JPH1060939A - 建設機械の軌跡制御装置 - Google Patents
建設機械の軌跡制御装置Info
- Publication number
- JPH1060939A JPH1060939A JP21646096A JP21646096A JPH1060939A JP H1060939 A JPH1060939 A JP H1060939A JP 21646096 A JP21646096 A JP 21646096A JP 21646096 A JP21646096 A JP 21646096A JP H1060939 A JPH1060939 A JP H1060939A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- front device
- construction machine
- control device
- trajectory control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
- E02F9/20—Drives; Control devices
- E02F9/2004—Control mechanisms, e.g. control levers
- E02F9/2008—Control mechanisms in the form of the machine in the reduced scale model
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
- E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
- E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
- E02F3/36—Component parts
- E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
- E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
- E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Operation Control Of Excavators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】建設機械の軌跡制御装置において、人間のフィ
ーリングあった操作方式でフロント装置先端に教示動作
を行わせ、滑らかな軌跡制御を行えるようにする。 【解決手段】操作力検出レバー装置５でオペレータの手
先の操作力を検出し、角度検出器６ａ〜６ｃでフロント
装置１ａの姿勢に関する状態量として回動角を検出し、
制御ユニット７で、あたかも手先の操作力でバケット１
ｃを操作しているかのように、仮想した運動方程式に基
づきバケットの目標速度を求め、この目標速度が得られ
るよう対応する流量制御弁４ａ〜４ｃを駆動制御する。
バケットに仮想した質量をＭ、バケットに仮想した速度
に比例する粘性減衰係数をＤ、操作力をｆ、比例ゲイン
をｋ、バケットに加える力をＦ、バケットの速度をＸ
ｄ、加速度をＸｄｄとするとき、仮想した運動方程式
は、Ｆ＝ｋ・ｆ及びＭ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆで表され
る。
ーリングあった操作方式でフロント装置先端に教示動作
を行わせ、滑らかな軌跡制御を行えるようにする。 【解決手段】操作力検出レバー装置５でオペレータの手
先の操作力を検出し、角度検出器６ａ〜６ｃでフロント
装置１ａの姿勢に関する状態量として回動角を検出し、
制御ユニット７で、あたかも手先の操作力でバケット１
ｃを操作しているかのように、仮想した運動方程式に基
づきバケットの目標速度を求め、この目標速度が得られ
るよう対応する流量制御弁４ａ〜４ｃを駆動制御する。
バケットに仮想した質量をＭ、バケットに仮想した速度
に比例する粘性減衰係数をＤ、操作力をｆ、比例ゲイン
をｋ、バケットに加える力をＦ、バケットの速度をＸ
ｄ、加速度をＸｄｄとするとき、仮想した運動方程式
は、Ｆ＝ｋ・ｆ及びＭ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆで表され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多関節型のフロン
ト装置を備えた建設機械の軌跡制御装置に係わり、特
に、ブーム、アーム、バケット等からなるフロント装置
を備えた油圧ショベルにおいて、バケット先端の動作を
オペレータの手先で教示することによって各フロント部
材の動作を制御し、バケット先端に教示動作を行わせる
軌跡制御装置に関する。
ト装置を備えた建設機械の軌跡制御装置に係わり、特
に、ブーム、アーム、バケット等からなるフロント装置
を備えた油圧ショベルにおいて、バケット先端の動作を
オペレータの手先で教示することによって各フロント部
材の動作を制御し、バケット先端に教示動作を行わせる
軌跡制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】油圧ショベルでは、オペレータがブーム
などのフロント部材をそれぞれの手動操作レバーによっ
て操作しているが、直線掘削を行う場合にはそれらの複
合動作となり、かなりの熟練を要する。
などのフロント部材をそれぞれの手動操作レバーによっ
て操作しているが、直線掘削を行う場合にはそれらの複
合動作となり、かなりの熟練を要する。
【０００３】そこで、このような作業を容易にするため
の軌跡制御装置が特開昭６２−７２８２６号公報に提案
されている。この軌跡制御装置は、速度ベクトル設定手
段の設定値から目標位置を求め、現在位置から目標位置
に移動するための速度ベクトルを求め、この速度ベクト
ルに基づき、ブーム、アームシリンダの流量を制御する
ように構成されている。この提案によれば、現在位置
と、設定したアーム先端点の移動方向と速度に基づく目
標位置との誤差によりブーム、アームの動作が制御され
るため、アーム先端点をその指令した方向・速度で移動
させることができる。
の軌跡制御装置が特開昭６２−７２８２６号公報に提案
されている。この軌跡制御装置は、速度ベクトル設定手
段の設定値から目標位置を求め、現在位置から目標位置
に移動するための速度ベクトルを求め、この速度ベクト
ルに基づき、ブーム、アームシリンダの流量を制御する
ように構成されている。この提案によれば、現在位置
と、設定したアーム先端点の移動方向と速度に基づく目
標位置との誤差によりブーム、アームの動作が制御され
るため、アーム先端点をその指令した方向・速度で移動
させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。特開昭６２−７２８
２６号公報に記載の従来技術では、アーム先端点の動作
を速度ベクトルで教示しているが、人間が本来、感覚的
に認知しやすいのは力や加速度である。したがって、こ
の操作方法では人間のフィーリングからずれてしまい、
操作フィーリングがあまり良くないので、例えば、起動
や停止時などにギクシャクした動作になったりする。
来技術には次のような問題がある。特開昭６２−７２８
２６号公報に記載の従来技術では、アーム先端点の動作
を速度ベクトルで教示しているが、人間が本来、感覚的
に認知しやすいのは力や加速度である。したがって、こ
の操作方法では人間のフィーリングからずれてしまい、
操作フィーリングがあまり良くないので、例えば、起動
や停止時などにギクシャクした動作になったりする。
【０００５】本発明の目的は、人間のフィーリングあっ
た操作方式でフロント装置先端に教示動作を行わせ、滑
らかな軌跡制御を行える建設機械の軌跡制御装置を提供
することである。
た操作方式でフロント装置先端に教示動作を行わせ、滑
らかな軌跡制御を行える建設機械の軌跡制御装置を提供
することである。
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、上下方向
に回動可能な複数のフロント部材により構成される多関
節型のフロント装置と、このフロント装置を駆動する複
数の油圧アクチュウエータと、これら複数の油圧アクチ
ュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の流量
制御弁とを備えた建設機械の軌跡制御装置において、
（ａ）フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、（ｂ）フロ
ント装置の姿勢に関する状態量を検出する状態量検出手
段と、（ｃ）上記操作力検出手段で検出された操作力及
び状態量検出手段で検出された状態量を入力し、これら
入力値を用いてあたかも手先の操作力でフロント装置先
端を操作しているかのように、仮想した運動方程式に基
づきフロント装置先端の目標速度を求め、この目標速度
が得られるよう対応する流量制御弁を駆動制御する演算
制御手段とを備えるものとする。
に回動可能な複数のフロント部材により構成される多関
節型のフロント装置と、このフロント装置を駆動する複
数の油圧アクチュウエータと、これら複数の油圧アクチ
ュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の流量
制御弁とを備えた建設機械の軌跡制御装置において、
（ａ）フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、（ｂ）フロ
ント装置の姿勢に関する状態量を検出する状態量検出手
段と、（ｃ）上記操作力検出手段で検出された操作力及
び状態量検出手段で検出された状態量を入力し、これら
入力値を用いてあたかも手先の操作力でフロント装置先
端を操作しているかのように、仮想した運動方程式に基
づきフロント装置先端の目標速度を求め、この目標速度
が得られるよう対応する流量制御弁を駆動制御する演算
制御手段とを備えるものとする。
【０００７】以上のように構成した本発明においては、
オペレータの手先の操作力でフロント装置先端の動作を
教示し、あたかもその操作力でフロント装置先端を操作
しているかのようにフロント装置先端が動かされるの
で、操作フィーリングの優れた滑らかな軌跡制御が行え
る。
オペレータの手先の操作力でフロント装置先端の動作を
教示し、あたかもその操作力でフロント装置先端を操作
しているかのようにフロント装置先端が動かされるの
で、操作フィーリングの優れた滑らかな軌跡制御が行え
る。
【０００８】（２）上記（１）において、好ましくは、
フロント装置先端に仮想した質量をＭ、フロント装置先
端に仮想した速度に比例する粘性減衰係数をＤ、オペレ
ータの手先の操作力をｆ、比例ゲインをｋ、フロント装
置先端に加える力をＦ、フロント装置先端の速度をＸ
ｄ、加速度をＸｄｄとするとき、前記仮想した運動方程
式は、 Ｆ＝ｋ・ｆ Ｍ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆ で表される。
フロント装置先端に仮想した質量をＭ、フロント装置先
端に仮想した速度に比例する粘性減衰係数をＤ、オペレ
ータの手先の操作力をｆ、比例ゲインをｋ、フロント装
置先端に加える力をＦ、フロント装置先端の速度をＸ
ｄ、加速度をＸｄｄとするとき、前記仮想した運動方程
式は、 Ｆ＝ｋ・ｆ Ｍ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆ で表される。
【０００９】（３）また、上記（１）において、好まし
くは、前記操作力検出手段は、前記操作力として力とモ
ーメントを検出する手段であり、前記演算制御手段は、
前記フロント装置先端の目標速度として、速度と角速度
を計算する手段である。
くは、前記操作力検出手段は、前記操作力として力とモ
ーメントを検出する手段であり、前記演算制御手段は、
前記フロント装置先端の目標速度として、速度と角速度
を計算する手段である。
【００１０】（４）また、上記目的を達成するために、
本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部材に
より構成される多関節型のフロント装置と、このフロン
ト装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、これ
ら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を
制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌跡制
御装置において、（ａ）フロント装置先端の動作を教示
するオペレータの手先の操作力を検出する操作力検出手
段と、（ｂ）フロント装置の姿勢に関する状態量を検出
する状態量検出手段と、（ｃ）フロント装置に作用して
いる負荷力を検出する負荷力検出手段と、（ｄ）上記操
作力検出手段で検出された操作力、状態量検出手段で検
出された状態量及び負荷力検出手段で検出された負荷力
を入力し、これら入力値を用いてあたかも手先の操作力
から負荷力相当分を減じた力でフロント装置先端を操作
しているかのように、仮想した運動方程式に基づきフロ
ント装置先端の目標速度を求め、この目標速度が得られ
るよう対応する流量制御弁を駆動制御する演算制御手段
とを備えるものとする。
本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部材に
より構成される多関節型のフロント装置と、このフロン
ト装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、これ
ら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を
制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌跡制
御装置において、（ａ）フロント装置先端の動作を教示
するオペレータの手先の操作力を検出する操作力検出手
段と、（ｂ）フロント装置の姿勢に関する状態量を検出
する状態量検出手段と、（ｃ）フロント装置に作用して
いる負荷力を検出する負荷力検出手段と、（ｄ）上記操
作力検出手段で検出された操作力、状態量検出手段で検
出された状態量及び負荷力検出手段で検出された負荷力
を入力し、これら入力値を用いてあたかも手先の操作力
から負荷力相当分を減じた力でフロント装置先端を操作
しているかのように、仮想した運動方程式に基づきフロ
ント装置先端の目標速度を求め、この目標速度が得られ
るよう対応する流量制御弁を駆動制御する演算制御手段
とを備えるものとする。
【００１１】以上のように構成した本発明においては、
オペレータの手先の操作力でフロント装置先端の動作を
教示し、あたかもその操作力から負荷力相当分を減じた
力でフロント装置先端を操作しているかのようにフロン
ト装置先端が動かされるので、操作フィーリングの優れ
た滑らかな軌跡制御が行えるとともに、負荷が加わった
ときはその動作が遅くなるような自然な操作が行える。
オペレータの手先の操作力でフロント装置先端の動作を
教示し、あたかもその操作力から負荷力相当分を減じた
力でフロント装置先端を操作しているかのようにフロン
ト装置先端が動かされるので、操作フィーリングの優れ
た滑らかな軌跡制御が行えるとともに、負荷が加わった
ときはその動作が遅くなるような自然な操作が行える。
【００１２】（５）上記（４）において、好ましくは、
フロント装置先端に仮想した質量をＭ、フロント装置先
端に仮想した速度に比例する粘性減衰係数をＤ、オペレ
ータの手先の操作力をｆ、比例ゲインをｋ、フロント装
置先端に加える力をＦ、フロント装置先端に加わる負荷
力をＦＬ、フロント装置先端の速度をＸｄ、加速度をＸ
ｄｄとするとき、前記仮想した運動方程式は、 Ｆ＝ｋ・ｆ Ｍ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆ−ＦＬ で表される。
フロント装置先端に仮想した質量をＭ、フロント装置先
端に仮想した速度に比例する粘性減衰係数をＤ、オペレ
ータの手先の操作力をｆ、比例ゲインをｋ、フロント装
置先端に加える力をＦ、フロント装置先端に加わる負荷
力をＦＬ、フロント装置先端の速度をＸｄ、加速度をＸ
ｄｄとするとき、前記仮想した運動方程式は、 Ｆ＝ｋ・ｆ Ｍ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆ−ＦＬ で表される。
【００１３】（６）また、上記（４）において、好まし
くは、前記操作力検出手段は、前記操作力として力とモ
ーメントを検出する手段であり、前記負荷力検出手段
は、前記負荷力として力とモーメントを検出する手段で
あり、前記演算制御手段は、前記フロント装置先端の目
標速度として、速度と角速度を計算する手段である。
くは、前記操作力検出手段は、前記操作力として力とモ
ーメントを検出する手段であり、前記負荷力検出手段
は、前記負荷力として力とモーメントを検出する手段で
あり、前記演算制御手段は、前記フロント装置先端の目
標速度として、速度と角速度を計算する手段である。
【００１４】（７）更に、上記（１）又は（２）におい
て、好ましくは、前記操作力検出手段は操作レバーと力
検出器を含む。
て、好ましくは、前記操作力検出手段は操作レバーと力
検出器を含む。
【００１５】（８）また、上記（７）において、好まし
くは、前記操作力検出手段の操作レバーは、レバー軸が
フロント装置の回動方向の面と垂直になるように設置さ
れている。
くは、前記操作力検出手段の操作レバーは、レバー軸が
フロント装置の回動方向の面と垂直になるように設置さ
れている。
【００１６】これにより、レバー軸とフロント装置の回
動軸とが平行となるので、操作レバーに作用する操作力
の方向とフロント装置先端の移動方向が同じになり、フ
ロント装置先端の前後・上下方向の動作をオペレータの
手先で教示し易くなり操作フィーリングが更に良くな
る。
動軸とが平行となるので、操作レバーに作用する操作力
の方向とフロント装置先端の移動方向が同じになり、フ
ロント装置先端の前後・上下方向の動作をオペレータの
手先で教示し易くなり操作フィーリングが更に良くな
る。
【００１７】（９）更に、上記（７）において、好まし
くは、前記操作レバーは操作力により若干弾性変形可能
である。
くは、前記操作レバーは操作力により若干弾性変形可能
である。
【００１８】これにより、操作力検出手段が手先の動き
