JPH0726577A - Working speed control device for articulated work machine - Google Patents

Working speed control device for articulated work machine

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Publication number
JPH0726577A
JPH0726577A JP17339693A JP17339693A JPH0726577A JP H0726577 A JPH0726577 A JP H0726577A JP 17339693 A JP17339693 A JP 17339693A JP 17339693 A JP17339693 A JP 17339693A JP H0726577 A JPH0726577 A JP H0726577A
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JP
Japan
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joint
target
joint angle
actuator
speed
Prior art date
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Pending
Application number
JP17339693A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Kagoshima
昌之 鹿児島
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0726577A publication Critical patent/JPH0726577A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve the working accuracy of an articulated work machine by allowing the operation of an actuator to be controlled properly, according to a target locus within a maximum working speed range. CONSTITUTION:An operator inputs the proper minimum working speed Vcmin and maximum working speed Vcmax of each cylinder C to an actuator maximum working speed setting section 5. In order to set the working direction of the forward end 34 of a bucket L3, the operator inputs an operation angle beta to a working direction setting section 8. Also, values detected with each of joint angle sensors 41, 42 and 43 are inputted to a joint angle detecting section 4. The current coordinates (x, y) of the forward end 34 of the bucket L3 are obtained, and the minimum and maximum angular velocity values of each joint section, that is, (dtheta1/dt)min and (dtheta1/dt)max are calculated. This process is undertaken in a joint angular speed maximum value calculation section 6, and inputted to a target work calculation section 7. Furthermore, a target speed Vm and target coordinates (xr, yr) after a control cycle (t) are calculated in a target speed calculation section 71 and a target coordinate calculation section 72. From the target coordinates (xr, yr), the target values (thetar1, thetar2 and thetar3) of joint angles are calculated in a target joint angle calculation section 9.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベル等で代表
される多関節作業機械の動作速度を制御する制御装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for controlling the operating speed of an articulated work machine such as a hydraulic excavator.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、油圧ショベル等の多関節作業機械
は、複数のブームやアーム等がそれぞれ互いに軸回りに
回動自在に接合され、油圧機器からなるアクチュエータ
で自在に回動運動を行うように構成されている。このよ
うなアームの最先端には所定の作業を行うバケット等の
作業端が設けられており、この作業端が所定の作業を行
うようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a multi-joint work machine such as a hydraulic excavator, a plurality of booms and arms are rotatably joined to each other around an axis, and an actuator composed of hydraulic equipment is used to make a rotative movement. Is configured. A work end such as a bucket for performing a predetermined work is provided at the tip of such an arm, and the work end is configured to perform the predetermined work.

【0003】従来、上記作業端に所定の作業を行わせる
ためには、作業者が黙視しながら上記アクチュエータを
運転操作することによって行われていたが、近年、一定
の作業については、制御装置の制御の基に、自動的に作
業端が作業を行うように構成されていることが多い。
Conventionally, in order to perform a predetermined work on the work end, a worker operates the actuator while silently watching, but in recent years, a certain work is performed by a control device. In many cases, the working end is automatically configured to perform work under the control of the work.

【0004】このような作業機の自動制御については、
特開平2−101228号公報によって開示されたもの
が知られている。この公報に開示されている作業機の制
御装置は、ブームとアームとバケットとが直列に連結さ
れた作業機において、ブーム角、アーム角およびバケッ
ト角を検出する角度検出手段が設けられ、この角度検出
手段が検出した上記各角度からバケットの位置を逐一算
出するようにし、この算出されたバケットの現在位置と
予め入力されたバケットの目標軌跡とが一致しているか
否かを算出するようにし(具体的には上記両者間の偏差
を求めるようにし)、一致していないときには(偏差が
予め設定された値よりも大きいときには)ブーム、アー
ムおよびバケットを作動させる各々のアクチュエータへ
の流体の供給量を調節してバケットの実際の位置と目標
軌跡とを合致させるいわゆる軌跡制御が行われるように
構成されたものである。
Regarding automatic control of such a working machine,
The one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-101228 is known. The control device for a working machine disclosed in this publication is a working machine in which a boom, an arm and a bucket are connected in series, and is provided with an angle detecting means for detecting a boom angle, an arm angle and a bucket angle. The position of the bucket is calculated one by one from each of the above angles detected by the detection means, and it is calculated whether or not the calculated current position of the bucket and the preset target trajectory of the bucket match ( Specifically, determine the deviation between the above two), and if they do not match (when the deviation is larger than a preset value), the amount of fluid supplied to each actuator that operates the boom, arm, and bucket. Is adjusted so as to match the actual position of the bucket with the target trajectory, so-called trajectory control is performed.

【0005】そして、このように構成することにより、
バケットの刃先の位置を精度よく目標軌跡に追随させる
ことができ、オペレータが操作レバーに手を触れずに高
精度の自動掘削を行うことができると説明されている。
And, by constructing in this way,
It is described that the position of the blade edge of the bucket can be made to accurately follow the target trajectory, and the operator can perform highly accurate automatic excavation without touching the operation lever.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特開平
2−101228号公報によって開示された作業機の制
御装置においては、予め設定された目標軌跡にバケット
を沿わせることにのみ意が払われ、各所のアクチュエー
タの動作速度や各駆動部の構造特性については考慮され
ていないため、各所に形成されているリンク構造の姿勢
によっては、ブーム、アームおよびバケットを作動させ
る各々のアクチュエータの動作速度が追い付かず、結局
バケットは実質的に予め設定されている目標軌跡からは
ずれてしまうという問題点を有していた。
By the way, in the control device for a working machine disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2-101228, only the intention is to make the bucket follow a preset target locus, Since the operating speed of the actuators at each location and the structural characteristics of each drive unit are not taken into consideration, the operating speed of each actuator that operates the boom, arm, and bucket may not catch up depending on the posture of the link structure formed at each location. In the end, the bucket has a problem that it substantially deviates from the preset target trajectory.

【0007】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、アクチュエータの最大動作
速度の範囲内で適正に軌跡制御を実行することができる
多関節作業機の動作速度制御装置を提供することを目的
としている。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the operating speed of an articulated work machine capable of properly executing trajectory control within the range of the maximum operating speed of the actuator. The purpose is to provide a control device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
多関節作業機の動作速度制御装置は、複数の腕体が関節
部を介して直列に連結され、かつ、各腕体を関節部の支
持軸回りに回動させる複数のアクチュエータが設けられ
てなる多関節作業機械の最先端部腕体の動作を制御する
多関節作業機の動作速度制御装置において、この動作速
度制御装置は、各関節部の関節角に応じたアクチュエー
タの限界作動速度を演算し、上記各アクチュエータがこ
の限界作動速度を超えない範囲で作動するように各アク
チュエータに動作信号を発信するように構成されている
ことを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an operating speed control apparatus for an articulated work machine, wherein a plurality of arms are connected in series via joints and each arm is jointed. In an operation speed control device for an articulated work machine that controls the operation of the most distal arm of an articulated work machine that is provided with a plurality of actuators that rotate around the support shaft of the section, the operation speed control device is The actuator is configured to calculate the limit operating speed of the actuator according to the joint angle of each joint and to send an operation signal to each actuator so that the actuator operates within a range not exceeding the limit operating speed. It is characterized by.

