JP2916957B2 - 掘削作業機の自動制御方法 - Google Patents
掘削作業機の自動制御方法Info
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 claims description 72
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 19
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
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- Operation Control Of Excavators (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、先端にバケット、また
はブレーカ等の作業機を備えた開ループリンク機構の形
で、このリンクが関節によって結合されているもので、
例えばパワーショベル等において、上記作業機にて所定
の軌跡に沿って自動的に掘削できるようにした掘削作業
機の自動制御方法に関するものである。
はブレーカ等の作業機を備えた開ループリンク機構の形
で、このリンクが関節によって結合されているもので、
例えばパワーショベル等において、上記作業機にて所定
の軌跡に沿って自動的に掘削できるようにした掘削作業
機の自動制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の自動制御方法としては、
本願の出願人が先に出願した特開平１−３１８６２１号
公報に示されたものが知られている。この先願例のもの
は、バケットの刃先の位置と掘削角度共に、精度よく目
標軌跡に追随させることができ、また掘削位置、速度、
バケット姿勢角を予め設定しておくことにより、オペレ
ータが操作レバーに手を触れることなく高精度自動掘削
を行なうことができるようになっている。
本願の出願人が先に出願した特開平１−３１８６２１号
公報に示されたものが知られている。この先願例のもの
は、バケットの刃先の位置と掘削角度共に、精度よく目
標軌跡に追随させることができ、また掘削位置、速度、
バケット姿勢角を予め設定しておくことにより、オペレ
ータが操作レバーに手を触れることなく高精度自動掘削
を行なうことができるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のもの
にあっては、掘削反力が考慮されていないため、掘削反
力の変動により掘削精度が影響をうけてしまうという問
題があった。
にあっては、掘削反力が考慮されていないため、掘削反
力の変動により掘削精度が影響をうけてしまうという問
題があった。
【０００４】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、掘削反力を受けた場合の、掘削軌跡及び掘削位置
決め精度を向上することができる掘削作業機の自動制御
方法を提供することを目的とするものである。
ので、掘削反力を受けた場合の、掘削軌跡及び掘削位置
決め精度を向上することができる掘削作業機の自動制御
方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る掘削作業機の自動制御方法は、パワー
ショベル等開ループリンク機構で、かつこのリンクが関
節によって連結され、先端にバケット等の作業機を備え
た掘削作業機において、作業機の掘削動作を順番に各ポ
イントのデータとして掘削パターンデータ１９として設
定し、この掘削パターンデータと、各関節の回転角を検
出する関節回転角検出器１３，１４，１５からの信号
と、各関節を回転駆動するアクチュエータの作動力を検
出する掘削反力検出器からの信号とを動作軌跡計画部２
０に入力し、動作軌跡計画部２０にて、掘削パターンデ
ータの各ポイント間の途中の軌跡を補間する補間演算
と、掘削パターンデータの座標をベース座標に変換する
座標変換と、掘削反力から過負荷と判断されたときに動
作軌跡を掘削力が軽減する方向にずらすように演算して
掘削パターンデータの中に付加する過負荷処理とを行な
い、その結果に基づく動作指令を動作軌跡計画部２０よ
りサーボ制御部２１に出力し、このサーボ制御部２１で
は、与えられた動作指令値と、関節回転角検出器１３，
１４，１５にて検出された検出値との偏差を演算して位
置偏差を求めると共に、この位置偏差をチェックし、さ
らに作業機の動作タイプに応じたゲインを求めて各動作
タイプに応じた制御信号を油圧バルブ２２に出力し、油
圧バルブ２２はこの制御信号に応じた圧力、流を各アク
チュエータへ送るようにしてある。また上記制御方法に
おいて、掘削反力から過負荷と判断して作業機の動作軌
跡が掘削力が軽減する方向にずれたときに、このときの
掘削レベルを監視して目標レベルまで達してないと判断