に敏感になりすぎることがなくなり、オペレータが楽に
操作レバーを操作することができる。
に敏感になりすぎることがなくなり、オペレータが楽に
操作レバーを操作することができる。
【００１９】（１０）また、上記（４）において、好ま
しくは、前記負荷力検出手段は前記フロント装置先端の
２箇所に設けられたピン型のロードセルである。
しくは、前記負荷力検出手段は前記フロント装置先端の
２箇所に設けられたピン型のロードセルである。
【００２０】（１１）更に、上記（４）において、前記
負荷力検出手段は前記油圧アクチュエータの負荷圧を検
出する圧力センサであってもよい。
負荷力検出手段は前記油圧アクチュエータの負荷圧を検
出する圧力センサであってもよい。
【００２１】（１２）また、上記目的を達成するため
に、本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、このフ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、
これら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流
量を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌
跡制御装置において、（ａ）フロント装置先端の動作を
教示するオペレータの手先の操作力を検出する操作力検
出手段と、（ｂ）フロント装置の姿勢に関する状態量を
検出する状態量検出手段と、（ｃ）上記操作力検出手段
で検出された操作力及び状態量検出手段で検出された状
態量を入力し、これら入力値を用いてあたかも手先の操
作力でフロント装置先端を操作しているかのように流量
制御弁を駆動制御する演算制御手段とを備え、（ｄ）前
記操作力検出手段は操作レバーと力検出器を有し、前記
操作力検出手段の操作レバーは、レバー軸がフロント装
置の回動方向の面と垂直になるように設置されるものと
する。
に、本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、このフ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、
これら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流
量を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌
跡制御装置において、（ａ）フロント装置先端の動作を
教示するオペレータの手先の操作力を検出する操作力検
出手段と、（ｂ）フロント装置の姿勢に関する状態量を
検出する状態量検出手段と、（ｃ）上記操作力検出手段
で検出された操作力及び状態量検出手段で検出された状
態量を入力し、これら入力値を用いてあたかも手先の操
作力でフロント装置先端を操作しているかのように流量
制御弁を駆動制御する演算制御手段とを備え、（ｄ）前
記操作力検出手段は操作レバーと力検出器を有し、前記
操作力検出手段の操作レバーは、レバー軸がフロント装
置の回動方向の面と垂直になるように設置されるものと
する。
【００２２】上記（１）で述べたように、あたかもオペ
レータの手先の操作力でフロント装置先端を操作してい
るかのようにフロント装置先端が動かされるとともに、
上記（８）のように、操作レバーに作用する操作力の方
向とフロント装置先端の移動方向が同じになるので、操
作フィーリングの優れた滑らかな軌跡制御が行える。
レータの手先の操作力でフロント装置先端を操作してい
るかのようにフロント装置先端が動かされるとともに、
上記（８）のように、操作レバーに作用する操作力の方
向とフロント装置先端の移動方向が同じになるので、操
作フィーリングの優れた滑らかな軌跡制御が行える。
【００２３】（１３）更に、上記目的を達成するため
に、本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、このフ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、
これら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流
量を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌
跡制御装置において、（ａ）フロント装置先端の動作を
教示するオペレータの手先の操作力を検出する操作力検
出手段と、（ｂ）フロント装置の姿勢に関する状態量を
検出する状態量検出手段と、（ｃ）フロント装置に作用
している負荷力を検出する負荷力検出手段と、（ｄ）上
記操作力検出手段で検出された操作力、状態量検出手段
で検出された状態量及び負荷力検出手段で検出された負
荷力を入力し、これら入力値を用いてあたかも手先の操
作力から負荷力相当分を減じた力でフロント装置先端を
操作しているかのように流量制御弁を駆動制御する演算
制御手段とを備え、（ｅ）前記操作力検出手段は操作レ
バーと力検出器を有し、前記操作力検出手段の操作レバ
ーは、レバー軸がフロント装置の回動方向の面と垂直に
なるように設置されるものとする。
に、本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、このフ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、
これら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流
量を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌
跡制御装置において、（ａ）フロント装置先端の動作を
教示するオペレータの手先の操作力を検出する操作力検
出手段と、（ｂ）フロント装置の姿勢に関する状態量を
検出する状態量検出手段と、（ｃ）フロント装置に作用
している負荷力を検出する負荷力検出手段と、（ｄ）上
記操作力検出手段で検出された操作力、状態量検出手段
で検出された状態量及び負荷力検出手段で検出された負
荷力を入力し、これら入力値を用いてあたかも手先の操
作力から負荷力相当分を減じた力でフロント装置先端を
操作しているかのように流量制御弁を駆動制御する演算
制御手段とを備え、（ｅ）前記操作力検出手段は操作レ
バーと力検出器を有し、前記操作力検出手段の操作レバ
ーは、レバー軸がフロント装置の回動方向の面と垂直に
なるように設置されるものとする。
【００２４】上記（４）で述べたのように、あたかもオ
ペレータの手先の操作力から負荷力相当分を減じた力で
フロント装置先端を操作しているかのようにフロント装
置先端が動かされるとともに、上記（８）のように、操
作レバーに作用する操作力の方向とフロント装置先端の
移動方向が同じになるので、操作フィーリングの優れた
滑らかな軌跡制御が行え、更に、負荷が加わったときは
その動作が遅くなるような自然な操作が行える。
ペレータの手先の操作力から負荷力相当分を減じた力で
フロント装置先端を操作しているかのようにフロント装
置先端が動かされるとともに、上記（８）のように、操
作レバーに作用する操作力の方向とフロント装置先端の
移動方向が同じになるので、操作フィーリングの優れた
滑らかな軌跡制御が行え、更に、負荷が加わったときは
その動作が遅くなるような自然な操作が行える。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を油圧ショベルに適
用した場合の実施形態を図面を用いて説明する。
用した場合の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２６】まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図
８により説明する。図１において、本発明が適用される
油圧ショベルは、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２か
らの圧油により駆動されるブームシリンダ３ａ、アーム
シリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃを含む複数の油圧
アクチュエータと、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｃに供
給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁４ａ〜
４ｃとを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を駆
動する油圧駆動装置を構成している。
８により説明する。図１において、本発明が適用される
油圧ショベルは、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２か
らの圧油により駆動されるブームシリンダ３ａ、アーム
シリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃを含む複数の油圧
アクチュエータと、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｃに供
