JP3007335B1 - 作業用機械の干渉回避制御装置 - Google Patents
作業用機械の干渉回避制御装置Info
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Abstract
場合に、バケットとアタッチメントとの干渉を回避しな
がら作業を続行できるように制御するにあたり、高精度
の制御を行えるようにする。 【解決手段】 アームの自動的な干渉回避作動を行うべ
くアーム限界角度βLTを設定するにあたり、ブーム角
度センサ33、オフセット角度センサ34から入力され
る実ブーム角度αact、実オフセット角度γ
actと、ブーム用圧力センサ27A、27B、オフセ
ット用圧力センサ28Bから入力される検出圧力とに基
づいて予想ブーム角度αexp、予想オフセット角度γ
expを設定し、これら予想角度に基づいてアーム限界
角度を演算する構成にした。
Description
作業用機械の油圧制御回路の技術分野に属するものであ
る。
装備される作業部のなかには、上下左右揺動するオフセ
ット型のブームと、該ブームの先端部に前後揺動自在に
連結されるアームと、該アームの先端部に連結されるバ
ケット等のアタッチメントを備えたものあるが、このも
のにおいて、ブームやアームを揺動させたときにアタッ
チメントが運転席部に接触(干渉)してしまう惧れがあ
る場合があり、この様な場合には、アタッチメントと運
転席部との接触を回避するための配慮が必要となる。そ
こで従来、作業部の姿勢を検出する姿勢検出手段と、該
姿勢検出手段からの検出信号に基づいてアタッチメント
が運転席部の所定範囲以内に接近しているか否かの判断
を行う制御部とを設け、そしてアタッチメントが運転席
部の所定範囲内まで接近している判断された場合には、
作業部用油圧アクチュエータの油圧回路に対して制御部
から制御指令を出力して、作業部を停止させるようにし
たものがある。この様なものとして、例えば、図11に
示す如きものが知られているが、このものは、アーム用
シリンダ等の作業部用油圧アクチュエータ42への圧油
供給制御を行うためのパイロット式のコントロールバル
ブ43と、操作具の操作に基づいてパイロット圧油を出
力するパイロットバルブ44A、44Bとのあいだに、
制御部からの指令に基づいて作動する電磁比例減圧弁4
5A、45Bが設けられている。そして、アタッチメン
トが運転席部から離れている場合には、上記電磁比例減
圧弁45A、45Bを開いてコントロールバルブ43へ
のパイロット圧油の供給を許容する一方、アタッチメン
トが運転席部に接近した場合には、電磁比例減圧弁45
A、45Bを閉じてコントロールバルブ43へのパイロ
ット圧油の供給を断ち、これにより作業部を停止させる
ように構成されている。
のは、前述したように、アタッチメントが運転席部に接
近した場合に、電磁比例減圧弁を閉じて作業部を停止さ
せるものであるため、作業の途中で作業部が停止してし
まうことになる。この場合には、一旦アタッチメントを
運転席部から遠ざけてから、中断した作業を続行する操
作を再開しなければならず、作業能率が低下するという
問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題があ
った。
情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創
作されたものであって、機械本体に対し上下左右に揺動
自在なオフセット型のブームと、該ブームの先端部に前
後揺動自在に連結されるアームと、該アームの先端部に
連結されるアタッチメントとを備えた作業用機械におい
て、機械本体とアタッチメントとの干渉を回避すべく予
め設定される干渉回避領域内へのアタッチメントの侵入
を回避するための干渉回避制御手段を設けるにあたり、
該干渉回避制御手段は、ブーム用シリンダのパイロット
油路に設けた圧力センサの検出圧力に対応して設定され
ているブーム角度の予想増加角度を出力する予想ブーム
角度設定器と、該予想ブーム角度設定器、ブームの機械
本体に対する揺動角度を検出するブーム角度検出手段、
およびアームのブームに対する揺動角度を検出するアー
ム角度検出手段からの信号をそれぞれ入力し、ブーム角
度検出手段から入力されるブーム角度に前記設定された
予想増加角度を加算して予想ブーム角度を予測し、該予
想ブーム角度に基づいてアタッチメントが干渉回避領域
に侵入しないためのアーム限界角度を設定するアーム限
界角度設定手段と、該設定されたアーム限界角度とアー
ム角度検出手段から入力されるアーム角度との角度偏差
を求め、該角度偏差に基づいてアームの自動的な干渉回
避作動を行うべくアーム駆動手段に対する制御信号を設
定する制御信号設定手段とを備えて構成されているもの
である。そして、この様にすることにより、予想ブーム
