WO1995018271A1

WO1995018271A1 - Controller for working machines

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Publication number: WO1995018271A1
Application number: PCT/JP1994/002186
Authority: WO
Inventors: Mamoru Tochizawa; Atsushi Nagira
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 1996-06-24
Also published as: DE69426890D1; JPH07180173A; US5903988A; EP0736634A1; EP0736634B1; JP3364303B2; KR960706596A; DE69426890T2; EP0736634A4

Description

明細書作業機械の制御装置技術分野

本発明は、作業機械の制御装置に関し、特に油圧ショベル等の建設機械のバケット刃先を所定の軌跡に沿つて移動させる制御装置に関する - 背景技術

油圧ショベルでは、パケットにより、いわゆる水平ならし作業等が行われる：こうした水平ならし作業等を行う場合には、自動的にバケツト刃先の移動を行え、しかも可能な限りバケツト刃先の移動範囲が広範であることが望ましい。そこで、従来より、油圧ショベルのバケツトの刃先の軌跡の移動を制御する装置が、種々特許出願されている。

たとえば特公昭 5 4— 3 7 4 0 6号公報には、直線堀削を自動的に行う装置が開示されており、この装置によれば手動運転の煩わしさは解消されるものの、ブ —ム、アーム等のいずれかの駆動軸がストロークエンドに達すると、自動運転を停止させるようにしたものであり、自動運転で行われるバケツト刃先の移動範囲が作業機のストローク量によって限定されてしまうという問題点がある- たとえば、図 9の矢印 Iに示すように押出し方向にバゲット 6が移動し、パケット 6刃先 6 bが位置 Bに達すると、第 2ブーム 4用の油圧シリンダ 8が伸張側のスト口 —クエンドに到達してしまい、この時点で自動停止となる。この場合、作業エリァは区間 C〜Bといった狭い範囲しか得られない。

また、特開昭 6 3— 6 5 5 0 7号公報には、パケット刃先の移動軌跡制御時における拘束条件をオペレータが入力し、この入力された拘束条件に応じて駆動軸を自動的に選択する技術が開示されている。

しかし、たとえ熟練したオペレータであったとしても、的確な拘束条件を入力できるとは限らず、制御が精度よく行われない場合がある- また、作業中に駆動軸がストロークェンドに達した場合には前述した公報記載のものと同様に、作業機が停止してしまい、そこから再動するには他の拘束条件を入力し直さなければならず作業の連続性がとぎれてしまう問題がある：

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、作業機のツールの移動を、幅広い範囲にわたって連続して制御でき、しかも所望の軌跡に沿って精度よく作業機のツールを移動させることができる制御装置を提供することを目的とするものである。発明の開示

そこで、この発明の主たる発明である第 1発明では、関節を介して回動自在に連結された 3以上のアームを有し、先端アームの先端に配設されたツールが所定の軌跡に沿つて移動するよう、前記 3以上のァ一ムの各制御軸を駆動制御するようにした作業機械の制御装置において、

前記 3以上の制御軸の中から 2つの制御軸の第 1の組合せを選択し、該選択した 2つの制御軸を駆動制御することによって前記ツールの移動軌跡のうちの第 1 の区間において前記ッ一ルの移動を行わせるとともに、前記選択された 2つの制御軸の第 1の組合せとは異なる 2つの制御軸の第 2の組合せを選択し、該選択した 2つの制御軸を駆動制御することによつて前記第 1の区間に連続する第 2の区間において前記ツールの移動を行わせるようにしている- また、この発明の主たる発明である第 2発明では、関節を介して回動自在に連結された 3以上のァームを有し、先端アームの先端に配設されたツールが所定の軌跡に沿つて移動し、かつ当該移動軌跡のうちの第 1の区間では前記 3以上のァームのうちの所定のアームの姿勢が一定の姿勢となるように、前記 3以上のァ一ムの各制御軸を駆動制御するようにした作業機械の制御装置において、

前記所定アームの制御軸を除いた各制御軸の中から 2つの制御軸の第 1の組合せを選択し、該選択した 2つの制御軸を駆動制御することによって前記第 1の区間において前記ッ—ルの移動を行わせ、かつ前記所定アーム制御軸を駆動制御することにより当該所定アームの姿勢を一定に保持するとともに、前記選択された 2つの制御軸の第 1の組合せとは異なる 2つの制御軸の第 2の組合せを選択し、該選択した 2つの制御軸を駆動制御することによつて前記第 1の区間に連続する第 2の区間において前記ツールの移動を行わせるようにしている。