給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁４ａ〜
４ｃとを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を駆
動する油圧駆動装置を構成している。
【００２７】また、油圧ショベルは、図２に示すよう
に、上下方向にそれぞれの回動するブーム１ａ、アーム
１ｂ、及びバケット１ｃからなる多関節型のフロント装
置１Ａと、上部旋回体１ｄと下部走行体１ｅからなる車
体１Ｂとで構成され、フロント装置１Ａのブーム１ａの
基端は上部旋回体１ｄの前部に支持されている。
に、上下方向にそれぞれの回動するブーム１ａ、アーム
１ｂ、及びバケット１ｃからなる多関節型のフロント装
置１Ａと、上部旋回体１ｄと下部走行体１ｅからなる車
体１Ｂとで構成され、フロント装置１Ａのブーム１ａの
基端は上部旋回体１ｄの前部に支持されている。
【００２８】以上のような油圧ショベルに本実施形態に
よる軌跡制御装置が設けられている。この軌跡制御装置
は、バケット１ｃの移動と回動を教示する操作力検出レ
バー装置５と、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１
ｃのそれぞれ回動支点に設けられ、フロント装置１Ａの
姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検出する
角度検出器６ａ，６ｂ，６ｃと、操作力検出レバー装置
５及び角度検出器６ａ〜６ｃの信号を入力し、軌跡制御
を行うための電気信号を出力する制御ユニット７とで構
成されている。
よる軌跡制御装置が設けられている。この軌跡制御装置
は、バケット１ｃの移動と回動を教示する操作力検出レ
バー装置５と、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１
ｃのそれぞれ回動支点に設けられ、フロント装置１Ａの
姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検出する
角度検出器６ａ，６ｂ，６ｃと、操作力検出レバー装置
５及び角度検出器６ａ〜６ｃの信号を入力し、軌跡制御
を行うための電気信号を出力する制御ユニット７とで構
成されている。
【００２９】ここで、操作力検出レバー装置５は、図３
に示すように操作レバー５ａと力検出器５ｂから構成さ
れ、フロント装置１Ａの回動操作に伴うフロント装置先
端、すなわちバケット１ｃの前後・上下方向の動作をオ
ペレータの指先の操作で教示し易いように、操作レバー
５ａの軸はフロント装置１Ａの回動方向の面と垂直に設
置されている。また、力検出器５ｂは操作レバー５ａに
作用する力と軸回りのモーメントを検出できるセンサー
を備えている。
に示すように操作レバー５ａと力検出器５ｂから構成さ
れ、フロント装置１Ａの回動操作に伴うフロント装置先
端、すなわちバケット１ｃの前後・上下方向の動作をオ
ペレータの指先の操作で教示し易いように、操作レバー
５ａの軸はフロント装置１Ａの回動方向の面と垂直に設
置されている。また、力検出器５ｂは操作レバー５ａに
作用する力と軸回りのモーメントを検出できるセンサー
を備えている。
【００３０】制御ユニット７の処理機能を図４にフロー
チャートで示す。
チャートで示す。
【００３１】図４において、はじめに手順１００におい
て、操作力検出レバー装置５により検出した操作力、す
なわち力［ｆｘ，ｆｙ］とモーメントｍｚを入力する。
て、操作力検出レバー装置５により検出した操作力、す
なわち力［ｆｘ，ｆｙ］とモーメントｍｚを入力する。
【００３２】次に手順１１０において、角度検出器６ａ
〜６ｃにより検出した図５のブーム１ａ，アーム１ｂ及
びバケット１ｃの各関節角度θ１〜θ３を入力する。
〜６ｃにより検出した図５のブーム１ａ，アーム１ｂ及
びバケット１ｃの各関節角度θ１〜θ３を入力する。
【００３３】次に手順１２０において、これらの関節角
度θ１〜θ３よりアーム１ｂの先端位置［ｘ，ｙ］とバ
ケット１ｃの対地角γなどのフロント姿勢を計算する。
度θ１〜θ３よりアーム１ｂの先端位置［ｘ，ｙ］とバ
ケット１ｃの対地角γなどのフロント姿勢を計算する。
【００３４】ここで、アーム１ｂの先端位置［ｘ，ｙ］
はバケット１ｃの位置であり、これはブーム１ａの基端
の上部旋回体１ｄに対する回動支点を原点としたｘｙ直
交座標系の値として求める。
はバケット１ｃの位置であり、これはブーム１ａの基端
の上部旋回体１ｄに対する回動支点を原点としたｘｙ直
交座標系の値として求める。
【００３５】また、対地角γは、図５に示すように、バ
ケット１ｃが地面に対してなす角度であり、下記の式よ
り求まる。
ケット１ｃが地面に対してなす角度であり、下記の式よ
り求まる。
【００３６】γ＝θ１＋θ２＋θ３ （角度は時計回り方向を＋、反時計回り方向を−とす
る） 次に手順１３０において、操作力［ｆｘ，ｆｙ］及びｍ
ｚと仮想した運動方程式によりアーム先端の目標速度
［ｘ´，ｙ´］及びバケット１ｃの目標角速度θｚ´を
求める。
る） 次に手順１３０において、操作力［ｆｘ，ｆｙ］及びｍ
ｚと仮想した運動方程式によりアーム先端の目標速度
［ｘ´，ｙ´］及びバケット１ｃの目標角速度θｚ´を
求める。
【００３７】この手順１３０の処理を、図６の制御イメ
ージ図を用いて詳細に説明する。
ージ図を用いて詳細に説明する。
【００３８】本実施形態の制御では、与えられたオペレ
ータの手先の操作力であたかもフロント装置先端（バケ
ット）を操作しているかのように、仮想した運動方程式
に基づきフロント装置先端の目標速度を求める。ただ
し、ここでは理解を容易にするため、その詳細を一軸動
作に簡略化して説明する。
ータの手先の操作力であたかもフロント装置先端（バケ
ット）を操作しているかのように、仮想した運動方程式
に基づきフロント装置先端の目標速度を求める。ただ
し、ここでは理解を容易にするため、その詳細を一軸動
作に簡略化して説明する。
【００３９】まず、フロント装置先端に質量Ｍと速度に
比例する粘性減衰係数Ｄを仮想する。これらのパラメー
タは操作フィーリングによって調整されるもので、実際
の物理量とは一致しなくてよい。このとき、オペレータ
の手先の操作力をｆ、比例ゲインをｋ、フロント装置先
端（バケット）に加える力をＦとすると、 Ｆ＝ｋ・ｆ であり、仮想した運動方程式はフロント装置先端の速度
をＸｄ、加速度をＸｄｄとすると、 Ｍ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆ となる。
比例する粘性減衰係数Ｄを仮想する。これらのパラメー
タは操作フィーリングによって調整されるもので、実際
の物理量とは一致しなくてよい。このとき、オペレータ
の手先の操作力をｆ、比例ゲインをｋ、フロント装置先
端（バケット）に加える力をＦとすると、 Ｆ＝ｋ・ｆ であり、仮想した運動方程式はフロント装置先端の速度
をＸｄ、加速度をＸｄｄとすると、 Ｍ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆ となる。
【００４０】したがって、各時刻の目標速度Ｘｄは逐次
的に、その加速度、つまり、 Ｘｄｄ＝（Ｆ−Ｄ・Ｘｄ）／Ｍ を積分して、 Ｘｄ＝∫（Ｘｄｄ）ｄｔ と求められる。
的に、その加速度、つまり、 Ｘｄｄ＝（Ｆ−Ｄ・Ｘｄ）／Ｍ を積分して、 Ｘｄ＝∫（Ｘｄｄ）ｄｔ と求められる。
【００４１】上記の仮想した運動方程式に基づく演算は
一種のフィルタ処理であり、これをブロック線図で示す
と図７のようである。図７の左側は結合前のブロック線
図であり、右側は結合後のブロック線図である。
一種のフィルタ処理であり、これをブロック線図で示す
と図７のようである。図７の左側は結合前のブロック線
図であり、右側は結合後のブロック線図である。
【００４２】図７において、Ｋはフィルタ処理全体の比
例ゲインであり、 Ｋ＝１／Ｄ である。すなわち、粘性減衰係数Ｄが大きくなればなる
ほど比例ゲインＫが小さくなり、同じ力Ｆに対する目標
速度が小さくなり、逆に粘性減衰係数Ｄが小さくなれば
なるほど比例ゲインＫは大きくなり、同じ力Ｆに対する
目標速度が大きくなる。
例ゲインであり、 Ｋ＝１／Ｄ である。すなわち、粘性減衰係数Ｄが大きくなればなる
ほど比例ゲインＫが小さくなり、同じ力Ｆに対する目標
速度が小さくなり、逆に粘性減衰係数Ｄが小さくなれば
なるほど比例ゲインＫは大きくなり、同じ力Ｆに対する
目標速度が大きくなる。
【００４３】また、Ｔはローパスフィルタの時定数であ
り、 Ｔ＝Ｍ／Ｄ である。すなわち、粘性減衰係数Ｄが大きくなればなる
ほど、また質量Ｍが小さくなればなるほど時定数Ｔは小
さくなり、図８に示すように出力の立ち上がりが早くな
って、制御の応答性が良くなる、逆に粘性減衰係数Ｄが
小さくなればなるほど、また質量Ｍが大きくなればなる
ほど時定数Ｔは大きくなり、図８に示すように出力の立
ち上がりが遅くなって、制御の応答性が遅くなる。
り、 Ｔ＝Ｍ／Ｄ である。すなわち、粘性減衰係数Ｄが大きくなればなる
ほど、また質量Ｍが小さくなればなるほど時定数Ｔは小
さくなり、図８に示すように出力の立ち上がりが早くな
って、制御の応答性が良くなる、逆に粘性減衰係数Ｄが
小さくなればなるほど、また質量Ｍが大きくなればなる
ほど時定数Ｔは大きくなり、図８に示すように出力の立