角度に基づいてアーム限界角度の設定が行われることに
なって、ブームの作動速度が速いような場合であって
も、これに素早く追従したアームの干渉回避作動を行う
ことができる。このものにおいて、アーム限界角度設定
手段は、ブーム用操作具によるブーム用駆動手段の操作
状態を検出する操作状態検出手段からの信号を入力し、
該検出されたブーム操作状態とブーム角度検出手段から
入力されるブーム角度とを用いて予想ブーム角度を予測
し、該予想ブーム角度に基づいてアーム限界角度を演算
する構成にすることにより、ブームの操作状態に対応し
て予想ブーム角度を予測することができる。また、制御
信号設定手段は、角度偏差に基づいて制御信号を設定す
るにあたり、比例−積分制御演算を行う構成にすること
により、より精度の高い制御を行うことができる。さら
に、干渉回避制御手段に、アーム用操作具の操作に基づ
いてアーム駆動手段に対する操作信号を設定する操作信
号設定手段を備えると共に、該操作信号設定手段からの
操作信号と制御信号設定手段からの制御信号のうち何れ
か一方を選択してアーム駆動手段に出力する選択手段を
設けることにより、アーム用操作具の操作状態や角度偏
差に応じて、操作信号または制御信号が選択される。さ
らにまた、干渉回避制御手段に、少なくともブームが揺
動している状態でアタッチメントが干渉回避領域に接近
したとき、アームを干渉回避領域から離れる方向に揺動
させることで前記干渉回避領域内へのアタッチメントの
侵入を回避しながらブーム揺動を続行させるための機構
を設けることにより、干渉回避領域への侵入を回避しな
がら作業を続行することができて、作業効率が向上す
る。
面に基づいて説明する。図1、図2において、1はオフ
セット型の油圧ショベルであって、該油圧ショベル1
は、下部走行体2、上部旋回体3、キャブ4、作業部5
等の各部から構成されており、さらに該作業部5は、基
端部が上部旋回体3に上下揺動自在に支持されるリアブ
ーム6、該リアブーム6の先端部に左右揺動自在に連結
されるフロントブーム7、該フロントブーム7の先端部
に前後揺動自在に連結されるアーム8、該アーム8の先
端部に前後揺動自在に連結されるバケット9、およびこ
れらを揺動せしめるためのブーム用シリンダ10、オフ
セット用シリンダ11、アーム用シリンダ12、バケッ
ト用シリンダ13等から構成されていること等の基本的
構成は従来通りであるが、本実施の形態において、キャ
ブ4は上部旋回体3の左側部に設けられている。さらに
前記リアブーム6は、ブーム用シリンダ10が縮小する
ことで下降し、ブーム用シリンダ10が伸長することで
上昇する構成となっている。またフロントブーム7は、
オフセット用シリンダ11が縮小することで左方向、つ
まりキャブ4に接近する方向に移動し、オフセット用シ
リンダ11が伸長することで右方向に移動する構成とな
っている。さらにまたアーム8は、アーム用シリンダ1
2が伸長することで機体後方側に揺動(アームイン)
し、アーム用シリンダ12が縮小することで機体前方側
に揺動(アームアウト)する構成となっている。
シリンダ11、アーム用シリンダ用シリンダ12は、メ
インポンプ14から供給される圧油により伸縮作動する
が、これらシリンダ10〜12に圧油を供給する回路は
同様のものであるため、アーム用シリンダ12を例にと
って、図3に基づいて説明する。図3において、14は
メインポンプ、15はパイロット油圧源、16は油タン
ク、17はコントロールバルブ、18A、18Bは伸長
側、縮小側のパイロットバルブ、19A、19Bは伸長
側、縮小側の切換弁、20A、20Bは伸長側、縮小側
の電磁比例減圧弁、21A、21Bは伸長側、縮小側の
圧力センサであって、上記コントロールバルブ17は、
伸長側パイロットポート17aおよび縮小側パイロット
ポート17bを備えたパイロット操作式の三位置切換弁
から構成されている。そして前記コントロールバルブ1
7は、両パイロットポート17a、17bにパイロット
圧油が供給されていない状態では、アーム用シリンダ1
2への圧油供給を停止する中立位置Nに位置している
が、伸長側パイロットポート17aにパイロット圧油が
供給されることで、アーム用シリンダ12の伸長側油室
に圧油を供給する伸長側位置Xに切換り、また縮小側パ
イロットポート17bにパイロット圧油が供給されるこ
とで、アーム用シリンダ12の縮小側油室に圧油を供給
する縮小側位置Yに切換わる構成となっている。
18A、18B、切換弁19A、19B、電磁比例減圧
弁20A、20B、圧力センサ21A、21Bは、前記
コントロールバルブ17の伸長側、縮小側のパイロット
ポート17a、17bにパイロット圧油を供給するため
の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ設けられ
るが、同様のものであるため、伸長側のものについて説
