JPH0776453B2 - 作業機の軌跡制御装置 - Google Patents
作業機の軌跡制御装置Info
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- JPH0776453B2 JPH0776453B2 JP63108099A JP10809988A JPH0776453B2 JP H0776453 B2 JPH0776453 B2 JP H0776453B2 JP 63108099 A JP63108099 A JP 63108099A JP 10809988 A JP10809988 A JP 10809988A JP H0776453 B2 JPH0776453 B2 JP H0776453B2
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Description
A.産業上の利用分野 本発明は少なくとも軌跡制御される２本のアームを有す
る作業機の軌跡制御装置に関する。 B.発明の背景 本出願人は先に、第10図（ａ），（ｂ）に示すように、
第１アーム1,第２アーム2,第３アーム３及びこれらを駆
動する第１シリンダ4,第２シリンダ5,第３シリンダ６を
有し、第３アーム３の先端にバイブロハンマ７やオーガ
掘削ユニット８などの作業用アタッチメントを装着した
多関節基礎用作業機（以下、作業機）を提案した。ここ
で、PLは矢板、DRはオーガドリルである。 このような作業機で矢板PLを打設したり、孔を穿設する
場合、一般の垂直施工では第３アーム３の先端を地面に
対して垂直方向に操作しないと矢板が破損したりドリル
DRが損傷することがある。このため、通常は第３アーム
３近傍に合図のための作業者を配置し、第３アーム３先
端の水平方向偏差をこの作業者が目視により確認し、運
転者にアームの操作方向を合図して、極力、矢板PLなど
を地面に垂直に打設している。 ところで、ショベル本体と、ブームと、アームと、アー
ム先端に取付けられたバケットとを有する油圧式パワー
ショベルにおいては、バケットの位置を任意の方向に軌
跡制御できる制御装置が種々知られている。例えば、特
公昭61−45025号公報においては、バケット回動点を軌
跡制御するため、バケット回動点の水平及び垂直方向の
速度設定レバーからの信号を用いてブーム及びアームの
目標回動速度を演算し、これにより各シリンダの流量制
御を行っている。 C.発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述した軌跡制御を行なわない前者の作
業機の場合、 目視で第３アーム３先端の水平方向偏差を確認して
いるため所望の精度を得にくい、 運転者は合図に従って各シリンダ用の３本の操作レ
バーを操作しなくてはならず、作業性も低下する、 という問題がある。 そこで、特公昭61−45025号公報に開示された軌跡制御
装置を作業機の第３アーム先端の軌跡制御に用いること
も考えられるが、 垂直方向の軌跡制御を行う場合は水平方向の速度設
定値を零とし、垂直方向の速度設定値のみで目標角速度
を演算するが、位置フィードバックをかけていないから
軌跡の水平方向の誤差が出てもこれを補正することがで
きない。特に、油圧式作業機のように電磁比例弁の流量
制御で軌跡制御を行う場合、低流量域では弁自体の流量
特性にばらつきがあり、作業機のように垂直軌跡精度を
要求される作業には使用できない。 そこで、このような水平方向の誤差を少なくするた
めに、上記公報では、流量制御系において角速度フィー
ドバックをかけているが、矢板打設などの施工作業では
作業速度が低速であるため、角速度、すなわち角度の微
分値は非常に小さな値となりフィードバックの効果は期
待できない。 さらに上記特公昭61−45025号公報に記載の軌跡制御装
置では、ブームレバーのみの操作により垂直方向への軌
跡制御（水平方向速度＝０）を行ない、アームレバーの
みの操作により水平方向への軌跡制御（垂直方向速度＝
０）を行ない、ブームレバー，アームレバーを同時に操
作することにより斜め方向への軌跡制御を行なう。この
斜め方向への軌跡制御については、例えば両レバーを同
速度で操作すれば45度方向の軌跡制御が可能であるが、
任意の方向への軌跡制御は両レバーを常時、所定の速度
比で操作しなければならず難しい。そこで、軌跡方向設
定器のようなものを設け、ブームレバー操作により水平
方向速度＝Ｋ・垂直方向速度となるような定数Ｋを予め
任意に設定することも考えられるが、例えばアーム先端
にバイブロハンマを吊持して矢板を土中に打ち込むよう
な作業では、矢板打込み開始の方向が上記予め設定した
軌跡方向と一致していないと、打込み時に矢板に無理な
力が加わり、矢板が折損するおそれがある。 本発明の目的は、軌跡方向と直交する方向成分の誤差を
フィードバックすることにより軌跡精度を向上させた作
業機の軌跡制御装置を提供することにある。 また本発明の目的は、軌跡方向を作業開始時あるいは作
業中の作業アタッチメントの方向に設定することによ
り、矢板，オーガドリルなどが折損しないようにした作
業機の軌跡制御装置を提供することにある。 D.問題点を解決するための手段 クレーム対応図である第１図（ａ），（ｂ）により説明
すると、本発明は、軌跡制御される少なくとも第１およ
び第２のアーム2,3と、これら各アームを回動運動せし
める第１および第２の駆動手段5,6と、第２のアーム３
先端に取付けられた作業用アタッチメント７とを備えた
作業機に適用される。 そして上述の問題点は、請求項１の発明によれば、第２
のアーム３先端の軌跡の方向を設定する軌跡方向設定手
段15と、第１および第２のアーム2,3に関連した角度を
検出するアーム角度検出手段12,13と、第２のアーム３
先端の位置を検出する位置検出手段501と、上記軌跡に
沿った第２のアーム３先端の作業速度を指令する指令手
段14と、検出された第２のアーム３先端の位置に基づい
て、軌跡の方向と直交する方向の第２のアーム３先端の
軌跡からのずれ量を演算するずれ量演算手段502と、ず
れ量と作業速度の指令値とに基づいて、ずれ量に依存す
る大きさであって上記軌跡と直交する方向の修正速度指
令値を演算する修正速度指令値演算手段と503と、第１
および第２のアーム2,3に関連した角度，作業速度の指
令値、修正速度指令値，および上記軌跡の方向に基づい
て、第２のアーム３先端の軌跡の方向の速度成分が指令
された作業速度となって第２のアーム３先端が上記軌跡
に沿って指令手段14で指令された作業速度で移動するよ
うに、第１および第２のアーム2,3の回動速度を演算す
る回動速度演算手段504と、この演算手段504で演算され
た回動速度となるよう第１および第２の駆動手段5,6を
駆動制御する駆動制御手段505とを具備することによっ
て解決される。 また矢板などが破損するといった上述の問題点は、特に
請求項４の発明によれば、第１および第２のアーム2,3
に関連した角度を検出するアーム角度検出手段12,13
と、作業アタッチメント７の取付角度を検出するアタッ
チメント角度検出手段15と、少なくとも検出された作業
アタッチメント７の取付角度に基づいて、第２のアーム
３先端の軌跡の方向を作業アタッチメント７の取付角度
の方向に設定する軌跡方向設定手段100と、軌跡方向設
定手段100で設定された軌跡に沿った第２のアーム３先
端の作業速度を指令する指令手段14と、第１および第２
のアーム2,3に関連した角度，作業速度の指令値，およ
び設定された軌跡の方向に基づいて、第２のアーム３先
端の軌跡の方向の速度成分が指令された作業速度となっ
て第２のアーム３先端が設定された軌跡の方向に沿って
指令された作業速度で移動するように第１および第２の
アーム2,3の回動速度を演算する回動速度演算手段604
と、この演算手段604で演算された回動速度となるよう
第１および第２の駆動手段5,6を駆動制御する駆動制御
手段505とを具備することによって解決される。 E.作用 請求項１の発明 指令手段14にて作業速度を指令すると、軌跡方向設定手
段15で設定した軌跡の方向と直交する方向の第２のアー
ム３先端の軌跡からのずれ量がずれ量演算手段502で演
算される。このずれ量と作業速度の指令値とにより、軌
跡の方向と直交する方向の修正速度指令値を修正速度指
令値演算手段503が演算する。アーム角度検出手段12,13
からの信号と作業速度の指令値と修正速度指令値と軌跡
の方向とに基づいて、回動速度演算手段504が各アーム
2,3の回動速度を演算する。この回動速度が得られるよ
うに駆動制御手段505の制御の下に駆動手段5,6が駆動さ
れ、第２のアーム３先端は予め定められた軌跡に沿っ
て、軌跡の方向の速度成分が指令手段14で指令した速度
となるように運動する。したがって、第２アーム３先端
が軌跡からずれると、そのずれ量と作業速度の指令値と
に相応して、軌跡の方向と直交する方向の修正速度指令
値が演算され、ずれを復帰させるために軌跡の方向と直
交する方向にも第２アーム３先端が運動しつつ第２アー
ム３先端が軌跡に沿って指令された作業速度で運動し、
軌跡制御が向上する。 請求項４の発明 作業アタッチメント７の取付方向角度が検出され、軌跡
方向設定手段100によりそのアタッチメント７の取付方
向が軌跡の方向に設定される。指令手段14により軌跡方
向の作業速度を指令すると、指令された作業速度で軌跡
に沿って第２のアーム３先端が運動するように、回動速
度演算手段604により第1,第２のアーム2,3の回動速度が
演算され、この回動速度が得られるように駆動制御手段
505の制御の下に駆動手段5,6が駆動され、第２のアーム
３先端は軌跡に沿って、指令手段14で指令した速度で運
動する。作業開始時あるいは作業中の作業アタッチメン
ト７の取付方向が軌跡の方向とされるから、作業に際し
て矢板やオーガドリルに無理な力が働かず、その折損が
防止される。 F.実施例 −第１の実施例− 第２図〜第12図により第１の実施例について説明する。
以下では、第10図（ａ）に示す作業機に本発明を適用す
る場合について説明する。 第10図（ａ）において、下部走行体LT上に旋回可能に上
部旋回体USが設けられ、これらにより作業機本体CMが構
成される。上部旋回体USには第１アーム１が回動可能に
設けられ、その先端に第２アーム２が回動可能に設けら
れ、その先端に第３アーム３が回動可能に設けられてお
り、各アーム１〜３はそれぞれ油圧シリンダ４〜６によ
り駆動される。第３アーム３の先端には作業用アタッチ
メント、例えばバイブロハンマユニット７がピン結合さ
れる。第10図（ｂ）に示すアースオーガ掘削ユニット８
を用いても良い。 第２図のようにこの作業機の座標を定義し、以下の説明
はこの座標に従う。第２図において、 原点O:第１アーム１の回動支点 点A:第２アーム２の回動支点 点B:第３アーム３の回動支点 点C:第３アーム３先端の作業用アタッチメントの連結点 Ｘ軸：点O,A,B,Cを含む平面上にあり、点Ｏを通る水平
面との交線とδの角をなす直線（修正方向と呼ぶ） Ｙ軸：点O,A,B,Cを含む平面上にあり、点Ｏを通りＸ軸
に直交する直線（作業方向と呼ぶ） L1：点O,A間長さ L2：点A,B間長さ L3：点B,C間長さ α：大地に対する線分OAのなす角 A1:X軸に対する線分OAのなす角 A2:X軸に対する線分ABのなす角 A3:X軸に対する線分BCのなす角 T2：線分OAの延長線と線分ABのなす角 T3：線分ABの延長線と線分BCのなす角 δ:Y軸と直交するＸ軸が水平方向となす角 ここで、A1＝α−δ A2＝A1−T2 A3＝A2−T3 ＝A1−T2−T3 第３図は制御装置全体の構成図を示す。 角度検出器11は、第１アーム１の回動支点付近に取付け
られ、周知の振り子機構とポテンショメータにより第１
アームの対地角αを検出し、その対地角αを修正方向速
度演算回路200へ入力する。角度検出器12,13は、第2,第
３アーム2,3の回動支点に取付けられ、周知のレバー機
構とポテンショメータにより、それぞれ第１アーム１と
第２アーム２との相対角T2，第２アーム２と第３アーム
