(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブーム、アーム、バケット等の作業装置と旋回可能な本体とを備え、ブーム回転角検出手段、アーム回転角検出手段及びバケット回転角検出手段を備える油圧式掘削機の制御方法において、
前記バケット、アーム及び旋回作動は作業装置作動入力手段からの作動入力信号による手動作動信号を用い、前記ブームの作動は運転者による前記ブームに該当する作業装置作動入力手段の操作がある場合は前記手動作動信号を用い、運転者による前記ブームに該当する作業装置作動入力手段の操作がない場合は前記手動作動信号を用いて得られた前記ブーム回転角検出手段、アーム回転角検出手段及びバケット回転角検出手段からのブーム回転角、アーム回転角及びバケット回転角データと平坦作業角データに基づいた所定の幾何学的演算により、前記アーム作動に対して前記バケット端部の位置が一定平坦作業角を有する平坦作業平面上を追従し得るよう、ブームの基準回転角に対する制御演算により自動作動信号を用いて制御することを特徴とする油圧式掘削機の制御方法。
【請求項２】
ブーム、アーム、バケット等の作業装置と、旋回可能な本体と、ブーム回転角検出手段と、アーム回転角検出手段と、バケット回転角検出手段と、制御器とを備える油圧式掘削機の制御方法において、
平坦作業開始点と終了点でのバケット端部の座標値と平坦作業角度を所定値に初期化させ、自動動作の座標記憶のためのフラグセットをＯＮに設定する第１段階と、
前記ブーム回転角検出手段、アーム回転角検出手段及びバケット回転角検出手段からの検出されたブーム、アーム及びバケット回転角データと、作業装置作動信号データを入力受ける第２段階と、
前記第２段階の前記作動信号データのうち、アーム操作信号の方向が変更されたかを判別する第３段階と、
前記第３段階で、アーム操作信号の方向が変更された場合、前記フラグセットがＯＦＦ状態であるかを判別する第４段階と、
前記第４段階で、前記フラグセットがＯＮ状態である場合、ブーム回転角データ、アーム回転角データ及びバケット回転角データに基づいた所定の幾何学的演算により平坦作業終了点のバケット端部の座標値を演算し、この座標値と前記平坦作業開始点でのバケット端部の座標値を用いて平坦作業角を演算する第５段階と、
前記第４段階で、前記フラグセットがＯＦＦ状態である場合、ブーム回転角データ、アーム回転角データ及びバケット回転角データに基づいた所定の幾何学的演算により平坦作業開始点でのバケット端部座標値を演算し、前記フラグセットをＯＮに設定する第６段階と、
前記第２段階の作業装置作動信号データのうち、ブーム操作信号があるかを判断する第７段階と、
前記第７段階で、ブーム操作信号がある場合、ブーム作動のための手動操作出力信号を演算する第８段階と、
前記第７段階で、ブーム操作信号がない場合、ブーム、アーム及びバケット回転角データと前記第５段階で演算された平坦作業値に基づいた所定の幾何学的演算により、アームの操作に対してバケット端部の位置が前記制御器に設定された平坦作業角を有する作業面上に追従し得るブーム基準角度入力値を演算する第９段階と、
前記第９段階で演算されたブーム基準角度入力値とブーム回転角データとの追跡誤差を演算する第１０段階と、
前記第１０段階で演算された追従誤差データに基づいた所定の制御演算により、ブーム作動のための自動操作出力信号を演算する第１１段階と、
前記第８段階で演算された手動操作出力信号又は前記第１１段階で演算された自動操作出力信号に基づいたブーム作動のための出力信号と、前記第２段階の作業装置作動信号データに基づいたバケット、アーム及び旋回作動のための出力信号とを各々の該当コントロールバルブに出力する第１２段階と、
前記第２段階に帰還する第１３段階と、を含む油圧式掘削機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は掘削機の作業自動化に関するもので、特に掘削機の最も基本的な作業中の一つである平坦作業における作業性及び作業効率を向上させるための制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
掘削機を用いて平坦作業を遂行する場合、掘削機の各作業装置が複合的に作動しなければならない。即ち、図１に示すたように、運転者はブーム１０１、アーム１０２及びバケット１０３等の作業装置と旋回等を適宜複合操作しなければならなく、相当な作業熟練度が要求された。
【０００３】
