JPS62185928A - 積込機械の自動掘削方法および装置 - 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］ この発明は、ホイールローダ、ペイローダや１−ラクタ
ショベル笠の積込機械において、適正なＣプん引率およ
び転倒率で掘削作業をなし得るよう作業機アクチュエー
タの油量を制御するようにして運転者の技術によらない
効率良い自動掘削をなし冑るようにした積込機械の白！
ＩＪ　Ａｉｌ削方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

作業機アクチュエータとしてブームおよびバケットを有
するホイールローダ、ペイローダあるいはトラクタショ
ベル等の積込機械は、コンパクトで小回りがきき、しか
も購入価格が安い等の点で土木作業現場、畜産分野、園
芸造園分野、除雪作業等の幅広い分野で使用されている
。

第１６図は一般的なホイールローダを概略的に示すもの
であり、かかるホイールローダにおいては、リフトシリ
ンダ１によってブーム２にリフト動作を行なわせるとと
しにダンプシリンダ３ににってバケット４にチルト動作
を行なわせるようになっており、これらリフトおよびチ
ル１−ジノ作によって土砂等の掘削および積込み動作を
行なう。

（発明が解決しにうとザる問題点） ところで、上記の如きホイールローダにおＣプるバケッ
ト４の動きは足まわりと作２′ａリンクの動きの合成で
あるため、意図している方向へバケットを動かして掘削
動作を能率良く行なうには極めて高度な熟練を要し、こ
の為、未熟な運転者では、バケットを水平方向に突込み
過ぎで垂直抵抗が過大になり車両後部が持ち上がる、あ
るいはバケットが早く上がり過ぎて掘削土量が不足した
りすることが多くあり、運転者の運転技術によって作業
能率が大きく変化するという問題点がある。また、従来
のこの種機械においては、作業機の操作自体、リフトお
よびチルト動作を同時におこなうのは困難で通常は各作
業機を別々に操作するので、効率良く作業をなし得ない
という問題点がある。

〔発明の構成および作用〕

かかる問題点を解決するためにこの発明では、ブームお
よびバケットを有する積込機械においてバケットに加わ
る掘削抵抗の水平成分および垂直成分を求めるべく、例
えばブームの回転角を検出するブーム角センサ、バケッ
トの回転角を検出するバケット角センサおよびバケット
に対して加わる力を検出する負荷検出手段等を設け、逐
次、バケットに加わる掘削抵抗の水平成分および垂直成
分を検知し、該検知した水平掘削抵抗が同水平掘削抵抗
の設定値を超えるまでは水平方向突込み掘削　。

を行ない、この後、検知した水平掘削抵抗が同水平掘削
抵抗の設定値を超えてから検知した垂直掘削抵抗が同垂
直掘削抵抗の設定値を超えるまでは水平す削抵抗の設定
値に追従すべくブームおよびバケットを回動制御し、さ
らに検知した垂直掘削抵抗が同垂直掘削抵抗の予設定値
を超えてから所定の細則終了時までは垂直掘削抵抗の設
定鎗に追従すべくブームおよびバケットを回動制御する
とと・ｂに、ｌｌｉ！削中における前記水平掘削抵抗お
よび垂直掘削抵抗を逐次記憶し、この記憶内容と掘削終
了後の掘削土の荷ｉｐとに基づき前記水平掘削抵抗の設
定値を自動修正するようにする。　また、前記負荷検出
手段の代わりにリフトシリンダおよびダンプシリンダへ
供給する圧油の油圧を検出する油圧検出手段とバケット
の回動に応じた負荷作用点の座標位置を設定する抵抗作
用点設定手段とを設け、前記ブーム角センサ、バケット
角センサ、油圧検出手段の検出値および抵抗作用点設定
手段の設定内容に基づきバケットに加わる掘削抵抗の水
平および垂直成分を演粋することもできる。

また、この発明では車速を検出する車速検出手段を設け
、該検出した車速値と作業機リンク形状等に基づきバケ
ット−ブーム連結ピンの移動方向を求め、バケットの底
板の方向が該連結ピンの移動方向に一致するようにチル
ト角速度を決定する。

さらに、この発明ではｎη記中車速検出手段代わりとし
て、バケットの高さに応じたバケット回転角の准移を設
定したバケット回転角設定手段を設け、該設定内容に追
従するようバケットの回動を自動制御するようにする。

前記設定に際しては、例えばバケットが略２５度回転し
た時点でバクット側板−Ｌ縁が水平となるようにする。

〔実施例〕

第２図はこの弁明を適用するホイールローダを慨略的に
例示するものであり、このホイールローダには、車速Ｖ
を検出する車速センサ５、バケット４の回転角θ１を検
出するバケット角セン−リ°６、ブーム２の回転角０２
を検出するブーム角センサ７、ダンプシリンダ３によっ
て連結ロッド１１に加わる力Ｆ１を検出する負荷センサ
８、ブーム２に加わる矢印ａ方向（ピンＰＯとＰ２とを
結んだ方向）への力Ｆ２を検出する負荷センサ９、ブー
ム２に加わる矢印ａ方向に垂直な方向へのノＪＦ３を検
出する負荷センサ１０が設けられている。上記負荷検出
センサ８，９および１０としては、例えばロードセルが
用いられ、これらセンサ８，９および１０によってバケ
ット４に加わる負荷を検出するようにしている。これら
検出値は第１図に示す中央９８理装置（以下ＣＰＬＩと
いう）２０に入力される。ＣＰＬＩ２０においては、後
で詳述するが、これら検出値を用いて掘削中の水平抵抗
Ｒｈ車体のもつモーメント を削等し、けん引率Ｋ　および転倒率Ｋ　が夫々ｐ　　
　　　　　　　　　　　　　「 の設定ｆｌｆｉＫ　　　およびＫｒ５ｅｔに追従しく水
平抵抗ｓａｔ および垂直抵抗の各設定値Ｒｈｓ。１および１（７，。

