JP2001123478A - 自動運転ショベル - Google Patents
自動運転ショベルInfo
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- JP2001123478A JP2001123478A JP30722199A JP30722199A JP2001123478A JP 2001123478 A JP2001123478 A JP 2001123478A JP 30722199 A JP30722199 A JP 30722199A JP 30722199 A JP30722199 A JP 30722199A JP 2001123478 A JP2001123478 A JP 2001123478A
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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
- E02F9/2041—Automatic repositioning of implements, i.e. memorising determined positions of the implement
-
- 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
- E02F3/434—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like providing automatic sequences of movements, e.g. automatic dumping or loading, automatic return-to-dig
-
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- 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
- E02F3/438—Memorising movements for repetition, e.g. play-back capability
-
- 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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- 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】 一連の各再生動作において最適のサーボ制御
を行うと共に、掘削対象物の如何にかかわらず、掘削を
有効かつ安定的に行うこと。 【解決手段】 ショベルと、教示操作により当該ショベ
ルの少なくとも掘削位置を含む複数の作業位置を記憶す
ると共に、再生操作により記憶した前記複数の作業位置
に基づいて一連の再生動作を繰り返し行わせる自動運転
コントローラを有する自動運転ショベルにおいて、前記
自動運転コントローラは、当該ショベルの各動作軸の動
作目標となる角度情報からなる目標位置ＴＨｄと、前記
各動作軸の現在の角度情報からなる現在位置ＴＨｎとの
差分にスティフネスゲインＫを掛けたコンプライアンス
制御と、当該ショベルの各動作軸の対象物との接触状態
において目標となる目標圧力Ｐｄと、前記各動作軸の現
在の現在圧力Ｐｎとの差分に圧力ゲインＬを掛けた圧力
制御とを加えたサーボ制御量Ｗを出力するサーボ制御手
段を備え、前記スティフネスゲインおよび前記圧力ゲイ
ンを前記作業位置に応じて可変設定可能にしたことを特
徴とする。
を行うと共に、掘削対象物の如何にかかわらず、掘削を
有効かつ安定的に行うこと。 【解決手段】 ショベルと、教示操作により当該ショベ
ルの少なくとも掘削位置を含む複数の作業位置を記憶す
ると共に、再生操作により記憶した前記複数の作業位置
に基づいて一連の再生動作を繰り返し行わせる自動運転
コントローラを有する自動運転ショベルにおいて、前記
自動運転コントローラは、当該ショベルの各動作軸の動
作目標となる角度情報からなる目標位置ＴＨｄと、前記
各動作軸の現在の角度情報からなる現在位置ＴＨｎとの
差分にスティフネスゲインＫを掛けたコンプライアンス
制御と、当該ショベルの各動作軸の対象物との接触状態
において目標となる目標圧力Ｐｄと、前記各動作軸の現
在の現在圧力Ｐｎとの差分に圧力ゲインＬを掛けた圧力
制御とを加えたサーボ制御量Ｗを出力するサーボ制御手
段を備え、前記スティフネスゲインおよび前記圧力ゲイ
ンを前記作業位置に応じて可変設定可能にしたことを特
徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自動運転ショベルに
係り、特に、掘削性能を改善した自動運転ショベルに関
する。
係り、特に、掘削性能を改善した自動運転ショベルに関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、建設機械の代表例として油圧ショ
ベルが知られているが、近年、油圧ショベルによって掘
削から放土までの一連の単調な作業を繰り返す場合に
は、自動運転によってその作業を行わせるようになって
いる。しかし、油圧ショベルを自動運転するためには解
決しなければならない種々の間題がある。
ベルが知られているが、近年、油圧ショベルによって掘
削から放土までの一連の単調な作業を繰り返す場合に
は、自動運転によってその作業を行わせるようになって
いる。しかし、油圧ショベルを自動運転するためには解
決しなければならない種々の間題がある。
【０００３】例えば、掘削対象物が土のように柔らかか
ったり、土石のように柔らかい部分と硬い部分が混在し
ていたり、切羽から切り出された石のように硬いものば
かりであつたりするとき、これらの掘削対象物の状態の
如何にかかわらず、これを効率良く、かつ制御上安定し
て動作させるためには工夫が必要となる。
ったり、土石のように柔らかい部分と硬い部分が混在し
ていたり、切羽から切り出された石のように硬いものば
かりであつたりするとき、これらの掘削対象物の状態の
如何にかかわらず、これを効率良く、かつ制御上安定し
て動作させるためには工夫が必要となる。
【０００４】このような間題を解決するために、特開平
７−２５９１１７号公報には、自動掘削制御装置におい
て、土壌状態（本発明での掘削対象物に相当）に応じて
設定された設定値に基づいて制御指令値を発生する方法
が提示されている。より具体的には、この装置はブー
ム、アーム、バケットを動作するための油圧シリンダを
備えるとともに、一例として、アームのシリンダの圧力
が低い領域では、ブームを上げず、圧力がある一定値を
超えると土壌状態に応じて比例的にブーム上げの速度指
令値を変えた制御特性を有するルックアップテーブルを
備え、検出されたアーム圧力に応じてルックアップテー
ブル上に設定された制御特性に従ってブームシリンダの
制御指令値を出力することが記載されている。ここで
は、ルックアップテーブルは、その時々の土壌状態を参
照するか、別途何らかの手段により設定する必要がある
ものである。
７−２５９１１７号公報には、自動掘削制御装置におい
て、土壌状態（本発明での掘削対象物に相当）に応じて
設定された設定値に基づいて制御指令値を発生する方法
が提示されている。より具体的には、この装置はブー
ム、アーム、バケットを動作するための油圧シリンダを
備えるとともに、一例として、アームのシリンダの圧力
が低い領域では、ブームを上げず、圧力がある一定値を
超えると土壌状態に応じて比例的にブーム上げの速度指
令値を変えた制御特性を有するルックアップテーブルを
備え、検出されたアーム圧力に応じてルックアップテー
ブル上に設定された制御特性に従ってブームシリンダの
制御指令値を出力することが記載されている。ここで
は、ルックアップテーブルは、その時々の土壌状態を参
照するか、別途何らかの手段により設定する必要がある
ものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の手法は、予め土壌状態の設定が必要であり、こ
れを何らかの方法で提供する必要がある。例えば、砕石
現場で切羽から切り出された土石について、土が多い
か、石が多いかを何らかの手段で判断する必要がある。
これをオペレータが搭乗していて掘削だけが自動化され
たような機械の場合であれば問題は少ないが、完全に無
人化された機械の場合は、別途土壌状態を判断する装置
が必要となり機械の複雑化、高コスト化を招く。また、
