JPH1113087A - リンケージ角を用いて作業機械の作業具を制御するための方法と装置 - Google Patents
リンケージ角を用いて作業機械の作業具を制御するための方法と装置Info
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- JPH1113087A JPH1113087A JP10159369A JP15936998A JPH1113087A JP H1113087 A JPH1113087 A JP H1113087A JP 10159369 A JP10159369 A JP 10159369A JP 15936998 A JP15936998 A JP 15936998A JP H1113087 A JPH1113087 A JP H1113087A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
- F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
- F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
- F15B9/09—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor with electrical control means
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- 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
- E02F3/431—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like
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- 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
- E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
- E02F9/2029—Controlling the position of implements in function of its load, e.g. modifying the attitude of implements in accordance to vehicle speed
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- E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
- E02F9/2203—Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function
- E02F9/2214—Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function for reducing the shock generated at the stroke end
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 作業具を制御して動かすための装置を開示す
る。 【解決手段】 作業具が作業機械に接続されており、油
圧シリンダの操作に応答して可動である。装置は、オペ
レータ制御式ジョイスティックを含む。ジョイスティッ
クの位置センサーがジョイスティックの位置を検出し、
これに応答してオペレータコマンド信号を発する。ブー
ムおよびバケット角センサーが、作業具の位置を検出
し、これに応じてブーム角信号およびバケット角信号を
それぞれ発する。マイクロプロセッサベースのコントー
ラがブーム角、バケット角、およびオペレータコマンド
信号を受信し、該オペレータコマンド信号を修正し、該
修正されたオペレータコマンド信号に応答して電気バル
ブ信号を発する。電気油圧バルブが電気バルブ信号を受
信し、電気バルブ信号の大きさに応答して、油圧流体を
制御して油圧シリンダに流すようになる。
る。 【解決手段】 作業具が作業機械に接続されており、油
圧シリンダの操作に応答して可動である。装置は、オペ
レータ制御式ジョイスティックを含む。ジョイスティッ
クの位置センサーがジョイスティックの位置を検出し、
これに応答してオペレータコマンド信号を発する。ブー
ムおよびバケット角センサーが、作業具の位置を検出
し、これに応じてブーム角信号およびバケット角信号を
それぞれ発する。マイクロプロセッサベースのコントー
ラがブーム角、バケット角、およびオペレータコマンド
信号を受信し、該オペレータコマンド信号を修正し、該
修正されたオペレータコマンド信号に応答して電気バル
ブ信号を発する。電気油圧バルブが電気バルブ信号を受
信し、電気バルブ信号の大きさに応答して、油圧流体を
制御して油圧シリンダに流すようになる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に作業機械の作
業具の動作を制御するための装置と方法に関する。より
詳細には、本発明は、ブームおよびバケットの角度位置
と、オペレータの命令に基づいて作業具の動作を制御す
る装置と方法に関する。
業具の動作を制御するための装置と方法に関する。より
詳細には、本発明は、ブームおよびバケットの角度位置
と、オペレータの命令に基づいて作業具の動作を制御す
る装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ホイール式ローダのような作業機械は、
作業サイクル中に複数の位置を通って動くことのできる
作業具を含む。このような作業具は、一般的にバケッ
ト、フォークおよびこれとは別の土壌処理装置を含む。
バケットに組み合わされる一般的な作業サイクルは、バ
ケットを土壌で満たすために、バケットと、これに組み
合わされるリフトアームを掘削位置に位置決めし、搬送
位置、持ち上げ位置、および土壌をバケットから取り出
すための投機位置に順次位置決めすることを含む。制御
レバーがオペレータステーションに取り付けられて、電
気油圧回路に接続されており、バケットまたはリフトア
