JPH08165678A

JPH08165678A - 掘削制御装置

Info

Publication number: JPH08165678A
Application number: JP30771194A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nakanishi; 鉄也中西; Takeaki Nozaki; 豪朗野崎; Yoshizo Sakamoto; 佳三坂本; Shuji Shiozaki; 修司塩崎
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1996-06-25
Anticipated expiration: 2019-06-14
Also published as: JP3537520B2

Abstract

(57)【要約】【目的】油圧式掘削機の作業機を振動させたり、先端
を直線的に作動させたりするための操作を簡単にできる
ようにする。【構成】作業機の操作する部位の操作レバー２１を、
振動させたい部位の設定入力とし、フートペダル２４の
操作量に応じて、振動の振幅、周期を変更可能とした。
また、目標直線方向の操作を行う操作レバーの傾倒角度
に対応して、掘削速度が設定され、目標直線方向の操作
と垂直な方向の操作傾倒角度に対応して位置設定を行
い、両者の合成したものを、手先速度目標として、作業
機を駆動し、また、前記操作レバーを減圧弁２１ａ’・
２１ｂ’と連動連結し、該減圧弁の二次側に圧力センサ
ー３２を接続し、操作レバーの操作量に比例した油圧を
前記圧力センサーで検知し、この値をコントローラ１９
に入力し、該コントローラにて油圧アクチュエーターを
制御するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブームやアームやバケッ
ト等からなる作業機を有する油圧式掘削機において、作
業機を振動させたり、先端（手先）を直線的に作動させ
たりするための油圧アクチュエーターの制御機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から掘削作業機を振動させるよう
に、油圧アクチュエーターの振幅や周波数を作業の形態
に応じて変更して、土質の変化等の作業条件に合わせて
振動させて、掘削抵抗を減少させ、効率よく掘削できる
ようにした技術は公知となっている。例えば、特開平５
−２６３４４１号の技術である。該技術においては、振
動部位と振動の大きさや周波数の設定は図３に示すセレ
クトスイッチ９で予め選定していた。また、作業機の先
端を直線的に作動させる技術は公知となっており、例え
ば特開平５−１１２９７１号の技術であり、軌跡設定手
段としては電気ジョイスティックやテンキー等で設定し
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の振動さ
せる部位はバケット部のみであったり、予めセレクトス
イッチによって設定していたので、操作レバーとは別の
設定器によって設定していたので、一旦振動しながら作
業を行うと、振動させたくないときでも振動しており、
作業がやりにくいことがあり、また、別の部位を振動さ
せたいときには、設定を変更する必要があり、大変面倒
な操作となっていた。また、作業機先端が直線的軌跡を
描くように作動させるには、テンキー等で設定すること
になり、設定がとても難しく、変更も容易にできず、使
い難いものであった。また、電気ジョイスティックと油
圧ジョイスティックでは操作フィーリングが異なり、操
作に違和感があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような課
題を解決するために、次のような手段を用いるものであ
る。即ち、作業機の一部または全体を往復振動させる機
能を備えた油圧掘削作業機において、操作する部位の操
作レバーを、振動させたい部位の設定入力とした。ま
た、フートペダルを設け、該フートペダルの操作量に応
じて、振動の振幅、周期を変更可能としたものである。

【０００５】また、油圧掘削作業機の先端を前後方向に
直線的に駆動する直線掘削制御において、目標直線方向
の操作を行う操作レバーの傾倒角度に対応して、掘削速
度が設定され、目標直線方向の操作と垂直な方向の操作
傾倒角度に対応して位置設定を行い、両者の合成したも
のを、手先速度目標として、作業機を駆動した、また、
前記操作レバーを減圧弁と連動連結し、該減圧弁の二次
側に圧力センサーを接続し、操作レバーの操作量に比例
した油圧を前記圧力センサーで検知し、この値をコント
ローラに入力し、該コントローラにて油圧アクチュエー
ターを制御するように構成したものである。

【０００６】

【作用】このような手段を用いることによって、振動さ
せながら作業を行うときには、振動させたい部位は操作
レバーの回動操作する部位と一致し、そして、フートペ
ダルを踏むだけでその操作量に応じて、振動の振幅、周
期が変更されて、所望の振動大きさで作業することがで
きる。また、操作レバーを操作すると、減圧弁が作動さ
れて、傾倒角度に比例した油圧が圧力センサーによって
検知され、その値がコントローラに入力されて、油圧ア
クチュエーターを作動させることができ、油圧ジョイス
ティックでありながら、電気信号に変換して操作フィー
リングが従来の油圧操作レバーと変わらず操作できる。
そして、直線掘削作業に切り換えれば、操作レバーの傾
倒によってその掘削速度と掘削方向を設定でき、容易に
直線掘削作業の設定ができる。