ち上がりが遅くなって、制御の応答性が遅くなる。
【００４４】仮想の粘性減衰係数Ｄ及び質量Ｍは、操作
フィーリングによって上記の目標速度の大きさと応答性
との兼ね合いで決定される。
フィーリングによって上記の目標速度の大きさと応答性
との兼ね合いで決定される。
【００４５】以上の考えに基づき、手順１３０では、ア
ーム先端のｘ軸方向については、 ｆ→ｆｘ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｆｘ） Ｘｄ→ｘ′ と置くことにより、目標速度ｘ′を求める。また、アー
ム先端のｙ軸方向については、 ｆ→ｆｙ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｆｙ） Ｘｄ→ｙ′ と置くことにより、目標速度ｙ′を求める。更に、バケ
ットの回動方向については、 ｆ→ｍｚ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｍｚ） Ｘｄ→θｚ′ と置くことにより、目標角速度θｚ′を求める。
ーム先端のｘ軸方向については、 ｆ→ｆｘ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｆｘ） Ｘｄ→ｘ′ と置くことにより、目標速度ｘ′を求める。また、アー
ム先端のｙ軸方向については、 ｆ→ｆｙ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｆｙ） Ｘｄ→ｙ′ と置くことにより、目標速度ｙ′を求める。更に、バケ
ットの回動方向については、 ｆ→ｍｚ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｍｚ） Ｘｄ→θｚ′ と置くことにより、目標角速度θｚ′を求める。
【００４６】ここで、再び図４のフローチャートに戻り
手順１４０以下を説明する。
手順１４０以下を説明する。
【００４７】手順１４０において、アーム先端の目標速
度［ｘ´，ｙ´］及びバケット１ｃの目標角速度θｚ´
から座標変換により各シリンダの目標速度Ｖ１〜Ｖ３を
求める。
度［ｘ´，ｙ´］及びバケット１ｃの目標角速度θｚ´
から座標変換により各シリンダの目標速度Ｖ１〜Ｖ３を
求める。
【００４８】次に手順１５０において、各々の流量制御
弁４ａ，４ｂ，４ｃの流量特性を考慮して流量指令値ｕ
１〜ｕ３を求める。
弁４ａ，４ｂ，４ｃの流量特性を考慮して流量指令値ｕ
１〜ｕ３を求める。
【００４９】次に手順１６０において、流量制御弁４
ａ，４ｂ，４ｃを駆動するために、アンプへ電圧を出力
し、はじめに戻る。
ａ，４ｂ，４ｃを駆動するために、アンプへ電圧を出力
し、はじめに戻る。
【００５０】以上のように構成した本実施形態では、オ
ペレータが操作力検出レバー装置５の操作レバー５ａを
操作して、フロント装置先端（バケット）の動作をオペ
レータの手先の操作力で教示すると、あたかもその操作
レバーにより教示された操作力に比例した力が作用して
いるかのようにフロント装置先端が動かされる。ここ
で、オペレータが操作レバー５ａを操作してバケットの
動作を教示するとき、オペレータが感覚的に認知し易い
のは操作レバー５ａを動かすときの速度より操作レバー
５ａから与えら得る反力としての力である。よって、バ
ケットの動作を手先の操作力で教示するとき、オペレー
タは自身の操作力を感知しながら操作を行うことができ
る。
ペレータが操作力検出レバー装置５の操作レバー５ａを
操作して、フロント装置先端（バケット）の動作をオペ
レータの手先の操作力で教示すると、あたかもその操作
レバーにより教示された操作力に比例した力が作用して
いるかのようにフロント装置先端が動かされる。ここ
で、オペレータが操作レバー５ａを操作してバケットの
動作を教示するとき、オペレータが感覚的に認知し易い
のは操作レバー５ａを動かすときの速度より操作レバー
５ａから与えら得る反力としての力である。よって、バ
ケットの動作を手先の操作力で教示するとき、オペレー
タは自身の操作力を感知しながら操作を行うことができ
る。
【００５１】また、操作力の教示でバケットを動かす場
合は、上記のように加速度Ｘｄｄを積分して目標速度を
求めるので、図８に示すように時定数Ｔ（質量Ｍ及び粘
性減衰係数Ｄ）による過渡応答が生じる。一方、速度ベ
クトルの教示でバケットを動かす場合は、スッテプ応答
となり、過渡応答は生じない。よって、この過渡応答の
応答性を最適に設定することにより、応答が敏感になり
すぎないようにフロント装置先端を動かすことができ
る。
合は、上記のように加速度Ｘｄｄを積分して目標速度を
求めるので、図８に示すように時定数Ｔ（質量Ｍ及び粘
性減衰係数Ｄ）による過渡応答が生じる。一方、速度ベ
クトルの教示でバケットを動かす場合は、スッテプ応答
となり、過渡応答は生じない。よって、この過渡応答の
応答性を最適に設定することにより、応答が敏感になり
すぎないようにフロント装置先端を動かすことができ
る。
【００５２】以上のようにオペレータは自身の操作力を
認知しかつ適度な応答性で操作することにより、起動や
停止時などでもギクシャクすることなく、操作フィーリ
ングの優れた滑らかな軌跡制御が行える。
認知しかつ適度な応答性で操作することにより、起動や
停止時などでもギクシャクすることなく、操作フィーリ
ングの優れた滑らかな軌跡制御が行える。
【００５３】また、操作力検出レバー装置５の操作レバ
ー５ａの軸はフロント装置１Ａの回動方向の面と垂直に
設置されているので、オペレータが操作レバー５ａを操
作したときの操作力の方向とバケットの移動方向とが同
じになり、バケット１ｃの前後・上下方向の動作をオペ
レータの指先の操作で教示し易くなる。このため、操作
フィーリングが更に良くなる。
ー５ａの軸はフロント装置１Ａの回動方向の面と垂直に
設置されているので、オペレータが操作レバー５ａを操
作したときの操作力の方向とバケットの移動方向とが同
じになり、バケット１ｃの前後・上下方向の動作をオペ
レータの指先の操作で教示し易くなる。このため、操作
フィーリングが更に良くなる。
【００５４】本発明の第２の実施形態を図９〜図１４に
より説明する。図中、図１、図２等に示した部材、機能
と同等の部材、機能には同じ符号を付している。
より説明する。図中、図１、図２等に示した部材、機能
と同等の部材、機能には同じ符号を付している。
【００５５】図９及び図１０において、本実施形態の軌
跡制御装置は、第１の実施形態で述べたのと同様な油圧
ショベルに設けられている。また、本実施形態の軌跡制
御装置は、バケット１ｃの移動と回動を教示する操作力
検出レバー装置５と、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケ
ット１ｃのそれぞれ回動支点に設けられ、フロント装置
１Ａの姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検
出する角度検出器６ａ，６ｂ，６ｃと、フロント装置１
Ａ先端の負荷力を検出するためのそれぞれ２方向の負荷
を検出するピン型のロードセル８ａ，８ｂと、操作力検
出レバー装置５、角度検出器６ａ〜６ｃ及びロードセル
８ａ，８ｂの信号を入力し、軌跡制御を行うための電気
信号を出力する制御ユニット７Ａとで構成されている。
跡制御装置は、第１の実施形態で述べたのと同様な油圧
ショベルに設けられている。また、本実施形態の軌跡制
御装置は、バケット１ｃの移動と回動を教示する操作力
検出レバー装置５と、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケ
ット１ｃのそれぞれ回動支点に設けられ、フロント装置
１Ａの姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検
出する角度検出器６ａ，６ｂ，６ｃと、フロント装置１
Ａ先端の負荷力を検出するためのそれぞれ２方向の負荷
を検出するピン型のロードセル８ａ，８ｂと、操作力検
出レバー装置５、角度検出器６ａ〜６ｃ及びロードセル
８ａ，８ｂの信号を入力し、軌跡制御を行うための電気
信号を出力する制御ユニット７Ａとで構成されている。
【００５６】操作力検出レバー装置５は第１の実施形態
と同様に構成され、かつフロント装置１Ａの回動方向の
面に対して同様に設置されている。
と同様に構成され、かつフロント装置１Ａの回動方向の
面に対して同様に設置されている。
【００５７】制御ユニット７Ａの処理機能を図１１にフ
ローチャートで示す。
ローチャートで示す。
【００５８】図１１において、手順１００〜１２０の処
理は第１の実施形態と同じであり、操作力検出レバー装
置５により検出した操作力［ｆｘ，ｆｙ］，ｍｚと、角
度検出器６ａ〜６ｃによるブーム１ａ，アーム１ｂ及び
バケット１ｃの各関節角度θ１〜θ３とを入力し（手順
１００，１１０）、関節角度θ１〜θ３よりアーム１ｂ
の先端位置［ｘ，ｙ］、バケット１ｃの対地角γなどの
フロント姿勢を計算する（手順１２０）。
理は第１の実施形態と同じであり、操作力検出レバー装
置５により検出した操作力［ｆｘ，ｆｙ］，ｍｚと、角
度検出器６ａ〜６ｃによるブーム１ａ，アーム１ｂ及び
バケット１ｃの各関節角度θ１〜θ３とを入力し（手順
１００，１１０）、関節角度θ１〜θ３よりアーム１ｂ
の先端位置［ｘ，ｙ］、バケット１ｃの対地角γなどの