上記第 1発明の構成によれば、図 6において押出堀削側に作業機が動く場合を想定すると、 3以上の制御軸 3 a、 4 a、 5 aの中から 2つの制御軸の第 1の組合せ 3 a、 4 aが選択され、該選択された 2つの制御軸 3 a、 4 aが駆動制御されることによってツール 6の移動軌跡のうちの第 1の区間 C ~Bにおいてツール 6の移動が行われる- そして、選択された 2つの制御軸の第 1の組合せ 3 a、 4 aとは異なる 2つの制御軸の第 2の組合せ 3 a、 5 aが選択され、該選択された 2つの制御軸 3 a、 5 aが駆動制御されることによって第 1の区間 C〜Bに連続する第 2の区間 B〜Aにおいてツール 6の移動が行われる- また、上記第 2発明の構成によれば、図 6において押出堀削側に作業機が動く場合を想定すると、所定アーム 5の制御軸 5 aを除いた各制御軸 3 a、 4 aの中から 2つの制御軸の第 1の組合せ 3 a、 4 aが選択され、該選択された 2つの制御軸 3 a、 4 aが駆動制御されることによって第 1の区間 C〜Bにおいてツール 6の移動が行われる。このとき、アーム 5の制御軸 5 aが図 1 1 ( b ) に示すように、 0 'から 0へ変化するよう駆動制御され、アーム 5の対地角度 53が一定に保持される。

そして、上記第 1の組合せ 3 a、 4 aとは異なる 2つの制御軸の第 2の組合せ 3 a、 5 aが選択され、該選択された 2つの制御軸 3 a、 5 aが駆動制御されることによって第 1の区間 C〜Bに連続する第 2の区間 B〜Aにおいてツール 6の移動が行われる。図面の簡単な説明

図 1は本発明に係る作業機械の制御装置の実施例の構成を示すプロック図である- 図 2は図 1に示す制御部の構成を示すプロック図である- 図 3は、図 1に示す制御装置で行われる処理の手順を示すフローチヤ一トである。

図 4は、図 1に示す制御装置が行う判断を説明するために使用したグラフである。図 5は、図 1に示す制御装置が行う演算を説明するために使用したグラフである。

図 6は実施例に適用される油圧ショベルの外観を示すとともに、作業機の姿勢が変化する様子を示す側面図である。

図 7は実施例に適用される油圧ショべルの外観を示すとともに、作業機の姿勢が変化する様子を示す側面図である。

図 8は実施例に適用される油圧ショべルの外観を示すとともに、作業機の姿勢が変化する様子を示す側面図である。

図 9は実施例に適用される油圧ショべルの外観を示すとともに、作業機の姿勢が変化する様子を示す側面図である。

図 1 0は実施例に適用される油圧ショベルの外観を示すとともに、作業機の姿勢が変化する様子を示す側面図である。

図 1 1の（a ) 、 ( b ) は、アームの対地角を一定にしない場合と対地角を一定にする場合の違いを比較して示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明に係る作業機械の制御装置の実施例について説明する。

図 6は実施例が適用される作業機械である油圧ショベル 1の外観を示すとともに、作業機の姿勢が変化する様子を示す図である。

そして、図 1は油圧ショベル 1に搭載される制御装置の構成を示すプロック図であり、図 2は図 1のうち制御部 3 0の構成をさらに詳細に示すブロック図である。

図 6に示すように油圧ショベル 1のレポフレーム 2には、関節（制御軸） 3 a を介して回動自在に第 1ブーム 3が配設されている。この第 1ブーム 3の先端には、関節 4 aを介して回動自在に第 2ブーム 4が配設され、さらに同様に関節 5 aを介してアーム 5が配設されている。アーム 5の先端には、関節 6 aを介してバケツト 6が回動自在に配設されている。第 1ブーム 3、第 2ブーム 4、アーム 5およびパケット 6の回転角はそれぞれ 0 1、 02、 03および 04で表されるものとし、第 1ブーム 3の回動支点 3 aと第 2ブーム 4の回動支点 4 aとの距離を L 1、第 2ブーム 4の回動支点 4 aとアーム 5の回動支点 5 aとの距離を L2、ァ一ム 5の回動支点 5 aとバケツト 6の回動支点 6 aとの距離を L3、バケツト 6の回動支点 6 aとバケツト刃先 6 bとの距離を L4とする- 第 1ブーム 3は油圧シリンダ 7によって、第 2ブーム 4は油圧シリンダ 8によつて、アーム 5は油圧シリンダ 9によって、そしてパケット 6は油圧シリンダ 1 0によってそれぞれ駆動される。このように各油圧シリンダが所要に駆動制御されることにより、バケツト刃先 6 bが C— B—Aのごとく押出堀削側に移動され、あるいは A→B→Cのごとく引込堀削側に移動される。また、パケット刃先 6 bの移動位置を 2次元座標系で表すべき、同図 6のように X— y座標系が定義されている。

油圧シリンダ 7、 8、 9および 1 0の各シリンダ室には、図 1に示すように油圧回路 3 1からの圧油が供給され、これにより各シリンダのロッドが伸張または縮退され、対応するブーム、アーム、パケットの姿勢が変化される。