【０００７】

【実施例】次に本発明の一実施例を図面に従って説明す
る。図１は本発明の制御を示すブロック図、図２は他の
実施例を示すブロック図である。

【０００８】図１において、油圧掘削装置（本実施例で
はバックホー）は本機１前端に「く」字形のブーム２の
下端を前後回動自在に枢支し、該ブーム２は本機１とブ
ーム２の中途部の間に介装した油圧アクチュエーターで
あるブームシリンダー３の伸縮によって回動される。こ
の回動量はブーム２の回動基部に設けたブーム角度セン
サー１０によって検知され、その角度をθ１としてコン
トローラ１９にフィードバックしている。また、前記ブ
ーム２先端にアーム４が枢支され、該アーム４とブーム
２の間に油圧アクチュエーターとしてアームシリンダー
５が介装されて、該アームシリンダー５の伸縮によって
アーム４を上下に回動可能とし、該アーム４の回動量は
該アーム４の回動基部に設けたアーム角度センサー１１
によって検知され、その角度をθ２としている。また、
前記アーム４先端にバケット６が枢支され、該バケット
６とアーム４の間に油圧アクチュエーターとしてバケッ
トシリンダー７が介装されて、該バケットシリンダー７
の伸縮によってバケット６を上下に回動可能とし、該バ
ケット６の回動量は該バケット６の回動基部に設けたバ
ケット角度センサー１２によって検知され、その角度を
θ３とし、θ１と同様にθ２、θ３をコントローラ１９
にフィードバックしている。

【０００９】前記ブームシリンダー３、アームシリンダ
ー５、バケットシリンダー７にはそれぞれメインの切換
弁である電磁比例弁１３・１４・１５と接続されて、該
電磁比例弁１３・１４・１５のソレノイドはそれぞれア
ンプ１６・１７・１８を介してコントローラ１９と接続
され、該コントローラ１９にＡ／Ｄ変換器２０を介して
操作レバー２１の変位センサー２１ａと接続されてい
る。該操作レバー２１は前記ブームシリンダー３、アー
ムシリンダー５、バケットシリンダー７を伸縮操作する
ためのレバーであり、前後左右等回動することで操作で
き、現実には本機１のキャビン内に左右の操作レバー２
１Ｌ・２１Ｒを配置して、ブームシリンダー３、アーム
シリンダー５、バケットシリンダー７を作動できるよう
にし、図示しない操作レバーやペダル等でブームの左右
回動や旋回、走行、ブレードの上下等も操作できるよう
にしている。但し、電磁比例弁１３・１４・１５はパイ
ロット型の制御切換弁とし、アンプ１６・１７・１８を
電磁切換弁として電磁比例弁１３・１４・１５を切り換
えるように構成することもできる。

【００１０】そして、前記操作レバー２１の操作でコン
トローラ１９へ変位信号ｉ１・ｉ２・ｉ３を入力する
と、その操作に応じたコントローラ１９からの信号によ
って電磁比例弁１３・１４・１５が励磁されて弁を切り
換え、ブームシリンダー３、アームシリンダー５、バケ
ットシリンダー７が伸縮されるのである。

【００１１】また、前記コントローラ１９には振動信号
発生器２２が接続され、該振動信号発生器２２にはＡ／
Ｄ変換器２３を介してフートペダル２４の回動基部に設
けた変位センサー２５と接続されている。このフートペ
ダル２４を足で回動させると、変位センサー２５よりそ
の回動量に比例した信号がＡ／Ｄ変換器２３を介して振
動信号発生器２２に入力され、該振動信号発生器２２に
よってフートペダル２４の回動量に比例した振動信号を
コントローラ１９に入力し、該コントローラ１９より操
作レバー２１で操作されたシリンダーを伸縮させて振動
させるようにしている。この振動は微小振動であって掘
削抵抗を減少させて、効率良く掘削できるようにしてい
る。

【００１２】このように、振動させたい部位は操作レバ
ー２１の操作した部位と一致させており、その振動の大
きさ（振幅や周期）はフートペダル２４の踏む量によっ
て調節するようにしている。但し、振動させる部位を指
定する他の方法として、前記操作レバー２１の操作と一
致させる代わりに振動部位選択入力器２６を用いて振動
させる部位を指定するように構成することもできる。

【００１３】また、図２に示すように、フートペダル２
４の代わりに振動開始・終了入力手段２７をコントロー
ラ１９に接続し、振動させたい部位は操作レバー２１の
操作した部位と一致させており、その振動の大きさは前
記操作レバー２１の操作回動量（角度）により設定し、
その振動の開始と終了は前記振動開始・終了入力手段２
７によって決定するように構成することもできる。