明すると、まず伸長側パイロットバルブ18Aは、アー
ム用操作具22を伸長側に操作することにより、該操作
量に対応する圧力のパイロット圧油が出力ポート18a
から出力される構成となっている。
側パイロットバルブ18Aの二次側に配設される五ポー
ト二位置切換弁であって、第一ポート19aは油タンク
16に、第二ポート19bは前記伸長側パイロットバル
ブ18Aの出力ポート18aに、第三ポート19cはパ
イロット油圧源15に、第四ポート19dは後述する伸
長側電磁比例減圧弁20Aの第一ポート20aに、第五
ポート19eは伸長側電磁比例減圧弁20Aの第二ポー
ト20bにそれぞれ接続されている。またこの伸長側切
換弁19Aには、パイロットポート19fが設けられて
いるが、該パイロットポート19fは、前記伸長側パイ
ロットバルブ出力ポート18aと伸長側切換弁第二ポー
ト19bとを連結するパイロット油路に接続されてい
て、伸長側パイロットバルブ18Aからパイロット圧油
が出力されることに伴いパイロットポート19fにもパ
イロット圧油が供給されるようになっている。そして伸
長側切換弁19Aは、パイロットポート19fにパイロ
ット圧油が供給されていない状態では、弾機19gの付
勢力により、第一ポート19aが閉じ、第二ポート19
bと第四ポート19dとを連通する弁路が開き、かつ第
三ポート19cと第五ポート19eとを連通する弁路が
開く第一位置Xに位置していて、パイロット油圧源15
からのパイロット圧油を伸長側電磁比例減圧弁第二ポー
ト20bに供給すると共に、伸長側電磁比例減圧弁第一
ポート20aからの油を伸長側パイロットバルブ18A
を介して油タンク16に排出できるようになっている。
一方、パイロットポート19fにパイロット圧油が供給
された場合には、第三ポート19cが閉じ、第一ポート
19aと第四ポート19aとを連通する弁路が開き、か
つ第二ポート19bと第五ポート19eとを連通する弁
路が開く第二位置Yに切換って、パイロットバルブ出力
ポート18aからのパイロット圧油を伸長側電磁比例減
圧弁第二ポート20bに供給すると共に、伸長側電磁比
例弁圧弁第一ポート20aからの油を油タンク16に排
出できるようになっている。
記伸長側切換弁19Aとコントロールバルブ伸長側パイ
ロットポート17aとのあいだに配設されるが、第一〜
第三ポート20a、20b、20c、およびソレノイド
20dを備えており、第一ポート20aは前記伸長側切
換弁第四ポート19dに、第二ポート20bは伸長側切
換弁第五ポート19eに、第三ポート20cはコントロ
ールバルブ伸長側パイロットポート17aにそれぞれ接
続されている。 そしてこの伸長側電磁比例減圧弁20
Aは、ソレノイド20dが励磁していない状態では、第
一ポート20aと第三ポート20cとを連通する弁路を
開き、かつ第二ポート20bを閉じているが、後述する
制御部23からの作動指令に基づいてソレノイド20d
が励磁することにより、第二ポート20bと第三ポート
20cとを連通する出力用弁路を開くように構成されて
いる。そして該出力用弁路が開くことにより、第一位置
Xの伸長側切換弁19Aを経由したパイロット油圧源1
5からのパイロット圧油、または第二位置Yの伸長側切
換弁19Aを経由した伸長側パイロットバルブ18Aか
らのパイロット圧油をコントロールバルブ伸長側パイロ
ットポート17aに出力するようになっているが、該出
力圧力は、制御部23からソレノイド20dの駆動回路
に出力される制御指令に対応して増減するようになって
いる。
伸長側パイロットバルブ21Aから出力されるパイロッ
ト圧油の圧力を検出するものであって、該伸長側圧力セ
ンサ21Aの検出信号は、前記制御部23に入力される
ようになっている。
ュータ等を用いて構成されるものであるが、このものに
は、リアブーム6の上部旋回体3に対する相対角度(後
述する実ブーム角度αact)を検出するためのブーム
角度センサ24、フロントブーム7のリアブーム6に対
する相対角度(後述する実オフセット角度γact)を
検出するためのオフセット角度センサ25、アーム8の
フロントブーム7に対する相対角度(後述する実アーム
角度βact)を検出するためのアーム角度センサ2
6、前述したアーム用シリンダ12の伸長側、縮小側の
パイロット油路にそれぞれ設けられた伸長側、縮小側の
圧力センサ21A、21B、同様にしてブーム用シリン
ダ10の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ設
けられる伸長側、縮小側の圧力センサ27A、27B、
オフセット用シリンダ11の伸長側、縮小側のパイロッ
ト油路にそれぞれ設けられる伸長側、縮小側の圧力セン
サ28A、29B等の各種センサやスイッチ類からの信
号が入力するようになっており、これら入力信号に基づ
いて後述する各種設定器、演算器、選択器等により設