【0009】本発明の請求項2記載の多関節作業機の動
作速度制御装置は、請求項1記載の多関節作業機の動作
速度制御装置において、上記動作速度制御装置は、各関
節部の関節角を検知する関節角センサから入力された関
節角と予め入力されたアクチュエータの最大動作速度と
からその関節角速度の最大値を演算する角速度最大値演
算部と、上記関節角センサから入力された関節角と角速
度最大値演算部から入力された関節角速度の最大値と予
め入力された最先端部腕体の動作方向とからこの最先端
部腕体の目標速度と目標位置とを演算する目標動作演算
部と、この目標動作演算部から入力される上記目標速度
と目標位置とから各関節部の関節角を演算する目標関節
角演算部とからなり、この目標関節角演算部は各関節部
が上記演算された関節角になるように各アクチュエータ
に動作信号を発信するように構成されていることを特徴
とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an operating speed control device for an articulated work machine according to the first aspect, wherein the operating speed control device is a joint for each joint. An angular velocity maximum value calculation unit that calculates the maximum value of the joint angular velocity from the joint angle input from the joint angle sensor that detects the angle and the maximum operating velocity of the actuator that is input in advance, and the joint input from the joint angle sensor. Target motion calculation that calculates the target speed and target position of the tip arm part from the maximum value of the joint angular velocity input from the angle and the maximum angular velocity calculation part and the movement direction of the tip arm part that is input in advance And a target joint angle calculation unit for calculating the joint angle of each joint from the target speed and the target position input from the target motion calculation unit. Calculated And it is characterized in that it is configured to transmit the operation signal to each actuator so that the section angle.

【0010】[0010]

【作用】上記請求項1記載の多関節作業機の動作速度制
御装置によれば、動作速度制御装置は、各関節部の関節
角に応じたアクチュエータの限界作動速度を演算し、上
記各アクチュエータがこの限界作動速度を超えない範囲
で作動するように各アクチュエータに動作信号を発信す
るようになっているため、この信号を受信した各アクチ
ュエータは無理のない状態で作動することができ、結果
として最先端腕体は予め設定された目標軌跡に確実に沿
う動作を確実に行うように制御することが可能になる。
According to the operation speed control device for an articulated work machine described in claim 1, the operation speed control device calculates the limit operation speed of the actuator according to the joint angle of each joint portion, and each actuator is Since an operation signal is sent to each actuator so that it operates within the range where this limit operation speed is not exceeded, each actuator that receives this signal can operate in a comfortable state, and as a result, The tip arm can be controlled so as to surely perform an operation along a preset target trajectory.

【0011】上記請求項2記載の多関節作業機の動作速
度制御装置によれば、まず動作速度制御装置の角速度最
大値演算部は、各関節部の関節角を検知する関節角セン
サから入力された関節角と、予め入力されたアクチュエ
ータの最大動作速度とからその関節角速度の最大値を演
算しその演算結果を目標動作演算部に伝達する。
According to the operating speed control device for an articulated work machine described in claim 2, first, the maximum angular velocity calculation unit of the operating speed control device is input from a joint angle sensor for detecting the joint angle of each joint. The maximum value of the joint angular velocity is calculated from the joint angle and the maximum operating speed of the actuator that is input in advance, and the calculation result is transmitted to the target motion calculating unit.

【0012】この関節角速度の最大値が入力された目標
動作演算部は、上記関節角センサから入力された関節角
と予め入力された最先端部腕体の動作方向とを合わせて
最先端部腕体の目標速度と目標位置とを演算しこの演算
結果を目標関節角演算部に伝達する。
The target motion calculation unit to which the maximum value of the joint angular velocity is input is arranged to match the joint angle input from the joint angle sensor with the motion direction of the front end arm body which has been input in advance. The target velocity and the target position of the body are calculated, and the calculation result is transmitted to the target joint angle calculation unit.

【0013】そして、上記最先端部腕体の目標速度と目
標位置とが入力された目標関節角演算部は各関節部の関
節角を演算し、この演算結果に基づいて各関節部が上記
演算された関節角になるように各アクチュエータに動作
信号を発信する。
Then, the target joint angle calculation unit to which the target velocity and the target position of the most distal arm are input calculates the joint angle of each joint, and each joint calculates the above based on the calculation result. An operation signal is transmitted to each actuator so that the joint angle is set.

【0014】従って、この動作信号を受信した各アクチ
ュエータは、上記目標関節角演算部が演算した関節角に
なるように作動し、この作動は予め角速度最大値演算部
によって演算された関節角速度最大値以下になるように
設定することが可能であるため、各アクチュエータの作
動はその最大動作速度を超えないものになり、無理のな
い状態で最先端部腕体は予め設定された目標軌跡上を移
動する。
Therefore, each actuator that receives this operation signal operates so as to reach the joint angle calculated by the target joint angle calculation unit, and this operation is performed by the maximum angular velocity calculation unit previously calculated by the maximum angular velocity calculation unit. Since it can be set as follows, the operation of each actuator does not exceed its maximum operating speed, and the most advanced arm moves on the preset target trajectory in a reasonable state. To do.

【0015】[0015]

【実施例】図1は、本発明に係る動作速度制御装置が適
用された多関節作業機の一例を示す側面図である。この
図に示すように、本実施例においては、多関節作業機と
して油圧ショベル1が適用されている。従って、以下こ
の油圧ショベル1によってオペレータによる運転操作で
は非常に困難とされる直線状掘削作業を、非常に短い範
囲で行わせるようにし、この短い範囲の直線状掘削作業
の集積として任意の軌跡の掘削を行わせるようにした動
作速度制御装置について具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a side view showing an example of an articulated work machine to which an operation speed control device according to the present invention is applied. As shown in this figure, in this embodiment, the hydraulic excavator 1 is applied as an articulated work machine. Therefore, the linear excavation work, which is very difficult for the operator to operate by the hydraulic excavator 1, will be performed in a very short range, and an arbitrary locus will be accumulated as a collection of the linear excavation work in the short range. An operation speed control device for excavating will be specifically described.

【0016】油圧ショベル1は、キャタピラ装置2と、
このキャタピラ装置2の上部に設けられた運転操作室3
と、この運転操作室3の前部から前方に突出するように
設けられた多関節腕体Lとから基本構成されている。上
記多関節腕体Lは、運転操作室3に第一水平軸301回
りに回動自在に直接連結された第一の腕体としてのブー
ムL1と、このブームL1の先端部に第二水平軸302
回りに回動自在に軸支された第二の腕体としてのアーム
L2と、さらにこのアームL2に先端部に第三水平軸3
03回りに回動自在に設けられた第三の腕体(最先端部
腕体)としてのバケットL3とから構成されている。
The hydraulic excavator 1 includes a caterpillar device 2 and
A driving operation room 3 provided above the caterpillar device 2
And a multi-joint arm L provided so as to project forward from the front part of the driving operation room 3. The multi-joint arm L is a boom L1 as a first arm that is directly rotatably connected to the operation room 3 about a first horizontal axis 301, and a second horizontal axis at the tip of the boom L1. 302
An arm L2 as a second arm body that is pivotally supported around, and a third horizontal shaft 3 at the tip of the arm L2.
It is configured by a bucket L3 as a third arm body (the most distal arm body) rotatably provided around 03.

【0017】そして、上記ブームL1、アームL2およ
びバケットL3は多関節腕体Lに複数設けられた油圧で
作動するアクチュエータ30によって各水平軸回りに回
動動作をするようになっている。具体的には、運転操作
室3とブームL1との間にはブーム用アクチュエータ3
1が付設され、ブームL1とアームL2との間にはアー
ム用アクチュエータ32が付設され、アームL2とバケ
ットL3との間にはバケット用アクチュエータ33が設
けられている。そして各アクチュエータ30に所定の作
動をさせることによって、各多関節腕体Lは所定の動作
を行い、バケットL3の先端部34が直線状の運動を行
うようになっている。
The boom L1, the arm L2 and the bucket L3 are configured to rotate about each horizontal axis by actuators 30 which are hydraulically operated and are provided on the articulated arm L. Specifically, the boom actuator 3 is provided between the operation room 3 and the boom L1.
1 is attached, an arm actuator 32 is attached between the boom L1 and the arm L2, and a bucket actuator 33 is provided between the arm L2 and the bucket L3. By causing each actuator 30 to perform a predetermined operation, each articulated arm L performs a predetermined operation, and the tip end portion 34 of the bucket L3 makes a linear motion.