された場合、その部分の掘削を繰返すようにした。
に、本発明に係る掘削作業機の自動制御方法は、パワー
ショベル等開ループリンク機構で、かつこのリンクが関
節によって連結され、先端にバケット等の作業機を備え
た掘削作業機において、作業機の掘削動作を順番に各ポ
イントのデータとして掘削パターンデータ１９として設
定し、この掘削パターンデータと、各関節の回転角を検
出する関節回転角検出器１３，１４，１５からの信号
と、各関節を回転駆動するアクチュエータの作動力を検
出する掘削反力検出器からの信号とを動作軌跡計画部２
０に入力し、動作軌跡計画部２０にて、掘削パターンデ
ータの各ポイント間の途中の軌跡を補間する補間演算
と、掘削パターンデータの座標をベース座標に変換する
座標変換と、掘削反力から過負荷と判断されたときに動
作軌跡を掘削力が軽減する方向にずらすように演算して
掘削パターンデータの中に付加する過負荷処理とを行な
い、その結果に基づく動作指令を動作軌跡計画部２０よ
りサーボ制御部２１に出力し、このサーボ制御部２１で
は、与えられた動作指令値と、関節回転角検出器１３，
１４，１５にて検出された検出値との偏差を演算して位
置偏差を求めると共に、この位置偏差をチェックし、さ
らに作業機の動作タイプに応じたゲインを求めて各動作
タイプに応じた制御信号を油圧バルブ２２に出力し、油
圧バルブ２２はこの制御信号に応じた圧力、流を各アク
チュエータへ送るようにしてある。また上記制御方法に
おいて、掘削反力から過負荷と判断して作業機の動作軌
跡が掘削力が軽減する方向にずれたときに、このときの
掘削レベルを監視して目標レベルまで達してないと判断
された場合、その部分の掘削を繰返すようにした。
【０００６】
【作 用】掘削パターンデータに基づいて動作軌跡計
画部２０にて掘削パターンデータ間の軌跡の補間と、座
標変換、過負荷処理が行なわれ、サーボ制御部２１で
は、この動作軌跡計画部２０からの動作指令値と現在位
置との偏差がサーボ制御部２１にて演算されると共に動
作に応じたゲインが設定され、これに基づいた出力信号
が油圧バルブ２２の制御部に出力される。そして作業機
に過負荷が作用したときには、上記過負荷処理にて作業
機の軌跡が掘削力が軽減する方向にずらされる。また上
記作業機の軌跡が過負荷によってずらされた部分は目標
レベルに達するまで繰返し掘削される。
画部２０にて掘削パターンデータ間の軌跡の補間と、座
標変換、過負荷処理が行なわれ、サーボ制御部２１で
は、この動作軌跡計画部２０からの動作指令値と現在位
置との偏差がサーボ制御部２１にて演算されると共に動
作に応じたゲインが設定され、これに基づいた出力信号
が油圧バルブ２２の制御部に出力される。そして作業機
に過負荷が作用したときには、上記過負荷処理にて作業
機の軌跡が掘削力が軽減する方向にずらされる。また上
記作業機の軌跡が過負荷によってずらされた部分は目標
レベルに達するまで繰返し掘削される。
【０００７】
【実 施 例】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。なおこの実施例は、オープンケーソンにより縦坑を
掘削する場合を示す。図２において、１は円筒形状に構
成されて地中に打ち込まれるケーソンであり、このケー
ソン１の内周面に走行レール２がリング状に設けてあ
る。３は開ループリンク機構の掘削作業機であり、４は
その基台で、この基台４が上記走行レール２に支持され
ている。そしてこの掘削作業機３は公知のものと同じ構
成、すなわち、ブーム５、アーム６、バケット７及びこ
れらを作動するブームシリンダ８、アームシリンダ９、
バケットシリンダ１０からなっていて、ブーム４とブー
ムシリンダ８の基端部が基台４に支持されている。基台
４は走行レール２に車輪１１を介して支持されており、
走行モータ１２にて走行されるようになっている。そし
て上記ブーム５、アーム６、バケット７のそれぞれにブ
ーム回転角検出器１３、アーム回転角検出器１４、バケ
ット回転角検出器１５が設けてあり、またブームシリン
ダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０のそれ
ぞれにブームシリンダ圧力検出器１６、アームシリンダ
圧力検出器１７、バケットシリンダ圧力検出器１８が設
けてある。
る。なおこの実施例は、オープンケーソンにより縦坑を
掘削する場合を示す。図２において、１は円筒形状に構
成されて地中に打ち込まれるケーソンであり、このケー
ソン１の内周面に走行レール２がリング状に設けてあ
る。３は開ループリンク機構の掘削作業機であり、４は
その基台で、この基台４が上記走行レール２に支持され
ている。そしてこの掘削作業機３は公知のものと同じ構
成、すなわち、ブーム５、アーム６、バケット７及びこ
れらを作動するブームシリンダ８、アームシリンダ９、
バケットシリンダ１０からなっていて、ブーム４とブー