ームを動かすようになっている。オペレータは、油圧レ
バーの開閉を行なうために手で制御レバーを動かして、
加圧流体を油圧シリンダに送り、作業具を動かすように
なっている。例えば、リフトアームを持ち上げるときに
は、オペレータは、リフトアーム油圧回路に組み合わさ
れた制御レバーを、加圧流体が油圧バルブによってリフ
トシリンダのヘッド端部に流れる位置に動かしてリフト
アームを持ち上げることになる。制御レバーがニュート
ラル位置に戻ると、油圧バルブが閉じて、加圧流体はリ
フトシリンダに流れない。
作業サイクル中に複数の位置を通って動くことのできる
作業具を含む。このような作業具は、一般的にバケッ
ト、フォークおよびこれとは別の土壌処理装置を含む。
バケットに組み合わされる一般的な作業サイクルは、バ
ケットを土壌で満たすために、バケットと、これに組み
合わされるリフトアームを掘削位置に位置決めし、搬送
位置、持ち上げ位置、および土壌をバケットから取り出
すための投機位置に順次位置決めすることを含む。制御
レバーがオペレータステーションに取り付けられて、電
気油圧回路に接続されており、バケットまたはリフトア
ームを動かすようになっている。オペレータは、油圧レ
バーの開閉を行なうために手で制御レバーを動かして、
加圧流体を油圧シリンダに送り、作業具を動かすように
なっている。例えば、リフトアームを持ち上げるときに
は、オペレータは、リフトアーム油圧回路に組み合わさ
れた制御レバーを、加圧流体が油圧バルブによってリフ
トシリンダのヘッド端部に流れる位置に動かしてリフト
アームを持ち上げることになる。制御レバーがニュート
ラル位置に戻ると、油圧バルブが閉じて、加圧流体はリ
フトシリンダに流れない。
【０００３】通常の操作において、作業具は、急に始動
されたり、所望の作業サイクルの機能を実行した後に急
に停止されることが多く、このためにバケットまたはリ
フトアーム、機械およびオペレータの速度と加速が急速
に変化することになる。例えば、このことは、作業具
が、該作業具の所望の可動範囲の極限に動かされるとき
に起きる。ティルトまたはリフトシリンダの線形動作
と、これに関連したバケットまたはリフトアームの回転
動作との間の幾何的関係が、速度と加速における急速な
変化の結果としてオペレータに心地悪さを与えることに
なる。リンケージ組立体とこれに組み合われた油圧回路
とにより吸収された力のために、メンテナンスが増え、
これに関連する部品の故障が加速的に増大することにな
る。幾何的関係による別の可能性のある結果としては、
いくつかの線形シリンダ位置に近接するリフトアームす
なわちバケットの過度な角度回転があり、低下した性能
を与えることになる。
されたり、所望の作業サイクルの機能を実行した後に急
に停止されることが多く、このためにバケットまたはリ
フトアーム、機械およびオペレータの速度と加速が急速
に変化することになる。例えば、このことは、作業具
が、該作業具の所望の可動範囲の極限に動かされるとき
に起きる。ティルトまたはリフトシリンダの線形動作
と、これに関連したバケットまたはリフトアームの回転
動作との間の幾何的関係が、速度と加速における急速な
変化の結果としてオペレータに心地悪さを与えることに
なる。リンケージ組立体とこれに組み合われた油圧回路
とにより吸収された力のために、メンテナンスが増え、
これに関連する部品の故障が加速的に増大することにな
る。幾何的関係による別の可能性のある結果としては、
いくつかの線形シリンダ位置に近接するリフトアームす
なわちバケットの過度な角度回転があり、低下した性能
を与えることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】機械が積載物を降ろ
し、オペレータが短時間でこれに対応する油圧バルブを
閉じるときに応力も発生する。対応する油圧バルブが短
時間で閉じてリフトアームの動作が急に停止されると、
負荷と作業具の慣性力が、リフトアーム組立体と油圧シ
ステムに力をかける。このような停止によって、機械の
摩耗が増え、オペレータの心地良さを低下させることに
なる。ある状況では、機械の後部が地面から離れて持ち
上がることもある。本発明は、上述に記載の１つか２つ
以上の問題を解決するものである。
し、オペレータが短時間でこれに対応する油圧バルブを
閉じるときに応力も発生する。対応する油圧バルブが短
時間で閉じてリフトアームの動作が急に停止されると、
負荷と作業具の慣性力が、リフトアーム組立体と油圧シ
ステムに力をかける。このような停止によって、機械の
摩耗が増え、オペレータの心地良さを低下させることに
なる。ある状況では、機械の後部が地面から離れて持ち
上がることもある。本発明は、上述に記載の１つか２つ
以上の問題を解決するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の１態様におい
て、作業具を制御して動かすための装置を開示する。作
業具が作業機械に接続されており、油圧シリンダの作動
に応じて可動である。装置が、オペレータ制御式ジョイ
スティックを含む。ジョイスティック位置センサーが、
ジョイスティックの位置を検出し、これに応じてオペレ
ータコマンド信号を発信する。ブーム角検出手段がブー
ムの角度位置を検出し、ブーム角信号を発信する。バケ
ット角検出手段がバケットの角度位置を検出し、バケッ
ト角信号を発信する。マイクロプロセッサがベースのコ
ントローラが、ブーム角、バケット角およびオペレータ
コマンド信号を受信し、オペレータコマンド信号を修正
し、該修正されたオペレータコマンド信号に応答して電
気バルブ信号を発する。電気油圧制御バルブが電気バル
ブ信号を受信し、該電気バルブ信号の大きさに応答し
て、油圧流体の流れを制御して油圧シリンダに与える。
て、作業具を制御して動かすための装置を開示する。作
業具が作業機械に接続されており、油圧シリンダの作動
に応じて可動である。装置が、オペレータ制御式ジョイ
スティックを含む。ジョイスティック位置センサーが、
ジョイスティックの位置を検出し、これに応じてオペレ
ータコマンド信号を発信する。ブーム角検出手段がブー
ムの角度位置を検出し、ブーム角信号を発信する。バケ
ット角検出手段がバケットの角度位置を検出し、バケッ
ト角信号を発信する。マイクロプロセッサがベースのコ
ントローラが、ブーム角、バケット角およびオペレータ
