JPH0788672B2

JPH0788672B2 - パワ−シヨベルの作業機制御装置

Info

Publication number: JPH0788672B2
Application number: JP2395387A
Authority: JP
Inventors: 忠幸花本; 信爾高杉
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1987-02-04
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS63194031A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はパワーショベルの作業機制御装置にし、特に
自動掘削についての技術に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、パワーショベルは作業機としてバケッ
ト、アーム、ブームを有し、これら作業機はバケットシ
リンダ、アームシリンダ、ブームシリンダによって各別
に駆動され、バケットを所望の軌跡と姿勢で移動させる
には各シリンダの伸縮を同時制御することが不可欠であ
る。

このため、バケットを所望の奇跡と姿勢で移動させるに
は、オペレータがバケット、アーム、ブームのそれぞれ
に対応する操作レバーを同時あるいは相互に操作しなけ
ればならず、操作に熟練を要していた。

また、未熟者は掘削時に、バケット刃先を進行方向に向
けなかったり、バケット底板を削ったあとの掘削面に干
渉させたりして、無用な掘削抵抗増を引き起こしてい
た。

一方、予めバケット刃先の移動軌跡およびこれらの軌跡
に対するバケット姿勢を設定しておき、この軌跡に沿っ
てバケット刃先が移動するようにバケット、アーム、ブ
ームを自動制御するようにしたパワーショベルの制御装
置が種々提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これら従来の自動掘削装置は一般に仕上
げ作業を対象にしたものであり、掘削および積込作業を
対象にしたものは少ない。また、掘削・積込作業を対象
にした装置にあっても、作業効率、操作性、掘削時間等
の面で未だ不完全なものであり、その技術を実機に搭載
するには及ばなかった。さらに、従来装置にあっては自
動モード時の作業機速度は固定であり、作業機速度を簡
単な操作によって任意に可変できるものは存在しなかっ
た。

この発明は、これら実情を鑑みてなされたもので、操作
ペダルの簡単な走査で最適な作業機姿勢および軌跡によ
る自動掘削をなし得、作業効率を向上させるとともに、
操作ペダルの踏み角に応じて作業機速度を任意に可変で
きるパワーショベルの作業機制御装置を提供しようとす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では複数の地点によって近似したバケット刃先
の基準移動軌跡とこれら複数の地点にバケット刃先が位
置するときの各バケット姿勢とを予め設定するととも
に、自動モードの選択および堀削開始時を指定する操作ペダ
ルと、前記操作ペダルの踏み角を検出する踏み角検出手
段と、バケット角、アーム角、およびブーム角を検出す
る角度検出手段と、前記操作ペダルが踏まれた時点にお
ける前記角度検出手段の検出値を取込み、これら検出値
に基づき車両に対するバケット刃先位置を求め、該求め
たバケット刃先に関する掘削開始位置に基づき前記設定
した複数の地点の車両に対する位置を算出し、該算出し
た位置にバケット刃先を移動させかつバケットを当該地
点毎に前記設定したバケット姿勢とするに要する前記各
掘削区間毎のバケット回動角、アーム回動角およびブー
ム回動角を算出する第１の演算手段と、該算出したバケ
ット回動角、アーム回動角およびブーム回動角に基づき
各作業機に供給する圧油流量の配分比を求め、作業機に
供給する圧油の全流量を前記求めた配分比をもって配分
することにより各作業機に対する流量指令を算出する第
２の演算手段と、前記踏み角検出手段の検出値に応じて
前記第２の演算手段で算出した各作業機に対する流量指
令の和を前記配分比を維持しつつ可変する第３の演算手
段と、該第３の演算手段から出力される流量指令に基づ
きバケット、アームおよびブームを駆動する駆動系とを
備えるようにする。

〔作用〕

操作ペダルを踏むことによって自動モードを選択したと
すると、第１の演算手段によってこの時点における角度
検出手段の検出値が取り込まれ、掘削開始位置が求めら
れる。第１の演算手段はこの掘削開始位置から前記設定
した軌跡の車両に対する位置を逐次算出し、これら算出
した位置でバケットが前記設定した姿勢をとり、かつ順
次次の目標位置までバケット刃先を移動させるに要する
各掘削区間毎のバケット回動角、アーム回動角およびブ
ーム回動角を求める。第２の演算手段はこれら求めた回
動角から各作業機に供給する圧油流量の配分比を決定
し、これら配分比に基づき各作業機に対する流量指令を
算出する。一方、第３の演算手段には前記踏み角検出手
段によって検出される操作ペダルの踏み角が入力されて
おり、第３の演算手段は該入力された踏み角検出値に応
じて前記第２の演算手段で算出した各作業機に対する流
量指令の和を前記配分比を維持しつつ可変し、該可変し
た流量指令を駆動系に出力することにより各作業機をペ
ダル踏み角に応じた速度で駆動する。