１に対する追従制御でもよい）、かつバケット４の底板
がバケットの進行方向を向くようにダンプシリンダ３お
よびリフトシリンダ１に対する油量を制御するようにす
る。すなわち、ＣＰＵ２０は、上記演算値Ｒ、Ｒ、Ｋ　
　、Ｋ　　等に基づきリフｖｐｒ トシリンダ１およびダンプシリンダ３に供給する圧油流
量をＰ演算し、該演算値に基づきリフトシリンダ用油圧
回路３０およびダンプシリンダ用油圧回路４０を制御し
、これによりＫ　およびＫ　がｒ 夫々の設定値に追従し、かつバケット底板とバケット進
行方向とが一致するようにブーム２およびバケット４の
リフトおよびチルト動作を制御する。

またＣＰＵ２０では１掘削中における前記演算値Ｋ　お
よびＫ　　（ＲｈおよびＲｖでもよい）を逐ｐ　　　　
　　　　「 数記憶しており、１回の掘削動作が終了する度に、掘削
土砂の重量および前記演算値に、に、の記憶内容に基づ
き設定値Ｋ　　およびＫｒ５ｅｔを自動ｓｅｔ 修正し、該自ｖＪ修正した設定値を、次の掘削に用いる
ようにする。

以下、第３図に示すフローチャートを基本にしてかかる
実施例装置の具体的作用を詳述する。

まず、掘削開始に先立ち、けん用膜定率Ｋｐｓｅｔおよ
び転倒設定率Ｋｒｓ。１が設定される（ステップ１００
）。けん用膜定率Ｋｐｓｅｔは下記（１）式の如く表わ
される。

尚、最大（プん引力は車両の機柿毎に予め決っている固
定値であり、Ｋｐ、。１は１掘削中においては一定値と
する。

また、転倒率Ｋ　は下記の（２）式のように表わ「 大ガス 但し、１　、ｊ　および１．は夫々第４図に示ｙ すように、前輪からバケット重心までの距離の水平成分
、前輪からバケット重心までの距離の垂直成分および前
輪から車両重心Ｐ　までの距離の水平成分である。この
ように、転倒率Ｋｒには実際は水平抵抗Ｒ５も利いてお
り、計算の簡略化のために以下の実施例においては設定
値として垂直抵抗設定１ｌｉＲｖｓ。１を用いる。ここ
で、垂直抵抗Ｒ９による前輪まわりのモーメント（ＲＸ
ｊ　）をｘ 考えた場合、前輪からバケット重心までの距離の水平成
分Ｊｘはブーム２の回動に伴なってその長さが変化する
ため、前記垂直抵抗設定値Ｒは５ｅｔ ｎａ記モーメント（ＲＸＪ！　　＞を一定とすべくバｘ ケラトビンＰ２の高さＶ（Ｂ閉囲始時をＯとしたバケッ
トビン高さ）に応じて第５図に示ず如く変化させる。な
お、第５図においてｙａは掘削終了ビン高さの設定値で
ある。

上記設定が終わると、運転者はエンジンを始動し、トラ
ンスミッションを１Ｍにし、エンジンをフルパワーで車
両を前進させて細則を開始する。

この最初の掘削段階にＪ３いては、ブーム２＃３よびバ
ケット４は下に降ろした状態で掘削土に対してバケット
４を突込む水平突込み掘削を行なう（ステップ１１０）
。

次に、ＣＰＵ２０は、車体各部に配設したバケット角セ
ンサ６、ブーム角センサ７、負荷センサ８．９・、１０
および車速センサ５の各検出値θ１゜θ２　、Ｆｌ、Ｆ
２　、Ｆ３およびＶを取り込み（ステップ１２０）、こ
れら検出値に基づき垂直抵抗Ｒおよび水平抵抗Ｒｈを演
算する（ステップ１３０）。尚、第６図にも示すように
、負荷センサ８はダンプシリンダ３によって連結ロッド
１１に加わる力Ｆ１を検出し、負荷センサ９はピンＰｏ
とＦ２とを結んだ線分ＰＯＦ２の方向への力Ｆ２を検出
し、負荷センサー０は線分ＰＯＦ２に垂直な方向への力
Ｆ３を検出している。

以下、これら検出値θ１．θ２．Ｆ１．Ｆ２およびＦ３
を用いてＲ，Ｒｈを郡山する方法にって第６図および第
７図を用いて説明する。

まず、ピンＰｏを中心とするＸ−Ｙ座標を考え、バケッ
ト４およびブーム２が夫々初期位置のとき、すなわち未
回転のときのピンＰ３．Ｐ２ｉ１ｊよびＦ８の座標を夫
々（Ｘ３’　、Ｙ３’　）、（Ｘ２’　。

Ｙ２′　）および（Ｘｓ　’　、、Ｙａ　’　）とす°
ると、ブーム２が０２回転後のピンＰ３およびＦ２の座
標（Ｘａ　、　Ｙａ　）、　（Ｘ２　、　Ｙ２　＞はと
なり、また、バケット４およびブーム２が大々θ１およ
び０２回転後のピンＰ８の座標（×８゜Ｙａ　）は となる。但し、θ３は線分Ｐ２　Ｆ８と線分ＰＯＦ２と
の角度であり、線分Ｐ２　Ｐａとバケット４の底板との
成す角μが一定なので前記回転角θ３はθ１を変数とす
る関数となり、θ１を検出することでθ３を求めること
ができる。

ここで、Ｆ３　ｔ〕ａ　＝Ｊ　１とすると、」１はピン
Ｐ３およびＦ８の座標から Ｊ　１＝　　（Ｘａ　−Ｘｓ　）２＋　（Ｙａ　−Ｙａ
　）２・・・　（６） となり、またＰ３Ｐ７＝ｊ２　（一定）　、Ｆ７　ｐＨ
＝ｊ３’（一定）であるため、線分Ｐ３　Ｐａと水平方
向との成す角βおよび線分Ｐｓ　Ｐａと線分Ｐ７　Ｆ８
との成す角αは次のようになる。

β＝　ｊａｎ−１（（Ｙａ−Ｙａ）／　（Ｘａ　−Ｘｓ
　）　）・・・　（７） また、線分Ｐ７　Ｆ８の水平方向の成す角Ｔはγ＝α−
β　　　　　　　　　　・・・　（９）となるため上記
（７０８）式より求めたα、βによりγを求めることが
できる。