そのような装置を用いた場合は、石混じりの土のように
決して均質でない掘削対象物の場合は、リアルタイムで
掘削対象物の種類を判別するのは困難なことである。
来技術の手法は、予め土壌状態の設定が必要であり、こ
れを何らかの方法で提供する必要がある。例えば、砕石
現場で切羽から切り出された土石について、土が多い
か、石が多いかを何らかの手段で判断する必要がある。
これをオペレータが搭乗していて掘削だけが自動化され
たような機械の場合であれば問題は少ないが、完全に無
人化された機械の場合は、別途土壌状態を判断する装置
が必要となり機械の複雑化、高コスト化を招く。また、
そのような装置を用いた場合は、石混じりの土のように
決して均質でない掘削対象物の場合は、リアルタイムで
掘削対象物の種類を判別するのは困難なことである。
【０００６】本発明の目的は、上記の種々の問題点に鑑
みて、一連の各作業位置において最適のサーボ制御を行
うと共に、掘削対象物の如何にかかわらず、掘削を有効
かつ安定的に行うことのできる自動運転ショベルを提供
することにある。
みて、一連の各作業位置において最適のサーボ制御を行
うと共に、掘削対象物の如何にかかわらず、掘削を有効
かつ安定的に行うことのできる自動運転ショベルを提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、次のような手段を採用した。
解決するために、次のような手段を採用した。
【０００８】第１の手段は、ショベルと、該ショベルに
設けられ、教示操作により当該ショベルの少なくとも掘
削位置を含む複数の作業位置を記憶すると共に、再生操
作により記憶した前記複数の作業位置に基づいて一連の
再生動作を繰り返し行わせる自動運転コントローラを有
する自動運転ショベルにおいて、前記自動運転コントロ
ーラは、当該ショベルの各動作軸の動作目標となる角度
情報からなる目標位置と、前記各動作軸の現在の角度情
報からなる現在位置との差分にスティフネスゲインを掛
けたコンプライアンス制御と、当該ショベルの各動作軸
の対象物との接触状態において目標となる目標圧力と、
前記各動作軸の現在の現在圧力との差分に圧力ゲインを
掛けた圧力制御とを加えたサーボ制御量を出力するサー
ボ制御手段を備え、前記スティフネスゲインおよび前記
圧力ゲインを前記作業位置に応じて可変設定可能にした
ことを特徴とする。
設けられ、教示操作により当該ショベルの少なくとも掘
削位置を含む複数の作業位置を記憶すると共に、再生操
作により記憶した前記複数の作業位置に基づいて一連の
再生動作を繰り返し行わせる自動運転コントローラを有
する自動運転ショベルにおいて、前記自動運転コントロ
ーラは、当該ショベルの各動作軸の動作目標となる角度
情報からなる目標位置と、前記各動作軸の現在の角度情
報からなる現在位置との差分にスティフネスゲインを掛
けたコンプライアンス制御と、当該ショベルの各動作軸
の対象物との接触状態において目標となる目標圧力と、
前記各動作軸の現在の現在圧力との差分に圧力ゲインを
掛けた圧力制御とを加えたサーボ制御量を出力するサー
ボ制御手段を備え、前記スティフネスゲインおよび前記
圧力ゲインを前記作業位置に応じて可変設定可能にした
ことを特徴とする。
【０００９】第２の手段は、第１の手段において、前記
掘削位置におけるブームのサーボ制御は、掘削対象物へ
のバケットの接触前は、ブームのスティフネスゲインを
０ないし略０に設定し、ブームの圧力ゲインを第１の所
定の値に設定して圧力制御を行い、前記バケットの接触
後は、前記ブームのスティフネスゲインを所定の値に設
定すると共に、前記ブームの圧力ゲインを第２の所定の
値に設定してコンプライアンス制御と圧力制御を行うこ
とを特徴とする。
掘削位置におけるブームのサーボ制御は、掘削対象物へ
のバケットの接触前は、ブームのスティフネスゲインを
０ないし略０に設定し、ブームの圧力ゲインを第１の所
定の値に設定して圧力制御を行い、前記バケットの接触
後は、前記ブームのスティフネスゲインを所定の値に設
定すると共に、前記ブームの圧力ゲインを第２の所定の
値に設定してコンプライアンス制御と圧力制御を行うこ
とを特徴とする。
【００１０】第３の手段は、第２の手段において、前記
バケットの接触後に設定される前記ブームのスティフネ
スゲインの所定の値は、前記掘削位置以外の作業位置で
設定される前記ブームのスティフネスゲインの値より小
さな値に設定されることを特徴とする。
バケットの接触後に設定される前記ブームのスティフネ
スゲインの所定の値は、前記掘削位置以外の作業位置で
設定される前記ブームのスティフネスゲインの値より小
さな値に設定されることを特徴とする。
【００１１】第４の手段は、第１の手段において、前記
掘削位置におけるブームのサーボ制御は、掘削対象物へ
のバケットの接触前は、ブームのスティフネスゲインを
０ないし略０に設定し、ブームの圧力ゲインを第１の所
定の値に設定して圧力制御を行い、前記バケットの掘削
対象物へ接触するまでの時間を計測し、計測された時間
が所定時間より長い場合は、当該シャベルの動作を停止
することを特徴とする。
掘削位置におけるブームのサーボ制御は、掘削対象物へ
のバケットの接触前は、ブームのスティフネスゲインを
０ないし略０に設定し、ブームの圧力ゲインを第１の所
定の値に設定して圧力制御を行い、前記バケットの掘削
対象物へ接触するまでの時間を計測し、計測された時間
が所定時間より長い場合は、当該シャベルの動作を停止
することを特徴とする。
【００１２】第５の手段は、第１の手段において、前記
掘削位置におけるブームのサーボ制御は、掘削対象物へ
のバケットの接触前は、ブームのスティフネスゲインを
０ないし略０に設定し、ブームの圧力ゲインを第１の所
定の値に設定して圧力制御を行い、前記バケットの掘削
対象物へ接触するまでの距離または角度を計測し、計測
された距離が所定距離または計測された角度が所定角度
より大きい場合は、当該シャベルの動作を停止すること
を特徴とする。
掘削位置におけるブームのサーボ制御は、掘削対象物へ
のバケットの接触前は、ブームのスティフネスゲインを
０ないし略０に設定し、ブームの圧力ゲインを第１の所
定の値に設定して圧力制御を行い、前記バケットの掘削
対象物へ接触するまでの距離または角度を計測し、計測
された距離が所定距離または計測された角度が所定角度
より大きい場合は、当該シャベルの動作を停止すること
を特徴とする。
【００１３】第６の手段は、第１の手段ないし第５の手
段のいずれか１つの手段において、前記掘削位置におけ
る旋回体のサーボ制御は、掘削対象物へのバケットの接
触前は、旋回体のスティフネスゲインを第１の所定の値
に設定を行い、旋回体の圧力ゲインを０ないし略０に設
定してコンプライアンス制御し、前記バケットの接触後
は、前記旋回体のスティフネスゲインを第２の所定の値
に設定すると共に、前記旋回体の圧力ゲインを所定の値
に設定してコンプライアンス制御と圧力制御を行うこと
を特徴とする。
段のいずれか１つの手段において、前記掘削位置におけ
る旋回体のサーボ制御は、掘削対象物へのバケットの接
触前は、旋回体のスティフネスゲインを第１の所定の値
に設定を行い、旋回体の圧力ゲインを０ないし略０に設
定してコンプライアンス制御し、前記バケットの接触後
は、前記旋回体のスティフネスゲインを第２の所定の値
に設定すると共に、前記旋回体の圧力ゲインを所定の値
に設定してコンプライアンス制御と圧力制御を行うこと
を特徴とする。
【００１４】第７の手段は、第６の手段において、前記
バケットの接触後に設定される前記旋回体のスティフネ
スゲインの第２の所定の値は、前記掘削位置以外の作業
位置で設定される前記旋回体のスティフネスゲインの値
および前記旋回体のスティフネスゲインの第１の値より
小さな値に設定されることを特徴とする。
バケットの接触後に設定される前記旋回体のスティフネ
スゲインの第２の所定の値は、前記掘削位置以外の作業
位置で設定される前記旋回体のスティフネスゲインの値
および前記旋回体のスティフネスゲインの第１の値より
小さな値に設定されることを特徴とする。
【００１５】第８の手段は、ショベルと、該ショベルに
設けられ、教示操作により当該ショベルの少なくとも掘
削位置を含む複数の作業位置を記憶すると共に、再生操
作により記憶した前記複数の作業位置に基づいて一連の
再生動作を繰り返し行わせる自動運転コントローラを有
し、前記自動運転コントローラは、当該ショベルの各動
作軸の動作目標となる角度情報からなる目標位置と、前
記各動作軸の現在の角度情報からなる現在位置との差分