〔実施例〕

以下、本発明を添付図面に示す一実施例を参照して詳細
に説明する。

第２図はパワーショベルの概略構成を示すものであり、
走行体１上には、上部旋回体２が旋回自在に支持され、
旋回体２にはブーム３の一端が軸支され、ブーム３の他
端にはアーム４が軸支され、さらにこのアーム４の他端
にはバケット５が軸支されており、これらブーム３、ア
ーム４およびバケット５はブームシリンダ６、アームシ
リンダ７およびバケットシリンダ８によって各別に回転
駆動される。

ここで、作業機各部の長さ、角度等を第３図に示すよう
定義する。すなわち、点Ａをブーム回動点、点Ｂをアー
ム回動点、点Ｃをバケット回動点、点Ｄをバケット刃先
点とし、 l₁;点Ａ、Ｂ間の長さ l₂;点Ｂ、Ｃ間の長さ l₃;点Ｃ、Ｄ間の長さ α：線分ABと垂直軸とのなす角（ブーム角） β；線分BCと線分ABの延長線とのなす角（アーム角） γ；線分CDと線分BCの延長線とのなす角（バケット角） δ；掘削方向ｕとバケットの底板のなす角（掘削角） ε；掘削方向ｕと線分CDのなす角とする。尚、バケット姿勢は角度ε等で定義するように
する。

まず、自動掘削の際の掘削軌跡の設定の仕方について説
明する。この実施例では、第４図に示すようなバケット
刃先についての掘削軌跡を設定する。この軌跡は所定点
０を中心とした半径Ｒの円弧軌跡であり、この円弧軌跡
をｎ個の点P₁、P₂、…、P_nで近似するようにする。軌跡
設定の際、１回の掘削土量Ｖ（図示ハッチング部）はバ
ケットの満杯量に所定数ｋ（＝１〜３）を掛けたものと
し、掘削深さｄは線分CDの長さ（＝l₃）に所定数ｅ（＝
0.1〜1.5）を掛けた値とし、更に角度ψは10゜〜180゜
の間の適宜の値とする。これらの値ｋ、ｅ、ψと円弧の
半径Ｒは土質、バケット形状、作業内容等に応じて決め
られる値であり、それらの値を特定することにより基準
掘削軌跡を決定する。また、このようにして決定した掘
削軌跡に対し、前述したようにｎ個の点P₁〜P_nを近似
し、これら各点P₁〜P_nを単位掘削区間毎のバケット刃先
の目標位置とする。点P₁〜P_nの位置は掘削開始点P₁の位
置を基準にして設定する。そして、これら各目標位置P₁
〜P_n毎にバケット姿勢すなわち前記角度ε_１〜ε_ｎを予
め決めておく。このバケット姿勢εの決定に際しては、
掘削開始時に掘削角δが小さくなるようにするととも
に、掘削中にバケット背部がなるべく土と干渉しない範
囲で掘削角δが小さくなるようにすることにより、掘削
抵抗をできるだけ小さくするようにする。すなわち、こ
の掘削では、ブーム、アームおよびバケットを同時に駆
動することにより、バケットが姿勢ε_１〜ε_ｎをもって
目標位置P₁〜P_nに追従するように仮想線ODを単位角Δψ
（＝ψ/n）ずつ回動させるようにする。

この実施例における自動掘削は第５図に示した手順にし
たがって実行され、以下その概略を説明する。この装置
では、ブーム、アーム、バケットの回動指令および旋回
指令を与える２本の操作レバー11、12の他に、自動掘削
モードを指示する操作ペダル10を設けており、該操作ペ
ダル10の操作（ペダルを踏み続ける）により前記円弧軌
跡に沿った自動掘削が行なわれる。

