JP2000336690A - 建設機械の領域制限掘削制御装置 - Google Patents
建設機械の領域制限掘削制御装置Info
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Abstract
フロント装置が制限領域の境界に近づく方向への動作速
度を極力減速させないようにし、制御中における掘削効
率の向上を図ること。 【解決手段】 フロント装置1Aが動き得る制限領域を
予め設定しておき、フロント装置1Aが制限領域の境界
Lに近づく方向へ移動する時は、バケットとアームを減
速させ、境界Lから離れる方向へ移動する時は、バケッ
トとアームを操作レバーの操作量に応じた速度とする。
また、掘削開始時に、境界Lとフロント装置1Aとなす
掘削角度θgがある一定角度になるまでの間、もしくは
ある一定の距離をフロント装置1Aが移動する間のみ、
バケットとアームを減速させるようにし、その後、操作
レバーの操作量に応じた速度に復帰するようにする。
Description
の建設機械の領域制限掘削制御装置に係り、特に、多関
節型のフロント装置の動き得る領域を制限した掘削が行
える領域制限掘削制御装置に関する。
は、ブームとアームおよびバケットなどの複数の可動部
材から構成される多関節型のフロント装置と、これら可
動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ
と、各油圧アクチュエータの作動を指令する複数の操作
レバーなどを備えており、フロント装置は運転室を有す
る旋回体に回動可能に連結されている。このような油圧
ショベルでは、各可動部材がそれぞれジョイントピンな
どの関節部によって回転可能に連結されているため、例
えば埋設配管上における深さ制限がある場合、オペレー
タは複数の可動部材を操作することにより、バケット先
端を制限範囲の上方で動かして掘削する必要があり、オ
ペレータに高度の技術と細心の注意が要求されることに
なる。
容易にするため、従来、特開平10−8492号公報に
記載されているように、制限領域設定手段を用いて任意
位置に制限領域を設定し、フロント装置がこの制限領域
の境界を越えて下方へ動作しないようにした制御した領
域制限掘削制御装置が提案されている。この従来提案で
は、フロント装置の一部、例えばバケットが制限領域の
境界に近づく方向へ操作された場合、バケットの当該境
界に向かう方向の動きのみを減速し、バケットが制限領
域の境界に達すると、バケットを境界に沿って動けるよ
うにしている。また、アーム操作信号を段階的に減少さ
せることのできる複数の調整ボタンを備えており、オペ
レータが各調整ボタンの1つを選択的に手動操作するこ
とにより、フロント装置の境界に近づく方向への減速比
率を調整できるようになっている。
掘削制御装置によれば、オペレータが所望の調整ボタン
を選択的に手動操作すると、その調整ボタンに応じてア
ーム操作信号が減少されるため、フロント装置の速度が
極端に大きかったり、制限領域の境界近傍で急激に操作
レバーを操作した場合でも、操作レバーからの予想動作
速度に対してアーム速度は緩やかとなり、バケットがフ
ロント装置にかかる慣性力によって制限領域の境界を越
えることを防止でき、領域を制限した掘削作業を能率良
く行うことができる。
来の領域制限掘削制御装置では、調整ボタンを操作して
アーム操作信号を所望の比率に減少させることにより、
アーム速度を操作レバーの予想動作速度に対して減速さ
せることができるが、バケットが制限領域の境界に近づ
くときに、常にアーム速度が調整ボタンによって決定さ
れた比率で減速されるため、本来、アーム速度を緩やか
にする必要がないときにも減速されてしまい、時間当り
の掘削率が低下するという問題があった。また、掘削を
開始する前に、オペレータが作業状況を考慮してアーム
操作信号の減少比率を決定し、その比率に応じて複数の
調整ボタンの中から1つを選択的に操作する必要がある
ため、操作上の煩わしさがあるという問題もあった。
におけるアームと境界とのなす掘削角度またはフロント
装置の任意部位の位置情報に応じて減速比率を算出し、
掘削を開始してから一定の間は、バケットがアームの慣
性によって境界を越えて動作しないようにするために、
アームを減速比率に応じた速度に減速制御することとす
る。このように構成すると、掘削開始時におけるアーム
操作信号が大きい場合、境界に近づく方向へ動かされる
アーム速度が減速比率に応じた速度に減速されるため、
バケットがアームの慣性によって境界を越えて動作する
ことを確実に防止でき、しかも、掘削を開始してから暫
くすると、アームはフロント装置と境界との相対距離に
応じた最適な速度で動くため、時間当りの掘削率の低下
や操作上の煩わしさを解消することができる。
掘削制御装置では、少なくともブームとアームおよびバ
ケットを含む複数の可動部材によって構成された多関節
型のフロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆
動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部
材の動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操
作手段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチ
ュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧
制御弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角
度検出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記
フロント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演
算手段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制
限するための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前
記操作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、
