および位置決めサーボ制御手段のうちの
少なくとも１つに作動用の指令信号を送る中央処理装置
とを有することを特徴とするさく岩機のブーム位置決め
装置。