ムシリンダ８の基端部が基台４に支持されている。基台
４は走行レール２に車輪１１を介して支持されており、
走行モータ１２にて走行されるようになっている。そし
て上記ブーム５、アーム６、バケット７のそれぞれにブ
ーム回転角検出器１３、アーム回転角検出器１４、バケ
ット回転角検出器１５が設けてあり、またブームシリン
ダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０のそれ
ぞれにブームシリンダ圧力検出器１６、アームシリンダ
圧力検出器１７、バケットシリンダ圧力検出器１８が設
けてある。
【０００８】図２、図３、図４は上記掘削作業機３のケ
ーソン１内での作業機座標系を示すもので、これには
（１）関節回転角座標系、（２）作業機ベース座標系
（直交）、（３）ワーク座標系（円筒）があり、以下そ
れぞれの定義を示す。 （１）関節回転角座標系 これは図２に示すようにブーム５、アーム６、バケット
７の回転角の座標を示すもので、θ1 はブーム回転角、
θ2 はアーム回転角、θ3 はバケット回転角をそれぞれ
示す。そして、ブーム５の回転支点を０1 、アーム６の
回転支点を０2 、バケット７の回転支点を０3 とする
と、ブーム５は０1 −０2 で、アーム６は０2 −０
3 で、またバケット７は０3 とバケット７の先端を結ぶ
線でそれぞれ示される。また上記ブーム回転角θ1は、
０1 を通る水平線に対して下側が−θ1 、上側が＋θ2
で示され、またアーム回転角θ2 は、０1 −０2 の延長
線に対して下側−θ2 、上側が＋θ2 で示され、さらに
バケット回転角θ3 は、０2 −０3 の延長線に対して下
側が＋θ3 、上側が−θ3 で示される。 （２）作業機ベース座標系（直交） これは図３に示すように、ブーム５の回転支点０1 を原
点とした直交座標系で定義され、ｘ方向は原点０1 から
鉛直下向き、ｙ方向は水平方向に定義される。αはバケ
ット７の０3 と刃先を結ぶ線が水平面と交わる角度で定
義され、バケット７の姿勢を示すもので、これをバケッ
ト地対角という。 （３）ワーク座標系（円筒） これは、図４に示すように、座標原点をケーソン１の中
心とケーソン刃口先端を通る水平線との交点０4 とした
円筒座標系で定義されている。そして図３、図４に示す
ように、Ｘ方向は原点０4 から刃口方向に、Ｚ方向は原
点０4 から上方向に、β方向は原点０4 を中心に回転移
動する作業機の回転角で定義される。αは上記（２）の
場合と同様にバケット地対角である。
ーソン１内での作業機座標系を示すもので、これには
（１）関節回転角座標系、（２）作業機ベース座標系
（直交）、（３）ワーク座標系（円筒）があり、以下そ
れぞれの定義を示す。 （１）関節回転角座標系 これは図２に示すようにブーム５、アーム６、バケット
７の回転角の座標を示すもので、θ1 はブーム回転角、
θ2 はアーム回転角、θ3 はバケット回転角をそれぞれ
示す。そして、ブーム５の回転支点を０1 、アーム６の
回転支点を０2 、バケット７の回転支点を０3 とする
と、ブーム５は０1 −０2 で、アーム６は０2 −０
3 で、またバケット７は０3 とバケット７の先端を結ぶ
線でそれぞれ示される。また上記ブーム回転角θ1は、
０1 を通る水平線に対して下側が−θ1 、上側が＋θ2
で示され、またアーム回転角θ2 は、０1 −０2 の延長
線に対して下側−θ2 、上側が＋θ2 で示され、さらに
バケット回転角θ3 は、０2 −０3 の延長線に対して下
側が＋θ3 、上側が−θ3 で示される。 （２）作業機ベース座標系（直交） これは図３に示すように、ブーム５の回転支点０1 を原
点とした直交座標系で定義され、ｘ方向は原点０1 から
鉛直下向き、ｙ方向は水平方向に定義される。αはバケ
ット７の０3 と刃先を結ぶ線が水平面と交わる角度で定
義され、バケット７の姿勢を示すもので、これをバケッ
ト地対角という。 （３）ワーク座標系（円筒） これは、図４に示すように、座標原点をケーソン１の中
心とケーソン刃口先端を通る水平線との交点０4 とした
円筒座標系で定義されている。そして図３、図４に示す
ように、Ｘ方向は原点０4 から刃口方向に、Ｚ方向は原
点０4 から上方向に、β方向は原点０4 を中心に回転移
動する作業機の回転角で定義される。αは上記（２）の
場合と同様にバケット地対角である。
【０００９】図１は本発明の実施例である自動制御の概
要を示すもので、この図中、掘削パターンデータ１９と
は、例として図５に示すように、掘削作業機３のバケッ
ト７の動作をＡ、Ｂ、Ｃ、…Ｇで示すように順番に定義
してある各ポイントのデータで、これはワーク座標系で
定義してある。また動作軌跡計画２０では、上記掘削パ
ターンデータからのパターン指示に従って以下の演算を
行なう。 （１）補間演算 掘削パターンデータの各ポイント間の途中の軌跡を補間
する演算を行なう。この実施例では補間の種類として、
