JPS63217022A - 旋回掘削機の作業機姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は予め設定された作業機作動範囲より作業機が
逸脱しないよう制御する旋回掘削機の作業機姿勢制御装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来パワーショベルのような旋回掘削機には、バケット
を有する作業機が装備されていて、この作業機により掘
削作業が行なえるようになっている。また、上記のよう
な旋回掘削機で市街地のように作業範囲が限られた狭小
な作業現場で作業を行う場合、作業機が建造物などと干
渉しないように作業機を操縦する必要があり、作業機の
操縦に、熟練を要すると共に、気を使いながら作業を行
うため、運転者が早期に疲労して作業能率も悪い。かか
る不具合を改善するため、予め作業機の作動範囲を設定
し、この作業範囲外へ作業機が逸脱しないように制御す
る作業機の制御装置も、例えば特開昭５９−８８５４３
号公報などで提案される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし上記従来の制御装置では、第１３図で示すように
作業機イの旋回方向αの規制は行っているが、姿勢につ
いては同等制御を行っていないため、運転者は作業機の
前後方向及び上下方向の動きについては、相変らず注意
を払わなければならず、安全性が高いとは言えなかった
。

この発明は上記従来の不具合点を改善する目的でなされ
たものである。

【問題点を解決するための手段及び作用３足まわりに対
して旋回自在な上部旋回体にブーム、アーム及びバケッ
トよりなる作業機を設けたものにおいて、上記作業機の
もっとも外側に位置する複数点を特異点として、これら
特異点に特異点の位置を検出する作業機姿勢検出手段を
、また上部旋回体に旋回位置を検出する旋回位置検出手
段を設けて、これら検出手段が検出した位置情報をもと
に、作業開始時予め設定した作業範囲を上記作業機の特
異点が逸脱しないよう作業機の各部を制御することによ
り、作業機が周囲の障害物と干渉するのを防止するよう
にした旋回掘削機の作業姿勢制御装置。

〔実　施　例〕 この発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

図１において１は旋回掘削機で、履帯式足まわり２上に
上部旋回体３が旋回自在に設けられおり、この上部旋回
体の前部に作業機４が装着されている。

上記作業機４はブームシリンダ５により起伏自在なブー
ム６と、ブーム６の先端に設けられ、アームシリンダ７
により回動自在なアーム８と、アーム８先端に取付けれ
、バケットシリンダ９により回動自在なバケット１０と
よりなる。

上記作業機４の回動する点、例えば、１１ａ。

１１ｂ、ｌｌｃに検出器が設定されている。

また上記作業機４のもっとも外側に位置する検出端（以
下特異点という）は例えばブームシリンダ５の基端側枢
着部、ブームシリンダ５の先端とアーム８の枢着部、ア
ームシリンダ７の基端側枢着部、アームシリンダ７の先
端とチルトレバ１２先端の枢着部、リンク１３とバケッ
ト１０の枢着部及びバケット１０先端部の計６箇所で、
これら検出器１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃにより検出された
位置信号は第２図に示す姿勢演算手段１４へ入力されて
、作業機４の姿勢が演算され、その出力が作業範囲判定
手段１５へ人力される。

作業範囲判定手段１５には、作業現場の状況に応じて予
め作業範囲設定手段１６により作業範囲（第３図の枠で
囲んだ範囲で、Ｒは旋回半径水平距離、Ｈは高さ方向、
Ｄは深さ方向距離、αは作業機旋回角度を示す）が入力
されていて、作業範囲と現在の作業機の姿勢を比較し、
作業機４が作業範囲を逸脱しないよう流量設定手段１７
により作業機油圧回路に設けられた作業機制御弁１８が
制御されるようになっている。

なお第４図に作業機制御弁１８を電気制御弁とした場合
の制御系を、そして第５図に従来のスプール弁に流量を
制御するサーボポジショナなどの電気制御弁１９を追加
した制御系をそれぞれ示す。

