JPS61296405A - 建設車両の作業機位置決め制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動、手動いずれでも効率よく制御できる油
圧ショベル等の建設車両における作業機の位置決め制御
装置に関するものである。

（従来技術） 従来、油圧ショベル等の建設車両の作業機を自動化する
手段として、作業機の現在位置を検出し、その検出値と
、予め設定された設定値との偏差に応じて流量制御信号
を出力し、その流量制御信号により油圧制御弁を作動し
て作業機の位置を制御する装置（たとえば特開昭５４−
４５４６９号公報）が知られている。

しかしながら、上記従来の制御装置は、油圧回路のメイ
ン回路に手動によって切換えられる手動切替弁と、自動
制御のための油圧制御弁（比例制御弁）とを設け、自動
制御時に制御回路から送られる流量制御信号によって油
圧制御弁を直接制御し、かつ、この油圧制御弁によって
制御した流グを手動切替弁を経てシリンダに供給し、作
業機の位置を制御するものである。このため、油圧回路
にはメインのコントロールバルブとして手動切替弁と油
圧制御弁との２個の大言ヱのバルブが必要であり、回路
構成が複雑でコストアップとなる。

また、自動制御時には手動切替弁が油圧制御弁の下流に
あって単なる通路としての機能を発揮するだけであるた
め、非常に不経済であるとともに、圧ａ等の問題が生じ
、制御精度が低下する。しがも、メイン回路に設けた大
容舟の油圧制御弁を直接的に制御するため、比例制御弁
を用いたとしても微妙な制御が困難であり、とくに、そ
の制御時には不感帯幅を設定し、その不感帯幅では制御
信号を出力しないようにしているため、上記作業機の位
置偏差に基く制御領域がこの油圧制御弁の不感帯域にあ
る時は、繰返しフィードバック制御しても制御が完了せ
ず、常に定常偏差が生じる。なお、制御精度を上げるた
めに上記油圧制御弁にナーボ弁を用いることが考えられ
るが、こうすればコストがさらに高くなり、かつ、耐環
境性（゛ごみ、油温、粘性の変化）が悪く、制御の安定
性に問題がある。

（発明の目的） 本発明は、上記従来の問題を解消するためになされたも
のであり、従来の比例制御弁やサーボ弁より安価なパイ
ロット油圧切替弁を用いて、この油圧切替弁を手動用と
自動制御用とを兼用できるようにし、油圧回路溝成を簡
素化してコストダウンを図り、かつ、手動操作時には操
作性を向上させながら、自８制御時には定常偏差が生じ
ることなく、高精度の位置決め制御ができる建設車両の
作業機位置決め制御装置を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、作業機を作動させる油圧アクチュエータと、
油圧アクチュエータへの圧油の供給を制御するパイロッ
ト油圧切替弁と、この油圧切替弁のスプール位置をパイ
ロット圧で制御する電磁比例減圧弁と、この電磁比例減
圧弁に制御信号を送る自動制御回路および手動操作回路
とを備え、上記自動制御回路は、作業機の現在位置を検
出する検出器と、作業機の目標位置信号を出力する信号
発生器と、上記油圧切替弁のスプール位置と開口面積と
の関係を記憶する記憶装置と、上記検出器からの作業機
現在位置信号と信号発生器からの作業機目標位置１５号
との偏差を求めるとともに、上記偏差と記憶装置に記憶
された記憶値とに基いて油圧切替弁のスプールの必要ス
トロークに相当する制御信号を出力する演算器とを備え
、手動操作回路は手動操作手段の操作量に応じて油圧切
替弁のスプールの必要ストロークに相当する制御信号を
出力するＪ：うに構成され、上記自動制御回路からの信
号と手動制御回路からの信号とをコントローラを介して
電磁比例減圧弁に送るように構成されていることを特徴
とするものである。