定、演算、選択等を行い、そして前述したアーム用シリ
ンダ12の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ
設けられた伸長側、縮小側の電磁比例減圧弁20A、2
0B、同様にしてブーム用シリンダ10の伸長側、縮小
側のパイロット油路にそれぞれ設けられる伸長側、縮小
側の電磁比例減圧弁29A、29B、オフセット用シリ
ンダ11の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ
設けられる伸長側、縮小側の電磁比例減圧弁30A、3
0B等に対し制御指令を出力するように構成されてい
る。
定器、演算器、選択器等について図5〜図8に基づいて
説明すると、図5のブロック図において、31A、31
Bは伸長側、縮小側のアーム操作信号設定器であって、
このものは、前記アーム用シリンダ12のパイロット油
路に設けられた伸長側、縮小側の圧力センサ21A、2
1Bからの検出信号を入力し、該検出信号に基づいて伸
長側、縮小側のアーム用電磁比例減圧20A、20Bに
対するアーム操作信号をそれぞれ設定して出力する。こ
の場合、アーム操作信号設定器31A、31Bは、図6
の特性図(A)、(B)に示す如く、圧力センサ21
A、21Bで検出された圧力、つまりアーム用パイロッ
トバルブ18A、18Bの出力圧と等しい圧力をアーム
用電磁比例減圧弁20A、20Bに発生させるための0
〜100%の信号を設定する。32は予想オフセット増
加角度設定器であって、このものは、オフセット用シリ
ンダ11の縮小側パイロット油路に設けられた圧力セン
サ28Bからの検出信号を入力し、該入力信号に基づい
てオフセット角度の予想増加角度Δγを設定して出力す
る。この場合、予想オフセット増加角度設定器32は、
図7(A)の特性図に示す如く、縮小側圧力センサ28
Bの検出圧力、つまりオフセット用縮小側パイロットバ
ルブ(図示せず)の出力圧が大きくなると予想増加角度
Δγも大きくなるように設定される。33は第一加算器
であって、このものは、オフセット角度センサ25で検
出された実オフセット角度γactと、前記予想オフセ
ット増加角度設定器32から出力される予想オフセット
増加角度Δγとを加算し、該加算したものを予想オフセ
ット角度γexpとして出力する。34A、34Bは伸
長側、縮小側の予想ブーム増加角度設定器であって、こ
のものは、ブーム用シリンダ10のパイロット油路に設
けられた伸長側、縮小側の圧力センサ27A、27Bか
らの検出信号を入力し、該入力信号に基づいてブーム角
度の予想増加角度Δα1、Δα2をそれぞれ設定して出
力する。この場合、伸長側予想ブーム増加角度設定器3
4Aは、図7(B)の特性図に示す如く、伸長側圧力セ
ンサ27Aの検出圧力、つまりブーム用伸長側パイロッ
トバルブ(図示せず)の出力圧が大きくなると予想増加
角度Δα1がプラス側に大きくなるように設定される。
また縮小側予想ブーム増加角度設定器34Bは、図7
(C)の特性図に示す如く、縮小側圧力センサ27Bの
検出圧力、つまりブーム用縮小側パイロットバルブ(図
示せず)の出力圧が大きくなると予想増加角度Δα2が
マイナス側に大きくなるように設定される。35は第二
加算器であって、このものは、ブーム角度センサ24で
検出された実ブーム角度αactと、前記伸長側、縮小
側の予想ブーム増加角度設定器34A、34Bで設定さ
れた予想ブーム増加角度Δα1、Δα2とを加算し、該
加算したものを予想ブーム角度αexpとして出力す
る。36はアーム限界角度演算器であって、このもの
は、第一加算器33から出力される予想オフセット角度
γexp、および第二加算器35から出力される予想ブ
ーム角度αexpに基づいて、アーム限界角度βLTを
演算して出力するが、該アーム限界角度βLTの演算に
ついては、後述する。37は減算器であって、このもの
は、前記アーム限界角度演算器36で演算されたアーム
限界角度βLTからアーム角度センサ26で検出される
実アーム角度βactを減算し、該減算したものを角度
偏差Δβとして出力する。38はPI制御演算器であっ
て、このものは、前記減算器37から出力される角度偏
差Δβに基づいてPI制御(比例−積分制御)演算を行
うものであって、比例ゲイン設定器38aと、積分ゲイ
ン設定器38bと、積分演算器38cと、比例成分と積
分成分を加算する第三加算器38dとを用いて構成され
るが、上記積分演算器38cは、縮小側アーム操作信号
設定器31Bから縮小側アーム操作信号が出力されると
リセットされるように設定されている。39A、39B
は、伸長側、縮小側のアーム制御信号設定器であって、
このものは、前記PI制御演算器38からの出力値Pに
基づいて、アーム用電磁比例減圧弁20A、20Bに対
する伸長側、縮小側のアーム制御信号をそれぞれ設定し