最近、前記のような平坦作業における作業効率を向上させるため、コントローラーを用いる自動化技術が適用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の自動化された平坦化作業の場合、自動機能の遂行中に運転者の作業装置とは無関係な任意の固定された速度に作業装置の作動が限定されるという欠点があり、コントローラーに対する自動平坦作業機能の選定、平坦作業をしようとする作業面の角度等をスイッチボード等を通じて運転者が入力する面倒な過程が必須的に随伴された。特に、平坦作業中に発生し得る作業環境及び作業条件の変化に対し、運転者は一つ一つ自動機能の解除、手動操作による作業装置の作動、自動機能の再選択、平坦作業角の再設定等の作業を繰り返さなければならないので、結局、運転者の作業疲労を加重させ、作業性及び作業効率を減少させる問題点があった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、運転者による自動機能の設定及び解除、平坦作業角の入力等の操作が省略でき、運転者の操作レバーの操作量に対応する作業装置の速度が維持でき、作業環境及び作業条件の変化にかかわらず、より能動的に対応し得ることにより、運転者の作業疲労が軽減され、最適の作業性及び作業効率が確保できる掘削機の制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した本発明の目的を達成するための本発明の一態様によると、ブーム、アーム、バケット等の作業装置と旋回可能な本体を備え、ブーム回転角検出手段、アーム回転角検出手段及びバケット回転角検出手段を備える油圧式掘削機の制御方法において、前記バケット、アーム及び旋回作動は作業装置作動入力手段からの作動入力信号による手動作動信号を用い、前記ブームの作動は運転者による前記ブームに該当する作業装置作動入力手段の操作がある場合は前記手動作動信号を用い、運転者による前記ブームに該当する作業装置作動入力手段の操作がない場合は前記手動作動信号を用いて得られた前記ブーム回転角検出手段、アーム回転角検出手段及びバケット回転角検出手段からのブーム回転角、アーム回転角及びバケット回転角データと平坦作業角データに基づいた所定の幾何学的演算により、前記アーム作動に対して前記バケット端部の位置が一定平坦作業角を有する平坦作業平面上を追従し得るよう、ブームの基準回転角に対する所定の制御演算により自動作動信号を用いて制御することを特徴とする油圧式掘削機の制御方法が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
【０００８】
図２は本発明による制御方法を具現するための制御装置が適用された掘削機の油圧−電子制御システムの構成を示す。
【０００９】
本システムには、動力源であるエンジン１と、このエンジン１により駆動される複数の可変容量型油圧ポンプ２とが備えられ、この油圧ポンプ２の吐出油により作動されるブーム、アーム及びバケット等の作業装置のためのアクチュエータであるブームシリンダー３、アームシリンダー４及びバケットシリンダー５と、掘削機の下部フレームに対して上部フレームを旋回させるためのアクチュエータである旋回モーター６等が備えられる。前述した油圧ポンプ２と各アクチュエータ３，４，５，６間の油路中には、油圧ポンプ２から各アクチュエータ３，４，５，６へのオイルの流動方向及び量を調節することにより、アクチュエータ３，４，５，６の起動、停止及び方向転換等の作動を制御するコントロールバルブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが設置される。このコントロールバルブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとしては、所定の電気的信号に比例してスプールに移動変位が決められるよう、電子比例油量制御バルブが使用されることが好ましい。
【００１０】
一方、前述したブーム、アーム及びバケットには、これら作業装置の作動変位を検出し得るブーム回転角検出センサー８、アーム回転角検出センサー９及びバケット回転角検出センサー１０等が設置され、これら各センサー８，９，１０からの検出データと、運転者による作業装置操作指令を入力受けるジョイスティック等の作業装置作動入力手段７からの作動入力信号とに基づいて、所定の演算により前述した各コントロールバルブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに前述した所定の電気的信号を出力するマイクロコンピューターが内装されたコントローラ１１が備えられる。このコントローラ１１は前述したコントロールバルブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを調節して、運転者による作業装置作動信号及び／又は平坦作業に関連した所定の平坦作業角をアームの端部位置が追従し得るように制御する。