直線補間、関節回転角補間、円弧補間等であり、これら
はベース座標系で演算される。 （２）座標変換 まず１つには、ワーク座標系で定義されている掘削パタ
ーンデータをベース座標系に変換する。もう１つは、ベ
ース座標系から関節回転角座標系への変換及びこの逆の
関節回転角座標系からベース座標系への変換を行なう。 （３）過負荷処理 各シリンダ８，９，１０の圧力検出器１６，１７，１８
で検出された掘削反力から過負荷と判断された場合、こ
れは掘削反力がある判断値より大きく、かつ各シリンダ
への圧油がストールして掘削作業機３が止まっている場
合であり、この掘削作業機３の動作が止まっているとい
う判断は、各回転角検出器１３，１４，１５で検出され
たブーム５、アーム６、バケット７のそれぞれの関節回
転角から動作速度を計算し、この動作速度がある判断値
より小さい場合に掘削作業機の動作が止まっていると判
断する。このように過負荷状態を検出すると、上記動作
軌跡傾角による通常の自動制御の実行状態からぬけて過
負荷処理を行なう。すなわち、バケット７の動作軌跡を
これにかかる負荷が少なくなる方向にずらす処理を行な
う。つまり、バケット７の動作軌跡を、上方向へずらす
か、または掘削方向と反対方向に逃げる等のデータを掘
削パターンデータからの入力信号に付加する。以上の演
算及び掘削パターンデータのなかの速度データから、単
位時間当りの動作量を演算し、動作指令値としてサーボ
制御部２１へ出力する。サーボ制御部２１では、以下の
演算が行なわれる。 （１）偏差演算 動作軌跡計画部から与えられた動作指令値と、各回転角
検出器１６，１７，１８にて検出された関節回転角から
演算される現在値から位置偏差を演算する。位置偏差＝
動作指令値−現在値 （２）位置決めチェック 掘削パターンデータの目標位置データと、現在値と比較
し、この値が位置決め完了範囲に入っていれば、次のポ
イントに進む。このとき、過負荷がかかり、目標の位置
決め完了範囲に到達できないこともあるので、 １）動作時間を監視してこの動作時間が許容範囲を越え
た場合位置決め完了と判断する。 ２）作業機が目標ポイントをＸ方向（ワーク座標系）へ
通過したときに位置決め完了と判断する。このことによ
り掘削位置決め時のハンチングが回避できる。 ３）可変ゲイン 掘削反力に応じてゲインを変え、この値に偏差をかけて
油圧バルブへの指令値とする。具体的には、掘削パター
ンデータの動作タイプが、掘削動作の場合（図５でポイ
ントＢ、Ｃ、Ｄ）と、空中動作（図５でのポイントＡ、
Ｅ、Ｆ、Ｇ）の場合でゲインを変える。つまり、掘削動
作の場合にゲインを上げて掘削力が得られるようにす
る。さらに、掘削動作の場合には、過負荷処理の部分で
演算した動作速度を用い、この実際の動作速度と、指令
上の動作速度を比較し、実際の動作速度が指令上の動作
速度より遅くなった場合ゲインを連続的に上げていく。
このゲインを連続的に上げることは油圧バルブへの出力
が最大になるまで行なわれる。油圧バルブ２２は与えら
れた指令に応じた圧力、流量を各油圧シリンダ８，９，
１０へ送り、これにより各関節を回動する。
要を示すもので、この図中、掘削パターンデータ１９と
は、例として図５に示すように、掘削作業機３のバケッ
ト７の動作をＡ、Ｂ、Ｃ、…Ｇで示すように順番に定義
してある各ポイントのデータで、これはワーク座標系で
定義してある。また動作軌跡計画２０では、上記掘削パ
ターンデータからのパターン指示に従って以下の演算を
行なう。 （１）補間演算 掘削パターンデータの各ポイント間の途中の軌跡を補間
する演算を行なう。この実施例では補間の種類として、
直線補間、関節回転角補間、円弧補間等であり、これら
はベース座標系で演算される。 （２）座標変換 まず１つには、ワーク座標系で定義されている掘削パタ
ーンデータをベース座標系に変換する。もう１つは、ベ
ース座標系から関節回転角座標系への変換及びこの逆の
関節回転角座標系からベース座標系への変換を行なう。 （３）過負荷処理 各シリンダ８，９，１０の圧力検出器１６，１７，１８
で検出された掘削反力から過負荷と判断された場合、こ
れは掘削反力がある判断値より大きく、かつ各シリンダ
への圧油がストールして掘削作業機３が止まっている場
合であり、この掘削作業機３の動作が止まっているとい
う判断は、各回転角検出器１３，１４，１５で検出され
たブーム５、アーム６、バケット７のそれぞれの関節回
転角から動作速度を計算し、この動作速度がある判断値
より小さい場合に掘削作業機の動作が止まっていると判
断する。このように過負荷状態を検出すると、上記動作
軌跡傾角による通常の自動制御の実行状態からぬけて過
負荷処理を行なう。すなわち、バケット７の動作軌跡を
これにかかる負荷が少なくなる方向にずらす処理を行な
う。つまり、バケット７の動作軌跡を、上方向へずらす
か、または掘削方向と反対方向に逃げる等のデータを掘