この操作ペダル10には次の機能を持たせている。

（１）操作ペダル10を踏むことで自動モードを選択し、
かつ掘削開始時点を指示する。

（２）踏み角に応じて作業機速度を可変できる。

（３）自動掘削中、ペダル10を所定角以上踏むことで自
動掘削を終了させる。

（４）排土時（自動モード解除時）、ペダル10を所定角
以上踏むことでそのときのアーム角、ブーム角を記憶さ
せる。次回以降の掘削時、掘削が終了した後ペダル10を
踏んでいると、バケットを水平に保持しつつ前記記憶し
たアーム角およびブーム角に対応する位置にアームおよ
びブームが自動的に移動する。これは同じ位置に排土さ
せるためである。

第５図において、まず、オペレータは操作レバー11.12
の操作によりバケットの刃先を所望の掘削開始位置に移
動させた後（第５図（ａ））、操作ペダル10を踏むこと
により、自動掘削モードを選択するとともに掘削開始位
置を指定する（第５図（ｂ））。すなわち、操作ペダル
10が踏まれたときには、該時点におけるバケット刃先位
置が求められ、該求めた位置を今回掘削時の掘削開始位
置とするようにしている。

いま、ブーム回動点Ａに対する掘削開始位置P₁を（X₁、
Y₁）とすると、この位置（X₁、Y₁）はペダル10が踏まれ
た時点におけるブーム角α_１、アーム角β_１およびバケ
ット角γ_１から、次式 X₁＝l₁cosα_１＋l₂cos（α_１＋β_１）＋l₃cos（α_１＋β_１＋γ_１） Y₁＝l₁sinα_１＋l₂sin（α_１＋β_１） −l₃sin（α_１＋β_１＋γ_１） ……（１）によって求めることができる。

なお、この実施例では前記設定した複数の点P₁〜P_nの車
両（ブーム回動点Ａ）に対する位置を掘削開始時に全て
求めておくのではなく、各単位区間において次の目標位
置をその都度求めるようにして記憶容量を削減するよう
にしている。

掘削開始が指定されると、掘削開始位置に応じて決定し
た掘削軌跡上で単位角Δψ進んだ次の目標位置P₂の座標
が求められる。また、バケットの姿勢も該目標位置P₂に
応じて定まっているので、この目標位置P₂におけるブー
ム角α_２、アーム角β_２およびバケット角γ_２を一義的
に決定することができる。これら作業機の目標角α_２、
β_２、γ_２が決定されれば、現在の各作業機の実角度と
の偏差をとることにより上記地点P₂までバケット刃先を
移動させるための各作業機の目標回動角Δα、Δβ、Δ
γを決定することができる。

第６図は、Δα、Δβ、Δγを求める演算を説明するた
めのもので、ψ_１は水平線と線分ODとのなす角度、w₁は
掘削開始点P₁での線分CDと線分ODとのなす角度、w₂は次
目標位置P₂での線分CDと線分ODとのなす角度である。P₂
の座標を（X₂、Y₂）とすると X₂＝l₁cos（α_１＋Δα）＋l₂cos（α_１＋β_１＋Δα＋Δβ）＋l₃cos（α_１＋β_１＋γ_１＋Δα＋Δβ＋Δγ） ≒X₁ ＋Y₁Δα ＋{l_２cos(α_１＋β_１)＋l₃cos(α_１＋β_１＋γ_１)}Δ
β ＋l₃cos（α_１＋β_１＋γ_１）Δγ ……（２）となり、またX₂は X₂＝X₁＋Ｒ・Δψ・sin（ψ_１＋0.5Δψ） ……（３）とも表わすことができ、上記（２）式のl₂cos（α_１＋
β_１）＋l₃cos（α_１＋β_１＋γ_１）＝l_a、l₃cos（α_１
＋β_１＋γ_１）・Δγ＝l_bとすると、上記（２）、
（３）式から Y₁・Δα＋l_aΔβ＋l_bΔγ ＝−Ｒ・Δψ・sin（ψ_１＋0.5Δψ） ……（４）が成立する。

同様に、 Y₂＝Y₁＋X₁Δα −{l_２sin(α_１＋β_１)＋l₃sin(α_１＋β_１＋γ_１)}Δ
β −l₃sin（α_１＋β_１＋γ_１）Δγ ……（５）＝Y₁−Ｒ・Δψ・cos（ψ_１＋0.5Δψ）……（６）が成立つし、上記（５）式のl₂sin（α_１＋β_１）＋l₃s
in（α_１＋β_１＋γ_１）＝l_c、l₃sin（α_１＋β_１＋γ
_１）Δγ＝l_dとすると、上記（５）、（６）式から X₁Δα＋l_cΔβ＋l_dΔγ ＝ＲΔψ・cos（ψ_１＋0.5Δψ） ……（７）が成立する。