にスティフネスゲインを掛けたコンプライアンス制御
と、当該ショベルの各動作軸の対象物との接触状態にお
いて目標となる目標圧力と、前記各動作軸の現在の現在
圧力との差分に圧力ゲインを掛けた圧力制御とを加えた
サーボ制御量を出力するサーボ制御手段を備える自動運
転ショベルの運転方法において、前記掘削位置における
ブームのサーボ制御は、掘削対象物へのバケットの接触
前は、ブームのスティフネスゲインを０ないし略０に設
定し、ブームの圧力ゲインを第１の所定の値に設定して
圧力制御を行う工程と、前記バケットの接触後は、前記
ブームのスティフネスゲインを所定の値に設定すると共
に、前記ブームの圧力ゲインを第２の所定の値に設定し
てコンプライアンス制御と圧力制御を行う工程とからな
ることを特徴とする。
設けられ、教示操作により当該ショベルの少なくとも掘
削位置を含む複数の作業位置を記憶すると共に、再生操
作により記憶した前記複数の作業位置に基づいて一連の
再生動作を繰り返し行わせる自動運転コントローラを有
し、前記自動運転コントローラは、当該ショベルの各動
作軸の動作目標となる角度情報からなる目標位置と、前
記各動作軸の現在の角度情報からなる現在位置との差分
にスティフネスゲインを掛けたコンプライアンス制御
と、当該ショベルの各動作軸の対象物との接触状態にお
いて目標となる目標圧力と、前記各動作軸の現在の現在
圧力との差分に圧力ゲインを掛けた圧力制御とを加えた
サーボ制御量を出力するサーボ制御手段を備える自動運
転ショベルの運転方法において、前記掘削位置における
ブームのサーボ制御は、掘削対象物へのバケットの接触
前は、ブームのスティフネスゲインを０ないし略０に設
定し、ブームの圧力ゲインを第１の所定の値に設定して
圧力制御を行う工程と、前記バケットの接触後は、前記
ブームのスティフネスゲインを所定の値に設定すると共
に、前記ブームの圧力ゲインを第２の所定の値に設定し
てコンプライアンス制御と圧力制御を行う工程とからな
ることを特徴とする。
【００１６】第９の手段は、第８の手段において、前記
バケットの接触後に設定される前記ブームのスティフネ
スゲインの所定の値は、前記掘削位置以外の作業位置で
設定される前記ブームのスティフネスゲインの値より小
さな値に設定されることを特徴とする。
バケットの接触後に設定される前記ブームのスティフネ
スゲインの所定の値は、前記掘削位置以外の作業位置で
設定される前記ブームのスティフネスゲインの値より小
さな値に設定されることを特徴とする。
【００１７】第１０の手段は、第８の手段において、前
記ブームの圧力ゲインを第１の所定の値に設定して圧力
制御を行う工程において、前記バケットの掘削対象物へ
接触するまでの時間を計測し、計測された時間が所定時
間より長い場合は、当該シャベルの動作を停止すること
を特徴とする。
記ブームの圧力ゲインを第１の所定の値に設定して圧力
制御を行う工程において、前記バケットの掘削対象物へ
接触するまでの時間を計測し、計測された時間が所定時
間より長い場合は、当該シャベルの動作を停止すること
を特徴とする。
【００１８】第１１の手段は、第８の手段において、前
記ブームの圧力ゲインを第１の所定の値に設定して圧力
制御を行う工程において、前記バケットの掘削対象物へ
接触するまでの距離または角度を計測し、計測された距
離が所定距離または計測された角度が所定角度より大き
い場合は、当該シャベルの動作を停止することを特徴と
する。
記ブームの圧力ゲインを第１の所定の値に設定して圧力
制御を行う工程において、前記バケットの掘削対象物へ
接触するまでの距離または角度を計測し、計測された距
離が所定距離または計測された角度が所定角度より大き
い場合は、当該シャベルの動作を停止することを特徴と
する。
【００１９】第１２の手段は、第８の手段ないし第１１
の手段のいずれか１つの手段において、前記掘削位置に
おける旋回体のサーボ制御は、掘削対象物へのバケット
の接触前は、旋回体のスティフネスゲインを第１の所定
の値に設定し、旋回体の圧力ゲインを０ないし略０に設
定してコンプライアンス制御を行う工程と、前記バケッ
トの接触後は、前記旋回体のスティフネスゲインを第２
の所定の値に設定すると共に、前記旋回体の圧力ゲイン
を所定の値に設定してコンプライアンス制御と圧力制御
を行う工程とからなることを特徴とする。
の手段のいずれか１つの手段において、前記掘削位置に
おける旋回体のサーボ制御は、掘削対象物へのバケット
の接触前は、旋回体のスティフネスゲインを第１の所定
の値に設定し、旋回体の圧力ゲインを０ないし略０に設
定してコンプライアンス制御を行う工程と、前記バケッ
トの接触後は、前記旋回体のスティフネスゲインを第２
の所定の値に設定すると共に、前記旋回体の圧力ゲイン
を所定の値に設定してコンプライアンス制御と圧力制御
を行う工程とからなることを特徴とする。
【００２０】第１３の手段は、第１２の手段において、
前記バケットの接触後に設定される前記旋回体のスティ
フネスゲインの第２の所定の値は、前記掘削位置以外の
作業位置で設定される前記旋回体のスティフネスゲイン
の値および前記旋回体のスティフネスゲインの第１の値
より小さな値に設定されることを特徴とする。
前記バケットの接触後に設定される前記旋回体のスティ
フネスゲインの第２の所定の値は、前記掘削位置以外の
作業位置で設定される前記旋回体のスティフネスゲイン
の値および前記旋回体のスティフネスゲインの第１の値
より小さな値に設定されることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】はじめに、本発明の第１の実施形
態を図１乃至図９を用いて説明する。
態を図１乃至図９を用いて説明する。
【００２２】図２は、各実施形態に係わる自動運転ショ
ベルおよびその作業形態の一例を示す側面図である。
ベルおよびその作業形態の一例を示す側面図である。
【００２３】同図において、１はストックヤードに貯留
された土石を掘削して、後述するクラッシヤ３に放土す
る自動運転ショベル本体、２は図示されていないダンプ
トラック等によって運搬されてきた土砂等を貯留するス
トックヤード、３は自動運転ショベル本体１によって放
土された土石を破砕するクラッシャ、４は破砕された砕
石を図示されていない運搬用ダンプトラック等に積み込
むホイトールローダ、５は自動運転ショベル本体１の再
生操作を行うのに適した任意の場所に設置した遠隔操作
装置である。
された土石を掘削して、後述するクラッシヤ３に放土す
る自動運転ショベル本体、２は図示されていないダンプ
トラック等によって運搬されてきた土砂等を貯留するス
トックヤード、３は自動運転ショベル本体１によって放
土された土石を破砕するクラッシャ、４は破砕された砕
石を図示されていない運搬用ダンプトラック等に積み込
むホイトールローダ、５は自動運転ショベル本体１の再
生操作を行うのに適した任意の場所に設置した遠隔操作
装置である。
【００２４】自動運転ショベル本体１は、走行体１０
と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体１１と、オ
ペレータが搭乗して操作を行う運転室１８と、旋回体１
１に回動可能に設けたブーム１２と、ブーム１２の先端
に回動可能に設けたアーム１３と、アーム１３の先端に
回動可能に設けたバケット１４と、ブーム１２、アーム
１３、バケット１４とをそれぞれ回動動作させるための
ブームシリンダ１５，アームシリンダ１６，バケットシ
リンダ１７と、走行体１０に対して旋回体１１を回動可
能にさせるための油圧モータ１９と、自動運転ショベル
本体１の動力であるエンジン８０と、自動運転機能の制
御を行う自動運転コントロトーラ６と、自動運転コント
ローラ６が各シリンダに送り込む油量を制御するための
電磁制御弁８１と、遠隔操作装置５との間で信号の送受
信を行う無線機６１とから構成されている。
と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体１１と、オ
ペレータが搭乗して操作を行う運転室１８と、旋回体１
１に回動可能に設けたブーム１２と、ブーム１２の先端
に回動可能に設けたアーム１３と、アーム１３の先端に
回動可能に設けたバケット１４と、ブーム１２、アーム
１３、バケット１４とをそれぞれ回動動作させるための
ブームシリンダ１５，アームシリンダ１６，バケットシ
リンダ１７と、走行体１０に対して旋回体１１を回動可
能にさせるための油圧モータ１９と、自動運転ショベル
本体１の動力であるエンジン８０と、自動運転機能の制
御を行う自動運転コントロトーラ６と、自動運転コント