ここで抵抗作用点Ｐ。に加わる抵抗力Ｒの水平および垂
直成分を夫々ＲｈおよびＲ１どし、力のつり合いを考え
ると Ｒｈ＝Ｆ１　ＣＯ３７＋Ｆ２　　ＣＯ２Ｏ３−Ｆ３ｓｉ
ｎθ２・・・　（１０） Ｒｖ＝−Ｆｌ　５ｉｎ７＋Ｆ２　ｓｉｎθ２＋Ｆ３ＣＯ
３θ２　　　　　　　　・・・　Ｃ１１）となり、前記
検出ｉｆ’ｉＦ１．Ｆ２．Ｆ３．θ１．およびθ２に基
づきＲｈおよびＲｖを求めることができる。

次に、ＣＰＵ２０は、前記界出した水平抵抗Ｒ１に基づ
ぎけん引率 １ｆｆＫ　　をステップ１００において設定したＧプん
引率設定値Ｋｐ、。１と比較し、Ｋ　が設定値に１．。

１に満たない場合（Ｋｒ）Ｓｅｔ＞Ｋｐ）は、ステップ
１１０に戻り、ステップ１２０．１３０の手順を再び実
行する。すなわち、掘削開始から、Ｋ　が設定ｆｎＫｐ
ｓｅｔを超えるまでの間はブーム２およびバケット４は
回動しないで水平方向への突込み掘削を行なう。しかし
、Ｋ　が一旦Ｋｐｓｅｔを超えた後は、ＣＰＵ２０はＫ
　をに９．。１に追従すべくブ−ム２およびバケット４
の回動動作を制御する。

かかる制御２ｐにおいてＣＰＵ２０はまず上記偏差（＝
Ｋｐ、。、−Ｋｐ）を零とするようなブーム２の角速度
の目標値０２を演算する〈ステップ１５０）該目標速度
０２を求めるための式は次のようになる。

ただし、０２は現時点におＣプる実際のブーム角速度、
Ｇ１はフィードバックゲインであり、上記Ｏとする。す
なわち、ブーム２を降ろす方向への回動動作は行なわな
い。また上記（１２）式による速度制御によれば、Ｋ　
　　＜Ｋ　　のときＧ２を現時ｐｓｅｔ　　　ｐ 次にＣｌ）　Ｇ２０は、上記求めたＧ２とステップ１２
０にＪりいて読込んだ車速の検出値Ｖと作業機リンク形
状から絶対静止座標におけるバケットビンＰ２のωツク
方向を求め、該バケットピンＰ２の動く方向とへケット
底板の方向とが一致するようにヂルト角速度０１を決定
する（ステップ１６０）。すなわち、第８図に示すよう
に、ブーム２の回転角を０２　、ｌ）ｏ　Ｐ２＝ｊｌ　
４とすると、ピン［）２の速度ベタ１−ルＶｔよ車速に
よるピンＰ２の水平速度成分ｖｈとブーム２の動きによ
るピンＰ２の速度ベクトルｖ１とのペター・ル和となり
、次式で表わすことができる。

（但しｌｖｌ　ｌ＝オ　・Ｇ２であり、またｖｌとｖｈ
との角度はπ／２−０２となる）　・・・　（１３）Ｃ
ＰｔＪ２０は上記（１３）式にしたがって求めたピンＰ
２の速度ベクトルＶの方向すなわち角度σにバケット４
の底板の方向すなわち角度θ１が一致するようにバケッ
ト４の目的速度の目標値θ１を決定する。ここで、Ｇ１
はチルト角度の急激な変化が起らないよう例えば０．１
秒ごとに角度偏差（σ−θ１）の１１５０ずつ変化させ
るようにする。

これを式で表わせば次のようになる。

Ｇ３　　　　ΔＴ 〈ΔＴ＝０．１　（Ｓ）、Ｃ１０＝５０）　　・・・（
１４）ただし、この場合θ１〉σとなったときには、Δ θ１＝０とし、逆方向へのヂルト動作は行なわない。

次に、ＣＰＬＪ２０は現時点におけるバケットピンＰ２
の高さｙを予設定した掘削終了ピン高さｙ、と比較し、
ｙがｙａを超えているときにはステップ３００に進み掘
削を終了する。ステップ３００以降の動作は後で詳述す
る。しかし、ｙが夏。を満だないときＣＩ）　Ｌｌ　２
０は前記篩用したＧ２およびＧ１に基づき、該θ２およ
びＧ１を満足するリフトシリンダ１およびダンプシリン
ダ３への供給圧油流量値Ｑ２およびＱｌを粋出し、該算
出したＧ２およびＱｌに基づき油圧回路３ｏおよび４０
を駆動制御する。第９図にしたがってリフトシリンダ１
に供給する圧油ｉ　ｈ’ｔ　ｉｔ　ｉの１例を説明する
。

第９図に示すように、ブーム２の回動角を０２゜す角を
０３、線分ＰＯＰ４と水平方向とのなす角をφ２　（固
定値）とすると θ３＝π−φ１−φ２−θ２　　　　・・・　（１５）
となる。また、Ｐｏ　Ｐ４＝ｊ　ｓ　、　Ｐｏ　Ｐ１＝
１６　。

Ｐ１Ｐ４　＝Ｊ　７とすると第２余弦定理から２ｊｓ　
・Ｊ！６ となり、上記（１６）式を時間微分１Ｊるととなる。こ
の（１７）式を変形１゛るととなる。

ｄθ３ ここで、前記（１５）式から□＝０２が成立し、ｔ また流量Ｑ２は （Ｓｌはリフトシリンダ１の断面積） となるため、上記（１８）および（１９）式から０２を
満足するリフトシリンダ１への供給流量Ｑ２を決定する
ことができる。なお、ここで゛は０１に対応するダンプ
シリンダ３への供給流＃ａＱ１の計算方法を示すのは省
略するが、この流ｒｉｌｆｔｉＱ１も第９図に示したＧ
２計算方法と同様にして算出することができる。ＣＰＵ
２０はこのようにして篩用したＧ２およびＱｌに基づき
油圧回路３０および４０を駆動制ａｔ＋　Ｌ、ブーム角
速度およびバケット角速シリンダ１およびダンプシリン
ダ３を駆！１１Ｉ′１ｊる（ステップ１８０）。