削パターンデータからの入力信号に付加する。以上の演
算及び掘削パターンデータのなかの速度データから、単
位時間当りの動作量を演算し、動作指令値としてサーボ
制御部２１へ出力する。サーボ制御部２１では、以下の
演算が行なわれる。 （１）偏差演算 動作軌跡計画部から与えられた動作指令値と、各回転角
検出器１６，１７，１８にて検出された関節回転角から
演算される現在値から位置偏差を演算する。位置偏差＝
動作指令値−現在値 （２）位置決めチェック 掘削パターンデータの目標位置データと、現在値と比較
し、この値が位置決め完了範囲に入っていれば、次のポ
イントに進む。このとき、過負荷がかかり、目標の位置
決め完了範囲に到達できないこともあるので、 １）動作時間を監視してこの動作時間が許容範囲を越え
た場合位置決め完了と判断する。 ２）作業機が目標ポイントをＸ方向（ワーク座標系）へ
通過したときに位置決め完了と判断する。このことによ
り掘削位置決め時のハンチングが回避できる。 ３）可変ゲイン 掘削反力に応じてゲインを変え、この値に偏差をかけて
油圧バルブへの指令値とする。具体的には、掘削パター
ンデータの動作タイプが、掘削動作の場合（図５でポイ
ントＢ、Ｃ、Ｄ）と、空中動作（図５でのポイントＡ、
Ｅ、Ｆ、Ｇ）の場合でゲインを変える。つまり、掘削動
作の場合にゲインを上げて掘削力が得られるようにす
る。さらに、掘削動作の場合には、過負荷処理の部分で
演算した動作速度を用い、この実際の動作速度と、指令
上の動作速度を比較し、実際の動作速度が指令上の動作
速度より遅くなった場合ゲインを連続的に上げていく。
このゲインを連続的に上げることは油圧バルブへの出力
が最大になるまで行なわれる。油圧バルブ２２は与えら
れた指令に応じた圧力、流量を各油圧シリンダ８，９，
１０へ送り、これにより各関節を回動する。
【００１０】図１に示す動作軌跡計画部２０における座
標変換の演算例を参考として以下に示す。 （１）関節回転角からベース座標系
標変換の演算例を参考として以下に示す。 （１）関節回転角からベース座標系
【００１１】
【数１】
【００１２】（２）ベース座標系から関節回転角
【００１３】
【数２】
【００１４】（３）ワーク座標系からベース座標
【数３】
【００１５】（４）ベース座標系からワーク座標系
【００１６】
【数４】
【００１７】次に上記実施例における過負荷処理の具体
的な作用を図６、図７で説明する。バケット７にて掘削
している状態、すなわち、ポイントＡからポイントＤへ
の動作で、過負荷のストール状態になったとする。この
状態を、例えばポイントＣ′とすると、この間の軌跡補
間のデータとしては、ワーク座標系で定義すると、 補間の始点（ポイントＣ）…（Ｘ、Ｚ、α）＝（Ｘｃ、Ｚｃ、αｃ） 補間の終点（ポイントＤ）…（Ｘ、Ｚ、α）＝（ＸD 、ＺD 、αD ） 現在の点（ポイントＣ′）…（Ｘ、Ｚ、α）＝（Ｘｃ′、Ｚｃ′、αｃ′） となる。現在の点は各回転角検出器１６，１７，１８に
て検出された関節回転角から演算して求める。ここで、
過負荷のストール状態を回避するため、新しい軌跡とし
て、例えば上方へ逃げる軌跡を計画する。 新しい補間の始点（ポイントＣ′）…（Ｘｃ′、Ｚ
ｃ′、αｃ′） 新しい補間の終点（上へｄＺのポイント）…（Ｘｃ′、
Ｚｃ′＋ｄｚ、αｃ′）この始点と終点の間で例えば直
線補間を行なう。これで上へ逃げることで過負荷のスト
ール状態が回避できる。そしてバケット７が新しい終点
に到達したら、 次の始点（上へｄｚのポイント）…（Ｘｃ′、Ｚｃ′＋
ｄｚ、αｃ′） 次の終点（ポイントＤ）…（ＸD 、ＺD 、αD ） で補間を行ない、自動制御を行なう。またｄＺだけ上方
へ逃げてポイントＤへの移動途中で、さらに過負荷のス
トール状態になったら、再度同様の方法を、所定の回数
または所定の高さ（ｄＺ）だけ繰り返す。この所定の回
数または所定の高さを繰り返してもポイントＤに到達で
きない場合は終点ポイントも上方へ逃がしてやる。つま
り、このときのポイントをＤ′とすると、 始点…（ＸD ′、ＺD ′＋ｄｚ、αD ′） 終点…（ＸD 、ＺD ＋ｄZD、αD ） この方法により、過負荷のストール状態を回避でき、自
動制御運転が滞ることなく連続的に実行できる。
的な作用を図６、図７で説明する。バケット７にて掘削
している状態、すなわち、ポイントＡからポイントＤへ
の動作で、過負荷のストール状態になったとする。この
状態を、例えばポイントＣ′とすると、この間の軌跡補
間のデータとしては、ワーク座標系で定義すると、 補間の始点（ポイントＣ）…（Ｘ、Ｚ、α）＝（Ｘｃ、Ｚｃ、αｃ） 補間の終点（ポイントＤ）…（Ｘ、Ｚ、α）＝（ＸD 、ＺD 、αD ） 現在の点（ポイントＣ′）…（Ｘ、Ｚ、α）＝（Ｘｃ′、Ｚｃ′、αｃ′） となる。現在の点は各回転角検出器１６，１７，１８に
て検出された関節回転角から演算して求める。ここで、
過負荷のストール状態を回避するため、新しい軌跡とし
