JPS59655B2 - パワ−シヨベル ノ ジドウクツサクセイギヨソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパワーショベルの自動掘削制御装置に関し、特
に溝掘削作業を電気的にシーケンス制御することにより
掘削から排土までを自動的に行う掘削制御装置に関する
。

パワーショベルはブーム、アーム、パケット等の油圧式
作業腕を有し、これら各作業腕の油圧シリンダ装置に対
する油圧供給制御は従来運転席のオペレータが作業状態
を重視確認しながら手動操作により行っていた。

しかしパワーショベルはその性質上、オペレニタが作業
状態を重視できない状態で使用されることが多く、正確
な掘削作業を行うことは困難であった。

また、重視が可能であったとしても、パワーショベルに
よる掘削作業には前記ブーム、アーム、パケットの各ア
クチュエ−タを複雑に操作する必要があり、更に排土す
るためには旋回アクチュエータも操作しなければならす
、パワーショベルを十分所いこなすには非常に熟練した
オペレータ以外には困難であった。

このため、種々のパワーショベルの自動制御装置が開発
されているが多くは掘削からパケットの水平保持までに
関し、パケットの幅までしか掘削できない半自動方式で
あり、排土等は手動操作により行わなければならなかっ
た。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、パワーシ
ョベルによる爪溝の掘削から排土までを完全自動化する
ことを目的とする。

上記目的を達成するために、ブーム、アーム、パケット
及び旋回の各油圧シリンダの油圧供給制御を行う電磁弁
を電気的に切り換える手段と、ブーム、アーム、パケッ
トおよび旋回の各種動作状態（傾き角、旋回角）および
これらにかかる負荷状態（油圧系のＩＪ ＩＪ−）等）
を適宜の検出器により電気的に検出する手段と、掘削か
ら排土までのブーム、アーム、パケットおよび旋回の夫
々の動作を予じめ設定したプログラム回路とを具え、前
記プログラム回路の指令に応じてブーム回動角、アーム
回動角、パケット回動角および旋回角を制御し、パワー
ショベルに掘削から排土までの動作を自動的に行なわせ
るようにしたパワーショベルの自動掘削制御装置を提供
しようとするものである。

以下、本発明を添付図面の一実施例に基づき詳細に説明
する。

まず、本発明に係る自動掘削制御装置が適用されるパワ
ーショベルの概略を第１図に従い説明する０ 車輌本体１に取り付けられたブーム２は、ブームシリン
ダ３ａの伸縮により軸Ａを中心にして上（矢印Ｙ）、下
（矢印Ｘ）方向に回動する。

ブーム２の先端に取り付けられたアーム４はアームシリ
ンダ３ｂの伸縮により軸Ｂを中心にして図において時計
方向（矢印Ｗ）及び反時計方向（矢印Ｖ）に回動する。

アーム４の先端に取り付けられたパケット５はパケット
シリンダ３ｃの伸縮により軸Ｃを中心にして同様に時計
方向及び反時計方向に回動する。

なお、パケット５が図において反時計方向に回動すると
きこれをチルトと称し、時計方向に回動するときこれを
ダンプと称する。

（なお、チルト、及びダンプの場合アーム４等の動きも
ともなうことがある。

）また、車輌本体１のブーム２ アーム４ パケット５
オペレータキャビンおよびエンジン装置を有する車体
上部７は旋回モータ６ｄにより旋回軸りを中心にして、
右回り、または左まわりに旋回する。

ブーム２、アーム４、パケット５、車体上部７の夫々の
回動軸Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄには、検出器（ポテンショメータ等）８ａ。

８ｂ、８ｃ、８ｄ（第２図、第１図には図示せず）が配
設され、ブーム２、アーム４、パケット５の回動角α、
β、γおよび車体上部７の旋回角δを夫々検出するよう
になっている。

次に、第２図に本発明のパワーショベルの自動掘削制御
装置を制御ブロック図に基づき説明する。

プログラム回路９にはパワーショベルのブーム２、アー
ム４、パケット５および車輌上部７の動作順序が予じめ
プログラムされており、設定器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
、ｉｏａは前記プログラムに応じてブーム２、アーム４
、パケット５の回動角および車輌上部７の回動角を設定
するようになっている。