ローラ６が各シリンダに送り込む油量を制御するための
電磁制御弁８１と、遠隔操作装置５との間で信号の送受
信を行う無線機６１とから構成されている。
【００２５】また、自動運転ショベル本体１には、旋回
体１１の旋回角を検出する角度センサ１１１、旋回体１
１とブーム１２との回動角を検出する角度センサ１１２
と、ブーム１２とアーム１３の回動角を検出する角度セ
ンサ１１３と、アーム１３とバケット１４の回動角を検
出する角度センサ１１４が設けられている。
体１１の旋回角を検出する角度センサ１１１、旋回体１
１とブーム１２との回動角を検出する角度センサ１１２
と、ブーム１２とアーム１３の回動角を検出する角度セ
ンサ１１３と、アーム１３とバケット１４の回動角を検
出する角度センサ１１４が設けられている。
【００２６】また、クラッシヤ３は、走行体３０と、ホ
ッパ３１と、コンベア３２から構成されており、３３は
クラッシヤ３によって破砕された土石を示す。
ッパ３１と、コンベア３２から構成されており、３３は
クラッシヤ３によって破砕された土石を示す。
【００２７】また、遠隔操作装置５は、非常停止ボタン
５２と、再生操作を行うための再生操作部５３と、自動
運転ショベル本体１のエンジン回転数を操作するための
エンジン操作部５４と自動運転ショベル本体１の無線機
６１との間で信号の送受信を行う無線機５１を備える。
５２と、再生操作を行うための再生操作部５３と、自動
運転ショベル本体１のエンジン回転数を操作するための
エンジン操作部５４と自動運転ショベル本体１の無線機
６１との間で信号の送受信を行う無線機５１を備える。
【００２８】図３は、図２に示す運転室１８内の様子を
示す図である。
示す図である。
【００２９】運転室１８内には、通常の油圧ショベルと
同様に旋回体１１、ブーム１２、アーム１３、バケット
１４の各軸を操作するための操作レバー８８，８９が設
けられており、運転室１８内奥には教示操作部９と、車
内エンジン停止釦８３、自動運転コントローラ電源スイ
ッチ８７が設置されている。
同様に旋回体１１、ブーム１２、アーム１３、バケット
１４の各軸を操作するための操作レバー８８，８９が設
けられており、運転室１８内奥には教示操作部９と、車
内エンジン停止釦８３、自動運転コントローラ電源スイ
ッチ８７が設置されている。
【００３０】図１は、各実施形態に係る自動運転ショベ
ルの機能構成図である。
ルの機能構成図である。
【００３１】同図を用いて、自動運転ショベルの動作に
ついて説明する。自動運転ショベル本体１の各動作軸
は、アクチュエータである旋回油圧モータ１９，ブーム
シリンダ１５，アームシリンダ１６，バケットシリンダ
１７により駆動される。各アクチュエータは油圧制御弁
８２で制御されるが、この油圧制御弁８２を制御するた
めの信号は２系統ある。１つは、通常のショベルと同様
に操作レバー８８，８９で操作する信号系統であり、も
う１つは、教示操作部９，遠隔操作装置５，自動運転コ
ントローラ６，電磁比例弁８１から発生する信号系統で
ある。この２つの信号系統のどちらを使用するかはシャ
トル弁８４によって選択される。
ついて説明する。自動運転ショベル本体１の各動作軸
は、アクチュエータである旋回油圧モータ１９，ブーム
シリンダ１５，アームシリンダ１６，バケットシリンダ
１７により駆動される。各アクチュエータは油圧制御弁
８２で制御されるが、この油圧制御弁８２を制御するた
めの信号は２系統ある。１つは、通常のショベルと同様
に操作レバー８８，８９で操作する信号系統であり、も
う１つは、教示操作部９，遠隔操作装置５，自動運転コ
ントローラ６，電磁比例弁８１から発生する信号系統で
ある。この２つの信号系統のどちらを使用するかはシャ
トル弁８４によって選択される。
【００３２】本実施形態の自動運転ショベルは、ティー
チングプレイバック方式をとっているため、プレイバッ
クの前にティーチングにより自動運転時の目標位置等を
教示する。ティーチングは、一例としては、運転室１８
にオペレータが搭乗し、操作レバー８８，８９を用い
て、自動運転ショベル本体１の各軸を誘導する。シャト
ル弁８４、油圧制御弁８２を介して各アクチュエータ１
９，１５，１６，１７が駆動されると、各軸に装着され
た角度センサ１１１，１１２，１１３，１１４によって
角度信号が検出され、その信号は自動運転コントローラ
６に入力され、目標位置として自動運転コントローラ６
内に記憶される。
チングプレイバック方式をとっているため、プレイバッ
クの前にティーチングにより自動運転時の目標位置等を
教示する。ティーチングは、一例としては、運転室１８
にオペレータが搭乗し、操作レバー８８，８９を用い
て、自動運転ショベル本体１の各軸を誘導する。シャト
ル弁８４、油圧制御弁８２を介して各アクチュエータ１
９，１５，１６，１７が駆動されると、各軸に装着され
た角度センサ１１１，１１２，１１３，１１４によって
角度信号が検出され、その信号は自動運転コントローラ
６に入力され、目標位置として自動運転コントローラ６
内に記憶される。
【００３３】なお、ティーチングは、オペレータの操作
により動作する自動運転ショベル本体１の位置をある時
間インターバルで計測し、目標位置としてもよいし、ま
たオペレータが自動運転時の動作に必要な位置に誘導し
て教示し、教示した目標位置間を別途指定した速度で動
作するような補間手段を設けてもよい。また、これらの
ティーチングに必要な操作を、運転室１８に搭乗するの
でなく、遠隔操作装置５から行ったり、別途オフライン
で生成したものを自動運転コントローラにダウンロード
してもよい。
により動作する自動運転ショベル本体１の位置をある時
間インターバルで計測し、目標位置としてもよいし、ま
たオペレータが自動運転時の動作に必要な位置に誘導し
て教示し、教示した目標位置間を別途指定した速度で動
作するような補間手段を設けてもよい。また、これらの
ティーチングに必要な操作を、運転室１８に搭乗するの
でなく、遠隔操作装置５から行ったり、別途オフライン
で生成したものを自動運転コントローラにダウンロード
してもよい。
【００３４】プレイバック時は、遠隔操作装置５の再生
操作部５３を操作すると、ティーチングにより与えられ
た目標位置に基づいて生成された出力信号が、自動運転
コントローラ６から旋回体用８１１，ブーム用８１２，
アーム用８１３，バケット用８１４の各電磁比例弁８１
に出力され、シャトル弁８４を介して、旋回用８２１，
ブーム用８２２，アーム用８２３，バケット用８２４の
各油圧制御弁８２を制御し、これにより各アクチュエー
タ１５〜１７，１９が駆動される。各アクチュエータに
装着された角度センサ１１１，１１２，１１３，１１
４，と圧力センサ１５〜１７，１９が動作すると、各軸
に装着された角度センサ１１１，１１２，１１３，１１
４の各信号と、圧力センサ８５１，８５２，８５３，８
５４，８５５，８５６，８５７，８５８の各信号は、自
動運転コントローラにフイードバックされ、これにより
自動運転ショベル１に所望の動作をさせることができ
る。
操作部５３を操作すると、ティーチングにより与えられ
た目標位置に基づいて生成された出力信号が、自動運転
コントローラ６から旋回体用８１１，ブーム用８１２，
アーム用８１３，バケット用８１４の各電磁比例弁８１
に出力され、シャトル弁８４を介して、旋回用８２１，
ブーム用８２２，アーム用８２３，バケット用８２４の
各油圧制御弁８２を制御し、これにより各アクチュエー
タ１５〜１７，１９が駆動される。各アクチュエータに
装着された角度センサ１１１，１１２，１１３，１１
４，と圧力センサ１５〜１７，１９が動作すると、各軸
に装着された角度センサ１１１，１１２，１１３，１１
４の各信号と、圧力センサ８５１，８５２，８５３，８
５４，８５５，８５６，８５７，８５８の各信号は、自
動運転コントローラにフイードバックされ、これにより
自動運転ショベル１に所望の動作をさせることができ
る。
【００３５】次に、本実施形態に係る自動運転ショベル
の自動運転コントローラ６におけるサーボ制御について
図４および図５を用いて説明する。ここでサーボ制御は
自動運転ショベル本体１の各動作軸毎に独立している
が、制御方法は共通である。
の自動運転コントローラ６におけるサーボ制御について
図４および図５を用いて説明する。ここでサーボ制御は
自動運転ショベル本体１の各動作軸毎に独立している
が、制御方法は共通である。
【００３６】図４はサーボ制御における制御手順を示す
フローチャートであり、図５はこのサーボ制御を機能構
成図で示したものである。
フローチャートであり、図５はこのサーボ制御を機能構