て、例えば上方へ逃げる軌跡を計画する。 新しい補間の始点（ポイントＣ′）…（Ｘｃ′、Ｚ
ｃ′、αｃ′） 新しい補間の終点（上へｄＺのポイント）…（Ｘｃ′、
Ｚｃ′＋ｄｚ、αｃ′）この始点と終点の間で例えば直
線補間を行なう。これで上へ逃げることで過負荷のスト
ール状態が回避できる。そしてバケット７が新しい終点
に到達したら、 次の始点（上へｄｚのポイント）…（Ｘｃ′、Ｚｃ′＋
ｄｚ、αｃ′） 次の終点（ポイントＤ）…（ＸD 、ＺD 、αD ） で補間を行ない、自動制御を行なう。またｄＺだけ上方
へ逃げてポイントＤへの移動途中で、さらに過負荷のス
トール状態になったら、再度同様の方法を、所定の回数
または所定の高さ（ｄＺ）だけ繰り返す。この所定の回
数または所定の高さを繰り返してもポイントＤに到達で
きない場合は終点ポイントも上方へ逃がしてやる。つま
り、このときのポイントをＤ′とすると、 始点…（ＸD ′、ＺD ′＋ｄｚ、αD ′） 終点…（ＸD 、ＺD ＋ｄZD、αD ） この方法により、過負荷のストール状態を回避でき、自
動制御運転が滞ることなく連続的に実行できる。
【００１８】上記の実施例では、掘削作業機に過負荷が
作業した場合に、バケット７の軌跡が上方へ逃げるた
め、土質が硬い場合、目標の掘削レベルまで掘削できな
いことが考えられる。また目標の掘削レベルまで掘削で
きていないとき、つまり土が残っている状態では前方へ
掘削を進めていくのが困難になる。そこで上記問題を解
決する方法として以下の実施例を図５と図７で説明す
る。図５において、通常のときはバケット７はポイント
Ａから順番に動作し、ポイントＣからＤで掘削掘削し、
Ｇで排土し、その後図７に示すようにポイントＨへ移動
し、ポイントＩからＪで掘削し、ポイントＭで排土とい
うことになる。この実施例では、ポイントＣからＤの掘
削が目標の掘削レベルＬ1 に達しないとき、ポイントＧ
で排土した後、ポイントＨへ進むのではなく、掘削の１
つ前のポイント、つまりポイントＢへ戻り、再掘削を行
なう。以下にその作用を詳述する。 （１）掘削軌跡パターンのデータとして一般のロボット
で用いられる座標データ（Ｘ、Ｚ、α）、補間タイプ、
速度の外に、動作タイプというデータを持つ。この動作
タイプとしては、掘削開始、掘削、排土、無負荷移動と
いった区別をもつ。ここで「掘削開始」とは、掘削を始
めるポイントで、図５でのポイントＣがこの動作タイプ
になる。「掘削」とは、掘削を実行しているポイント
で、図５のポイントＤがこの動作タイプとなる。「排
土」とは、排土動作を行なうポイントで、図５のポイン
トＧがこの動作タイプになる。「無負荷移動」とは、上
記以外のポイントで、空中の動作のポイントで、図５の
ポイントＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆがこの動作タイプになる。 （２）掘削レベルの監視方法として、掘削動作を実行し
ている間、つまり動作タイプが「掘削開始」から「掘
削」までの間、関節回転角検出器１３，１４，１５から
得られた関節回転角からワーク座標系の値を演算する。
具体的には、ポイントＣからポイントＤまでの間で、距
離ｄｘのきざみで、ワーク座標系のＺ座標を演算し、記
憶しておく。そしてポイントＤに到達した時点で、この
平均値をとり、これをＺｍとする。このとき、掘削の目
標値をＺｒとすると、 Ｚｍ＞Ｚｒ のときに繰返し掘削する判断をする。自動運転は次のポ
イントへと実行され、動作タイプが「排土」のポイント
になったとき、つまりこの実施例ではポイントＥ、Ｆ、
Ｇと実行してポイントＧになって、このときに繰返し掘
削の判断がなされていた場合、ポイントＨではなくポイ
ントＢの「掘削開始」の１つの前のポイントへの移動が
実行される。この軌跡計画は、掘削量または掘削レベル
が目標値に達するまで繰返される。このことにより土質
が硬い場合でも確実に目標の掘削量または掘削レベルが
得られる。
作業した場合に、バケット７の軌跡が上方へ逃げるた
め、土質が硬い場合、目標の掘削レベルまで掘削できな
いことが考えられる。また目標の掘削レベルまで掘削で
きていないとき、つまり土が残っている状態では前方へ
掘削を進めていくのが困難になる。そこで上記問題を解
決する方法として以下の実施例を図５と図７で説明す
る。図５において、通常のときはバケット７はポイント
Ａから順番に動作し、ポイントＣからＤで掘削掘削し、
Ｇで排土し、その後図７に示すようにポイントＨへ移動
し、ポイントＩからＪで掘削し、ポイントＭで排土とい
うことになる。この実施例では、ポイントＣからＤの掘
削が目標の掘削レベルＬ1 に達しないとき、ポイントＧ
で排土した後、ポイントＨへ進むのではなく、掘削の１
つ前のポイント、つまりポイントＢへ戻り、再掘削を行
なう。以下にその作用を詳述する。 （１）掘削軌跡パターンのデータとして一般のロボット