すなわち本発明は、メインの油圧回路に１個の油圧切替
弁を設【プ、この油圧切替弁を電磁比例減圧弁からの油
圧信号により制御するとともに、この電磁比例減圧弁を
自動制御回路から送られる電気的信号と、操作レバー等
の手動操作手段から送られる電気的操作信号とのいずれ
でも操作できるようにし、かつ、手動操作時にはスプー
ル弁特有の不感帯を残して操作性を白土さけながら、自
動制御時には不感帯を省いた制御をなし、定常゛偏差が
生じない高粘度の制御を可能にしたものである。

（実施例） 第１図において、１は油圧シ」ベルのブーム（作１１）
、２はブーム１を俯仰づるシリンダ（油圧アクチュエー
タ）を示す。３はパイ［］ツト油圧切賛弁で、メインの
油圧管路４に設けられ、この弁３の切替えにより管路４
から管路５，６を杼て上記シリンダ２に圧油を給排し、
シリンダ２を伸縮させてブーム１を俯仰させる。この油
圧切替弁３にはパイロット圧によって切替えられるスプ
ール弁を用い、この弁３を切替えるためにパイロット管
路７，８に油圧信号を送る電磁比例減圧弁９．１０を用
いているとともに、電磁比例減圧弁９．１０を作動させ
るために次のような制御手段を用いている。

′１ｊなわち１１は検出器で、上記作業機としてのブー
ム１の位置（俯仰角度）を検出するものであり、たとえ
ばポテンショメータで構成されるとともに、ブーム１の
ベースマシン（図示省略）に対する枢支部に設けられ、
上記ブーム１の現在位置に応じた信号θを出力する。な
お、検出器１１は、シリンダ２のベースマシンに対する
枢支部またはシリンダ２のロッドに設けてもよい。

１２は目標位置信号発生器で、ブーム１をどの位置く角
度）まで俯仰させるかの目標位置に応じた信号θ０を出
力する。この場合、ブーム１とアームの複合作業でパケ
ットの水平押出し、円弧掘削等を行う時は、アームの移
動に追従してブーム１が俯仰するように、アームの移ｅ
聞に基いて演算されたブーム１の必殻移動団を目標位置
とｊノで逐次出力する。なお、ブーム１の単独作業時に
は、予め設定されたダンプ位置または掘削位置等を目標
位置として出力する。この目標位置は任意に設定できる
。

１３は自動制御回路の主要部で、演算器１４゜１５．１
６．１７と、記憶装置１８とを備えている（この主要部
と目標位置信号発生器１２と゛を含めてマイクロコンビ
コータで構成してもよい）、、。

演算器１４は上記検出器１１から出力されたブーム１の
現在位置信号０と、信号発生器１２から出力されたブー
ム１の目標位置信号θ０とに塁いて、両信号０．　Ｏｏ
の偏差を求め、その偏差に応じた信号ｅθ（−〇〇−〇
）を出力する。演算器１５は上記位置偏差信号ｅθに比
例定数ｋＯを乗じる等により上記シリンダ２を目標位置
まで作動させるのに必要な流量を演算し、その必要流量
に応じた信号ｅｑ（＝ｅθ・ｋθ）を出力する。演算器
１６は上記必要流量相当信号ｅｑを比例定ｖｉＩ＜ａで
除する雪により上記必要流量に対応した油圧切替弁３の
スプールの必要間［１面積を演算し、その必要開口面積
に応じた信号ｅａ　（＝ｅｑ／ｋｑ）を出力する。

一方、記憶装置１８には油圧切替弁３の特性が記憶され
る。この場合、ｈｌ＋圧切替弁３のスプールストローク
Ｓと開口面積ａとの聞には第２図に示すような関係があ
る。開口面積の符号は切替え方向を示づ。また、この油
圧切替弁３にはスプールストロークＳの小さい範囲（０
≧Ｓ≦Ｓ１，０≧Ｓ≧−３１）が不感帯であり、この範
囲でスプールストロークＳを変化さ１！ても開口面積ａ
を制御覆ることはできない。

そこで、本発明ではとくに第２図に示す油圧切替弁３の
特性を第３図に示す関係に丙換え、ト記不感帯域をカッ
１−シて記憶装置１８に記憶させ、この弁２の必要開口
面積ａから逆算して必要スプールスト［１−りＳが直ち
に求められるようにしている。