何れの制御系を採用してもよいものである。

次に作用を第６図ないし第１０図に示すフローチャート
を混えながら説明すると、作業に当ってまず作業現場の
状況に応じて作業範囲の設定を範囲設定手段１６により
行う。

この作業範囲の設定は、作業機４の特異点が周囲の障害
物と干渉しない範囲で、旋回・半径水平距離、高さ方向
距離及び旋回角度などを設定する。

次に作業を開始すべく作業機操作レバ２０を操作すると
、フローはステップ■へ進んで各操作レバ２０の操作量
が指令値として制御装置２１へ出力される。

なおりＡはアーム操作指令、ＶＢＯはブーム操作指令、
ＶＢＵはバケット操作指令を示す。

次にステップ■へ進んで作業機４の特異点１１１ないし
１１６を検出する検出器１１ａ。

１１ｂ、ｌｌｃにより回動部の角度α、β、γ（δ）が
読込まれ、ステップ■へ進む。

ステップ■では検出器１１ａないし１１ｂ。

１１ｃより入力された位置信号により特異点１１、ない
し１１６の位置が計算される。

なお面持異点１１１ないし１１６の位置は予めメモリ３
０に記憶されているが、休止中自重による自然下降など
により旧位置がずれることがあるので、操作レバ２０よ
り指令値が入力しない場合でも、ステップ■及びステッ
プ■のフローは実行される。

ステップ■で特異点１１．ないし１１６が算出されると
ステップ■へ進んで指令値ＶＡ。

Ｖ［１０，ＶＢＬＩが参照される。そしてこれらがすべ
て−〇の場合は、ブーム６、アーム８及びバケット１０
を動かす必要がないことから、ステップ■へ進んで制御
装置２０より流量設定手段１７へ流量指令ＶＡ　Ｆ　＝
０．　ＶＢ　ＯＦ　−０゜ＶＢｔＪＦ”０が出力され、
作業機制御弁１８は制御されずフローは終了する。

一方指令値と計算値が一〇でない場合は作業機４の制御
が必要なことから、ステップ■へ進む。

また作業機４の制御は、高さ方向の制御と深さ制御及び
前方の制御に分けてこの順序で行なわれ、それぞれのフ
ローを第７図及び第８図に示す。

ステップ■では高さ方向制御が必要かを判定し、もし必
要がない場合は、ステップ■へ進んで、制御値ＶＡ　、
−ＶＡ、ＶＢＯ、−ＶＢＯ。

ｖ９　Ｕ　、−ＶＢＯとして、第７図に示す深さ制御フ
ローのへ進む。

ステップ■で高さ方向制御が必要な場合はステップ■へ
進んで、特異点１１１ないし１１６のもっとも高い点（
ＨＭ　Ａ　Ｘ　）をＨＭＡＸ−Ｍ　Ａ　Ｘ　Ｉ　１１１
〜１１６１から検出し、さらにステップ■へ進んでＨＭ
　Ａ　Ｘの作動方向（ＤＩＲ）を計算する。ＤＩＲの算
出は 旧位置−新たな指令位置で行ない、上方向−１、下方向
−一１としてステップ０へ進み、ＨＭＡＸが作業範囲の
高さ方向の範囲Ｈ内にあるかを、ＤＥＬＴＡ−Ｈ−ＨＭ
ＡＸより判定する。

そしてＤＥＬＴＡ＜０の場合は、範囲外としてステップ
■へ進んで作動方向（Ｄ　Ｉ　Ｒ）を判定する。

作動方向が上方の場合は範囲Ｈをさらに外れることにな
るため、ステップ＠へ進んで制御値ＶＡ　Ｆ　＝Ｏ，Ｖ
Ｂ　ＯＦ　＝０．　ＶＢ　ｖ　−０トシテ作業機の動作
を停止する。

一方作動方向（Ｄ　Ｉ　Ｒ）が下方の場合は、ＨＭＡＸ
が範囲外（く０）であるが作動方向（ＤＩＲ）が範囲内
方向であることから、ステップ■へ進んで制御値を指令
値（ＶＡ、−ＶＡ。

