JPH0631526B2

JPH0631526B2 - さく岩機のブ−ム位置決め装置

Info

Publication number: JPH0631526B2
Application number: JP9252785A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　修
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-04-29
Filing date: 1985-04-29
Publication date: 1994-04-27
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPS61250294A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、先端にさく孔機を備えたブームの自動的な位
置決めを行うさく岩機のブーム位置決め装置に関するも
のである。

（従来技術）最近のさく岩機は、ブームに乗架したさく孔機の目標点
に対する設定位置（目標値）を直角座標によって表示す
るとともにこの直角座標による設定位置データを制御パ
ターンとしてさらにブーム座標系の座標値に変換した上
でメモリ部に記憶させておき、中央処理装置からの制御
プログラムに基いて上記メモリ部から上記設定位置デー
タを随時読み出して自動的にブーム並びにさく孔機の位
置決めを行うようになっている。（例えば、特公昭５７
−５１５１８号公報参照）。

しかし、このようなさく岩機では、上記ブームが台車部
に対してヒンジ機構を介して取付けられていることやま
た当該ブームに対して上記さく孔機がガイドセルなどの
摺動機構を介して取付けられていることなどから、取付
誤差、或いは経年変化によって上記ヒンジ機構、摺動機
構等の部分に部品の摩耗や緩みによるガタツキを生じた
り、又ブーム自体にたわみを生じて、実際には上記制御
パターン通りの正確なブームの位置決めを行うことがで
きない事態を生じる。

しかも、上記事象に起因する位置決め誤差は、上記直角
座標系に於けるＸ・Ｙ・Ｚ方向のいずれの方向にも生
じ、さらにその誤差の程度（大きさ）も各方向について
一定ではないので、一般的な手段では容易には補正する
ことができない。そして、位置決めが正確でないと、理
想的な切羽面を得ることができない。

（発明の目的）本発明は上記の事情に基づいてなされたもので、前回の
実さく孔パターンを画像処理装置で検出し、上記直角座
標で表示される理想さく孔パターンと上記実際に位置決
めされたさく孔パターンとを比較して誤差量を算出し、
この誤差量に基づいてブーム位置決め用の目標値を補正
することにより、正確な位置決めを可能にしたさく岩機
のブーム位置決め装置を提供することを目的とするもの
である。

（目的を達成するための手段）本発明は、上記の目的を達成するために、さく孔機を乗
架したブームと、切羽面に対するさく孔点の位置を直角
座標系の座標値によって表示するとともにこの座標値を
さらに上記ブームの座標系の値に変換して形成した目標
値を入力し、該目標値に応じて上記ブームの位置決めを
行う位置決め制御手段と、このブーム位置決め制御手段
からの位置決め終了信号によって上記さく孔機を作動さ
せるさく孔機制御手段と、前回のさく孔作業によって得
た実際のさく孔面を撮影しそのさく孔点を平面座標値に
変換して記憶する画像処理装置と、この画像処理装置か
らの出力値を上記直角座標系の座標値又はブーム座標系
の座標値と比較する比較手段と、この比較手段の偏差出
力に応じて上記ブーム位置決め制御手段の入力を補正す
る補正手段とを備えてなるものである。

（作用）上記の手段によると、前回のさく孔作業によって得た実
際のさく孔面を画像処理装置により画像処理することに
よって実際に形成されたさく孔点を座標値として検出
し、この検出値を制御パターンにより指示された目標値
と比較して誤差量を演算し、この誤差量を帰還量として
目標値を補正するように動作する。

従って、位置決めが正確になることは、もちろんさく孔
パターンの全てのさく孔点に対応する誤差量が一度の検
出動作および帰還量で修正されることになり、制御機能
並びに補正効率の非常に高いものとなる。