操作レバー 2 1は、 X軸方向（図 6参照）におけるパケット刃先 6 bの移動速度 Vxを指示するレバ一であり、操作量に応じた大きさの速度 Vxを示す信号が出力される。同様に、操作レバー 2 2は、 y軸方向（図 6参照）におけるパケット刃先 6 bの移動速度 Vyを指示するレバーであり、操作量に応じた大きさの速度 V yを示す信号が出力される。これら速度信号 Vx、 Vyは速度ベクトル信号 Vに合成され、選択判断部 2 5に加えられる。

この実施例では 2つの操作レバーによりバゲット刃先 6 bの各軸の移動速度を各別に指示しているが、これに限定されることなく、ダイヤルによって指示するようにしてもよく、また移動速度の絶対値と方向を各別に指示してもよい。

また、予め移動速度を決めておき、ボタン操作によってパケット刃先 6 bの移動をスタートさせるようにしてもよい。

—方、バケツト対地角一定制御指示スィッチ 2 3は、後述するようにバケツト 6の対地角度を一定に保持するか否かを指示するスィッチであり、対地角一定制御「有」側にスィッチが操作された場合には、その旨の信号が上記選択判断部 2 5に加えられ、対地角一定制御「無」側にスィッチが操作された場合には、その旨の信号が上記選択判断部 2 5に加えられる..

作業モード選択部 2 4は、後述するように、油圧ショベル 1が行う複数の作業モードの中から、現在の状況に応じた所望の作業モ一ドを選択指示すべく設けられており、各作業モード M1〜M6の中から選択された作業モ—ドを示す信号が上記選択ノ判断部 2 5に入力される。

一方、上記各回動支点 3 a、 4 a、 5 aおよび 6 aには、第 1ブーム 3、第 2 ブーム 4、アーム 5およびパケット 6の回転角度を検出する回転センサ 1 1、 1 2、 1 3および 1 4が配設されている。これら回転センサ 1 1、 1 2、 1 3および 1 4としては、たとえばポテンショ、エンコーダ等の回転型のセンサを使用し、このセンサの出力から回転角度を直接検出するようにしてもよく、またシリンダのストローク量を検出するセンサを使用し、このセンサの出力から間接的に回転角度を検出するようにしてもよい。回転センサ 1 1、 1 2、 1 3および 1 4の出力は AZ D変換器 3 2を介して選択 Z判断部 2 5に入力されるとともに、通常制御演算部 2 8、遷移制御演算部 2 9に入力される。

選択判断部 2 5の対地角一定制御有無判断部 2 7は、後述するよう対地角一定制御を行うか否かを判断する。

選択/判断部 2 5の主制御軸選択部 2 6は、主制御軸、つまりパケット刃先 6 bを移動させるために使用される制御軸 3 a、 4 a、 5 a、 6 aを選択し、移動に関与しない制御軸を副制御軸として選択する。主制御軸および副制御軸については、後述するようにバケツト刃先 6 bが移動する全区間内において少なくとも 1回の切換えがなされる。

選択/判断部 2 5で選択、判断された結果は通常制御演算部 2 8および遷移制御演算部 2 9に出力される。

通常制御演算部 2 8は、制御軸の切換前および切換後における各制御軸の回転角速度、つまり第 1ブーム 3等の回転角速度 0 1 ·、 02 ·、 03 ·および 04 ·を演算するものであり、演算結果は制御部 3 0に出力される- なお、「 ·」は時間の 1階微分を表すものとする。

遷移制御演算部 2 9は、制御軸の切換えの遷移状態のときにおける第 1ブーム 3等の回転角速度 0 1 ·、 02 ·、 03 ·および 04 ·を演算するものであり、演算結果は制御部 3 0に出力される- 制御部 3 0は、図 2に示すように構成されており、第 1ブーム 3等の回転角速度 0 1 ·、 Θ 2 03 ·および 04 ·は座標変換部 3 3に入力され、対応する油圧シリンダ 7、 8、 9および 1 0のロッドの移動速度 u l ·、 ι 2 ·、 u3 · および u 4にそれぞれ変換される。一方、補償のためのセンサ、たとえば圧力センサ 3 4の出力が補償要素 3 5、 3 6、 3 7および 3 8に加えられ、これら補償要素 3 5、 3 6、 3 7および 3 8から補償量がそれぞれ出力される。補償要素 3 5、 3 6、 3 7および 3 8から出力された補償量はそれぞれ、制御安定性のために移動速度 u l '、 ιι2 ·、 u3 ·および u4に加えられて、これら移動速度と補償量との加算値を示す信号が電流演算部 3 9に加えられる。

電流演算部 3 9は、入力された各油圧シリンダに対応する加算信号に基づいて、各油圧シリンダに対応する油圧制御弁 4 0に対して制御信号を出力する- この結果、油圧制御弁 4 0は、加えられた制御信号に応じた弁位置に駆動され、該弁位置に応じた圧油が各油圧シリンダ 7、 8、 9および 1 0のシリンダ室に供給される。