次に、ＣＰＵ２０は再び各センサ５〜１０の検出１ｉｔ
ｉｖ、０１，０２．Ｆｌ、Ｆ２　おＪ：（ＦＦ３をＭＲ
り込み（ステップ１９０）、これら検出値を用い前記（
１０）（１１）式等に従って水平抵抗Ｒｈおよび垂直抵
抗Ｒを算出する（ステップ２００＞。そし■ で、ＣＰＵ２０は今度は該偉出した垂直抵抗ＲＶを１ｔ
ｉｒ記ステツプ１００において設定した垂直抵抗設定（
「ＩＲと比較しくステップ２１０）、ＲＶｓｃｔ がＲに満たない場合（Ｒ＞Ｒ）は、萌 ＶＳＯ１ｖｓｅｔ　　　Ｖ 記粋出した水平抵抗１＜１１に基づきけん引率Ｋ。

最大けん引力 Ｋ　を用いてＫｐ、。１−に、を演算する（ステップ２
２０）。そしてＣＰＵ２０は該演惇ｆｆＩＫｐｓｅｔ−
Ｋ　を前記（１２）式に代入し、該偏差に１．。、−Ｋ
ｐを零とするブーム２の角速度の目ｒＡ値θ２を求め（
ステップ１５０）、以下前述と同様にしてバケット４の
角速度の目標値０１を求め（ステップ１６０）　、これ
ら求めたθ１．θ２に基づきダンプシリンダ３およびリ
フトシリンダー八り圧油流量を制御する（ステップ１７
０．１８０＞。すなわち、ＣＰＵ２０はＫ　が一旦に０
．。１を超えた後からＲが最初にＲｖｓｃｔを超えるま
での間はけん■ 引率Ｋ　が設定ｆｒｉＫｐ、。１追従するように各シリ
ンダに供給する圧油流量を制御するようにする。

しかし、ス１ツブ２１０においてＲが一旦■ Ｒを超えた後は、ＣＰＬＩ２０は垂直抵抗Ｒ７ｓｃｔ が設定値ＲＶＳｅｔに追従ず゛べく、別言すれば転倒率
Ｋ　が設定値Ｋｒ、。１に追従するように各シリンダ「 に対する圧油流量を制御するようにする。まず、ＣＰＵ
２０はＲがＲを超過した場合、該偏Ｖ　　　　　ｖｓｅ
ｔ 差Ｒ−Ｒを零とするようなプーム２の角速ｖｓｅｔ　　
　　　ｖ 度の目標値θ２を演詐する（ステップ２３０）。

Δ 該θ２を求めるための式は次のようになる。

なお、Ｇ２はフィードバックゲインであり、こそして、
ＣＰＵ２０は前記同様にしてこのようにして求めたＧ２
とステップ１９０において読込んだ車速の検出値Ｖと作
、ＪＩＦＮリンク形状からバケットピンＰ２の動く方向
を求め、該方向とバケット底板の方向とが一致するよう
にチルト角速度θ１を決定する（ステップ２４０）。

次に、ＣＰＵ２０は現時点におＣプるバケットピン］）
２の高さｙを予設定した掘削終了ビン高さｙ　と比較し
、ｙがｙ、を超えているときにｔよステップ３００に進
み掘削を終了する。ステップ３００以降の動作は後で詳
述する。しかし、ｙがよびＧ１を満足１ｙるリフトシリ
ンダーおよびダンプシリンダ３への供給圧油流ｆｆ１ｉ
ｆｉＱ２およびＱｌを算出し、該弁用したＧ２およびＱ
ｌに基づき油圧回路３０および４０を駆動１１１ＩＪ　
ａする（ステップ２６０）。

次に、ＣＩ）　Ｌｌ　２０は再び各センサ５〜１０の検
出値Ｖ、θ１．θ２．Ｆ１．Ｆ２およびＦ３を取り込み
（ステップ２７０）、これら検出値を用い前記（１０）
（１１）式等に従って水平抵抗Ｒｈ“および垂直抵抗Ｒ
’！−痺出する（ステップ２８０）。そし■ て、ＣＰＵ２０は該算出した垂直抵抗Ｒｖを用いてＲ−
Ｒを演腟する（ステップ２９０）。

ｖｓｅｔ　　　Ｖ そしてＣＰＬＪ２０は該演鋒値Ｒ−Ｒを前記ｖｓｅｔ　
　　ｖ （２０）式に代入し、上記偏差Ｒ−Ｒを零とすｖｓｅｔ
　　　ｖ ブーム２の角速度の目標値θ２を求め（ステップ２３０
）　、以下前）小と同様にしてバケット４の速度の目標
１（ｉ　０１を求め（ステップ２４０）、バケットピン
の晶さｙが設定高さｙ、を超えるまでの間はこれら求め
たθ１，０２に基づきダンプシリンダ３およびリフトシ
リンダーへの圧油流量を制御する（ステップ２５０，２
６０・・・）。すなわち、ＣＰＵ２０はＲが一旦Ｒを超
えた後かｖ　　　　　ｖｓｃｔ らバケットピン高さｙが設定高さｙ　になるまでの間は
垂直抵抗［く　が設定値Ｒに追従するより　　　　　　
ｖｓｅｔ うに別言すれば転倒率Ｋ　が設定値Ｋｒ５ｅｔに追従「 するように各シリンダに供給する圧油流量を制御するよ
うにする。

かかる実施例装置によれば掘閉囲始からＫｐ、。。

くＫ　となるまでの間はエンジンフルパワーで水平方向
に突込み掘削を行ない、Ｋ　　　＜Ｋ　　となｐｓｅｔ
　　　ｐ ってからＲ＜Ｒとなるまでの間は予設定しｖｓｅｔ　　
　ｖ たＫｐｓｃｔに対するＫｐ追従制■を行ない、さらにＲ
＜Ｒとなってからｙ　≦ｙとなるまでのｖｓｅｔ　　　
ｖ　　　　　　　　ａ 間は予設定したＲ　　に対するＲ　追従制御を行ｖｓｅ
ｔ　　　　　　ｖ なうＪこうにする。ここで、第１０図に示り゛ように、
けん引率Ｋ　が過大あるい（よ過小であるとするといず
れにしても掘削効−鼾がダウンしまた掘削土量も不足す
る。このため本実施例てＣよ１掘削中にｄｊ（プるに、
偵（ＨにびＲｖ値を記憶してよタリ、１掘削が終了Ｊ８
毎に掘削土の重量の大小および前記Ｋ　偵Ｊｊよひ、Ｋ
　値の記憶内容に基づきに９．。１ｒ 追従制御から［り９．。１追従制御への変換点ｙ。が掘
削効率が最良となる最適点ｙ　　となるように、ｏｐｔ けん引率設定値Ｋｐｓｅｔを自動修正するようにする。