て出力する。この場合、伸長側アーム制御信号設定器3
9Aは、図8(A)の特性図に示す如く、PI制御演算
器38の出力値Pがマイナス(P<0)のときには、伸
長側電磁比例減圧弁20Aの出力用弁路を全閉させる0
%の信号を出力し、出力値Pが予め設定されるプラスの
設定値D以上(P≧D)のときには、出力用弁路を全開
させる100%の信号を出力し、さらに出力値Pがゼロ
からDまでのあいだ(0≦P<D)のときには、出力値
Pが大きくなるにつれて出力圧力が大きくなるように設
定された0%を越えて100%未満までの信号を出力す
るように設定されている。また縮小側アーム制御信号設
定器39Bは、図8(B)の特性図に示す如く、PI制
御演算器38の出力値Pがプラス(P>0)のときに
は、縮小側電磁比例減圧弁20Bの出力用弁路を全閉さ
せる0%の信号を出力し、出力値Pが予め設定されるマ
イナスの設定値E以下(P≦E)のときには、出力用弁
路を全開させる100%の信号を出力し、さらに出力値
Pが前記設定値Eからゼロまでのあいだ(E<P≦0)
のときには、出力値Pがマイナス側に大きくなるにつれ
て電磁比例減圧弁20Aの出力圧力が大きくなるように
設定された0%を越えて100%未満までの信号を出力
するように設定されている。40はMIN信号選択器で
あって、このものは、伸長側アーム操作信号設定器31
Aから出力される伸長側アーム操作信号と、伸長側アー
ム制御信号設定器39Aから出力される伸長側アーム制
御信号とのうち最小値を選択し、該選択した信号値を伸
長側アーム駆動信号として、アーム用伸長側電磁比例減
圧弁20Aの駆動回路に出力する。41はMAX信号選
択器であって、このものは、縮小側アーム操作信号設定
器31Bから出力される縮小側アーム操作信号と、縮小
側アーム制御信号設定器39Aから出力される縮小側ア
ーム制御信号とのうち最大値を選択し、該選択した信号
値を縮小側アーム駆動信号として、アーム用縮小側電磁
比例減圧弁20Bの駆動回路に出力する。
説明すると、まず伸長側、縮小側のアーム操作信号設定
器31A、31Bは、圧力センサ21A、21Bの検出
信号に基づき、伸長側、縮小側のアーム用電磁比例減圧
弁20A、20Bにパイロットバルブ18A、18Bか
らの出力圧と等しい圧力を発生させるための伸長側、縮
小側のアーム操作信号を設定して、MIN信号選択器4
0、MAX信号選択器41にそれぞれ出力する。
は、縮小側オフセット用圧力センサ28Bからの検出信
号に基づいてオフセット予想増加角度Δγを設定して、
第一加算器33に出力する。そして第一加算器33で
は、オフセット角度センサ25で検出される実オフセッ
ト角度γactに、上記オフセット予想増加角度Δγを
加算して、予想オフセット角度γexpを算出する。同
様に、伸長側、縮小側の予想ブーム増加角度設定器34
A、34Bは、伸長側、縮小側のブーム用圧力センサ2
7A、27Bからの検出信号に基づいて予想ブーム増加
角度Δα1、Δα2を設定して、第二加算器35に出力
する。そして第二加算器35では、ブーム角度センサ2
4で検出される実ブーム角度αactに、上記予想ブー
ム増加角度Δα1、Δα2を加算して、予想ブーム角度
αex pを算出する。
記第一、第二加算器33、35で算出された予想オフセ
ット角度γexp、予想ブーム角度αexpに基づいて
アーム限界角度βLTを演算する。ここで、図9は上部
旋回体3を側面から見たときのリアブーム6の先端部
a、フロントブーム7の先端部b、アーム8の先端部c
の各部を座標上に示したものであって、原点Oはリアブ
ーム6の上部旋回体3に対する揺動支点、X軸は上部旋
回体3を基準として前後方向を向く方向、Y軸は上下方
向を向く方向であり、また、図10は図9のA矢視図で
あって、Z軸は左右方向を向く方向である。そして、ブ
ーム角度αは、図9において、原点Oおよびフロントブ
ーム7の先端部bを結ぶ直線RobとX軸とのなす角度
であり、アーム角度βは、図9において、前記直線R
obとアーム8とのなす角度の補角であり、オフセット
角度γは、図10において、左方向に移動したフロント
ブーム7とX軸とのなす角度であって、前記ブーム角度
センサ24、アーム角度センサ26、オフセット角度セ
ンサ25によって検出されたブーム角度α、アーム角度
β、オフセット角度γが、それぞれ実ブーム角度α
act、実アーム角度βact、実オフセット角度γ
actである。尚、本発明のブーム角度検出手段は、本
実施の形態のブーム角度センサ24とオフセット角度セ
ンサ25との両方を含み、また本発明のブーム角度は、
本実施の形態のブーム角度αとオフセット角度γとの両
方を含む。さらに、図9に示す干渉回避領域Hは、バケ
ット9がキャブ4にこれ以上接近してはならないとして
設定された領域であって、該領域H内にバケット9がど
のような姿勢になっても侵入しないようにしてアーム先