で用いられる座標データ（Ｘ、Ｚ、α）、補間タイプ、
速度の外に、動作タイプというデータを持つ。この動作
タイプとしては、掘削開始、掘削、排土、無負荷移動と
いった区別をもつ。ここで「掘削開始」とは、掘削を始
めるポイントで、図５でのポイントＣがこの動作タイプ
になる。「掘削」とは、掘削を実行しているポイント
で、図５のポイントＤがこの動作タイプとなる。「排
土」とは、排土動作を行なうポイントで、図５のポイン
トＧがこの動作タイプになる。「無負荷移動」とは、上
記以外のポイントで、空中の動作のポイントで、図５の
ポイントＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆがこの動作タイプになる。 （２）掘削レベルの監視方法として、掘削動作を実行し
ている間、つまり動作タイプが「掘削開始」から「掘
削」までの間、関節回転角検出器１３，１４，１５から
得られた関節回転角からワーク座標系の値を演算する。
具体的には、ポイントＣからポイントＤまでの間で、距
離ｄｘのきざみで、ワーク座標系のＺ座標を演算し、記
憶しておく。そしてポイントＤに到達した時点で、この
平均値をとり、これをＺｍとする。このとき、掘削の目
標値をＺｒとすると、 Ｚｍ＞Ｚｒ のときに繰返し掘削する判断をする。自動運転は次のポ
イントへと実行され、動作タイプが「排土」のポイント
になったとき、つまりこの実施例ではポイントＥ、Ｆ、
Ｇと実行してポイントＧになって、このときに繰返し掘
削の判断がなされていた場合、ポイントＨではなくポイ
ントＢの「掘削開始」の１つの前のポイントへの移動が
実行される。この軌跡計画は、掘削量または掘削レベル
が目標値に達するまで繰返される。このことにより土質
が硬い場合でも確実に目標の掘削量または掘削レベルが
得られる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、掘削パターンデータに
従って自動掘削を行なう際に、過負荷状態の掘削反力を
受けた場合の掘削軌跡及び掘削位置決め精度の向上を図
ることができると共に、過負荷のストール状態を回避し
た自動制御運転が滞ることなく連続的に実行できる。ま
た作業機に過負荷が作用してこれの掘削軌跡がずれた場
合には、この部分が目標レベルに達するまで繰返し掘削
することができ、硬い土質の場合に、無理なく目標の掘
削レベルまで掘削することができる。
従って自動掘削を行なう際に、過負荷状態の掘削反力を
受けた場合の掘削軌跡及び掘削位置決め精度の向上を図
ることができると共に、過負荷のストール状態を回避し
た自動制御運転が滞ることなく連続的に実行できる。ま
た作業機に過負荷が作用してこれの掘削軌跡がずれた場
合には、この部分が目標レベルに達するまで繰返し掘削
することができ、硬い土質の場合に、無理なく目標の掘
削レベルまで掘削することができる。
【図１】本発明の実施例を示す制御ブロック図である。
【図２】ケーソンを用いた掘削作業を示す側面図であ
る。
る。
【図３】掘削作業機の座標系を説明すための側面図であ
る。
る。
【図４】掘削作業機の座標系を説明するための上面図で
ある。
ある。
【図５】掘削作業機の掘削パターンを示す作用説明図で
ある。
ある。
【図６】掘削作業機の掘削パターンを示す作用説明図で
ある。
ある。
【図７】掘削作業機の掘削パターンを示す作用説明図で
ある。
ある。
１ ケーソン、２ 走行レール、３ 掘削作業機、４
基台、５ ブーム、６アーム、７ バケット、８ ブー
ムシリンダ、９ アームシリンダ、１０ バケットシリ
ンダ、１３，１４，１５ 回転角検出器、１６，１７，
１８ シリンダ圧力検出器、１９ 掘削パターンデー
タ、２０ 動作軌跡計画部、２１ サーボ制御部、２２
油圧バルブ。
基台、５ ブーム、６アーム、７ バケット、８ ブー
ムシリンダ、９ アームシリンダ、１０ バケットシリ
ンダ、１３，１４，１５ 回転角検出器、１６，１７，
１８ シリンダ圧力検出器、１９ 掘削パターンデー
タ、２０ 動作軌跡計画部、２１ サーボ制御部、２２
油圧バルブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) E02F 3/43 E02F 9/20 E02D 23/08
Claims (2)
- 【請求項１】 パワーショベル等開ループリンク機構
で、かつこのリンクが関節によって連結され、先端にバ
ケット等の作業機を備えた掘削作業機において、 作業機の掘削動作を順番に各ポイントのデータとして掘
削パターンデータ１９にて設定し、この掘削パターンデ
ータと、各関節の回転角を検出する関節回転角検出器１
３，１４，１５からの信号と、各関節を回転駆動するア
クチュエータの作動力を検出する掘削反力検出器からの
信号とを動作軌跡計画部２０に入力し、動作軌跡計画部
２０にて、掘削パターンデータの各ポイント間の途中の
軌跡を補間する補間演算と、掘削パターンデータの座標