今プログラム回路９によりブーム２の上昇動作が指令さ
れたとする。

ブーム２の回動軸Ａに配設された検出器８ａはブーム２
の回動角αを検出し、この検出角αと、前記設定器１０
ａの設定角とを比較器１１ａにより比較する。

比較器１１・ａの出力は制御回路１２に加わり、前記プ
ログラム回路９からの指令により、パワー回路１３ａを
介してブームシリンダ３ａの電磁弁１４ａを上昇ポート
位置に切り換えブームシリンダ３ａを回動させ、ブーム
回動角αを前記設定器１０ａの設定角と等しくなるよう
に制御する。

即ち設定器１０ａによる設定角を、目標値として、ブー
ム２の回動角αをフィードバック制御するのである。

プログラム設定器９によりアーム４、パケット５の回動
および車体上部７の旋回が指令された場合も、上記と同
様に設定器１０ｂ〜１０ｄにより設定された設定値を目
標値としてフィードバック制御するようになっている。

即ち、検出器８ｂ〜９ｄにより夫々の回動角及び旋回角
を検出し、比較器１１ｂ〜１１ｄにより上記検出角と設
定器１０ｂ〜１０ａにより設定された設定角と比較し、
制御回路１２によりプログラム回路９からの指令に応じ
て、パワー回路１３ｂ〜１３ｄを介して電磁弁１４ｂ〜
１４ｄを切り換え、アームシリンダ３ｂ、パケットシリ
ンダ３ｃ、旋回モータ６ｄを制御する。

圧力検出器１５ｂ、１５ｃは、アームシリンダ３ｂとパ
ケットシリンダ３ｃに加わる負荷状態を検出するもので
あり、圧力検出器１５ｂによりアームシリンダ３ｂの負
荷を検出すると、掘削開始点に達したことを示すから、
制御回路１２に信号を送り、パワー回路１３ｃを介して
電磁弁１４ｃを切り換え、パケットシリンダ３ｃを制御
してパケット５をチルト動作させる。

また、圧力検出器１５ｃは、パケットシリンダ３ｃに加
わる負荷が、所定値以上になると制御回路１２に信号を
送るようになっており、これにより制御回路１２は、ブ
ームの上昇を指令し、同時に加算器１６によりブーム回
動角αとアーム回動角βとパケット回動角γの和を求め
、この値を比較器１７により設定角θ０（キ２７０°）
と比較し、α十β十γ二θ０となるように、ブームシリ
ンダ３ａ１アームシリンダ３ｂ、パケットシリンダ３ｃ
を同時に制御し、パケットの開口部を水平保持するよう
になっている。

第３図は、本発明の掘削制御装置による自動掘削の一例
として、溝掘剤中ｔを、旋回角δ１の４ピツチで掘削し
、掘削土を±δ２旋回してダンプトラックＴ１又はＴ３
に、±δ３旋回してダンプ１−ラックＴ２に排土する場
合を示したものである。

第３図のａは、掘削溝１８と、パワーショベル１と、ダ
ンプトラックＴ、 、 Ｔ２． Ｔ３の配置を示す平面
図であり、ｂは掘削溝１８のＱ−Ｑ’断面図である。

図のａの点Ｐ １ ｎ ＝ Ｐ５ ｎは、パワーショベ
ルの前後中心軸１９を基準として車体上部７（第１図）
を＋２δ１．＋δ１，０．−δ１．−２δ１旋回したと
きのパケット５の中心の位置を示し、車体上部７を＋２
δ１から一２δ、に順次旋回して掘削することにより掘
削幅ｔの溝を作るようになっている。

ここで添字ｎは図のｂに示すように順次深く掘削する場
合の深さを示す。

パワーショベルのブーム アーム パケットが動作し掘
削点の掘削が終了するとブームを、上方向（第１図の矢
印Ｙ方向）に回動し、同時にパケットの開口部を水平保
持するようにして、車体上部７を＋δ２旋回し、パケッ
ト５をダンプすることによりダンプトラックＴ１に排土
する。

