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JPH0480168B2 - - Google Patents
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JPH0480168B2 - - Google Patents

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JPH0480168B2
JPH0480168B2 JP58068273A JP6827383A JPH0480168B2 JP H0480168 B2 JPH0480168 B2 JP H0480168B2 JP 58068273 A JP58068273 A JP 58068273A JP 6827383 A JP6827383 A JP 6827383A JP H0480168 B2 JPH0480168 B2 JP H0480168B2
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bucket
arm
boom
speed
cylinder
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JP58068273A
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Kazuo Honma
Yoshio Nakajima
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はポンプ制御方式の油圧シヨベルの掘削
軌跡制御装置、さらに詳しくはバケツト刃先の動
作軌跡を制御する装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an excavation trajectory control device for a pump-controlled hydraulic excavator, and more particularly to a device for controlling the motion trajectory of a bucket cutting edge.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

油圧シヨベルは一般に旋回体に設けたブーム
と、このブームを俯仰させるブームシリンダと、
ブームの先端に取付けたアームと、このアームを
揺動させるアームシリンダと、このアーム先端に
取付けたバケツトと、このバケツトを揺動させる
バケツトシリンダとを備えている。通常、各シリ
ンダは運転席に配置した操作レバーによつて操作
される。
A hydraulic excavator generally includes a boom installed on a revolving structure, a boom cylinder that raises and raises the boom, and a boom cylinder that raises and lowers the boom.
The boom includes an arm attached to the tip of the boom, an arm cylinder for swinging the arm, a bucket attached to the tip of the arm, and a bucket cylinder for swinging the bucket. Usually, each cylinder is operated by an operating lever located at the driver's seat.

この油圧シヨベルのバケツトによつて単純な掘
削作業を行う場合には、各レバーの操作により各
油圧シリンダを順次操作すれば良いが、斜面の仕
上げ作業や溝底を水平に掘削する作業のように、
バケツト刃先を一定の直線に沿つて動かす場合に
は複数個のシリンダに対応するレバーを同時に操
作しなければならず、相当の熱練を必要とするば
かりでなく作業能率が良好でない。
When performing simple excavation work using the bucket of this hydraulic excavator, it is sufficient to operate each hydraulic cylinder in sequence by operating each lever, but it is not necessary to perform simple excavation work using the bucket of this hydraulic excavator. ,
When moving the bucket cutting edge along a fixed straight line, levers corresponding to a plurality of cylinders must be operated at the same time, which not only requires a considerable amount of kneading but also reduces work efficiency.