前記姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置
情報に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動
作しないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装
置において、前記操作手段の操作量を検出する操作量検
出手段と、前記アームの前記境界に対する移動方向を判
定する移動方向判定手段と、前記アームと前記境界との
なす掘削角度を演算する掘削角度演算手段と、この掘削
角度演算手段で求められた掘削開始時点の掘削角度に応
じて減速比率を算出する減速比率演算手段と、前記減速
比率に基づいてアーム速度を減速させる速度指令値を演
算する減速制御演算手段とを備え、掘削を開始して前記
アームが前記境界に対して近づく方向へ移動するとき、
前記操作手段からの操作信号によるアーム速度の推測値
が前記速度指令値よりも大きい場合に、該アームが掘削
開始時点の掘削角度から所定の掘削角度に達するまでの
間、前記速度指令値を前記信号減速手段に出力してアー
ム速度を減速させるように構成した。
削制御装置では、少なくともブームとアームおよびバケ
ットを含む複数の可動部材によって構成された多関節型
のフロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動
する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材
の動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作
手段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュ
エータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制
御弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度
検出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フ
ロント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算
手段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限
するための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記
操作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前
記姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情
報に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作
しないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置
において、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出
手段と、前記アームの前記境界に対する移動方向を判定
する移動方向判定手段と、前記アームと前記境界とのな
す掘削角度を演算する掘削角度演算手段と、この掘削角
度演算手段で求められた掘削開始時点の掘削角度に応じ
て減速比率を算出する減速比率演算手段と、前記減速比
率に基づいてアーム速度を減速させる速度指令値を演算
する減速制御演算手段とを備え、掘削を開始して前記ア
ームが前記境界に対して近づく方向へ移動するとき、前
記操作手段からの操作信号によるアーム速度の推測値が
前記速度指令値よりも大きい場合に、掘削を開始してか
ら所定の時間が経過するまでの間、前記速度指令値を前
記信号減速手段に出力してアーム速度を減速させるよう
に構成した。
削制御装置では、少なくともブームとアームおよびバケ
ットを含む複数の可動部材によって構成された多関節型
のフロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動
する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材
の動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作
手段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュ
エータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制
御弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度
検出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フ
ロント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算
手段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限
するための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記
操作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前
記姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情
報に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作
しないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置
において、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出
手段と、前記アームの前記境界に対する移動方向を判定
する移動方向判定手段と、前記姿勢演算手段で求められ
た前記フロント装置の掘削開始時点の位置情報に応じて
減速比率を算出する減速比率演算手段と、前記減速比率
に基づいてアーム速度を減速させる速度指令値を演算す
る減速制御演算手段とを備え、掘削を開始して前記アー