【００１１】
本発明の制御方法によると、バケット、アーム、旋回等の作動のためには作業装置作動入力手段７からの作動入力信号に対する所定の演算による手動作動信号を用いて前述したコントロールバルブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを調節することになる。一方、ブームの作動においては、運転者による作業装置作動入力手段７の操作がある場合、前述したような手動作動信号を用い、作業装置作動入力手段７の操作がない場合、前述したブーム角検出センサー８、アーム回転角検出センサー９及びバケット回転角検出センサー１０からのブーム回転角、アーム回転角及びバケット回転角データと運転者の作業装置作動のみによりコントローラ１１内部で決定される平坦作業角データに基づいた所定の幾何学的演算により、運転者のアーム操作に対し、バケットの端部位置が一定平坦作業角を有する平坦作業平面上を追従し得るよう、ブームの基準回転角に対する所定の制御演算により自動作動信号を用いて前述したコントロールバルブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを調節することになる。
【００１２】
前述した内容を図３の流れ図に基づいてより詳細に説明する。
【００１３】
ステップ１では、図４に表現された作業装置座標系の設定例において、平坦作業開始点と終了点の絶対基準座標系Ｘ−Ｙに対するバケット端部の座標値Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２及び平坦作業角度Ｇを任意に初期化させ自動動作の座標記憶のためのフラグセットをＯＮに設定する。
【００１４】
ステップ２では、ブーム回転角検出センサー８からの現在ブーム回転角データｔＢ、アーム回転角検出センサー９からの現在アーム回転角データｔＡ、バケット回転角検出センサー１０からの現在バケット回転角データｔＫ、そしてブーム、アーム、バケット、旋回等の各作業装置に関連した作業装置作動入力手段７からの作動信号データＪＢＭ，ＪＡ，ＪＢＫ，ＪＳＷ等を入力受ける。
【００１５】
ステップ３では、ステップ２でのアーム動作に関連したアーム操作信号ＪＡの方向が変更されたかを判別する。ここで、作業装置作動入力手段７からの操作信号の方向変更は、アームの場合、アーム展開（Ａｒｍ−ｏｕｔ）動作からアーム折畳（Ａｒｍ−ｉｎ）動作への変更、あるいはアーム折畳動作からアーム展開動作への変更を意味し、ブームの場合、ブーム上昇（Ｂｏｏｍ−ｕｐ）動作からブーム下降（Ｂｏｏｍ−ｄｏｗｎ）動作への変更、あるいはその逆の場合等を意味する。一方、アーム操作信号ＪＡの方向変更は平坦作業の開始から終了、終了から開始をコントローラ内部で判断する基準となる。ステップ３の条件を満足しない場合、つまり運転者による作業装置の操作がアーム折畳動作、あるいはアーム展開動作を遂行し続ける場合はステップ７に進行し、ステップ３の条件を満足する場合はステップ４に進行する。
【００１６】
ステップ４では、ステップ３の条件を満足する場合、つまり運転者による操作方向が変更された場合、ステップ１で言及した自動動作の座標記憶のためのフラグセットがＯＦＦ状態であるかを判別する。ここで、自動動作の座標記憶のためのフラグセットがＯＮであると、自動平坦作業の開始点で、図４に表現されたＸ１，Ｙ１座標値がコントローラ内部に記憶されていたことを意味し、ＯＦＦであると、自動平坦作業の開始点のＸ１，Ｙ１座標値が記憶されていないことを意味する。ステップ４の条件を満足する場合、つまり自動動作の座標記憶のためのフラグセットがＯＦＦである場合はステップ６に進行し、ＯＮである場合ステップ５に進行する。
【００１７】
ステップ５では、ステップ４の条件を満足する場合、つまり自動動作の座標記憶のためのフラグセットがＯＮである場合で、自動平坦作業開始点でのＸ１，Ｙ１座標値が既に記憶されていることを意味する。このステップでは、ステップ２で入力されたブーム回転角データ、アーム回転角データ、バケット回転角データに基づいた所定の幾何学的演算により図４に表現された平坦作業終了点のＸ−Ｙ座標値、Ｘ２，Ｙ２を演算する。ここで、既設定された平坦作業開始点のＸ１，Ｙ１データと平坦作業終了点のＸ２，Ｙ２データを用いて平坦作業角Ｇを演算し、ステップ７に進行する。