また ψ_１＋w₁＝α_１＋β_１＋γ_１−π/2 ……（８） ψ_１＋Δψ＋w₂＝α_１＋β_１＋γ_１＋Δα ＋Δβ＋Δγ−π/2 ……（９）が成立するため、これら（８）、（９）式から w₂−w₁＝Δα＋Δβ＋Δγ−Δψ ……（10）が成立する。

前記（４）、（７）、（10）式においてΔα、Δβ、Δ
γ以外は全て特定されるためこれら（４）、（７）、
（10）式を解くことにより掘削開始点P₁から次の目標点
P₂までバケット刃先を移動させるための各作業機の回動
角Δα、Δβ、Δγを求めることができる。

このようにして求めた回動角Δα、Δβ、Δγに基づき
各作業機シリンダに対する流量指令を決定するのである
が、この際、各作業機に供給する圧油流量の和Q_s（＝Q
_bm＋Q_am＋Q_bt;Q_bm,ブームに対する流量、Q_am,アームに
対する流量、Q_bt,バケットに対する流量）を操作ペダル
10の踏み角に応じて可変する。

すなわち、前記回動角Δα、Δβ、Δγに基づき基づき
各作業機が必要とする流量配分比（Q_bm:Q_am:Q_bt）を決
定するとともに、操作ペダル10の踏み角θを検出し（第
７図参照）、該検出値θに基づき該検出値θに応じた適
当な馬力一定曲線を選択する（第８図参照）。すなわ
ち、ポンプ流量Ｑとポンプ圧Ｐとの関係から成る馬力一
定曲線がペダル踏み角θに応じて複数本設定されてお
り、検出されたペダル踏み角θに対応する馬力一定曲線
が選択される。そして、該選択した馬力一定曲線に基づ
き現在の実ポンプ圧P_dに対応するポンプ流量Q_dを求め、
このポンプ流量Q_dを前記決定した配分比によって配分す
ることにより各作業機に対する流量指令値を決定する。
すなわち、この場合ペダル踏み角θに応じて、トータル
流量Qsは可変されるが、前記決定した分配比が可変され
ることはない。なお、この際、ブーム、アームおよびバ
ケットが同時に目標角α_２、β_２、γ_２に到達できるよ
う、各時点のブーム角、アーム角、バケット角に基づき
各作業機に供給される実流量を求め、該算出した実流量
に基づき前記配分比を随時調整するようにする。この単
位区間毎の掘削はアームが目標角β_２になったときを終
了とし、アーム角が目標値β_２になった時点で次の区間
の制御に移行する。次の区間においても、前記同様の制
御が行われ、アームが目標角β_３になった時点でこの区
間の制御は終了し、次の区間の制御に移行する。このよ
うな制御が終点P_nまで繰り返し実行されることにより、
バケット刃先は第９図に示したごとく初期位置P₁（α₁,
β₁,γ_１）から円弧軌跡上の目標位置…P₈（α₈,β₈,γ
_８）…P₁₅（α₁₅,β₁₅,γ₁₅）…P₂₀（α₂₀,β₂₀,γ₂₀）
に沿って移動することになる（第５図（Ｃ））。

第10図は上記演算制御の概念構成を示すものである。す
なわち、この自動掘削においては、各単位区間の初めに
次の目標点の座標位置を計算するようにしてメモリ容量
の削減を図るとともに、これら目標位置から求められる
流量指令に実流量値を適当な周期でフィードバックする
ようにして各作業機に対する流量指令を随時補正し、バ
ケット刃先が適正な姿勢で設定した掘削軌跡上を正確に
移動できるようにしている。

尚、掘削途中において操作ペダル10が戻された場合、各
作業機に対する流量指令を零とし、操作レバー11、12に
よって手動操作が行なわれていない限り各作業機は直ち
に停止するようになっている。

また、掘削途中において、操作ペダル10が所定角以上踏
まれたときには、掘削区間が最後まで終了していないと
きでも、すくい上げ（バケットをチルト側に回動し、ブ
ームを上げる）を行って自動掘削を強制的に終了させる
ようにして、ムダ掘りを防止するようにしている。すな
わち操作ペダル10の踏み力と踏み角θとの関係は第11図
に示すごとく２段階になっており、オペレータは掘削中
バケットが充分土砂をすくっていると判断した場合等に
おいて、ペダル10を角度θ_１以上強く踏み込むようにす
る。自動掘削中にペダル10が角度θ_１以上踏み込まれた
場合、該時点からバケットのチルトおよびブーム上げが
行なわれ、自動掘削が強制終了されるようになっている
ので、ムダ掘りをオペレータの判断によって好適に防止
することができる。