演口器１７は１記演算器１６から出力された必要開口面
積相当信号ｅａと、記憶装置１８に記憶された記憶値と
に基いて、油圧切替弁３のスプールの必要ストロークを
演算し、その必要ス１へローフに応じた信号ｅｓを出力
する。この場合、ブーム１１の上げ、下げに応じて正、
負の４Ｅ号±ｅｓを出力する。

手動操作回路２０は、操作レバー１９等の手動操作手段
の操作量をポテンショメータ等により電気信号に変換し
、その操作方向および操作爪゛に応じて油圧切替弁３の
スプールを第２図に承す特性に沿って制御するための信
号ｅＳ′を出力する。

なお、この場合もブーム１の上げ、下げに応じて正、負
の信号±ｅＳ′を出力する。ただし、この手動操作回路
からはスプール弁特有の不感帯を残したままで、制御信
号が出力される。

コントローラ２１は上記自動ｉ、ＩＩ御回路の演算器１
７からの信号±ａＳと、手動操作回路２０からの信号±
ｅｓ’　とを入力し、自動か手動かを判別するとともに
、（の信号の正、負つまりブーム上げか下げかを判別し
、ブーム下げの時はその信号−ｅｓまたは−ｅｓ’　を
Ｎ磁比例減圧弁９に、ブーム上げの時はその信号上ｅｓ
または＋ｅ　Ｓ　’を電磁比例減圧弁１０に送る。なＪ
３、危険防止のために手動操作回路２０からの信号が自
動制御回路からの信号より優先して電磁比例減圧弁９，
１０に送られるようになっている。

電磁比例減圧弁９，１０はその一次側管路２２゜２３か
ら一次圧力を導入し、上記コントローラ２１から送られ
た電気信号上ｅｓ、−ｅｓまたは＋ｅｓ’　、　−ｅｓ
’　に応じてパイロット管路７，８に油圧信号（パイロ
ット圧）を出力し、この油圧信号によって油圧切替弁３
のスプールを移動させ、向弁３から管路５，６に対する
圧油の供給方向を切替えるとともに、そのスプール開口
面積によって流量制御がなされる。

上記の構成において、手動操Ｖ「詩には、操作レバー１
９を操作することにより、手動操作回路２０から操作レ
バー１９の操作方向および操作間（角度）に応じたスプ
ールストローク制御信号上ｅｓ’が出力され、コントロ
ーラ２１により上記信号±ｅｓ’　の正、負つまりブー
ム１上げか下げかが判別され、その信号上ｅｓ’　また
は−ｅｓ’が電磁比例減圧弁９または１０に送られて向
弁が作動され、この弁９または１０から管路７または８
にパイロット管が導かれ、そのパイロット圧により油圧
切替弁３が切替えられるとともに、管路４から管路５，
６を経てシリンダ２に圧油が給排され、シリンダ２が伸
縮されてブーム１の上げ下げが行われる。この手動操作
時には、操作レバー１９の操作により油圧切替弁３が第
２図に示す特性に沿って制御され、不感帯を残したまま
で制御される。なお、手動操作時には不感帯がある方が
操作し易く、従って、手動操作時の操作性を向上できる
ことになる。

次に、自動制御時について説明すると、信号発生器１２
からブーム１の目標位置信号θ０が出力されるとともに
、検出器１１によりブーム１の現在位置が検出されてそ
の現在位置信号θが出力され、両信号θ０．θが演算器
１４に入力される。

そして、演算器１４により目標位置と現在位置との偏差
信号ｅθ、演算器１５によりシリンダ２を駆動するため
の必要流量相当信号ｅｑＳ演算器１６により切換弁のス
プールの必要開口面積相当信号ｅａが順次演算、出力さ
れるとともに、演算器１７により上記必要開口面積相当
信号ｅａと、記憶装Ｗ！１１８に記憶された記憶値（第
３図参照）に基いて油圧切替弁３のスプールの必要スト
ローク相当信号ｅｓが演算、出力され、その必要ストロ
ーク相当信号ｅＳがコントローラ２１に送られる。