この結果、各油圧シリンダ 7、 8、 9および 1 0のロッドは、制御部 3 0に入力された回転角速度 0 1 ·、 Θ 2 .、 03 ·および 04 ·をもって第 1ブーム 3、第 2ブーム 4、アーム 5およびパケット 6がそれぞれ回転されるように、伸張あるいは縮退される。

図 3は、'図 7の矢印に示すように油圧ショベル 1のバケツト刃先 6 bが A→B →Cと引込堀削側に移動する場合のバケツト刃先 6 bの移動軌跡の制御の処理手順を示すフローチヤ一トである。

以下、このフローチャートを併せ参照して説明する _s なお、簡単のために、パケット 6は動かさない場合について説明する。

すなわち、まず、主制御軸選択部 2 6では、入力された速度ベクトル Vに基づいて、現在のパケット刃先 6 bの移動方向が押出側、引込側のいずれであるかが判断される（ステップ 1 0 1 ) 。ここで、押出方向にパケット 6が移動していると判断された場合には、後述する押出側に応じた押出制御が実行される- そこで、現在、弓 I込方向にパケット 6が移動していると判断された場合には、主制御軸選択部 26は、入力された各回転角 01、 Θ2、 03、 04に基づいてバケット刃先 6 bの堀削開始位置である現在位置（x、 y) を演算し、この現在位置がバケツト刃先 6 bの移動軌跡 A〜Cのうち、主制御軸、副制御軸の切換え前後の区間である A〜B、 B~Cのうちのいずれの区間に属しているか否かを判断する。なお、上記主制御軸、副制御軸の切換え前後の区間である A〜B、 B~Cは予め設定されておかれるものとする。

また、上記パケット刃先 6 bの現在位置（x、 y) は、図 6から明かなように、以下の演算式によって求めることができる。

x = Lls i n 01 + L2s i n (01+02) +

L3s i n (Θ1+Θ2+Θ3) +L4s i n ( Θ 1+ Θ 2+ Θ 3+ Θ4)

… （1)

y = Llc o s 01 + L2c o s (Θ1+ Θ2) +

L3c o s (01+ Θ2+ 03) +L4c o s (Θ1+ 02+ Θ3+ Θ4)

… （2)

(ステップ 102) 。

ここで、オペレータとしては位置 Aをスタート地点にしてパケット刃先 6 bを引込側に操縦している場合であるので、バケツト 6は区間 A〜Bに属しているものと判断され、この結果、主制御軸選択部 26は、第 1ブーム 3 (3 a) 、ァーム 5 (5 a) を主制御軸に、第 2ブーム 4 (4 a) を副制御軸（角度固定）にすべきと選択、判断する。なお、こうした主制御軸、副制御軸の組合 ¾· 'は、区間に応じて予め設定されておかれる。よって、区間 B〜Cについても、主制御軸は第 1ブーム 3 (3 a) 、第 2ブーム 4 (4 a) に、副制御軸はアーム 5 (5 a) に、という具合に、区間 A〜Bにおける制御軸の組合せとは異なる組合せに設定されている。また、その組合せは、作業モードに応じて異なる組合せを設定しておくことができる。上述した区間 A~Bにおいて第 1ブーム 3 (3 a) 、アーム 5 (5 a) を主制御軸に、第 2ブーム 4 (4 a) を副制御軸にするという組合せは、たとえば「通常モード」 Mlが選択された場合の組合せとしておくことができるまた、区間 A~Bでは、「アーム対地角一定制御」は行わないものと、対地角一定制御有/無判断部 27は判断する- なお、こうした対地角一定制御の有無は、区間に応じて予め設定されておかれる。よって、区間 B~Cについては「ァ一ム対地角制御」を行うものと予め設定されている- また、対地角一定制御の有無は、作業モードに応じて設定しておくことができる- 上述した区間 A〜Bにおいて対地角一定制御を行わないとする判断は、たとえば「通常モード」 Mlが選択された場合の判断としておくことができる。ただし、パケット対地角一定制御指示スィッチ 23によってバケツト対地角一定制御が指示された場合では、当該区間 A〜Bであっても、パケット 6の制御軸 6 aが駆動され、図 6に示すようにバケット 6の対地角が区間 A〜Bにおいて一定となるように制御される（図 6の姿勢 E、 F参照）。

以上のようにして、主制御軸（副制御軸）の選択、対地角一定制御の有無の判断がなされると、区間 A〜 Bにおいてパケット 6を移動させるための各制御軸 3 a、 5 aの回転角速度 01 ·、 03 ·が以下のようにして、通常制御演算部 28で演算される。

すなわち、図 6の幾何学的関係から明かなように、アーム 5の対地角 53は、

63=Θ1+Θ2+ΘΒ ■■■ (3)

と表され、

パケット 6の対地角 54は、

54= 01+ Θ2+ Θ3+ ΘΑ ■■■ (4)