成図で示したものである。
【００３７】ステップ１０において各動作軸の動作目標
である角度情報からなる目標位置ＴＨｄを読み込む。次
にステップ１１で各動作軸の現在の角度からなる現在位
置ＴＨｎを読み込み、ステップ１２でＴＨｄとＴＨｎの
差分を演算し△ＴＨを求める。次にステップ１３で各動
作軸の掘削対象物との接触状態の目標となる目標圧力Ｐ
ｄを読み込み、ステップ１４で各動作軸の現在の現在圧
力Ｐｎを求め、ステップ１５でＰｄとＰｎの差分△Ｐを
求める。ステップ１６では、△ＴＨにスティフネス（剛
性）ゲインＫを掛けたものと、△Ｐに圧力ゲインを掛け
たものを加えサーボ制御量Ｗとする。ステップ１７はサ
ーボ制御量Ｗを入力とする離散系の状態方程式であり、
この状態方程式を演算して、ステップ１８で出力Ｙｉを
駆動電流に変換して電磁比例電磁弁８１に出力する。
である角度情報からなる目標位置ＴＨｄを読み込む。次
にステップ１１で各動作軸の現在の角度からなる現在位
置ＴＨｎを読み込み、ステップ１２でＴＨｄとＴＨｎの
差分を演算し△ＴＨを求める。次にステップ１３で各動
作軸の掘削対象物との接触状態の目標となる目標圧力Ｐ
ｄを読み込み、ステップ１４で各動作軸の現在の現在圧
力Ｐｎを求め、ステップ１５でＰｄとＰｎの差分△Ｐを
求める。ステップ１６では、△ＴＨにスティフネス（剛
性）ゲインＫを掛けたものと、△Ｐに圧力ゲインを掛け
たものを加えサーボ制御量Ｗとする。ステップ１７はサ
ーボ制御量Ｗを入力とする離散系の状態方程式であり、
この状態方程式を演算して、ステップ１８で出力Ｙｉを
駆動電流に変換して電磁比例電磁弁８１に出力する。
【００３８】ここで、ステップ１６で得られたＷ＝Ｋ△
ＴＨ＋Ｌ△Ｐのうち、Ｌ△Ｐは圧力制御分に相当し、Ｋ
△ＴＨは位置制御分に相当するが、スティフネスゲイン
Ｋを下げることによりばねのような性質が出るコンプラ
イアンス制御とすることができる。従って、ここで、ス
ティフネスゲインＫを高くして、圧力ゲインＬを０にす
ると通常の位置制御を行うことができる。一方、スティ
フネスゲインＫを下げると偏差に対する応答が鈍くなる
ため、ばねを介して動かしているような動きとすること
ができる。また、スティフネスゲインＫを０にして、圧
力ゲインＬのみを設定すると反力がとれた状態で静止で
きる圧力制御を行うことができる。また、スティフネス
ゲインＫと圧力ゲインＬの両方を設定すると、ばねを介
して動作させている状態に与圧をかけたような制御とす
ることができる。
ＴＨ＋Ｌ△Ｐのうち、Ｌ△Ｐは圧力制御分に相当し、Ｋ
△ＴＨは位置制御分に相当するが、スティフネスゲイン
Ｋを下げることによりばねのような性質が出るコンプラ
イアンス制御とすることができる。従って、ここで、ス
ティフネスゲインＫを高くして、圧力ゲインＬを０にす
ると通常の位置制御を行うことができる。一方、スティ
フネスゲインＫを下げると偏差に対する応答が鈍くなる
ため、ばねを介して動かしているような動きとすること
ができる。また、スティフネスゲインＫを０にして、圧
力ゲインＬのみを設定すると反力がとれた状態で静止で
きる圧力制御を行うことができる。また、スティフネス
ゲインＫと圧力ゲインＬの両方を設定すると、ばねを介
して動作させている状態に与圧をかけたような制御とす
ることができる。
【００３９】次に、本実施形態に係る自動運転ショベル
の掘削性能の改善について図６乃至図８を用いて説明す
る。
の掘削性能の改善について図６乃至図８を用いて説明す
る。
【００４０】図６は本発明と対比するために従来技術に
係わる掘削時の問題点を説明するための図である。
係わる掘削時の問題点を説明するための図である。
【００４１】同図において、ＭＰ１は、ブーム１２、ア
ーム１３を伸ばし、バケット１４を掘削対象物に接触さ
せるまで移動する準備状態を示す。ＭＰ２ではブーム１
２が下り、バケット１４が掘削対象物に接触し始める。
ＭＰ３はバケット１４が完全に掘削対象物に接触した状
態である。ＭＰ４はバケット１４をクラウドし掘削対象
物を掘削し始め、ＭＰ５でアームクラウドによりさらに
掘削し、ＭＰ６で掘削を終了し、ＭＰ７でバケット１４
をほぼ水平にすることにより掘削対象物をバケット１４
に抱え込む。ここで、掘削対象物の高さは、図２で示し
たようにストックヤード２の状態により一定でなく、ス
トックヤード２に、ダンプトラック等で土石が搬入され
たり、掘削後の周囲の土石が崩れる等するために、決ま
った軌跡を与えることができない。また、掘削中も、掘
削対象物からくる反力で、ジヤッキアップする等してし
まう。また掘削対象物により、動作ゲインを変更する等
しても、掘削中の石と土の割合が変化したり、掘削中の
掘削対象物が崩れてバケット１４の下にもぐり込んでし
まう等の問題がある。
ーム１３を伸ばし、バケット１４を掘削対象物に接触さ
せるまで移動する準備状態を示す。ＭＰ２ではブーム１
２が下り、バケット１４が掘削対象物に接触し始める。
ＭＰ３はバケット１４が完全に掘削対象物に接触した状
態である。ＭＰ４はバケット１４をクラウドし掘削対象
物を掘削し始め、ＭＰ５でアームクラウドによりさらに
掘削し、ＭＰ６で掘削を終了し、ＭＰ７でバケット１４
をほぼ水平にすることにより掘削対象物をバケット１４
に抱え込む。ここで、掘削対象物の高さは、図２で示し
たようにストックヤード２の状態により一定でなく、ス
トックヤード２に、ダンプトラック等で土石が搬入され
たり、掘削後の周囲の土石が崩れる等するために、決ま
った軌跡を与えることができない。また、掘削中も、掘
削対象物からくる反力で、ジヤッキアップする等してし
まう。また掘削対象物により、動作ゲインを変更する等
しても、掘削中の石と土の割合が変化したり、掘削中の
掘削対象物が崩れてバケット１４の下にもぐり込んでし
まう等の問題がある。
【００４２】図７および図８は、それぞれ本発明の第１
の実施形態に係る掘削性能の改善処置が施された自動運
転コントローラにおける処理手順を示すフローチャー
ト、および改善処置された自動運転ショベル本体１の掘
削時の動作を示す図である。
の実施形態に係る掘削性能の改善処置が施された自動運
転コントローラにおける処理手順を示すフローチャー
ト、および改善処置された自動運転ショベル本体１の掘
削時の動作を示す図である。
【００４３】図７において、自動運転ショベル本体１が
掘削位置に達すると、ステップ２０において、ブーム１
２を位置制御から圧力制御に変えて、ブーム１２に一定
の圧力がかかるまでブーム１２を下げる。ブーム１２に
かかる圧力は、ブームシリンダ１５のボトム圧力センサ
８５３とロッド圧力センサ８５４から求める。
掘削位置に達すると、ステップ２０において、ブーム１
２を位置制御から圧力制御に変えて、ブーム１２に一定
の圧力がかかるまでブーム１２を下げる。ブーム１２に
かかる圧力は、ブームシリンダ１５のボトム圧力センサ
８５３とロッド圧力センサ８５４から求める。
【００４４】ここで、圧力検出は掘削対象物との接触を
感知すればよいので、ブームシリンダボトム圧力Ｐｂｂ
とブームシリンダロッド圧力ＰｂｒとするとＰｂｂ−Ｐ
ｂｒを現在圧力Ｐｎとする。ここで、現在圧力Ｐｎの演
算方法は、シリンダのボトム側の面積Ａｂｂとロッド側
の面積Ａｂｒを用いて、シリンダ推力Ｐｂｂ×Ａｂｂ−
Ｐｂｆ×Ａｂｆを現在圧力Ｐｎとしてもよい。また単純
に、ブーム下げのときに接触を観測するための圧力方向
はロッド側の圧力であるのでロッド圧力センサ８５４の
ブームシリンダロッド圧力Ｐｂｒを現在圧力Ｐｎとして
もよい。
感知すればよいので、ブームシリンダボトム圧力Ｐｂｂ
とブームシリンダロッド圧力ＰｂｒとするとＰｂｂ−Ｐ
ｂｒを現在圧力Ｐｎとする。ここで、現在圧力Ｐｎの演
算方法は、シリンダのボトム側の面積Ａｂｂとロッド側
の面積Ａｂｒを用いて、シリンダ推力Ｐｂｂ×Ａｂｂ−
Ｐｂｆ×Ａｂｆを現在圧力Ｐｎとしてもよい。また単純
に、ブーム下げのときに接触を観測するための圧力方向
はロッド側の圧力であるのでロッド圧力センサ８５４の
ブームシリンダロッド圧力Ｐｂｒを現在圧力Ｐｎとして
もよい。
【００４５】ステップ２１では、ブームの現在圧力Ｐｎ
が目標圧力Ｐｄに達したかどうかを判断する。達してい
なければ、ステップ２５で降下時間と降下距離または角
度を算出し、これらの値が一定時間の範囲、または一定
距離または角度の範囲に入っていれば、ステップ２０に
戻る。そうでなければ、ブーム降下中に何らか異常が発
生したと考え、ステップ２６で動作を停止する。ステッ
プ２１で現在圧力Ｐｎが目標圧力Ｐｄに達した場合は、
バケットが掘削対象物に接触し始めた状態となり、ステ