ムが前記境界に対して近づく方向へ移動するとき、前記
操作手段からの操作信号によるアーム速度の推測値が前
記速度指令値よりも大きい場合に、掘削開始時点におけ
る前記フロント装置の任意部位が所定の位置に達するま
での間、前記速度指令値を前記信号減速手段に出力して
アーム速度を減速させるように構成した。
削制御装置では、少なくともブームとアームおよびバケ
ットを含む複数の可動部材によって構成された多関節型
のフロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動
する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材
の動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作
手段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュ
エータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制
御弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度
検出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フ
ロント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算
手段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限
するための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記
操作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前
記姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情
報に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作
しないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置
において、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出
手段と、前記アームの前記境界に対する移動方向を判定
する移動方向判定手段と、前記姿勢演算手段で求められ
た前記フロント装置の掘削開始時点の位置情報に応じて
減速比率を算出する減速比率演算手段と、前記減速比率
に基づいてアーム速度を減速させる速度指令値を演算す
る減速制御演算手段とを備え、掘削を開始して前記アー
ムが前記境界に対して近づく方向へ移動するとき、前記
操作手段からの操作信号によるアーム速度の推測値が前
記速度指令値よりも大きい場合に、掘削を開始してから
所定の時間が経過するまでの間、前記速度指令値を前記
信号減速手段に出力してアーム速度を減速させるように
構成した。
けるアーム操作信号が大きい場合、境界に近づく方向へ
動かされるアーム速度が減速比率に応じた速度に減速さ
れるため、バケットがアームの慣性によって境界を越え
て動作することを確実に防止でき、しかも、掘削を開始
してから暫くすると、アームはフロント装置と境界との
相対距離に応じた最適な速度で動くため、時間当りの掘
削率の低下や操作上の煩わしさを解消することができ
る。
圧油の油温に応じて変更できるようにすると、油温変化
に起因するアクチュエータの動作速度のバラツキを低減
し、掘削精度を高めることができる。
図1は本発明が適用される油圧ショベルの側面図、図2
は該油圧ショベルの平面図、図3は油圧駆動装置の回路
図、図4は第1実施例に係る制御ユニットの制御機能を
示すブロック図、図5は領域制限掘削制御における制限
領域の設定方法を示す説明図、図6は図3の制御ユニッ
トで用いられる減速比率のテーブルを示す説明図であ
る。
3fおよび右走行モータ3gによって駆動する走行体、
1eは運転室3hを有し走行体1fの上部に配置され、
旋回モータ3eによって駆動される旋回体であり、これ
ら走行体1fおよび旋回体1eにより油圧ショベルの本
体1Bが構成されている。1aは運転室3hの右側の旋
回体1eに連結され上下方向に回動可能なロアブーム、
1dはロアブーム1aの先端に装着され左右方向に回動
可能なアッパブーム、1bはアッパブーム1dの先端に
装着され上下方向に回動可能なアーム、1cはアーム1
bの先端に装着され上下方向に回動可能なバケットであ
り、両ブーム1a,1dとアーム1bおよびバケット1
cはそれぞれ関節形可動部材であり、これら複数の可動
部材によりフロント装置1Aが構成されている。3aは
ロアブーム1aを駆動するブームシリンダ、3bはアー
ム1bを駆動するアームシリンダ、3cはバケット1を
駆動するバケットシリンダ、3dはアッパブーム1dを
駆動するオフセットシリンダであり、このオフセットシ
リンダ3dによりアーム1bとバケット1cをロアブー
ム1aに対して横方向に平行移動する。6aはロアブー
ム1aの支点部に設けられたブーム角度センサであり、
旋回体1eとロアブーム1aとの相対角度を検出する。
6bはアーム1bの支点部に設けられたアーム角度セン
サであり、アッパブーム1dとアーム1bとの相対角度
を検出する。6cはアーム1bとバケット1cの支点部
に設けられたバケット角度センサであり、アーム1bと
バケット1cとの相対角度を検出する。
ロットポンプ、9aはブーム用操作レバー、9bはアー
ム用操作レバー、9cはバケット用操作レバー、9dは
オフセット用操作レバーであり、これらの操作レバー9
a〜9dは運転室3h内に配置され、操作レバー9a〜
9dにより各シリンダ3a〜3dの作動を指令する。1
0aはブーム用流量制御弁、10bはアーム用流量制御
弁、10cはバケット用流量制御弁、10dはオフセッ
ト用流量制御弁である。ブーム用操作レバー9aとブー
ム用流量制御弁10aの油圧駆動部50a,50bとは
それぞれパイロット配管40a,40bで接続されてお
り、オペレータがブーム用操作レバー9aを操作するこ
とにより、その操作量と操作方向に応じたパイロット圧
がパイロット配管40a,40bのいずれか一方を介し
てブーム用流量制御弁10aの油圧駆動部50a,50