３との相対角T3を検出し、各相対角T2，T3を修正方向速
度指令値演算回路200および流量制御値演算回路400へ入
力する。制御レバー14は運転席に取付けられ、例えばレ
バー機構とポテンショメータで構成され、レバーの操作
角度に相応した信号を出力する。この信号は、第３アー
ム３先端の作業方向速度指令値（作業速度指令値）と
して修正方向速度指令値演算回路200と角速度制御値演
算回路300とに入力される。作業方向設定器15は第３ア
ーム３先端の作業方向と直交する方向が水平方向となす
角δを設定し、その設定値δを修正方向速度指令値演算
回路200に入力する。例えば、矢板を水平面に対して垂
直に打設する場合にはδ＝０、水平方向に移動する場合
にはδ＝90と設定する。すなわち、垂直方向と角度δを
なす方向が軌跡の方向である。なお、設定値δを任意の
値に設定する場合には、手動操作にて所望の設定値δを
入力する。 修正方向速度指令値演算回路200は、角度α，T2，T3，
作業方向設定値δ及び作業方向指令値から修正方向の
速度指令値（修正速度指令値）を演算するとともに、
Ｘ軸と第2,第３アーム2,3のなす角度A2，A3を演算し、
これらを角速度制御値演算回路300に入力する。角速度
制御値演算回路300は、角度A2，A3，T3及び速度指令値
，から第2,第３アーム2,3の角速度制御値２，
３を演算し、これらを流量制御値演算回路400に入力す
る。流量制御値演算回路400は、角速度制御値２，
３及び角度T2，T3からシリンダ5,6の流量制御値Q2，Q3
を演算し、電気油圧変換弁16,17に入力する。これらの
電気油圧変換弁16,17には不図示の油圧源から圧油が導
かれており、電気油圧変換弁16,17は、入力される流量
制御値Q2，Q3に応じた流量および方向で圧油を第2,第３
アーム2,3用のシリンダ5,6に供給する。操作レバー18〜
20は、コントロールバルブ21〜23へ手動操作量に応じた
パイロット油圧を与え、コントロールバルブ21〜23の開
口面積と切換方向を制御する。コントロールバルブ21〜
23は、操作レバー18〜20からのパイロット油圧により、
シリンダ４〜６へ送る圧油の流量および方向を制御す
る。各シリンダ４〜６は操作レバー18〜20により任意に
伸縮可能であり、第2,第３アーム2,3用シリンダ5,6は、
コントロールバルブ22,23からの流量と電気油圧変換弁1
6,17からの流量とが合流するように接続されている。 第４図は、作業方向設定値δ，角度α，T2，T3および作
業方向速度指令値が入力され、修正方向速度指令値
を演算する修正方向速度指令値演算回路200を示す。 今、修正方向速度指令値を、 ＝K1・ΔＸ・｜｜ ……（１） と定義する。ここで、K1は定数、ΔＸは、第5A図に示す
とおり、軌跡制御レバー14の操作開始時における原点０
から目標軌跡OLまでのＸ方向距離を示す値X0と、操作開
始後に逐次求められるＸ方向距離Ｘとの偏差であり、 ΔＸ＝X0−Ｘ ……（２） で表わされる。 ここで、Ｘ方向距離Ｘは、 Ｘ＝L1・cosA1＋L2・cosA2＋L3・cosA3 ……（３） で表わされる。 （３）式で示すＸ方向距離Ｘは、第４図に示すとおり、
対地角αと作業方向角度δとの偏差（α−δ）を示す角
度A1を出力する加算点201と、角度A1と角度T2との偏差
（A1−T2）を示す角度A2を出力する加算点202と、角度A
2と角度T3との偏差（A2−T3）を示す角度A3を出力する
加算点203と、角度A1〜A3の余弦cosA1〜cosA3を出力す
る関数発生器206〜208と、その出力値にそれぞれ係数L1
〜L3を掛けL1・cosA1〜L3・cosA3を出力する係数器209
〜211と、L1・cosA1〜L3・cosA3をそれぞれ加算してＸ
方向距離Ｘを出力する加算器204とによって求められ
る。制御レバー14の操作開始時には、求められたＸ方向
距離Ｘは記憶器214に初期値X0として記憶され、以後、
加算器204からの出力Ｘと記憶器214からの出力X0との偏
差ΔＸ（＝X0−Ｘ）が加算点205で得られる。すなわ
ち、（２）式の偏差ΔＸは加算点205で得られる。ま
た、（１）式は、作業方向速度指令値の絶対値を出力
する絶対値変換器215と、この出力｜｜と偏差ΔＸと
を乗算する乗算器213と、乗算器213からの出力ΔＸ・｜
｜に係数K1を掛けて修正方向速度指令値を得る係数
器212とによって演算される。 第６図は、角度A2，A3，T3，作業方向速度指令値，お
よび修正方向速度指令値が入力され、第１アーム１に
対する第２アーム２の角速度制御値２および、第２ア
ーム２に対する第３アーム３の角速度制御値３を演算
する角速度制御値演算回路300を示す。 今、第３アーム３の先端Ｃの座標は、 Ｘ＝L1・cosA1+L2・cos(A1-T2)+L3・cos(A1-T2-T3) …
（４） Ｙ＝L1・sinA1+L2・sin(A1-T2)+L3・sin(A1-T2-T3) …
（５） となる。第１アーム１の角度A1を一定として両辺を時間
微分すると、 ＝２・L2・sin(A1-T2)＋（２＋３）・L3・sin
(A1-T2-T3) …（６） ＝−２・L2・cos(A1-T2)＋（２＋３）・L3・co
s(A1-T2-T3) …（７） となる。上式を２，３について解けば、 となり、速度指令値，に対する第2,第３アーム2,3
の角速度制御値２，３が求められる。 そこで、角速度制御値演算回路300は、第６図に示すと
おり、cosA3，sinA3，cosA2，sinA2，sinT3をそれぞれ
出力する関数発生器305〜309と、これらの関数にL2ある
いはL3の係数を掛ける係数器310〜314と、L2・sinT3にL
3の係数を掛ける係数器315と、cosA3，sinA3，
（L2・cosA2＋L3・cosA3），（L2・sinA2＋L3・sin
A3）をそれぞれ出力する乗算器316〜319と、（・cosA
3＋・sinA3），−（L2・cosA2＋L3・cosA3）−
（L2・sinA2＋L3・sinA3）をそれぞれ出力する加算点30
3,304と、これらの出力により（８）式，（９）式に示
した割算を行ない、２，３を出力する割算器320,32
1とから構成される。 第７図は流量制御値演算回路400を示し、入力される角
度T2，T3および角速度制御値２，３により、第2,第
３シリンダ5,6の流量制御値、すなわち電気油圧変換弁1
6,17への入力信号Q2，Q3を演算する。 今、第８図に示すように、 S:シリンダ長さ l0：アーム回動点01とシリンダロッド側支点02との距離 l2：アーム回動点01とシリンダボトム側支点03との距離 T:アーム角度に相当する値（アーム角度に定数を加えた
値） とすると、 が成り立つ。（10）式の両辺を時間微分すると、 となり、シリンダ速度と角速度との関係を示す。
（11）式のうち、を除いた項はＴの関数となっている
から、（11）式は、 ＝ｆ（Ｔ）・ …（12） と置くことができる。ここで、ｆ（Ｔ）はリンク補正係
数であり、予め計算した結果を関数発生器から出力され
るように設定可能である。 （12）式のシリンダ速度にシリンダ面積ａを掛ければ
必要流量Ｑが求まるから、第2,第３シリンダ5,6の流量
制御値Q2，Q3は、 Q2＝２・ｆ（T2）・a2 …（13） Q3＝３・ｇ（T3）・a3 …（14） として表わせる。なお、シリンダ面積a2，a3は、実際に
はロッド側，ボトム側では異なるから、伸出時，収縮時
に応じてa2，a3を適宜切換えて用いる必要がある。 （13）式，（14）式を演算するため、この流量制御値演
算回路400は、第７図に示すとおり、ｆ（T2）,g（T3）
の関数発生器404,405と、（12）式に示すシリンダ速度
を演算する乗算器402,403と、シリンダ速度にシリ
ンダ面積a2，a3を乗じ、流量制御値Q2，Q3を得る係数器
406,401とを有する。 特許請求の範囲の各構成要素と第１の実施例の構成要素
とを対比すると次のとおりである。 〔１〕第１および第２のアーム：第２および第３アーム
2,3 〔２〕第１および第２の駆動手段：第2,第３アーム2,3
用のシリンダ5,6 〔３〕作業用アタッチメント：バイブロハンマ７ 〔４〕軌跡方向設定手段15:作業方向設定器15 〔５〕角度検出手段：角度検出器12,13 〔６〕位置検出手段501:加算点201〜203,関数発生器206
〜208,係数器209〜211,加算点204 〔７〕指令手段：制御レバー14 〔８〕ずれ量演算手段502:記憶器214,加算点205
る作業機の軌跡制御装置に関する。 B.発明の背景 本出願人は先に、第10図（ａ），（ｂ）に示すように、
第１アーム1,第２アーム2,第３アーム３及びこれらを駆
動する第１シリンダ4,第２シリンダ5,第３シリンダ６を
有し、第３アーム３の先端にバイブロハンマ７やオーガ
掘削ユニット８などの作業用アタッチメントを装着した
多関節基礎用作業機（以下、作業機）を提案した。ここ
で、PLは矢板、DRはオーガドリルである。 このような作業機で矢板PLを打設したり、孔を穿設する
場合、一般の垂直施工では第３アーム３の先端を地面に
対して垂直方向に操作しないと矢板が破損したりドリル
DRが損傷することがある。このため、通常は第３アーム
３近傍に合図のための作業者を配置し、第３アーム３先
端の水平方向偏差をこの作業者が目視により確認し、運
転者にアームの操作方向を合図して、極力、矢板PLなど
を地面に垂直に打設している。 ところで、ショベル本体と、ブームと、アームと、アー
ム先端に取付けられたバケットとを有する油圧式パワー
ショベルにおいては、バケットの位置を任意の方向に軌
跡制御できる制御装置が種々知られている。例えば、特
公昭61−45025号公報においては、バケット回動点を軌
跡制御するため、バケット回動点の水平及び垂直方向の
速度設定レバーからの信号を用いてブーム及びアームの
目標回動速度を演算し、これにより各シリンダの流量制
御を行っている。 C.発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述した軌跡制御を行なわない前者の作
業機の場合、 目視で第３アーム３先端の水平方向偏差を確認して
いるため所望の精度を得にくい、 運転者は合図に従って各シリンダ用の３本の操作レ
バーを操作しなくてはならず、作業性も低下する、 という問題がある。 そこで、特公昭61−45025号公報に開示された軌跡制御
装置を作業機の第３アーム先端の軌跡制御に用いること
も考えられるが、 垂直方向の軌跡制御を行う場合は水平方向の速度設
定値を零とし、垂直方向の速度設定値のみで目標角速度
を演算するが、位置フィードバックをかけていないから
軌跡の水平方向の誤差が出てもこれを補正することがで
きない。特に、油圧式作業機のように電磁比例弁の流量
制御で軌跡制御を行う場合、低流量域では弁自体の流量
特性にばらつきがあり、作業機のように垂直軌跡精度を
要求される作業には使用できない。 そこで、このような水平方向の誤差を少なくするた
めに、上記公報では、流量制御系において角速度フィー
ドバックをかけているが、矢板打設などの施工作業では
作業速度が低速であるため、角速度、すなわち角度の微
分値は非常に小さな値となりフィードバックの効果は期
待できない。 さらに上記特公昭61−45025号公報に記載の軌跡制御装
置では、ブームレバーのみの操作により垂直方向への軌
跡制御（水平方向速度＝０）を行ない、アームレバーの
みの操作により水平方向への軌跡制御（垂直方向速度＝
０）を行ない、ブームレバー，アームレバーを同時に操
作することにより斜め方向への軌跡制御を行なう。この
斜め方向への軌跡制御については、例えば両レバーを同
速度で操作すれば45度方向の軌跡制御が可能であるが、
任意の方向への軌跡制御は両レバーを常時、所定の速度
比で操作しなければならず難しい。そこで、軌跡方向設
定器のようなものを設け、ブームレバー操作により水平
方向速度＝Ｋ・垂直方向速度となるような定数Ｋを予め
任意に設定することも考えられるが、例えばアーム先端
にバイブロハンマを吊持して矢板を土中に打ち込むよう