【0018】図2は、図1に対応させて描いた作業機の
動作を解析するためのモデル図である。この図において
は、横軸にx軸を設定して水平方向の距離を表し、縦軸
にy軸を設定して垂直方向の距離を表すようにしてい
る。両軸の交点が上記x−y座標の原点であり、図1の
ブームL1が軸支されている運転操作室側の第一水平軸
301に相当する。このブームL1の有効長さ、すなわ
ち第一水平軸301と第二水平軸302との間の距離は
1、アームL2の有効長さ、すなわち第二水平軸30
2と第三水平軸303との間の距離はl2、およびバケ
ットL3の有効長さ、すなわち第三水平軸303とバケ
ットL3の先端部34との間の距離はl3にそれぞれ設
定されている。
FIG. 2 is a model diagram for analyzing the operation of the working machine drawn corresponding to FIG. In this figure, the x-axis is set on the horizontal axis to represent the horizontal distance, and the y-axis is set to the vertical axis to represent the vertical distance. The intersection of both axes is the origin of the xy coordinates, and corresponds to the first horizontal axis 301 on the side of the operation room on which the boom L1 of FIG. 1 is pivotally supported. The effective length of the boom L1, that is, the distance between the first horizontal axis 301 and the second horizontal axis 302 is l 1 , and the effective length of the arm L2, that is, the second horizontal axis 30.
The distance between the second horizontal axis 303 and the third horizontal axis 303 is set to l 2 , and the effective length of the bucket L3, that is, the distance between the third horizontal axis 303 and the tip 34 of the bucket L3 is set to l 3. There is.

【0019】そしてある時点において、図2に示すよう
に、ブームL1とx軸との間に形成される内角がθ1
ブームL1の延長線とアームL2との間に形成される外
角がθ2、アームL2の延長線とバケットL3との間に
形成される外角がθであったとする。このような状態
で、非常に短い範囲でのバケットL3の先端部34の作
動方向がx軸に対して角度β(以下操作角度という)だ
け傾いており、その動作速度がVであったとする。
At a certain point in time, as shown in FIG. 2, the interior angle formed between the boom L1 and the x-axis is θ 1 ,
It is assumed that the outer angle formed between the extension line of the boom L1 and the arm L2 is θ 2 , and the outer angle formed between the extension line of the arm L2 and the bucket L3 is θ. In such a state, it is assumed that the operating direction of the tip end portion 34 of the bucket L3 in a very short range is inclined by an angle β (hereinafter referred to as an operation angle) with respect to the x-axis, and the operating speed thereof is V.

【0020】そこでまず、このような状態のときの各関
節の角速度(第一水平軸301、第二水平軸302およ
び第三水平軸303における第一関節角θ1、第二関節
角θ2、第三関節角θ3の角速度)と上記先端部34の動
作速度との関係を求めることにする。
Therefore, first, the angular velocities of the joints in such a state (the first joint angle θ 1 and the second joint angle θ 2 on the first horizontal axis 301, the second horizontal axis 302, and the third horizontal axis 303, The relationship between the angular velocity of the third joint angle θ 3 ) and the operating speed of the tip portion 34 will be obtained.

【0021】図2におけるバケットL3の先端部34の
座標を(x、y)とすると、
Assuming that the coordinates of the tip end portion 34 of the bucket L3 in FIG. 2 are (x, y),

【0022】[0022]

【数1】x=l3・cos(θ1+θ2+θ3)+l2・c
os(θ1+θ2)+L1・cosθ1
[Formula 1] x = l 3 · cos (θ 1 + θ 2 + θ 3 ) + l 2 · c
os (θ 1 + θ 2 ) + L 1 · cos θ 1

【0023】[0023]

【数2】y=l3・sin(θ1+θ2+θ3)+l2・s
in(θ1+θ2)+L1・sinθ と表現することができる。
[Equation 2] y = l 3 · sin (θ 1 + θ 2 + θ 3 ) + l 2 · s
It can be expressed as in (θ 1 + θ 2 ) + L 1 · sin θ 1 .

【0024】そして、θ、θ2、θ3がどのような角度
になろうともある微小な範囲では先端部34は直線状掘
削を行うように制御され、上記角度βは一定という前提
になっているため、
Then, it is premised that the tip portion 34 is controlled so as to perform linear excavation in a minute range where θ 1 , θ 2 and θ 3 may be any angles, and the angle β is constant. Because

【0025】[0025]

【数3】α=θ1+θ2+θ3=一定 という関係が成立している。[Formula 3] α = θ 1 + θ 2 + θ 3 = constant relation holds.

【0026】上記「数1」、「数2」および「数3」の
各式を時間tで微分することにより、
By differentiating each of the equations of "Equation 1", "Equation 2" and "Equation 3" with respect to time t,

【0027】[0027]

【数4】 (dx/dt)=(−l2・sin(θ1+θ2)−sinθ1
・(dθ1/dt)−l2・sin(θ1+θ2)(dθ2/dt)
(4) (dx / dt) = (-l 2 · sin (θ 1 + θ 2 ) -sin θ 1 )
・ (Dθ 1 / dt) -l 2・ sin (θ 1 + θ 2 ) (dθ 2 / dt)

【0028】[0028]

【数5】 (dy/dt)=(−l2・cos(θ1+θ2)−cosθ1
・(dθ1/dt)−l2・cos(θ1+θ2)(dθ2/dt)
[Equation 5] (dy / dt) = (− l 2 · cos (θ 1 + θ 2 ) −cos θ 1 ).
・ (Dθ 1 / dt) -l 2・ cos (θ 1 + θ 2 ) (dθ 2 / dt)

【0029】[0029]

【数6】 (dα/dt)=(dθ1/dt)+(dθ2/dt)+(dθ3/dt)=0 となる一方、(dx/dt)と(dy/dt)とは、バケット先端部3
4のx軸に対する作動方向の角度βとその動作速度Vと
の間の関係として、
(6) (dα / dt) = (dθ 1 / dt) + (dθ 2 / dt) + (dθ 3 / dt) = 0, while (dx / dt) and (dy / dt) are Bucket tip 3
4 is the relationship between the angle β of the actuation direction with respect to the x-axis and its operating speed V:

【0030】[0030]

【数7】(dx/dt)=Vcosβ(7) (dx / dt) = Vcosβ

【0031】[0031]

【数8】(dy/dt)=Vsinβ とおくことができる。そこで「数7」式および「数8」式の
右辺を「数3」式および「数4」式の左辺に代入するこ
とによって(dθ1/dt)と(dθ2/dt)とを未知数とした連立
方程式が得られるから、それを解くことによって(dθ1/
dt)と(dθ2/dt)とを、以下のようにV、θ1、θ2および
βをもって表現することができる。
(8) (dy / dt) = Vsinβ can be set. Therefore, by substituting the right sides of the equations 7 and 8 into the left sides of the equations 3 and 4, (dθ 1 / dt) and (dθ 2 / dt) are unknowns. The simultaneous equations are obtained, and by solving them, (dθ 1 /
dt) and (dθ 2 / dt) can be expressed by V, θ 1 , θ 2 and β as follows.

【0032】[0032]

【数9】(dθ1/dt)=((cos(θ1+θ2−β)/
(l1・sinθ1))・V
[Equation 9] (dθ 1 / dt) = ((cos (θ 1 + θ 2 −β) /
(L 1 · sin θ 1 )) · V

【0033】[0033]

【数10】(dθ2/dt)={−(l2・cos(θ1+θ2
β)+l1・cos(θ1−β))/(l1・l2・sin
θ1)}・V また、上記「数9」および「数10」式の右辺を「数
6」式に代入して解くことにより、(dθ3/dt)をV、θ1
およびβによって表現することができる。
(D θ 2 / dt) = {− (l 2 · cos (θ 1 + θ 2
β) + l 1 · cos (θ 1 − β)) / (l 1 · l 2 · sin
θ 1 )} · V Further, by substituting the right-hand sides of the above-mentioned “Equation 9” and “Equation 10” into the “Equation 6” and solving them, (dθ 3 / dt) becomes V, θ 1
And β.