bのいずれか一方に供給され、ブームシリンダ3aが制
御される。同様に、アーム用操作レバー9bとアーム用
流量制御弁1bの油圧駆動部51a,51bとはそれぞ
れパイロット配管41a,41bで接続され、バケット
用操作レバー9cとバケット用流量制御弁10cの油圧
駆動部52a,52bとはそれぞれパイロット配管42
a,42bで接続され、オフセット用操作レバー9dと
オフセット用流量制御弁10dの油圧駆動部53a,5
3bとはそれぞれパイロット配管43a,43bで接続
されており、オペレータがアーム用操作レバー9bとバ
ケット用操作レバー9cおよびオフセット用操作レバー
9dをそれぞれ操作することにより、その操作量と操作
方向に応じたパイロット圧が流量制御弁10b,10
c,10dに供給され、その結果、各シリンダ3b,3
c,3dがそれぞれ制御される。
0a,40bにはそれぞれ電磁比例弁11a,11bが
設けられ、同様に、アーム用パイロット配管41a,4
1bにはそれぞれ電磁比例弁12a,12bが設けられ
ている。これら電磁比例弁11a,11b,12a,1
2bは、制御ユニット7から出力される電気信号(制御
値)に応じてそれぞれのパイロット配管内のパイロット
圧を減圧し、それによってロアブーム1aとアーム1b
の動作速度がそれぞれ操作レバー9a,9bの操作量に
よる速度推測値に対して減速される。さらに、電磁比例
弁11aの一次ポート側のパイロット配管40aには圧
力センサ60が設けられ、この圧力センサ60はブーム
用操作レバー9aの操作量としてパイロット配管40a
の圧力を検出する。一方、電磁比例弁12a,12bの
一次ポート側のパイロット配管41a,41bにはそれ
ぞれ圧力センサ61a,61bが設けられ、電磁比例弁
12a,12bの二次ポート側のパイロット配管41
a,41bにはそれぞれ圧力センサ61c,61dが設
けられている。圧力センサ61a,61bはそれぞれア
ーム用操作レバー9bの操作量としてパイロット配管4
1a,41bの圧力を検出し、圧力センサ61c,61
dはそれぞれ電磁比例弁12a,12bからアーム用流
量制御弁10bの油圧駆動部51a,51bに与えられ
るパイロット圧を検出する。また、アーム用パイロット
配管41bには油温検出器62が設けられ、この油温検
出器62は各シリンダ3a〜3dに供給される圧油の油
温を検出する。
cと各圧力センサ60,61a,61b,61c,61
dおよび油温検出器62の検出信号を入力すると共に、
領域設定装置13aと制御開始スイッチ13bの指示信
号を入力し、各パイロット配管40a,40b,41
a,41b内のパイロット圧を減圧するための電気信号
を電磁比例弁11a,11b,12a,12bに出力す
る。領域設定装置13aは予め作業に応じてフロント装
置1Aの所定部位、例えばバケット1cの先端が動作可
能な掘削可能領域を掘削制限領域として指示し、制御開
始スイッチ13bは領域制限掘削制御の開始を指示する
ものであり、これら領域設定装置13aと制御開始スイ
ッチ13bは運転室3h内の操作パネルあるいはグリッ
プ上に設置された設定器13に配置されている。
は、フロント姿勢演算部7a、領域設定演算部7b、掘
削角演算部7c、速度比率演算部7d、基準速度記憶部
7e、減速制御演算部7f、アーム用バルブ指令演算部
7g、アームシリンダ速度の演算部7h、アームによる
バケット先端速度の演算部7i、バケット先端速度の制
限値演算部7j、ブームによるバケット先端速度の制限
値演算部7k、ブームシリンダ速度の制限値演算部7
l、ブームパイロット圧の制限値演算部7m、領域制限
制御の切換演算部7n、比較演算部7o、ブーム用バル
ブ指令演算部7pとから構成されている。フロント姿勢
演算部7aでは、角度センサ6a〜6cで検出したロア
ブーム1aとアーム1bおよびバケット1cの回転角に
基づいて、フロント装置1Aの所定部位における位置座
標を演算する。その一例を図5により説明すると、この
例はフロント装置1Aのバケット1c先端P1の位置を
計算する場合のものである。
はフロント装置1Aの各可動部材の寸法が記憶されてお
り、フロント姿勢演算部7aではこれらのデータと、各
角度センサ6a〜6cで検出した回動角α,β,γの各
値を用いてバケット先端P1の位置を計算する。このと
きP1の位置は、例えばロアブーム1aの回動支点を原
点とするXY座標系の座標値(X,Y)として求める。
XY座標系は本体1Bに固定した垂直面内にある直交座
標系である。ロアブーム1aの回動支点からアーム1b
の回動支点までの距離をL1、アーム1bの回動支点か
らバケット1cの回動支点までの距離をL2、バケット
1cの回動支点からバケット1c先端までの距離をL3
とすれば、回動角α,β,γからXYの座標値は(X,
Y)は、下記の式より求まる。 X=L1・sinα+L2・sin(α+β)+L3・s
in(α+β+γ) Y=L1・cosα+L2・cos(α+β)+L3・c
os(α+β+γ) 領域設定演算部7bでは、領域設定装置13aが操作さ
れると、その操作信号に基づいて掘削可能な掘削制限領
域の境界Lを設定する。領域設定装置13aは例えばプ
ッシュスイッチであり、フロント装置1Aを所定の姿勢
にした状態で領域設定装置13aをオン動作することに
より、現在あるフロント装置1Aの所定部位を掘削制限
領域の境界Lとして設定することができる。また、領域
設定装置13aとしてテンキーやロータリエンコーダな
どの数値入力装置を用いることも可能であり、この場合
は、掘削制限領域の境界Lをフロント装置1Aの絶対位
置から数値入力すれば良い。
とアーム1bの回動中心とを結ぶ線分が掘削制限領域の
境界Lと交差する掘削角度θgを求める。θgは各角度
センサ6a〜6cで検出した回動角α,β,γの各値を
用いて下記の式で求める。 θg=α+β+γ 速度比率演算部7dでは、掘削角演算部7cで求められ
た掘削角度θgと油温度検出器62aの検出信号とを入
力し、図6のテーブルに従って速度比率を演算する。例
えば、掘削角度θgが30度で油温が15°Cの場合、
速度比率を60%として求め、掘削角度θgが70度で
油温が−13°Cの場合、速度比率を90%として求め
る。基準速度記憶部7eには基準速度が不揮発性メモリ
に記憶されており、本実施例の場合、アーム1bが動作
可能な最大速度が基準速度として記憶されている。
a,61bの検出信号からアーム用操作レバー9bの操