な作業では、矢板打込み開始の方向が上記予め設定した
軌跡方向と一致していないと、打込み時に矢板に無理な
力が加わり、矢板が折損するおそれがある。 本発明の目的は、軌跡方向と直交する方向成分の誤差を
フィードバックすることにより軌跡精度を向上させた作
業機の軌跡制御装置を提供することにある。 また本発明の目的は、軌跡方向を作業開始時あるいは作
業中の作業アタッチメントの方向に設定することによ
り、矢板，オーガドリルなどが折損しないようにした作
業機の軌跡制御装置を提供することにある。 D.問題点を解決するための手段 クレーム対応図である第１図（ａ），（ｂ）により説明
すると、本発明は、軌跡制御される少なくとも第１およ
び第２のアーム2,3と、これら各アームを回動運動せし
める第１および第２の駆動手段5,6と、第２のアーム３
先端に取付けられた作業用アタッチメント７とを備えた
作業機に適用される。 そして上述の問題点は、請求項１の発明によれば、第２
のアーム３先端の軌跡の方向を設定する軌跡方向設定手
段15と、第１および第２のアーム2,3に関連した角度を
検出するアーム角度検出手段12,13と、第２のアーム３
先端の位置を検出する位置検出手段501と、上記軌跡に
沿った第２のアーム３先端の作業速度を指令する指令手
段14と、検出された第２のアーム３先端の位置に基づい
て、軌跡の方向と直交する方向の第２のアーム３先端の
軌跡からのずれ量を演算するずれ量演算手段502と、ず
れ量と作業速度の指令値とに基づいて、ずれ量に依存す
る大きさであって上記軌跡と直交する方向の修正速度指
令値を演算する修正速度指令値演算手段と503と、第１
および第２のアーム2,3に関連した角度，作業速度の指
令値、修正速度指令値，および上記軌跡の方向に基づい
て、第２のアーム３先端の軌跡の方向の速度成分が指令
された作業速度となって第２のアーム３先端が上記軌跡
に沿って指令手段14で指令された作業速度で移動するよ
うに、第１および第２のアーム2,3の回動速度を演算す
る回動速度演算手段504と、この演算手段504で演算され
た回動速度となるよう第１および第２の駆動手段5,6を
駆動制御する駆動制御手段505とを具備することによっ
て解決される。 また矢板などが破損するといった上述の問題点は、特に
請求項４の発明によれば、第１および第２のアーム2,3
に関連した角度を検出するアーム角度検出手段12,13
と、作業アタッチメント７の取付角度を検出するアタッ
チメント角度検出手段15と、少なくとも検出された作業
アタッチメント７の取付角度に基づいて、第２のアーム
３先端の軌跡の方向を作業アタッチメント７の取付角度
の方向に設定する軌跡方向設定手段100と、軌跡方向設
定手段100で設定された軌跡に沿った第２のアーム３先
端の作業速度を指令する指令手段14と、第１および第２
のアーム2,3に関連した角度，作業速度の指令値，およ
び設定された軌跡の方向に基づいて、第２のアーム３先
端の軌跡の方向の速度成分が指令された作業速度となっ
て第２のアーム３先端が設定された軌跡の方向に沿って
指令された作業速度で移動するように第１および第２の
アーム2,3の回動速度を演算する回動速度演算手段604
と、この演算手段604で演算された回動速度となるよう
第１および第２の駆動手段5,6を駆動制御する駆動制御
手段505とを具備することによって解決される。 E.作用 請求項１の発明 指令手段14にて作業速度を指令すると、軌跡方向設定手
段15で設定した軌跡の方向と直交する方向の第２のアー
ム３先端の軌跡からのずれ量がずれ量演算手段502で演
算される。このずれ量と作業速度の指令値とにより、軌
跡の方向と直交する方向の修正速度指令値を修正速度指
令値演算手段503が演算する。アーム角度検出手段12,13
からの信号と作業速度の指令値と修正速度指令値と軌跡
の方向とに基づいて、回動速度演算手段504が各アーム
2,3の回動速度を演算する。この回動速度が得られるよ
うに駆動制御手段505の制御の下に駆動手段5,6が駆動さ
れ、第２のアーム３先端は予め定められた軌跡に沿っ
て、軌跡の方向の速度成分が指令手段14で指令した速度
となるように運動する。したがって、第２アーム３先端
が軌跡からずれると、そのずれ量と作業速度の指令値と
に相応して、軌跡の方向と直交する方向の修正速度指令
値が演算され、ずれを復帰させるために軌跡の方向と直
交する方向にも第２アーム３先端が運動しつつ第２アー
ム３先端が軌跡に沿って指令された作業速度で運動し、
軌跡制御が向上する。 請求項４の発明 作業アタッチメント７の取付方向角度が検出され、軌跡
方向設定手段100によりそのアタッチメント７の取付方
向が軌跡の方向に設定される。指令手段14により軌跡方
向の作業速度を指令すると、指令された作業速度で軌跡
に沿って第２のアーム３先端が運動するように、回動速
度演算手段604により第1,第２のアーム2,3の回動速度が
演算され、この回動速度が得られるように駆動制御手段
505の制御の下に駆動手段5,6が駆動され、第２のアーム
３先端は軌跡に沿って、指令手段14で指令した速度で運
動する。作業開始時あるいは作業中の作業アタッチメン
ト７の取付方向が軌跡の方向とされるから、作業に際し
て矢板やオーガドリルに無理な力が働かず、その折損が
防止される。 F.実施例 −第１の実施例− 第２図〜第12図により第１の実施例について説明する。
以下では、第10図（ａ）に示す作業機に本発明を適用す
る場合について説明する。 第10図（ａ）において、下部走行体LT上に旋回可能に上
部旋回体USが設けられ、これらにより作業機本体CMが構
成される。上部旋回体USには第１アーム１が回動可能に
設けられ、その先端に第２アーム２が回動可能に設けら
れ、その先端に第３アーム３が回動可能に設けられてお
り、各アーム１〜３はそれぞれ油圧シリンダ４〜６によ
り駆動される。第３アーム３の先端には作業用アタッチ
メント、例えばバイブロハンマユニット７がピン結合さ
れる。第10図（ｂ）に示すアースオーガ掘削ユニット８
を用いても良い。 第２図のようにこの作業機の座標を定義し、以下の説明
はこの座標に従う。第２図において、 原点O:第１アーム１の回動支点 点A:第２アーム２の回動支点 点B:第３アーム３の回動支点 点C:第３アーム３先端の作業用アタッチメントの連結点 Ｘ軸：点O,A,B,Cを含む平面上にあり、点Ｏを通る水平
面との交線とδの角をなす直線（修正方向と呼ぶ） Ｙ軸：点O,A,B,Cを含む平面上にあり、点Ｏを通りＸ軸
に直交する直線（作業方向と呼ぶ） L1：点O,A間長さ L2：点A,B間長さ L3：点B,C間長さ α：大地に対する線分OAのなす角 A1:X軸に対する線分OAのなす角 A2:X軸に対する線分ABのなす角 A3:X軸に対する線分BCのなす角 T2：線分OAの延長線と線分ABのなす角 T3：線分ABの延長線と線分BCのなす角 δ:Y軸と直交するＸ軸が水平方向となす角 ここで、A1＝α−δ A2＝A1−T2 A3＝A2−T3 ＝A1−T2−T3 第３図は制御装置全体の構成図を示す。 角度検出器11は、第１アーム１の回動支点付近に取付け
られ、周知の振り子機構とポテンショメータにより第１
アームの対地角αを検出し、その対地角αを修正方向速
度演算回路200へ入力する。角度検出器12,13は、第2,第
３アーム2,3の回動支点に取付けられ、周知のレバー機
構とポテンショメータにより、それぞれ第１アーム１と
第２アーム２との相対角T2，第２アーム２と第３アーム
３との相対角T3を検出し、各相対角T2，T3を修正方向速
度指令値演算回路200および流量制御値演算回路400へ入
力する。制御レバー14は運転席に取付けられ、例えばレ
バー機構とポテンショメータで構成され、レバーの操作
角度に相応した信号を出力する。この信号は、第３アー
ム３先端の作業方向速度指令値（作業速度指令値）と
して修正方向速度指令値演算回路200と角速度制御値演
算回路300とに入力される。作業方向設定器15は第３ア
ーム３先端の作業方向と直交する方向が水平方向となす
角δを設定し、その設定値δを修正方向速度指令値演算
回路200に入力する。例えば、矢板を水平面に対して垂
直に打設する場合にはδ＝０、水平方向に移動する場合
にはδ＝90と設定する。すなわち、垂直方向と角度δを
なす方向が軌跡の方向である。なお、設定値δを任意の
値に設定する場合には、手動操作にて所望の設定値δを
入力する。 修正方向速度指令値演算回路200は、角度α，T2，T3，
作業方向設定値δ及び作業方向指令値から修正方向の
速度指令値（修正速度指令値）を演算するとともに、
Ｘ軸と第2,第３アーム2,3のなす角度A2，A3を演算し、
これらを角速度制御値演算回路300に入力する。角速度
制御値演算回路300は、角度A2，A3，T3及び速度指令値
，から第2,第３アーム2,3の角速度制御値２，
３を演算し、これらを流量制御値演算回路400に入力す
る。流量制御値演算回路400は、角速度制御値２，
３及び角度T2，T3からシリンダ5,6の流量制御値Q2，Q3
を演算し、電気油圧変換弁16,17に入力する。これらの
電気油圧変換弁16,17には不図示の油圧源から圧油が導
かれており、電気油圧変換弁16,17は、入力される流量
制御値Q2，Q3に応じた流量および方向で圧油を第2,第３
アーム2,3用のシリンダ5,6に供給する。操作レバー18〜
20は、コントロールバルブ21〜23へ手動操作量に応じた
パイロット油圧を与え、コントロールバルブ21〜23の開
口面積と切換方向を制御する。コントロールバルブ21〜
23は、操作レバー18〜20からのパイロット油圧により、
シリンダ４〜６へ送る圧油の流量および方向を制御す
る。各シリンダ４〜６は操作レバー18〜20により任意に
伸縮可能であり、第2,第３アーム2,3用シリンダ5,6は、
コントロールバルブ22,23からの流量と電気油圧変換弁1
6,17からの流量とが合流するように接続されている。 第４図は、作業方向設定値δ，角度α，T2，T3および作
業方向速度指令値が入力され、修正方向速度指令値
を演算する修正方向速度指令値演算回路200を示す。 今、修正方向速度指令値を、 ＝K1・ΔＸ・｜｜ ……（１） と定義する。ここで、K1は定数、ΔＸは、第5A図に示す
とおり、軌跡制御レバー14の操作開始時における原点０
から目標軌跡OLまでのＸ方向距離を示す値X0と、操作開
始後に逐次求められるＸ方向距離Ｘとの偏差であり、 ΔＸ＝X0−Ｘ ……（２） で表わされる。 ここで、Ｘ方向距離Ｘは、 Ｘ＝L1・cosA1＋L2・cosA2＋L3・cosA3 ……（３） で表わされる。 （３）式で示すＸ方向距離Ｘは、第４図に示すとおり、
対地角αと作業方向角度δとの偏差（α−δ）を示す角
度A1を出力する加算点201と、角度A1と角度T2との偏差
（A1−T2）を示す角度A2を出力する加算点202と、角度A
2と角度T3との偏差（A2−T3）を示す角度A3を出力する
加算点203と、角度A1〜A3の余弦cosA1〜cosA3を出力す
る関数発生器206〜208と、その出力値にそれぞれ係数L1
〜L3を掛けL1・cosA1〜L3・cosA3を出力する係数器209
〜211と、L1・cosA1〜L3・cosA3をそれぞれ加算してＸ
方向距離Ｘを出力する加算器204とによって求められ
る。制御レバー14の操作開始時には、求められたＸ方向
距離Ｘは記憶器214に初期値X0として記憶され、以後、
加算器204からの出力Ｘと記憶器214からの出力X0との偏
差ΔＸ（＝X0−Ｘ）が加算点205で得られる。すなわ
ち、（２）式の偏差ΔＸは加算点205で得られる。ま
た、（１）式は、作業方向速度指令値の絶対値を出力
する絶対値変換器215と、この出力｜｜と偏差ΔＸと
を乗算する乗算器213と、乗算器213からの出力ΔＸ・｜
｜に係数K1を掛けて修正方向速度指令値を得る係数
器212とによって演算される。 第６図は、角度A2，A3，T3，作業方向速度指令値，お
よび修正方向速度指令値が入力され、第１アーム１に
対する第２アーム２の角速度制御値２および、第２ア