また、自動掘削途中に手動レバー11、12による指令が入
力された場合には、安全性のために手動の方を優先と
し、レバー操作が中止された地点から自動掘削を再開す
るようにし、その後残った区間の掘削を行なうようにし
ている。

また、この場合掘削の終了は油圧ポンプのポンプ圧値に
基づき検出されるようになっており、掘削区間がある程
度進んだ掘削後半になって油圧ポンプのポンプ圧が所定
値を超えた時点を掘削終了時と認知するようにしてい
る。この認知後はブームを上昇し、バケットを水平状態
までチルトして掘削を終了させる。このように、油圧ポ
ンプ圧による負荷検出によって掘削終了が検出されるよ
うになっているので、ムダ掘りを防止することができ
る。

この掘削終了後は、バケット傾角を常に水平に保持する
バケット水平保持モードに移行する（第５図（ｄ））。
すなわちこのバケット水平保持モードのときにはブーム
操作レバーおよびアーム操作レバーからの入力指令に応
じてα＋β＋γ＝3/2πを満たすようにバケット角γを
自動制御するようにして、バケット上面を常に水平に保
持する。また、この水平保持モードのときには前記自動
掘削用操作ペダルの操作は無効とする。このような制御
によって、積荷をこぼさないようにするとともに、積込
作業中の操作を簡単にする（バケット操作を不要にす
る）。

この自動モードは、前記バケット水平保持モードの際
に、バケットが手動操作によりダンプ側に所定量以上回
動されたときに解除される。すなわち、バケット水平保
持モード中にオペレータが排土のためにバケットをダン
プ側に所定量以上回動したとき、自動掘削モードが解除
される（第５図（ｅ））。

ところで、自動モードが解除されるとき、操作ペダル10
が前述と同様に所定角θ_１以上踏まれていたとすると
（第11図参照）、このときのブーム角α_ｍとアーム角β
_ｍとを記憶させるようにしている。そして、次回以降の
掘削時において、自動掘削修了後操作ペダルが角度０〜
角度θ_１の範囲で踏まれているときには、前記バケット
水平保持モード時、ブームおよびアームはバケットの水
平状態を保持しつつ前記記憶したブーム角α_ｍおよびア
ーム角β_ｍに対応する位置へ自動的に移動する。このよ
うにして、各掘削時、土砂を同じ位置に排土させるよう
にする。尚、この制御の際、ブームおよびアームに関し
て手動指令が入力されるとブーム、アームに関する自動
動作は中止され、この後ブームおよびアームは手動指令
に従って駆動される。そしてこの後バケットはブームお
よびアームに関する手動指令に応じてその上面が常に水
平に維持されるよう自動的に駆動される。

尚、この掘削において、バケット姿勢は掘削開始時最適
な姿勢となっているとは限らないが、このような場合バ
ケット姿勢を次の区間までに急に最適なものに補正する
のではなく、適当数の区間を設け、これら区間の間に徐
々に最適な角度に補正するようにする。

第１図は前述の各機能を実現する制御構成例を示すもの
で、自動掘削モード指定ペダル10の踏み角θはペダル操
作検出器17によって検出され、検出信号θはコントロー
ラ20に入力される。また、バケットブーム操作レバー11
の操作方向および操作量はレバー位置検出器13および15
によって検出され、これら検出器13および15からバケッ
ト回動指令_ｒおよびブーム回動指令_ｒがスイッチ30
および32に夫々入力される。また、アーム操作レバー12
の操作方向および操作量はレバー位置検出器14によって
検出され、その検出信号であるアーム回動指令_ｒはス
イッ31に入力される。これら操作レバー11.12による指
令信号_ｒ、_ｒ、_ｒはコントローラ20に対しても入
力されている。

スイッチ30.31および32は夫々コントローラ20から入力
される切替制御信号SL₁、SL₂、およびSL₃に基づきその
切替動作を行なうもので、コントローラ20から入力され
る自動掘削時の指令信号_ｃ、_ｃ、_ｃとレバー位置
検出器13.14.15から入力される手動掘削時の指令信号
_ｒ、_ｒ、_ｒとを各別に選択切替するものである。