【００１８】
ステップ６では、ステップ４の条件を満足する場合、つまり自動動作の座標記憶のためのフラグセットがＯＦＦである場合で、自動平坦作業開始点でのＸ１，Ｙ１座標値が記憶されていないことを意味する。このステップでは、ステップ２で入力されたブーム回転角データに基づいた所定の幾何学的演算により図４に表現された平坦作業開始点のＸ−Ｙ座標値、Ｘ１，Ｙ１を演算する。又、ステップ６で、自動平坦作業開始点でのＸ１，Ｙ１座標値記憶が遂行されたので、自動動作の座標記憶のためのフラグセットをＯＮに設定し、ステップ７に進行する。
【００１９】
ステップ７では、ステップ２で入力されたブームに関連した作業装置作動入力手段７からのブーム操作信号ＪＢＭがあるかを判断する。これは平坦作業途中に運転者によるブーム操作が行われる場合で、この条件を満足する場合はステップ８に進行し、運転者によるブーム操作がない場合はステップ９に進行する。
【００２０】
ステップ８では、ステップ７の条件を満足する場合、つまり平坦作業中に運転者によるブーム操作が遂行される場合で、ステップ２で入力されたブームに関連した作業装置作動入力手段７からのブーム操作信号データＪＢＭに基づいた所定の演算により、ブームシリンダーに流入される油量を調節するコントロールバルブのための手動操作出力信号Ｖｍを演算し、ステップ１２に進行する。
【００２１】
ステップ９では、ステップ７の条件を満足しない場合、つまり平坦作業中に運転者によるブーム操作が遂行されない場合で、ステップ２で入力されたブーム、アーム及びバケット回転角データとステップ５で演算された平坦作業角Ｇ等に基づく所定の幾何学的演算により、運転者の作業装置作動入力手段７によるアームの操作に対し、バケット端部の位置がコントローラ１１の内部に設定されている平坦作業角を有する作業面上に位置し得るブーム制御角度入力値ｔＢｒｅｆを演算し、ステップ１０に進行する。
【００２２】
ステップ１０では、ステップ９で演算されたブーム角度基準入力値ｔＢｒｅｆとステップ２で得られた現在ブーム回転角データｔＢとの追跡誤差ｅ演算を遂行し、ステップ１１に進行する。
【００２３】
ステップ１１では、ステップ１０で演算された追跡誤差データｅに基づいた所定の制御演算を遂行して、ブームシリンダーに流入される油量を調節するコントロールバルブのための自動操作出力信号Ｖａを演算し、ステップ１２に進行する。
【００２４】
ステップ１２では、ステップ８及びステップ１１で演算されたブームに対する手動操作又は自動操作出力信号データに基づいて、ブームの作動に関連したコントロールバルブへの出力信号を演算し、ステップ２で入力された作業装置作動入力手段からバケット、アーム及び旋回等に関連した操作信号データＪＢＫ，ＪＡ，ＪＳＷに基づいた所定の演算によりバケット、アーム、旋回等の作動に関連した各作業装置に該当するコントロールバルブへの出力信号を演算し、ステップ１３に進行する。
【００２５】
ステップ１３では、ステップ１２で演算された各作業装置に該当するコントロールバルブへの出力信号をコントロールバルブの各ポートに出力し、ステップ２に進行して無限ループを構成する。
【００２６】
次に、図５を参照して、本発明の制御方法が適用された実際平坦作業の形態を調べる。
【００２７】
図５（ａ）の場合、運転者は作業開始点であるＡ地点から作業装置を移動してバケットとアームの位置を取る。次いで、運転者はバケット、アーム、ブーム等を操作して所定の作業終了点Ｂに作業装置を移動させながら平坦作業を遂行する。ここで、作業装置を開始点Ａに移動させる場合、アーム展開作動を遂行し、作業を開始しながらアーム折畳作動を遂行する。従って、前述した流れ図のように、コントローラは作業開始点の座標値を自動的に記憶することになる。運転者が１回の平坦作業を終了すると、つまり作業装置がＢ点に到達すると、運転者は平坦作業の反復のためにブーム操作にかかわらずアーム展開動作を取ることになる。ここで、図３に従って、コントローラは作業終了点の座標値を自動に記憶し、開始点と終了点の座標値を用いて平坦作業角度を演算し、以後はブームの操作がなくても図３のような制御により作業装置を制御することになる。従って、Ｂ点でアーム展開操作を行い、作業面の局部的な変化状況によってバケットだけを選択的に操作しながら平坦作業開始点と終了点とが成す作業角をそのまま維持しながら平坦作業を遂行し続けることができる。