ＶＢＯ１−ＶＢＯ，ＶＢＵ　１−ＶＢＵ）として高さ方
向の制御を完了し、次の深さ制御フローのへ進む。

またステップ■で範囲内（≧）と判定されると、作業機
４を緩速停止させるためのサブルーチン２５へ進み、ス
テップ［株］で作動方向（ＤＩＲ）が上方（〉Ｏ）か下
方（くＯ）かが判定される。

作業機４を減速停止させるためのサブルーチン２５は、
予め記憶装置（ＲＯＭ）に記憶された第１０図に示す流
量と移動距離の関係を呼び出して実行するためのもので
、特異点１１．ないし１１６が作業範囲の限界より例え
ば１０００ｍｍ手前にあるまでは１００％の流量が作業
機制御弁２０に流れるよう設定されている。

そして特異点１１．ないし１１６が作業範囲の限界手前
１０００　ｍ＋ｓを越えると流量を漸減されて作業機４
を減速させ、限界手前１００　ｍｍで流量を５％まで減
少させて作業機４を減速停止させるもので、減速を開始
してから停止するまでの範囲をＬＳ、ＬＳ内のある点を
ＤＥＬＴＡ、そしてＤＥＬＴＡ点の流量をＶＬＩ間とす
る。

サブルーチン２５のステップ［株］では作動方向（Ｄ　
Ｉ　Ｒ）が上方か下方かを判断し、下方の場合はステッ
プ■へ進んでステップ■と同様制御値を指令値として次
の深さ制御フローの■へ進む。

作動方向（Ｄ　Ｉ　Ｒ）が上方の場合はステップ■へ進
んで、ＤＥＬＴＡとＬＳの比較を行い、ＤＥＬＴＡ≧Ｌ
Ｓの場合は、ステップ＠へ進んで制御値を指令値とし、
次の深さ制御フロー■へ進む。

またＤＥＬＴＡ＜ＬＳの場合はステップ■へ進んでＶＭ
　Ａ　Ｘ　−ＭＡＸ　（ＶＡ　、　ＶＢ　ｏ　。

ＶＢ　ｕ　）とし、ステップ０へ進んでＶＬＩＭとＶＭ
ＡＸを比較する。

そしてＶＬＩＭ≧ＶＭ　Ａ　Ｘの場合はステップΦへ進
んで制御値を指令値として次の深さ制御フローのへ進む
。ＶＬＩＭ＜ＶＭＡＸの場合は、ステップＯへ進んでＫ
　＝　”Ｌ　Ｉ　Ｍ−ＶＭＡＸ から定数Ｋを算出し、ステップΦへ進む。

そしてステ・ンプ０へ進んで指令値に定数Ｋを乗して制
御値を算出（ＶＡ　、−ＫＶＡ　。

ＶＢ０１″″ＫＶＢＯ，ＶＢＯ，−ＫＶＢυ）し次の深
さ制御値フローＡへ進む。

以上の制御により作業機４の高さ方向の制御値が完了す
ると、次は第７図に示す深さ方向の制御へ移行する。

深さ方向制御のフローのステップ■では、まず深さ方向
の制御を行うかを判定し、深さ方向の制御を行なわない
場合はステップ■へ進んで制御値を指令値としくＶＡ２
””ＶＡＴｖ９０２−ＶＢ　Ｏ、ｖＢＵ　２−ＶＢ　Ｕ
　）　、次の前方向の制御のフロー（第８図）の■へ進
む。

深さ方向の制御を行う場合は、ステップ■へ進んで深さ
の最小値（ＤＭＩＮ：地表面一〇とする）を特異点１１
１ないし１１６から検出する（ＤＭＩ　Ｎ−ＭＩＮＩＩ
ＩＩ〜ｌｌａ　ｌ）。