フロント姿勢を計算する（手順１２０）。
【００５９】次に手順１２５において、ロードセル８
ａ，８ｂにより検出した２本のバケット取り付けピンに
加わる荷重［Ｆａｘ，Ｆａｙ］，［Ｆｂｘ，Ｆｂｙ］を
入力する。
ａ，８ｂにより検出した２本のバケット取り付けピンに
加わる荷重［Ｆａｘ，Ｆａｙ］，［Ｆｂｘ，Ｆｂｙ］を
入力する。
【００６０】次に手順１２６において、これらの荷重
［Ｆａｘ，Ｆａｙ］，［Ｆｂｘ，Ｆｂｙ］とフロント装
置１Ａの姿勢に基づき、図１２に示すようなバケット１
ｃに加わる負荷力、すなわち力［ＦＬｘ，ＦＬｙ］とモ
ーメントＭＬｚを計算する。
［Ｆａｘ，Ｆａｙ］，［Ｆｂｘ，Ｆｂｙ］とフロント装
置１Ａの姿勢に基づき、図１２に示すようなバケット１
ｃに加わる負荷力、すなわち力［ＦＬｘ，ＦＬｙ］とモ
ーメントＭＬｚを計算する。
【００６１】次に手順１３０Ａにおいて、操作力［ｆ
ｘ，ｆｙ］及びｍｚと負荷力［ＦＬｘ，ＦＬｙ］，ＭＬ
ｚと仮想した運動方程式によりアーム先端の目標速度
［ｘ´，ｙ´］及びバケット１ｃの目標角速度θｚ´を
求める。
ｘ，ｆｙ］及びｍｚと負荷力［ＦＬｘ，ＦＬｙ］，ＭＬ
ｚと仮想した運動方程式によりアーム先端の目標速度
［ｘ´，ｙ´］及びバケット１ｃの目標角速度θｚ´を
求める。
【００６２】この手順１３０Ａの処理を、図１３の制御
イメージ図を用いて詳細に説明する。
イメージ図を用いて詳細に説明する。
【００６３】本実施形態の制御では、与えられたオペレ
ータの手先の操作力で負荷力に抗してフロント装置先端
（バケット）を操作しているかのように、仮想した運動
方程式に基づきフロント装置先端の目標速度を求める。
この場合も、理解を容易にするため、その詳細を一軸動
作に簡略化して説明する。
ータの手先の操作力で負荷力に抗してフロント装置先端
（バケット）を操作しているかのように、仮想した運動
方程式に基づきフロント装置先端の目標速度を求める。
この場合も、理解を容易にするため、その詳細を一軸動
作に簡略化して説明する。
【００６４】まず、フロント装置先端（バケット）に質
量Ｍと速度に比例する粘性減衰係数Ｄを仮想する。これ
らのパラメータは操作フィーリングによって調整される
もので、実際の物理量とは一致しなくてよい。このと
き、オペレータの手先の操作力をｆ、比例ゲインをｋ、
フロント装置先端（バケット）に加える力をＦとする
と、Ｆ＝ｋ・ｆであり、仮想した運動方程式はフロント
装置先端（バケット）に加わる負荷力をＦＬ、フロント
装置先端の速度をＸｄ、加速度をＸｄｄとすると、 Ｍ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆ−ＦＬ となる。
量Ｍと速度に比例する粘性減衰係数Ｄを仮想する。これ
らのパラメータは操作フィーリングによって調整される
もので、実際の物理量とは一致しなくてよい。このと
き、オペレータの手先の操作力をｆ、比例ゲインをｋ、
フロント装置先端（バケット）に加える力をＦとする
と、Ｆ＝ｋ・ｆであり、仮想した運動方程式はフロント
装置先端（バケット）に加わる負荷力をＦＬ、フロント
装置先端の速度をＸｄ、加速度をＸｄｄとすると、 Ｍ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆ−ＦＬ となる。
【００６５】したがって、各時刻の目標速度Ｘｄは逐次
的に、その加速度、つまり、 Ｘｄｄ＝（Ｆ−ＦＬ−Ｄ・Ｘｄ）／Ｍ を積分して、 Ｘｄ＝∫（Ｘｄｄ）ｄｔ と求められる。
的に、その加速度、つまり、 Ｘｄｄ＝（Ｆ−ＦＬ−Ｄ・Ｘｄ）／Ｍ を積分して、 Ｘｄ＝∫（Ｘｄｄ）ｄｔ と求められる。
【００６６】ここで、上記の仮想した運動方程式に基づ
く演算が一種のフィルタ処理であり、フィルタ処理全体
の比例ゲインＫ及びローパスフィルタの時定数Ｔが、 Ｋ＝１／Ｄ Ｔ＝Ｍ／Ｄ となるのは第１の実施形態と同じであり、仮想の粘性減
衰係数Ｄ及び質量Ｍは操作フィーリングによって上記の
目標速度の大きさと応答性との兼ね合いで決定される。
く演算が一種のフィルタ処理であり、フィルタ処理全体
の比例ゲインＫ及びローパスフィルタの時定数Ｔが、 Ｋ＝１／Ｄ Ｔ＝Ｍ／Ｄ となるのは第１の実施形態と同じであり、仮想の粘性減
衰係数Ｄ及び質量Ｍは操作フィーリングによって上記の
目標速度の大きさと応答性との兼ね合いで決定される。
【００６７】手順１３０では、アーム先端のｘ軸方向に
ついては、 ｆ→ｆｘ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｆｘ） Ｘｄ→ｘ′ ＦＬ→ＦＬｘ と置くことにより、目標速度ｘ′を求める。アーム先端
のｙ軸方向については、 ｆ→ｆｙ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｆｙ） Ｘｄ→ｙ′ ＦＬ→ＦＬｙ と置くことにより、目標速度ｙ′を求める。バケットの
回動方向については、 ｆ→ｍｚ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｍｚ） Ｘｄ→θｚ′ ＦＬ→ＭＬｚ と置くことにより、目標角速度θｚ′を求める。
ついては、 ｆ→ｆｘ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｆｘ） Ｘｄ→ｘ′ ＦＬ→ＦＬｘ と置くことにより、目標速度ｘ′を求める。アーム先端
のｙ軸方向については、 ｆ→ｆｙ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｆｙ） Ｘｄ→ｙ′ ＦＬ→ＦＬｙ と置くことにより、目標速度ｙ′を求める。バケットの
回動方向については、 ｆ→ｍｚ（したがって、Ｆ＝ｋ・ｍｚ） Ｘｄ→θｚ′ ＦＬ→ＭＬｚ と置くことにより、目標角速度θｚ′を求める。
【００６８】ここで、再び図１１のフローチャートに戻
り手順１４０以下を説明する。
り手順１４０以下を説明する。
【００６９】手順１４０〜１６０の処理は第１の実施形
態と同じであり、アーム先端の目標速度［ｘ´，ｙ´］
及びバケット１ｃの目標角速度θｚ´から座標変換によ
り各シリンダの目標速度Ｖ１〜Ｖ３を求め（手順１４
０）、各々の流量制御弁４ａ，４ｂ，４ｃの流量特性を
考慮して流量指令値ｕ１〜ｕ３を求め（手順１５０）、
更に流量制御弁４ａ，４ｂ，４ｃを駆動するために、ア
ンプへ電圧を出力し（手順１６０）、はじめに戻る。
態と同じであり、アーム先端の目標速度［ｘ´，ｙ´］
及びバケット１ｃの目標角速度θｚ´から座標変換によ
り各シリンダの目標速度Ｖ１〜Ｖ３を求め（手順１４
０）、各々の流量制御弁４ａ，４ｂ，４ｃの流量特性を
考慮して流量指令値ｕ１〜ｕ３を求め（手順１５０）、
更に流量制御弁４ａ，４ｂ，４ｃを駆動するために、ア
ンプへ電圧を出力し（手順１６０）、はじめに戻る。
【００７０】以上のように構成した本実施形態では、オ
ペレータが操作力検出レバー装置５の操作レバー５ａを
操作して、フロント装置先端（バケット）の動作をオペ
レータの手先の操作力で教示すると、あたかもその操作
レバーにより教示された操作力から負荷力相当分を減じ
た力に比例した力が作用しているかのようにフロント装
置先端が動かされる。よって、第１の実施形態と同様、
操作フィーリングの優れた滑らかな軌跡制御が行えると
ともに、負荷が加わったときにはその動作が遅くなるよ
うな自然な操作が行える。
ペレータが操作力検出レバー装置５の操作レバー５ａを
操作して、フロント装置先端（バケット）の動作をオペ
レータの手先の操作力で教示すると、あたかもその操作
レバーにより教示された操作力から負荷力相当分を減じ
た力に比例した力が作用しているかのようにフロント装
置先端が動かされる。よって、第１の実施形態と同様、
操作フィーリングの優れた滑らかな軌跡制御が行えると
ともに、負荷が加わったときにはその動作が遅くなるよ
うな自然な操作が行える。
【００７１】なお、以上の第２の実施形態では、バケッ
トの負荷力を検出するために２つのピン型のロードセル
を用いたが、フロント装置を駆動する油圧シリンダの負
荷圧を検出し、この負荷圧からバケットの負荷力を求め
たり、またこれらの組み合わせであっても良い。この場
合にも、同様な負荷力に応じた操作が行える。
トの負荷力を検出するために２つのピン型のロードセル
を用いたが、フロント装置を駆動する油圧シリンダの負
荷圧を検出し、この負荷圧からバケットの負荷力を求め
たり、またこれらの組み合わせであっても良い。この場
合にも、同様な負荷力に応じた操作が行える。
【００７２】操作力検出レバー装置の変形例を図１４に
より説明する。
より説明する。
【００７３】操作力検出レバー装置５Ａは操作レバー５
Ａａと力検出器５ｂから構成されている。ここで、操作
レバーが操作力によってほとんど変形しない場合は、オ
ペレータの手先の動きが力検出部５ｂにダイレクトに検
出され、操作力検出レバー装置が敏感になりすぎる。こ
れを回避するため、操作レバー５Ａａは若干弾性変形可
能に作られており、これにより、操作力検出レバー装置
が手先の動きに敏感になりすぎることがなくなり、オペ
レータが楽に操作レバー５Ａａを操作することができ
る。
Ａａと力検出器５ｂから構成されている。ここで、操作
レバーが操作力によってほとんど変形しない場合は、オ
ペレータの手先の動きが力検出部５ｂにダイレクトに検