バケット制御系40は、バケット角γを検出する角度セン
サ41、このバケット角γを微分して実際のバケット回動
速度を検出する微分器42、目標値と実際のバケット回
動速度を示す信号の偏差をとる加算点43、および加算
点43からの偏差信号を０にすべくその偏差信号に応じた
流量の圧油をバケットシリンダ４に供給する流量制御弁
44から構成されている。

同様に、アーム制御系50およびブーム制御系60は、バケ
ット制御系40と同様にそれぞれ角度センサ51.61、微分
器52.62、加算点53.63および流量制御弁54.64を有し、
指令値に一致するようにアームおよびブームを回動制御
する。

尚、これら流量制御系の角度センサ41.51.61によって検
出されたバケット角γ．アーム角．β．ブーム角αはコ
ントローラ20にも入力されている。また、作業機ポンプ
（図示せず）のポンプ圧が油圧センサ70によって検出さ
れ、その検出圧がコントローラ20に入力されている。ま
た、コントローラ20内のメモリ21には自動モードが解除
されたとき操作ペダル10が角度θ_１以上踏まれていたと
すると、そのときのブーム角α_ｍおよびアーム角β_ｍが
記憶される。

かかる構成の作用を第12図に示したフローチャートを参
照して説明する。操作ペダル10が踏まれたとすると、踏
み角θがペダル操作検出記17によって検出され、この検
出角θはコントローラ20に入力され、コントローラ20は
自動堀削モードによる制御を開始する（ステップ10
0）。

自動モードが開始されると、コントローラ20は、角度セ
ンサ41.51.61の出力γ．β．αに基づき該開始時点にお
けるバケット刃先位置P₁を求める（第（１）式参照）。
続いて、コントローラ20はこの算出した堀削開始位置P₁
を前記（４）（７）（10）式から作成された演算プログ
ラムに代入し、バケットが次目標位置P₂においてバケッ
ト姿勢ε_２をとりかつバケット刃先をP₁からP₂まで移動
させる各作業機の所要回動角Δα．Δβ．Δγを計算す
る（ステップ110）。次にコントローラ20はこれら回動
角Δα．Δβ．Δγから各作業機に供給する油の配分比
を決定する。（ステップ120）。

次に、コントローラ20はペダル操作検出器17の検出値θ
をとり込み、該検出値θに対応する馬力一定曲線を選択
し、さらにこのときの油圧センサ70の出力からポンプ圧
P_dを求め、前記選択した馬力一定曲線から該ポンプ圧P_d
に対応するポンプ流量Q_dを求め、このポンプ流量Q_dを前
記配分比をもって配分することにより各作業機に対する
指令信号_c._c._ｃを求め、該指令信号_c._c._ｃ
をスイッチ32.31.30に夫々出力する（ステップ130）。
尚、自動モードが選択されると、スイッチ30.31.32の各
接点はコントローラ20の切替え制御信号SL₁,SL₂,SL₃に
よってコントローラ20側に切替えられており、コントロ
ーラ20からの前記指令信号_c._c._ｃはこれらスイッ
チ32.31.30を介してブーム制御系60.アーム制御系50.バ
ケット制御系40に入力される。

次のステップ140においては、コントローラ20はペダル
操作検出器17の出力に基づきペダル10が踏まれているか
否かを判定し、ペダル10の復帰を検出した場合は各流量
制御系に入力する指定信号_c._c._ｃを直ちに零にす
る（ステップ150）。また、ステップ160においては操作
レバー11.12の操作により手動指令_r._r._ｒが入力
されたか否かが判定され、入力されていた場合は手動指
令を優先する（ステップ170）。すなわち、手動指令が
入力された場合は、スイッチ30.31.32のうち該入力され
た手動指令に対応する作業機のスイッチを操作レバー側
に切換えるようにして操作レバー側からの指令信号を対
応する流量制御系に供給するようにする。

また、ステップ180においては、操作ペダル10がθ_１を
越えた角度まで踏まれているか否かが指定され、踏まれ
ているときは、バケットを水平状態まですくいあげると
ともにブームを上げることにより掘削を終了し（ステッ
プ190）。その後、バケット水平保持モードに移行する
（ステップ230）。このようにして、ムダ掘りを防、止
する。