そしてステップ■へ進んで特異点１１１ないし１１６の
もっとも低い点（ＤＭＩＮ）点の作動方向（ＤＩＲ）を
計算する。この場合上方を−１、下方を特とする 特異点１１１ないしｌｌｓ（Ｄｗｔｓ）の作動方向（Ｄ
　Ｉ　Ｒ）を算出したらステップ■へ進んでＤＥＬＴＡ
−Ｈ間Ｉ　Ｎ　−Ｄの判定を行う。

すなわちもっとも低い特異点１１．ないし１１６（ＤＭ
ＩＮ）が深さ方向の範囲（Ｄ）内にあるかを判定する。

そして範囲内（≧０）にある場合は、上記減速停止サブ
ルーチン２５へ進んで、このサブルーチン２５を実行す
る。

そして減速停止サブルーチン２５が完了したら次の前方
方向制御フロー■へ進む。

またステップ■で範囲外（く０）と判定された場合は、
ステップ■へ進んで作動方向（ＤＩＲ＞が上方（＜）か
、下方（〉）かが判定される。

上方の場合は、現在特異点１１．ないし１１６（ＤＭＩ
Ｎ）は範囲外であるが、範囲内へ戻る方向なのでステッ
プ■へ進んで制御値を指令値としくＶＡ２−ＶＡ、ＶＢ
Ｏ２−ＶＢＯ。

Ｖｓｕ２＝ＶＢｕ）、次の前方方向制御フローの■へ進
む。

ステップ■で下方と判定された場合は、特異点１１１な
いし１１６　　（ＤＭＩＮ）がさらに外れる方向なので
ステップ■へ進んで制御流量ＶＡ　２　、ｖＢＯ２、ｖ
ＢＵ　２をソｈツレ−ｏ　トし、作業機４の動作を停止
することにより、作業機４が作業範囲外へ逸脱するのを
防止する。

一方作業機４の前方方向の制御は次のように行なわれる
。すなわち作業機４のもっとも前方に位置する特異点１
１．ないし１１６ （ＬＭＡＸ）が作業範囲Ｒを越える要因としては第１１
図に示すように作業機４の旋回中心からの距離を規制す
る場合（直角指令制御なし）と、第１２図に示すように
作業機４と壁面■までの距離を規制する場合（直角指令
制御あり）とがある。

直角指令制御なしの場合 ＤＥＬＴＡ−Ｒ−ＬＭＡＸ 直角指令制御ありの場合 Ｄ　Ｅ　Ｌ　Ｔ　Ａ　−Ｒ−Ｌ　ＭＡｘＣＯ８θ まず前方方向制御フロー（第８図）のステップ■で前方
方向の制御を行うかを判定し、行なわない場合はステッ
プ■へ進んで制御値を指令値としくＶＡ３−ＶＡ、ＶＢ
Ｏｓ−ＶＢＯ＋Ｖａｕｓ＝Ｖｓｕ）、第９図に示すフロ
ーのＣへ進む。

制御を行う場合はステップ■へ進んで ＬＭＡＸ　””ＭＭＡＸ　　１１１１〜ｌｌａ　　ｌと
し、ステップ■へ進む。

そしてステップ■でもつとも前方に位置する特異点１１
１ないしｌｌｅ　　（ＬＭＡＸ）点の作動方向（ＤＩＲ
）を計算し、作動方向が外方なら−１、内方なら−−１
としてステップ■へ進む。

ステップ■では直角指令制御無（第１１図）か、直角指
令制御有（第１２図）かを判定し、直角指令制御無の場
合はステップ■へ進んでＤＥＬＴＡ＝Ｒ−ＬＭＡＸによ
り特異点から作業範囲限界までの距離ＤＥＬＴＡを算出
し、制御有の場合はステップ■へ進んで によりＤＥＬＴＡを算出して、それぞれステップ■へ進
む。ステップ■ではＤＥＬＴＡが範囲内かを判定し、も
し範囲内（≧）の場合は第６図に示す減速サブルーチン
へ進んでこれを実行し、制御値ｖＡ３　、ＶＢ　Ｏ３、
ｖＢｕ　３を決定し次のフロー（第９図）のＣへ進む。