ＣＰＬＪ２０は、バケットピン高さｙが設定高さｙ、の
超えた時点でＥ削土の重量Ｗを求める（ステップ３００
）、この重量ＷＧ、を前記（１１）式に従ってｙ＞ｙ、
となった後の垂直抵抗Ｒｖを計０リーることによって求
められる。そして、ＣＰＵ２０はこの掘削Φｆｆ１Ｗが
予設定型”ｓｅｔより小さいとき（Ｋｐが過小のとき）
には、次（２１）式に従ってけん引率設定値Ｋｐ、。１
をアップする（ステップ３１０）・。

Ｋ　　　＝Ｋ　　　’　十に１　（Ｗ、ｅｔ−Ｗ＞ｐｓ
ａｔ　　　　ｐｓｅｔ （Ｋ１　：フィードバックゲイン）　　・・・（２１ン
尚、Ｋ　　　’、Ｋ　　　は夫々修正前、修正後の設ｐ
ｓｅｔ　　　　ｐｓｅｔ 定値である。また、Ｋｐｓｅｔ追従制御からＲｖｓ。１
追従制御への変換点ｙ　が最適点ｙ。ｐｔに対して小な
るとき（Ｋ　が過大のとき）には、ＣＰＵ２０は次（２
２）式にしたがってＫｐ、。、をダウンさせる（ステッ
プ３２０）。

Ｋ　　　＝Ｋ　　　’＋に２（Ｖ　　−Ｖ　　　）ｐｓ
ｃｔ　　　ｐｓｅｔ　　　　　　　Ｃｏｐｔ（Ｋ２　：
フィードバッグゲイン）　　　・・・（２２）そして、
この設定値の修正を終えた後、ＣＰＵ２０は掘削動作を
終了する（ステップ３３０）。

なお、次の掘削のときには、前記修正した設定値に１．
。、が用いられ、この設定値に基づく自１１１ＩＫ１．
削制御が行なわれる。

このように本実施例装置においては、ホイールローダに
、車速センサ５、バケット角センサ６、ブーム角センサ
７、負荷センサ８，９および１０を設け、これらセンサ
の検出値Ｖ、θ１．θ２゜Ｆｌ、Ｆ２およびＦ３に基づ
き逐次、水平抵抗Ｒｈ（ＣＪん引率Ｋ。）および垂直抵
抗Ｒ，（転倒率Ｋ　）を演樟し、掘削ＤＩ始からＫ　　
　＜Ｋ　　とｒ　　　　　　　　　　　　　　　ｐｓｅ
ｔ　　　Ｄなるまでの間はエンジンフルパワーで水平方
向に突込み掘削を行ない、Ｋ　　　＜Ｋ　　となってか
らｐｓｅｔ　　　Ｄ Ｒ＜Ｒとなるまでの間は予設定したに１．。１ｖｓａｔ
　　　　　ｖ （Ｒ＞に対するＫ　　（Ｒｈ）追従制御を行なｈＳｅｔ
　　　　　　　　　　ｐ い、さらにＲｖｓｅｔ＜Ｒとなってからｙ、≦ｙと■ なるまでの間は予設定したＲ　　　（Ｋ　　　＞に対ｖ
ｓｅｔ　　　ｒｓｅｔ するＲ　　（Ｋ、）追従Ｉｔ、ＩＩ　ｉｌｌを行なうと
ともに、１■ 掘削が終了する度に、掘削土ｆｆ１Ｗおよび逐次記憶し
た水平抵抗および垂直抵抗ＲｈおよびＲｖに基づきけん
引率設定値Ｋ　　を自ｖＪ修正するようにｐｓａｔ した。そして、かかるに１．。１追従制御およびＫｒ５
ｃｔ３８従制υＵにおいては、ブーム角速度θ２を決定
するときには、各偏差（Ｋ−ｋ）およｐｓｅｔ　　　Ｉ
） び（Ｒ−Ｒ＞が大々零となるように０２をｖｓｅｔ　　
　ｖ 粋出し、バケット角速度０１を決定するときには前記算
出したθ２の他に車速センサ５により検出した車速値Ｖ
を用い、これら値θ２．ｖと作業はのリンク形状とから
バケットピンＰ２の動く方向を求め、該方向がバケット
底板の方向に一致するようにθ１を等量するようにした
。第１１図は、かかる実施例装置ににるバケットの軌跡
例を示すものであり、この実施例装置によれば、細則重
量を同一とした場合において従来と比べ掘削抵抗を２５
％程ダウンさせることができ、また、掘削効率（掘削土
ｆｆｌ／所要エネルギー）は４５％アップさせることが
できた（ベンヂマークテスト結果）。

なお、上記実施例では水平および垂直抵抗ＲｈおよびＲ
を求める手段として第６図および第７■ 図に示した負荷センサ８，９および１０によるものを例
示したが、他に例えばりフトシリンダーおよびダンプシ
リンダ３に供給される各圧油の油圧を検出し、該検出値
に基づいてＲｈおよびＲｖを求めることもでき、以下、
第１２図に従ってこの方法について説明する。

この方法では、図示しない油圧センサによってリフトシ
リンダーに供給する圧油の油圧Ｐｑ１とダンプシリンダ
３に供給する圧油の油圧Ｐ、３を検出し、この検出値を
用いて各シリンダーおよび３のシリング力Ｆ４およびＦ
５を計算する。すなわち、各シリンダーおよび３の断面
積を夫々Ｓ１およびＳ３とすると前記シリング力Ｆ４お
よびＦ５はＦ４＝Ｐｑ１・Ｓｌ　　　　　　　　　・・
・（２３）ｒ　ｓ　＝Ｐ　ｑ３・Ｓ３　　　　　　　　
　・・・（２４）となる。