ここで、ブーム１を高い位置から目標位置まで下げたい
場合（θ〉Ｏｏ）、演算器１４から負の偏差信号−〇〇
が出力され、以下、上記の作用により、コントローラ２
１に負の必要ストローク相当信号−ｅｓが送られる。そ
して、コントローラ２１により上記必要ストローク相当
信号−ｅｓの正、負つまりブーム上ばか下げか（この場
合は下げ）が判別され、その信号　ｅｓがブーム１下げ
用の電磁比例減圧弁９に送られて向弁９が作動され、こ
の弁９から管路７にパイロット圧が導かれ、そのパイロ
ット圧により油圧切替弁３が切替えられるとともに、管
路４から管路５を経てシリンダ２のロッド側油室に圧油
が供給され、シリンダ２が縮められ、ブーム１が下げら
れる。

このとぎ、必要ストローク相当信号−ｅｓの大きさに応
じて電磁比例減圧弁９から管路７に導かれるパイロット
圧が制御されるとともに、油圧切替弁３のスプールスト
ロークが制御され、シリンダ２に供給される流量すなわ
ちシリンダ２の収縮發、ブーム１の下げ旧が制御される
。ざらに゛この場合、必要ストローク相当イ５号−ｅｓ
が、−Ｆ２偏差信号−〇〇に繕いて演算された必要開口
面積相当信号−ｅａと、記憶装置１８に記憶された記憶
値に基いて演算されるもので、記憶装置１８には第３図
に示すように油圧ｌ、７］替弁３の不感帯をカッ１−シ
た状態で記憶さＶであるので、上記必要量ｎ面積相当信
号−ｅａに基いて直ちに必要ストローク相当信号−ｅｓ
が出力されて制御が開始される。

ぞして、上記偏差信号−ｅａが０になるまで上記の制御
を繰返し、フィードバック制御が行われ、かつ、その制
御時には不感帯のない状態で効率よくしかも高精度の制
御が行われる。その後、偏差信号−ｅａがＯになると、
油圧切替弁３が中立位置に戻され、シリンダ２が停止さ
れ、ブーム１が目標位置に停止保持される。

なお、上記の自動制御にＪ３いて、たとえばアームとブ
ーム１の複合作業で、アーム押しに追従してブーム１を
下げながらパケットの水平掘削を行う場合、アームの位
置および移動量が信号発生器１２に入力され、この信号
発生器１２によりアームの移動量に対応したブーム１の
必要移動量が演算され、その必要移！ｒ！ＩＪ吊が目標
位置信号θ０として出力され、上記の制御が行われる。

これににリアーム押しに追従してブーム１が下げられ、
パケットの自動水平押出しが行われる。

また、上記と逆にブーム１を低い位置から高い目標位置
まで上げる場合には、演ｆ３器１４がら正の偏差信号十
ｅＯが出力され、以下、上記と同様の作用で演算器１７
がら正の必要ストローク相当信号−トｅＳが出力され、
従って、その信号＋　ｅ　Ｓがコントローラ２１からブ
ーム上げ用の電磁比例減圧弁１０に送られるとともに、
向弁１ｏがら管路８に上記イｇ号十ｅｓに応じたパイロ
ット圧が導かれて油圧切替弁３が切替えられ、シリンダ
２が伸ばされてブーム上げの制御がなされる。

このようにして、自動制御時には油圧り替弁３の不感帯
をカットした制御により定常偏差の生じない高精度の制
御を行うことができる。

なお、上記の制御において、油圧切替弁３の第２図の特
性を第３図の特性に書換えて記憶装置１８に記憶させる
場合、第４図に示すように単純な線形特性に書換えて記
憶させることも可能であり、この場合でも上記とほぼ同
様の作用効里を発揮しうるちのである。

また、上記演算器１６により必要開口面積相当信号ｅａ
を求める際、管路４からの供給圧力Ｐｓとシリンダ２内
の圧力Ｐｄとを計測し、必要流ω相当信号ｅｑに対して
比例定ａｋｑで除する代りに上記圧力を４慮した定数１
＜ａ−４＝ゴロ普］身ｎで除すれば、より正確な必要開
口面積相当信＠ｅａを求めることができるとともに、よ
り高精度の制御ができる。