ーム２に対する第３アーム３の角速度制御値３を演算
する角速度制御値演算回路300を示す。 今、第３アーム３の先端Ｃの座標は、 Ｘ＝L1・cosA1+L2・cos(A1-T2)+L3・cos(A1-T2-T3) …
（４） Ｙ＝L1・sinA1+L2・sin(A1-T2)+L3・sin(A1-T2-T3) …
（５） となる。第１アーム１の角度A1を一定として両辺を時間
微分すると、 ＝２・L2・sin(A1-T2)＋（２＋３）・L3・sin
(A1-T2-T3) …（６） ＝−２・L2・cos(A1-T2)＋（２＋３）・L3・co
s(A1-T2-T3) …（７） となる。上式を２，３について解けば、 となり、速度指令値，に対する第2,第３アーム2,3
の角速度制御値２，３が求められる。 そこで、角速度制御値演算回路300は、第６図に示すと
おり、cosA3，sinA3，cosA2，sinA2，sinT3をそれぞれ
出力する関数発生器305〜309と、これらの関数にL2ある
いはL3の係数を掛ける係数器310〜314と、L2・sinT3にL
3の係数を掛ける係数器315と、cosA3，sinA3，
（L2・cosA2＋L3・cosA3），（L2・sinA2＋L3・sin
A3）をそれぞれ出力する乗算器316〜319と、（・cosA
3＋・sinA3），−（L2・cosA2＋L3・cosA3）−
（L2・sinA2＋L3・sinA3）をそれぞれ出力する加算点30
3,304と、これらの出力により（８）式，（９）式に示
した割算を行ない、２，３を出力する割算器320,32
1とから構成される。 第７図は流量制御値演算回路400を示し、入力される角
度T2，T3および角速度制御値２，３により、第2,第
３シリンダ5,6の流量制御値、すなわち電気油圧変換弁1
6,17への入力信号Q2，Q3を演算する。 今、第８図に示すように、 S:シリンダ長さ l0：アーム回動点01とシリンダロッド側支点02との距離 l2：アーム回動点01とシリンダボトム側支点03との距離 T:アーム角度に相当する値（アーム角度に定数を加えた
値） とすると、 が成り立つ。（10）式の両辺を時間微分すると、 となり、シリンダ速度と角速度との関係を示す。
（11）式のうち、を除いた項はＴの関数となっている
から、（11）式は、 ＝ｆ（Ｔ）・ …（12） と置くことができる。ここで、ｆ（Ｔ）はリンク補正係
数であり、予め計算した結果を関数発生器から出力され
るように設定可能である。 （12）式のシリンダ速度にシリンダ面積ａを掛ければ
必要流量Ｑが求まるから、第2,第３シリンダ5,6の流量
制御値Q2，Q3は、 Q2＝２・ｆ（T2）・a2 …（13） Q3＝３・ｇ（T3）・a3 …（14） として表わせる。なお、シリンダ面積a2，a3は、実際に
はロッド側，ボトム側では異なるから、伸出時，収縮時
に応じてa2，a3を適宜切換えて用いる必要がある。 （13）式，（14）式を演算するため、この流量制御値演
算回路400は、第７図に示すとおり、ｆ（T2）,g（T3）
の関数発生器404,405と、（12）式に示すシリンダ速度
を演算する乗算器402,403と、シリンダ速度にシリ
ンダ面積a2，a3を乗じ、流量制御値Q2，Q3を得る係数器
406,401とを有する。 特許請求の範囲の各構成要素と第１の実施例の構成要素
とを対比すると次のとおりである。 〔１〕第１および第２のアーム：第２および第３アーム
2,3 〔２〕第１および第２の駆動手段：第2,第３アーム2,3
用のシリンダ5,6 〔３〕作業用アタッチメント：バイブロハンマ７ 〔４〕軌跡方向設定手段15:作業方向設定器15 〔５〕角度検出手段：角度検出器12,13 〔６〕位置検出手段501:加算点201〜203,関数発生器206
〜208,係数器209〜211,加算点204 〔７〕指令手段：制御レバー14 〔８〕ずれ量演算手段502:記憶器214,加算点205
〔９〕修正速度指令値演算手段503:修正方向速度指令値
演算回路200 〔10〕回動速度演算手段504:角速度制御値演算回路300 〔11〕駆動制御手段505:流量制御値演算回路400,電気油
圧変換弁16,17 次に本装置の動作について説明する。 図示しない電源スイッチを投入するとこの装置が起動
し、角度検出器11〜13で検出された角度α，T2，T3およ
び作業方向設定器15で設定した作業方向δに基づいて、
修正方向速度指令値演算回路200では第３アーム３先端
の位置、すなわちＸ座標が演算される。制御レバー14を
操作するとその時点のＸ座標が初期値X0として記憶器21
4に記憶保持される。このX0を通りＹ軸と平行な線が目
標軌跡OL（第5A図）であり、垂直方向と角度δをなす作
業方向が軌跡の方向である。作業中に逐次演算される第
３アーム３先端のＸ座標Ｘと初期値X0との偏差（ずれ
量）ΔＸが加算点205で演算される。今、制御レバー14
は作業方向（Ｙ軸方向）における第３アーム３先端の作
業方向速度指令値を出力しており、修正方向速度指令
値演算回路200は、偏差ΔＸと作業速度指令値の絶対
値｜｜との積に定数K1を掛けて修正方向速度指令値
を出力する。偏差ΔＸが零ならば修正方向作業速度指令
値は零である。 この修正方向速度指令値と作業方向速度指令値と各
角度A2，A3，T3とにより、角速度制御値演算回路300が
第2,第３アーム2,3の角速度制御値２，３を演算す
る。これらの角速度制御値２，３は、流量制御値演
算回路400にてリンク補正され、第2,第３のシリンダ5,6
の流量制御値Q2，Q3に変換される。これらの流量制御値
Q2，Q3は電気油圧変換弁16,17に供給され、油圧源から
の圧油が所定方向，所定流量にて第2,第３シリンダ5,6
に供給される。これにより第2,第３アーム2,3が回動し
て第３アーム３先端の軌跡が作業方向に制御される。す
なわち、目標軌跡OL上を移動する。例えばδ＝０とすれ
ば矢板を水平面に対して垂直方向に打設できる。 このように本実施例では、第３アーム３先端が所定の速
度で作業方向に軌跡制御されるように第2,第３アーム2,
3が角速度制御され、これと同時に、第３アーム３先端
の目標軌跡に対するＸ軸方向の偏差ΔＸを検出し、この
偏差ΔＸによる位置フィードバック制御も行なっている
から、従来のようなオープンループ制御に比べて格段に
軌跡精度が向上するとともに、制御レバー14の操作中に
第１アーム用の操作レバー18を操作して第１アーム１の
対地角αを変えても、対地角αの変化に応じた軌跡制御
が連続して行なえる。 例えば第９図のように第１アーム１の対地角αをα１に
固定した場合、第３アーム３先端はＣ点からＤ点まで垂
直に移動できるが、Ｅ点まで連続して垂直移動できな
い。そこで、Ｃ点からＤ点に向けて制御レバー14で軌跡
制御しつつ対地角がα１からα２まで変化するように第
１アーム１を手動操作すれば、Ｃ点からＥ点まで第３ア
ーム３先端を連続して垂直移動でき、作業能率を格段に
向上することができる。 また、この実施例では、作業方向設定器15により、軌跡
の方向を示す作業方向δを手動操作で任意に設定して第
３アーム３先端を任意の方向に向けて軌跡制御できるか
ら、矢板やドリルの垂直施工だけでなく、斜面施工も容
易に行うことができる。例えば、δ＝90と設定すれば、
第３アーム３先端を水平方向に移動でき、矢板やドリル
の施工位置決めが極めて容易となり、δ＝45と設定すれ
ば第３アーム３先端を斜めに移動できる。 なお、本発明を適用するにあたっては以上の実施例の各
構成要素を次のようにしてもよい。 第１アーム１を廃し、軌跡制御される第2,第３アー
ム2,3のみにより作業機を構成してもよい。 また、第11図に示すように、第３アーム３先端に第
４アーム40を第４シリンダ70により回動可能に設けても
よい。この場合、式（８），（９）のL3，T3を次のよう
にL3′，T3′に置き換える。 ここで、第12図は第４アーム40を付加した場合の座標を
説明する図であり、この図において、 L3′：点Ｂ（第３アーム３の回動支点）,C′（第４アー
ム40先端の作業用アタッチメントの連結点）間の距離 T3′：線分ABの延長線と線分BC′のなす角でありT3′＝
T3＋C3 ここで、C3：線分BCと線分BC′のなす角 そして、第４アーム40の長さ（点C,C′間の距離）をL4
とし、第４アーム40の角度（線分BCの延長線と線分CC′
のなす角）をT4とすれば、 であるから、T4を角度検出器により検出すれば同様に制
御することが可能である。すなわち、第４アーム40を手
動操作中でもフィードバックが働き軌跡は保たれる。 各アーム2,3を油圧シリンダ5,6で駆動したが、油圧
に限定されず、また油圧モータ，油圧ロータリアクチュ
エータなどその他のアクチュエータを用いることができ
る。 バイブロハンマやアースオーガに使用できる旨述べ
たが、その他の各種作業アタッチメントにも使用でき
る。 第１アーム１の対地角αを直接に検出したが、上部
旋回体に対する第１アーム１の相対角を検出するととも
に、作業機本体の傾斜角を検出し、二つの角度から第１
アーム１の対地角αを演算してもよい。 作業方向が一定（例えば垂直施工のみ）であれば、
δを任意の値に設定するための作業方向設定器15を省略
できる。この場合でも、固定された軌跡の方向を示す信
号を出力する軌跡方向設定器は不可欠である。 作業方向設定器15と修正方向速度指令値演算回路20
0との間にスイッチを設け、スイッチオンで垂直方向の
設定、スイッチオフで任意の方向、例えば水平方向の設
定と定めておけば、２種類の軌跡方向の切換えが極めて
容易となる。 上述したＸ方向偏差ΔＸを、第5B図に示すような特
性とし、ΔＸ＝ｆ（X0−Ｘ）で求めてもよい。これによ
り制御の安定性が図れる。また、ΔＸ＝０の不感帯領域
を、｜｜に応じて可変とし、低速度の偏差精度の改善
を図ることもできる。 上述した定数K1を、第5C図に示すような特性とし、
k1＝ｆ（｜｜）で求めてもよい。これにより高速時の
ハンチングが防止される。 角度検出器として、磁気抵抗素子を用いたもの、差
動コイルを用いたもの、光学式，磁気式のロータリエン
コーダを用いたものなど、ポテンショメータ式に限定さ
れない。 実施例中の各回路、数式等もそれらに限定されな
い。特に、作業方向δにより絶対座標系を回転させた
が、絶対座標系のまま、演算処理してもよい。 −第2,第３の実施例− 第14図〜第16図により第２の実施例を、第13図，第17図
〜第19図により第３の実施例を説明する。第１の実施例
は、作業開始前に第３アーム３先端の軌跡の方向δを作
業方向設定器15により任意に設定するものであるが、こ
の第2,第３の実施例は、作業中あるいは作業開始時の作
業アタッチメント７の取付方向を検出し、その方向を軌
跡の方向δとして軌跡制御を行なうものである。 （第２の実施例の背景） 第１の実施例の装置を用い、第10図（ａ），（ｂ）に示
すようなバイブロハンマ７や、オーガ掘削ユニット８を
作業アタッチメントとして矢板PLまたはオーガドリルDR
を斜め方向に施工しようとする場合、作業方向設定器15
により作業方向δを所望の方向に設定すると共に、矢板
PLまたはオーガドリルDRを、施工開始時に作業方向設定
器15で設定した方向δに合せて設置する必要がある。方
向設定器15で設定した方向δと、矢板PLまたはオーガド
リルDRの実際の方向とがずれていると、施工が進むに従
って、矢板PLまたはオーガドリルDRの中心と制御軌跡と
が離れてゆく。矢板PLまたはオーガドリルDRの先端側は
地中に拘束されているので、結局、矢板PLまたはオーガ
ドリルDRに曲げ方向の力（偏心荷重）を加えることにな
り、矢板PLまたはオーガドリルDRが折損するおそれがあ
る。したがって、作業開始に先立って矢板PLまたはオー
ガドリルDRの方向設定に非常に時間がかかる。 また、δを任意に手動入力するための作業方向設定器15
を省略して垂直施工のみを行なう場合でも、矢板PLまた
はオーガドリルDRが施工開始時に垂直に向いていなけれ
ば施工に伴って垂直からずれてくるから同様に折損する
おそれがあり、矢板PLまたはオーガドリルDRの方向づけ