出され、操作力検出レバー装置が敏感になりすぎる。こ
れを回避するため、操作レバー５Ａａは若干弾性変形可
能に作られており、これにより、操作力検出レバー装置
が手先の動きに敏感になりすぎることがなくなり、オペ
レータが楽に操作レバー５Ａａを操作することができ
る。
【００７４】なお、以上の第１及び第２の実施形態で
は、操作力として力とモーメントを検出し、負荷力とし
て力とモーメントを検出し、フロント装置先端の目標速
度として、速度と角速度を計算したが、モーメントを検
出せず、目標角速度を計算しない場合でも、本発明は成
り立ち、同様の効果が得られる。
は、操作力として力とモーメントを検出し、負荷力とし
て力とモーメントを検出し、フロント装置先端の目標速
度として、速度と角速度を計算したが、モーメントを検
出せず、目標角速度を計算しない場合でも、本発明は成
り立ち、同様の効果が得られる。
【００７５】また、操作力検出レバー装置は力検出器を
用いずとも、バネ機構などで操作レバーの変位と力が比
例するものであってもよく、この場合には変位を検出す
ることで力が検出されることになる。
用いずとも、バネ機構などで操作レバーの変位と力が比
例するものであってもよく、この場合には変位を検出す
ることで力が検出されることになる。
【００７６】更に、目標軌跡と実際の軌跡との誤差に関
してはあまり問題とならないとして無視しているが、目
標軌跡と実際の軌跡との誤差に基づくフィードバック制
御により、フロント装置先端の目標速度を補正してもよ
い。この場合には、位置精度の高い動作が行える。
してはあまり問題とならないとして無視しているが、目
標軌跡と実際の軌跡との誤差に基づくフィードバック制
御により、フロント装置先端の目標速度を補正してもよ
い。この場合には、位置精度の高い動作が行える。
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば、オペレータにより教示
された操作力に比例した力が作用しているかのようにフ
ロント装置先端を動作させるので、操作フィーリングの
優れた滑らかな軌跡制御が行える。
された操作力に比例した力が作用しているかのようにフ
ロント装置先端を動作させるので、操作フィーリングの
優れた滑らかな軌跡制御が行える。
【００７８】また、本発明によれば、負荷が加わったと
きにはその動作が遅くなるような自然な操作が行える。
きにはその動作が遅くなるような自然な操作が行える。
【図１】本発明の第１の実施形態による油圧ショベルの
軌跡制御装置をその油圧回路とともに示す図である。
軌跡制御装置をその油圧回路とともに示す図である。
【図２】本発明が適用される油圧ショベルの外観を示す
図である。
図である。
【図３】操作力検出レバー装置を示す図である。
【図４】制御ユニットの制御機能を示すフローチャート
である。
である。
【図５】本発明の制御に用いるパラメータの説明図であ
る。
る。
【図６】本発明の仮想運動方程式を用いる制御のイメー
ジ図である。
ジ図である。
【図７】本発明の仮想運動方程式を用いるフィルタ処理
のブロック線図である。
のブロック線図である。
【図８】本発明の仮想運動方程式を用いる制御で時定数
を変えた場合の出力の変化を示す図である。
を変えた場合の出力の変化を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による油圧ショベルの
軌跡制御装置をその油圧回路とともに示す図である。
軌跡制御装置をその油圧回路とともに示す図である。
【図１０】本発明が適用される油圧ショベルの外観を示
す図である。
す図である。
【図１１】制御ユニットの制御機能を示すフローチャー
トである。
トである。
【図１２】本発明の制御に用いるパラメータの説明図で
ある。
ある。
【図１３】本発明の仮想運動方程式を用いる制御のイメ
ージ図である。
ージ図である。
【図１４】操作力検出レバー装置の他の例を示す図であ
る。
る。
１Ａ フロント装置 １Ｂ 車体 １ａ ブーム １ｂ アーム １ｃ バケット（フロント装置先端） １ｄ 上部旋回体 １ｅ 下部走行体 ２ 油圧ポンプ ３ａ〜３ｃ 油圧アクチュエータ ４ａ〜４ｃ 流量制御弁 ５ 操作力検出レバー装置 ５ａ 操作レバー ５ｂ 力検出器 ６ａ〜６ｃ 角度検出器 ７ 制御ユニット
Claims (13)
- 【請求項１】上下方向に回動可能な複数のフロント部材
により構成される多関節型のフロント装置と、このフロ
ント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、こ
れら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量
を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌跡
制御装置において、 （ａ）フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、 （ｂ）フロント装置の姿勢に関する状態量を検出する状
態量検出手段と、 （ｃ）上記操作力検出手段で検出された操作力及び状態
量検出手段で検出された状態量を入力し、これら入力値
を用いてあたかも手先の操作力でフロント装置先端を操
作しているかのように、仮想した運動方程式に基づきフ
ロント装置先端の目標速度を求め、この目標速度が得ら
れるよう対応する流量制御弁を駆動制御する演算制御手
段とを備えることを特徴とする建設機械の軌跡制御装
置。 - 【請求項２】請求項１記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、フロント装置先端に仮想した質量をＭ、フロン
ト装置先端に仮想した速度に比例する粘性減衰係数を
Ｄ、オペレータの手先の操作力をｆ、比例ゲインをｋ、
フロント装置先端に加える力をＦ、フロント装置先端の
速度をＸｄ、加速度をＸｄｄとするとき、前記仮想した
運動方程式は、 Ｆ＝ｋ・ｆ Ｍ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆ で表されることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。 - 【請求項３】請求項１記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、前記操作力検出手段は、前記操作力として力と
モーメントを検出する手段であり、前記演算制御手段
は、前記フロント装置先端の目標速度として、速度と角
速度を計算する手段であることを特徴とする建設機械の
軌跡制御装置。 - 【請求項４】上下方向に回動可能な複数のフロント部材
により構成される多関節型のフロント装置と、このフロ
ント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、こ
れら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量
を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌跡
制御装置において、 （ａ）フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、 （ｂ）フロント装置の姿勢に関する状態量を検出する状
態量検出手段と、 （ｃ）フロント装置に作用している負荷力を検出する負
荷力検出手段と、 （ｄ）上記操作力検出手段で検出された操作力、状態量
検出手段で検出された状態量及び負荷力検出手段で検出
された負荷力を入力し、これら入力値を用いてあたかも
手先の操作力から負荷力相当分を減じた力でフロント装
置先端を操作しているかのように、仮想した運動方程式
に基づきフロント装置先端の目標速度を求め、この目標
速度が得られるよう対応する流量制御弁を駆動制御する
演算制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の軌
跡制御装置。 - 【請求項５】請求項４記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、フロント装置先端に仮想した質量をＭ、フロン
ト装置先端に仮想した速度に比例する粘性減衰係数を
Ｄ、オペレータの手先の操作力をｆ、比例ゲインをｋ、
フロント装置先端に加える力をＦ、フロント装置先端に
加わる負荷力をＦＬ、フロント装置先端の速度をＸｄ、
加速度をＸｄｄとするとき、前記仮想した運動方程式
は、 Ｆ＝ｋ・ｆ Ｍ・Ｘｄｄ＋Ｄ・Ｘｄ＝Ｆ−ＦＬ で表されることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。 - 【請求項６】請求項４記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、前記操作力検出手段は、前記操作力として力と
モーメントを検出する手段であり、前記負荷力検出手段
は、前記負荷力として力とモーメントを検出する手段で
あり、前記演算制御手段は、前記フロント装置先端の目
標速度として、速度と角速度を計算する手段であること
を特徴とする建設機械の軌跡制御装置。 - 【請求項７】請求項１又は４記載の建設機械の軌跡制御
装置において、前記操作力検出手段は操作レバーと力検