【0034】[0034]

【数11】(dθ3/dt)=(cos(θ1−β)/(l2
sinθ1))・V 以上の「数9」、「数10」および「数11」式に示す
通り、各関節角の角速度(dθ1/dt)、(dθ2/dt)および(d
θ3/dt)は、いずれもバケット先端部34の動作速度V
の関数とみなすことができる。
(D θ 3 / dt) = (cos (θ 1 −β) / (l 2 ·
sin θ 1 )) · V As shown in the equations (9), (10) and (11), the angular velocities of the joint angles (dθ 1 / dt), (dθ 2 / dt) and (dθ 2 / dt)
θ 3 / dt) is the operating speed V of the bucket tip 34.
Can be regarded as a function of.

【0035】ところで、上記の各関節角の角速度につい
ては、それぞれ構造上の制約によって正負の最大速度が
決まっており、それ以上速く動かすことはできない。そ
こでこのような制約条件を数式化すると、
By the way, regarding the angular velocities of the respective joint angles, the positive and negative maximum velocities are determined by structural restrictions, and it is impossible to move faster. Therefore, when formulating such constraints,

【0036】[0036]

【数12】(dθi/dt)min≦(dθi/dt)≦(dθi/dt)max
(i=1,2,3) 但し上式において、(dθi/dt)minは各関節角の角速度の
最小値(すなわち負の方向の最大値)であり、(dθi/d
t)maxは最大値であり、具体的に特定の数値として表す
ことができる。
(12) (dθ i / dt) min ≤ (dθ i / dt) ≤ (dθ i / dt) max
(I = 1, 2, 3) However, in the above equation, (dθ i / dt) min is the minimum value of the angular velocity of each joint angle (that is, the maximum value in the negative direction), and (dθ i / d
t) max is the maximum value and can be specifically expressed as a specific numerical value.

【0037】この「数12」式の(dθi/dt)に「数9」
〜「数11」式の右辺をそれぞれ代入することによっ
て、各関節角の(dθi/dt)minおよび(dθi/dt)maxに対応
した、以下に示す六つのバケット先端部34の動作速度
を算出することができる。
[Mathematical Expression 9] is added to (dθ i / dt) in this Expression 12.
~ By substituting the right side of the equation (11) respectively, the operating speeds of the following six bucket tip portions 34 corresponding to (dθ i / dt) min and (dθ i / dt) max of each joint angle Can be calculated.

【0038】 V1min、V2min、V3min、V1max、V2max、V3max そして以下の式で示すように、これらの六つの動作速度
の絶対値の最小値を選びだすことによって上記「数1
2」の制約条件からバケット先端部34の目標動作速度
mを決めることができる。
[0038] V 1min, V 2min, V 3min , V 1max, V 2max, V 3max and as shown in the following formula, the "number by picking the minimum value of the absolute values of these six operating speed 1
The target operating speed V m of the bucket tip portion 34 can be determined from the constraint condition “2”.

【0039】[0039]

【数13】Vm=min(|V1min|,|V2min|,|V3min|,
|V1max|,|V2max|,|V3max|) このようにして得られたVmの値を先の「数9」〜「数
11」式に代入することによって各関節角の角速度(dθ
1/dt)、(dθ2/dt)および(dθ3/dt)が得られる。従っ
て、これらの角速度が実現するように公知の制御手法で
各関節角の角速度制御を行えば、バケットL3の先端部
34は、作動方向がx軸に対して角度βに傾いた状態を
保持して速度Vmで動作することになる。
V m = min (| V 1min |, | V 2min |, | V 3min |,
| V 1max |, | V 2max |, | V 3max |) By substituting the value of V m obtained in this way into the above equations 9 to 11, the angular velocity of each joint angle ( dθ
1 / dt), (dθ 2 / dt) and (dθ 3 / dt) are obtained. Therefore, if the angular velocity control of each joint angle is performed by a known control method so as to realize these angular velocities, the tip end portion 34 of the bucket L3 holds the state in which the operating direction is inclined at the angle β with respect to the x axis. Will operate at a speed of V m .

【0040】因に上記(dθi/dt)min、および(dθi/dt)
maxの値については、各アクチュエータ31、32、3
3の速度範囲が予め判明しておれば算出可能である。こ
の算出方法について、関節駆動機構を一般的に示した図
3を基に説明する。この図においてθは関節角、θL1
ベクトルaL1とx軸との間に形成される角度、θL2はベ
クトルaL2とy軸との間に形成される角度である。これ
らの間には以下の式で示す関係が成立している。
By the way, the above (dθ i / dt) min and (dθ i / dt)
For the value of max , each actuator 31, 32, 3
It can be calculated if the speed range of 3 is known in advance. This calculation method will be described based on FIG. 3, which generally shows the joint drive mechanism. In this figure, θ is the joint angle, θ L1 is the angle formed between the vector a L1 and the x axis, and θ L2 is the angle formed between the vector a L2 and the y axis. The relationship shown in the following formula is established between them.

【0041】[0041]

【数14】θL2=θ+θoff2 [ Equation 14] θ L2 = θ + θ off2

【0042】[0042]

【数15】(dθL1/dt)=0[Equation 15] (dθ L1 / dt) = 0

【0043】[0043]

【数16】 θc=arctan{(aL1・sinθL1+aL2・sinθ
L2)/(aL1・cosθL1+aL2・cosL2)}
[Mathematical formula-see original document] θ c = arctan {(a L1 · sin θ L1 + a L2 · sin θ
L2 ) / (a L1 · cos θ L1 + a L2 · cos L2 )}

【0044】[0044]

【数17】 (dac/dt)=aL2・sin(θc+θL2)・(dθ/dt) そして、アクチュエータを構成しているシリンダCの最
小動作速度(すなわち負の方向の最大速度)Vcminと、
最大動作速度Vcmaxとの間にベクトルacの速度が入って
いなければならないため、「数17」の条件式が成立す
る。
[Equation 17] (da c / dt) = a L2 · sin (θ c + θ L2 ) · ( d θ / dt) Then, the minimum operating speed of the cylinder C constituting the actuator (that is, the maximum speed in the negative direction) V cmin ,
Since the velocity of the vector a c must be included between the maximum operating velocity V cmax and the conditional equation of “Equation 17” holds.

【0045】[0045]

【数18】Vcmin≦(dac/dt)≦Vcmax 従って、「数17」を「数18」に代入して解くことに
より上記(dθ/dt)min、および(dθ/dt)maxの値を以下の
ように具体的に求めることができる。
[Equation 18] V cmin ≤ (da c / dt) ≤ V cmax Therefore, by substituting "Equation 17" into "Equation 18" and solving, the above (dθ / dt) min and (dθ / dt) max The value can be specifically obtained as follows.

【0046】[0046]

【数19】 (dθ/dt)min=Vcmin/{aL2・sin(θc+θL2)}(D θ / dt) min = V cmin / {a L2 · sin (θ c + θ L2 )}

【0047】[0047]

【数20】 (dθ/dt)max=Vcmax/{aL2・sin(θc+θL2)} となるのである。すなわち、各アクチュエータ31、3
2、33についてこのような計算を実行することによっ
て、各(dθi/dt)min、および(dθi/dt)maxの値を具体的
に求めることができるのである。
(D θ / dt) max = V cmax / {a L2 · sin (θ c + θ L2 )}. That is, each actuator 31, 3
By performing such a calculation with respect to Nos. 2 and 33, the values of (dθ i / dt) min and (dθ i / dt) max can be specifically obtained.

【0048】つぎに、図2に示すバケットL3の先端部
34が座標(x,y)の位置であったときから制御終期
である時間tが経過したときの座標(xr,yr)(目標
位置)については、以下の各式によって導出され、計算
される。まず座標(xr,yr)に移行してもバケットL
3の角度βは変わらない。この時のx成分およびy成分
の上記先端部34の動作速度、VxおよびVyは、「数1
3」を用いて以下のように表現できる。
Next, the coordinates (x r , y r ) (when the time t, which is the end of control, elapses from when the tip end portion 34 of the bucket L3 shown in FIG. 2 is at the position of coordinates (x, y). The target position) is derived and calculated by the following equations. First, the bucket L is moved to the coordinate (x r , y r ).
The angle β of 3 does not change. At this time, the operating speeds of the tip portion 34 of the x component and the y component, V x and V y are
3 "can be used to express as follows.