端部cを移動させたときにアーム8の先端部cが最もキ
ャブ4に近接した場合の軌跡に若干の余裕(不感帯)を
持たせたものを干渉回避境界線Lとして示す。そしてま
ず、アーム先端部cが干渉防止境界線L上の任意の点
(XLT,YLT)に位置しているときのアーム角度
(該アーム角度を、アーム限界角度βLTとする)とブ
ーム角度αの関係式を導く。図9において、原点Oから
アーム先端部cまでの距離rocは、次式で与えられ
る。 roc={rob 2+Lbc 2−2robLbccos(π−βLT)}1/2 ・・・(1) 但し、図9、図10からrobは次式で与えられる。 rob=(Loa 2+rab 2−2Loarabcosθ)1/2 ・・・(2) rab=Labcosγ ・・・(3) ここで、 Loa:リアブーム6の長さ Lab:フロントブーム7の長さ Lbc:アーム8の長さ θ:図9におけるリアブーム4とフロントブーム5とのなす角度 (一定値) 一方、アーム8の先端部cが干渉防止境界線L上にあるときは、次式が成り立 つ。 roc=(XLT 2+YLT 2)1/2 ・・・(4) (1)、(4)式よりアーム限界角度βLTは、次式で表される。 βLT=π−cos−1{(rob 2+Lbc 2−XLT 2−YLT 2)/2rob Lbc} ・・・(5) 次に、アーム限界角度βLTとブーム角度αの関係を導く。△obcから次式 が成立する。 rLT/sin(π−β)=Lbc/sin(α−ε) ・・・(6) 但し、 ε=cos−1(XLT/rLT) ・・・(7) rLT=(XLT 2+YLT 2)1/2 ・・・(8) 上記(6)式を整理してブーム角度αを導く。 α=sin−1{rLTsin(π−βLT)/Lbc}+ε ・・・(9) 以上の(1)から(9)式より、干渉防止境界線L上の
座標を設定すると、オフセット角度γをパラメータとし
てブーム角度αに対するアーム限界角度βLTを求める
ことができ、これに基づいて関数テーブルβLT=f
(α,γ)を作成できる。ここで、上記演算で用いられ
るブーム角度α、オフセット角度γは、前記第二加算器
35で算出された予想ブーム角度αexp、第一加算器
33で算出された予想オフセット角度γexpである。
尚、フロントブーム7の先端部bの座標(Xb,Y b)
およびアーム8の先端部cの座標(Xc,Yc)は次式
で与えられる。 Xb=robcosα ・・・(10) Yb=robsinα ・・・(11) Xc=Lbccos(β−α)+Xb ・・・(12) Yc=Lbcsin(β−α)+Yb ・・・(13)
限界角度演算器36で演算されたアーム限界角度βLT
にアーム角度センサ26で検出された実アーム角度β
actをフィードバックして角度偏差Δβを求め、該角
度偏差Δβに基づいてPI制御演算器38でPI制御演
算を行う。
偏差Δβに比例ゲイン設定器38aで比例ゲインを乗じ
た比例成分と、角度偏差Δβに積分ゲイン設定器38b
で積分ゲインを乗じた値を積分演算器38cで積分して
求めた積分成分とを、第三加算器38dで足し合わせ
る。尚、積分演算器38cは上限、下限のリミッタを有
し、かつ縮小側アーム操作信号設定器31Bから縮小
(アウト)側アーム操作信号が出力されるとゼロにリセ
ットされる。
cが干渉防止境界線Lから充分に離れていてバケット9
が干渉領域H内に侵入する惧れのない状態でアーム8を
イン側に操作した場合について説明すると、この場合、
減算器37から出力される角度偏差Δβはプラスの大き
な値となって、PI制御演算器38は設定値Dよりも大
きいプラスの信号を出力する。これにより、伸長(イ
ン)側アーム制御信号設定器39Aからは100%の信
号が出力される。また、伸長側アーム操作信号設定器3
1Aからは0%を越えて100%までの信号が出力され
るので、上記伸長側アーム制御信号設定器39Aの出力
信号よりも小さいか等しく、このため伸長側アーム操作
信号設定器31Aの出力信号がMIN信号選択器41に
より選択され、このものが伸長側アーム用電磁比例減圧
弁20Aに駆動信号として出力される。これにより伸長
側アーム用電磁比例減圧弁20Aは、伸長側アーム用パ
イロットバルブ18Aの出力圧と等しい圧力のパイロッ
ト圧油をアーム用コントロールバルブ17の伸長側パイ
ロットポート17bに出力する。一方、前述したように
PI制御演算器38はプラスの信号を出力するので、縮
小(アウト)側アーム制御信号設定器39Bからは0%
の信号が出力される。また、アーム用シリンダ12の縮
小(アウト)側は操作されていないので、縮小側アーム
操作信号設定器31Bは0%の信号を出力する。従っ
て、MAX信号選択器40は0%の信号を出力し、縮小
側アーム用電磁比例減圧弁20Bの出力用弁路は全閉す
る。さらに、図3の油圧回路図において、縮小側切換弁
19Bは第一位置Xに位置しているので、アーム用コン