作量を入力し、制御開始スイッチ13bが操作(オン)
されると、アーム用操作レバー9bの操作量が0状態か
らプラス方向に変化した時に掘削作業を開始したと判断
し、この掘削開始時におけるアーム1bへの速度指令値
を下記の式で計算する。 速度指令値=基準速度×速度比率 そして、減速制御演算部7fで上記の速度指令値とアー
ム用操作レバー9bの操作量によるアーム速度の推測値
とを比較し、両者のうち小さい方を制御値として選択す
る。ここで、上記速度指令値がアーム用操作レバー9b
の操作量によるアーム速度の推測値よりも小さい場合
は、掘削開始時点における掘削角度θgが所定角度(例
えば20度)だけ大きくなるまでの間、掘削開始時の速
度指令値を制御値としてアーム用バルブ指令演算部7g
に出力し、掘削開始時点における掘削角度θgが所定角
度に達すると、アーム用操作レバー9bの操作量による
アーム速度の推測値を制御値としてアーム用バルブ指令
演算部7gに出力する。これに対し、アーム用操作レバ
ー9bの操作量によるアーム速度の推測値が上記速度指
令値よりも小さい場合は、その推測値をそのまま制御値
としてアーム用バルブ指令演算部7gに出力する。アー
ム用バルブ指令演算部7gでは、減速速度演算部7fか
ら出力される制御値に応じて電磁比例弁12a,12b
を制御し、アーム用パイロット配管41a,41b内の
パイロット圧を減圧する。
力センサ61c,61dで検出したアーム用流量制御弁
10bへの指令値(パイロット圧)と、アーム用流量制
御弁10bの流量特性により、制御用のアームシリンダ
速度を演算する。アームによるバケット先端速度の演算
部7iでは、アームシリンダ速度とフロント姿勢演算部
7aで求めたフロント装置1Aの位置情報に基づいて、
アームによるバケット先端速度を演算する。
は、領域設定演算部7bに設定された境界Lと演算部7
iで求めたアームによるバケット先端速度とに基づい
て、バケット先端速度の境界Lに垂直な成分の制限値を
演算する。ブームによるバケット先端速度の制限値演算
部7kでは、バケット先端速度の制限値演算部7jで求
めたバケット先端速度の境界Lに垂直な成分の制限値に
基づいて、ロアブームによるバケット先端速度の境界L
に垂直な成分の制限値を演算する。ブームシリンダ速度
の制限値演算部7lでは、ロアブームによるバケット先
端速度の境界Lに垂直な成分の制限値とフロント装置1
Aの位置情報とに基づいて、ブームシリンダ速度の制限
値を演算する。ブームパイロット圧の制限値演算部7m
では、ブーム用流量制御弁10aの流量特性に基づい
て、演算部7lで求めたブームシリンダ速度の制限値に
対応するブームパイロット圧の制限値を演算する。
開始スイッチ13bが操作(オン)されて領域制限掘削
制御の開始が指示されている場合は、ブームパイロット
圧の制限値として演算部7mで計算した値をそのまま比
較演算部7oに出力し、制御開始スイッチ13bが操作
されずに領域制限掘削制御の開始が指示されていない場
合は、ブームパイロット圧の制限値として最大値を比較
演算部7oに出力する。比較演算部7oでは、圧力セン
サ60の検出信号からブーム用操作レバー9aの上げ方
向の操作量を入力し、制御開始スイッチ13bがオンさ
れると、演算部7nで求められた制限値が正の場合に、
該制限値とブーム用操作レバー9aの操作量による推測
値とを比較し、大きい方の値を選択する。
演算部7oからパイロット圧の制限値を入力したとき、
この値が負の場合には、ブーム下げ側の電磁比例弁11
bに制限値に対応する電圧を出力し、ブーム用流量制御
弁10aの油圧駆動部50bのパイロット圧を当該制限
値に制限し、ブーム上げ側の電磁比例弁11aには0の
電圧を出力する。また、制限値が正の場合には、ブーム
上げ側の電磁比例弁11aに制限値に対応する電圧を出
力し、ブーム用流量制御弁10aの油圧駆動部50aの
パイロット圧を当該制限値に制限し、ブーム下げ側の電
磁比例弁11bには0の電圧を出力する。一方、比較演
算部7oからブーム用操作レバー9aの操作量による推
測値を入力すると、ブーム用バルブ指令演算部7pで
は、ブーム上げ側の電磁比例弁11aに推測値に対応す
る電圧を出力し、ブーム用流量制御弁10aの油圧駆動
部50aのパイロット圧を当該推測値に制限し、ブーム
下げ側の電磁比例弁11bには0の電圧を出力する。
置において、フロント装置1Aの姿勢が例えば図5に示
す状態から掘削作業を開始する場合、アーム1bは必ず
掘削制限領域の境界Lに近づく方向へ動かされるが、掘
削開始時点におけるアーム1bの掘削角度θgと圧油の
油温から速度比率を演算し、この速度比率に基づいて算
出された速度指令値が制御値としてアーム用バルブ指令
演算部7gに出力されるため、アーム用操作レバー9b
の操作量によるアーム速度に対してアーム1bの動きを
減速させることができる。したがって、掘削開始時にお
けるアーム操作信号が大きい場合でも、アーム1bの境
界Lに近づく方向への動きを減速させることができ、し
かも、上記速度比率は掘削開始時点におけるアーム1b
の掘削角度θgに基づいて算出されるため、掘削開始時
点におけるフロント装置1Aの姿勢に応じてアーム1b
の減速の度合を変えることができ、アーム1bの自重に
よる慣性でバケット1cが境界Lの下に潜り込むことを
確実に防止できる。また、掘削開始時点における掘削角
度θgが所定角度に達すると、アーム用操作レバー9b
の操作量によるアーム速度の推測値を制御値としてアー
ム用バルブ指令演算部7gに出力するため、慣性による
影響が少なくなったにも拘らず、アーム1bが不必要に
減速されてしまうことを防止でき、時間当りの掘削率の
低下や操作上の煩わしさを解消することができる。
姿勢がアーム1bを本体1B側に引いたクラウド状態に
あり、このクラウド状態からアーム1bの押し(ダン
プ)操作が行われると、アーム1bとバケット1cは本
体1B側から掘削制限領域の境界Lに向かって近づく方
向へ動かされるが、この場合も上記と同様の動作が実行
される。例えば、掘削開始時点におけるアーム1bの掘
削角度θgが130度で油温が20°Cの場合、図6の
テーブルから速度比率を60%として求め、この速度比
率に基づいて算出された速度指令値が制御値としてアー
ム用バルブ指令演算部7gに出力される。したがって、
掘削開始時におけるアーム1bの動きがダンプ方向で、
そのアーム操作信号が大きい場合でも、アーム1bの境