【0049】[0049]

【数21】Vx=Vmcosβ、Vy=Vmsinθ 従って、目標位置は以下の式で表わすことができる。V x = V m cos β, V y = V m sin θ Therefore, the target position can be expressed by the following equation.

【0050】[0050]

【数22】xr=x+Vx・t、yr=y+Vy・t そして、目標位置に到達したときの各関節角の角度を、
ブームL1についてはθr1、アームL2については
θr2、バケットL3についてはθr3とおくと、
X r = x + V x · t, y r = y + V y · t Then, the angle of each joint angle when reaching the target position is
If the boom L1 is θ r1 , the arm L2 is θ r2 , and the bucket L3 is θ r3 ,

【0051】[0051]

【数23】xr=l3・cos(θr1+θr2+θr3)+l
2・cos(θr1+θr2)+l1・cosθr1
[Mathematical formula-see original document] x r = l 3 · cos (θ r1 + θ r2 + θ r3 ) +1
2・ cos (θ r1 + θ r2 ) + l 1・ cos θ r1

【0052】[0052]

【数24】yr=l3・sin(θr1+θr2+θr3)+l
2・sin(θr1+θr2)+l1・sinθr1 そして、x’、y’を「数24」、「数26」式のよう
に表し、
Y r = l 3 · sin (θ r1 + θ r2 + θ r3 ) +1
2 · sin (θ r1 + θ r2 ) + l 1 · sin θ r1 Then, x ′ and y ′ are expressed as in “Equation 24” and “Equation 26”,

【0053】[0053]

【数25】 l2・cos(θr1+θr2)+l1・cosθr1=x’[Expression 25] l 2 · cos (θ r1 + θ r2 ) + l 1 · cos θ r1 = x ′

【0054】[0054]

【数26】 l2・sin(θr1+θr2)+l1・sinθr1=y’ これら「数25」、「数26」式を用いて「数23」、
「数24」式を各種変形することにより、以下の各式が
得られる。
L 2 · sin (θ r1 + θ r2 ) + l 1 · sin θ r1 = y ′ These “equation 25” and “equation 26” are used to calculate “equation 23”,
The following equations are obtained by variously modifying the equation 24.

【0055】[0055]

【数27】cos(θr2)=(x’2+y’2−l1 2−l
2 2)/(2・l1・l2
Cos (θ r2 ) = (x ′ 2 + y ′ 2 −l 1 2 −l
2 2 ) / (2 · l 1 · l 2 )

【0056】[0056]

【数28】 sin(θr2)=±(1−cos2(θr2))(28) sin (θ r2 ) = ± (1-cos 2r2 ))

【0057】[0057]

【数29】 tan(θr2)=sin(θr2)/cos(θr2Tan (θ r2 ) = sin (θ r2 ) / cos (θ r2 ).

【0058】[0058]

【数30】cos(θr1)={(l1+l2・cos
(θr2))+l2・sin(θr2)・y’}/{(l1+l2
・cos(θr22+l2 2・sin2(θr2)}
(30) cos (θ r1 ) = {(l 1 + l 2 · cos
r2 )) + l 2 · sin (θ r2 ) · y ′} / {(l 1 + l 2
・ Cos (θ r2 ) 2 + l 2 2・ sin 2r2 )}

【0059】[0059]

【数31】sin(θr1)={−l2・sin(θr2)・x’
+(l1+l2・cos(θr2))・y’}/{(l1+l2・co
s(θr22+l2 2・sin2(θr2)}
(31) sin (θ r1 ) = {− l 2 · sin (θ r2 ) × x ′
+ (L 1 + l 2 · cos (θ r2 )) · y ′} / {(l 1 + l 2 · co
s (θ r2 ) 2 + l 2 2 · sin 2r2 )}

【0060】[0060]

【数32】 tan(θr1)=sin(θr1)/cos(θr1Tan (θ r1 ) = sin (θ r1 ) / cos (θ r1 ).

【0061】[0061]

【数33】θr3=β−θr1−θr2 以上の「数27」〜「数33」式を解くことにより(例
えば、tan(θr1)、tan(θr2)を未知数として
方程式を解き、tan(θr1)、tan(θr2)の値か
らθr1、θr2を求め、「数33」式からθr3を求めるよ
うにすればよい)、θr1、θr2およびθr3の値が得られ
る。
[Equation 33] θ r3 = β−θ r1 −θ r2 By solving the equations of “Equation 27” to “Equation 33” (for example, tan (θ r1 ) and tan (θ r2 ) are unknowns, the equation is solved. , Tan (θ r1 ), tan (θ r2 ) and θ r1 , θ r2, and θ r3 from Equation 33), θ r1 , θ r2, and θ r3 Is obtained.

【0062】このようにして得られたθr1、θr2および
θr3の値は、図に示すグラフにおいて、バケットL3の
先端部34の座標が(x,y)であったものが、一制御
周期が経過した状態で(xr,yr)に変化したときの各
関節角を示しているのである。逆にいえば、このような
関節角(すなわち目標関節角)になるように各アクチュ
エータ30を、先に説明した各関節角の角速度(dθ1/d
t)、(dθ2/dt)および(dθ3/dt)でもって操作することに
より、バケットL3の先端部34は無理なく確実に操作
角度βを保持した状態で移動し、座標(xr,yr)に到
達するということができる。
The values of θ r1 , θ r2 and θ r3 obtained in this way are one control when the coordinates of the tip portion 34 of the bucket L3 are (x, y) in the graph shown in the figure. It shows each joint angle when the cycle changes to (x r , y r ). Conversely speaking, each actuator 30 is controlled so as to have such a joint angle (that is, a target joint angle) by the angular velocity (dθ 1 / d) of each joint angle described above.
By operating with t), (dθ 2 / dt) and (dθ 3 / dt), the tip end portion 34 of the bucket L3 moves reasonably and reliably while maintaining the operation angle β, and the coordinates (x r , y r ) can be reached.

【0063】従って、上記先端部34が座標(xr
r)に到達した時点で、新たに操作角度βを与えてや
るとともに、この時点における(dθr1/dt)、(dθr2/dt)
および(dθr3/dt)を算出し、これらの新たな関節角の角
速度でブームL1、アームL2およびバケットL3を動
作させることによって多関節腕体Lはつぎの制御周期の
動作を行うことになる。
Therefore, the tip portion 34 has coordinates (x r ,
y r ), a new operation angle β is given and (dθ r1 / dt), (dθ r2 / dt) at this time
By calculating and (dθ r3 / dt) and operating the boom L1, the arm L2, and the bucket L3 at the angular velocities of these new joint angles, the articulated arm L performs the operation in the next control cycle.

【0064】上記制御周期を具体的妥当性を有する程度
に短いものにし、かつ、順次制御周期ごとに動作角度を
入力してやるとともに、各関節角の角速度を算出するよ
うにし、この角速度で多関節腕体Lを動作させるように
すれば、バケットL3の先端部34に所望の動作を確実
に行わせることができる。
The control cycle is set to be short enough to have concrete validity, and the operation angle is sequentially input for each control cycle, and the angular velocity of each joint angle is calculated. By moving the body L, it is possible to surely cause the tip end portion 34 of the bucket L3 to perform a desired operation.

【0065】以下、基本的に上記「数1」〜「数33」
式で示した方式における多関節作業機の運転制御につい
て、図4の本発明に係る制御ブロックの一例を示すブロ
ック図を基に説明する。この図に示すように、本発明に
係る動作速度制御装置Kは、関節角度検出部4と、アク
チュエータ最大動作速度設定部5と、関節角速度最大値
演算部6と、目標動作演算部7と、動作方向設定部8
と、目標関節角演算部9とから基本構成されている。
Basically, the following "Equation 1" to "Equation 33"
The operation control of the articulated work machine in the method represented by the formula will be described based on the block diagram showing an example of the control block according to the present invention in FIG. As shown in this figure, the motion speed control device K according to the present invention includes a joint angle detection unit 4, an actuator maximum motion speed setting unit 5, a joint angular speed maximum value calculation unit 6, a target motion calculation unit 7, Movement direction setting unit 8
And a target joint angle calculation unit 9 are basically configured.