トロールバルブ縮小側パイロットポート17bからの排
出油は、縮小側電磁比例減圧弁20B、縮小側切換弁1
9B、縮小側パイロットバルブ18Bを介してタンク1
6に導かれる。これにより、アーム用コントロールバル
ブ17は、伸長側パイロットバルブ18Aの出力圧で制
御される。つまり、アーム先端部cが干渉回避境界線L
から遠く離れている場合には、アーム用操作具22の操
作に対応した速度でアームインの作動が行われる。
止境界線Lに近づく方向にアーム8を単独で、またはリ
アブーム6、フロントブーム7と複合で操作すると、実
アーム角度βactがアーム限界角度βLTに近づい
て、減算器37から出力される偏差角度Δβが次第に小
さくなる。これによりPI制御演算器38の出力値Pも
小さくなって、出力値Pが前記設定値Dよりも小さくな
ると、伸長側アーム制御信号設定器39Aからの出力信
号が100%より小さくなる。そして、伸長側アーム制
御信号設定器39Aの出力信号が伸長側アーム操作信号
設定器31Aの出力信号よりも小さくなると、小さい方
の伸長側アーム制御信号設定器39Aの信号がMIN信
号選択器40により選択され、このものが伸長側アーム
用電磁比例減圧弁20Aに駆動信号として出力される。
これにより、実アーム角度βactがアーム限界角度β
LTに近づくにつれて、伸長側アーム用電磁比例減圧弁
20Aの出力圧力が小さくなり、該伸長側アーム用電磁
比例減圧弁20Aで減圧されたパイロット圧油がアーム
用コントロールバルブ伸長側パイロットポート17aに
供給されることになる。而してアーム先端部cが干渉回
避境界線Lに近づくほどアームインの作動速度は減速さ
れて停止する。
干渉回避境界線Lに近づく方向に操作されて実アーム角
度βactがアーム限界角度βLTより小さくなると、
PI制御演算器38はマイナスの出力となるので、伸長
側アーム用制御信号設定器39Aからは0%の信号が出
力される。而して、該伸長側アーム用制御信号設定器3
9Aの0%の信号がMIN信号選択器40により選択さ
れ、伸長側アーム用電磁比例減圧弁20Aの出力用弁路
は全閉する。一方、前述したようにPI制御演算器38
はマイナスの信号を出力するので、縮小側アーム制御信
号設定器39Bから0%を越えて100%までの信号が
出力される。このとき、アーム用シリンダ12の縮小
(アウト)側は操作されていないので、縮小側アーム操
作信号設定器31Bは0%の信号を出力する。従って、
MAX信号選択器41により縮小側アーム制御信号設定
器39Bの信号が選択され、このものが縮小(アウト)
側アーム用電磁比例減圧弁20Bに駆動信号として出力
される。そしてこの場合、図3の油圧回路図において、
縮小側切換弁19Aは第一位置Xに位置しているので、
パイロット油圧源15からのパイロット圧油が、縮小側
切換弁19B、縮小側電磁比例減圧弁20Bを介して、
アーム用コントロールバルブ17の縮小側パイロットポ
ート17bに供給される。而して、アーム用コントロー
ルバルブ17は、縮小側電磁比例減圧20Bの出力圧で
制御されることになり、アーム用シリンダ12が縮小し
て、アーム8が自動的にアウトし、バケット9が干渉回
避領域Hに侵入してしまうことを回避できる。尚、本実
施の形態では、予想オフセット増加角度設定器32と、
第一加算器33と、伸長側予想ブーム増加角度設定器3
4Aと、縮小側予想ブーム増加角度設定器34Bと、第
二加算器35と、アーム限界角度演算器36とから本発
明のアーム限界角度設定手段46が構成され、また減算
器37と、PI制御演算器38と、伸長側アーム制御信
号設定器39Aと、縮小側アーム制御信号設定器39B
とから本発明の制御信号設定手段47が構成されてい
る。さらに、本発明の操作信号設定手段は、本実施の形
態では伸長側アーム操作信号設定器31Aおよび縮小側
アーム操作信号設定器31Bに相当し、また本発明の選
択手段は、本実施の形態ではMIN信号選択器40およ
びMAX信号選択器41に相当する。
ット9が干渉回避領域H内に侵入する惧れがない状態で
は、アーム8の作動は操作具22の操作に対応して行わ
れるが、アーム先端部cが環境回避境界線Lに近づくと
アームインの作動は自動的に減速し、さらに干渉回避境
界線Lに近接するとアーム8が自動的にアウト作動し
て、バケット9が干渉回避領域Hに侵入することを回避
できることになる。
ロントブーム7が左にオフセットされている状態でブー
ム上昇とアームインとを複合操作しているときにバケッ
ト9がキャブ4に接近したような場合、アーム8が自動
的にアウトしてバケット9が干渉回避領域Hに侵入して
しまうことを回避しながらブームの上昇作動が続行され
ることになって、従来のように作業が停止してしまうよ
うなことがなく、作業能率が向上する。
セット角度に基づいてアーム限界角度βLTを設定し、
該設定されたアーム限界角度βLTとアーム角度センサ