コマンド信号を受信し、オペレータコマンド信号を修正
し、該修正されたオペレータコマンド信号に応答して電
気バルブ信号を発する。電気油圧制御バルブが電気バル
ブ信号を受信し、該電気バルブ信号の大きさに応答し
て、油圧流体の流れを制御して油圧シリンダに与える。
【０００６】
【実施例】図１において、作業具制御システムが、要素
符合１００で概略的に表されている。図１は、バケット
１０８の形態でペーロードキャリヤーを有するホイール
式ローダ機械１０４の前方部分を示す。本発明は、ホイ
ール式ローダ機械に関連して記載するが、本発明は、履
帯式ローダ、油圧掘削機および同様の積載作業具を有す
る、これらとは別の機械のように多くの土工用機械にも
同じように適用できる。バケット１０８は、リフトアー
ム組立体すなわちブーム１１０に接続されており、機械
フレームに取り付けられたブームピボットピン１１２の
まわりを２つの油圧リフトアクチュエータすなわちシリ
ンダ１０６（一つだけを図示する）によりピボット運動
可能に作動する。ブーム荷重支持ピボットピン１１８が
ブーム１１０とリフトシリンダ１０６に取り付けられて
いる。バケット１０８は、バケットティルトアクチュエ
ータすなわちシリンダ１１４によりティルトピボットピ
ン１１６のまわりで傾斜する。
符合１００で概略的に表されている。図１は、バケット
１０８の形態でペーロードキャリヤーを有するホイール
式ローダ機械１０４の前方部分を示す。本発明は、ホイ
ール式ローダ機械に関連して記載するが、本発明は、履
帯式ローダ、油圧掘削機および同様の積載作業具を有す
る、これらとは別の機械のように多くの土工用機械にも
同じように適用できる。バケット１０８は、リフトアー
ム組立体すなわちブーム１１０に接続されており、機械
フレームに取り付けられたブームピボットピン１１２の
まわりを２つの油圧リフトアクチュエータすなわちシリ
ンダ１０６（一つだけを図示する）によりピボット運動
可能に作動する。ブーム荷重支持ピボットピン１１８が
ブーム１１０とリフトシリンダ１０６に取り付けられて
いる。バケット１０８は、バケットティルトアクチュエ
ータすなわちシリンダ１１４によりティルトピボットピ
ン１１６のまわりで傾斜する。
【０００７】図２を参照すると、ホイール式ローダに適
用されるような作業具制御システム１００が図式的に示
されている。作業具制御システムは、複数の入力を検出
し、これに応じて制御システムにおいて様々なアクチュ
エータに送信される出力信号を発する。好ましくは、作
業具制御システムは、マイクロプロセッサベースのコン
トローラ２０８を含む。第１、第２および第３のジョイ
スティック２０６Ａ、２０６Ｂおよび２０６Ｃが作業具
１０２に対しオペレータ制御を行うようになっている。
ジョイスティックは、単一の軸線に沿った動作を行なう
制御レバー２１９を含む。しかし、第１の軸線（水平）
に沿った動作に加え、制御レバー２１９は水平軸線に垂
直な第２の軸線に沿って動いてもよい。第１のジョイス
ティック２０６Ａは、ブーム１１０のリフト操作を制御
する。第２のジョイスティック２０６Ｂは、バケット１
０８のティルト操作を制御する。第３のジョイスティッ
ク２０６Ｃは、特定の作業工具の操作のような補助的な
機能を制御する。
用されるような作業具制御システム１００が図式的に示
されている。作業具制御システムは、複数の入力を検出
し、これに応じて制御システムにおいて様々なアクチュ
エータに送信される出力信号を発する。好ましくは、作
業具制御システムは、マイクロプロセッサベースのコン
トローラ２０８を含む。第１、第２および第３のジョイ
スティック２０６Ａ、２０６Ｂおよび２０６Ｃが作業具
１０２に対しオペレータ制御を行うようになっている。
ジョイスティックは、単一の軸線に沿った動作を行なう
制御レバー２１９を含む。しかし、第１の軸線（水平）
に沿った動作に加え、制御レバー２１９は水平軸線に垂
直な第２の軸線に沿って動いてもよい。第１のジョイス
ティック２０６Ａは、ブーム１１０のリフト操作を制御
する。第２のジョイスティック２０６Ｂは、バケット１
０８のティルト操作を制御する。第３のジョイスティッ
ク２０６Ｃは、特定の作業工具の操作のような補助的な
機能を制御する。
【０００８】ジョイスティック位置検出手段２２０は、
ジョイスティック制御レバー２１９の位置を検出し、こ
れに応じて電気オペレータコマンド信号を発する。電気
信号が制御手段２０８の入力に送信される。ジョイステ
ィック位置検出センサー２２０は、制御レバーのピボッ
ト運動位置に応じてパルス幅変調信号を発する回転ポテ
ンシオメータを含むのが好ましいが、制御レバーのピボ
ット運動位置に応答して電気信号を発信できるセンサー
であればいななるセンサーでも本発明に適用できる。ブ
ーム角検出手段２１６は、ブーム１１０の角度位置を検
出し、これに応じてブーム角信号を発する。バケット角
検出手段２１８は、バケット１０８の角度位置を検出
し、これに応じてバケット角信号を発する。１実施例に
おいて、ブーム１１０およびバケット１０８位置検出手
段２１６、２１８は回転ポテンシオメータを含む。回転
ポテンシオメータは、車両に対するブーム１１０の角度
位置と、該ブーム１１０に対するバケット１０８の角度
位置に応答してパルス幅変調信号を発する。
ジョイスティック制御レバー２１９の位置を検出し、こ
れに応じて電気オペレータコマンド信号を発する。電気
信号が制御手段２０８の入力に送信される。ジョイステ
ィック位置検出センサー２２０は、制御レバーのピボッ
ト運動位置に応じてパルス幅変調信号を発する回転ポテ
ンシオメータを含むのが好ましいが、制御レバーのピボ
ット運動位置に応答して電気信号を発信できるセンサー
であればいななるセンサーでも本発明に適用できる。ブ
ーム角検出手段２１６は、ブーム１１０の角度位置を検
出し、これに応じてブーム角信号を発する。バケット角
検出手段２１８は、バケット１０８の角度位置を検出
し、これに応じてバケット角信号を発する。１実施例に
おいて、ブーム１１０およびバケット１０８位置検出手
段２１６、２１８は回転ポテンシオメータを含む。回転
ポテンシオメータは、車両に対するブーム１１０の角度
位置と、該ブーム１１０に対するバケット１０８の角度
位置に応答してパルス幅変調信号を発する。
【０００９】バルブ手段２０２は、制御手段によって発
生した電気信号に応答して、油圧流体の流れを油圧シリ