【0066】上記関節角度検出部4は、多関節腕体Lの
関節角を検出しこの検出結果を関節角速度最大値演算部
6に入力するためのものである。そのためにこの関節角
度検出部4には、ブームL1の関節角(第一関節角
θ1)、アームL2の関節角(第二関節角θ2)およびバ
ケットL3の関節角(第三関節角θ3)を検出するため
の第一関節角センサ41、第二関節角センサ42および
第三関節角センサ43が備えられている。この関節角度
検出部4は、これら関節角センサ41、42、43から
入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換して関
節角速度最大値演算部6に向かって出力するようになっ
ている。
The joint angle detector 4 is for detecting the joint angle of the multi-joint arm L and inputting the detection result to the joint angular velocity maximum value calculator 6. Therefore, the joint angle detection unit 4 uses the joint angle of the boom L1 (first joint angle θ 1 ), the joint angle of the arm L2 (second joint angle θ 2 ), and the joint angle of the bucket L3 (third joint angle θ 1). 3 ) is provided with a first joint angle sensor 41, a second joint angle sensor 42, and a third joint angle sensor 43. The joint angle detector 4 converts the analog signals input from the joint angle sensors 41, 42 and 43 into digital signals and outputs the digital signals to the joint angular velocity maximum value calculator 6.

【0067】上記アクチュエータの最大動作速度設定部
5は、動作速度制御装置Kに対するオペレータによる入
力装置の一つである。そして、この最大動作速度設定部
5においては、各アクチュエータ30(ブーム用アクチ
ュエータ31、アーム用アクチュエータ32、バケット
用アクチュエータ33)のシリンダCの最小動作速度V
cminと、最大動作速度Vcmaxとが関節角速度最大値演算
部6にインプットされるようになっている。
The maximum operating speed setting unit 5 of the actuator is one of the input devices for the operating speed control device K by the operator. Then, in the maximum operating speed setting unit 5, the minimum operating speed V of the cylinder C of each actuator 30 (boom actuator 31, arm actuator 32, bucket actuator 33) is set.
The cmin and the maximum operating speed V cmax are input to the joint angular velocity maximum value calculation unit 6.

【0068】上記関節角速度最大値演算部6は、上記動
作速度制御装置Kから入力された各関節角θi(θ1、θ
2、θ3)の値と、上記アクチュエータ最大動作速度設定
部5から入力されたシリンダCの最小動作速度V
cminと、最大動作速度Vcmaxとから予めプログラミング
されている「数18」〜「数20」式を用いて各(dθi/
dt)min、および(dθi/dt)maxの値(但しi=1,2,
3)を演算するように構成されている。
The joint angular velocity maximum value calculation unit 6 calculates each joint angle θ i1 , θ) input from the motion velocity control device K.
2 , θ 3 ) and the minimum operating speed V of the cylinder C input from the actuator maximum operating speed setting unit 5
Each of (dθ i / Equation 20) to (Equation 20) is programmed in advance from cmin and the maximum operating speed V cmax.
dt) min and (dθ i / dt) max values (where i = 1, 2,
3) is calculated.

【0069】上記目標動作演算部7は、図2に示す現状
のバケットL3の先端部34の座標(x,y)から制御
周期tが経過した後の目標位置に到達するための目標動
作速度を演算する目標速度演算部71と、目標座標(x
r,yr)を演算する目標位置演算部72とから構成され
ている。
The target motion calculation unit 7 calculates the target motion speed for reaching the target position after the control cycle t has elapsed from the coordinates (x, y) of the tip portion 34 of the current bucket L3 shown in FIG. The target speed calculation unit 71 for calculating and the target coordinate (x
r , y r ) and a target position calculation unit 72.

【0070】そして、上記目標速度演算部71において
は、関節角度検出部4から入力された各関節角θ
i(θ1、θ2、θ3)の値と、動作方向設定部8から入力
された操作角度βとをもとに、「数12」〜「数13」
式に基づいて目標動作速度Vmが演算されるようになっ
ている。上記動作方向設定部8は動作速度制御装置Kに
対するオペレータによる入力装置の他の一つである。
Then, in the target speed calculation unit 71, each joint angle θ input from the joint angle detection unit 4 is inputted.
Based on the value of i1 , θ 2 , θ 3 ) and the operation angle β input from the movement direction setting unit 8, “Equation 12” to “Equation 13”
The target operating speed V m is calculated based on the equation. The operation direction setting unit 8 is another one of the input devices by the operator for the operation speed control device K.

【0071】また、目標位置演算部72においては、関
節角度検出部4から入力された各関節角θi(θ1
θ2、θ3)の値と、動作方向設定部8から入力された操
作角度βの値と、さらに目標速度演算部71から入力さ
れた目標動作速度Vmの値とをもとに、「数21」およ
び「数22」式に基づいて制御周期tが経過後の目標座
標(xr,yr)が演算されるようになっている。
Further, in the target position calculating section 72, each joint angle θ i1 ,
θ 2 , θ 3 ), the value of the operation angle β input from the operation direction setting unit 8, and the value of the target operation speed V m input from the target speed calculation unit 71. The target coordinates (x r , y r ) after the control cycle t has elapsed are calculated based on the expressions (21) and (22).

【0072】上記目標関節角演算部9は、上記目標座標
(xr,yr)に到達するために現状の各関節角θ
i(θ1、θ2、θ3)をどのような角度に変化させればよ
いかを演算する演算部であり、上記目標動作演算部7の
目標位置演算部72から入力される目標座標(xr
r)の値から、「数27」〜「数33」式に基づいて
演算され、具体的に目標関節角θri(θr1、θr2
θr3)が得られるようになっている。このようにして得
られた目標関節角θriの値は、目標関節角演算部9から
各アクチュエータ30(ブーム用アクチュエータ31、
アーム用アクチュエータ32、バケット用アクチュエー
タ33)の図示していないコントローラに伝達され、こ
れを受けたコントローラは各アクチュエータ30が所定
の動作を行うように制御するようになっている。
The target joint angle computing unit 9 uses the current joint angles θ to reach the target coordinates (x r , y r ).
i1 , θ 2 , θ 3 ) is a calculation unit that calculates what angle should be changed, and the target coordinate (input from the target position calculation unit 72 of the target operation calculation unit 7) x r ,
y r ) is calculated based on the equations (27) to (33), and the target joint angles θ rir1 , θ r2 ,
θ r3 ) can be obtained. The value of the target joint angle θ ri thus obtained is obtained from the target joint angle calculation unit 9 for each actuator 30 (boom actuator 31,
The actuator 32 for the arm and the actuator 33 for the bucket) are transmitted to a controller (not shown), and the controller which receives the control controls each actuator 30 to perform a predetermined operation.

【0073】図5は、本発明に係る動作速度制御の一例
を示すフローチャートである。以下この図を基に本発明
の動作速度制御装置の作用について説明する。まず、ス
テップS1においては、各アクチュエータ30の動作速
度の最大値が設定される。この設定は、オペレータがア
クチュエータ最大動作速度設定部5に各シリンダCの固
有の最小動作速度Vcminと、最大動作速度Vcmaxとを入
力することによって行われる。
FIG. 5 is a flow chart showing an example of operation speed control according to the present invention. The operation of the operating speed control device of the present invention will be described below with reference to this drawing. First, in step S1, the maximum value of the operating speed of each actuator 30 is set. This setting is performed by the operator inputting the minimum operating speed V cmin and the maximum operating speed V cmax unique to each cylinder C to the actuator maximum operating speed setting unit 5.