上記実施例では作業機と（）て油圧ショベルのブーム１
を例示し、油圧アクチュエータにブーム俯仰シリンダ２
を例示しているが、作業機はブーム１に限らず、アーム
、パケット、旋回またはクレーンのウィンチでもよく、
油圧アクチュエータもシリンダ２に限らず、油圧モータ
でもよい。この細氷発明は上記油圧ショベルやクレーン
以外の各種建設機械に適用できるものである。

（発明の効果） 以上のように本発明は、メインの油圧回路に１個のパイ
ロット油圧り替弁を設け、この油圧切替弁を電磁比例減
圧弁からの油圧信号により制御づ−るとともに、この電
磁比例減圧弁を自動制御回路から送られる電気的信号と
、操作レバー等の手動操作手段から送られる電気的操作
信号とのいずれでも操作できるようにしたものであり、
これによって回路構成を簡素化してコスｌ−ダウンを図
ることができる。しかも、手動操作時にはスプール弁特
有の不感帯を残して操作性を向上させながら、自動制御
時には不感帯をカッ１へした制御をなし、定常偏差が生
じることなく、高′Ｒ度の制御がでさるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示寸ブロック図、第２図は油
圧切替弁の特性図、第３図ｔ、上記憶装置に記憶させる
油圧切替弁の特性図、第４図は別の例を示す第３図相当
図である。 １・・・ブーム（作業ｌり、２・・・シリンダ（油圧ア
クチュエータ）、３・・・パイロット油圧切替弁、９゜
１０・・・電磁比例減圧弁、１１・・・現在位置検出器
、１２・・・目標位置信号発生器、１３・・・自動制御
回路の主要部、１４．１５．１６．１７・・・演算器、
１８・・・記憶装置、１９・・・操作レバー（手動操作
手段）、２０・・・手動操作回路、２１・・・コントロ
ーラ。 特許出願人　　　　株式会社神戸製鋼所代　理　人　　
　　弁理士　　小谷悦司同　　　　　　弁理士　　長１
）正 向　　　　　　弁理士　　板谷康夫 第　　２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、作業機を作動させる油圧アクチュエータと、油圧ア
   クチュエータへの圧油の供給を制御するパイロット油圧
   切替弁と、この油圧切替弁のスプール位置をパイロット
   圧で制御する電磁比例減圧弁と、この電磁比例減圧弁に
   制御信号を送る自動制御回路および手動操作回路とを備
   え、上記自動制御回路は、作業機の現在位置を検出する
   検出器と、作業機の目標位置信号を出力する信号発生器
   と、上記油圧切替弁のスプール位置と開口面積との関係
   を記憶する記憶装置と、上記検出器からの作業機現在位
   置信号と信号発生器からの作業機目標位置信号との偏差
   を求めるとともに、上記偏差と記憶装置に記憶された記
   憶値とに基いて油圧切替弁のスプールの必要ストローク
   に相当する制御信号を出力する演算器とを備え、手動操
   作回路は手動操作手段の操作量に応じて油圧切替弁のス
   プールの必要ストロークに相当する制御信号を出力する
   ように構成され、上記自動制御回路からの信号と手動制
   御回路からの信号とをコントローラを介して電磁比例減
   圧弁に送るように構成されていることを特徴とする建設
   車両の作業機位置決め制御装置。 ２、上記記憶装置は油圧切替弁のスプール位置と開口面
   積との関係をその開口面積からスプールを求める関係に
   書換えて記憶していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の建設車両の作業機位置決め制御装置。 ３、上記演算器は、上記検出器からの作業機現在位置信
   号と信号発生器からの作業機目標位置信号との偏差に基
   いて油圧アクチュエータの必要流量を演算する演算器と
   、上記必要流量に基いて油圧切替弁のスプールの必要開
   口面積を演算する演算器と、上記必要開口面積と上記記
   憶装置に記憶された記憶値とに基いて油圧切替弁のスプ
   ールの必要ストロークを演算する演算器とからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   建設車両の作業機位置決め制御装置。