（実施例）第１図〜第４図は、本発明の実施例に係るさく岩機のブ
ーム位置決め装置を示している。

先ず第２図は、上記実施例におけるさく岩機の乗架装置
部分の構成を示すものであって、上記第２図において、
作業台車Ｅ上に固定した基台Ｆに対しブーム１の第１ブ
ーム２の後端2aを回転自在に軸支すると共に、該第１ブ
ーム２の先端2bに第２ブーム３の後端3aを回転自在に軸
支し、該第２ブーム３の先端3bにセルマウンテイング４
を介してガイドセル用のシリンダ５を固定している。こ
のシリンダ５にはフイードモータ６を後端に取り付けた
ガイドセル７を摺動自在に載架して該ガイドセル７を前
後進させるようにすると共に、さらに当該ガイドセル７
に対してロド９の先端にビツト１０を取り付けたさく孔
機８を前後進可能に装着している。そして、該さく孔機
８のさく孔作業時に当該さく孔機８を上記フイードモー
タ６で前進作動させるようにしている。上記さく孔機８
を乗架するブーム１は、左右水平方向（図中Ｘ方向）、
前後水平方向（図中Ｚ方向）及び上下垂直方向（図中Ｙ
方向）の３方向にそれぞれ任意に変位するようになって
おり、その第１ブーム２と第２ブーム３に対して上記各
水平方向に作動させるブームスイング用のシリンダ１１
およびガイドセルスイング用のシリンダ１２並びに垂直
方向に作動させるブームリフト用のシリンダ１３とガイ
ドセルリフト用のシリンダ１４とを図示の如く取り付け
ている。

ここで、上記第１ブーム２の長さｌ_１、第２ブーム３の
長さｌ_２、第２ブーム３の先端よりガイドセル７の先端
までの長さ（即ち、ガイドセル７の移動量）をｌ_ｓとし
て、上記各シリンダ１１〜１４の作動量と該作動に応じ
て移動するブーム先端位置（即ち、ガイドセル７の先端
位置）との関係を、第３図(a),(b)を参照して解析する
と下記のようになる。

すなわち、当初ブーム１がＺ軸上にあるとき、その先端
は第３図(a),(b)中Ｐ_０の位置にある。まず、この状態
からブームスイング用のシリンダ１１とガイドセルスイ
ング用のシリンダ１２とを作動し、そのロッドの伸長に
より水平面（図中Ｘ−Ｚ面）に第１ブーム２をθ_１、第
２ブーム３をθ_３だけ移動すると、上記Ｐ_０点はＰ_１点
に移る。その後、ブームリフト用のシリンダ１４を作動
し垂直面（図中ｙ−ｚ面）にθ_２，θ_４だけ移動すると
Ｐ_１点はＰ_２点に移る。Ｐ_２点の位置及び（セルの）方
向は次式で与えられる。

ｘ＝ｌ_１ｓｉｎθ_１・ｃｏｓθ＋｛ｌ_２ｓｉｎθ_１＋ｌ
_ｓｓｉｎ（θ_１＋θ_３）｝ｃｏｓ（θ_２＋θ_４）ｙ＝ｌ_１ｃｏｓθ_１・ｓｉｎθ_２＋｛ｌ_２ｃｏｓθ_１＋
ｌ_ｓｃｏｓ（θ_１＋θ_３）｝ｓｉｎ（θ_２＋θ_４）ｚ＝ｌ_１ｃｏｓθ_１・ｃｏｓθ_２＋｛ｌ_２ｃｏｓθ_１＋
ｌ_ｓｃｏｓ（θ_１−θ_３）｝ｃｏｓ（θ_２＋θ_４）
……（１） θ＝θ_１＋θ_３ φ＝θ_２＋θ_４すなわち、点Ｐ_２とその方向は（１）式を通して、直角
座標系Ｐ(x,y,z,θ,φ)及び、ブームの座標系Ｐθ(θ₁,
θ₂,θ₃,θ₄,l_s)に相互に変換することができる。

したがって、直角座標系で与えられた上記Ｐ_２点の位置
と方向の制御は、座標変換器（Ｐ→Ｐθ）と角度θ_１，
θ_２，θ_３，θ_４及び長さｌ_ｓの位置決め用サーボ制御
装置があれば達成できることとなる。

この実施例のブーム位置決め装置は、上記座標変換器
（Ｐ→Ｐθ）と位置決め用サーボ制御装置を設け、直角
座標系でブーム先端のビツト１０の位置を表示してブー
ムの位置決めをするようにしたもので、第１図に示すよ
うに構成される。