【0074】つぎのステップS2においては、バケット
L3の先端部34の動作方向の設定が行われる。この動
作方向の設定は、オペレータが操作角度βを動作方向設
定部8に入力することにより行われる。この操作角度β
は、通常複数の制御周期tiごとの値(βi)が入力さ
れ、iが1からnまで実行されることによってバケット
L3に所望の動作を確実に行わせることができる。
In the next step S2, the operation direction of the tip end portion 34 of the bucket L3 is set. The operation direction is set by the operator inputting the operation angle β into the operation direction setting unit 8. This operation angle β
In general, a value (β i ) is input for each of a plurality of control cycles t i , and i is executed from 1 to n, whereby the bucket L3 can be surely caused to perform a desired operation.

【0075】そして、ステップS3においては、各関節
角センサ41、42、43からの検出値が動作速度制御
装置Kの関節角度検出部4に入力される。そしてステッ
プS4において現状のバケットL3の先端部34の座標
(x,y)が求められ、その後ステップS5において各
関節部の最大角速度の値(各(dθi/dt)min、および(dθ
i/dt)maxの値(但しi=1,2,3))が演算される。
このようなステップS4およびステップS5の処理は関
節角速度最大値演算部6において行われる。演算された
各関節部の最大角速度の値は目標動作演算部7に入力さ
れる。
Then, in step S3, the detection values from the joint angle sensors 41, 42, 43 are input to the joint angle detecting section 4 of the motion speed control device K. Then, in step S4, the coordinates (x, y) of the current tip end portion 34 of the bucket L3 are obtained, and in step S5, the maximum angular velocity values (each (dθ i / dt) min , and (dθ)
The value of i / dt) max (where i = 1, 2, 3) is calculated.
The processes in steps S4 and S5 are performed in the joint angular velocity maximum value calculation unit 6. The calculated value of the maximum angular velocity of each joint is input to the target motion calculation unit 7.

【0076】つぎにステップS6においては、制御周期
tが経過後のバケットL3の先端部34の目標速度Vm
が求められ、ステップS7においては制御周期tが経過
後のバケットL3の先端部34の目標座標(xr,yr
が演算される。これらは目標動作演算部7の目標速度演
算部71および目標位置演算部72において実行され
る。
Next, in step S6, the target speed V m of the tip portion 34 of the bucket L3 after the control period t has elapsed.
Is calculated, and in step S7, the target coordinates (x r , y r ) of the tip portion 34 of the bucket L3 after the control period t has elapsed.
Is calculated. These are executed in the target speed calculation unit 71 and the target position calculation unit 72 of the target operation calculation unit 7.

【0077】そして、ステップS8においては、上記バ
ケットL3の先端部34の目標座標(xr,yr)より関
節角の目標値(θr1、θr2、θr3)が演算される。この
演算は目標関節角演算部9において行われる。この演算
結果は、各アクチュエータ30の図外のコントローラに
伝達され、このコントローラに制御されつつ、多関節腕
体L(ブームL1、アームL2、バケットL3)は、バ
ケットL3の先端部34が目標座標(xr,yr)を目指
すように所定の動作を行ってその第一水平軸301、第
二水平軸302および第三水平軸303回りに回動す
る。
Then, in step S8, the target values (θ r1 , θ r2 , θ r3 ) of the joint angles are calculated from the target coordinates (x r , y r ) of the tip portion 34 of the bucket L3. This calculation is performed in the target joint angle calculation unit 9. This calculation result is transmitted to a controller (not shown) of each actuator 30, and the multi-joint arm L (boom L1, arm L2, bucket L3) is controlled by the tip coordinate 34 of the bucket L3 while being controlled by this controller. A predetermined operation is performed so as to aim at (x r , y r ), and the first horizontal shaft 301, the second horizontal shaft 302, and the third horizontal shaft 303 are rotated.

【0078】最後に、ステップS9において制御が終了
したか否かが判断され、終了していないときはステップ
S3にフィードバックされ上記の各ステップの処理が繰
り返し実行される。
Finally, in step S9, it is determined whether or not the control is completed. If it is not completed, the process is fed back to step S3 and the processes of the above steps are repeatedly executed.

【0079】本発明の多関節作業機の動作速度制御装置
は以上のように各アクチュエータ30の最大動作速度か
ら各関節部の動作を決定するように構成されているの
で、従来のようにバケットL3の先端部34の動作にの
み注目して制御するものではなく、その結果各アクチュ
エータ30に無理な動作を強要することはない。従っ
て、無理から生じる動作遅れは起こらないため、上記先
端部34が予め設定された制御軌跡に確実に沿った状態
で動作し、多関節作業機の動作精度が向上する。
Since the operation speed control device for the articulated work machine of the present invention is configured to determine the operation of each joint portion from the maximum operation speed of each actuator 30 as described above, the bucket L3 as in the prior art. The control is not performed by paying attention to only the operation of the tip portion 34 of the above, and as a result, each actuator 30 is not forced to perform an unreasonable operation. Therefore, since there is no operation delay caused by force, the tip end portion 34 operates in a state of surely following the preset control locus, and the operation accuracy of the articulated work machine improves.

【0080】なお、本実施例においては、バケットL3
の先端部34の速度Vは最大速度Vmを採用している
が、特に最大速度Vmに限定されるものではなく、この
速度を超えない速度を任意に設定することもできる。
In this embodiment, the bucket L3
The maximum speed V m is adopted as the speed V of the tip portion 34 of the above, but the speed is not particularly limited to the maximum speed V m , and a speed that does not exceed this speed can be arbitrarily set.

【0081】また、本実施例においては、多関節作業機
はブームL1、アームL2およびバケットL3からなる
三本の関節が採用されたもので例示したが、関節は三本
に限定されるものではなく、二本でもよいし四本以上で
もよい。
Further, in this embodiment, the articulated work machine employs three joints including the boom L1, the arm L2 and the bucket L3, but the joints are not limited to three. No, it may be two or four or more.

【0082】さらに、関節駆動機構についても、図3に
示すようなシリンダCを使用したものに限定されるもの
ではなく、電動機等を使用したものでもよい。
Further, the joint drive mechanism is not limited to the one using the cylinder C as shown in FIG. 3, but may be one using an electric motor or the like.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上詳述したように本発明の多関節作業
機の動作速度制御装置は、各関節部の関節角に応じたア
クチュエータの限界作動速度を演算し、上記各アクチュ
エータがこの限界作動速度を超えない範囲で作動するよ
うに各アクチュエータに動作信号を発信するようになっ
ているため、この信号を受信した各アクチュエータは無
理のない状態で作動することができ、結果として最先端
腕体は予め設定された目標軌跡に確実に沿う動作を行う
ように制御することが可能になる。
As described above in detail, the operation speed control device for an articulated work machine according to the present invention calculates the limit operation speed of the actuator according to the joint angle of each joint, and each of the actuators operates at this limit operation speed. Actuator signals are sent to each actuator to operate within a range that does not exceed speed, so each actuator that receives this signal can operate in a comfortable state, and as a result, the most advanced arm Can be controlled so as to reliably perform an operation along a preset target trajectory.

【0084】上記動作速度制御装置を、各関節部の関節
角を検知する関節角センサから入力された関節角と予め
入力されたアクチュエータの最大動作速度とからその関
節角速度の最大値を演算する角速度最大値演算部と、上
記関節角センサから入力された関節角と角速度最大値演
算部から入力された関節角速度の最大値と予め入力され
た最先端部腕体の動作方向とからこの最先端部腕体の目
標速度と目標位置とを演算する目標動作演算部と、この
目標動作演算部から入力される上記目標速度と目標位置
とから各関節部の関節角を演算する目標関節角演算部と
から構成し、この目標関節角演算部は各関節部が上記演
算された関節角になるように各アクチュエータに動作信
号を発信するようにすれば、まず角速度最大値演算部に
よって各関節部の関節角を検知する関節角センサから入
力された関節角と、予め入力されたアクチュエータの最
大動作速度とからその関節角速度の最大値が演算され、
その演算結果は目標動作演算部に伝達される。
An angular velocity for calculating the maximum value of the joint angular velocity from the joint angle input from the joint angle sensor for detecting the joint angle of each joint and the maximum operating velocity of the actuator which is input in advance in the operating velocity control device. The maximum value calculation unit, the joint angle and the angular velocity input from the joint angle sensor, the maximum value of the joint angular velocity input from the maximum value calculation unit, and the tip end portion that is input in advance. A target motion calculation unit that calculates a target speed and a target position of the arm, and a target joint angle calculation unit that calculates a joint angle of each joint from the target speed and the target position input from the target motion calculation unit. If the target joint angle calculation unit transmits an operation signal to each actuator so that each joint unit has the calculated joint angle, the angular velocity maximum value calculation unit first A joint angle joint angle input from the sensor for detecting the section angle, the maximum value of the joint angular velocity is calculated from the maximum operating speed of the actuator previously entered,
The calculation result is transmitted to the target motion calculation section.