にやはり時間がかかる。さらに、施工途中で矢板PLやオ
ーガドリルDRの方向と軌跡の方向とがずれてくる場合に
も折損のおそれがある。 （第３の実施例の背景） さらに、第13図に示すように、作業アタッチメント、例
えば掘削バケット等の取付方向をシリンダ９により調節
可能にした場合には、一般に掘削方向を作業アタッチメ
ントの取付方向とするが、作業に応じてその掘削方向を
頻繁に変えるので、その都度、作業方向設定器15を操作
せねばならず非常に煩雑である。 第2,第３の実施例はこのような問題の解決を狙ったもの
である。 まず第14図のようにこの作業機の座標を定義し、以下の
説明はこの座標に従う。第14図においては、第２図と同
様の箇所に同一の符号を付して相異点のみ説明する。 A4:X軸に対する作業アタッチメントのなす角 T4：線分BCの延長線と作業アタッチメントのなす角 δ：作業アタッチメントが垂直方向となす角 （取付方向） ここで、A1＝α−δ A2＝A1−T2 A3＝A2−T3 ＝A1−T2−T3 A4＝A3−T4 ＝A1−T2−T3−T4 作業アタッチメントの取付方向δを作業方向として座標
軸を決定すれば、 A4＝−π/2 であるから作業方向δは、 から演算される。 （第２の実施例の構成） 次に第15図により、第３アーム３の先端に作業アタッチ
メントをピン結合する第10図に示した作業機に本発明を
適用した第２の実施例の制御装置全体の構成を説明す
る。なお、第３図に示した第１実施例と同様の箇所には
同一の符号を付し、相異点を中心に説明する。 作業方向設定器15に代えて作業方向演算回路100が設け
られるとともに、作業アタッチメント７や８の方向と第
３アーム３とのなす相対角度T4を検出する角度検出器35
が設けられている。この角度検出器35は、作業アタッチ
メントの回転支点に取付けられ、周知のレバー機構とポ
テンショメータとから成る。作業方向演算回路100に
は、角度検出器11〜13および35でそれぞれ検出される角
度α，T2〜T4が入力され、これらに基づいて作業アタッ
チメントの垂直方向に対する角度（取付方向であり軌跡
の方向である）δを演算し、修正方向速度指令値演算回
路200の作業方向入力に入力する。 ここで修正方向速度指令値演算回路200は、第１の実施
例と同様に修正方向の速度指令値と、角度A2，A3を演
算し、これらを角速度制御値演算回路300に入力する。
角速度制御値演算回路300は、第１の実施例と同様に第
2,第３アーム2,3の角速度制御値２，３を演算し、
これらを流量制御値演算回路400に入力する。流量制御
値演算回路400も第１の実施例と同様にシリンダ5,6の流
量制御値Q2，Q3を演算し、電気油圧変換弁16,17に入力
する。電気油圧変換弁16,17、操作レバー18〜20、コン
トロールバルブ21〜23およびそれらの接続関係は第１の
実施例と全く同一であり、説明を省略する。 第16図は作業方向演算回路100を示す。作業アタッチメ
ントの取付方向δは、π/2設定器105および加算点101〜
103によって（17）式を演算して求められ、修正方向速
度指令値演算回路200の作業方向入力へ入力される。 その他の回路構成については第１の実施例と同様であり
説明を省略する。 （第２の実施例の動作） 次に本装置の動作について説明する。 角度検出器11〜13および35で検出された角度α，T1，
T2，T3，T4に基づいて、作業方向演算回路100では、作
業アタッチメントの垂直に対する角度δが演算され、こ
の角度δを作業方向としたX,Y座標が決定される。この
角度δは、作業中に検出される作業アタッチメントの取
付角度T4が変わるごとに変更される。方向δと角度検出
器11〜13で検出された角度α，T2，T3に基づいて修正方
向速度指令値演算回路200では、第３アーム３先端の位
置、すなわちそのＸ座標が演算される。制御レバー14を
操作するとその時点のＸ座標が初期値X0として記憶器21
4に記憶保持される。このX0を通りＹ軸と平行な線が目
標軌跡OL（第5A図）であり、垂直方向と角度δをなす作
業方向が軌跡の方向である。作業中に逐次演算される第
３アーム３先端のＸ座標Ｘと初期値X0との偏差（ずれ
量）ΔＸが加算点205（第４図）で演算される。今、制
御レバー14は作業方向（Ｙ軸方向）における第３アーム
３先端の作業方向速度指令値を出力しており、修正方
向速度指令値演算回路200は、偏差ΔＸと作業方向速度
指令値の絶対値｜｜との積に定数K1を掛けて修正方
向速度指令値を出力する。偏差ΔＸが零ならば修正方
向速度指令値は零である。 この修正方向速度指令値と作業方向速度指令値と各
角度A2，A3，T3とにより、角速度制御値演算回路300が
第2,第３アーム2,3の角速度制御値２，３を演算す
る。これらの角速度制御値２，３は、流量制御値演
算回路400にてリンク補正され、第2,第３のシリンダ5,6
の流量制御値Q2，Q3に変換される。これらの流量制御値
Q2，Q3は電気油圧変換弁16,17に供給され、油圧源から
の圧油が所定方向，所定流量にて第2,第３シリンダ5,6
に供給される。これにより第2,第３アーム2,3が回動し
て第３アーム３先端の軌跡が作業アタッチメントの取付
方向δに制御される。 このように第２の実施例では、作業アタッチメントの垂
直方向に対する取付角度を作業方向の角度δとし、第３
アーム３先端が所定の速度で作業方向に軌跡制御される
ように第2,第３アーム2,3が角速度制御される。一方、
これと同時に第３アーム３先端の目標軌跡に対する偏差
を検出し、この偏差による位置フィードバック制御も行
なっている。この結果、第１の実施例のように予め固定
的に設定した作業方向と作業アタッチメントの角度が大
きくずれたときに発生する矢板PLまたはオーガドリルDR
の折損事故が防止できるばかりでなく、斜め施工におい
ても任意に作業方向δを手動入力するための作業方向設
定器15が不要で操作性が著しく向上する。 （第３の実施例の構成） 第13図に示すように作業アタッチメントの第３アーム３
に対する取付角度をシリンダ９によって回動可能なよう
に構成した場合の軌跡制御装置の構成を第17図に示す。
第３図および第15図と同様な箇所には同一の符号を付
し、相異点を中心に説明する。 第15図の作業方向演算回路100に代えて作業方向演算回
路150を設け、作業開始時の作業アタッチメントの角度
δ０を作業方向δとして記憶保持し、以後、作業アタッ
チメントの角度δと作業方向δ０の角度偏差Δδが、シ
リンダ９用の第２の流量制御値演算回路450に入力され
る。また、作業開始時の作業方向δは修正方向速度指令
値演算回路200の作業方向入力に入力される。作業方向
演算回路150は、第18図に示すとおり、第16図に示した
作業方向演算回路100に、初期角度δ０を記憶する記憶
器106を付加したものであり、これにより、加算点101〜
103およびπ/2設定器105により作業中に逐次演算される
作業アタッチメントの角度δと、作業開始時の作業アタ
ッチメントの角度δ０との偏差Δδを得る。 第２の流量制御値演算回路450は、軌跡制御に伴い第2,
第３アーム2,3の姿勢が逐次変化しても作業アタッチメ
ントの角度δを一定に保持するようにシリンダ９を駆動
制御するために用いられる。 第２の流量制御値演算回路450には、この角度偏差Δ
δ，角度T4，角速度制御値２，３が入力され、流量
制御値Q4を演算してシリンダ９用の電気油圧変換弁24に
供給する。25はシリンダ９用の操作レバー、26はその操
作レバー25により切換え制御されるコントロールバルブ
であり、電気油圧変換弁24またはコントロールバルブの
操作によりシリンダ９が駆動できるようにされている。
その他の構成は第３図および第15図の装置と同一であ
り、説明を省略する。 第19図は第２の流量制御値演算回路450を示す。作業ア
タッチメントの角度を一定（Ｙ軸方向）に保つために
は、作業アタッチメントの角速度制御値４を、第2,第
３アーム2,3の角速度制御値２，３の和の符号を反
転した角速度に制御すれば良く、その角速度制御値４
は次式で示される。４ ＝−（２＋３） …（18） この第３の実施例では、それに加えて角度精度を向上さ
せるため、また、第１アーム１を任意駆動可能なよう
に、作業方向角度偏差Δδによるフィードバックを加
え、４ ＝K2Δδ−２−３ としている。 そこで第19図に示すとおり、係数器451によって作業方
向角度偏差ΔδにK2を掛け、これと第2,第３アーム2,3
の角速度制御値２，３を加算点452で加算すること
によって作業アタッチメントの角速度制御値４が得ら
れる。この角速度制御値４を用いて第７図と同様にし
て作業アタッチメントの流量制御値Q4が得られる。した
がって第19図に示すとおり、第２の流量制御値演算回路
450には、作業アタッチメントのリンク補正計数を出力
する関数発生器453、シリンダ速度を演算する乗算器45
4、シリンダ速度にシリンダ面積a4を乗じる係数器455が
設けられている。 （第３の実施例の動作） この第３の実施例の動作を説明する。 第１の実施例と同様に、図示しない電源スイッチの投入
により動作が開始し、まず作業方向演算回路150で、作
業アタッチメントの垂直方向に対する取付角度δが演算
され、この取付角度δを作業方向としたX,Y座標が決定
される。作業開始時の角度δは初期角度δ０（このδ０
が軌跡の方向である）として記憶器106に記憶されると
ともに、修正方向速度指令値演算回路200に入力され
る。修正方向速度指令値演算回路200は、入力されるδ
０，T2，T3，αに基づいて第2,第３アーム2,3のＸ軸に
対する角度A2，A3を求める。また、上述したと同様に
（１）式により修正方向速度指令値を求める。角速度
制御値演算回路300は、第３アーム３の先端、すなわち
作業アタッチメントの連結点が軌跡の方向δ０に沿って
軌跡制御されるよう、入力される，，A2，A3，T3に
より、角速度制御値２，３を求める。第１の流量制
御値演算回路400は、入力されるT2，T3，２，３に
基づいて第2,第３アーム2,3の流量制御値Q2，Q3を求め
る。 一方、作業方向演算回路150で求められた作業アタッチ
メントの作業方向角度偏差Δδは、第2,第３アーム2,3
の角速度制御値２，３とともに第２の流量制御値演
算回路450に入力され、まず作業アタッチメントの角速
度制御値４に変換され、さらに第１施例での実説明し
たようなリンク補正を行ない作業アタッチメント用シリ
ンダ９の流量制御値Q4に変換される。この流量制御値Q4
は電気油圧変換弁24に供給され、これによって電気油圧
変換弁24から所定流量の圧油がシリンダ９に供給され、
軌跡作業中において、作業アタッチメントの垂直方向に
対する取付角度が作業方向δ０に一致するように制御さ
れる。 従って、作業アタッチメントの姿勢が一定のまま軌跡制
御されることになり、第２の実施例と同様、作業方向設
定器が不要で操作性が著しく向上する。また、Ｘ軸方向
の偏差ΔＸおよび取付角度偏差Δδによりフィードバッ
ク制御しているから、軌跡制御および姿勢制御の精度も
高い。 なお、第2,第３の実施例においては、作業開始時あるい
は作業中の作業アタッチメントの取付角度を軌跡の方向
として設定することがその主たる目的であり、Ｘ方向の
偏差ΔＸのフィードバックや角度偏差Δδは必須ではな
い。さらに、第１の実施例と同様、軌跡制御される第2,
第３アーム2,3のみの構成としたり、油圧シリンダに代
え油圧モータ，油圧ロータリアクチュエータあるいは電
気式アクチュエータを用いてもよい。また、バイブロハ
ンマ，アースオーガ，掘削バケット以外の作業アタッチ
メントを用いることもできる。さらに、第１アーム１の
対地角αを、作業機本体の傾斜角と第１アーム１の本体
に対する相対角から求めてもよい。さらにまた、作業ア
タッチメントの垂直方向に対する角度を例えば振り子式
角度のようなもので直接検出してもよく、さらにその角
度を表示器等に表示しても良い。この場合、運転者は合
図者なしで作業アタッチメントの角度を自由に設定でき
る。 G.発明の効果 請求項１の発明によれば、第２のアーム先端の軌跡の方