ンダ１０６Ａ、Ｂおよび１１４に与える。好ましい実施
例において、バルブ手段２０２は、４つの主バルブ（リ
フトシリンダに対し２つの主バルブおよびティルトシリ
ンダに対し２つの主バルブ）と、８個の１段パイロット
バルブ（各主バルブごとに２つの１段パイロットバル
ブ）を含む。主バルブは、加圧流体をシリンダ１０６
Ａ、Ｂ、１１４に送り、１段パイロットバルブは、パイ
ロット流体流れを主バルブに送る。各１段パイロットバ
ルブは、電気的にコントロール手段２０８に接続されて
いる。例示的な１段パイロットバルブが、米国特許第
５、３６６、２０２号に開示されており、本発明はこの
特許明細書の記載を本発明の一部にする。２つの主ポン
プ２１２、２１４は油圧流体を主スプールに供給するの
に用いられ、パイロットポンプ２２２は、油圧流体を１
段パイロットバルブに供給するのに用いられる。オン／
オフ・ソレノイドバルブと圧力リリーフバルブ２２４が
含まれており、１段パイロットバルブへのパイロット流
体流れを制御するようになっている。
生した電気信号に応答して、油圧流体の流れを油圧シリ
ンダ１０６Ａ、Ｂおよび１１４に与える。好ましい実施
例において、バルブ手段２０２は、４つの主バルブ（リ
フトシリンダに対し２つの主バルブおよびティルトシリ
ンダに対し２つの主バルブ）と、８個の１段パイロット
バルブ（各主バルブごとに２つの１段パイロットバル
ブ）を含む。主バルブは、加圧流体をシリンダ１０６
Ａ、Ｂ、１１４に送り、１段パイロットバルブは、パイ
ロット流体流れを主バルブに送る。各１段パイロットバ
ルブは、電気的にコントロール手段２０８に接続されて
いる。例示的な１段パイロットバルブが、米国特許第
５、３６６、２０２号に開示されており、本発明はこの
特許明細書の記載を本発明の一部にする。２つの主ポン
プ２１２、２１４は油圧流体を主スプールに供給するの
に用いられ、パイロットポンプ２２２は、油圧流体を１
段パイロットバルブに供給するのに用いられる。オン／
オフ・ソレノイドバルブと圧力リリーフバルブ２２４が
含まれており、１段パイロットバルブへのパイロット流
体流れを制御するようになっている。
【００１０】上述したように、対のティルトシリンダと
リフトシリンダのそれぞれについて一対の主バルブが含
まれている。従って、好ましい速度および圧力修正特性
を与えるために、一対の主バルブスプールの各々を、同
時ではなく、順次動かすことが望まれる。本発明は、作
業具の動作を正確に制御するために電気バルブ信号の大
きさを求めることに関する。コントール手段２０８は、
本発明の特定の特徴を実行するのにソフトウェアプログ
ラムを記憶するＲＡＭおよびＲＯＭモジュールを含むの
が好ましい。さらに、ＲＡＭとＲＯＭモジュールは、ソ
フトウェア内でエンコードされた複数のルックアップ表
を記憶する。ルックアップ表は、電気バルブ信号の大き
さを求めるのに使用される。制御手段２０８は、ブーム
角、バケット角およびオペレータコマンド信号を受信
し、修正されたオペレータコマンド信号に応答する大き
さを有する電気バルブ信号を発信する。バルブ手段２０
２は、電気バルブ信号を受信し、電気バルブ信号の大き
さに応じて油圧流体の流れを各油圧シリンダに制御して
与える。
リフトシリンダのそれぞれについて一対の主バルブが含
まれている。従って、好ましい速度および圧力修正特性
を与えるために、一対の主バルブスプールの各々を、同
時ではなく、順次動かすことが望まれる。本発明は、作
業具の動作を正確に制御するために電気バルブ信号の大
きさを求めることに関する。コントール手段２０８は、
本発明の特定の特徴を実行するのにソフトウェアプログ
ラムを記憶するＲＡＭおよびＲＯＭモジュールを含むの
が好ましい。さらに、ＲＡＭとＲＯＭモジュールは、ソ
フトウェア内でエンコードされた複数のルックアップ表
を記憶する。ルックアップ表は、電気バルブ信号の大き
さを求めるのに使用される。制御手段２０８は、ブーム
角、バケット角およびオペレータコマンド信号を受信
し、修正されたオペレータコマンド信号に応答する大き
さを有する電気バルブ信号を発信する。バルブ手段２０
２は、電気バルブ信号を受信し、電気バルブ信号の大き
さに応じて油圧流体の流れを各油圧シリンダに制御して
与える。
【００１１】電気バルブ信号の大きさは、スケーリング
係数にオペレータコマンド信号の大きさを乗算すること
により求められる。例えば、スケーリング係数が、０か
ら１００％の範囲の値を有していればよい。スケーリン
グのこの態様のために、オペレータが命令する可能性の
ある最高率（作業具動作の）が減少し、オペレータが命
令する可能性のある全体の最高速度（作業具動作の）が
減少することになる。このことは図３に図示したグラフ
により示されている。オペレータコマンド信号が点線で
図示されており、電気バルブ信号が実線で図示されてい
る。ＲＡＭおよびＲＯＭモジュールは、複数のルックア
ップ表を記憶し、それぞれが複数のブームおよびバケッ
ト角の位置に応答する複数の値を有する。各ルックアッ
プ表は、作業具を制御するのに使用される作業機能に対
応する。作業機能は、リフト油圧シリンダ１０６Ａ、Ｂ
を伸ばしたり、引き込ませてバケットの高さを制御する
リフトおよび下降機能と、バケットの状態を制御するた
めにティルトシリンダ１１４を伸ばしたり、引き込ませ
る投棄およびラック機能を含む。作業機能ルックアップ
表が図４ないし図７に図示される。メモリ内に記憶され
る数値の数は、システムの所望の精密さに依存する。測
定および計算された値がメモリに記録された個々の値の
間にある場合に、補間が用いられて実際の値を求めるよ
うになっていればよい。表の数値は、経験的データのシ
ュミレーションおよび解析に基づく。
係数にオペレータコマンド信号の大きさを乗算すること
により求められる。例えば、スケーリング係数が、０か
ら１００％の範囲の値を有していればよい。スケーリン
グのこの態様のために、オペレータが命令する可能性の
ある最高率（作業具動作の）が減少し、オペレータが命
令する可能性のある全体の最高速度（作業具動作の）が
減少することになる。このことは図３に図示したグラフ
により示されている。オペレータコマンド信号が点線で
図示されており、電気バルブ信号が実線で図示されてい
る。ＲＡＭおよびＲＯＭモジュールは、複数のルックア
ップ表を記憶し、それぞれが複数のブームおよびバケッ