界Lに近づく方向への動きを適切に減速させることがで
き、アーム1bの自重による慣性でバケット1cが境界
Lの下に潜り込むことを確実に防止できる。
姿勢演算部7aが姿勢演算手段を、領域設定装置13a
が制限領域設定手段を、アーム用バルブ指令演算部7g
が信号減速手段を、圧力センサ61a,61bが操作量
検出手段を、掘削角演算部7cと圧力センサ61a,6
1bが移動方向判定手段を、掘削角演算部7cが掘削角
度演算手段を、速度比率演算部7dが減速比率演算手段
を、減速制御演算部7fが減速制御演算手段をそれぞれ
構成している。
のアーム1bの掘削角度θgが所定の掘削角度だけ変化
するまでの間、速度指令値をアーム用バルブ指令演算部
7gに出力してアーム速度を減速させる場合について説
明したが、アーム1bが掘削開始時点の掘削角度θgか
ら所定の時間経過するまでの間、速度指令値をアーム用
バルブ指令演算部7gに出力してアーム速度を減速させ
ても良く、あるいは、掘削開始後のアーム1bの掘削角
度θgを逐次求め、その掘削角度θgが所定の角度(例
えば90度)になるまでの間、速度指令値をアーム用バ
ルブ指令演算部7gに出力してアーム速度を減速させて
も良い。
御機能を示すブロック図、図8は該制御ユニットで用い
られる減速比率のテーブルを示す説明図である。
違する点は、掘削開始時点の掘削角度θgに基づいて速
度比率を演算する代わりに、掘削開始時点のフロント装
置1Aの任意部位における距離に基づいて速度比率を演
算することにあり、それ以外は基本的に同様である。す
なわち、距離演算部7qでは、例えばブーム1aの回動
支点を原点とするX座標の距離として、掘削開始時点に
おけるフロント装置1Aの任意部位、例えばバケット1
c先端位置の距離を求め、速度比率演算部7rでは、距
離演算部7qで求められた距離(m)と油温度検出器6
2aの検出信号とを入力し、図8のテーブルに従って速
度比率を演算する。
値をアーム用バルブ指令演算部7gに出力してアーム速
度を減速させるのは、第1実施例と同様に、掘削開始時
点のフロント装置1Aの任意部位における距離が所定距
離だけ変化するまでの間、または所定の時間経過するま
での間、あるいは所定距離になるまでの間のいずれかを
採用することができる。
温の変化を考慮して速度比率を算出する場合について説
明したが、掘削精度は多少低下するが、掘削開始時点の
掘削角度θgまたは距離(m)のみから速度比率を算出
することも可能である。
説明を容易にするためにブーム角α,アーム角β,バケ
ット角γのみを掘削角度またはフロント装置1Aの任意
部位における位置演算の対象としたが、オフセット角を
検出するオフセット角度センサを追加し、このオフセッ
ト角を上記演算に用いても良い。
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
い場合、境界に近づく方向へ動かされるアーム速度が減
速比率に応じた速度に減速されるため、バケットがアー
ムの慣性によって境界を越えて動作することを確実に防
止でき、しかも、掘削を開始してから暫くすると、アー
ムはフロント装置と境界との相対距離に応じた最適な速
度で動くため、時間当りの掘削率の低下や操作上の煩わ
しさを解消することができる。
る。
路図である。
すブロック図である。
を示す説明図である。
ーブルを示す説明図である。
すブロック図である。
ーブルを示す説明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 少なくともブームとアームおよびバケッ
トを含む複数の可動部材によって構成された多関節型の
フロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動す
る複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材の
動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作手
段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュエ
ータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御
弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度検
出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フロ
ント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算手
段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限す
るための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記操
作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前記
姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情報
に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作し
ないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置に
おいて、 前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前
記アームの前記境界に対する移動方向を判定する移動方
向判定手段と、前記アームと前記境界とのなす掘削角度
を演算する掘削角度演算手段と、この掘削角度演算手段
で求められた掘削開始時点の掘削角度に応じて減速比率
を算出する減速比率演算手段と、前記減速比率に基づい
てアーム速度を減速させる速度指令値を演算する減速制
御演算手段とを備え、 掘削を開始して前記アームが前記境界に対して近づく方
向へ移動するとき、前記操作手段からの操作信号による
アーム速度の推測値が前記速度指令値よりも大きい場合
に、該アームが掘削開始時点の掘削角度から所定の掘削
角度に達するまでの間、前記速度指令値を前記信号減速
手段に出力してアーム速度を減速させるようにしたこと