ここで、抵抗作用点１）　　（Ｘ　　、ＹＤ）がバケＤ ット４の回転（回転角０１）に対応して第１３図に示す
如く変移していくと仮定する。この第１３図に示ずグラ
フにおいて、縦軸はバケットの底板の先端点と抵抗作用
点Ｐ　との間隔り４、横軸はバケット回転角θ１であり
、θｈ　（固定値）はバケット４の側板の上縁４ａが水
平となる角度。

ＬＣはバケット底板の先端とバケット上板の先端との間
隔である。

ここで、ピンＰａを中心とするＸ−Ｙ座標を考え、０１
が回動前のとさ゛のピンＰ２の座標を夫々（Ｘ２’　、
Ｙ２’　）とすると、ブーム２が０２回転した後のＦ２
の座標（Ｘ２　、　Ｙ２　＞はとなり、またバケットピ
ンＰ２とバケット底板先端点に関する図示間隔をＪ８、
バケット底板とバケット側板の上縁４ａとのなす角をψ
とすると、バケット４およびブーム２が夫々θ１および
θ２回転した後のＰ。の座１ｆｆ（Ｘ、、Ｙ、）は、Ｘ
Ｄ　＝Ｘ２　＋Ｊｔ　ａ　　ｃｏｓθ１−　Ｄｔ　ＣＯ
８ψ−（２６）ＹＤ　　＝Ｙ２　　＋ｊ　　ａ　　　Ｓ
ｉｎθ１　　　Ｄ、ｓｉｎ　　ψ・　（２７）となり、
第１３図のグラフに基づき、θ１．θ２回転後のＰ。の
座標を特定することができる。

いま、ここで第１３図図示の各寸法をＬｌ。

し２　、Ｆ３　、Ｆ４　、　Ｌｓ　、とし、ピンＰａま
わりのモーメントのつり合いを考えると Ｒ−Ｘ　　＋Ｒ−Ｙ　　−Ｆ４・Ｌ４ ＤｈＤ −Ｆｓ　・Ｆ５−０　　　　　　　　　・・・（２８）
となり、またピンＰ２まわりのモーメントのつり合いを
考えると Ｒ（Ｘ　　−Ｘ２）−Ｒ・（Ｙ２−Ｙ、）ｖ　　　　Ｄ
　　　　　　　ｈ −Ｆｓ’　　　・　　Ｌ　３　　＝　０　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　・・・　（２９）とな
る。また Ｆ５′＝□・Ｆ５　　　　　　・・・（３０）が成立す
るため、これら（２８）（２９）（３０）式を解くこと
によりＲｈおよびＲＶを求めることができる。

次に、この発明の他の実施例を第１４図および第１５図
にしたがって説明する。

この実施例では、ψ速Ｖは検出せずに、検出値としては
第１４図に承りようにバケット４の回転角θ１、ブーム
２の回転角θ２および前記実施例における負荷センサ８
，９．１０の検出力Ｆ１゜Ｆ２　、Ｆａのみを用いる。

すなわち、この実施例においては先の実施例と比較して
第３図に示したブローチ１１−トにおけるステップ１６
０および２４０に相当するバケット角θ１の駆動制御が
責なり、他の手順すなわち掘削開始からＫ　　　＜Ｋｐ
ｓｅｔ　　　ｐ となるまでの間は、ブーム２およびバケット４を回動せ
ずに水平方向への突込み掘削を行ない、Ｋ　　　＜Ｋ　
　となってからＲ（Ｒとなるよｐｓｃｔ　　　ｐ　　　
　　　　　　ｖｓｃｔ　　　ｖでの間はＫ　　追従制御
を行ない、Ｒ＜Ｒｐｓｅｔ　　　　　　　　　　　ｖｓ
ｅｔ　　　ｖとなってからｙ≧ｙ　となるまでの間はＫ
ｒ、。。

（Ｒ）追従制御を行ない、さらに１回の掘削ｓｅｔ が終了する度に、掘削土用ｆｆ１Ｗとｆｔ１Ｋｐおよび
Ｒの推移に基づき各設定値ＫｐｓｅｔおよびＲｖｓ。１
Ｖ を自動修正するようにする点においては先の実施例と何
ら変わる点はない。

この実施例においては、バケットのチルト動作を制御す
るにあたり、第１５図に示づ如くバケット角度０１が略
２５度となったときにバケットの側板の上縁４ａが水平
となるようにバケットピンの高さｙとバケット角度０１
との関係を予め設定し、この予設定内容に従ってバケッ
ト４を徐々に回動するようにする。例えば、第３図のフ
ローチャートにおけるステップ１４０〜１８０に相当す
（Ｋ１．。、−ｋｐ））を決定する点に関しては先の実
施例と同様であるが、次のバケット角を制御する際にお
いて本実施例では先に検出したブーム角θ２に基づきバ
ケットビン高さｙを求め、第１５図に示したグラフから
該高さｙに対応するバケッ出値θ１が追従するようにダ
ンプシリンダ３を駆動制御するようにする。第３図の７
０−チＰ−トにおけるステップ２／１０〜２４０に相当
するＲｖｓ。１追従制御の際し同様にしてバケツ！・角
度θ１を決定するようにする。

かかる実施例によれば、車速センサ５を必要とせず、か
つバケットのチルト制御のための演算し比較的菌中とな
るので先の実施例に比して装置コストを下げることがで
きる。

なお、上記実施例においては、水平抵抗Ｒｈに対応１Ｊ
るものとしてＣプん引率設定値Ｋｐｓｅｔを用い、また
垂直抵抗Ｒに対応するものとして垂直抵抗■ 設定ＩＩＲ，，。１を用いるようにしたが、勿論、けん
引率設定Ｉ　Ｋ　ｐｓ。１の代わりに水平抵抗設定値Ｒ
ｈｓ。１を用い垂直抵抗設定値Ｒｖｓｅｔに代わりに転
倒重設定値Ｋｒｓ。１を用いるようにしてよい。