【００２８】
図５（ｂ）の場合は、運転者が作業開始点から終了点まで平坦作業を遂行した後、ブームとアームを操作して作業装置を作業面から離脱させてから再び平坦作業の開始点に移動させる場合である。即ち、傾斜地を掻き下ろす動作のみを繰り返す場合等に当たる。このような場合、前述した流れ図に従って、アームの操作方向だけが途中で変更されないと、前回の平坦作業に対する作業角がコントローラ内部に続いて記憶されているので、Ａ点に作業装置を移動させてからアームの操作のみを加えても前回の平坦作業角と同様な状態に作動平坦作業が行われる。従来の技術によっては、このような場合、Ｂ点で自動作業を解除してから作業装置をＡ点に移動させた後、再度自動作業を設定し作業角度を再入力しなければならなかった。
【００２９】
図５（ｂ）で説明した内容は図５（ａ）を用いて説明することもできる。先ず運転者がアーム展開動作を含んだ作業装置の作動を遂行して作業装置を図５（ａ）のＡ点に位置させ、アーム、ブーム、バケット等の複合動作を遂行しながら所望作業面に沿って作業位置を移動させる必要なしに、アームの折畳動作のみを維持しながら作業面から作業装置を離脱してから図５（ａ）のＢ点に作業装置を位置させるだけで、自動平坦作業のための作業角の設定がコントローラの内部で自動に行われることを意味する。ここで、単にアームの展開動作を取ると、アームの端部は所望作業角を有する位置に移動することになる。
【００３０】
図５（ｃ）の場合は、自動平坦作業の遂行中、作業面に障害物又は突出物がある場合である。即ち、前述した図５（ａ）と図５（ｂ）の場合が部分的に複合された場合である。運転者はＢ点からアームを操作して自動作業をしてからＣ点に到達すると、アーム展開動作をそのまま維持しながらブームを操作してＤ点に作業装置を位置させた後、再度アームを操作して自動平坦作業を続けるとよい。従来の技術によると、Ｂ点からＣ点までの自動平坦作業を遂行し、Ｃ点で自動作動を解除させてから作業装置をＤ点に位置させた後、再度自動作動を設定し作業角を再設定してから自動平坦作業を遂行しなければならなかった。
【００３１】
図５（ｄ）の場合は、図５（ａ）乃至図５（ｃ）に表現された作業角度を有する作業環境から図５（ｄ）の作業角度を有する作業環境への変化を意味する。このような場合、運転者は図５（ｃ）のＡ点に当たる位置から図５（ｄ）のＡ点に当たる位置に作業装置を移動させた後、図５（ａ）から図５（ｃ）まで説明した内容のように操作することにより、作業環境の変化に対する自動平坦作業を簡単に行う。従来の技術によると、運転者は図５（ｃ）のＡ点に当たる位置で自動作動を解除し、図５（ｄ）のＡ点に当たる位置に作業装置を移動させた後、再度自動作動を設定し作業角を再設定した後、自動平坦作業を遂行しなければならなかった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、自動平坦作業機能の遂行中にも運転者の作業装置操作による操作性が確保でき、自動作動の設定、解除及び作業角度の入力等、一連の作業が不要になるので、運転者の作業疲労が著しく軽減され、作業条件及び作業環境変化に対して運転者が能動的に対処し得るので、作業性及び作業効率を向上させることができる。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】掘削機の概略構成図である。
【図２】本発明の制御方法が適用される掘削機の電子−油圧システムの構成図である。
【図３】本発明の制御方法を説明するための流れ図である。
【図４】本発明が適用された作業装置座標系の設定を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の制御方法により遂行される平坦作業の例を示す図である。
【符号の説明】
１    エンジン
２    可変容量型油圧ポンプ
３    ブームシリンダー
４    アームシリンダー
５    バケットシリンダー
６    旋回モーター
７    作動入力手段
８，９，１０    センサー
１１    コントローラ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ    コントロールバルブ
【図１】
0003734322.tif 000002
【図２】
0003734322.tif 000003
【図３】
0003734322.tif 000004
【図４】
0003734322.tif 000005
【図５】
0003734322.tif 000006