と表される。

いま、バケツト 04を動かさない場合なので、上記（3) 、（4) 式から明らかにアーム対地角 53が一定であれば、バケツト対地角 54も一定となる _c

そこで、上述した（1) 〜（3) 式を微分すると、 Θ4 - =0であるので、

となる- ここで、副制御軸第 2ブーム制御軸 4 aは角度固定、つまり 0 · 2=0であることから、上記（6) 式より、

b21x · + b22y · +b2353 · = 0

53 - =- (l/b23) (b21x · +b22y · ) ·'· (7)

という関係が成立する。ここで、バケツト刃先 6 bの移動速度 X ·、 y · は、設定された速度ベクトル Vx、 Vyであってもよいが、軌跡制御を高める場合には、現在値と速度べクトル Vが作る目標値との差を入力した方がより効果的である。いずれにせよ、パケット刃先 6 bの移動速度 X ·、 y 'が与えられると、上記（ 6) 、 (7) 式から各制御軸 3 a、 4 aおよび 5 aの回転角速度 01 ·、 Θ2 - ( =0) および 03 ·が演算される。こうして演算された回転角速度 01 ·、 Θ2 - ( =0) および 03 · は制御部 30に出力され、各油圧シリンダ 7、 9が駆動される。この結果、作業機の姿勢は姿勢から姿勢 Fへと変化され、パケット刃先 6 bが位置 Aから位置 Bへと移動される（ステップ 103) =

つぎに、主制御軸（副制御軸）の切換開始条件が成立しているか否かが、主制御軸選択部 26および対地角一定制御有ノ無判断部 27で判断される。

すなわち、図 10に示すように、上記第 1ブーム制御軸 3 a、アーム制御軸 5 aを主制御軸とする制御がそのまま続行され、バケツト刃先 6 bが位置 Bに到達してしまうものと仮定すると、当該位置 Bにおいてアーム 5用の油圧シリンダ 9 の伸び量が最大、つまりストロークエンドとなり、この状態のままで制御を続けることはもはや不可能となる。したがって、広い作業範囲にわたってパケット刃先 6 bを動かすには、主制御軸の切換えが必要になる。この実施例では、制御軸の切換えの制御（遷移制御）を、バケツト刃先 6bが位置 Bに到達する前、つまり油圧シリンダがスト口一クェンドに達する前において開始し、ストロークェンドに達した時点（直前）で終了させるようにしている。このように制御軸の切換えを、油圧シリンダがストロークェンドに達する直前で完了させることとしたのは、切換時のショックを緩和できるという利点があるからである。

もし、仮にアーム 5用の油圧シリンダ 9がストロークェンドに達した時点で、一瞬のうちに主制御軸を切り換えてしまうと、アーム 5の回転角速度が急に零になるとともに、引込方向に動いていたアーム 5が押出方向に動く速度をもっといつた速度の急変が生じてしまいショックが発生するとともに、軌跡の精度も悪化する。

そこで、この実施例では制御軸をいきなり切り換えるのではなく、シリンダストロークが残り少なくなつたら、所定の時期に切換開始とし、各制御軸の回転角速度を、切換前の回転角速度から徐々に切換後の回転角速度に連続的に変化させるように回転角速度の連続制御がなされる。この連続制御が行われている間も、バケツト刃先 6bの移動軌跡の制御は行なわれており、目標回転角速度と現在の回転角速度の偏差が生じた場合には、第 1ブーム 3、アーム 5は偏差をなくす方向に動かされ、軌跡の精度を保持しながらなめらかに切換えが実行される。こうして、アーム用の油圧シリンダ 9がほぼストロークエンドに達すると、切換が終了され、このあとは新たなに選択される主制御軸によってバケツト刃先 6bの移動の制御が継続して行われる。

図 4はアーム 5の回転角度 03とこのアーム 5用の油圧シリンダ 9の残りスト口 —ク量 mの関係を示している。

この関係より遷移制御を開始させる回転角度 03 (開始）および同制御を終了させる回転角度 03 (終了）を、たとえば以下のように予め設定しておくことができる。

残りストローク量 mが 5 (cm) のとき、 03 (終了） = 100°

残りストローク量 mが 15 (cm) のとき、 03 (開始） =80°

そこで、 03=03 (開始）になった時点で、遷移制御が開始され、やがて 03が大きくなり、 03=03 (終了）になった時点で切換終了となり、遷移制御状態から通常制御状態へと復帰される。上記 03 (開始）、 03 (終了）は予め設定しておいてもよいが、切換時の回転角速度が急変しないようにするためには、速度べクトル Vの大きさに応じて 03 (開始）を変えるようにしてもよい。たとえば、 vx>0. 5 (m/s) の場合、 03 (開始） =70°