また、上記実施例においては、水平抵抗設定値Ｒは一定
なものとしたが、該設定値を掘削のｓｅ　ｔ ■易に応じて自動的に修正するような構成としてもよい
。

さらに、水平抵抗［り、垂直抵抗Ｒ１シリンｈ　　　　
　　　ｖ ダへの供給流ｍＱ１．Ｑ２を求めるためのＰ７Ａｍ方法
も前述した方法に限るわけでなく、他の適宜の手法を用
いるようにしてもよい。

また、本発明を適用する積込機械もホイールローダに限
るわけでなく、他にペイローダ、トラクタショベル等、
作業機アクチュエータとしてブームおよびバケットを有
するもの全ての機械に適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、自動修正設定
した適正なレプん引率および転倒率で機械を駆ｖＪする
ことができ、これにより （１）・掘削抵抗が減小し、掘削効率を大幅に向上させ
ることができる （２）　　オペレータの経験および技術によらない自動
掘削を実現することができる （３）　　リフト・チルト動作を同時になし得る（４）
８削土吊を均一化することかできる（５）　　土質が変
化しても適正な設定値に自動修正することができる等の
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例装置について全体的構成を
示す概略図、第２図は同実施例のホイールローダに適用
した場合の外観的構成および各センサの配設例を示づ側
面図、第３図は同実施例装置の貝体作用例を示すフロー
チャート、第４図は転倒率に、を求めるための各種値を
承り説明図、第５図は垂直抵抗設定値Ｒとバケット高さ
ｙｓｅｔ との関係を示すグラフ、第６図および第７図はロードセ
ルにより水平・垂直抵抗Ｒ、Ｒを求めｖ る演算例を説明するための説明図、第８図はバケット角
速度０１を求める演算例を説明するための説明図、第９
図は圧油供給流量を求める演算例を説明するための説明
図、第１０図は本実施例による最適制御を説明するだめ
のグラフ、第１１図は本実施例装置によるバケット軌跡
例を示す図、第１２図は水平・垂直抵抗Ｒ、Ｒを求める
他のｖ 演算例を説明するためのグラフ、第１３図は同演口例に
用いる抵抗作用点の設定移動軌跡の１例を承りグラフ、
第１４図は本発明の他の実施例について概略的構成を示
１Ｒ念図、第１５図は同実施例装置で用いるバケット角
０１とバケット高さｙどの設定例を示すグラフ、第１６
図は一般的なホイールローダの慨略図である。 １・・・リフトシリンダ、２・・・ブーム、３・・・ダ
ンブシリンク、４・・・バケット、５・・・中速センサ
、６・・・バケット角はンリ、７・・・ブーム角センサ
、８，９゜１０・・・負荷レンリ、２０・・・ＣＰＬ１
１３０．４０・・・油圧回路。 第２図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 （Ｙｃ） 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブームおよびバケットを有する積込機械の自動掘
   削方法において、 逐次、バケットに加わる掘削抵抗の水平成分および垂直
   成分を検知し、該検知した水平掘削抵抗が同水平掘削抵
   抗の設定値を超えるまでは水平方向突込み掘削を行ない
   、この後、検知した水平掘削抵抗が同水平掘削抵抗の設
   定値を超えてから検知した垂直掘削抵抗が同垂直掘削抵
   抗の設定値を超えるまでは検知した水平掘削抵抗が水平
   掘削抵抗の設定値に追従すべくブームおよびバケットを
   回動制御し、さらに検知した垂直掘削抵抗が同垂直掘削
   抵抗の予設定値を超えてから所定の掘削終了時までは検
   知した垂直掘削抵抗が垂直掘削抵抗の設定値に追従すべ
   くブームおよびバケットを回動制御するようにしたこと
   を特徴とする積込機械の自動掘削方法。
2. （２）ブーム、バケット、ブームを回動駆動するリフト
   シリンダ、およびバケットを回動駆動するダンプシリン
   ダを有する積込機械の自動掘削装置において、 ブームの回転角を検出する第１の回転角センサと、 バケットの回転角を検出する第２の回転角センサと、 バケットに対して加わる力を検出する負荷検出手段と、 積込機械の車速を検出する車速検出手段と、これら第１
   、第２の回転角センサおよび負荷検出手段の検出値に基
   づきバケットに対する掘削抵抗の水平成分を演算する第
   １の演算手段と、前記第１、第２の回転角センサおよび
   負荷検出手段の検出値に基づきバケットに対する掘削抵
   抗の垂直成分を演算する第２の演算手段と、 掘削抵抗の水平成分の目標値が設定される第１の設定手
   段と、 掘削抵抗の垂直成分の目標値が設定される第２の設定手
   段と、 前記第１の設定手段の設定値と第１の演算手段の演算値
   とを比較し、その偏差を求める第１の比較手段と、 前記第２の設定手段と第２の演算手段の演算値とを比較
   し、その偏差を求める第２の比較手段と、前記第１の回
   転角センサの検出値および前記第１の比較手段で求めた
   偏差に基づきブーム回動速度の目標値を演算する第３の
   演算手段と、 前記第１の回転角センサの検出値および前記第２の比較
   手段で求めた偏差に基づきブーム回動速度の目標値を演
   算する第４の演算手段と、 前記第３の演算手段の演算値と車速検出手段の検出値に
   基づきバケット回動速度の目標値を求める第５の演算手
   段と、 前記第４の演算手段の演算値と車速検出手段の検出値に
   基づきバケット回動速度の目標値を求める第６の演算手
   段と、 第１の演算手段の演算値が第１の設定手段の設定値を超
   えてから第２の演算手段の演算値が第２の設定手段の設
   定値を超えるまではブーム回転速度およびバケット回転
   速度が前記第３および第５の演算手段で求めた各目標値
   に夫々追従すべくリフトシリンダおよびダンプシリンダ
   へ供給する圧油流量を制御するとともに、第２の演算手
   段の演算値が第２の設定手段の設定値を超えてからバケ
   ットが所定の高さとなるまでの間はブーム回動速度およ
   びバケット回動速度が前記第４および第６の演算手段で
   求めた各目標値に夫々追従すべくリフトシリンダおよび
   ダンプシリンダへ供給する圧油流量を制御する流量制御
   手段と、 １掘削中における前記第１および第２の演算手段の各演