続いて、車体上部７を旋回して再び掘削位置にもどし掘
削を開始する。

また、同様に〜δ２旋回すればダンプトラックＴ３に排
土することができ、士δ３旋回すればダンプトラックＴ
３に排土することができる。

第４図は上記一連の作業を実現するタイミングチャート
を示したものであり、これに基づき本発明を適用した掘
削作業順序を説明する。

まず、自動運転を指令するスタートスイッチ（図示せず
）を投入すると、ブーム２の上昇動作が指令さね、前記
設定器１０ａに設定された回動角α。

まで上昇し、停止後アーム４の下降動作が指令さく設定
器１０ｂにより設定される設定角β。

まで回動し、同時にパケット５のダンプ動作が指令され
てパケット５が設定器１０ｃにより設定され回動角γ。

のダンプの位置になる。

アーム４及びパケット５が設定角β。

、γ０で停止すると、車体上部７の旋回が指令され、旋
回し、設定器１０ｄにより設定される設定角＋２δ１で
停止し、掘削点ｐＨの掘削動作が開始される。

ます、ブーム２をα１まで下降させ、続いて、アーム４
をβ１まで下降するように制御する。

このとき圧力検出器１５ｂによりアームシリンダ３ｂに
加わる負荷を検出すると、第３図の点ｐＨの掘削開始点
であることを示すから、パケットをγ２までチルト動作
させる。

これによりパケットシリンダ３ｃに加わる負荷が所定値
以上になるとこれを圧力検出器１５ｃにより検出し、ブ
ーム２をα。

まで上昇させる。このとき、パケット５のα掘削土を落
下させないために、検出器８ａ、８ｂ、８ｃの出力を加
算回路１６で加算し、ブーム回動角α、アーム回動角β
、パケット回動角γの和を求め、α十β十γキ２７０°
となるようにアーム４も同時に動作させ、パケット５の
開口部を水平になるように制御 がα。

まで上昇し、停止すると車輌上部７をβ３まで旋回させ
、ダンプトラックＴ２の上でパケット５をダンプするこ
とにより排土して点ｐＨの掘削を完了する。

次に、掘削点Ｐ２］にパケット５を移動させるため車輌
上部７を＋δ１まで旋回させる。

このときにアーム４を同時にβ。

まで−上昇させる。掘削点Ｐ２１にパケット移動すると
前記掘削点ｐＨの場合と同様にブーム２がα１まで下降
し、続いてアーム３がβ１まで下降し圧力検出器１５ｂ
により負荷を検出するとパケット５をγ２までチルト動
作し、圧力検出器１５ｃによる検出負荷が所定値に達す
ると、パケット５の開口部を水平保持しながらブーム２
をα。

まで上昇し、車体上部７を十６３まで旋回してパケット
をダンプし掘削土を排土する。

排土が終了すると車体上部７を次の掘削点Ｐ３１まで旋
回させるとともにアーム４をβ９まで上昇させ、掘削点
Ｐ３１の掘削を開始する。

以下同様に動作して掘削点Ｐ４１ ｊ Ｐ５１を掘削を
終了すると、掘削深さは２段目に移り、掘削点Ｐ］２か
ら上記と同様の動作により、点Ｐ２２．Ｐ３□、 Ｐ４
２１Ｐ５２と順次掘削する。

このとき掘削点でのブーム２およびアーム４の下降位置
の設定角は、α２゜β２となるように設定器１０ａ、１
０ｂの設定角が変更される。

しかし、パケット５および車体上部７の旋回の設定角（
設定器１０ｃ、１０ｄの設定角）は１段目と同一のまま
である。

掘削点Ｐ５□の掘削が終了すると３段目の掘削に移り、
掘削点Ｐ１３１ Ｐ２３ ＋ Ｐ３３ ＃ Ｐ３４ ｊ
Ｐ３５が順次掘削されるのであるが、このときのブー
ム２、アーム４の下降の設定角はα３．β３とされる。