0. 5≥vx>0. 3の場合、 03 (開始） =80°

0. 1≥νχ>0の場合、 03 (開始） =95°

といったように 03 (開始）を変化させることができる。以上のように、回転角度 03が θ 3 (開始）に達した時点で切換開始条件が成立したものと判断され、対地角一定制御有ノ無判断部 27は、区間 B〜Cについて' 設定されている「対地角一定制御有り」という条件を遷移制御演算部 29に、また主制御軸選択部 26は、区間 B〜Cについて設定されている主制御軸、副制御軸を遷移制御演算部 29に出力し（ステップ 105の判断 YES) 、手順をステップ 106に移行させる _c

すると、遷移制御演算部 29は、上記入力された「対地角一定制御有り」を示す条件に基づいて、制御軸切換後のアーム対地角の角速度 53 ·が零であるということを判断するとともに、切換後には第 2ブーム制御軸 4 aを駆動すべきことを判断する。そこで、図 5に示すように、制御軸切換前のアーム対地角の角速度 5 3· (区間（a) 参照）から、切換後の角速度 53· (=0) (区間（b) ) に、角速度を連続的に変化させるための関数 53= f (t) を作成する。この関数 f ( t ) は、単に一次関数によって切換後の角速度（=0) に収束させるのでもよいが、加速度についての連続性をも考慮した高次関数を用いることが望ましい。こうして関数 f ( t) が求められ、これにより定められる遷移制御区間（c) (図 5参照）におけるアーム対地角速度 53 · とバケツト刃先速度 X ·、 y ·を上記（6) 式に代入することにより、各制御軸 3 a、 4 a、 5 aの回転角速度 01 · 、 02 ·、 Θ3 -が演算される。

こうして演算された回転角速度 01 ·、 Θ2 ·および 03 ·は制御部 30に出力され、各油圧シリンダ 7、 8および 9が駆動される。この結果、アーム 5の制御軸 5 aの回転角速度は徐々に減速されるとともに、区間 B〜Cにおける主制御軸である第 1ブーム 3、第 2ブーム 4の各制御軸 3 a、 4 aが駆動されることによりパケット刃先 6bが位置 Bまで移動されることになる（ステップ 106) 。

つぎに、主制御軸（副制御軸）の切換終了条件、つまり 03= 03 (終了）が成立しているか否かが主制御軸選択部 26および対地角一定制御有/無判断部 27 において判断される（ステップ 107) 。

上記切換終了条件が成立した場合には、主制御軸選択部 26は、第 1ブーム 3 (3 a) 、第 2ブーム 4 (4 a) を主制御軸に、アーム 5 (5 a) を副制御軸（対地角度一定）にすべきと選択、判断し、これら主制御軸、副制御軸の組合せを通常制御演算部 2 8に出力するとともに、対地角一定制御有無判断部 2 7は、「対地角一定制御有り」という条件を通常制御演算部 2 8に出力する（ステップ' 1 0 7の判断 Y E S ) =

さて、区間 A〜B間においては、パケット刃先 6 bの軌跡精度を保つ上で、いずれの軸も対地角一定にする必要はないが、区間 B〜(：間では、パケット刃先 6 bの軌跡精度を保ち、なおかつ作業エリアを広げるために、アーム 5を対地角一定にすることが望ましい。なぜなら、図 1 1 ( a ) に示すように、副制御軸であるアーム 5の制御軸 5 aを角度 0固定とすると、バケット 6の背中によって刃先 6 bの軌跡をこわしてしまうおそれがあるからである。

なお、場合によっては、区間 B〜Cにおいても、対地角一定制御を行わない、つまり副制御軸であるアーム制御軸 5 aを対地角一定制御のために使用せずに、固定のままとする実施も可能である。

逆に、パケット 6を使っての転圧作業をしたい場合は、図 6に示すように区間 A〜B間においてもパケット対地角を一定にした方が望ましい。この場合は、前述したようにバケツト対地角一定制御指示スィッチ 2 3が「対地角一定制御有」に操作されることにより、バケツト 6が駆動され区間 A〜Bにおいてもバケツト対地角一定となり、全作業範囲 A〜Cにおいてバケツト対地角一定制御が行われることになる。

通常制御演算部 2 8では、入力された「対地角一定制御有り」という条件に基づいて、アーム対地角の角速度 53 ·が零であることを判断するとともに、区間 A 〜Bでは、駆動されていなかった第 2ブーム制御軸 4 aを主制御軸として駆動すべきことを判断する。よって、上記条件 53 · = 0と現在のバケツト刃先速度 X - 、 y ·を上記（6 ) 式に代入することにより、各制御軸 3 a、 4 aおよび 5 aの回転角速度 0 1 ·、 0 2 ·、 0 3 ·を演算する。