ト角の位置に応答する複数の値を有する。各ルックアッ
プ表は、作業具を制御するのに使用される作業機能に対
応する。作業機能は、リフト油圧シリンダ１０６Ａ、Ｂ
を伸ばしたり、引き込ませてバケットの高さを制御する
リフトおよび下降機能と、バケットの状態を制御するた
めにティルトシリンダ１１４を伸ばしたり、引き込ませ
る投棄およびラック機能を含む。作業機能ルックアップ
表が図４ないし図７に図示される。メモリ内に記憶され
る数値の数は、システムの所望の精密さに依存する。測
定および計算された値がメモリに記録された個々の値の
間にある場合に、補間が用いられて実際の値を求めるよ
うになっていればよい。表の数値は、経験的データのシ
ュミレーションおよび解析に基づく。
【００１２】このように、制御手段２０８は、現在の作
業機能を判断し、適切なルックアップ表を選択する。次
いで、対応するブームおよびバケットの角度の位置に基
づいて、制御手段２０８が、ルックアップ表から値を選
択し、選択された値に基づいてオペレータコマンド信号
を修正し、作業具１０２を所望の割合と速度で制御する
ようになっている。図４を参照すると、バケット１０８
のビポット運動を、所望の最高投棄角に制御する投棄ル
ックアップ表４００が図示されている。投棄ルップアッ
プ表４００は、ブーム１１０とバケット１０８の角度位
置に相当する複数のスケーリング値を記憶する。スケー
リング値は、バケットが所望の最高投棄角に接近する
と、バケット１０８の速度すなわちピボット運動を制限
するように選択される。これは運動学的逆転といわれ
る。従って、ブーム１１０またはバケット１０８の角度
位置が、所望の最高投棄角近くの極限運動学的ゲイン領
域に達すると、スケーリング値は速度限界効果を与え、
このためにオペレータにより感じられる「急に動くこ
と」が減少し、シリンダ内の力が減少することになる。
スケーリング値が記載されているが、本分野の当業者で
あれば明白なように限界値も同じように使用できる。
業機能を判断し、適切なルックアップ表を選択する。次
いで、対応するブームおよびバケットの角度の位置に基
づいて、制御手段２０８が、ルックアップ表から値を選
択し、選択された値に基づいてオペレータコマンド信号
を修正し、作業具１０２を所望の割合と速度で制御する
ようになっている。図４を参照すると、バケット１０８
のビポット運動を、所望の最高投棄角に制御する投棄ル
ックアップ表４００が図示されている。投棄ルップアッ
プ表４００は、ブーム１１０とバケット１０８の角度位
置に相当する複数のスケーリング値を記憶する。スケー
リング値は、バケットが所望の最高投棄角に接近する
と、バケット１０８の速度すなわちピボット運動を制限
するように選択される。これは運動学的逆転といわれ
る。従って、ブーム１１０またはバケット１０８の角度
位置が、所望の最高投棄角近くの極限運動学的ゲイン領
域に達すると、スケーリング値は速度限界効果を与え、
このためにオペレータにより感じられる「急に動くこ
と」が減少し、シリンダ内の力が減少することになる。
スケーリング値が記載されているが、本分野の当業者で
あれば明白なように限界値も同じように使用できる。
【００１３】運動学的ゲイン領域は、ブーム１１０また
はバケット１０８の回転変位に対する、これらに組み合
わされるリフトまたはティルトシリンダ１０６、１１４
に対する線形変位の割合として表される。極限運動学的
ゲイン領域は、好ましくない速度または加速度を作り出
すゲイン値に相当する。さらに、投棄ルックアップ表
は、電子的な停止を提供する、すなわちスケーリング値
は、バケット１０８が物理的な最高投棄角に達する前に
バケット１０８のピボット動作を停止させるのに選択さ
れる。従って、作業具を構造的に保護するために、バケ
ット動作は、機械的停止（無限運動学的ゲインに相当す
る）と係合する前に停止できる。図５を参照すると、バ
ケット１０８の最高ラック角までのピボット運動を制御
するラッキングルックアップ表５００が図示されてい
る。ラッキングルックアップ表５００は、ブーム１１０
とバケット１０８の角度位置に対応する複数のスケーリ
ング値を記憶する。スケーリング値は、バケット１０８
が最高投棄角から所望の最高ラック角まで移動すると、
バケット１０８のピボット動作、すなわち速度限界を徐
々に大きくするように選択される。従って、バケットが
所望の最高投棄角から動くにつれ、スケーリング値が徐
々に上昇し、ラッキング機能により大きな制御可能性を
与えるためにバケット動作が比例的に大きくなる。
はバケット１０８の回転変位に対する、これらに組み合
わされるリフトまたはティルトシリンダ１０６、１１４
に対する線形変位の割合として表される。極限運動学的
ゲイン領域は、好ましくない速度または加速度を作り出
すゲイン値に相当する。さらに、投棄ルックアップ表
は、電子的な停止を提供する、すなわちスケーリング値
は、バケット１０８が物理的な最高投棄角に達する前に
バケット１０８のピボット動作を停止させるのに選択さ
れる。従って、作業具を構造的に保護するために、バケ
ット動作は、機械的停止（無限運動学的ゲインに相当す
る）と係合する前に停止できる。図５を参照すると、バ
ケット１０８の最高ラック角までのピボット運動を制御
するラッキングルックアップ表５００が図示されてい
る。ラッキングルックアップ表５００は、ブーム１１０
とバケット１０８の角度位置に対応する複数のスケーリ
ング値を記憶する。スケーリング値は、バケット１０８
が最高投棄角から所望の最高ラック角まで移動すると、
バケット１０８のピボット動作、すなわち速度限界を徐
々に大きくするように選択される。従って、バケットが
所望の最高投棄角から動くにつれ、スケーリング値が徐
々に上昇し、ラッキング機能により大きな制御可能性を
与えるためにバケット動作が比例的に大きくなる。
【００１４】さらに、作業具が「折れ曲がった」位置、
すなわちブーム１１０が地面レベルに、あるいは地面レ
ベルに近接して、バケットが所望の最高ラック角に配置
されている場合に、スケーリング値は、この状態の作業
具に対応した油圧力を減少させるように選択される。従
って、作業具が「折れ曲がった」位置にあると、電気バ
ルブ信号の大きさを減少させるためにスケーリング値が
徐々に減少し、オペレータが完全ラックコマンドをさら
に命令しないようになり、高リンケージトルクを防ぐこ