この問題点を解決するために油圧シヨベルにお
けるバケツト刃先を直線移動操作、いわゆる直線
掘削を自動化する方策が種々提案されている。そ
の一方策として特公昭54−37406号公報に記載さ
れたものがある。この直線掘削制御装置ではアー
ム先端の移動軌跡が所望の直線に沿うように制御
すると共に、バケツトの姿勢が固定座標(被掘削
面)に対して一定値を保つように制御している。
この制御方式は被掘削面に対して、常に掘削効率
の良い刃先角にバケツト姿勢を維持できるため、
掘削効率を高めることができるが、逆に、アーム
に対するバケツトの相対角度を掘削が進むにつれ
て変化させる必要があるため、バケツトが車体に
近づくと、バケツトシリンダがストロークエンド
に到達してしまい、直線掘削できる範囲が狭くな
る欠点がある。また、直線掘削の途中で、手動優
先制御によつてバケツト角を変化させた場合には
掘削軌跡が所望の直線から大幅にずれてしまうと
いう欠点がある。
In order to solve this problem, various measures have been proposed to automate the straight-line movement operation of the bucket cutting edge of a hydraulic excavator, so-called straight-line excavation. One such solution is described in Japanese Patent Publication No. 54-37406. This linear excavation control device controls the movement locus of the tip of the arm to follow a desired straight line, and also controls the attitude of the bucket to maintain a constant value with respect to fixed coordinates (surface to be excavated).
This control method can always maintain a bucket position at the cutting edge angle with good excavation efficiency in relation to the surface to be excavated.
This can increase excavation efficiency, but on the other hand, the relative angle of the bucket to the arm must be changed as digging progresses, so when the bucket gets close to the vehicle body, the bucket cylinder will reach the end of its stroke, and the straight line The disadvantage is that the area that can be excavated is narrowed. Furthermore, if the bucket angle is changed by manual priority control during straight-line excavation, there is a drawback that the excavation trajectory will deviate significantly from the desired straight line.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、自動直線掘削の途中で手動操作によ
りバケツトの姿勢を任意に変化させても、油圧シ
ヨベルのバケツト先端の軌跡が所望の直線軌跡か
らずれないようにブーム、アームの各シリンダを
制御することができ、且つ、直線掘削のできる範
囲を大きく取れる油圧シヨベルの直線掘削制御装
置を提供することを目的とする。
The present invention controls each cylinder of the boom and arm so that the trajectory of the tip of the bucket of a hydraulic excavator does not deviate from the desired linear trajectory even if the posture of the bucket is arbitrarily changed by manual operation during automatic linear excavation. It is an object of the present invention to provide a linear excavation control device for a hydraulic excavator that can widen the range of linear excavation.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の掘削軌跡制御底板は、直線掘削動作中
においても、運転者の意志によつて油圧シヨベル
のバケツト姿勢が変更できるようにすると共にバ
ケツト姿勢の変化を検出することによつて、ブー
ム、アームの動作を制御し、バケツト姿勢の如何
にかかわらず、バケツト先端の移動軌跡が所望の
直線に沿うように制御するものである。
The excavation trajectory control bottom plate of the present invention allows the bucket position of the hydraulic excavator to be changed according to the operator's will even during straight excavation operation, and also detects changes in the bucket position to control the boom, arm, etc. , and controls the movement of the tip of the bucket so that it follows a desired straight line regardless of the bucket posture.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図は本発明の制御装置の一例を備えた油圧
シヨベルのフロント機構を示すもので、図におい
て1は油圧シヨベル本体系を構成する旋回体、2
は旋回体1に設けたブーム、3はブーム2の先端
に取付けたアーム、4はアーム3の先端に取付け
たバケツトである。これらのブーム2、アーム3
及びバケツト4はそれぞれブームシリンダC1
アームシリンダC2、及びバケツトシリンダC3
よつて操作される。これらのブーム2、アーム3
及びバケツト4の相対角度は各枢着点またはその
近傍に設けた検出器5〜7によつて検出される。
検出器5〜7の検出値は検出回路8によつて入力
側に伝送される。油圧シヨベルの運転席(図示せ
ず)には入力装置9が設置されている。この入力
装置9は掘削面Wの勾配を設定するためのダイヤ
ル類及び掘削速度の大きさを与える操作レバー及
び油圧シヨベルを従来通りの操作方法で操作する
ための操作レバー類を備えている。掘削速度は入
力装置9により掘削面の勾配に応じて水平方向成
分vxと垂直方向成分vyとに分解され、その信号が
演算装置10に送られる。
FIG. 1 shows a front mechanism of a hydraulic excavator equipped with an example of the control device of the present invention.
3 is an arm attached to the tip of the boom 2, and 4 is a bucket attached to the tip of the arm 3. These boom 2, arm 3
and bucket 4 are respectively boom cylinders C 1 ,
It is operated by an arm cylinder C 2 and a bucket cylinder C 3 . These boom 2, arm 3
The relative angle of the bucket 4 is detected by detectors 5 to 7 provided at or near each pivot point.
The detection values of the detectors 5 to 7 are transmitted to the input side by a detection circuit 8. An input device 9 is installed in the driver's seat (not shown) of the hydraulic excavator. The input device 9 includes dials for setting the slope of the excavated surface W, operating levers for setting the excavation speed, and operating levers for operating the hydraulic excavator in a conventional manner. The excavation speed is decomposed by the input device 9 into a horizontal component v x and a vertical component v y according to the slope of the excavation surface, and the signal is sent to the arithmetic device 10 .

演算装置10はバケツト先端の速度成分vx,vy
から、バケツト先端(x,y)が所望の掘削軌
跡、すなわち掘削開始点(x0,y0)を通り、掘削
角度設定ダイヤルで設定された角度φで表記され
る直線に沿つて移動するために必要なブームシリ
ンダC1及びアームシリンダC2の動作速度を演算
し、更に各シリンダの有効受圧面積から、各シリ
ンダへ供給すべき圧油の流量、すなわち、各ポン
プの吐出量指令値を演算する。例えば、ポンプが
アキシヤルピストン型の可変容量式斜板ポンプの
場合には、前記ポンプの吐出量指令値はポンプの
斜板傾転位置指令値として演算される。この吐出
量指令信号はポンプ制御装置11に送られる。ま
た、本発明においてはバケツト4は通常の操作方
法で操作できることを特徴としているため、バケ
ツトシリンダC3へ供給すべき流量は掘削軌跡と
は無関係に決定され、それを実現するために必要
なポンプ吐出量指令信号がポンプ制御装置11に
送られる。
The calculation device 10 calculates the velocity components v x , v y of the bucket tip.
Since the bucket tip (x, y) passes through the desired excavation trajectory, that is, the excavation start point (x 0 , y 0 ), and moves along the straight line expressed by the angle φ set with the excavation angle setting dial. Calculate the operating speed of boom cylinder C 1 and arm cylinder C 2 required for do. For example, if the pump is an axial piston type variable displacement swash plate pump, the pump discharge amount command value is calculated as the pump swash plate tilt position command value. This discharge amount command signal is sent to the pump control device 11. Furthermore, since the present invention is characterized in that the bucket 4 can be operated in a normal manner, the flow rate to be supplied to the bucket cylinder C 3 is determined independently of the excavation trajectory, and the flow rate necessary to realize this is determined independently of the excavation trajectory. A pump discharge amount command signal is sent to the pump control device 11.

ポンプ制御装置11はそれぞれの油圧ポンプ1
2,13,14の吐出量検出器、例えばポンプが
前記斜板ポンプの場合には斜板傾転位置検出器1
5,16,17から得られる吐出量信号とポンプ
の吐出量指令信号とを比較し、両者の間に誤差が
あると、その誤差が小さくなるように各ポンプ1
2〜14の吐出量を制御する。油圧ポンプ12〜
14の吐出する圧油はそれぞれ直接各シリンダ
C1〜C3に導かれる。これにより油圧シヨベルの
バケツト4の先端は所望の直線軌跡に沿つて移動
する。なお第1図の油圧回路では、簡単化するた
めに油圧ポンプと片ロツドの油圧シリンダを直結
して表示しているが、実際の油圧回路では油圧シ
リンダの伸縮に伴つて生ずるポンプ吐出流量と吸
込み流量との過不足を補うためにチヤージポン
プ、フラツシング弁等の油圧機器を備えている。
The pump control device 11 controls each hydraulic pump 1
Discharge amount detectors 2, 13, and 14, for example, if the pump is the swash plate pump, the swash plate tilt position detector 1
5, 16, and 17 and the pump's discharge amount command signal, and if there is an error between the two, each pump 1 is adjusted to reduce the error.
2 to 14 are controlled. Hydraulic pump 12~
The 14 discharged pressure oils are directly connected to each cylinder.
Guided by C 1 to C 3 . As a result, the tip of the bucket belt 4 of the hydraulic excavator moves along a desired linear trajectory. In the hydraulic circuit shown in Figure 1, the hydraulic pump and single-rod hydraulic cylinder are shown directly connected for simplicity, but in an actual hydraulic circuit, the pump discharge flow rate and suction flow that occur as the hydraulic cylinder expands and contracts. It is equipped with hydraulic equipment such as a charge pump and flushing valve to compensate for excess or deficiency in flow rate.

第1図に示された演算制御装置10について更
に詳しく説明する。
The arithmetic and control unit 10 shown in FIG. 1 will be explained in more detail.

第2図は演算制御装置10の機能ブロツク図で
ある。演算制御装置10はバケツト先端速度演算
ブロツク15、角度角速度演算ブロツク16、サ
ーボ制御ブロツク17、ポンプ流量変換ブロツク
18から構成されている。バケツト先端速度演算
ブロツク15では入力装置9の速度入力レバー1
9からの接続速度信号vtと角度設定ダイヤル20
からの掘削角度信号φとから、バケツト先端の速
度成分vxとvyを演算する部分であり、この演算ブ
ロツク15における入出力の関係は次のように表
記することができる。すなわち vx=vtcosφ (1) vy=vtsinφ (2) 角度角速度演算ブロツク16はバケツト先端速
度演算ブロツク15の出力であるバケツト先端速
度成分vx,vyと入力装置9のバケツト操作レバー
21からのバケツト角速度指令値γ〓r及び検出回路
8からのブーム2、アーム3及びバケツト4の相
対角度信号β,α,γに基づいて、ブーム2、ア
ーム3及びバケツト4の相対角速度指令信号β〓r
α〓r及びγ〓rならびに相対角度βr,αr,γrを演算
して
出力する。
FIG. 2 is a functional block diagram of the arithmetic and control unit 10. The arithmetic and control device 10 is composed of a bucket tip speed calculation block 15, an angular velocity calculation block 16, a servo control block 17, and a pump flow rate conversion block 18. In the bucket tip speed calculation block 15, the speed input lever 1 of the input device 9
Connection speed signal from 9 v t and angle setting dial 20
This is a part that calculates the velocity components v x and v y of the tip of the bucket from the excavation angle signal φ from the excavation angle signal φ, and the input/output relationship in this calculation block 15 can be expressed as follows. That is, v x = v t cosφ (1) v y = v t sinφ (2) The angular angular velocity calculation block 16 calculates the bucket tip velocity components v x and v y which are the outputs of the bucket tip velocity calculation block 15 and the bucket tip of the input device 9 The relative angular velocities of the boom 2, arm 3, and bucket 4 are determined based on the bucket angular velocity command value γ〓 r from the operating lever 21 and the relative angle signals β, α, and γ of the boom 2, arm 3, and bucket 4 from the detection circuit 8. Command signal β〓 r ,
α〓 r and γ〓 r and relative angles β r , α r , γ r are calculated and output.

この演算を実行するために油圧シヨベルにおけ
る各部の角度及び長さを第3図に基づいて次のよ
うに定める。ブームフートピンの位置Oを座標原
点として水平、垂直方向にX,Y座標系を構成す
る。ブーム2に対するアーム3の回動支点をA、
アーム3に対するバケツト4の回動支点をB、バ
ケツト先端をPとし ∠AOX=β ∠BAO−90°=α ∠PBA−90°=γ =Lb =La =Ld このように角度と長さを定めると、バケツト先
端PのX,Y座標値(Xp,Yp)は以下の(1),(2)
式のように表される。
In order to carry out this calculation, the angles and lengths of each part of the hydraulic excavator are determined as follows based on FIG. An X, Y coordinate system is constructed in the horizontal and vertical directions with the boom foot pin position O as the coordinate origin. The pivot point of arm 3 relative to boom 2 is A,
Let B be the rotation fulcrum of the bucket 4 relative to the arm 3, and P be the tip of the bucket . After determining the height, the X and Y coordinate values (X p , Y p ) of the bucket tip P are as follows (1), (2)
It is expressed as follows.

Xp=Lb×cosβ+La×sin(α+β) −Ld×cos(α+β+γ) ……(1) Yp=Lb×sinβ−La×cos(α+β) −Ld×sin(α+β+γ) ……(2) この(1),(2)式を微分することによりバケツト先
端PにおけるX,Y方向の速度成分vx,vyは以下
の(3),(4)式のように表される。
X p =L b ×cosβ+L a ×sin (α+β) −L d ×cos (α+β+γ) …(1) Y p =L b ×sinβ−L a ×cos (α+β) −L d ×sin (α+β+γ) … ...(2) By differentiating these equations (1) and (2), the velocity components v x and v y in the X and Y directions at the bucket tip P can be expressed as the following equations (3) and (4). Ru.

vx={−Lb×sinβ+La×cos(α+β) +Ld×sin(α+β+γ)}×β〓 +{La×cos(α+β) +Ld×sin(α+β+γ)}×α〓 +Ld×sin(α+β+γ)×γ〓 ……(3) vy={Lb×cosβ+La×sin(α+β) −Ld×cos(α+β+γ)}×β〓 +{La×sin(α+β) −Ld×cos(α+β+γ)}×α〓 −Ld×cos(α+β+γ)×γ〓 ……(4) また、上記(3),(4)式より、ブーム2の角速度β〓
及びアーム3の角速度α〓は以下に示す(5),(6)式の
ように書き表わすことができる。
v x = {−L b ×sinβ+L a ×cos (α+β) +L d ×sin (α+β+γ)}×β〓 +{L a ×cos (α+β) +L d ×sin (α+β+γ)}×α〓 +L d ×sin (α+β+γ)×γ〓 ……(3) v y = {L b ×cosβ+L a ×sin (α+β) −L d ×cos (α+β+γ)}×β〓 +{L a ×sin (α+β) −L d × cos (α+β+γ)}×α〓 −L d ×cos(α+β+γ)×γ〓 ……(4) Also, from equations (3) and (4) above, the angular velocity β of boom 2
and the angular velocity α of arm 3 can be expressed as shown in equations (5) and (6) below.

β〓=[−vx×{La×sin(α+β) −Ld×cos(α+β+γ)} +vy×{La×cos(α+β) +Ld×sin(α+β+γ)} +γ〓×La×Ld×cosγ] /[Lb×{La×cosα +Ld×sin(α+γ)}] ……(5) α〓=[vx×{Lb×cosβ +La×sin(α+β) −Ld×cos(α+β+γ)} −vy×{−Lb×sinβ +La×cos(α+β) +Ld×sin(α+β+γ)} −γ〓×Ld×{La×cosγ +Lb×sin(α+γ)}] /[Lb×{La×cosα +Ld×sin(α+γ)}] ……(6) また、角速度α〓,β〓,γ〓と角度α,β,γとの

係は時間をt、角度α,β,γの初期値(自動運
転開始時の値)をα0,β0,γ0とすると自明のこと
ながら、 α(t)=∠t〓 α〓dt+α0 ……(7) β(t)=∠t〓 β〓dt+β0 ……(8) γ(t)=∠t〓 γ〓dt+γ0 ……(9) となる。
β〓=[−v x ×{L a ×sin (α+β) −L d ×cos (α+β+γ)} +v y ×{L a ×cos (α+β) +L d ×sin (α+β+γ)} +γ〓×L a × L d ×cosγ] / [L b ×{L a ×cosα +L d ×sin (α+γ)}] …(5) α〓=[v x ×{L b ×cosβ +L a ×sin (α+β) −L d ×cos (α+β+γ)} −v y ×{−L b ×sinβ +L a ×cos (α+β) +L d ×sin (α+β+γ)} −γ〓×L d ×{L a ×cosγ +L b ×sin (α+γ )}] /[L b ×{L a ×cosα +L d ×sin (α+γ)}] ...(6) Also, the relationship between the angular velocities α〓, β〓, γ〓 and the angles α, β, γ is expressed as Assuming that t is the initial value of the angles α, β, and γ (values at the start of automatic operation) are α 0 , β 0 , and γ 0 , then α(t)=∠ t 〓 α〓dt+α 0 …… (7) β(t)=∠ t 〓 β〓dt+β 0 ...(8) γ(t)=∠ t 〓 γ〓dt+γ 0 ...(9).

第4図は(5)〜(9)式の演算をブロツク線図で表現
したものである。
FIG. 4 is a block diagram representing the calculations of equations (5) to (9).

入力装置9及びバケツト先端速度演算ブロツク
15の出力γ〓r,vx,vyを入力として、油圧シヨベ
ルのブーム2、アーム3及びバケツト4の目標角
速度β〓r,α〓r,γ〓rならびに目標角度βr,αr
びγr
演算し出力するものである。第4図において、
ADは加算ブロツクを、MUは乗算ブロツクを、
DIは除算ブロツクを、INは積分ブロツクをSIは
正弦関数ブロツクを、COは余弦関数ブロツクを、
Kは係数ブロツクを表わす。
Target angular velocities β〓 r , α〓 r , γ〓 r of the boom 2, arm 3 and bucket 4 of the hydraulic excavator are calculated using the outputs γ〓 r , v x , v y of the input device 9 and the bucket tip speed calculation block 15 as inputs . It also calculates and outputs target angles β r , α r and γ r . In Figure 4,
AD is an addition block, MU is a multiplication block,
DI is a division block, IN is an integration block, SI is a sine function block, CO is a cosine function block,
K represents a coefficient block.

次にサーボ制御ブロツク17について詳細に説
明する。第5図はサーボ制御ブロツク17におけ
る処理を示すブロツク線図である。図における記
号は第4図と同様にADは加算器をKは係数器を
表わす。すなわち、アーム系について説明する
と、角度角速度演算ブロツク16の出力であるア
ーム角度指令値α〓rと実際のアーム角度αとを比較
してその差をとり、その値委ε〓に係数K〓をかけた
結果と、角度角速度演算ブロツク16の出力であ
るアーム角速度指令値α〓rを加算して、新たなアー
ム角速度指令値αを出力する。ブーム系、バケツ
ト系についても同様の処理を施して、ブーム角速
度指令値β〓及びバケツト角速度指令値γ〓を出力す
る。
Next, the servo control block 17 will be explained in detail. FIG. 5 is a block diagram showing the processing in the servo control block 17. The symbols in the figure are the same as in FIG. 4, where AD represents an adder and K represents a coefficient unit. That is, to explain the arm system, the arm angle command value α〓r , which is the output of the angular velocity calculation block 16, is compared with the actual arm angle α, the difference is taken, and the coefficient K〓 is added to the value ε〓. The multiplied result is added to the arm angular velocity command value α r which is the output of the angular velocity calculation block 16, and a new arm angular velocity command value α is output. Similar processing is performed for the boom system and the bucket system, and the boom angular velocity command value β〓 and the bucket angular velocity command value γ〓 are output.

次にポンプ流量変換ブロツク18について第6
図を用いて説明する。第6図において21〜23
はシヨベルの各部材の角度信号α,β,γを入力
として、各部材のシリンダ速度と角速度との比を
出力する関数発生器である。すなわち、関数発生
器21にアーム角度αを入力すると、そのαに対
するシリンダ速度Z〓2とアーム角速度α〓の比が出力
される。このZ〓2/α〓にα〓を乗ずると、そのときの
アームシリンダ速度Z〓2が得られる。ブームシリン
ダ速度Z〓1、バケツトシリンダ速度Z3も同様にして
得られる。これらのシリンダ速度に油圧シリンダ
C1,C2,C3の受圧面積を乗ずると油圧ポンプ1
2,13,14の吐出すべき流量が得られるが、
油圧シヨベルに用いられる油圧シリンダは片ロツ
ドシリンダであるため、油圧シリンダの受圧面積
としてヘツド側の面積を選ぶかロツド側の面積を
選ぶかが問題となる。油圧シヨベルとしてポンプ
制御方式を実施例として採り上げて説明してきて
いるので、油圧閉回路に設けたフラツシング弁の
位置によつて油圧シリンダの有効受圧面積を判定
する方法について説明する。
Next, regarding the pump flow rate conversion block 18, the sixth
This will be explained using figures. 21-23 in Figure 6
is a function generator which inputs the angle signals α, β, and γ of each member of the shovel and outputs the ratio between the cylinder velocity and the angular velocity of each member. That is, when arm angle α is input to the function generator 21, the ratio of cylinder speed Z〓 2 and arm angular velocity α〓 to that α is output. By multiplying this Z〓 2 /α〓 by α〓, the arm cylinder speed Z〓 2 at that time can be obtained. Boom cylinder speed Z〓 1 and bucket cylinder speed Z 3 are obtained in the same way. Hydraulic cylinder to these cylinder speeds
Multiplying the pressure receiving areas of C 1 , C 2 , and C 3 gives the hydraulic pump 1
2, 13, 14 flow rates to be discharged are obtained,
Since the hydraulic cylinder used in a hydraulic excavator is a single-rod cylinder, the problem is whether to select the area on the head side or the area on the rod side as the pressure receiving area of the hydraulic cylinder. Since the pump control system for the hydraulic excavator has been described as an example, a method for determining the effective pressure receiving area of the hydraulic cylinder based on the position of the flushing valve provided in the hydraulic closed circuit will be described.

第7図はアームシリンダC2と油圧ポンプ13
を含む油圧回路の回路図である。この回路には片
ロツドシリンダC2が押し出されるときに生ずる
回路内の圧油の不足分及び油圧閉回路から外部へ
流出する漏れ分を補うためのチヤージポンプ2
4、油圧シリンダが引込まれるときに生ずる圧油
の余剰分をタンクに戻すためのフラツシング弁2
5、低圧リリーフ弁26、チエツク弁27,28
などが設けられている。
Figure 7 shows arm cylinder C 2 and hydraulic pump 13.
It is a circuit diagram of a hydraulic circuit including. This circuit includes a charge pump 2 to compensate for the shortage of pressure oil in the circuit that occurs when the single rod cylinder C 2 is pushed out, and for the leakage that flows out from the hydraulic closed circuit.
4. Flushing valve 2 for returning excess pressure oil generated when the hydraulic cylinder is drawn into the tank
5, low pressure relief valve 26, check valve 27, 28
etc. are provided.

フラツシング弁25は油圧シリンダC2のロツ
ド側とヘツド側のいずれか低い方の回路を低圧リ
リーフ弁に接続する。したがつて、油圧シリンダ
C2の移動速度は油圧ポンプ13の吐出流量を、
ヘツド側かロツド側か、いずれか高圧側の受圧面
積で除した値となる。
The flushing valve 25 connects the lower circuit of either the rod side or the head side of the hydraulic cylinder C2 to the low pressure relief valve. Therefore, the hydraulic cylinder
The moving speed of C 2 is the discharge flow rate of the hydraulic pump 13,
This is the value divided by the pressure receiving area on the high pressure side, either the head side or the rod side.

いまフラツシング弁25にリミツトスイツチ2
9を設け、ヘツド側の圧力が高いとき、すなわ
ち、フラツシング弁が状態Iのときに信号S〓が出
力されるようにしておく。この状態では油圧シリ
ンダC2の有効受圧面積はヘツド側の面積A1〓とな
り、そうでないとき、すなわち信号S〓が出力され
ないときは油圧シリンダC2の有効受圧面積はロ
ツド側の受圧面積A2〓となる。
Now put the limit switch 2 on the flushing valve 25.
9 is provided so that the signal S〓 is output when the pressure on the head side is high, that is, when the flushing valve is in state I. In this state, the effective pressure receiving area of the hydraulic cylinder C 2 is the area A 1 〓 on the head side, and when this is not the case, that is, when the signal S 〓 is not output, the effective pressure receiving area of the hydraulic cylinder C 2 is the pressure receiving area A 2 on the rod side. 〓 becomes.

第6図の右側部分はこの原理を用いて油圧ポン
プが吐出すべき流量q〓を求めるためのブロツクで
ある。すなわち、リミツトスイツチからの信号、
S〓,S〓,S〓によつて、油圧シリンダ速度Z〓2,Z〓1

Z〓1に乗ずるべき面積に相当する係数器を切換え
て、正しい吐出流量が得られるように構成してい
る。
The right side of FIG. 6 is a block for determining the flow rate q to be discharged by the hydraulic pump using this principle. That is, the signal from the limit switch,
By S〓, S〓, S〓, hydraulic cylinder speed Z〓 2 , Z〓 1

The configuration is such that the correct discharge flow rate can be obtained by switching the coefficient multiplier corresponding to the area to be multiplied by Z= 1 .

このようにして、演算制御装置10によつて得
られた流量指令信号q〓,q〓,q〓はそれぞれポンプ
制御装置11に送られる。
In this way, the flow rate command signals q〓, q〓, q〓 obtained by the arithmetic and control device 10 are sent to the pump control device 11, respectively.

ポンプ制御装置11ではこの流量指令信号に応
じた流量を各ポンプ12,13,14が吐出する
ように、それぞれのポンプの斜板傾転位置を制御
する。
The pump control device 11 controls the tilting position of the swash plate of each pump so that each pump 12, 13, 14 discharges a flow rate corresponding to this flow rate command signal.

このように油圧シヨベルの直線掘削制御装置を
構成すると、油圧シヨベルのバケツト先端は、入
力装置9の操作レーザ19によつて与えられた速
度で、傾きφの直線軌跡上を移動し、しかも、バ
ケツト4の姿勢角γは入力装置9のバケツト操作
レバー21によつて随時操作が可能である。そし
て、バケツト4の姿勢角γを任意に変えても、バ
ケツト4の先端は所望の直線軌跡上からずれるこ
とがない。
When the linear excavation control device for a hydraulic excavator is configured in this way, the tip of the bucket of the hydraulic excavator moves on a straight line trajectory with an inclination φ at a speed given by the operation laser 19 of the input device 9, and The attitude angle γ of No. 4 can be operated at any time using the bucket operation lever 21 of the input device 9. Even if the attitude angle γ of the bucket cart 4 is arbitrarily changed, the tip of the bucket cart 4 will not deviate from the desired linear trajectory.

なお、以上の説明において演算制御装置10の
内容を、判り易くするために、アナログ的表現で
説明したが、この演算制御装置10をマイクロコ
ンピユータ等のデイジタル的手段によつて構成し
ても本発明の主旨から外れるものではない。
In the above description, the contents of the arithmetic and control device 10 have been explained in analog terms for ease of understanding; however, the present invention may be implemented even if the arithmetic and control device 10 is configured by digital means such as a microcomputer. This does not deviate from the main idea.

また、実施例の説明では油圧シリンダへ供給す
る流量制御手段として可変吐出量ポンプを用いた
が、本発明の制御装置は油圧制御弁(サーボ弁)
を用いても構成できることは言うまでもない。
In addition, in the description of the embodiment, a variable discharge amount pump was used as a flow rate control means for supplying to a hydraulic cylinder, but the control device of the present invention uses a hydraulic control valve (servo valve).
Needless to say, it can also be configured using .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明によれば、自動直線
掘削の過程において随時バケツトの姿勢変更が可
能となり、しかも、バケツト姿勢を変更してもバ
ケツト先端の移動軌跡は所望の直線軌跡からはず
れることがない。したがつて、直線掘削のストロ
ークが長くとれるようになると共に、油圧シヨベ
ルの操作性が良くなり、且つ直線掘削の作業効率
が著しく向上する。
As described above, according to the present invention, it is possible to change the attitude of the bucket at any time during the process of automatic linear excavation, and even if the attitude of the bucket is changed, the movement trajectory of the tip of the bucket does not deviate from the desired linear trajectory. do not have. Therefore, the stroke of straight-line excavation can be made longer, the operability of the hydraulic excavator is improved, and the work efficiency of straight-line excavation is significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の制御装置の一例を備えた油圧
シヨベルの油圧回路の構成を示す図、第2図は本
発明に用いられる演算制御装置の機能ブロツク
図、第3図は油圧シヨベルの幾何学的関係を示す
説明図、第4図は本発明を構成する角度角速度演
算ブロツクの実行処理内容を示すブロツク線図、
第5図は本発明を構成するサーボ制御ブロツクの
実行処理内容を示すブロツク線図、第6図は本発
明を構成する流量変換ブロツクの実行処理内容を
示すブロツク線図、第7図は片ロツドシリンダを
含む油圧閉回路の回路構成図である。 1……旋回体、2……ブーム、3……アーム、
4……バケツト、5〜7……検出器、8……検出
回路、9……入力装置、10……演算制御装置、
11……ポンプ制御装置、12〜14……油圧ポ
ンプ、C1……ブームシリンダ、C2……アームシ
リンダ、C3……バケツトシリンダ、21……バ
ケツト角速度指令値入力手段(バケツト操作レバ
ー)。
Fig. 1 is a diagram showing the configuration of a hydraulic circuit of a hydraulic excavator equipped with an example of the control device of the present invention, Fig. 2 is a functional block diagram of the arithmetic and control device used in the present invention, and Fig. 3 is the geometry of the hydraulic excavator. FIG. 4 is a block diagram showing the execution processing contents of the angular velocity calculation block constituting the present invention;
Fig. 5 is a block diagram showing the execution processing contents of the servo control block constituting the present invention, Fig. 6 is a block diagram showing the execution processing contents of the flow rate conversion block constituting the present invention, and Fig. 7 is a block diagram showing the execution processing contents of the flow rate conversion block constituting the present invention. FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a hydraulic closed circuit including: FIG. 1...Swivel body, 2...Boom, 3...Arm,
4... Bucket, 5-7... Detector, 8... Detection circuit, 9... Input device, 10... Arithmetic control device,
11...Pump control device, 12-14...Hydraulic pump, C1 ...Boom cylinder, C2 ...Arm cylinder, C3 ...Bucket cylinder, 21...Bucket angular velocity command value input means (bucket operation lever) ).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 入力手段によつて掘削面の勾配、掘削速度な
どの条件を与え、それらの条件の下で油圧シヨベ
ルのフロント機構の構成部材であるブーム、アー
ム、バケツトを動作させる各油圧シリンダの操作
量を逐次演算し、演算結果を入力信号として各部
材の運動を制御し、バケツトの刃先を所望の直線
軌跡上を移動させるものにおいて、手動によりバ
ケツトの姿勢を変更するバケツト角速度指令値入
力手段と、バケツト角速度指令値、掘削面の勾
配、掘削速度およびブーム、アーム、バケツトの
相対角度検出値に基づいて、バケツト刃先が所望
の直線軌跡からずれないためのブーム、アーム、
バケツトの各油圧シリンダへの圧油流量を演算す
る演算制御手段とを備えたことを特徴とする油圧
シヨベルの直線掘削制御装置。 2 演算制御手段は、入力手段からの掘削面の勾
配および掘削速度によつてバケツト先端速度を演
算する演算部と、この演算部からのバケツト先端
速度とバケツト角速度指令入力手段からのバケツ
ト角速度指令値とブーム、アーム、バケツトの相
対角度検出値とによつてブーム、アーム、バケツ
トの目標角度および目標角速度を演算する演算部
と、この演算部からの各目標角度と各目標各速度
および各相対角度検出値とからブーム、アーム、
バケツトの実際の各角速度指令値を演算するサー
ボ制御部と、ブーム、アーム、バケツトの各相対
角度入力信号に対する予め設定された各シリンダ
の速度と相対角速度との比を求め、この比に前記
実際の各角速度指令値を乗じてブームシリンダ速
度、アームシリンダ速度およびバケツトシリンダ
速度を求めると共に各シリンダ速度に各油圧シリ
ンダの受圧面積を乗じて各シリンダへの圧油流量
を演算する演算部とを備えたことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の油圧シヨベルの直線掘
削制御装置。
[Claims] 1. Conditions such as the slope of the excavation surface and the excavation speed are given by input means, and the boom, arm, and bucket, which are the components of the front mechanism of the hydraulic excavator, are operated under these conditions. Bucket angular velocity command that manually changes the posture of the bucket in a device that sequentially calculates the amount of operation of a hydraulic cylinder and uses the calculation results as an input signal to control the movement of each member and move the cutting edge of the bucket on a desired linear trajectory. A boom, an arm, and a boom, an arm, which prevents the tip of the bucket from deviating from a desired linear trajectory, based on the value input means, the bucket angular velocity command value, the slope of the excavation surface, the excavation speed, and the detected relative angle of the boom, arm, and bucket.
1. A linear excavation control device for a hydraulic excavator, comprising a calculation control means for calculating the flow rate of pressure oil to each hydraulic cylinder of a bucket. 2. The calculation control means includes a calculation unit that calculates the bucket tip speed based on the slope of the excavation surface and the excavation speed from the input device, and a bucket tip speed from the calculation unit and the bucket angular velocity command value from the bucket angular velocity command input means. and a calculation unit that calculates target angles and target angular velocities of the boom, arm, and bucket based on detected values of relative angles of the boom, arm, and bucket; and each target angle, each target speed, and each relative angle from this calculation unit. boom, arm,
The servo control unit calculates each actual angular velocity command value of the bucket, and calculates the ratio of the preset speed of each cylinder to the relative angular velocity with respect to each relative angle input signal of the boom, arm, and bucket, and calculates the ratio of the relative angular velocity to this ratio. a calculation unit that calculates the boom cylinder speed, arm cylinder speed, and bucket cylinder speed by multiplying each angular velocity command value, and calculates the flow rate of pressure oil to each cylinder by multiplying each cylinder speed by the pressure receiving area of each hydraulic cylinder. A linear excavation control device for a hydraulic excavator according to claim 1.
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