このように、操作ペダル10と操作レバー11.12の操作態
様に応じてコントローラ20からの指令信号_c._c._ｃ
（操作ペダルがオフのときは零）もしくは手動レバー1
1.12からの指令信号_r._r._ｒが対応する流量制御系
60.40.50に入力され、これによりバケット、アーム、ブ
ームが回動される（ステップ180）。尚、コントローラ2
0は角度センサ41.51.61の出力に基づき各シリンダ8.7.6
に供給される油の実流量を求め、これら実流量値に応じ
て前記配分比を逐次調整するようにしている。

次に、コントローラ20は角度センサ51の検出出力βに基
づきアームが目標角度β_２に達したか否かを判定し（ス
テップ210）、目標角β_２に達していない場合はステッ
プ120に戻り、前記同様の制御を繰り返す。アームが目
標角β_２に達した場合は、堀削終了か否かが判定され
（ステップ220）、終了できない場合はステップ110に戻
り、バケット刃先位置を次の目標位置P₃に移動させる演
算手段を前記同様にして行なう。以下同様にしてステッ
プ200で堀削終了と判断されるまで目標位置P₄、P₅…に
沿ってバケット刃先を移動させる。尚、この場合、堀削
区間が後半になって油圧センサ70の出力値が所定値を越
えた時点を堀削終了時として検出するようにしている。
また、自動堀削中に手動指令が入力された場合コントロ
ーラ20は、該手動指令が中止された時点で手順をステッ
プ110に復帰させ、該手動指令が入力されていた作業機
に対応するスイッチをコントローラ20側に切替え、手動
操作が中止された地点を再スタート点として、全ての作
業機をコントローラ20から指令信号によって再駆動する
ようにする。

ステップ220において堀削終了が判定されると、コント
ローラ20はバケット傾角を水平に制御するバケット水平
保持モードに移行する（ステップ230）。この水平保持
モードにおいては、スイッチ31.32を手動レバー11.12側
に切替え、スイッチ30はそのままコントローラ20側に接
続するようにし、ブームおよびアームは手動指令にした
がって駆動されるようにする。そしてバケットに関して
はα＋β＋γ＝3/2πを満たすようコントローラ20から
指令信号_ｃを出力するようにして、ブームおよびアー
ムが任意に手動操作されてもバケット傾角が常に水平に
なるようにする。このバケット水平保持モード中かにバ
ケットが所定角以上ダンプ側に回動されたとすると、コ
ントローラ20は自動モードを解除する（ステップ24
0）。

自動モードを解除する際には、操作ペダル10がθ_１を越
えた角度まで踏まれているか否かが判定され（ステップ
250）、踏まれているときコントローラ20は、このとき
の角度センサ51および61の出力β_ｍ、α_ｍを取込み、該
取組んだアーム角β_ｍおよびブーム角α_ｍをメモリ21に
記憶する（ステップ260）。そして、次回以降の掘削時
において、自動掘削修了後操作ペダル10が角度０〜角度
θ_１の範囲で踏まれているときには、前記バケット水平
保持モード時ブームおよびアームはバケットの水平状態
を保持しつつ前記記憶したブーム角α_ｍおよびアーム角
β_ｍに対応する位置へ自動的に移動する。このようにし
て、各掘削時、土砂を常に同じ位置に排土させるように
する。なお、この制御の際、ブームおよびアームに関し
て手動指令が入力されるとコントローラ20は、スイッチ
31.32を操作レバー側に切替え、ブームおよびアームを
手動指令に従って駆動するようにする。

尚、上記実施例では、堀削後半になってポンプ圧が所定
の設定値を越えた時点、すなわち作業機にかかる負荷が
一定値を越えたときを堀削終了とし手順をバケット水平
保持モードに移行させるようにしたが、単に分割区間数
を計数し、所定区間数の堀削が終了したときを堀削終了
としてもよく、更にバケットの絶対姿勢を判定し、バケ
ット絶対姿勢がほとんど水平に近づいたときを堀削終了
と判定するようにしてもよい。

また、上記実施例では操作ペダル10が所定角θ_１より深
く踏まれたことを検出することにより、操作ペダルの２
段目までの踏込みを検出するようにしたが、操作ペダル
が第11図に示す角度θ_２まで踏まれたことを検出するよ
うにして、２段目までの踏込みを判定するようにしても
よい。