こうして演算された回転角速度 0 1 ·、 Θ 2 -および 0 3 ·は制御部 3 0に出力され、各油圧シリンダ 7、 8および 9が駆動される。この結果、副制御軸であるァ —ム 5の制御軸 5 aが駆動されることによってァ一ム対地角 δ 3が一定に保持されるとともに、区間 B〜Cにおける主制御軸である第 1ブーム 3、第 2ブーム 4の各制御軸 3 a、 4 aが駆動されることによってバケツト刃先 6 bが位置 Bから位置 Cまで移動され、作業機の姿勢は Fから Gへと変化される（ステップ 1 0 8 ) ：なお、パケット刃先 6 bが区間 B〜Cに属する位置から移動を開始した場合には（ステップ 1 0 2の判断「B〜C」）、上記ステップ 1 0 8の同様な処理が実行されることになる（ステップ 1 0 4 )

なお、この実施例では、制御軸の切換えを、油圧シリンダのストロークェンド近傍で行うようにしているが、必ずしもストロ一クェンド近傍に限定する必要はなく、作業内容に応じてストロークェンド近傍以外においても切換えを行うようにしてもよい。この場合、作業モード選択部 2 4で選択される作業モードごとに切換時期を対応させておくことができる。また、この実施例では、制御軸の切換え 1回としているが、 2回以上の切換えを行うようにしてもよい。この場合も、作業モード選択部 2 4で選択される作業モードごとに切換回数を対応させておくことができる。

また、主制御軸、副制御軸の組合せも上述したものに限定されることなく異なる組合せにすることも可能である。たとえば、第 2ブーム 4、アーム 5を主制御軸とするようにしてもよい。この場合も、作業モード選択部 2 4で選択される作業モードごとに組合せを対応させておくことができる。

さらに、対地角一定にすべき軸も上述したものに限定されることなく異なる軸にすることも可能である。たとえば、第 2ブーム 4の対地角を一定にするようにしてもよい。この場合も、作業モード選択部 2 4で選択される作業モードごとに対地角一定にすべき軸を対応させておくことができる- また、この実施例では、引込堀削側の制御についても説明したが、図 7においてバケツト刃先 6 bを位置 C→B→Aへと押出堀削側に移動させる制御についても同様にして、行うことができる。

図 8は、たとえば制御軸の切換えを 2回行う場合の作業機の姿勢変化の様子を示しており、同図 8にょうに区間 B〜Cから区間 C〜Dへ移行する際に、第 1ブーム 3、アーム 5を主制御軸に、第 2ブーム 4を副制御軸にする切換えが実行される。

また、実施例では、作業機として油圧ショベルを想定し、バケツト移動用の制御軸として第 1ブーム制御軸 3 a、第 2ブーム制御軸 4 a、アーム制御軸 5の 3 軸を具えたものを想定しているが、これに限定されることなく、所定の軌跡に沿つてツールを移動させる作業機械であれば任意のものに適用可能であり、また 4 軸以上の軸を具えたものであってもよい

たとえば、多関節によつて溶接ト一チを所定の軌跡に沿つて移動させる溶接作業用の多関節ロボットにも、本発明を同様にして適用することができる。産業上の利用可能性

以上説明したように本発明によれば、ツールの移動を、幅広い範囲にわたって連続して制御でき、しかも所望の軌跡に沿って精度よく移動させることができるようになる。この結果、作業の効率、作業の精度が飛躍的に向上する。

Claims

請求の範囲

1 . 関節を介して回動自在に連結された 3以上のアームを有し、先端アームの先端に配設されたツールが所定の軌跡に沿って移動するよう、前記 3以上のァームの各制御軸を駆動制御するようにした作業機械の制御装置において、

前記 3以上の制御軸の中から 2つの制御軸の第 1の組合せを選択し、該選択した 2つの制御軸を駆動制御することによって前記ツールの移動軌跡のうちの第 1 の区間にお t、て前記ツールの移動を行わせるとともに、前記選択された 2つの制御軸の第 1の組合せとは異なる 2つの制御軸の第 2の組合せを選択し、該選択した 2つの制御軸を駆動制御することによつて前記第 1の区間に連続する第 2の区間において前記ツールの移動を行わせる作業機械の制御装置。

2 . 関節を介して回動自在に連結された 3以上のアームを有し、先端アームの先端に配設されたッ一ルが所定の軌跡に沿つて移動し、かつ当該移動軌跡のうちの第 1の区間では前記 3以上のアームのうちの所定のアームの姿勢が一定の姿勢となるように、前記 3以上のァ一ムの各制御軸を駆動制御するようにした作業機械の制御装置において、

前記所定アームの制御軸を除いた各制御軸の中から 2つの制御軸の第 1の組合せを選択し、該選択した 2つの制御軸を駆動制御することによって前記第 1の区間において前記ツールの移動を行わせ、かつ前記所定アーム制御軸を駆動制御することにより当該所定アームの姿勢を一定に保持するとともに、前記選択された 2つの制御軸の第 1の組合せとは異なる 2つの制御軸の第 2の組合せを選択し、該選択した 2つの制御軸を駆動制御することによつて前記第 1の区間に連続する第 2の区間において前記ツールの移動を行わせる作業機械の制御装置。