出器を含むことを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。 - 【請求項８】請求項７記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、前記操作力検出手段の操作レバーは、レバー軸
がフロント装置の回動方向の面と垂直になるように設置
されていることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。 - 【請求項９】請求項７記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、前記操作レバーは操作力により若干弾性変形可
能であることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。 - 【請求項１０】請求項４記載の建設機械の軌跡制御装置
において、前記負荷力検出手段は前記フロント装置先端
の２箇所に設けられたピン型のロードセルであることを
特徴とする建設機械の軌跡制御装置。 - 【請求項１１】請求項４記載の建設機械の軌跡制御装置
において、前記負荷力検出手段は前記油圧アクチュエー
タの負荷圧を検出する圧力センサであることを特徴とす
る建設機械の軌跡制御装置。 - 【請求項１２】上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、このフ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、
これら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流
量を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌
跡制御装置において、 （ａ）フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、 （ｂ）フロント装置の姿勢に関する状態量を検出する状
態量検出手段と、 （ｃ）上記操作力検出手段で検出された操作力及び状態
量検出手段で検出された状態量を入力し、これら入力値
を用いてあたかも手先の操作力でフロント装置先端を操
作しているかのように流量制御弁を駆動制御する演算制
御手段とを備え、 （ｄ）前記操作力検出手段は操作レ
バーと力検出器を有し、前記操作力検出手段の操作レバ
ーは、レバー軸がフロント装置の回動方向の面と垂直に
なるように設置されていることを特徴とする建設機械の
軌跡制御装置。 - 【請求項１３】上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、このフ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、
これら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流
量を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌
跡制御装置において、 （ａ）フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、 （ｂ）フロント装置の姿勢に関する状態量を検出する状
態量検出手段と、 （ｃ）フロント装置に作用している負荷力を検出する負
荷力検出手段と、 （ｄ）上記操作力検出手段で検出された操作力、状態量
検出手段で検出された状態量及び負荷力検出手段で検出
された負荷力を入力し、これら入力値を用いてあたかも
手先の操作力から負荷力相当分を減じた力でフロント装
置先端を操作しているかのように流量制御弁を駆動制御
する演算制御手段とを備え、 （ｅ）前記操作力検出手段は操作レバーと力検出器を有
し、前記操作力検出手段の操作レバーは、レバー軸がフ
ロント装置の回動方向の面と垂直になるように設置され
ていることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21646096A JPH1060939A (ja) | 1996-08-16 | 1996-08-16 | 建設機械の軌跡制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21646096A JPH1060939A (ja) | 1996-08-16 | 1996-08-16 | 建設機械の軌跡制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1060939A true JPH1060939A (ja) | 1998-03-03 |
Family
ID=16688843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21646096A Pending JPH1060939A (ja) | 1996-08-16 | 1996-08-16 | 建設機械の軌跡制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1060939A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1982075A4 (en) * | 2006-01-26 | 2017-03-15 | Volvo Construction Equipment AB | A method for controlling a movement of a vehicle component |
| WO2025142667A1 (ja) * | 2023-12-26 | 2025-07-03 | 株式会社小松製作所 | 作業機械および作業機械の制御方法 |
-
1996
- 1996-08-16 JP JP21646096A patent/JPH1060939A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1982075A4 (en) * | 2006-01-26 | 2017-03-15 | Volvo Construction Equipment AB | A method for controlling a movement of a vehicle component |
| WO2025142667A1 (ja) * | 2023-12-26 | 2025-07-03 | 株式会社小松製作所 | 作業機械および作業機械の制御方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111819331B (zh) | 工程机械 | |
| US6140787A (en) | Method and apparatus for controlling a work implement | |
| JPH04250222A (ja) | 油圧パワーショベルの操作方法 | |
| JP4215944B2 (ja) | 油圧ショベルのフロント制御装置 | |
| JP2604929B2 (ja) | ロボットの制御装置 | |
| JPH1060939A (ja) | 建設機械の軌跡制御装置 | |
| JP2007009432A (ja) | 建設機械および建設機械に用いられる制御装置 | |
| JPH11210015A (ja) | 建設機械の軌跡制御装置及びその操作装置 | |
| JP2000303492A (ja) | 建設機械のフロント制御装置 | |
| JPH0762803B2 (ja) | アーム式作業機の駆動制御装置 | |
| KR100547203B1 (ko) | 건설기계의 자동 평탄작업장치 및 방법 | |
| JPH06179187A (ja) | 方位検知型ティーチング機構 | |
| JP3705661B2 (ja) | 建設機械の作業機の姿勢制御装置 | |
| JP3682352B2 (ja) | 建設機械のフロント制御装置 | |
| JPH0414531A (ja) | 作業機の制御装置 | |
| JP3437348B2 (ja) | 建設機械の軌跡制御装置 | |
| KR100335363B1 (ko) | 굴삭기의제어장치 | |
| CN117248579B (zh) | 一种针对回转偏差的机械臂控制方法、装置及挖掘机 | |
| JP2651075B2 (ja) | 土工機における油圧アクチュエータ制御装置 | |
| JPS5810197B2 (ja) | エンカツソウジユウソウチ | |
| JPH10317417A (ja) | 多関節作業機械の姿勢制御装置 | |
| JPH0627407B2 (ja) | 腕式作業機の作業具軌跡制御装置 | |
| JPH10292420A (ja) | 油圧ショベルの掘削軌跡制御装置 | |
| JPH10121507A (ja) | 建設機械の軌跡制御装置 | |
| KR20260062057A (ko) | 장치, 크레인 및 크레인을 동작시키기 위한 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050208 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050614 |