【００１４】また、左右二つの操作レバー２１Ｌ・２１
Ｒの回動基部に設けた変位センサー２１Ｌａ・２１Ｒａ
によって変位角度を検知できるが、従来では油圧ジョイ
ステックが用いられていたので、操作フィーリングが異
なる。そこで、図４に示すように、減圧弁内蔵型の操作
レバー２１’を用いて操作することもできる。この場合
一方向の操作で一つの油圧シリンダーを伸縮するように
しており、図４ではブーム２、アーム４、バケット６を
操作するうちの、ブームシリンダー３の伸縮制御につい
て説明し、その他のシリンダーも同様の構成で制御され
る。

【００１５】油圧ポンプＰ１・Ｐ２・Ｐ３がエンジンＥ
によって駆動され、油圧ポンプＰ３からの圧油がメイン
切換弁であるパイロット型の切換バルブ１３’を介して
ブームシリンダー３に供給される。該切換バルブ１３’
を切り換えるためのパイロット油圧を与えるためにパイ
ロット油圧ポンプＰ１から自動制御用電磁比例弁３０ａ
・３０ｂと操作レバー２１’の減圧弁２１ａ’・２１
ｂ’に接続されて、自動制御用電磁比例弁３０ａ・３０
ｂの二次側と減圧弁２１ａ’・２１ｂ’の二次側には自
動・手動切換弁３１ａ・３１ｂの各二つの一次側ポート
に接続されている。また、減圧弁２１ａ’・２１ｂ’の
二次側と自動・手動切換弁３１ａ・３１ｂの一次側ポー
トとを繋ぐ油路途中に圧力センサー３２ａ・３２ｂが接
続され、該圧力センサー３２ａ・３２ｂによって操作レ
バー２１’の回動に比例した出力信号がコントローラ１
９に入力される。

【００１６】このような構成において、自動制御時に
は、操作レバー２１’を操作することによって、減圧弁
２１ａ’または減圧弁２１ｂ’が切り換えられて圧力セ
ンサー３２ａまたは３２ｂにより検知される圧力が変化
し、その圧力に応じた信号がコントローラ１９に入力さ
れて、該コントローラ１９より電磁比例弁３０ａまたは
３０ｂが切り換わり、パイロット油路３３ａ又は３３ｂ
を介して切換バルブ１３’を切り換えてブームシリンダ
ー３を伸縮させる。手動の場合には、自動・手動切換弁
３１ａ・３１ｂが切り換えられて、操作レバー２１’の
操作により減圧弁２１ａ’・２１ｂ’が切り換わり、パ
イロット油路３４ａ・３４ｂから自動・手動切換弁３１
ａ・３１ｂを介して、パイロット油路３３ａ又は３３ｂ
から切換バルブ１３’のコントロール部にパイロット油
圧を送油して切り換え、ブームシリンダー３を伸縮させ
る。

【００１７】そして、本油圧掘削装置の前記操作レバー
２１によって、図５に示すような直線掘削作業を容易に
できるようにしており、直線掘削作業と設定を切り換え
て、例えば、図６の場合には、操作レバー２１Ｌの前後
回動によって、その方向とその角度によってその手先
（バケット）の引き寄せるまたは押す方向と、その速度
（掘削速度）Ｖを設定できるようにし、操作レバー２１
Ｒによってその手先の進む方向の角度θ４を設定できる
ようにしている。この場合、図５におけるｔ１〜ｔ２の
間は操作レバー２１Ｌ・２１Ｒをｍ１の位置として、操
作レバー２１Ｌの傾倒角に比例した速度Ｖ１で、操作レ
バー２１Ｒの二次元（平面視でのｆ−ｇ座標）の傾倒角
度である角度θ４方向へバケット６を直線的に引き寄せ
る作業を示している。同様に、ｔ２〜ｔ３の間は操作レ
バー２１Ｌ・２１Ｒをｍ２の位置として、速度Ｖ２で水
平方向（角度０）へバケット６を直線的に引き寄せる作
業であり、ｔ３においては、操作レバー２１Ｌ・２１Ｒ
をｍ３の位置として、速度Ｖ２で垂直方向上方へバケッ
ト６を引き上げている。上記操作レバー２１Ｌ・２１Ｒ
の位置は前記変位センサー２１ａまたはブーム用圧力セ
ンサー３２ａ・３２ｂ及び同様に構成されるその他のシ
リンダー用の圧力センサーによって検知される。

【００１８】また、図５に示すような直線掘削作業を一
本の操作レバーで行うこともできる。この場合には、操
作レバーの傾倒方向（図６におけるｆ−ｆ’方向）から
前記同様に引き寄せる方向θ４が設定され、その引き寄
せる速度（掘削速度）Ｖｄは操作レバーの前記と直角方
向（ｇ−ｇ’方向）の傾倒角度Ｚｄで設定する。