とになる。図６を参照すると、ブーム１１０の持ち上げ
を所望の最高高さに制御するリフトルックアップ表６０
０が図示されている。リフトルックアップ表６００は、
ブーム１１０の角度位置に対応する複数のスケーリング
値を記憶する。スケーリング値は、ブーム１１０が所望
の最高高さ近くの極限運動学的ゲイン領域に達すると、
ブーム１１０の速度すなわちピボット動作を制限するよ
うに選択される。さらにこのことが、運動学的逆転とい
われる。従って、スケーリング値は、ブーム１１０の角
度位置が所望の最高値に達すると速度制限効果を与える
ことになり、オペレータにより感じられる「急に動くこ
と」を少なくし、リンケージトルクを減少させることに
なる。
すなわちブーム１１０が地面レベルに、あるいは地面レ
ベルに近接して、バケットが所望の最高ラック角に配置
されている場合に、スケーリング値は、この状態の作業
具に対応した油圧力を減少させるように選択される。従
って、作業具が「折れ曲がった」位置にあると、電気バ
ルブ信号の大きさを減少させるためにスケーリング値が
徐々に減少し、オペレータが完全ラックコマンドをさら
に命令しないようになり、高リンケージトルクを防ぐこ
とになる。図６を参照すると、ブーム１１０の持ち上げ
を所望の最高高さに制御するリフトルックアップ表６０
０が図示されている。リフトルックアップ表６００は、
ブーム１１０の角度位置に対応する複数のスケーリング
値を記憶する。スケーリング値は、ブーム１１０が所望
の最高高さ近くの極限運動学的ゲイン領域に達すると、
ブーム１１０の速度すなわちピボット動作を制限するよ
うに選択される。さらにこのことが、運動学的逆転とい
われる。従って、スケーリング値は、ブーム１１０の角
度位置が所望の最高値に達すると速度制限効果を与える
ことになり、オペレータにより感じられる「急に動くこ
と」を少なくし、リンケージトルクを減少させることに
なる。
【００１５】本発明は、さらに重力補助操作中、例えば
ブーム１１０が下げられるときに、「なめらかな始動」
機能を行なう。図７を参照すると、ブーム１１０の下降
を制御する下降ルックアップ７００が図示されている。
下降ルックアップ表７００はリフトシリンダ１０６Ａ、
Ｂの位置に相当する複数のスケーリング値を記憶する。
スケーリング値は、ブーム１１０が所望の最高高さから
下降するにつれ、ブーム１１０の速度限界を徐々に大き
くするように選択される。従って、ブーム１１０が最高
高さから下降すると、スケーリング値が徐々に上昇し、
電気バルブ信号の大きさを比例的に大きくさせることに
なる。このことは、「急な動き」の操作を防ぐことによ
り下降機能により大きな制御性を与えることになる。ス
ケーリング値について記載してきたが、同じように制限
値についても、本分野の当業者であれば明白なように、
使用できる。
ブーム１１０が下げられるときに、「なめらかな始動」
機能を行なう。図７を参照すると、ブーム１１０の下降
を制御する下降ルックアップ７００が図示されている。
下降ルックアップ表７００はリフトシリンダ１０６Ａ、
Ｂの位置に相当する複数のスケーリング値を記憶する。
スケーリング値は、ブーム１１０が所望の最高高さから
下降するにつれ、ブーム１１０の速度限界を徐々に大き
くするように選択される。従って、ブーム１１０が最高
高さから下降すると、スケーリング値が徐々に上昇し、
電気バルブ信号の大きさを比例的に大きくさせることに
なる。このことは、「急な動き」の操作を防ぐことによ
り下降機能により大きな制御性を与えることになる。ス
ケーリング値について記載してきたが、同じように制限
値についても、本分野の当業者であれば明白なように、
使用できる。
【００１６】本発明は、さらに完全ラック角制御を提供
する。ラック角制御の目的は、ブーム１１０が上昇する
ときにラックされたバケット１０８を前方にわずかに回
転させることである。この自動化された動作は、ブーム
１１０の自然な運動学的動作を補償するのに使用され、
ブーム１１０が持ち上げられるにつれ、バケット１０８
の後方の傾きを大きくさせることになる。この完全ラッ
ク角制御は、図８に図示したものと類似するようにルッ
クアップ表で実行される。図示したルックアップ表８０
０は、ブーム１１０とバケット１０８の角度位置に相当
する複数の制限値を記録する。制御手段２０８は、ブー
ム１１０とバケット１０８の角度位置に応答して、制限
値を選択し、該制限値をオペレータコマンド信号値と比
較する。次いでコントール手段２０８は、２つの比較さ
れた値の小さい方に等しい値で電気バルブ信号を発す
る。図示するように、ルックアップ表８００は、正の制
限値がラックコマンドに対応し、負の制限値が投棄コマ
ンドに対応し、ニュートラルコマンドがゼロの制限値に
相当するように構成される。従って、負の制限値は自動
化されたコントロールの前方回転動作を行なうことにな
る。ブーム１０８が上昇している間に、制御手段がオペ
レータのコマンド信号のみを修正することが望まれるこ
とに留意する。
する。ラック角制御の目的は、ブーム１１０が上昇する
ときにラックされたバケット１０８を前方にわずかに回
転させることである。この自動化された動作は、ブーム
１１０の自然な運動学的動作を補償するのに使用され、
ブーム１１０が持ち上げられるにつれ、バケット１０８
の後方の傾きを大きくさせることになる。この完全ラッ
ク角制御は、図８に図示したものと類似するようにルッ
クアップ表で実行される。図示したルックアップ表８０
０は、ブーム１１０とバケット１０８の角度位置に相当
する複数の制限値を記録する。制御手段２０８は、ブー
ム１１０とバケット１０８の角度位置に応答して、制限
値を選択し、該制限値をオペレータコマンド信号値と比
較する。次いでコントール手段２０８は、２つの比較さ
れた値の小さい方に等しい値で電気バルブ信号を発す
る。図示するように、ルックアップ表８００は、正の制
限値がラックコマンドに対応し、負の制限値が投棄コマ
ンドに対応し、ニュートラルコマンドがゼロの制限値に
相当するように構成される。従って、負の制限値は自動
化されたコントロールの前方回転動作を行なうことにな
る。ブーム１０８が上昇している間に、制御手段がオペ
レータのコマンド信号のみを修正することが望まれるこ
とに留意する。
【００１７】本発明は、上述の好ましい実施例を参照し
て詳細に図示し記載してきたが、本分野の当業者であれ