向（作業方向）と直交する方向（修正方向）のずれ量を
検出し、そのずれ量と作業方向の速度指令値とから修正
方向の速度指令値を求め、第２アーム先端が予め定めた
軌跡の方向に運動するように両方向の速度指令値により
第１および第２のアームを駆動するようにしたので、従
来よりも精度，作業性とも向上する。また、特に、バイ
ブロ作業やアースオーガ作業のように作業速度が遅い作
業でも、流量制御弁などの流量特性のばらつきに左右さ
れず所望の精度が得られる。 請求項４の発明によれば、作業用アタッチメントの取付
方向に軌跡の方向が設定されるので、矢板やオーガドリ
ルなどに無理な力が加わらず、折損事故を防止できる。 また、軌跡の方向の設定すなわち作業方向の設定は、単
に作業用アタッチメントの取付方向の角度を所望の軌跡
方向に設定するだけでよく、設定器で作業方向を入力す
る手間が省けて操作性が向上する。 さらに、手動操作で作業方向を入力するための作業方向
設定器が不要なので、装置を安価に構成することができ
るとともに、狭い運転席に作業方向設定器を設置する必
要がなく、運転席の居住性も向上する。
演算回路200 〔10〕回動速度演算手段504:角速度制御値演算回路300 〔11〕駆動制御手段505:流量制御値演算回路400,電気油
圧変換弁16,17 次に本装置の動作について説明する。 図示しない電源スイッチを投入するとこの装置が起動
し、角度検出器11〜13で検出された角度α，T2，T3およ
び作業方向設定器15で設定した作業方向δに基づいて、
修正方向速度指令値演算回路200では第３アーム３先端
の位置、すなわちＸ座標が演算される。制御レバー14を
操作するとその時点のＸ座標が初期値X0として記憶器21
4に記憶保持される。このX0を通りＹ軸と平行な線が目
標軌跡OL（第5A図）であり、垂直方向と角度δをなす作
業方向が軌跡の方向である。作業中に逐次演算される第
３アーム３先端のＸ座標Ｘと初期値X0との偏差（ずれ
量）ΔＸが加算点205で演算される。今、制御レバー14
は作業方向（Ｙ軸方向）における第３アーム３先端の作
業方向速度指令値を出力しており、修正方向速度指令
値演算回路200は、偏差ΔＸと作業速度指令値の絶対
値｜｜との積に定数K1を掛けて修正方向速度指令値
を出力する。偏差ΔＸが零ならば修正方向作業速度指令
値は零である。 この修正方向速度指令値と作業方向速度指令値と各
角度A2，A3，T3とにより、角速度制御値演算回路300が
第2,第３アーム2,3の角速度制御値２，３を演算す
る。これらの角速度制御値２，３は、流量制御値演
算回路400にてリンク補正され、第2,第３のシリンダ5,6
の流量制御値Q2，Q3に変換される。これらの流量制御値
Q2，Q3は電気油圧変換弁16,17に供給され、油圧源から
の圧油が所定方向，所定流量にて第2,第３シリンダ5,6
に供給される。これにより第2,第３アーム2,3が回動し
て第３アーム３先端の軌跡が作業方向に制御される。す
なわち、目標軌跡OL上を移動する。例えばδ＝０とすれ
ば矢板を水平面に対して垂直方向に打設できる。 このように本実施例では、第３アーム３先端が所定の速
度で作業方向に軌跡制御されるように第2,第３アーム2,
3が角速度制御され、これと同時に、第３アーム３先端
の目標軌跡に対するＸ軸方向の偏差ΔＸを検出し、この
偏差ΔＸによる位置フィードバック制御も行なっている
から、従来のようなオープンループ制御に比べて格段に
軌跡精度が向上するとともに、制御レバー14の操作中に
第１アーム用の操作レバー18を操作して第１アーム１の
対地角αを変えても、対地角αの変化に応じた軌跡制御
が連続して行なえる。 例えば第９図のように第１アーム１の対地角αをα１に
固定した場合、第３アーム３先端はＣ点からＤ点まで垂
直に移動できるが、Ｅ点まで連続して垂直移動できな
い。そこで、Ｃ点からＤ点に向けて制御レバー14で軌跡
制御しつつ対地角がα１からα２まで変化するように第
１アーム１を手動操作すれば、Ｃ点からＥ点まで第３ア
ーム３先端を連続して垂直移動でき、作業能率を格段に
向上することができる。 また、この実施例では、作業方向設定器15により、軌跡
の方向を示す作業方向δを手動操作で任意に設定して第
３アーム３先端を任意の方向に向けて軌跡制御できるか
ら、矢板やドリルの垂直施工だけでなく、斜面施工も容
易に行うことができる。例えば、δ＝90と設定すれば、
第３アーム３先端を水平方向に移動でき、矢板やドリル
の施工位置決めが極めて容易となり、δ＝45と設定すれ
ば第３アーム３先端を斜めに移動できる。 なお、本発明を適用するにあたっては以上の実施例の各
構成要素を次のようにしてもよい。 第１アーム１を廃し、軌跡制御される第2,第３アー
ム2,3のみにより作業機を構成してもよい。 また、第11図に示すように、第３アーム３先端に第
４アーム40を第４シリンダ70により回動可能に設けても
よい。この場合、式（８），（９）のL3，T3を次のよう
にL3′，T3′に置き換える。 ここで、第12図は第４アーム40を付加した場合の座標を
説明する図であり、この図において、 L3′：点Ｂ（第３アーム３の回動支点）,C′（第４アー
ム40先端の作業用アタッチメントの連結点）間の距離 T3′：線分ABの延長線と線分BC′のなす角でありT3′＝
T3＋C3 ここで、C3：線分BCと線分BC′のなす角 そして、第４アーム40の長さ（点C,C′間の距離）をL4
とし、第４アーム40の角度（線分BCの延長線と線分CC′
のなす角）をT4とすれば、 であるから、T4を角度検出器により検出すれば同様に制
御することが可能である。すなわち、第４アーム40を手
動操作中でもフィードバックが働き軌跡は保たれる。 各アーム2,3を油圧シリンダ5,6で駆動したが、油圧
に限定されず、また油圧モータ，油圧ロータリアクチュ
エータなどその他のアクチュエータを用いることができ
る。 バイブロハンマやアースオーガに使用できる旨述べ
たが、その他の各種作業アタッチメントにも使用でき
る。 第１アーム１の対地角αを直接に検出したが、上部
旋回体に対する第１アーム１の相対角を検出するととも
に、作業機本体の傾斜角を検出し、二つの角度から第１
アーム１の対地角αを演算してもよい。 作業方向が一定（例えば垂直施工のみ）であれば、
δを任意の値に設定するための作業方向設定器15を省略
できる。この場合でも、固定された軌跡の方向を示す信
号を出力する軌跡方向設定器は不可欠である。 作業方向設定器15と修正方向速度指令値演算回路20
0との間にスイッチを設け、スイッチオンで垂直方向の
設定、スイッチオフで任意の方向、例えば水平方向の設
定と定めておけば、２種類の軌跡方向の切換えが極めて
容易となる。 上述したＸ方向偏差ΔＸを、第5B図に示すような特
性とし、ΔＸ＝ｆ（X0−Ｘ）で求めてもよい。これによ
り制御の安定性が図れる。また、ΔＸ＝０の不感帯領域
を、｜｜に応じて可変とし、低速度の偏差精度の改善
を図ることもできる。 上述した定数K1を、第5C図に示すような特性とし、
k1＝ｆ（｜｜）で求めてもよい。これにより高速時の
ハンチングが防止される。 角度検出器として、磁気抵抗素子を用いたもの、差
動コイルを用いたもの、光学式，磁気式のロータリエン
コーダを用いたものなど、ポテンショメータ式に限定さ
れない。 実施例中の各回路、数式等もそれらに限定されな
い。特に、作業方向δにより絶対座標系を回転させた
が、絶対座標系のまま、演算処理してもよい。 −第2,第３の実施例− 第14図〜第16図により第２の実施例を、第13図，第17図
〜第19図により第３の実施例を説明する。第１の実施例
は、作業開始前に第３アーム３先端の軌跡の方向δを作
業方向設定器15により任意に設定するものであるが、こ
の第2,第３の実施例は、作業中あるいは作業開始時の作
業アタッチメント７の取付方向を検出し、その方向を軌
跡の方向δとして軌跡制御を行なうものである。 （第２の実施例の背景） 第１の実施例の装置を用い、第10図（ａ），（ｂ）に示
すようなバイブロハンマ７や、オーガ掘削ユニット８を
作業アタッチメントとして矢板PLまたはオーガドリルDR
を斜め方向に施工しようとする場合、作業方向設定器15
により作業方向δを所望の方向に設定すると共に、矢板
PLまたはオーガドリルDRを、施工開始時に作業方向設定
器15で設定した方向δに合せて設置する必要がある。方
向設定器15で設定した方向δと、矢板PLまたはオーガド
リルDRの実際の方向とがずれていると、施工が進むに従
って、矢板PLまたはオーガドリルDRの中心と制御軌跡と
が離れてゆく。矢板PLまたはオーガドリルDRの先端側は
地中に拘束されているので、結局、矢板PLまたはオーガ
ドリルDRに曲げ方向の力（偏心荷重）を加えることにな
り、矢板PLまたはオーガドリルDRが折損するおそれがあ
る。したがって、作業開始に先立って矢板PLまたはオー
ガドリルDRの方向設定に非常に時間がかかる。 また、δを任意に手動入力するための作業方向設定器15
を省略して垂直施工のみを行なう場合でも、矢板PLまた
はオーガドリルDRが施工開始時に垂直に向いていなけれ
ば施工に伴って垂直からずれてくるから同様に折損する
おそれがあり、矢板PLまたはオーガドリルDRの方向づけ
にやはり時間がかかる。さらに、施工途中で矢板PLやオ
ーガドリルDRの方向と軌跡の方向とがずれてくる場合に
も折損のおそれがある。 （第３の実施例の背景） さらに、第13図に示すように、作業アタッチメント、例
えば掘削バケット等の取付方向をシリンダ９により調節
可能にした場合には、一般に掘削方向を作業アタッチメ
ントの取付方向とするが、作業に応じてその掘削方向を
頻繁に変えるので、その都度、作業方向設定器15を操作
せねばならず非常に煩雑である。 第2,第３の実施例はこのような問題の解決を狙ったもの
である。 まず第14図のようにこの作業機の座標を定義し、以下の
説明はこの座標に従う。第14図においては、第２図と同
様の箇所に同一の符号を付して相異点のみ説明する。 A4:X軸に対する作業アタッチメントのなす角 T4：線分BCの延長線と作業アタッチメントのなす角 δ：作業アタッチメントが垂直方向となす角 （取付方向） ここで、A1＝α−δ A2＝A1−T2 A3＝A2−T3 ＝A1−T2−T3 A4＝A3−T4 ＝A1−T2−T3−T4 作業アタッチメントの取付方向δを作業方向として座標
軸を決定すれば、 A4＝−π/2 であるから作業方向δは、 から演算される。 （第２の実施例の構成） 次に第15図により、第３アーム３の先端に作業アタッチ
メントをピン結合する第10図に示した作業機に本発明を
適用した第２の実施例の制御装置全体の構成を説明す
る。なお、第３図に示した第１実施例と同様の箇所には
同一の符号を付し、相異点を中心に説明する。 作業方向設定器15に代えて作業方向演算回路100が設け
られるとともに、作業アタッチメント７や８の方向と第
３アーム３とのなす相対角度T4を検出する角度検出器35
が設けられている。この角度検出器35は、作業アタッチ
メントの回転支点に取付けられ、周知のレバー機構とポ
テンショメータとから成る。作業方向演算回路100に
は、角度検出器11〜13および35でそれぞれ検出される角
度α，T2〜T4が入力され、これらに基づいて作業アタッ
チメントの垂直方向に対する角度（取付方向であり軌跡
の方向である）δを演算し、修正方向速度指令値演算回
路200の作業方向入力に入力する。 ここで修正方向速度指令値演算回路200は、第１の実施
例と同様に修正方向の速度指令値と、角度A2，A3を演
算し、これらを角速度制御値演算回路300に入力する。
角速度制御値演算回路300は、第１の実施例と同様に第
2,第３アーム2,3の角速度制御値２，３を演算し、
これらを流量制御値演算回路400に入力する。流量制御
値演算回路400も第１の実施例と同様にシリンダ5,6の流
量制御値Q2，Q3を演算し、電気油圧変換弁16,17に入力
する。電気油圧変換弁16,17、操作レバー18〜20、コン
トロールバルブ21〜23およびそれらの接続関係は第１の