同様にしてブーム２、アーム４の下降の設定角がα４．
β４で４段目の掘削点Ｐ１４ ｔ Ｐ２４ ｐ Ｐ３４
＋ Ｐ４４ ＋ Ｐ５４が掘削される。

かくして溝掘削幅ｔで深さ４段目までの掘削が自動的に
行なわれたことになる。

なお、ブーム停止角設定器１０ａの設定角α０〜α４ア
ーム停止角設定器１０ａの設定角β０〜β４及び車体上
部７の旋回角設定器１０ｄの設定角±δ１．δ３は現場
の作業状態及び掘削土質により適宜設定することが好ま
しい。

本発明は上記構成であるから、掘削から排土作業まで完
全に自動化することができ、重視困難な状況でも正確に
作業することができる。

また掘削幅もパケットの幅に限定されないので極めて能
率的である。

。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる自動掘削制御装置が適用される
パワーショベルの概略を示す側面図、第２図は本発明の
パワーショベルの自動掘削制御装置の一実施例であるブ
ロック制御図、第３図のａ。 ｂは同実施例による自動掘削の一例を示す図、第４図は
第３図の自動掘削のタイミングチャートである。 ３ａ・・・・・・ブームシリフタ３ｂ・・・・・・アー
ムシリンダ、３ｃ・・・・・・パケットシリンダ、３ｄ
・・・・・・旋回モータ、８ａ〜８ｄ・・・・・・検出
器、９・・・・・・プログラム設定回路、１０ａ〜１０
ｄ・・・・・・設定器、１１ａ〜１１ｄ・・・・・・比
較器、１２・・・・・・制御回路、１３ａ〜１３ｄ・・
・・・・パワー回路、１４ａ〜１４ｄ・・・・・・電磁
弁、１５ｂ、１５ｃ・・・・・・圧力検出器、１６・・
・・・・加算器、１７・・・・・・比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ブームの回動を制御するブーム駆動油圧装置、アー
   ムの回動を制御するアーム駆動油圧装置、パケットの回
   動を制御するパケット駆動油圧装置および車体上部の旋
   回を制御する車体上部駆動油圧装置を有するパワーショ
   ベルの自動掘削制御装置において、 ブーム、アーム、パケットおよび車体上部の動作方向、
   動作量および動作順序を予めプログラムしたプログラム
   回路と、 ブームの回動角を検出するブーム回動角検出器を有し、
   該ブーム回動角検出器の検出値と前記プログラム回路か
   らの指令に対応して発生されるブーム回動角目標値との
   偏差にもとづき前記ブーム１駆動油圧装置を制御するブ
   ーム制御回路と、アームの回動角を検出するアーム回動
   角検出器およびアームに加わる負荷を検出するアーム負
   荷検出器を有し、前記アーム回動角検出器の検出値と前
   記プログラム回路からの指令に対応して発生されるアー
   ム回動角目標値との偏差にもとづき前記アーム、駆動油
   圧装置を制御するとともに前記アーム負荷検出器の出力
   にもとづき前記アーム駆動油圧装置によるアームの駆動
   を終了させる信号を前記プログラム回路に送出するアー
   ム匍脚回路と、パケットの回動角を検出するパケット回
   動角検出器およびパケットに加わる負荷が所定値以上に
   なるとこれを検出するパケット負荷検出器を有し、前記
   パケット回動角検出器の検出値と前記プログラム回路か
   らの指令に対応して発生されるパケット回動角目標値と
   の偏差にもとづき前記パケット駆動油圧装置を制御する
   とともに前記パケット負荷検出器の出力にもとづき前記
   パケット駆動油圧装置によるパケットの駆動を終了させ
   る信号を前記プログラム回路に送出するパケット制御回
   路と、車体上部の旋回角を検出する車体上部旋回角検出
   器を有し、該車体上部旋回角検出器の検出値と前記プロ
   グラム回路からの指令に対応して発生させる車体上部旋
   回角目標値との偏差にもとづき前記車体上部駆動油圧装
   置を制御する車体上部制御回路と、 前記プログラム回路からのブームの上昇指令に際し、前
   記ブーム回動角検出器の出力値と前記アーム回動角検出
   器の上刃値と前記パケット回動角検出器の出力値の和が
   所定値を保持するように前記ブーム駆動油圧装置、アー
   ム駆動油圧装置、パケット駆動油圧装置を制御する制御
   回路とを具えたパワーショベルの自動掘削制御装置。