ップ２２に移行する。
が目標圧力Ｐｄに達したかどうかを判断する。達してい
なければ、ステップ２５で降下時間と降下距離または角
度を算出し、これらの値が一定時間の範囲、または一定
距離または角度の範囲に入っていれば、ステップ２０に
戻る。そうでなければ、ブーム降下中に何らか異常が発
生したと考え、ステップ２６で動作を停止する。ステッ
プ２１で現在圧力Ｐｎが目標圧力Ｐｄに達した場合は、
バケットが掘削対象物に接触し始めた状態となり、ステ
ップ２２に移行する。
【００４６】ステップ２２では、ブーム１２のサーボ制
御を圧力制御からコンプライアンス制御＋圧力制御に移
行する。これにより、図８に示すように、動作イメージ
としてブーム１２はばねで支持されたような状態とな
り、バケット１４は障害物をよけて動作するようにな
る。さらに圧力制御により、ジヤッキアップするような
反力が生じることもない。また、掘削対象物の負荷が低
ければ、目標軌跡通りに掘削することが可能である。
御を圧力制御からコンプライアンス制御＋圧力制御に移
行する。これにより、図８に示すように、動作イメージ
としてブーム１２はばねで支持されたような状態とな
り、バケット１４は障害物をよけて動作するようにな
る。さらに圧力制御により、ジヤッキアップするような
反力が生じることもない。また、掘削対象物の負荷が低
ければ、目標軌跡通りに掘削することが可能である。
【００４７】ステップ２３では目標位置までアームをク
ラウドする。アームクラウドは一定時間経過するまで行
う。ステップ２４で動作時間を基準時間と比較し、達し
ていなければステップ２３に戻り、達していれば掘削を
終了する。
ラウドする。アームクラウドは一定時間経過するまで行
う。ステップ２４で動作時間を基準時間と比較し、達し
ていなければステップ２３に戻り、達していれば掘削を
終了する。
【００４８】図９は、第１の実施形態に係る自動運転シ
ョベルの掘削、旋回１、放土、旋回２の１サイクルの処
理手順における、ブームのサーボ制御における圧力ゲイ
ンＬとスティフネスゲインＫの設定の一例を示す図であ
る。
ョベルの掘削、旋回１、放土、旋回２の１サイクルの処
理手順における、ブームのサーボ制御における圧力ゲイ
ンＬとスティフネスゲインＫの設定の一例を示す図であ
る。
【００４９】ステップ３０の掘削では、掘削前のブーム
下げでは圧力ゲインＬを所定の値Ａに設定し、スティフ
ネスゲインＫを０ないし略０に設定して、サーボ制御を
圧力制御によって行う。ここで、所定の値Ａは自動運転
ショベル本体１がジャッキアップしない値に設定され
る。掘削中は、圧力ゲインＬを所定の値Ａまたはそれに
近似した値Ｂに設定し、スティフネスゲインＫは所定の
値ａに設定して、サーボ制御を圧力制御とコンプライア
ンス制御とすることにより、ブーム１２のばね的な作用
により掘削対象物中の障害物による影響を受けないよう
に掘削を行わせる。ステップ３１からステップ３３まで
の旋回１、放土、旋回２では、圧力ゲインＬを０に設定
し、スティフネスゲインＫを値ａより大きな所定の値ｂ
に設定して、コンプライアンス制御、即ち、厳密な位置
制御のみを行うようにする。
下げでは圧力ゲインＬを所定の値Ａに設定し、スティフ
ネスゲインＫを０ないし略０に設定して、サーボ制御を
圧力制御によって行う。ここで、所定の値Ａは自動運転
ショベル本体１がジャッキアップしない値に設定され
る。掘削中は、圧力ゲインＬを所定の値Ａまたはそれに
近似した値Ｂに設定し、スティフネスゲインＫは所定の
値ａに設定して、サーボ制御を圧力制御とコンプライア
ンス制御とすることにより、ブーム１２のばね的な作用
により掘削対象物中の障害物による影響を受けないよう
に掘削を行わせる。ステップ３１からステップ３３まで
の旋回１、放土、旋回２では、圧力ゲインＬを０に設定
し、スティフネスゲインＫを値ａより大きな所定の値ｂ
に設定して、コンプライアンス制御、即ち、厳密な位置
制御のみを行うようにする。
【００５０】次に、本発明の第２の実施形態を図１０乃
至図１１を用いて説明する。
至図１１を用いて説明する。
【００５１】本実施形態の発明は、第１の実施形態の発
明に加えて、傾斜面を有するストックヤード上でアーム
１３をクラウドして掘削する際に、バケット４が傾斜面
に沿って横ずれしてしまうことにより、自動運転ショベ
ル本体１の走行体１０が地面に対して旋回方向へ位置ず
れしてしまうことを防止するものである。
明に加えて、傾斜面を有するストックヤード上でアーム
１３をクラウドして掘削する際に、バケット４が傾斜面
に沿って横ずれしてしまうことにより、自動運転ショベ
ル本体１の走行体１０が地面に対して旋回方向へ位置ず
れしてしまうことを防止するものである。
【００５２】図１０および図１１は、それぞれ第２の実
施形態に係る掘削性能の改善処置および掘削時の自動運
転ショベルの位置ずれ防止処置が施された自動運転コン
トローラによる処理手順を示すフローチャート、および
前記各処置が施された自動運転ショベルの掘削時の動作
を示す図である。
施形態に係る掘削性能の改善処置および掘削時の自動運
転ショベルの位置ずれ防止処置が施された自動運転コン
トローラによる処理手順を示すフローチャート、および
前記各処置が施された自動運転ショベルの掘削時の動作
を示す図である。
【００５３】なお、図１０において、ステップ２０〜ス
テップ２１，ステップ２３〜ステップ２６はそれぞれ図
７に示すステップ２０〜ステップ２１，ステップ２３〜
ステップ２６における処理と同じであるので説明を省略
する。
テップ２１，ステップ２３〜ステップ２６はそれぞれ図
７に示すステップ２０〜ステップ２１，ステップ２３〜
ステップ２６における処理と同じであるので説明を省略
する。
【００５４】ステップ２２’では、ブームおよび旋回体
を圧力制御からコンプライアンス制御＋圧力制御に移行
する。これにより、第１の実施形態で説明したと同様
に、ブーム１２をばねで支持したような状態とすること
ができ、バケット１４は障害物を避けて動作させること
ができると共に、図１１に示すように、自動運転ショベ
ル本体１が紙面に正対する位置で掘削するような場合、
旋回体１１がばねで支持されたような状態となり、掘削
時、バケット１４がストックヤードの傾斜面に沿って降
下するようなことがあっても、自動運転ショベル本体１
の走行体１０が地面に対して旋回方向へ位置ずれするよ
うなことがなくなる。その結果、ストックヤードに沿っ
てバケットが横にずれすることによるショベルの走行体
の旋回方向への位置ずれを防止し、自動運転ショベル本
体の動作軌跡のずれを防止することができる。
を圧力制御からコンプライアンス制御＋圧力制御に移行
する。これにより、第１の実施形態で説明したと同様
に、ブーム１２をばねで支持したような状態とすること
ができ、バケット１４は障害物を避けて動作させること
ができると共に、図１１に示すように、自動運転ショベ
ル本体１が紙面に正対する位置で掘削するような場合、
旋回体１１がばねで支持されたような状態となり、掘削
時、バケット１４がストックヤードの傾斜面に沿って降
下するようなことがあっても、自動運転ショベル本体１
の走行体１０が地面に対して旋回方向へ位置ずれするよ
うなことがなくなる。その結果、ストックヤードに沿っ
てバケットが横にずれすることによるショベルの走行体
の旋回方向への位置ずれを防止し、自動運転ショベル本
体の動作軌跡のずれを防止することができる。
【００５５】図１２は、本実施形態に係る自動運転ショ
ベルの掘削、旋回１、放土、旋回２の１サイクルの処理
手順における、ブームおよび旋回体のサーボ制御におけ
る圧力ゲインＬとスティフネスゲインＫの設定の一例を
示す図である。
ベルの掘削、旋回１、放土、旋回２の１サイクルの処理
手順における、ブームおよび旋回体のサーボ制御におけ
る圧力ゲインＬとスティフネスゲインＫの設定の一例を
示す図である。
【００５６】なお、ここでは、ブームの圧力ゲインＬと
スティフネスゲインＫの設定については、図９に示した
ものと同じであるので説明を省略する。
スティフネスゲインＫの設定については、図９に示した
ものと同じであるので説明を省略する。
【００５７】ステップ４０の掘削において、掘削前のブ
ーム下げでは、旋回体の圧力ゲインＬを０ないし略０に
設定し、スティフネスゲインＫを所定の値ｃに設定し
て、サーボ制御をコンプライアンス制御、即ち、厳密な
位置制御のみを行うようにする。掘削中は、圧力ゲイン
Ｌを所定の値Ｃに設定し、スティフネスゲインＫは所定
の値ｄに設定して、サーボ制御を圧力制御とコンプライ
アンス制御とすることにより旋回体１１にばね的性質を