【００１９】この目標直線軌道Ｖｄ’は図７に示すよう
に表すことができ、このような軌道を得るためにブーム
シリンダー３及びアームシリンダー５を制御する方法と
しては、アーム追従制御と手先速度制御があり、アーム
追従制御の場合にはその制御ブロック図は図８に示す通
りであり、バケット６を目標軌道の開始位置（ｘｄ，ｙ
ｄ）に位置させてから、アーム４を回動するアーム操作
レバーを回動すると、先端の座標（ｘ，ｙ）が目標軌道
を移動するように、コントローラ１９によって演算され
て、電磁比例弁１３・１４・１５を作動させて、ブーム
シリンダー３とアームシリンダー５とバケットシリンダ
ー７を駆動するのである。

【００２０】また、手先速度制御の場合にはその制御ブ
ロック図は図９に示す通りであり、バケット６を目標軌
道の開始位置（ｘｄ，ｙｄ）に位置させてから、手先速
度Ｖｄを操作レバー２１の回動によって設定すると、そ
の速度で先端の座標（ｘ，ｙ）が目標軌道を移動するよ
うに、コントローラ１９によって演算されて、電磁比例
弁１３・１４・１５を作動させて、ブームシリンダー３
とアームシリンダー５とバケットシリンダー７を駆動す
るのである。

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので次の
ような効果を奏するものである。即ち、請求項１の如く
構成したので、振動させながら作業を行うときの、振動
させたい部位は操作レバーの回動操作する部位と一致
し、設定を行う必要がなく、また変更操作の煩わしさも
解消でき、設定変更のために作業を中断することもない
ので、安全で作業効率も向上できる。

【００２２】請求項２のごとく構成したので、フートペ
ダルを踏むだけでその操作量に応じて、振動の振幅、周
期が変更されて、所望の振動大きさで作業することがで
き、振動の大きさを設定する必要がなく、設定変更も容
易にできるようになり、フートペダルを踏むと振動が開
始するので、任意に振動の開始・停止ができて、無駄な
振動を防止でき、手とは別の操作で、作業性の向上も図
れた。

【００２３】請求項３の如く構成したので、直線掘削作
業においては、操作レバーの傾倒によってその掘削速度
と掘削方向の設定できるようになって、直線掘削作業の
設定が容易にできるようになり、変更も簡単にできるよ
うになった。

【００２４】請求項４の如く構成したので、操作レバー
を操作すると、減圧弁が作動されて、傾倒角度に比例し
た油圧が圧力センサーによって検知され、その値がコン
トローラに入力されて、油圧アクチュエーターを作動さ
せるので、従来の油圧ジョイスティックと同じ操作フィ
ーリングで操作できるようになり、圧力センサーで操作
量を電気信号に変換するので、電気制御に容易に変換で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動制御を示すブロック図である。

【図２】同じく他の実施例を示すブロック図である。

【図３】従来の振動制御を示すブロック図である。

【図４】操作レバーに減圧弁を連動連結して油圧アクチ
ュエーターを作動させる油圧回路図である。

【図５】直線掘削作業を示す略図である。

【図６】操作レバーによる掘削速度と掘削方向の設定操
作を示す図である。

【図７】本発明の直線掘削制御方法を示す略図である。

【図８】アーム追従軌道制御のブロック図である。

【図９】手先速度制御のブロック図である。

【符号の説明】

３ブームシリンダー４アーム５アームシリンダー６バケット７バケットシリンダー１３・１４・１５電磁比例弁１９コントローラ２１操作レバー２１ａ’・２１ｂ’ 減圧弁２４フートペダル３２圧力センサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩崎修司大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作業機の一部または全体を往復振動させ
る機能を備えた油圧掘削作業機において、操作する部位
の操作レバーを、振動させたい部位の設定入力としたこ
とを特徴とする掘削制御装置。
【請求項２】作業機の一部または全体を往復振動させ
る機能を備えた油圧掘削作業機において、フートペダル
を設け、該フートペダルの操作量に応じて、振動の振
幅、周期を変更可能としたことを特徴とする掘削制御装
置。
【請求項３】油圧掘削作業機の先端を前後方向に直線
的に駆動する直線掘削制御において、目標直線方向の操
作を行う操作レバーの傾倒角度に対応して、掘削速度が
設定され、目標直線方向の操作と垂直な方向の操作傾倒
角度に対応して位置設定を行い、両者の合成したもの
を、手先速度目標として、作業機を駆動したことを特徴
とする掘削制御方法。
【請求項４】油圧掘削作業機の操作レバーを減圧弁と
連動連結し、該減圧弁の二次側に圧力センサーを接続
し、操作レバーの操作量に比例した油圧を前記圧力セン
サーで検知し、この値をコントローラに入力し、該コン
トローラにて油圧アクチュエーターを制御することを特
徴とする掘削制御装置。