ば様々な別の実施例も本発明の精神と範囲から逸脱する
ことなく考慮されることがわかるであろう。ホイールタ
イプローダのような土工用機械は、作業サイクル中に複
数の位置を通って動くことのできる作業具を含む。バケ
ットに関する典型的な作業サイクルは、ブーム１１０と
バケット１０８を、バケットに土壌を積み込むための掘
削位置への位置決めと、搬送位置に、持ち上げ位置に、
土壌をバケットから降ろすための投棄位置に位置決めす
ることを含む。本発明は、作業具の速度を急に停止した
り変更するのではなく、作業サイクル中に作業具の速度
を徐々に制御する方法と装置を提供する。このような機
能は、特に作業具の速度が極限運動学的ゲイン領域に達
すると作業具の速度を規制するのに十分である。
て詳細に図示し記載してきたが、本分野の当業者であれ
ば様々な別の実施例も本発明の精神と範囲から逸脱する
ことなく考慮されることがわかるであろう。ホイールタ
イプローダのような土工用機械は、作業サイクル中に複
数の位置を通って動くことのできる作業具を含む。バケ
ットに関する典型的な作業サイクルは、ブーム１１０と
バケット１０８を、バケットに土壌を積み込むための掘
削位置への位置決めと、搬送位置に、持ち上げ位置に、
土壌をバケットから降ろすための投棄位置に位置決めす
ることを含む。本発明は、作業具の速度を急に停止した
り変更するのではなく、作業サイクル中に作業具の速度
を徐々に制御する方法と装置を提供する。このような機
能は、特に作業具の速度が極限運動学的ゲイン領域に達
すると作業具の速度を規制するのに十分である。
【００１８】好ましい実施例の機能を、ブーム１１０と
これに組み合わされた油圧回路とに関し記載してきた
が、本発明は、土工用作業機械の別の種類の作業具の位
置を制御するのにも簡単に適応できる。例えば、本発明
は、油圧掘削機、バックホーおよび油圧作動式作業具を
有する類似した機械に関する作業具を制御するのに使用
できる。本発明の別の態様、目的および利点を図面、発
明の開示および請求の範囲を研究することから得ること
ができる。
これに組み合わされた油圧回路とに関し記載してきた
が、本発明は、土工用作業機械の別の種類の作業具の位
置を制御するのにも簡単に適応できる。例えば、本発明
は、油圧掘削機、バックホーおよび油圧作動式作業具を
有する類似した機械に関する作業具を制御するのに使用
できる。本発明の別の態様、目的および利点を図面、発
明の開示および請求の範囲を研究することから得ること
ができる。
【図１】ローダ機械またはホイール式ローダの前方部の
側面図である。
側面図である。
【図２】ローダ機械の電気油圧制御システムのブロック
線図である。
線図である。
【図３】オペレータコマンド信号および電気バルブ信号
に対する時間を表すグラフ図である。
に対する時間を表すグラフ図である。
【図４】投棄機能と関連したソフトウェアルックアップ
表の図である。
表の図である。
【図５】ラッキング機能と関連したソフトウェアルック
アップ表の図である。
アップ表の図である。
【図６】リフト機能に関連したソフトウェアルックアッ
プ表の図である。
プ表の図である。
【図７】下降機能に関連したソフトウェアルックアップ
表の図である。
表の図である。
【図８】完全なラック角制御に関連したソフトウェアル
ックアップ表を表す図である。
ックアップ表を表す図である。
１００ 作業具制御システム １０２ 作業具 １０６、１１４ 油圧シリンダ １０８ バケット １１０ ブーム １１２ ブームピボットピン １１６ ピボットピン ２０６ ジョイスティック ２１９ 制御レバー ２１６、２１８ シリンダ位置センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス ピー ディーツ アメリカ合衆国 イリノイ州 60565 ネ イパーヴィル ストーントン ドライヴ 516 (72)発明者 シンシア エム ガードナー アメリカ合衆国 イリノイ州 60543 オ ズウィーゴ クリークサイド コート 504 (72)発明者 ロバート イー ストーン アメリカ合衆国 イリノイ州 61548 メ タモーラ ヒッコリー ヒルズ ロード 1286
Claims (11)
- 【請求項１】 土工用機械に取り付けられたブームとバ
ケットを備え、該ブームが油圧リフトシリンダにより作
動されるリフトおよび下降機能と、前記バケットが油圧
ティルトシリンダによりピボット運動される投棄および
ラック機能とを含む複数の作業機能を有する、土工用機
械の作業具を制御しながら動かすための装置であって、 オペレータ制御式ジョイスティックと、 該ジョイスティックの位置を検出し、これに応じてオペ
レータコマンド信号を発するためのジョイスティック位
置検出手段と、 前記ブームの角度位置を検出し、これに応答してブーム
角信号を発信するためのブーム角検出手段と、 前記バケットの角度位置を検出し、これに応答してバケ
ット角信号を発信するためのバケット角検出手段と、 複数のブームおよびバケット角度位置に対応する複数の
値を含む、各作業機能のためのルックアップ表を記憶す
るためのメモリ手段と、 前記ブーム角、バケット角およびオペレータコマンド信
号を受信し、前記ブームおよびバケットの現在の角度位
置と、これに対応する作業機能とを判定し、該現在の作
業機能に基づいて前記オペレータコマンド信号を修正
し、該修正されたオペレータコマンド信号に応じて電気
バルブ信号を発信するための制御手段と、 該電気バルブ信号を受信し、該電気バルブ信号の大きさ
に応じて前記各油圧シリンダへの油圧流体の流れを制御
して与えるためのバルブ手段と、 が設けられている装置。 - 【請求項２】 前記制御手段は、前記ブームと前記バケ
ットの前記各角度位置に応じて前記各ルックアップ表か
ら値を選択し、該値に前記オペレータコマンド信号の前
記大きさを乗算し、これに応答して該積に等しい大きさ
を有する電気バルブ信号を発するための手段を含むこと
を特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記メモリ手段は、前記バケットの前記
ピボット運動を制御するために投棄およびラッキングル
ックアップ表を含んでおり、該各表は、前記ブームおよ
び前記バケットの前記角度位置に対応する複数のスケー
リング値を記憶することを特徴とする請求項２に記載の
装置。 - 【請求項４】 前記投棄ルックアップ表は、前記バケッ