持たせ、掘削中にストックヤードの傾斜面に沿ってバケ
ット１４が移動し、旋回体１１が旋回方向に移動するよ
うな力が働いても、移動を吸収し、自動運転ショベル本
体１が位置ずれしないようにすることができる。ステッ
プ３１からステップ３３までの旋回１、放土、旋回２で
は、圧力ゲインＬを０に設定し、スティフネスゲインＫ
を値ｄより大きい所定の値ｃに設定して、コンプライア
ンス制御のみとし、厳密な位置制御のみを行うようにす
る。
ーム下げでは、旋回体の圧力ゲインＬを０ないし略０に
設定し、スティフネスゲインＫを所定の値ｃに設定し
て、サーボ制御をコンプライアンス制御、即ち、厳密な
位置制御のみを行うようにする。掘削中は、圧力ゲイン
Ｌを所定の値Ｃに設定し、スティフネスゲインＫは所定
の値ｄに設定して、サーボ制御を圧力制御とコンプライ
アンス制御とすることにより旋回体１１にばね的性質を
持たせ、掘削中にストックヤードの傾斜面に沿ってバケ
ット１４が移動し、旋回体１１が旋回方向に移動するよ
うな力が働いても、移動を吸収し、自動運転ショベル本
体１が位置ずれしないようにすることができる。ステッ
プ３１からステップ３３までの旋回１、放土、旋回２で
は、圧力ゲインＬを０に設定し、スティフネスゲインＫ
を値ｄより大きい所定の値ｃに設定して、コンプライア
ンス制御のみとし、厳密な位置制御のみを行うようにす
る。
【００５８】
【発明の効果】本願第１の発明によれば、自動運転ショ
ベル本体の各動作軸のスティフネスゲインおよび圧力ゲ
インを作業位置に応じて可変設定可能にしたので、各作
業位置で最適のスティフネスゲインおよび圧力ゲインを
設定して、一連の再生動作において最適のサーボ制御を
行わせることができる。
ベル本体の各動作軸のスティフネスゲインおよび圧力ゲ
インを作業位置に応じて可変設定可能にしたので、各作
業位置で最適のスティフネスゲインおよび圧力ゲインを
設定して、一連の再生動作において最適のサーボ制御を
行わせることができる。
【００５９】本願第２、第３、第８および第９の発明に
よれば、掘削対象物の状態によらずに、円滑に自動的に
掘削することができ、また掘削中にジヤッキアップしな
いので、位置ずれすることがなく、無人での連続自動運
転が可能となる。また、ジヤッキアップしない最大の掘
削力で掘削できるので、動作効率がよい。また、掘削対
象物の高さが変化しても、追従して掘削でき、さらに掘
削負荷が低ければ、目標通りの軌跡を生成でき、途中に
障害物があっても自動的によけて掘削できるので、掘削
対象物の状態を気にしないで作業を行わせることができ
る。
よれば、掘削対象物の状態によらずに、円滑に自動的に
掘削することができ、また掘削中にジヤッキアップしな
いので、位置ずれすることがなく、無人での連続自動運
転が可能となる。また、ジヤッキアップしない最大の掘
削力で掘削できるので、動作効率がよい。また、掘削対
象物の高さが変化しても、追従して掘削でき、さらに掘
削負荷が低ければ、目標通りの軌跡を生成でき、途中に
障害物があっても自動的によけて掘削できるので、掘削
対象物の状態を気にしないで作業を行わせることができ
る。
【００６０】本願第４、第５、第１０および第１１の発
明によれば、ブームの圧力ゲインを第１の所定の値に設
定して圧力制御を行う際に、バケットの掘削対象物へ接
触するまでの時間が所定時間より長い場合、またはバケ
ットの掘削対象物へ接触するまでの距離または角度が所
定距離または所定角度より大きい場合は、ショベルの動
作を停止するようにしたので、掘削時の自動運転ショベ
ルの安全性を向上させることができる。
明によれば、ブームの圧力ゲインを第１の所定の値に設
定して圧力制御を行う際に、バケットの掘削対象物へ接
触するまでの時間が所定時間より長い場合、またはバケ
ットの掘削対象物へ接触するまでの距離または角度が所
定距離または所定角度より大きい場合は、ショベルの動
作を停止するようにしたので、掘削時の自動運転ショベ
ルの安全性を向上させることができる。
【００６１】本願第６、第７、第１２および第１３の発
明によれば、本願第２、第３、第８および第９の発明の
効果に加えて、掘削中の旋回方向に対する、位置ずれを
防止でき、無人での連続運転が可能となる。
明によれば、本願第２、第３、第８および第９の発明の
効果に加えて、掘削中の旋回方向に対する、位置ずれを
防止でき、無人での連続運転が可能となる。
【図１】本発明の各実施形態に係る自動運転ショベルの
機能構成図である。
機能構成図である。
【図２】本発明の各実施形態に係わる自動運転ショベル
およびその作業形態の一例を示す側面図である。
およびその作業形態の一例を示す側面図である。
【図３】図２に示す運転室１８内の様子を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明の各実施形態に係る自動運転ショベルの
サーボ制御の制御手順を示すフローチャートである。
サーボ制御の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の各実施形態に係る自動運転ショベルの
サーボ制御における機能構成図である。
サーボ制御における機能構成図である。
【図６】本発明と対比するために従来技術に係わる掘削
時の問題点を説明するための図である。
時の問題点を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る掘削性能の改善
処置が施された自動運転コントローラによる処理手順を
示すフローチャートである。
処置が施された自動運転コントローラによる処理手順を
示すフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る改善処置された
自動運転ショベルの掘削時の動作を示す図である。
自動運転ショベルの掘削時の動作を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る自動運転ショベ
ルの掘削、旋回１、放土、旋回２の１サイクルの処理手
順における、ブームのサーボ制御における圧力ゲインＬ
とスティフネスゲインＫの設定の一例を示す図である。
ルの掘削、旋回１、放土、旋回２の１サイクルの処理手
順における、ブームのサーボ制御における圧力ゲインＬ
とスティフネスゲインＫの設定の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る掘削性能の改
善処置および掘削時の自動運転ショベルの位置ずれ防止
処置が施された自動運転コントローラによる処理手順を
示すフローチャートである。
善処置および掘削時の自動運転ショベルの位置ずれ防止
処置が施された自動運転コントローラによる処理手順を
示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る改善処置が施
された自動運転ショベルの掘削時の動作を示す図であ
る。
された自動運転ショベルの掘削時の動作を示す図であ
る。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る自動運転ショ
ベルの掘削、旋回１、放土、旋回２の１サイクルの処理
手順における、ブームおよび旋回体のサーボ制御におけ
る圧力ゲインＬとスティフネスゲインＫの設定の一例を
示す図である。
ベルの掘削、旋回１、放土、旋回２の１サイクルの処理
手順における、ブームおよび旋回体のサーボ制御におけ
る圧力ゲインＬとスティフネスゲインＫの設定の一例を
示す図である。
１ 自動運転ショベル ２ ストックヤード ３ クラッシヤ ４ ホイールローダ ５ 遠隔操作装置 ６ 自動運転コントロトーラ ９ 教示操作部、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 英人 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB03 AB04 AC06 BA03 BB01 BB04 CA02 DA02 DB02 DB04 DB05 DC07
Claims (13)
- 【請求項１】 ショベルと、該ショベルに設けられ、教
示操作により当該ショベルの少なくとも掘削位置を含む
複数の作業位置を記憶すると共に、再生操作により記憶
した前記複数の作業位置に基づいて一連の再生動作を繰
り返し行わせる自動運転コントローラを有する自動運転
ショベルにおいて、 前記自動運転コントローラは、当該ショベルの各動作軸
の動作目標となる角度情報からなる目標位置と、前記各
動作軸の現在の角度情報からなる現在位置との差分にス