を特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。 - 【請求項2】 少なくともブームとアームおよびバケッ
トを含む複数の可動部材によって構成された多関節型の
フロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動す
る複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材の
動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作手
段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュエ
ータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御
弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度検
出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フロ
ント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算手
段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限す
るための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記操
作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前記
姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情報
に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作し
ないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置に
おいて、 前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前
記アームの前記境界に対する移動方向を判定する移動方
向判定手段と、前記アームと前記境界とのなす掘削角度
を演算する掘削角度演算手段と、この掘削角度演算手段
で求められた掘削開始時点の掘削角度に応じて減速比率
を算出する減速比率演算手段と、前記減速比率に基づい
てアーム速度を減速させる速度指令値を演算する減速制
御演算手段とを備え、 掘削を開始して前記アームが前記境界に対して近づく方
向へ移動するとき、前記操作手段からの操作信号による
アーム速度の推測値が前記速度指令値よりも大きい場合
に、掘削を開始してから所定の時間が経過するまでの
間、前記速度指令値を前記信号減速手段に出力してアー
ム速度を減速させるようにしたことを特徴とする建設機
械の領域制限掘削制御装置。 - 【請求項3】 少なくともブームとアームおよびバケッ
トを含む複数の可動部材によって構成された多関節型の
フロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動す
る複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材の
動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作手
段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュエ
ータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御
弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度検
出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フロ
ント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算手
段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限す
るための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記操
作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前記
姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情報
に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作し
ないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置に
おいて、 前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前
記アームの前記境界に対する移動方向を判定する移動方
向判定手段と、前記姿勢演算手段で求められた前記フロ
ント装置の掘削開始時点の位置情報に応じて減速比率を
算出する減速比率演算手段と、前記減速比率に基づいて
アーム速度を減速させる速度指令値を演算する減速制御
演算手段とを備え、 掘削を開始して前記アームが前記境界に対して近づく方
向へ移動するとき、前記操作手段からの操作信号による
アーム速度の推測値が前記速度指令値よりも大きい場合
に、掘削開始時点における前記フロント装置の任意部位
が所定の位置に達するまでの間、前記速度指令値を前記
信号減速手段に出力してアーム速度を減速させるように
したことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装
置。 - 【請求項4】 少なくともブームとアームおよびバケッ
トを含む複数の可動部材によって構成された多関節型の
フロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動す
る複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材の
動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作手
段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュエ
ータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御
弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度検
出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フロ
ント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算手
段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限す
るための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記操
作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前記
姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情報
に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作し
ないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置に
おいて、 前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前
記アームの前記境界に対する移動方向を判定する移動方
向判定手段と、前記姿勢演算手段で求められた前記フロ
ント装置の掘削開始時点の位置情報に応じて減速比率を
算出する減速比率演算手段と、前記減速比率に基づいて
アーム速度を減速させる速度指令値を演算する減速制御
演算手段とを備え、 掘削を開始して前記アームが前記境界に対して近づく方
向へ移動するとき、前記操作手段からの操作信号による
アーム速度の推測値が前記速度指令値よりも大きい場合
に、掘削を開始してから所定の時間が経過するまでの
間、前記速度指令値を前記信号減速手段に出力してアー
ム速度を減速させるようにしたことを特徴とする建設機
械の領域制限掘削制御装置。 - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかの記載にお
いて、前記減速比率を圧油の油温に応じて変更可能にし
たことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15386399A JP3781920B2 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 建設機械の領域制限掘削制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15386399A JP3781920B2 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 建設機械の領域制限掘削制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000336690A true JP2000336690A (ja) | 2000-12-05 |
JP3781920B2 JP3781920B2 (ja) | 2006-06-07 |
Family
ID=15571759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15386399A Expired - Fee Related JP3781920B2 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 建設機械の領域制限掘削制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3781920B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006193905A (ja) * | 2005-01-11 | 2006-07-27 | Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd | 作業機械の駐車ブレーキ制御装置 |
WO2015025985A1 (ja) * | 2014-09-10 | 2015-02-26 | 株式会社小松製作所 | 作業車両および作業車両の制御方法 |
JP2018003285A (ja) * | 2016-06-27 | 2018-01-11 | 日立建機株式会社 | 作業機械 |
CN113740859A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-12-03 | 北京踏歌智行科技有限公司 | 一种适用于矿区装载设备的位置计算方法 |
-
1999
- 1999-06-01 JP JP15386399A patent/JP3781920B2/ja not_active Expired - Fee Related
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WO2015025985A1 (ja) * | 2014-09-10 | 2015-02-26 | 株式会社小松製作所 | 作業車両および作業車両の制御方法 |
JP5865510B2 (ja) * | 2014-09-10 | 2016-02-17 | 株式会社小松製作所 | 作業車両および作業車両の制御方法 |
US9447562B2 (en) | 2014-09-10 | 2016-09-20 | Komatsu Ltd. | Work vehicle and method of controlling work vehicle |
JP2018003285A (ja) * | 2016-06-27 | 2018-01-11 | 日立建機株式会社 | 作業機械 |
CN113740859A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-12-03 | 北京踏歌智行科技有限公司 | 一种适用于矿区装载设备的位置计算方法 |
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