図中、符号１５はさく孔パターンに応じてブーム先端位
置を切羽面直前の仮想直角座標面に対して直接位置決め
するための作動量を設定するメモリ手段で、このメモリ
手段１５は上記第１、第２ブーム２，３の作動量をキー
ボード等によって自由に設定できるようにしてある。１
６は上記ブーム１の第１，第２ブーム２，３の変位角よ
り各ブームの駆動用油圧シリンダ１１〜１４のピストン
及びガイドセル用のシリンダ５の作動量を決定するブー
ムの位置決めサーボ制御装置、１７は上記メモリ手段１
５と位置決めサーボ制御装置１６との間に設置する（Ｐ
→Ｐθ）座標変換器であり、メモリ手段１５より与えら
れる直角座標系のＰの位置と方向(x,y,z,θ,φ)をブー
ムの座標系のＰθ（各アーム２，３の変位角θ_１，
θ_２，θ_３，θ_４とガイドセル７の移動量ｌ_ｓ）に変換
するものである。１８は中央処理装置であり、上記メモ
リ手段１５と座標変換器１７とに接続し、操作入力が与
えられるとメモリ手段１５から所望のさく孔位置Ｐを取
り出し座標変換器１７に伝えるものである。１９は上記
座標変換器１７とブーム位置決めサーボ制御装置１６と
の間に接続する第１のレジスタであり、座標変換器１７
より与えられる指令値Ｐθをたくわえて位置決めサーボ
制御装置１６に伝えるものである。２０は座標変換器１
７に接続した第２のレジスタであり、第１ブーム２、第
２ブーム３の長さｌ_１，ｌ_２・・等の定数を座標変換器
１７に与えている。第１及び第２ブーム２，３からなる
ブーム１及びガイドセル７の各駆動油圧シリンダ５，１
１〜１４は、上記位置決めサーボ制御装置１６より指令
される各シリンダ５，１１〜１４のピストン作動量に応
じて作動される。２２はさく孔機制御手段であり、ブー
ム１のガイドセル７上に乗架したさく孔機８にさく孔作
動に必要な制御量を与えており、上記位置決めサーボ制
御装置１６と接続したブーム１が所望位置に位置決めさ
れた信号で作業を開始するようにすると共に、中央処理
装置１８とも接続し、各さく孔作業毎の終了信号を与え
るようにしている。

また、23a,23bは第１、第２ブーム２，３の各駆動用シ
リンダ１１〜１４及びガイドセル作動用のシリンダ５の
変位を検出した信号を受けてブームの変位角を求める２
つの演算器であり、上記位置決めサーボ制御装置１６に
接続してブームの変位角（θ_１，θ_２，θ_３，θ_４）及
びガイドセル７の移動量（ｌ_ｓ）をフイードバックし、
ブームの位置決めを行うようにしている。

上記駆動用シリンダ１１〜１４の変位よりブームの変位
角θ_１〜θ_４を上記演算器２３なしに直接又は演算器２
３を介して間接的に検出する原理について次に説明す
る。

第４図に示す第１ブーム２を簡略化した図面において、
該第１ブーム２が今、水平状態にあるときΔＸ_１Ｘ_２Ｘ
_３は直角三角形である。したがって、今各辺の長さを第
４図のように示すと次式が成立する。

ａ^２＝ｂ^２＋ｃ^２……（２）一方、ブーム２が上方へ角度α°移動したとき点Ｘ_１が
点Ｘ_１′に移動し、Ｘ_１−Ｘ_３間の距離がｔだけ増加し
たとすると次式が成立する。

(ａ＋ｔ)^２＝(ｂ＋ｃｓｉｎα)^２＋(ｃｃｏｓα)^２＝ｂ^２＋ｃ^２＋２ｂｃｓｉｎα……（３）（２），（３）式よりｔ^２＋２ａｔ＝２ｂｃｓｉｎα ∴ｓｉｎα（ｔ^２＋２ａｔ）／２ｂｃ……（４）したがって、角度αは次式より求まる。

α＝ｓｉｎ^−１（ｔ^２＋２ａｔ）／２ｂｃ……（５）この（５）式において、変数を無次元化するため（ａ／
ｂｃ）ｔを改めてＴとおく。

（ａ／ｂｃ）ｔ→Ｔ……（６）すると、（５）式は次のように変形できる。

α＝ｓｉｎ^−１（ｂｃ／２ａ^２・Ｔ^２＋Ｔ）……（７）上記ΔＸ_１′Ｘ_２Ｘ_３に相似な三角形ΔＱ_１Ｑ_２Ｑ_３を
考える。ΔＸ_１′Ｘ_２Ｘ_３と対応する各辺の長さをそれ
ぞれ（ａ′，ｂ′，ｃ′，ｔ′）と表示すると、当該各
辺についてａ／ａ′＝ｂ／ｂ′＝ｃ／ｃ′＝ｔ／ｔ′＝ｋ_１（定
数）……（８）が成立するからａｔ／ｂｃ＝ａ′ｔ′／ｂ′ｃ′ が成立すると共に上記（７）式の常数についてもｂｃ／ａ^２＝ｂ′ｃ′／ａ′^２＝ｋ_２（定数）となり、相似な三角形の間では（７）式の常数及び変数
は三角形の大きさには依存せず、しかも角度αは同一の
（７）式で表されることがわかる。さらに定数ｋ_２を用
いて、（７）式は次のように表示できる。

α＝ｓｉｎ^−１（ｋ_２／２・Ｔ^２＋Ｔ）……（９）このようにシリンダの変位Ｔよりこの（９）式を用いる
と、ブームの撮角αが求められる。具体的には上述した
次の２つの演算器23a,23b（デイジタル演算器を用いる
のが有利である）を用いてこれを実現できる。

Ｔの検出装置としては、例えば駆動用油圧シリンダに組
込まれたエンコーダが用いられる。

上記エンコーダは上記各駆動用油圧シリンダ１１〜１４
の内部基端側に取り付けており、シリンダに固定するケ
ース内に回転デイスクと検出器とを設け、油圧の流入に
より軸を介して回転デイスクが回転するようにし、デイ
スクに物理的にコード化された１・０パターンを記憶さ
せ、これを検出器にて検出するようにしている。

上記デイスクの回転角βと出力信号Ｔとは、Ｔ＝ｋβ……（１０）ｋは定数で示される。したがって、（１０）式の変わりに上記
（９）式を満足する関数発生器としてエンコーダのデイ
スク・パターンを変えれば、このエンコーダから直接角
度αが得られる。

（９）式を満足する関数発生器（エンコーダ）のデイス
ク・パターンを求めるため（１０）式を（９）式に代入
し α＝ｓｉｎ^−１（ｋ_２／２・ｋ^２β^２＋ｋβ）これをβについて解くと次式を得る。

但し、βは負のみでないから符号は正を採用した。

また、１＋２ｋ_２ｓｉｎα＞０、である。

すなわち、（１１）式にしたがって、ブームの各アーム
の撮角αに対するエンコーダのパターン角βが求められ
ることとなる。

尚、上記エンコーダを、特殊な関数発生器として利用す
る方法により、第４図の距離Ｌｘ，Ｌｙは容易に検出す
ることができる。

一方、符号４０は、例えばＣＣＤ構成のイメージセンサ
であり、上記さく岩機の切羽面を見通せる位置に設置さ
れている。このイメージセンサ４０は、さく孔作業完了
後上記切羽面に形成された複数のさく孔点よりなるさく
孔パターンを観測撮像し、当該撮像画像の濃淡部に対応
したアナログ信号を出力する。この出力を画像処理装置
４１により所定レベルのしきい値でクランプすることに
より、濃度を属性として２値化（領域分割）し、デジタ
ル信号の形に変換して出力する。そして、この２値化さ
れた出力信号は、先ず画像メモリ４２に蓄積記憶され
る。