ティフネスゲインを掛けたコンプライアンス制御と、当
該ショベルの各動作軸の対象物との接触状態において目
標となる目標圧力と、前記各動作軸の現在の現在圧力と
の差分に圧力ゲインを掛けた圧力制御とを加えたサーボ
制御量を出力するサーボ制御手段を備え、前記スティフ
ネスゲインおよび前記圧力ゲインを前記作業位置に応じ
て可変設定可能にしたことを特徴とする自動運転ショベ
ル。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記掘削位置におけるブームのサーボ制御は、掘削対象
物へのバケットの接触前は、ブームのスティフネスゲイ
ンを０ないし略０に設定し、ブームの圧力ゲインを第１
の所定の値に設定して圧力制御を行い、前記バケットの
接触後は、前記ブームのスティフネスゲインを所定の値
に設定すると共に、前記ブームの圧力ゲインを第２の所
定の値に設定してコンプライアンス制御と圧力制御を行
うことを特徴とする自動運転ショベル。 - 【請求項３】 請求項２において、 前記バケットの接触後に設定される前記ブームのスティ
フネスゲインの所定の値は、前記掘削位置以外の作業位
置で設定される前記ブームのスティフネスゲインの値よ
り小さな値に設定されることを特徴とする自動運転ショ
ベル。 - 【請求項４】 請求項１において、 前記掘削位置におけるブームのサーボ制御は、掘削対象
物へのバケットの接触前は、ブームのスティフネスゲイ
ンを０ないし略０に設定し、ブームの圧力ゲインを第１
の所定の値に設定して圧力制御を行い、前記バケットの
掘削対象物へ接触するまでの時間を計測し、計測された
時間が所定時間より長い場合は、当該シャベルの動作を
停止することを特徴とする自動運転ショベル。 - 【請求項５】 請求項１において、 前記掘削位置におけるブームのサーボ制御は、掘削対象
物へのバケットの接触前は、ブームのスティフネスゲイ
ンを０ないし略０に設定し、ブームの圧力ゲインを第１
の所定の値に設定して圧力制御を行い、前記バケットの
掘削対象物へ接触するまでの距離または角度を計測し、
計測された距離が所定距離または計測された角度が所定
角度より大きい場合は、当該シャベルの動作を停止する
ことを特徴とする自動運転ショベル。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれか１つ
の請求項において、前記掘削位置における旋回体のサー
ボ制御は、掘削対象物へのバケットの接触前は、旋回体
のスティフネスゲインを第１の所定の値に設定を行い、
旋回体の圧力ゲインを０ないし略０に設定してコンプラ
イアンス制御し、前記バケットの接触後は、前記旋回体
のスティフネスゲインを第２の所定の値に設定すると共
に、前記旋回体の圧力ゲインを所定の値に設定してコン
プライアンス制御と圧力制御を行うことを特徴とする自
動運転ショベル。 - 【請求項７】 請求項６において、 前記バケットの接触後に設定される前記旋回体のスティ
フネスゲインの第２の所定の値は、前記掘削位置以外の
作業位置で設定される前記旋回体のスティフネスゲイン
の値および前記旋回体のスティフネスゲインの第１の値
より小さな値に設定されることを特徴とする自動運転シ
ョベル。 - 【請求項８】 ショベルと、該ショベルに設けられ、教
示操作により当該ショベルの少なくとも掘削位置を含む
複数の作業位置を記憶すると共に、再生操作により記憶
した前記複数の作業位置に基づいて一連の再生動作を繰
り返し行わせる自動運転コントローラを有し、前記自動
運転コントローラは、当該ショベルの各動作軸の動作目
標となる角度情報からなる目標位置と、前記各動作軸の
現在の角度情報からなる現在位置との差分にスティフネ
スゲインを掛けたコンプライアンス制御と、当該ショベ
ルの各動作軸の対象物との接触状態において目標となる
目標圧力と、前記各動作軸の現在の現在圧力との差分に
圧力ゲインを掛けた圧力制御とを加えたサーボ制御量を
出力するサーボ制御手段を備える自動運転ショベルの運
転方法において、 前記掘削位置におけるブームのサーボ制御は、掘削対象
物へのバケットの接触前は、ブームのスティフネスゲイ
ンを０ないし略０に設定し、ブームの圧力ゲインを第１
の所定の値に設定して圧力制御を行う工程と、前記バケ
ットの接触後は、前記ブームのスティフネスゲインを所
定の値に設定すると共に、前記ブームの圧力ゲインを第
２の所定の値に設定してコンプライアンス制御と圧力制
御を行う工程とからなることを特徴とする自動運転ショ
ベルの運転方法。 - 【請求項９】 請求項８において、 前記バケットの接触後に設定される前記ブームのスティ
フネスゲインの所定の値は、前記掘削位置以外の作業位
置で設定される前記ブームのスティフネスゲインの値よ
り小さな値に設定されることを特徴とする自動運転ショ
ベルの運転方法。 - 【請求項１０】 請求項８において、 前記ブームの圧力ゲインを第１の所定の値に設定して圧
力制御を行う工程において、前記バケットの掘削対象物
へ接触するまでの時間を計測し、計測された時間が所定
時間より長い場合は、当該シャベルの動作を停止するこ
とを特徴とする自動運転ショベルの運転方法。 - 【請求項１１】 請求項８において、 前記ブームの圧力ゲインを第１の所定の値に設定して圧
力制御を行う工程において、前記バケットの掘削対象物
へ接触するまでの距離または角度を計測し、計測された
距離が所定距離または計測された角度が所定角度より大
きい場合は、当該シャベルの動作を停止することを特徴
とする自動運転ショベルの運転方法。 - 【請求項１２】 請求項８ないし請求項１１のいずれか
１つの請求項において、前記掘削位置における旋回体の
サーボ制御は、掘削対象物へのバケットの接触前は、旋
回体のスティフネスゲインを第１の所定の値に設定し、
旋回体の圧力ゲインを０ないし略０に設定してコンプラ
イアンス制御を行う工程と、前記バケットの接触後は、
前記旋回体のスティフネスゲインを第２の所定の値に設
定すると共に、前記旋回体の圧力ゲインを所定の値に設
定してコンプライアンス制御と圧力制御を行う工程とか
らなることを特徴とする自動運転ショベルの運転方法。 - 【請求項１３】 請求項１２において、 前記バケットの接触後に設定される前記旋回体のスティ
フネスゲインの第２の所定の値は、前記掘削位置以外の
作業位置で設定される前記旋回体のスティフネスゲイン
の値および前記旋回体のスティフネスゲインの第１の値
より小さな値に設定されることを特徴とする自動運転シ
ョベルの運転方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30722199A JP2001123478A (ja) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | 自動運転ショベル |
| US09/697,423 US6317669B1 (en) | 1999-10-28 | 2000-10-27 | Automatically operated shovel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30722199A JP2001123478A (ja) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | 自動運転ショベル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001123478A true JP2001123478A (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=17966513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30722199A Pending JP2001123478A (ja) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | 自動運転ショベル |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6317669B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001123478A (ja) |
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-
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