26から入力される実アーム角度βactとの角度偏差
Δβを求め、該角度偏差Δβに基づいてアーム8の自動
的なアウト作動を行う構成であるが、この場合、前記ア
ーム限界角度βLTを設定するためのブーム角度および
オフセット角度として、ブーム角度センサ24から入力
される実ブーム角度αactに、伸長側、縮小側のブー
ム用パイロットバルブの出力圧に基づいて設定される予
想ブーム増加角度Δα1、Δα2を加算して算出される
予想ブーム角度αexp、およびオフセット角度センサ
25から入力される実オフセット角度γactに、オフ
セット用縮小側パイロットバルブの出力圧に基づいて設
定される予想オフセット増加角度Δγを加算して算出さ
れる予想オフセット角度γexpが用いられている。こ
の結果、リアブーム6およびフロントブーム7の操作状
態に対応したアーム限界角度βLTの設定を行えること
になって、リアブーム6およびフロントブーム7の作動
速度が速い場合であっても、これに素早く追従したアー
ム8の干渉回避作動を行うことができる。しかも、前記
予想ブーム角度αexpおよび予想オフセット角度γ
expに基づいて設定されたアーム限界角度βLTと実
アーム角度αactとの角度偏差ΔβをPI制御してア
ーム8の干渉回避作動を制御する構成となっているか
ら、より精度の高い制御を行うことができる。
圧ショベルの平面図である。
図、(B)は縮小側アーム操作信号設定器の特性図であ
る。
図、(B)は伸長側予想ブーム増加角度設定器の特性
図、(C)は縮小側予想ブーム増加角度設定器の特性図
である。
図、(B)は縮小側アーム制御信号設定器の特性図であ
る。
す説明図である。
回路図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 機械本体に対し上下左右に揺動自在なオ
フセット型のブームと、該ブームの先端部に前後揺動自
在に連結されるアームと、該アームの先端部に連結され
るアタッチメントとを備えた作業用機械において、 機械本体とアタッチメントとの干渉を回避すべく予め設
定される干渉回避領域内へのアタッチメントの侵入を回
避するための干渉回避制御手段を設けるにあたり、 該干渉回避制御手段は、ブーム用シリンダのパイロット油路に設けた圧力センサ
の検出圧力に対応して設定されているブーム角度の予想
増加角度を出力する予想ブーム角度設定器と、 該予想ブーム角度設定器、 ブームの機械本体に対する揺
動角度を検出するブーム角度検出手段、およびアームの
ブームに対する揺動角度を検出するアーム角度検出手段
からの信号をそれぞれ入力し、ブーム角度検出手段から
入力されるブーム角度に前記設定された予想増加角度を
加算して予想ブーム角度を予測し、該予想ブーム角度に
基づいてアタッチメントが干渉回避領域に侵入しないた
めのアーム限界角度を設定するアーム限界角度設定手段
と、 該設定されたアーム限界角度とアーム角度検出手段から
入力されるアーム角度との角度偏差を求め、該角度偏差
に基づいてアームの自動的な干渉回避作動を行うべくア
ーム駆動手段に対する制御信号を設定する制御信号設定
手段とを備えて構成されている作業用機械の干渉回避制
御装置。 - 【請求項2】 請求項1において、アーム限界角度設定
手段は、ブーム用操作具によるブーム用駆動手段の操作
状態を検出する操作状態検出手段からの信号を入力し、
該検出されたブーム操作状態とブーム角度検出手段から
入力されるブーム角度とを用いて予想ブーム角度を予測
し、該予想ブーム角度に基づいてアーム限界角度を演算
する構成である作業用機械の干渉回避制御装置。 - 【請求項3】 請求項1または2において、制御信号設
定手段は、角度偏差に基づいて制御信号を設定するにあ
たり、比例−積分制御演算を行う構成である作業用機械
の干渉回避制御装置。 - 【請求項4】 請求項1、2または3において、干渉回
避制御手段は、アーム用操作具の操作に基づいてアーム
駆動手段に対する操作信号を設定する操作信号設定手段
を備えると共に、該操作信号設定手段からの操作信号と
制御信号設定手段からの制御信号のうち何れか一方を選
択してアーム駆動手段に出力する選択手段が設けられて
いる作業用機械の干渉回避制御装置。 - 【請求項5】 請求項1、2、3または4において、干
渉回避制御手段は、少なくともブームが揺動している状
態でアタッチメントが干渉回避領域に接近したとき、ア
ームを干渉回避領域から離れる方向に揺動させることで
前記干渉回避領域内へのアタッチメントの侵入を回避し
ながらブーム揺動を続行させるための機構が設けられて
いる作業用機械の干渉回避制御装置。
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1998
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