   算値を逐次記憶し、該記憶内容と掘削終了後の掘削土の
   荷重とに基づき第１の設定手段の設定値を自動修正する
   設定内容自動修正手段とを具えた積込機械の自動掘削装
   置。
3. （３）ブーム、バケット、ブームを回動駆動するリフト
   シリンダ、およびバケットを回動駆動するダンプシリン
   ダを有する積込機械の自動掘削装置において、 ブームの回転角を検出する第１の回転角センサと、 バケットの回転角を検出する第２の回転角センサと、 前記リフトシリンダおよびダンプシリンダへ供給する圧
   油の油圧を検出する油圧検出手段と、バケットの回動に
   応じた負荷抵抗作用点の座標位置を設定する抵抗作用点
   設定手段と、 積込機械の車速を検出する車速検出手段と、これら第１
   、第２の回転角センサ、油圧検出手段の検出値および抵
   抗作用点設定手段の設定内容に基づきバケットに対する
   掘削抵抗の水平成分を演算する第１の演算手段と、 前記第１、第２の回転角センサ、油圧検出手段の検出値
   および抵抗作用点設定手段の設定内容に基づきバケット
   に対する掘削抵抗の垂直成分を演算する第２の演算手段
   と、 掘削抵抗の水平成分の目標値が設定される第１の設定手
   段と、 掘削抵抗の垂直成分の目標値が設定される第２の設定手
   段と、 前記第１の設定手段の設定値と第１の演算手段の演算値
   とを比較し、その偏差を求める第１の比較手段と、 前記第２の設定手段の設定値と第２の演算手段の演算値
   とを比較し、その偏差を求める第２の比較手段と、 前記第１の回転角センサの検出値および前記第１の比較
   手段で求めた偏差に基づきブーム回動速度の目標値を演
   算する第３の演算手段と、 前記第１の回転角センサの検出値および前記第２の比較
   手段で求めた偏差に基づきブーム回動速度の目標値を演
   算する第４の演算手段と、 前記第３の演算手段の演算値と車速検出手段の検出値に
   基づきバケット回動速度の目標値を求める第５の演算手
   段と、 前記第４の演算手段の演算値と車速検出手段の検出値に
   基づきバケット回動速度の目標値を求める第６の演算手
   段と、 第１の演算手段の演算値が第１の設定手段の設定値を超
   えてから第２の演算手段の演算値が第２の設定手段の設
   定値を超えるまではブーム回動速度およびバケット回動
   速度が前記第３および第５の演算手段で求めた各目標値
   に夫々追従すべくリフトシリンダおよびダンプシリンダ
   へ供給する圧油流量を制御するとともに、第２の演算手
   段の演算値が第２の設定手段の設定値を超えてからバケ
   ットが所定の高さとなるまでの間はブーム回動速度およ
   びバケット回動速度が前記第４および第６の演算手段で
   求めた各目標値に夫々追従すべくリフトシリンダおよび
   ダンプシリンダへ供給する圧油流量を制御する流量制御
   手段と、 １掘削中における前記第１および第２の演算手段の各演
   算値を逐次記憶し、該記憶内容と掘削終了後の掘削土の
   荷重とに基づき第１の設定手段の設定値を自動修正する
   設定内容自動修正手段とを具えた積込機械の自動掘削装
   置。
4. （４）ブーム、バケット、ブームを回動駆動するリフト
   シリンダ、およびバケットを回動駆動するダンプシリン
   ダを有する積込機械の自動掘削装置において、 ブームの回転角を検出する第１の回転角センサと、 バケットの回転角を検出する第２の回転角センサと、 バケットに対して加わる力を検出する負荷検出手段と、 これら第１、第２の回転角センサおよび負荷検出手段の
   検出値に基づきバケットに対する掘削抵抗の水平成分を
   演算する第１の演算手段と、前記第１、第２の回転角セ
   ンサおよび負荷検出手段の検出値に基づきバケットに対
   する掘削抵抗の垂直成分を演算する第２の演算手段と、 掘削抵抗の水平成分の目標値が設定される第１の設定手
   段と、 掘削抵抗の垂直成分の目標値が設定される第２の設定手
   段と 前記第１の設定手段の設定値と第１の演算手段の演算値
   とを比較し、その偏差を求める第１の比較手段と、 前記第２の設定手段の設定値と第２の演算手段の演算値
   とを比較し、その偏差を求める第２の比較手段と、 前記第１の回転角センサの検出値および前記第１の比較
   手段で求めた偏差に基づきブーム回動速度の目標値を演
   算する第３の演算手段と、 前記第１の回転角センサの検出値および前記第２の比較
   手段で求めた偏差に基づきブーム回動速度の目標値を演
   算する第４の演算手段と、 バケットの高さに応じたバケット回転角の推移が設定さ
   れるバケット回転角設定手段と、 第１の演算手段の演算値が第１の設定手段の設定値を超
   えてから、第２の演算手段の演算値が第２の設定手段の
   設定値を超えるまではブーム回動速度が第３の演算手段
   で求めた目標値に追従しバケットの回転角が前記バケッ
   ト回転角設定手段の設定内容に追従すべくリフトシリン
   ダおよびダンプシリンダへ供給する圧油流量を制御する
   とともに、第２の演算手段の演算値が第２の設定手段の
   設定値を超えてからバケットが所定の高さとなるまでの
   間はブーム回動速度が前記第４の演算手段で求めた目標
   値に夫々追従し、バケットの回転角が前記バケット回転
   角設定手段の設定内容に追従すべくリフトシリンダおよ
   びダンプシリンダへ供給する圧油流量を制御する流量制
   御手段、 １掘削中における前記第１および第２の演算手段の各演
   算値を逐次記憶し、該記憶内容と掘削終了後の掘削土の
   荷重とに基づき第１の設定手段の設定値を自動修正する
   設定内容自動修正手段とを具えた積込機械の自動掘削装
   置。
5. （５）前記第５および第６の演算手段は夫々バケットの
   底板の方向がバケットとブームとの連結ピンの移動方向
   に一致するようにバケット回動速度の目標値を求める特
   許請求の範囲第（２）項または第（３）項記載の積込機
   械の自動掘削装置。
6. （６）前記バケット回転角設定手段は、バケットが略２
   ５度回転した時点でバケット側板上縁が水平となるべく
   その設定内容が設定される特許請求の範囲第（４）項記
   載の積込機械の自動掘削装置。