3 . 前記第 1の組合せの 2つの制御軸の駆動制御から前記第 2の組合せの 2つの制御軸の駆動制御への切換えは、前記第 1の組合せの各制御軸のうちのいずれか一方の制御軸に対応するァームの回転角度が終点角度に到達した際に行う請求の範囲第 1項記載の作業機械の制御装置。

4 . 前記ツールの移動速度に基づいて、各アームの前記第 1の区間における第 1の回転速度をそれぞれ演算するとともに、各アームの前記第 2の区間における第 2の回転速度をそれぞれ演算し、

前記第 1の組合せの 2つの制御軸の駆動制御から前記第 2の組合せの 2つの制御軸の駆動制御への切換えを行う際に、各アームの回転速度を、前記第 1の回転速度から前記第 2の回転速度に連続的に変化させる連続制御を行う請求の範囲第 1項記載の作業機械の制御装置。

5 . 前記第 1の組合せの各制御軸のうちのいずれか一方の制御軸に対応するァームの回転角度が終点角度に到達する前の所定の開始角度に達した時点で、前記連続制御を開始し、当該アームの回転角度が終点角度に到達する前の所定の終了角度に達した時点で、前記連続制御を終了させるようにして、前記第 1の組合せの 2つの制御軸の駆動制御から前記第 2の組合せの 2つの制御軸の駆動制御への切換えを行うようにした請求の範囲第 4項記載の作業機械の制御装置-

6 . 前記ツールの移動速度を検出する移動速度検出手段を具え、該移動速度検出手段の検出速度が大きくなるほど、前記連続制御を行う時期を早めるようにした請求の範囲第 5項記載の作業機械の制御装置。

7 . 前記ツールの姿勢を一定の姿勢にする一定姿勢制御を指示する指示手段を具え、該指示手段により前記一定姿勢制御が指示された場合には、前記ツールが第 1の区間以外の区間を移動している場合であっても、強制的に前記一定姿勢制御を行わせる請求の範囲第 2項記載の作業機械の制御装置-

8 . 複数の作業モードを選択する作業モード選択手段を具え、該作業モード選択手段で選択された作業モードに応じて制御軸の前記第 1の組合せまたは前記第 2の組合せを選択するようにした請求の範囲第 1項記載の作業機械の制御装置。

9 . 複数の作業モードを選択する作業モード選択手段を具え、該作業モード選択手段で選択された作業モ一ドに応じて、姿勢を一定にすべき前記所定アームを選択するようにした請求の範囲第 2項記載の作業機械の制御装置。

1 0 . 第 1ブーム、第 2ブームおよびアームを関節を介して回動自在に連結し、前記アームの先端に配設されたバケツ卜の刃先が所定の軌跡に沿って移動するよう、前記第 1ブーム、第 2ブームおよびアームに対応する 3つの制御軸をそれぞれ駆動制御するようにした作業機械の制御装置において、

前記 3つの制御軸の中から 2つの制御軸の第 1の組合せを選択し、該選択した 2つの制御軸を駆動制御することによって前記バケッ卜刃先の移動軌跡のうちの第 1の区間において前記バケツト刃先の移動を行わせるとともに、前記選択さ ti た 2つの制御軸の第 1の組合せとは異なる 2つの制御軸の第 2の組合せを選択し、該選択した 2つの制御軸を駆動制御することによって前記第 1の区間に連続する第 2の区間において前記バケット刃先の移動を行わせるようにした作業機械の制御装置。

1 1 . 第 1ブーム、第 2ブームおよびアームを関節を介して回動自在に連結し、前記アームの先端に配設されたバケツ卜の刃先が所定の軌跡に沿って移動するよう、かつ当該移動軌跡のうちの第 1の区間では前記アームの対地角が一定の角度となるように、前記第 1ブーム、第 2ブームおよびアームに対応する 3つの制御軸をそれぞれ駆動制御するようにした作業機械の制御装置において、

前記アームの制御軸を駆動制御することによって前記アームの対地角を一定角度に保持しつつ、前記第 1ブーム、第 2ブームの各制御軸を駆動制御することによって前記バケツト刃先の移動軌跡のうちの第 1の区間において前記バケツト刃先の移動を行わせるとともに、前記アーム制御軸と前記第 1ブーム制御軸を駆動制御することによつて前記第 1の区間に連続する第 2の区間において前記バケット刃先の移動を行わせる作業機械の制御装置。

1 2 . 前記アームの対地角を一定角度に保持する前記第 1の区間では、前記バケットの制御軸の駆動をオフして前記バケツ卜の対地角を一定角度に保持するとともに、前記アーム制御軸によってバケツト刃先の移動が行われる前記第 2の区間では、前記バケツトの制御軸を駆動制御することによって前記バケツ卜の対地角を一定角度に保持するようにした請求の範囲第 1 1項記載の作業機械の制御装