をベース座標に変換する座標変換と、掘削反力から過負
荷と判断されたときに動作軌跡を掘削力が軽減する方向
にずらすように演算して掘削パターンデータの中に付加
する過負荷処理とを行ない、その結果に基づく動作指令
を動作軌跡計画部２０よりサーボ制御部２１に出力し、 このサーボ制御部２１では、与えられた動作指令値と、
関節回転角検出器１３，１４，１５にて検出された検出
値との偏差を演算して位置偏差を求めると共に、この位
置偏差をチェックし、さらに作業機の動作タイプに応じ
たゲインを求めて各動作タイプに応じた制御信号を油圧
バルブ２２に出力し、油圧バルブ２２はこの制御信号に
応じた圧力、流を各アクチュエータへ送るようにしたこ
とを特徴とする掘削作業機の自動制御方法。 - 【請求項２】 上記請求項（１）において、掘削反力か
ら過負荷と判断して作業機の動作軌跡が掘削力が軽減す
る方向にずれたときに、このときの掘削レベルを監視し
て目標レベルまで達してないと判断された場合、その部
分の掘削を繰返すようにしたことを特徴とする請求項
（１）記載の掘削作業機の自動制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15097791A JP2916957B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 掘削作業機の自動制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15097791A JP2916957B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 掘削作業機の自動制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04350220A JPH04350220A (ja) | 1992-12-04 |
| JP2916957B2 true JP2916957B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=15508591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15097791A Expired - Fee Related JP2916957B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 掘削作業機の自動制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2916957B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101572759B1 (ko) * | 2014-04-23 | 2015-11-30 | 울산대학교 산학협력단 | 자율 최적화 굴삭기 시스템 및 그것을 이용한 제어 방법 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL2003800C2 (en) * | 2009-11-13 | 2011-05-16 | Baggerwerken Decloedt & Zn N V | Device for dredging soil material under water. |
| JP6740025B2 (ja) * | 2016-06-17 | 2020-08-12 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
| EP3725959B1 (en) | 2017-12-12 | 2022-01-26 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Excavator |
| CN109814559A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-28 | 北京百度网讯科技有限公司 | 用于控制挖掘机挖掘的方法和装置 |
-
1991
- 1991-05-28 JP JP15097791A patent/JP2916957B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101572759B1 (ko) * | 2014-04-23 | 2015-11-30 | 울산대학교 산학협력단 | 자율 최적화 굴삭기 시스템 및 그것을 이용한 제어 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04350220A (ja) | 1992-12-04 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |