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JPH0745740B2 - Angle of repose control device for hydraulic shovel - Google Patents
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JPH0745740B2 - Angle of repose control device for hydraulic shovel - Google Patents

Angle of repose control device for hydraulic shovel

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Publication number
JPH0745740B2
JPH0745740B2 JP16040686A JP16040686A JPH0745740B2 JP H0745740 B2 JPH0745740 B2 JP H0745740B2 JP 16040686 A JP16040686 A JP 16040686A JP 16040686 A JP16040686 A JP 16040686A JP H0745740 B2 JPH0745740 B2 JP H0745740B2
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JP
Japan
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arm
angle
inclination angle
boom
point
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JP16040686A
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純 藤岡
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、油圧ショベルの安息角制御装置に関するもの
である。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a repose angle control device for a hydraulic excavator.

(従来技術) 従来、油圧ショベルにおいて、地盤の柔かい場所や山の
上等での作業時にショベルにより掘削した穴にショベル
自体が落込むのを防止する手段として、たとえば特公昭
58−2299号公報に示される安息角制御装置が知られてい
る。しかしながらこの制御装置によれば次のような問題
がある。
(Prior Art) Conventionally, in hydraulic excavators, as a means for preventing the shovel itself from falling into a hole excavated by the shovel when working on a soft place of the ground or on a mountain, for example, Japanese Patent Publication
A repose angle control device shown in Japanese Patent Laid-Open No. 58-2299 is known. However, this control device has the following problems.

(a)車体の傾斜角検出器と、ブーム、アーム、バケッ
トの各角度検出器の計4個の角度検出器が必要であり、
検出器の数が多く、コストアップになる。
(A) A total of four angle detectors, that is, a vehicle body tilt angle detector and boom, arm, and bucket angle detectors are required.
The number of detectors is large, which increases the cost.

(b)バケットの角度を検出するために、角度検出器が
バケットのアーム先端に対する枢支部に設けられること
になり、このためバケット角度検出器の使用環境が悪
く、バケットによる掘削およびダンプ時の衝撃、振動、
防水等を考慮しなければならず、特殊、高価な検出器が
必要であり、しかも、その検出器が故障し易く、その故
障によって制御不能になるおそれがあり、信頼性に乏し
い。
(B) In order to detect the angle of the bucket, an angle detector will be provided at the pivotal support portion with respect to the arm tip of the bucket. Therefore, the usage environment of the bucket angle detector is bad, and the impact at the time of excavation and dumping by the bucket ,vibration,
Water resistance must be taken into consideration, a special and expensive detector is required, and the detector is prone to failure, which may result in loss of control, resulting in poor reliability.

(c)走行体前部の点とバケットの先端を結んだ直線の
水平に対する傾斜角が設定安息角より大きくなった時
に、その位置よりバケット先端の下降を阻止するように
しているが、その位置よりバケット先端が上昇すること
を規制していないため、たとえばアームポイントの安息
角の対象となる掘削限界面との距離がバケットの回転半
径より小さい場合でも、バケット先端がアームポイント
から下した鉛直線より上記掘削限界面側に向かって上昇
する掻込み方向に回転することが可能で、この回動によ
って上記掘削限界面をさらに危険サイドに掘削すること
になり、この掘削によって掘削限界面が崩れ、油圧ショ
ベルが転倒するおそれがある。
(C) When the inclination angle of the straight line connecting the front of the traveling body and the tip of the bucket with respect to the horizontal becomes larger than the set angle of repose, the bucket tip is prevented from descending from that position. Since the bucket tip is not restricted from rising further, for example, even if the distance from the excavation limit surface that is the target of the angle of repose of the arm point is smaller than the turning radius of the bucket, the vertical tip of the bucket tip from the arm point It is possible to rotate in a scraping direction that rises toward the excavation limit surface side, and by this rotation, the excavation limit surface is further excavated to the dangerous side, and the excavation limit surface collapses due to this excavation, The hydraulic excavator may fall.

(発明の目的) 本発明は、このような問題を解消するためになされたも
のであり、検出器の数を少なくしてコストダウンを図る
とともに、故障が少なく、信頼性の高い制御が可能であ
り、しかも、目標値まで制御した時点でバケットを掻込
み方向に回転させても掘削限界面を危険サイドに掘削す
ることはなく、油圧ショベルの転倒を確実に防止できる
油圧ショベルの安息角制御装置を提供するものである。
(Object of the Invention) The present invention has been made in order to solve such a problem, and aims at cost reduction by reducing the number of detectors, and it is possible to perform reliable control with few failures. Moreover, even if the bucket is rotated in the scraping direction when the target value is controlled, the excavation limit surface is not excavated to the dangerous side, and the repose angle control device for the hydraulic excavator can surely prevent the hydraulic excavator from falling. Is provided.

(発明の構成) 本発明の構成を第1図の機能ブロック図(実施例上の手
段を含む)を参照して説明する。
(Structure of the Invention) The structure of the present invention will be described with reference to the functional block diagram of FIG. 1 (including the means of the embodiment).

本発明は、油圧ショベルの走行体前部の接地限界点Oを
設定する設定手段10と、接地限界点Oを基準とした掘削
限界面の安息角φを設定する設定手段11と、車体の傾斜
角αを検出する検出手段12と、ブームの回転角βを検出
する検出手段13と、アームの回転角γを検出する検出手
段14と、上記各設定手段10,11および各検出手段12,13,1
4の出力信号に基づいてブームフットとアームポイント
を結ぶ基準直線の作業傾斜角ηを演算する演算手段22
と、上記掘削限界面からバケット回転半径に相当する距
離だけ離れた位置で掘削限界面と平行な目標直線上にア
ームポイントがある時の上記基準直線の限界傾斜角κを
演算する演算手段23と、上記作業傾斜角ηと限界傾斜角
κとを比較する比較手段24と、上記作業傾斜角ηが限界
傾斜角κ以上になった時に上記目標直線に対するアーム
ポイントを中心としたアームの傾斜角λを演算する演算
手段26と、そのアームの傾斜角λに応じてアームポイン
トが上記目標直線より掘削限界面側に近付く方向への移
動を阻止する制御手段29,30とを設けたことを特徴とす
るものである。
The present invention relates to a setting means 10 for setting a ground contact limit point O at the front of a traveling body of a hydraulic excavator, a setting means 11 for setting a repose angle φ of an excavation limit surface based on the ground contact limit point O, and a vehicle body inclination. Detection means 12 for detecting the angle α, detection means 13 for detecting the rotation angle β of the boom, detection means 14 for detecting the rotation angle γ of the arm, the setting means 10, 11 and the detection means 12, 13 , 1
Calculation means 22 for calculating the working inclination angle η of the reference straight line connecting the boom foot and the arm point based on the output signal of 4
And a calculating means 23 for calculating the limit inclination angle κ of the reference straight line when the arm point is on a target straight line parallel to the excavation limit plane at a position separated from the excavation limit plane by a distance corresponding to a bucket turning radius. A comparison means 24 for comparing the work inclination angle η with the limit inclination angle κ, and an inclination angle λ of the arm around the arm point with respect to the target straight line when the work inclination angle η becomes equal to or larger than the limit inclination angle κ. And a control means 29, 30 for preventing the arm point from moving in a direction approaching the excavation limit surface side from the target straight line according to the inclination angle λ of the arm. To do.

この構成により、オペレータが作業現場の状況等に応じ
て、走行体前部の接地限界点Oおよび接地限界点Oを基
準とした掘削限界面の安息角φを設定するだけで、その
設定値と車体の傾斜角α、ブームの回転角β、アームの
回転角γの各検出値とに基づいて、掘削限界面からアー
ムポイントまでの間隔がバケット回転半径より小さくな
らないように制御され、バケット先端により掘削限界面
が掘削されることが確実に防止される。
With this configuration, the operator only needs to set the ground contact limit point O on the front part of the traveling body and the repose angle φ of the excavation limit surface based on the ground contact limit point O according to the situation of the work site. Based on the detected values of the vehicle body tilt angle α, the boom rotation angle β, and the arm rotation angle γ, the distance from the excavation limit surface to the arm point is controlled so as not to be smaller than the bucket rotation radius. The excavation limit surface is reliably prevented from being excavated.

(実施例) 第2図、第3図は本発明装置を具備した油圧ショベルの
一例を示しているとともに、その制御のための設定、検
出、演算の各要素を示している。この油圧ショベルは、
走行体1の上部に設けられた旋回体2にブーム3が回動
自在に設けられ、ブーム3の先端にアーム4が回動自在
に設けられ、アーム4の先端にバケット5が回動自在に
設けられ、これらブーム3、アーム4、バケット5がブ
ームシリンダ6、アームシリンダ7、バケットシリンダ
8によって回動されるようになっている。
(Embodiment) FIG. 2 and FIG. 3 show an example of a hydraulic excavator equipped with the device of the present invention, and show respective elements of setting, detection and calculation for its control. This excavator is
A boom 3 is rotatably provided on a revolving structure 2 provided above the traveling body 1, an arm 4 is rotatably provided at a tip of the boom 3, and a bucket 5 is rotatably provided at a tip of the arm 4. The boom 3, the arm 4, and the bucket 5 are provided and are rotated by the boom cylinder 6, the arm cylinder 7, and the bucket cylinder 8.

上記油圧ショベルにおいて、各部の基準点、寸法および
角度を次のように定める。
In the above hydraulic excavator, reference points, dimensions and angles of each part are determined as follows.

O:接地限界点 X:ブームフット(ブーム3の回転中心) Y:ブームポイント(アーム4の回転中心) Z:アームポイント(バケット5の回転中心) V:バケット5の先端 W:ブームフットXから地面9に鉛直に下した線が地面9
と交わる点 A:ブームフットXの地面からの距離 B:ブームの長さ(ブームフットXとブームポイントYと
の間の距離) C:アーム長さ(ブームポイントYとアームポイントZと
の間の距離) D:バケット回転半径(バケット先端Vのアームポイント
Zを中心とする回転半径) E:上記点Wから接地限界点Oまでの距離 I:掘削限界面 φ:設定安息角(水平面に対する掘削限界面Iの傾斜
角) α:水平面に対する車体の傾斜角(地面と水平面のなす
角) β:ブーム3の回転角(水平線に対する角度) γ:アーム4の回転角(水平線に対する角度) 上記寸法および角度のうち、高さA、ブーム長さB、ア
ーム長さC、バケット回転半径Dは機種によって決まる
定数である。また、上記点Wから接地限界点Oまでの距
離Eおよび安息角φはオペレータにより掘削現場の状況
に応じて任意に設定される。一方、車体傾斜角α、ブー
ム回転角β、アーム回転角γは角度検出器により検出さ
れる。
O: Boundary point X: Boom foot (Center of rotation of boom 3) Y: Boom point (Center of rotation of arm 4) Z: Arm point (Center of rotation of bucket 5) V: Tip of bucket 5 W: From boom foot X The line that goes vertically to the ground 9 is the ground 9.
A: Boom foot X distance from the ground B: Boom length (between boom foot X and boom point Y) C: Arm length (between boom point Y and arm point Z) Distance) D: Bucket turning radius (rotating radius of bucket tip V about arm point Z) E: Distance from point W to ground contact limit point I: Excavation limit surface φ: Set repose angle (excavation limit with respect to horizontal plane Inclination angle of surface I α: Inclination angle of the vehicle body with respect to the horizontal plane (angle formed by the ground and the horizontal plane) β: Rotation angle of the boom 3 (angle with respect to the horizontal line) γ: Rotation angle of the arm 4 (angle with respect to the horizontal line) Of these, the height A, the boom length B, the arm length C, and the bucket turning radius D are constants determined by the model. Further, the distance E from the point W to the ground contact limit point O and the angle of repose φ are arbitrarily set by the operator according to the situation of the excavation site. On the other hand, the vehicle body inclination angle α, the boom rotation angle β, and the arm rotation angle γ are detected by the angle detector.

今、第2図において、ブームフットXとアームポイント
Zを結ぶ直線を基準直線IIとし、基準直線IIの水平線に
対する傾斜角を作業傾斜角ηとすると、作業傾斜角ηは
作業状況および上記設定値によって変化するもので、下
記の通り演算される。
In FIG. 2, assuming that a straight line connecting the boom foot X and the arm point Z is a reference straight line II, and an inclination angle of the reference straight line II with respect to a horizontal line is a work inclination angle η, the work inclination angle η is the work situation and the above-mentioned set value. It changes according to the following, and is calculated as follows.

η=β+ζ …… ここで、ζは基準直線IIがブーム4となす角∠YXZであ
り、△XYZより、 C/sinζ=G/sinε ∴ζ=sin-1[(C/G)sinε] … で算出される。
η = β + ζ …… where ζ is the angle ∠YXZ that the reference straight line II makes with the boom 4, and from XYZ, C / sinζ = G / sinε ∴ζ = sin -1 [(C / G) sinε]… It is calculated by.

上記式において、εはブーム3とアーム4がなす角∠
XYZであって、ブーム回転角βとアーム回転角γを用い
て、 ε=2π−γ−(π−β) =π−γ+β …… で算出される。また、GはブームフットXとアームポイ
ントZ間の距離であり、△XYZより、上記角度εと、既
知のブーム長さBおよびアーム長さCを用いて次のよう
に算出される。
In the above equation, ε is the angle ∠ formed by the boom 3 and the arm 4.
XYZ, using the boom rotation angle β and the arm rotation angle γ, ε = 2π−γ− (π−β) = π−γ + β. Further, G is a distance between the boom foot X and the arm point Z, and is calculated from ΔXYZ using the angle ε and the known boom length B and arm length C as follows.

上記〜式により、作業傾斜角ηは既知のブームの長
さBとアーム長さCおよび検出値であるブーム回転角β
とアーム回転角γを用いて算出することができる。
From the above equations, the work inclination angle η is the known boom length B and arm length C, and the boom rotation angle β that is the detected value.
And the arm rotation angle γ can be used for the calculation.

一方、第3図において、掘削限界面Iに対してバケット
回転半径Dに相当する距離だけあけた位置で、掘削限界
面Iと平行に引いた直線を目標直線IIIとし、アームポ
イントZが目標直線III上にある時の、基準直線IIの水
平線に対する傾斜角を限界傾斜角κとすると、限界傾斜
角κは次の通り演算される。
On the other hand, in FIG. 3, a straight line drawn in parallel with the excavation limit plane I at a position spaced from the excavation limit plane I by a distance corresponding to the bucket rotation radius D is a target straight line III, and the arm point Z is a target straight line. Assuming that the inclination angle of the reference straight line II with respect to the horizontal line when on III is the limiting inclination angle κ, the limiting inclination angle κ is calculated as follows.

κ=θ−(π/2−φ) …… ここで、θはブームフットXから目標直線IIIに垂直に
下した直線IVと基準直線IIとのなす角度であり、上記直
線IVと目標直線IIIとの交点をQ、掘削限界面Iに沿っ
て上方に延長した直線と上記直線IVとの交点をPとする
と、θは角∠ZXQで表わされ、△ZXQより次のように算出
される。
[kappa] = [theta]-([pi] / 2- [phi]) ... Here, [theta] is the angle formed by the straight line IV perpendicular to the target straight line III from the boom foot X and the reference straight line II, and the straight line IV and the target straight line III are described above. Let Q be the intersection point with and the intersection point of the above straight line IV with the straight line extending upward along the excavation limit surface I be θ, which is represented by the angle ∠ZXQ and calculated from ΔZXQ as follows. .

θ=cos-1(H/G) …… 上記式において、Gは上記式で算出される。Hは上
記直線IV(線分XQ)の長さで、△ZXQ、△XOP、△XOWよ
り、 H=D+Fsin(φ−δ−α) …… で算出される。
θ = cos −1 (H / G) ... In the above equation, G is calculated by the above equation. H is the length of the straight line IV (segment XQ), and is calculated from ΔZXQ, ΔXOP, and ΔXOW as H = D + Fsin (φ−δ−α).

なお、FはブームフットXと接地限界点O間の距離、δ
は接地限界点Oを中心としたブームフットXと地面とが
なす角∠XOWであり、それぞれ△XOWより次のように算出
される。
Note that F is the distance between the boom foot X and the ground contact limit point O, and δ
Is an angle ∠XOW formed by the boom foot X and the ground centering on the ground contact limit point O, and is calculated from ΔXOW as follows.

δ=tan-1(A/E) …… 上記〜式により、限界傾斜角κは既知の高さA、ブ
ーム長さB、アーム長さCと、設定値である距離Eおよ
び安息角φと、検出値である車体傾斜角α、ブーム回転
角β、アーム回転角γとに基づいて算出することができ
る。
δ = tan -1 (A / E) ... From the above formula, the limit inclination angle κ is the known height A, boom length B, arm length C, and the set distance E and repose angle φ. Can be calculated based on the detected values of the vehicle body inclination angle α, the boom rotation angle β, and the arm rotation angle γ.

そして、上記作業傾斜角ηと限界傾斜角κとを比較する
ことによって、アームポイントZが安全域にあるか、危
険域にあるかが分る。
Then, by comparing the work inclination angle η with the limit inclination angle κ, it is possible to know whether the arm point Z is in the safe area or the dangerous area.

すなわち作業傾斜角ηが限界傾斜角κより小さい時(η
<κ)は、アームポイントZが目標直線IIIより外側す
なわち第3図において線IIIより左側の領域にあり、安
全域であると言える。従ってその位置でバケット5を掻
込み方向に回動させてもバケット先端Pが掘削限界面I
に食込むおそれはなく、ブーム3、アーム4、バケット
5を自由に作動させて差支えない。
That is, when the work inclination angle η is smaller than the limit inclination angle κ (η
It can be said that <κ) is a safe area because the arm point Z is outside the target straight line III, that is, in the area on the left side of the line III in FIG. Therefore, even if the bucket 5 is rotated in the scraping direction at that position, the bucket tip P will not move to the excavation limit surface I.
There is no danger of biting into, and the boom 3, the arm 4, and the bucket 5 can be freely actuated.

ただし、作業傾斜角ηが限界傾斜角κ以上の時(η≧
κ)は、アームポイントZが目標直線III以内すなわち
第3図において線III上もしくは線IIIより右側の領域に
位置することになり、この位置でバケット5を掻込み方
向に回動させると、バケット先端Pが掘削限界面Iに食
込むおそれがあり、従って危険域であると言える。
However, when the work tilt angle η is greater than or equal to the limit tilt angle κ (η ≧
κ) means that the arm point Z is located within the target straight line III, that is, on the line III or on the right side of the line III in FIG. 3, and if the bucket 5 is rotated in the scraping direction at this position, The tip P may bite into the excavation limit surface I, and thus can be said to be in a dangerous area.

このような場合はアームポイントZを基準とした目標直
線IIIに対するアーム4の傾斜角λの値によってアーム
ポイントZが安全域にあるか否かを判別できる。
In such a case, it is possible to determine whether or not the arm point Z is in the safe area based on the value of the inclination angle λ of the arm 4 with respect to the target straight line III with the arm point Z as a reference.

上記アーム4の傾斜角λは角∠QZYで表わされ、△XYZと
△XQZより、次のように演算される。
The inclination angle λ of the arm 4 is represented by the angle ∠QZY, and is calculated from ΔXYZ and ΔXQZ as follows.

λ=μ−(π/2−θ) …… ただし、角度μはアーム4の基準直線IIに対する傾斜角
(∠YZX)であって、△XYZより次のように演算される。
[lambda] = [mu]-([pi] / 2- [theta]) However, the angle [mu] is the tilt angle ([Delta] YZX) of the arm 4 with respect to the reference straight line II, and is calculated from [Delta] XYZ as follows.

B/sinμ=G/sinε ∴μ=sin-1[(B/G)sinε] … 上記アーム傾斜角λの値によって次のように判定され
る。
B / sin μ = G / sin ε ∴μ = sin -1 [(B / G) sin ε] ... It is determined as follows according to the value of the arm inclination angle λ.

イ λ<(π/2)の時 :アーム引込みおよびブーム下げを停止 ロ λ>(π/2)の時 :アーム押出しおよびブーム下げを停止 ハ λ=(π/2)の時 :アーム下げを停止 これによって、アームポイントZが目標直線IIIより掘
削限界面I側に近付くことを防止でき、アームポイント
Zと掘削限界面Iとの間隔がバケット回転半径Dより小
さくなることを防止でき、バケット先端Vが掘削限界面
Iに食込むことを防止できることになる。
B When λ <(π / 2): Stop retracting the arm and lowering the boom When λ> (π / 2): Stop pushing the arm and lowering the boom c When λ = (π / 2): Lower the arm By this, the arm point Z can be prevented from approaching the excavation limit surface I side from the target straight line III, the distance between the arm point Z and the excavation limit surface I can be prevented from becoming smaller than the bucket rotation radius D, and the bucket tip can be prevented. It is possible to prevent V from biting into the excavation limit surface I.

次に、上記の演算および制御を第1図の機能ブロック図
により説明する。
Next, the above calculation and control will be described with reference to the functional block diagram of FIG.

まず、オペレータが現場の作業状況に応じて、接地限界
点Oを決め、この接地限界点Oを基準に上記点Wから接
地限界点Oまでの距離Eを接地限界点設定手段10に設定
するとともに、安息角φを安息角設定手段11に設定す
る。一方、車体傾斜角検出手段12により車体傾斜角αが
検出され、ブーム回転角検出手段13およびアーム回転角
検出手段14によりブーム回転角βおよびアーム回転角γ
が検出される。この場合、車体傾斜角検出手段12には車
体に設けられるジャイロスコープ、振り子等の検出器が
用いられる。ブーム回転角検出手段13およびアーム回転
角検出手段14にはブームフットXおよびブームポイント
Yに設けられるポテンショメータ等の検出器が用いられ
る。ただし、上記回転角検出手段13,14による実際の検
出値は車体およびブームポイントYを基準とするため、
図示しない補正手段により水平線を基準とする数値に補
正される。
First, the operator determines the grounding limit point O according to the work situation at the site, and sets the distance E from the point W to the grounding limit point O to the grounding limit point setting means 10 based on the grounding limit point O. , The angle of repose φ is set in the angle of repose setting means 11. On the other hand, the vehicle body inclination angle detection means 12 detects the vehicle body inclination angle α, and the boom rotation angle detection means 13 and the arm rotation angle detection means 14 detect the boom rotation angle β and the arm rotation angle γ.
Is detected. In this case, as the vehicle body inclination angle detecting means 12, a detector such as a gyroscope or a pendulum provided on the vehicle body is used. For the boom rotation angle detection means 13 and the arm rotation angle detection means 14, detectors such as potentiometers provided at the boom foot X and the boom point Y are used. However, since the actual detection values by the rotation angle detecting means 13 and 14 are based on the vehicle body and the boom point Y,
It is corrected to a numerical value based on the horizontal line by a correction means (not shown).

そして、上記各設定手段10,11および各検出手段12,13,1
4からの出力信号E,φおよびα,β,γがコントローラ2
0に入力され、入出力装置21を経て作業傾斜角演算手段2
2および目標傾斜角演算手段23に送られる。ここで、上
記演算手段22により作業傾斜角η(上記〜式)が演
算されるとともに、演算手段23により目標傾斜角κ(上
記〜式)が演算される。
Then, the setting means 10, 11 and the detection means 12, 13, 1
Output signals E, φ and α, β, γ from 4 are the controller 2
Input to 0, and via the input / output device 21, work inclination angle calculating means 2
2 and the target inclination angle calculation means 23. Here, the calculation means 22 calculates the work inclination angle η (above-expression), and the calculation means 23 calculates the target inclination angle κ (above-expression).

次いで、比較手段24により作業傾斜角ηと、目標傾斜角
κとが比較され、判別手段24により作業傾斜角ηが限界
傾斜角Kより小さい(η<κ)か否かが判別され、η<
κの時は、アームポイントZが安全域であるので、信号
発生手段28を介してブーム制御手段29およびアーム制御
手段30にそれぞれ自由作動信号が送られる。
Next, the comparing means 24 compares the work inclination angle η with the target inclination angle κ, and the determining means 24 determines whether the work inclination angle η is smaller than the limit inclination angle K (η <κ), and η <
At the time of κ, the arm point Z is in the safe area, so that the free operation signals are sent to the boom control means 29 and the arm control means 30 via the signal generating means 28, respectively.

一方、η≧κの時は、アームポイントZが目標直線III
上もしくは危険域にあるので、次のアーム傾斜角演算手
段26によりアーム傾斜角λ(上記〜式)が演算さ
れ、そのアーム傾斜角λの値が判別手段27により判別さ
れ、その判別結果に基づいて上記イ〜ハに応じた制御信
号が信号発生手段28を介してブーム制御手段29およびア
ーム制御手段30に送られる。なお、機械としては安全サ
イドに動くことは可能とする。
On the other hand, when η ≧ κ, the arm point Z is the target straight line III.
Since it is on the upper side or in the dangerous area, the arm inclination angle λ (above formula) is calculated by the next arm inclination angle calculating means 26, the value of the arm inclination angle λ is judged by the judging means 27, and based on the judgment result. Then, the control signals corresponding to the above items (a) to (c) are sent to the boom control means 29 and the arm control means 30 via the signal generation means 28. The machine can move to the safe side.

次に、上記の制御を行うためのブームおよびアームの油
圧回路を第4図によって説明する。
Next, a boom and arm hydraulic circuit for performing the above control will be described with reference to FIG.

第4図において、図示しないアームレバーを操作する
と、アーム用操作弁31に設けられた可変減圧弁31a,31b
の二次側に二次圧力Pa1,Pa2が導かれ、その二次圧力P
a1,Pa2によってアーム用方向制御弁32が左右いずれかに
切替えられ、メインポンプ33からアームシリンダ7に対
する油圧の給排が制御され、アームシリンダ7が伸縮さ
れてアーム押出しまたは引込みが行われる。また、図示
しないブームレバーを操作すると、ブーム用操作弁34に
設けられた可変減圧弁34a,34bの二次側に二次圧力Pb1,P
b2が導かれ、その二次圧力Pb1,Pb2によってブーム用方
向制御弁35が左右いずれかに切替えられ、メインポンプ
36からブームシリンダ6に対する圧油の給排が制御さ
れ、ブームシリンダ6が伸縮されてブーム上げまたはブ
ーム下げが行われる。
In FIG. 4, when the arm lever (not shown) is operated, the variable pressure reducing valves 31a, 31b provided on the arm operation valve 31 are operated.
The secondary pressures Pa 1 and Pa 2 are introduced to the secondary side of the
The arm directional control valve 32 is switched to the left or right by a 1 and Pa 2 , the hydraulic pressure supply / discharge from the main pump 33 to the arm cylinder 7 is controlled, and the arm cylinder 7 is expanded / contracted to perform arm pushing / pulling. . When a boom lever (not shown) is operated, the secondary pressures Pb 1 and Pb are applied to the secondary side of the variable pressure reducing valves 34a and 34b provided on the boom operation valve 34.
b 2 is introduced, and the secondary pressures Pb 1 and Pb 2 switch the boom directional control valve 35 to the left or right, and the main pump
The supply and discharge of pressure oil to and from the boom cylinder 6 is controlled from 36, and the boom cylinder 6 is expanded and contracted to raise or lower the boom.

上記油圧回路において、アーム押出し用可変減圧弁31a
の二次側回路およびアーム引込み用可変減圧弁31bの二
次側回路と、ブーム下げ用可変減圧弁34bの二次側回路
に、それぞれ電磁弁37,38,39が設けられている。
In the hydraulic circuit, the variable pressure reducing valve 31a for pushing out the arm is used.
Solenoid valves 37, 38, 39 are respectively provided in the secondary side circuit and the secondary side circuit of the arm retracting variable pressure reducing valve 31b and the secondary circuit of the boom lowering variable pressure reducing valve 34b.

今、アーム押出し用可変減圧弁31aを操作してその二次
圧力Pa1によりアーム用方向制御弁32を左位置に切替
え、アームシリンダ7を伸ばしてアーム押出しを行って
いる際に、電磁弁37をONすると、上記可変減圧弁31aか
ら方向制御弁32に二次圧力が送られなくなり、方向制御
弁32が中立位置に戻され、アームシリンダ7が停止さ
れ、アーム押出しが停止される。また、アーム引込みお
よびブーム下げの作業時に、電磁弁38,39をONすれば、
上記と同様の作動でそれらの作業が停止される。ただ
し、ブーム上げは常に安全サイドへの作動であるので、
上記の制御を行う必要はない。
Now, when the arm push-out variable pressure reducing valve 31a is operated to switch the arm directional control valve 32 to the left position by the secondary pressure Pa 1 , the arm cylinder 7 is extended and the arm push-out valve is operated. When is turned on, the secondary pressure is not sent from the variable pressure reducing valve 31a to the directional control valve 32, the directional control valve 32 is returned to the neutral position, the arm cylinder 7 is stopped, and the arm extrusion is stopped. Also, if the solenoid valves 38, 39 are turned on during the work of retracting the arm and lowering the boom,
These operations are stopped by the same operation as above. However, raising the boom is always on the safe side, so
It is not necessary to perform the above control.

上記電磁弁37,38,39はコントローラ20からの信号によっ
てON−OFF制御されるものであり、コントローラ20は第
1図に示した機能を有し、車体傾斜角α、ブーム回転角
β、アーム回転角γ、設定安息角φ、設定距離Eを入力
し、それらの入力信号に基づいて電磁弁37,38,39に対す
るON−OFF信号を出力する。
The solenoid valves 37, 38, 39 are ON / OFF controlled by a signal from the controller 20, and the controller 20 has the functions shown in FIG. 1, the vehicle body inclination angle α, the boom rotation angle β, and the arm. The rotation angle γ, the set angle of repose φ, and the set distance E are input, and ON-OFF signals for the solenoid valves 37, 38, 39 are output based on these input signals.

このようにアーム用方向制御弁32およびブーム用方向制
御弁35を切替えるための二次圧力を、コントローラ20か
らの信号によって作動する電磁弁37,38,39でON−OFFす
ることにより誤動作がなく、制御の信頼性が高められ
る。
In this way, the secondary pressure for switching the arm directional control valve 32 and the boom directional control valve 35 is turned on and off by the solenoid valves 37, 38, 39 operated by the signal from the controller 20 to prevent malfunction. , The reliability of control is improved.

次に、上記コントローラ20による制御を第6図のフロー
チャートにより説明する。
Next, the control by the controller 20 will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、ステップS1で設定安息角φが読込まれ、ステップ
S2で上記点Wから接地限界点Oまでの設定距離Eが読込
まれ、ステップS3で車体傾斜角αが読込まれ、ステップ
S4でブーム回転角βが読込まれ、ステップS5でアーム回
転角γが読込まれる。次いで、ステップS6で作業傾斜角
ηが演算され、ステップS7で限界傾斜角κが演算された
後、ステップS8でη<κであるか否かが判別される。ス
テップS8でYESの時は、スタートに戻る。
First, the set angle of repose φ is read in step S 1 , and step
S 2 In setting the distance E is read in to the ground breaking point O from the point W, the vehicle body inclination angle α is read in at Step S 3, step
The boom rotation angle β is read in S 4 , and the arm rotation angle γ is read in step S 5 . Then, the work inclination angle η is calculated in step S 6 , the limit inclination angle κ is calculated in step S 7 , and then it is determined in step S 8 whether η <κ. If YES in step S 8, the process returns to the start.

ステップS8でNOの(η≧κ)の時は、次のステップS9
アーム傾斜角λが演算され、ステップS10でλ<(π/
2)か否かが判別される。ステップS10でYESの時はステ
ップS13に進み、アーム引込み停止すなわち第4図の電
磁弁38をONする信号が出力された後、ステップS14に進
む。NOの時はステップS11でλ=(π/2)か否かが判別
され、YESの時はステップS14に進み、NOの時はステップ
S12でアーム押出し停止すなわち第4図の電磁弁37をON
する信号が出力され、ステップS14に進む。次いで、ス
テップS14でブーム下げ停止すなわち第4図の電磁弁39
をONする信号が出力され、その後、ステップS15で終り
か否かが判別され、NOの時はスタートに戻され、YESの
時は制御を終了する。
Step When at S 8 of NO (η ≧ κ) is arm inclination angle lambda is calculated in the next step S 9, in step S 10 λ <(π /
2) It is determined whether or not. If YES in step S 10 proceeds to step S 13, after the signal to turn ON the solenoid valve 38 of the arm retraction stop ie Figure 4 is output, the process proceeds to step S 14. When NO is λ = (π / 2) in step S 11 whether or not is determined, if YES then the process proceeds to step S 14, step when the NO
Stop arm extrusion at S 12 , that is, turn on solenoid valve 37 in FIG.
Is output, and the process proceeds to step S 14 . Then, the boom-down stop That fourth view of the solenoid valve in step S 14 39
The signal is output to turns ON, the then either end or not is determined in step S 15, when the NO is returned to the start, when the YES ends the control.

(発明の効果) 以上のように本発明は、オペレータが走行体前部の接地
限界点Oおよび接地限界点Oを基準とした掘削限界面の
安息角φを設定するだけで、その設定値と車体の傾斜角
α、ブームの回転角β、アームの回転角γの各検出値と
に基づいて、掘削限界面からアームポイントまでの間隔
がバケット回転半径より小さくならないように制御で
き、バケット先端により掘削限界面が掘削されることを
確実に防止できる。また、地盤の柔かい場所や山の上等
での作業時であっても、その作業現場の状況に応じて接
地限界点と掘削限界面の二つを設定することによって、
常に最適な制御が行われ、ショベルにより掘削した穴に
ショベル自体が落込むのを確実に防止でき、作業の安全
性を大幅に向上できるとともに、装置の汎用性を向上で
きる。しかも、バケットの枢支部部角度検出器を設ける
必要がないので、従来装置に比べて検出器の数を少なく
できるとともに、故障も少なく、信頼性の高い制御を行
うことができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the operator only sets the ground contact limit point O on the front part of the traveling body and the repose angle φ of the excavation limit surface based on the ground contact limit point O. Based on the detected values of the vehicle body tilt angle α, boom rotation angle β, and arm rotation angle γ, the distance from the excavation limit surface to the arm point can be controlled so as not to be smaller than the bucket rotation radius. It is possible to reliably prevent the excavation limit surface from being excavated. In addition, even when working on a soft place on the ground or on a mountain, by setting two ground contact limit points and excavation limit surfaces according to the situation of the work site,
Optimal control is always performed, and it is possible to reliably prevent the shovel itself from falling into a hole excavated by the shovel, which can greatly improve work safety and improve the versatility of the device. In addition, since it is not necessary to provide a pivotal support part angle detector of the bucket, the number of detectors can be reduced as compared with the conventional device, and there are few failures, and highly reliable control can be performed.

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

第1図は本発明装置の実施例を示す機能ブロック図、第
2図、第3図は本発明装置を具備する油圧ショベルの一
例を示す側面図、第4図は本発明装置におけるブームお
よびアームの油圧回路図、第5図は制御のフローチャー
トである。 1…走行体、3…ブーム、4…アーム、5…バケット、
10…接地限界点設定手段、11…安息角設定手段、12…車
体傾斜角設定手段、13…ブーム回転角検出手段、14…ア
ーム回転角検出手段、20…コントローラ、22…作業傾斜
角演算手段、23…目標傾斜角演算手段、24…比較手段、
25…アーム傾斜角演算手段、27…判別手段、28…信号発
生手段、29…ブーム制御手段、30…アーム制御手段、3
7,38,39…電磁弁、α…車体傾斜角、β…ブーム回転
角、γ…アーム回転角、O…接地限界点、E…設定距
離、I…掘削限界面、II…基準直線、III…目標直線、
η…作業傾斜角、κ…限界傾斜角、λ…アーム傾斜角。
FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of the device of the present invention, FIGS. 2 and 3 are side views showing an example of a hydraulic excavator equipped with the device of the present invention, and FIG. 4 is a boom and arm in the device of the present invention. 5 is a hydraulic circuit diagram, and FIG. 5 is a control flowchart. 1 ... traveling body, 3 ... boom, 4 ... arm, 5 ... bucket,
10 ... Ground contact limit setting means, 11 ... Repose angle setting means, 12 ... Vehicle body inclination angle setting means, 13 ... Boom rotation angle detecting means, 14 ... Arm rotation angle detecting means, 20 ... Controller, 22 ... Work inclination angle calculating means , 23 ... Target inclination angle calculation means, 24 ... Comparison means,
25 ... Arm inclination angle calculating means, 27 ... Discriminating means, 28 ... Signal generating means, 29 ... Boom control means, 30 ... Arm control means, 3
7, 38, 39 ... Solenoid valve, α ... Vehicle body tilt angle, β ... Boom rotation angle, γ ... Arm rotation angle, O ... Ground contact limit point, E ... Set distance, I ... Excavation limit surface, II ... Reference straight line, III ... the target straight line,
η: work inclination angle, κ: limit inclination angle, λ: arm inclination angle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】油圧ショベルの走行体前部の接地限界点を
設定する設定手段と、接地限界点を基準とした掘削限界
面の安息角を設定する設定手段と、車体の傾斜角を検出
する検出手段と、ブームの回転角を検出する検出手段
と、アームの回転角を検出する検出手段と、上記各設定
手段および各検出手段の出力信号に基づいて、ブームフ
ットとアームポイントを結ぶ基準直線の作業傾斜角を演
算する演算手段と、上記掘削限界面からバケット回転半
径に相当する距離だけ離れた掘削限界面と平行な目標直
線上にアームポイントがある時の上記基準直線の限界傾
斜角とを演算する演算手段と、上記作業傾斜角と限界傾
斜角を比較する比較手段と、上記作業傾斜角が限界傾斜
角以上になった時にアームポイントを基準とした目標直
線に対するアームの傾斜角を演算する演算手段と、その
アームの傾斜角に応じてアームポイントが上記目標直線
より掘削限界面側に近付く方向への移動を阻止する制御
手段とを設けたことを特徴とする油圧ショベルの安息角
制御装置。
1. A setting means for setting a ground contact limit point of a front part of a traveling body of a hydraulic excavator, a setting means for setting an angle of repose of an excavation limit surface with the ground contact limit point as a reference, and an inclination angle of a vehicle body are detected. A detecting means, a detecting means for detecting the rotation angle of the boom, a detecting means for detecting the rotation angle of the arm, and a reference straight line connecting the boom foot and the arm point based on the output signals of the setting means and the detecting means. And a limit tilt angle of the reference straight line when there is an arm point on a target straight line parallel to the excavation limit surface that is separated from the excavation limit surface by a distance corresponding to the bucket rotation radius. And a comparing means for comparing the work inclination angle with the limit inclination angle, and an arm for a target straight line based on the arm point when the work inclination angle is equal to or greater than the limit inclination angle. A hydraulic excavator provided with a calculating means for calculating an inclination angle and a control means for preventing the arm point from moving in a direction approaching the excavation limit surface side from the target straight line according to the inclination angle of the arm. Angle of repose controller.
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