ＤＥＬＴＡが範囲外（く０）の場合は、ステップ■へ進
んで作動方向（ＤＩＲ）が内側（＜）か、外側（〉）か
を判定する。範囲外にあっても作動方向が内側の場合は
、範囲内へ戻る方向なのでステップ［株］へ進んで制御
値を指令値（ＶＡ２−ＶＡ、ＶＢＯ２−ＶＢＯ。

ＶＢ　Ｕ　２−ＶＢ　Ｕ　）として次のフローのＣへ進
む。

また作動範囲方向（Ｄ　Ｉ　Ｒ）が外側の場合は範囲よ
りさらに外れる方向なのでステップ０へ進んで制御流ｆ
ｌｉｌｔＶＡａ　＝Ｏ，ＶＢ　Ｏｓ　−０゜ＶＢｕｓ＝
ｏとして作業機４の動作を停止することにより、作業機
４が作業範囲を越えて前方の障害物と干渉するのを防止
する。

一方上記作用により得られた各制御値ＶＡＩ〜ｖＡ３．
ＶＢ０１〜ＶＢＯ３，ｖＢｕ１〜Ｖ９υ３は第９図に示
すフローのステップ■で制御値の中から、もっとも小さ
な値（Ｍ　Ｉ　Ｎ）が制御流量指令値ｖＡＦ　、　ＶＢ
　ＯＦ　、　ＶＢ　Ｕ　Ｐとされる。

すなわち ＶＡ　Ｆ−ＭＩＮ　Ｉ　ＶＡ　１〜ＶＡ　３　１ＶＢＯ
Ｆ−ＭＩＮＩＶＢｏ　１〜ＶＢＯｓ　　ｌＶＢＵＦ−Ｍ
ＩＮＩＶＢＵｌ　〜Ｖ８Ｕ３　１そしてステップ■でこ
れら制御流量指令値ＶＡ　Ｆ　、　ＶＢ　ＯＦ　、　Ｖ
Ｂ　Ｕ　Ｐが制御装置２１よリパルプコントローラ２２
を介して作業機制御弁１８へ出力され、作業機４の各ア
クチュエータ２３へ供給される流量が制御されて、この
流量により各アクチュエータ２３が動作されることによ
り、作業開始時設定した作業範囲内で作業機４を動かし
て掘削積込みなどの作業が行なえるようになる。

〔発明の効果〕

この発明は以上詳述したように作業開始時、作業現場の
状況に応じて作業範囲を設定することにより、作業中は
作業機がこの作業範囲を越えない範囲で動作が自動制御
されるため、運転者は作業機が周囲の障害物と干渉しな
いよう気使いながら作業機を操作する必要がないため、
作業が安全かつ能率よく行なえると共に、運転者の疲労
軽減も図れるようになる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図は旋回掘削機
の側面図、第２図は制御系のブロック図、第３図は作業
範囲を示す説明図、第４図及び第５図は作業機制御弁の
制御系を示す説明図、第６図ないし第１２図は作用を示
す説明図、第１３図は従来の説明図である。 ２は足まわり、３は上部旋回体、４は作業機、６はブー
ム、８はアーム、１０はバケット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 足まわり２に対して旋回自在な上部旋回体３にブーム６
   、アーム８及びバケット１０よりなる作業機４を設けた
   ものにおいて、上記作業機４のもっとも外側に位置する
   複数点を特異点として、これら特異点に特異点の位置を
   検出する作業機姿勢検出手段を、また上部旋回体３に旋
   回位置を検出する旋回位置検出手段を設けて、これら検
   出手段が検出した位置情報をもとに、作業開始時予め設
   定した作業範囲を上記作業機４の特異点が逸脱しないよ
   う作業機４の各部を制御することを特徴とする旋回掘削
   機の作業機姿勢制御装置。