実施例と全く同一であり、説明を省略する。 第16図は作業方向演算回路100を示す。作業アタッチメ
ントの取付方向δは、π/2設定器105および加算点101〜
103によって（17）式を演算して求められ、修正方向速
度指令値演算回路200の作業方向入力へ入力される。 その他の回路構成については第１の実施例と同様であり
説明を省略する。 （第２の実施例の動作） 次に本装置の動作について説明する。 角度検出器11〜13および35で検出された角度α，T1，
T2，T3，T4に基づいて、作業方向演算回路100では、作
業アタッチメントの垂直に対する角度δが演算され、こ
の角度δを作業方向としたX,Y座標が決定される。この
角度δは、作業中に検出される作業アタッチメントの取
付角度T4が変わるごとに変更される。方向δと角度検出
器11〜13で検出された角度α，T2，T3に基づいて修正方
向速度指令値演算回路200では、第３アーム３先端の位
置、すなわちそのＸ座標が演算される。制御レバー14を
操作するとその時点のＸ座標が初期値X0として記憶器21
4に記憶保持される。このX0を通りＹ軸と平行な線が目
標軌跡OL（第5A図）であり、垂直方向と角度δをなす作
業方向が軌跡の方向である。作業中に逐次演算される第
３アーム３先端のＸ座標Ｘと初期値X0との偏差（ずれ
量）ΔＸが加算点205（第４図）で演算される。今、制
御レバー14は作業方向（Ｙ軸方向）における第３アーム
３先端の作業方向速度指令値を出力しており、修正方
向速度指令値演算回路200は、偏差ΔＸと作業方向速度
指令値の絶対値｜｜との積に定数K1を掛けて修正方
向速度指令値を出力する。偏差ΔＸが零ならば修正方
向速度指令値は零である。 この修正方向速度指令値と作業方向速度指令値と各
角度A2，A3，T3とにより、角速度制御値演算回路300が
第2,第３アーム2,3の角速度制御値２，３を演算す
る。これらの角速度制御値２，３は、流量制御値演
算回路400にてリンク補正され、第2,第３のシリンダ5,6
の流量制御値Q2，Q3に変換される。これらの流量制御値
Q2，Q3は電気油圧変換弁16,17に供給され、油圧源から
の圧油が所定方向，所定流量にて第2,第３シリンダ5,6
に供給される。これにより第2,第３アーム2,3が回動し
て第３アーム３先端の軌跡が作業アタッチメントの取付
方向δに制御される。 このように第２の実施例では、作業アタッチメントの垂
直方向に対する取付角度を作業方向の角度δとし、第３
アーム３先端が所定の速度で作業方向に軌跡制御される
ように第2,第３アーム2,3が角速度制御される。一方、
これと同時に第３アーム３先端の目標軌跡に対する偏差
を検出し、この偏差による位置フィードバック制御も行
なっている。この結果、第１の実施例のように予め固定
的に設定した作業方向と作業アタッチメントの角度が大
きくずれたときに発生する矢板PLまたはオーガドリルDR
の折損事故が防止できるばかりでなく、斜め施工におい
ても任意に作業方向δを手動入力するための作業方向設
定器15が不要で操作性が著しく向上する。 （第３の実施例の構成） 第13図に示すように作業アタッチメントの第３アーム３
に対する取付角度をシリンダ９によって回動可能なよう
に構成した場合の軌跡制御装置の構成を第17図に示す。
第３図および第15図と同様な箇所には同一の符号を付
し、相異点を中心に説明する。 第15図の作業方向演算回路100に代えて作業方向演算回
路150を設け、作業開始時の作業アタッチメントの角度
δ０を作業方向δとして記憶保持し、以後、作業アタッ
チメントの角度δと作業方向δ０の角度偏差Δδが、シ
リンダ９用の第２の流量制御値演算回路450に入力され
る。また、作業開始時の作業方向δは修正方向速度指令
値演算回路200の作業方向入力に入力される。作業方向
演算回路150は、第18図に示すとおり、第16図に示した
作業方向演算回路100に、初期角度δ０を記憶する記憶
器106を付加したものであり、これにより、加算点101〜
103およびπ/2設定器105により作業中に逐次演算される
作業アタッチメントの角度δと、作業開始時の作業アタ
ッチメントの角度δ０との偏差Δδを得る。 第２の流量制御値演算回路450は、軌跡制御に伴い第2,
第３アーム2,3の姿勢が逐次変化しても作業アタッチメ
ントの角度δを一定に保持するようにシリンダ９を駆動
制御するために用いられる。 第２の流量制御値演算回路450には、この角度偏差Δ
δ，角度T4，角速度制御値２，３が入力され、流量
制御値Q4を演算してシリンダ９用の電気油圧変換弁24に
供給する。25はシリンダ９用の操作レバー、26はその操
作レバー25により切換え制御されるコントロールバルブ
であり、電気油圧変換弁24またはコントロールバルブの
操作によりシリンダ９が駆動できるようにされている。
その他の構成は第３図および第15図の装置と同一であ
り、説明を省略する。 第19図は第２の流量制御値演算回路450を示す。作業ア
タッチメントの角度を一定（Ｙ軸方向）に保つために
は、作業アタッチメントの角速度制御値４を、第2,第
３アーム2,3の角速度制御値２，３の和の符号を反
転した角速度に制御すれば良く、その角速度制御値４
は次式で示される。４ ＝−（２＋３） …（18） この第３の実施例では、それに加えて角度精度を向上さ
せるため、また、第１アーム１を任意駆動可能なよう
に、作業方向角度偏差Δδによるフィードバックを加
え、４ ＝K2Δδ−２−３ としている。 そこで第19図に示すとおり、係数器451によって作業方
向角度偏差ΔδにK2を掛け、これと第2,第３アーム2,3
の角速度制御値２，３を加算点452で加算すること
によって作業アタッチメントの角速度制御値４が得ら
れる。この角速度制御値４を用いて第７図と同様にし
て作業アタッチメントの流量制御値Q4が得られる。した
がって第19図に示すとおり、第２の流量制御値演算回路
450には、作業アタッチメントのリンク補正計数を出力
する関数発生器453、シリンダ速度を演算する乗算器45
4、シリンダ速度にシリンダ面積a4を乗じる係数器455が
設けられている。 （第３の実施例の動作） この第３の実施例の動作を説明する。 第１の実施例と同様に、図示しない電源スイッチの投入
により動作が開始し、まず作業方向演算回路150で、作
業アタッチメントの垂直方向に対する取付角度δが演算
され、この取付角度δを作業方向としたX,Y座標が決定
される。作業開始時の角度δは初期角度δ０（このδ０
が軌跡の方向である）として記憶器106に記憶されると
ともに、修正方向速度指令値演算回路200に入力され
る。修正方向速度指令値演算回路200は、入力されるδ
０，T2，T3，αに基づいて第2,第３アーム2,3のＸ軸に
対する角度A2，A3を求める。また、上述したと同様に
（１）式により修正方向速度指令値を求める。角速度
制御値演算回路300は、第３アーム３の先端、すなわち
作業アタッチメントの連結点が軌跡の方向δ０に沿って
軌跡制御されるよう、入力される，，A2，A3，T3に
より、角速度制御値２，３を求める。第１の流量制
御値演算回路400は、入力されるT2，T3，２，３に
基づいて第2,第３アーム2,3の流量制御値Q2，Q3を求め
る。 一方、作業方向演算回路150で求められた作業アタッチ
メントの作業方向角度偏差Δδは、第2,第３アーム2,3
の角速度制御値２，３とともに第２の流量制御値演
算回路450に入力され、まず作業アタッチメントの角速
度制御値４に変換され、さらに第１施例での実説明し
たようなリンク補正を行ない作業アタッチメント用シリ
ンダ９の流量制御値Q4に変換される。この流量制御値Q4
は電気油圧変換弁24に供給され、これによって電気油圧
変換弁24から所定流量の圧油がシリンダ９に供給され、
軌跡作業中において、作業アタッチメントの垂直方向に
対する取付角度が作業方向δ０に一致するように制御さ
れる。 従って、作業アタッチメントの姿勢が一定のまま軌跡制
御されることになり、第２の実施例と同様、作業方向設
定器が不要で操作性が著しく向上する。また、Ｘ軸方向
の偏差ΔＸおよび取付角度偏差Δδによりフィードバッ
ク制御しているから、軌跡制御および姿勢制御の精度も
高い。 なお、第2,第３の実施例においては、作業開始時あるい
は作業中の作業アタッチメントの取付角度を軌跡の方向
として設定することがその主たる目的であり、Ｘ方向の
偏差ΔＸのフィードバックや角度偏差Δδは必須ではな
い。さらに、第１の実施例と同様、軌跡制御される第2,
第３アーム2,3のみの構成としたり、油圧シリンダに代
え油圧モータ，油圧ロータリアクチュエータあるいは電
気式アクチュエータを用いてもよい。また、バイブロハ
ンマ，アースオーガ，掘削バケット以外の作業アタッチ
メントを用いることもできる。さらに、第１アーム１の
対地角αを、作業機本体の傾斜角と第１アーム１の本体
に対する相対角から求めてもよい。さらにまた、作業ア
タッチメントの垂直方向に対する角度を例えば振り子式
角度のようなもので直接検出してもよく、さらにその角
度を表示器等に表示しても良い。この場合、運転者は合
図者なしで作業アタッチメントの角度を自由に設定でき
る。 G.発明の効果 請求項１の発明によれば、第２のアーム先端の軌跡の方
向（作業方向）と直交する方向（修正方向）のずれ量を
検出し、そのずれ量と作業方向の速度指令値とから修正
方向の速度指令値を求め、第２アーム先端が予め定めた
軌跡の方向に運動するように両方向の速度指令値により
第１および第２のアームを駆動するようにしたので、従
来よりも精度，作業性とも向上する。また、特に、バイ
ブロ作業やアースオーガ作業のように作業速度が遅い作
業でも、流量制御弁などの流量特性のばらつきに左右さ
れず所望の精度が得られる。 請求項４の発明によれば、作業用アタッチメントの取付
方向に軌跡の方向が設定されるので、矢板やオーガドリ
ルなどに無理な力が加わらず、折損事故を防止できる。 また、軌跡の方向の設定すなわち作業方向の設定は、単
に作業用アタッチメントの取付方向の角度を所望の軌跡
方向に設定するだけでよく、設定器で作業方向を入力す
る手間が省けて操作性が向上する。 さらに、手動操作で作業方向を入力するための作業方向
設定器が不要なので、装置を安価に構成することができ
るとともに、狭い運転席に作業方向設定器を設置する必
要がなく、運転席の居住性も向上する。
第１図（ａ），（ｂ）はクレーム対応図である。 第２図〜第12図は第１の実施例を示すものであり、第２
図は座標系を定義する図、第３図は全体構成を示すブロ
ック図、第４図はその修正方向速度指令値演算回路を示
すブロック図、第5A図は速度指令値を説明する図、第5B
図は偏差ΔＸの特性を示すグラフ、第5C図は定数K1の特
性を示すグラフ、第６図は角速度制御値演算回路を示す
ブロック図、第７図は流量制御値演算回路を示すブロッ
ク図、第８図はリンク補正を説明する図、第９図は作業
機の作業範囲を説明する図、第10図は作業機にバイブロ
ハンマあるいはアースオーガを取付けた状態を説明する
側面図である。第11図，第12図は第４アームを付加した
変形例を説明するもので、第11図が第４アームを示す
図、第12図がその座標などを定義する図である。 第13図〜第19図は第2,第３の実施例を説明するもので、
第13図は第３の実施例が用いられる作業機の側面図、第
14図は座標系を定義する図、第15図は第２の実施例の全
体構成図、第16図は第２の実施例の作業方向演算回路の
詳細図、第17図は第３の実施例の全体構成図、第18図は
第３の実施例の作業方向演算回路の詳細図、第19図は第
３の実施例の流量制御値演算回路の詳細図である。 1:第１アーム、2:第２アーム 3:第３アーム、４〜6:シリンダ 7:バイブロハンマ 11〜13,35:角度検出器 14:制御レバー 15:作業方向設定器 16,17,24:電気油圧変換弁 18〜20,25:操作レバー 100,150:作業方向演算回路 200:修正方向速度指令値演算回路 300:角速度制御値演算回路 400,450:流量制御値演算回路 501:位置検出手段 502:ずれ量演算手段 503:第２速度指令値演算手段 505:駆動制御手段 604:回動速度演算手段