トが所望の最高投棄角に達すると前記バケットのピボッ
ト運動を制限する複数のスケーリング値と、前記所望の
最高投棄角に達すると、前記バケットの前記ピボット動
作を停止させる複数のスケーリング値を含んでいること
を特徴とする請求項４に記載の装置。 - 【請求項５】 前記ラッキングルックアップ表は、前記
バケットが前記所望の最大投棄角からラックされると徐
々に大きくなる複数のスケーリング値と、オペレータが
前記所望の最高ラック角を越えて完全にラックされたバ
ケットに命令をしないようにする複数のスケーリング値
と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 前記メモリ手段は、前記リフト組立体の
前記作動を制御するためのリフトおよび下降ルックアッ
プ表を含み、該各ルックアップ表は、前記ブームの前記
角度位置に相当する複数のスケーリング値を記憶するこ
とを特徴とする請求項５に記載の装置。 - 【請求項７】 前記リフトルックアップ表は、前記ブー
ムが所望の最高角度変位に達すると、前記ブームの動作
を制限する複数のスケーリング値を含むことを特徴とす
る請求項６に記載の装置。 - 【請求項８】 前記下降ルックアップ表は、前記ブーム
が最高角度変位から低くなると徐々に大きくなる複数の
スケーリング値を含むことを特徴とする請求項７に記載
の装置。 - 【請求項９】 前記メモリ手段は、前記ブームおよび前
記バケットの前記角度位置に対応する複数の制限値を記
憶することを特徴とする請求項８に記載の装置。 - 【請求項１０】前記制御手段は、前記制限値を選択し、
該制限値を前記オペレータコマンド信号値と比較し、該
比較された２つの値の小さい方に等しい値で前記電気信
号を発信するための自動投棄手段を含むことを特徴とす
る請求項９に記載の装置。 - 【請求項１１】オペレータコントロール式ジョイスティ
ックの位置に応答して、ブームとバケットとを含む作業
具が取り付けられた土工用機械の作業具を制御しながら
動かすための方法であって、該作業具は、前記ブームが
油圧リフトシリンダにより作動されるリフトおよび下降
機能と、前記バケットが油圧ティルトシリンダによりピ
ボット運動される投棄およびラック機能を含む複数の作
業機能を含むようになっており、 前記ジョイスティックの位置を検出し、これに応答して
オペレータコマンド信号を発し、 前記ブームの角度位置を検出し、これに応じてブーム角
信号を発し、 前記バケットの角度位置を検出し、これに応じてバケッ
ト角信号を発し、 複数のブームおよびバケット角度位置に対応する複数の
値を含む、各作業機能ごとのルックアップ表を記憶し、 前記ブーム角、バケット角、およびオペレータコマンド
信号を受信し、前記ブームおよびバケットの現在の角度
位置とこれに対応する作業機能とを求め、前記現在の作
業機能に基づいて前記オペレータのコマンド信号を修正
し、該修正されたオペレータコマンド信号に応答して電
気バルブ信号を発し、 前記電気バルブ信号を受信し、該電気バルブ信号の大き
さに応答して、前記油圧流体の流れを前記各油圧シリン
ダに制御して送る、 段階からなる方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/871,087 US5875701A (en) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | Method and apparatus for controlling an implement of a work machine using linkage angles |
| US08/871087 | 1997-06-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1113087A true JPH1113087A (ja) | 1999-01-19 |
Family
ID=25356701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10159369A Pending JPH1113087A (ja) | 1997-06-09 | 1998-06-08 | リンケージ角を用いて作業機械の作業具を制御するための方法と装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5875701A (ja) |
| JP (1) | JPH1113087A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000282513A (ja) * | 1999-03-12 | 2000-10-10 | Caterpillar Inc | 作業機械の器具を制御する方法および装置 |
Families Citing this family (15)
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|---|---|---|---|---|
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| US6233511B1 (en) * | 1997-11-26 | 2001-05-15 | Case Corporation | Electronic control for a two-axis work implement |
| JP2000096601A (ja) * | 1998-09-25 | 2000-04-04 | Komatsu Ltd | 作業機の角度制御方法及びその制御装置 |
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| IT202300004662A1 (it) * | 2023-03-13 | 2024-09-13 | Cnh Ind Italia Spa | Veicolo da lavoro provvisto con un sistema di controllo migliorato |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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