次に、符号４３は、画像測定手段であり、上記画像メモ
リ４２に記憶されているピーク濃度位置に対応するさく
孔点を、切羽面をＸ・Ｙ平面とする平面座標値に対応さ
せて測定し、その測定値を第１の演算手段４４により実
際に平面座標値Ｐ（Ｘ′，Ｙ′）に変換して第２の演算
手段４５（特許請求の範囲中の比較手段に該当する）に
入力する。この第２の演算手段４５は、上記第１の演算
手段４４の出力（Ｘ′・Ｙ′）とともに他方上述のメモ
リ手段１５の出力Ｐ（Ｘ・Ｙ）が該当するさく孔点ごと
に入力されるようになっており、両出力の比較によりそ
れらの偏差値（ΔＸ＝Ｘ−Ｘ′，ΔＹ＝Ｙ−Ｙ′）が各
々演算される。この偏差値ΔＸ，ΔＹは、Ｘ軸，Ｙ軸方
向の位置決め誤差を示している。

そして、上記第２の演算手段４５の上記出力が、上述し
た目標値補正手段４６に補正値として入力され、目標値
補正手段４６は、上記メモリ手段１５からの出力を当該
補正値によって補正した上で上記座標変換器１７に入力
し、さらにこの座標変換器１７の出力Ｐθが位置決め制
御のための目標値として上記第１のレジスタ１９に入力
されて記憶される。

従って、以上の構成では、実際になされた前回のさく孔
作業結果を基にして、さく孔点ごとの位置決め誤差量が
制御パターンとの対比の上で検出され、この検出値に応
じて目標値が常に適正に補正されるために、常に正確な
位置決めを可能にすることができる。又、その際、画像
処理装置によって、当該切羽面上の全のさく孔点ごとの
誤差を一度に検出し記憶させるようにしているので、補
正効率が高く制御機能も非常によくなる。

（発明の効果）本発明は、以上に説明したように、さく孔機を乗架した
ブームと、切羽面に対するさく孔点の位置を直角座標系
の座標値によって表示するとともにこの座標値をさらに
上記ブームの座標系の値に変換して形成した目標値を入
力し、該目標値に応じて上記ブームの位置決めを行う位
置決め制御手段と、このブーム位置決め制御手段からの
位置決め終了信号によって上記さく孔機を作動させるさ
く孔機制御手段と、前回のさく孔作業によって得た実際
のさく孔面を撮影しそのさく孔点を平面座標値に変換し
て記憶する画像処理装置と、この画像処理装置からの出
力値を上記直角座標系の座標値又はブーム座標系の座標
値と比較する比較手段と、この比較手段の偏差出力に応
じて上記ブーム位置決め制御手段の入力を補正する目標
値補正手段とを備えてなるものである。

従って、本発明によると、前回のさく孔作業によって得
た実際のさく孔面を画像処理装置により画像処理するこ
とによって実際に形成されたさく孔点を座標値として検
出し、この検出値を制御パターンにより指示された目標
値と比較して誤差量を演算し、この誤差量を帰還量とし
て目標値を補正するように動作する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係るさく岩機のブーム位置
決め装置のブロック図、第２図は、上記実施例における
さく岩機のブームおよびブーム乗架装置を示す側面図、
第３図(a),(b)は上記ブーム作動時の変位状態を示す説
明図、第４図は、上記ブームの変位角とブーム作動シリ
ンダの移動量との関係を示す説明図である。１……ブーム８……さく孔機１６……位置決めサーボ制御装置１７……座標変換器４０……イメージセンサ４１……画像処理装置４２……画像メモリ４４……第１の演算手段４５……第２の演算手段４６……目標値補正手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】さく孔機を乗架したブームと、切羽面に対
するさく孔点の位置を直角座標系の座標値によって表示
するとともにこの座標値をさらに上記ブームの座標系の
値に変換して形成した目標値を入力し、該目標値に応じ
て上記ブームの位置決めを行う位置決め制御手段と、こ
のブーム位置決め制御手段からの位置決め終了信号によ
って上記さく孔機を作動させるさく孔機制御手段と、前
回のさく孔作業によって得た実際のさく孔面を撮影しそ
のさく孔点を平面座標値に変換して記憶する画像処理装
置と、この画像処理装置からの出力値を上記直角座標系
の座標値又はブーム座標系の座標値と比較する比較手段
と、この比較手段の偏差出力に応じて上記ブーム位置決
め制御手段の入力を補正する補正手段とを備えてなるさ
く岩機のブーム位置決め装置。