図は座標系を定義する図、第３図は全体構成を示すブロ
ック図、第４図はその修正方向速度指令値演算回路を示
すブロック図、第5A図は速度指令値を説明する図、第5B
図は偏差ΔＸの特性を示すグラフ、第5C図は定数K1の特
性を示すグラフ、第６図は角速度制御値演算回路を示す
ブロック図、第７図は流量制御値演算回路を示すブロッ
ク図、第８図はリンク補正を説明する図、第９図は作業
機の作業範囲を説明する図、第10図は作業機にバイブロ
ハンマあるいはアースオーガを取付けた状態を説明する
側面図である。第11図，第12図は第４アームを付加した
変形例を説明するもので、第11図が第４アームを示す
図、第12図がその座標などを定義する図である。 第13図〜第19図は第2,第３の実施例を説明するもので、
第13図は第３の実施例が用いられる作業機の側面図、第
14図は座標系を定義する図、第15図は第２の実施例の全
体構成図、第16図は第２の実施例の作業方向演算回路の
詳細図、第17図は第３の実施例の全体構成図、第18図は
第３の実施例の作業方向演算回路の詳細図、第19図は第
３の実施例の流量制御値演算回路の詳細図である。 1:第１アーム、2:第２アーム 3:第３アーム、４〜6:シリンダ 7:バイブロハンマ 11〜13,35:角度検出器 14:制御レバー 15:作業方向設定器 16,17,24:電気油圧変換弁 18〜20,25:操作レバー 100,150:作業方向演算回路 200:修正方向速度指令値演算回路 300:角速度制御値演算回路 400,450:流量制御値演算回路 501:位置検出手段 502:ずれ量演算手段 503:第２速度指令値演算手段 505:駆動制御手段 604:回動速度演算手段
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 裕平 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭62−72826（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−88605（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−82128（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−36426（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】軌跡制御される少なくとも第１および第２
のアームと、これら各アームを回動運動せしめる第１お
よび第２の駆動手段と、前記第２のアーム先端に取付け
られた作業用アタッチメントとを備えた作業機の軌跡制
御装置において、 前記第２のアーム先端の軌跡の方向を設定する軌跡方向
設定手段と、 前記第１および第２のアームに関連した角度を検出する
アーム角度検出手段と、 前記第２のアーム先端の位置を検出する位置検出手段
と、 前記軌跡に沿った第２のアーム先端の作業速度を指令す
る指令手段と、 前記検出された第２のアーム先端位置に基づいて、前記
軌跡の方向と直交する方向の前記第２のアーム先端の該
軌跡からのずれ量を演算するずれ量演算手段と、 前記ずれ量と前記作業速度の指令値とに基づいて、前記
ずれ量に依存する大きさであって前記軌跡と直交する方
向の修正速度指令値を演算する修正速度指令値演算手段
と、 前記第１および第２のアームに関連した角度と、前記作
業速度の指令値と、前記修正速度指令値と、前記軌跡の
方向とに基づいて、前記第２のアーム先端の前記軌跡の
方向の速度成分が前記指令された作業速度となって前記
第２のアーム先端が前記軌跡に沿って移動するように前
記第１および第２のアームの回動速度を演算する回動速
度演算手段と、 この演算手段で演算された回動速度となるよう前記第１
および第２の駆動手段を駆動制御する駆動制御手段とを
具備することを特徴とする作業機の軌跡制御装置。 - 【請求項２】前記軌跡方向設定手段は、軌跡の方向を任
意に手動設定可能としたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の作業機の軌跡制御装置。 - 【請求項３】前記軌跡方向設定手段は、前記作業アタッ
チメントの取付角度を検出するアタッチメント角度検出
手段を含み、少なくとも検出された作業アタッチメント
の取付角度に基づいて、前記軌跡の方向を作業アタッチ
メントの取付角度の方向に設定することを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の作業機の軌跡制御装置。 - 【請求項４】軌跡制御される少なくとも第１および第２
のアームと、これら各アームを回動運動せしめる第１お
よび第２の駆動手段と、前記第２のアーム先端に取付け
られた作業用アタッチメントとを備えた作業機の軌跡制
御装置において、 前記第１および第２のアームに関連した角度を検出する
アーム角度検出手段と、 前記作業アタッチメントの取付角度を検出するアタッチ
メント角度検出手段と、 少なくとも検出された前記作業アタッチメントの取付角
度に基づいて、前記第２のアーム先端の軌跡の方向を作
業アタッチメントの取付角度の方向に設定する軌跡方向
設定手段と、 前記軌跡に沿った前記第２のアーム先端の作業速度を指
令する指令手段と、 前記第１および第２のアームに関連した角度と、前記作
業速度の指令値と、前記軌跡の方向とに基づいて、前記
第２のアーム先端の前記軌跡の方向の速度成分が前記指
令された作業速度となって前記第２のアーム先端が前記
軌跡に沿って移動するように前記第１および第２のアー
ムの回動速度を演算する回動速度演算手段と、 この演算手段で演算された回動速度となるよう前記第１
および第２の駆動手段を駆動制御する駆動制御手段とを
具備することを特徴とする作業機の軌跡制御装置。 - 【請求項５】前記作業アタッチメントの取付角度を調節
するために駆動する作業アタッチメント駆動手段と、 軌跡制御時に前記第１および第２のアームが回動しても
前記作業アタッチメントの姿勢が一定に保持されるよう
な前記作業アタッチメントの回動速度を演算するアタッ
チメント回動速度演算手段とを備え、前記駆動制御手段
は、前記第１および第２の駆動手段の制御に加えて、演
算された回動速度で前記作業アタッチメントが回動する
ように前記作業アタッチメント駆動手段を駆動制御する
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の作業機
の軌跡制御装置。 - 【請求項６】前記軌跡方向設定手段は、作業開始時に検
出される前記作業アタッチメントの取付角度に基づいて
前記軌跡の方向を設定することを特徴とする特許請求の
範囲第４項または第５項に記載の作業機の軌跡制御装
置。 - 【請求項７】前記軌跡方向設定手段は、作業中に検出さ
れる前記作業アタッチメントの取付角度に基づいて前記
軌跡の方向を逐次設定変更することを特徴とする特許請
求の範囲第４項に記載の作業機の軌跡制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19883883848 DE3883848T2 (de) | 1987-05-29 | 1988-05-27 | Einrichtung zur Steuerung der Armbewegung eines industriellen Fahrzeuges. |
| EP88201064A EP0293057B1 (en) | 1987-05-29 | 1988-05-27 | Apparatus for controlling arm movement of industrial vehicle |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62-135413 | 1987-05-29 | ||
| JP13541387 | 1987-05-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01278623A JPH01278623A (ja) | 1989-11-09 |
| JPH0776453B2 true JPH0776453B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=15151147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63108099A Expired - Fee Related JPH0776453B2 (ja) | 1987-05-29 | 1988-04-28 | 作業機の軌跡制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0776453B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130074906A (ko) * | 2011-12-27 | 2013-07-05 | 두산인프라코어 주식회사 | 인양력 증대 자세교정 장치 |
| JP2018159210A (ja) * | 2017-03-22 | 2018-10-11 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3364303B2 (ja) * | 1993-12-24 | 2003-01-08 | 株式会社小松製作所 | 作業機械の制御装置 |
| US5835874A (en) * | 1994-04-28 | 1998-11-10 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Region limiting excavation control system for construction machine |
| FI123361B (fi) * | 2007-10-01 | 2013-03-15 | Sandvik Mining & Constr Oy | Menetelmä ja laitteisto sekä tietokoneohjelma hydraulikäyttöisen puomin toiminnan säätämiseksi |
| CN110173012B (zh) * | 2018-10-09 | 2024-08-16 | 襄阳忠良工程机械有限责任公司 | 柴电混合伸缩式破碎机 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5488605A (en) * | 1977-12-23 | 1979-07-13 | Komatsu Mfg Co Ltd | Device for controlling position of working machine |
| JPH076209B2 (ja) * | 1985-09-24 | 1995-01-30 | 株式会社小松製作所 | パワ−シヨベルにおける作業機の制御装置 |
-
1988
- 1988-04-28 JP JP63108099A patent/JPH0776453B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130074906A (ko) * | 2011-12-27 | 2013-07-05 | 두산인프라코어 주식회사 | 인양력 증대 자세교정 장치 |
| JP2018159210A (ja) * | 2017-03-22 | 2018-10-11 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01278623A (ja) | 1989-11-09 |
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