【0085】この関節角速度の最大値が入力された目標
動作演算部においては、上記関節角センサから入力され
た関節角と予め入力された最先端部腕体の動作方向とを
合わせて最先端部腕体の目標速度と目標位置とが演算さ
れ、この演算結果は目標関節角演算部に伝達される。
In the target motion calculating section to which the maximum value of the joint angular velocity is inputted, the joint angle inputted from the joint angle sensor and the movement direction of the tip portion arm body inputted in advance are combined into the tip portion. The target speed and the target position of the arm are calculated, and the calculation result is transmitted to the target joint angle calculation unit.

【0086】そして、上記最先端部腕体の目標速度と目
標位置とが入力された目標関節角演算部によって各関節
部の関節角が演算され、この演算結果に基づいて各関節
部が上記演算された関節角になるように各アクチュエー
タに動作信号が発信される。
Then, the joint angles of the joints are calculated by the target joint angle calculation unit to which the target velocity and the target position of the most distal arm are input, and based on the calculation result, each joint calculates the above. An operation signal is sent to each actuator so that the joint angle is set.

【0087】従って、この動作信号を受信した各アクチ
ュエータは、上記目標関節角演算部が演算した関節角に
なるように作動し、この作動は予め角速度最大値演算部
によって演算された関節角速度最大値以下になるように
設定することが可能であるため、各アクチュエータの作
動はその最大動作速度を超えないものになり、無理のな
い状態で最先端部腕体は予め設定された目標軌跡上を移
動する。
Therefore, each actuator that receives this operation signal operates so as to reach the joint angle calculated by the target joint angle calculation unit, and this operation is performed by the maximum angular velocity calculation unit previously calculated by the maximum angular velocity calculation unit. Since it can be set as follows, the operation of each actuator does not exceed its maximum operating speed, and the most advanced arm moves on the preset target trajectory in a reasonable state. To do.

【0088】以上のように、本発明においては、アクチ
ュエータの最大動作速度から腕体の関節の角速度の最大
値が逐一演算され、この演算結果に基づいて上記最大値
を超えないように各腕体の関節角を変化させるように操
作されるものであるため、常にアクチュエータは無理な
動作を強いられることはなく、適正かつ良好に動作する
ことができる。
As described above, in the present invention, the maximum value of the angular velocity of the joint of the arm is calculated one by one from the maximum operating speed of the actuator, and each arm is prevented from exceeding the maximum value based on the calculation result. Since the actuator is operated so as to change the joint angle thereof, the actuator is not always forced to perform an unreasonable operation, and can operate properly and satisfactorily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る動作速度制御装置が適用された多
関節作業機の一例を示す側面図である。
FIG. 1 is a side view showing an example of an articulated work machine to which an operation speed control device according to the present invention is applied.

【図2】作業機の動作を解析するためのモデル図であ
る。
FIG. 2 is a model diagram for analyzing the operation of the work machine.

【図3】関節部のシリンダの動作と関節角との関係を示
す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between an operation of a cylinder of a joint portion and a joint angle.

【図4】本発明に係る制御ブロックの一例を示すブロッ
ク図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a control block according to the present invention.

【図5】本発明に係る動作速度制御の一例を示すフロー
チャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of operation speed control according to the present invention.

【符号の説明】 1 油圧ショベル 2 キャタピラ装置 3 運転操作室 30 アクチュエータ 31 ブーム用アクチュエータ 32 アーム用アクチュエータ 33 バケット用アクチュエータ 4 関節角度検出部 41 第一関節角センサ 42 第二関節角センサ 43 第三関節角センサ 5 アクチュエータ最大動作速度設定部 6 関節角速度最大値演算部 7 目標動作演算部 71 目標速度演算部 72 目標位置演算部 8 動作方向設定部 9 目標関節角演算部[Explanation of reference numerals] 1 hydraulic excavator 2 caterpillar device 3 operating room 30 actuator 31 boom actuator 32 arm actuator 33 bucket actuator 4 joint angle detection unit 41 first joint angle sensor 42 second joint angle sensor 43 third joint Angle sensor 5 Actuator maximum operating speed setting unit 6 Joint angular velocity maximum value computing unit 7 Target motion computing unit 71 Target speed computing unit 72 Target position computing unit 8 Operating direction setting unit 9 Target joint angle computing unit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の腕体が関節部を介して直列に連結
され、かつ、各腕体を関節部の支持軸回りに回動させる
複数のアクチュエータが設けられてなる多関節作業機械
の最先端部腕体の動作を制御する多関節作業機の動作速
度制御装置において、この動作速度制御装置は、各関節
部の関節角に応じたアクチュエータの限界作動速度を演
算し、上記各アクチュエータがこの限界作動速度を超え
ない範囲で作動するように各アクチュエータに動作信号
を発信するように構成されていることを特徴とする多関
節作業機の動作速度制御装置。
1. A multi-joint working machine comprising: a plurality of arms connected in series through joints; and a plurality of actuators for rotating each arm around a support axis of the joints. In an operation speed control device for an articulated work machine that controls the operation of a distal arm, the operation speed control device calculates a limit operation speed of an actuator according to a joint angle of each joint, and each actuator described above An operating speed control device for an articulated work machine, which is configured to send an operating signal to each actuator so as to operate in a range not exceeding a limit operating speed.
【請求項2】 上記動作速度制御装置は、各関節部の関
節角を検知する関節角センサから入力された関節角と予
め入力されたアクチュエータの最大動作速度とからその
関節角速度の最大値を演算する角速度最大値演算部と、
上記関節角センサから入力された関節角と角速度最大値
演算部から入力された関節角速度の最大値と予め入力さ
れた最先端部腕体の動作方向とからこの最先端部腕体の
目標速度と目標位置とを演算する目標動作演算部と、こ
の目標動作演算部から入力される上記目標速度と目標位
置とから各関節部の関節角を演算する目標関節角演算部
とからなり、この目標関節角演算部は各関節部が上記演
算された関節角になるように各アクチュエータに動作信
号を発信するように構成されていることを特徴とする請
求項1記載の多関節作業機の動作速度制御装置。
2. The motion speed control device calculates the maximum value of the joint angular speed from the joint angle input from a joint angle sensor that detects the joint angle of each joint and the maximum operating speed of the actuator input in advance. Angular velocity maximum value calculation unit,
From the joint angle input from the joint angle sensor and the maximum value of the joint angular velocity input from the maximum angular velocity calculation unit and the movement direction of the tip end arm body input in advance, the target velocity of the tip end arm body and The target motion calculation unit calculates the target position, and the target joint angle calculation unit calculates the joint angle of each joint from the target speed and the target position input from the target motion calculation unit. The operation speed control of the articulated work machine according to claim 1, wherein the angle calculator is configured to transmit an operation signal to each actuator so that each joint has the calculated joint angle. apparatus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001226077A (en) 2000-02-10 2001-08-21 Sumitomo Constr Mach Co Ltd Construction machinery with electric actuator for working machine and swing drive device
JPWO2020101004A1 (en) * 2018-11-14 2021-09-27 住友重機械工業株式会社 Excavator, excavator control device

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