さらに、ペダル踏み角に応じて各作業機に対する流量指
令の和を可変するための手法も、上記実施例に示したも
のに限らず、ペダル踏み角に応じて第８図に示した所定
の馬力一定曲線を演算によりズラすようにしてもよく、
各作業機に対する流量指令の和が配分比を維持しつつ結
果的に可変されるものであれば、その手法は任意であ
る。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、操作ペダルのみ
の操作による自動掘削制御が可能となり、操作が簡単に
なる。また、この堀削時には堀削抵抗が少なく、かつ荷
こぼれがないように作業機の制御が行なわれるので、作
業効率の向上および掘削時間の短縮を図ることができ
る。さらに、操作ペダルの踏み角に応じて作業機減速を
可変するようにしたので、自動掘削時オペレータは所望
の速度で作業機を駆動することができるようになる。ま
た、自動掘削時操作ペダルを強く踏みこむことで自動掘
削を強制的に終了できるようにしたので、バケットが充
分に土砂をすくっている場合等においてオペレータは自
動掘削を早期中止することができ、ムダ掘りを防止する
ことができる。さらに、排土時操作ペダルを強く踏みこ
むことで排土位置を記憶し、次回以降はこの排土位置ま
で作業機を自動的に移動させるようにしたので、常に同
じ位置に排土することずできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
パワーショベルの外観図、第３図は作業機の長さ、角度
等を定義するために用いた図、第４図は自動堀削軌跡の
設定法を説明するための図、第５図は自動堀削の手順を
説明するための工程図、第６図はΔα、Δβ、Δγを求
める手法を説明するために用いた図、第７図は操作ペダ
ルの一例を示す図、第８図は馬力一定曲線を示す図、第
９図は自動堀削時の各作業機の移動例を示す図、第10図
は目標位置の計算および指令信号の出力態様を概念的に
示す図、第11図は操作ペダルの踏み力と踏み角との関係
を示す図、第12図は第１図のコントローラの動作を説明
するために用いたフローチャートである。１……履帯、２……上部旋回体、３……ブーム、４……
アーム、５……バケット、６……ブームシリンダ、７…
…アームシリンダ、８……バケットシリンダ、10……自
動堀削用操作ペダル、11……バケットアーム操作レバ
ー、12……アーム旋回操作レバー、13.14.15……レバー
位置検出器、17……ペダル操作検出器、20……コントロ
ーラ、21……メモリ、30.31.32……スイッチ、40……バ
ケット制御系、41.51.61……角度センサ、42.52.62……
微分器、43.53.63……加算点、44.54.64……流量制御
弁、50……アーム制御系、60……ブーム制御系、70……
油圧センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の地点によって近似したバケット刃先
の基準移動軌跡とこれら複数の地点にバケット刃先が位
置するときの各バケット姿勢とを予め設定し、自動モー
ドが選択されると、指定された掘削開始位置からこれら
複数の地点に沿ってバケット刃先が移動し、かつこれら
複数の地点においてバケットが前記設定された姿勢をと
るようバケット、アーム、およびブームを前記複数の地
点によって分割した各掘削区間単位に自動的に駆動する
パワーショベルの作業機制御装置において、前記自動モードの選択および掘削開始時を指定する操作
ペダルと、前記操作ペダルの踏み角を検出する踏み角検出手段と、バケット角、アーム角、およびブーム角を検出する角度
検出手段と、前記操作ペダルが踏まれた時点における前記角度検出手
段の検出値を取込み、これら検出値に基づき車両に対す
るバケット刃先位置を求め、該求めたバケット刃先に関
する掘削開始位置に基づき前記設定した複数の地点の車
両に対する位置を算出し、該算出した位置にバケット刃
先を移動させかつバケットを当該地点毎に前記設定した
バケット姿勢とするに要する前記各掘削区間毎のバケッ
ト回動角、アーム回動角およびブーム回動角を算出する
第１の演算手段と、該算出したバケット回動角、アーム回動角およびブーム
回動角に基づき各作業機に供給する圧油流量の配分比を
求め、作業機に供給する圧油の全流量を前記求めた配分
比をもって配分することにより各作業機に対する流量指
令を算出する第２の演算手段と、前記踏み角検出手段の検出値に応じて前記第２の演算手
段で算出した各作業機に対する流量指令の和を前記配分
比を維持しつつ可変する第３の演算手段と、該第３の演算手段から出力され流量指令に基づきバケッ
ト、アームおよびブームを駆動する駆動系とを具えるパ
ワーショベルの作業機制御装置。
【請求項２】前記操作ペダルは踏み角が所定角以上にな
ると該所定角までの踏み力より大きな踏み力を必要とす
るよう構成され、前記第３の演算手段は自動掘削中前記
踏み角検出手段の検出値が前記所定角を越えると、自動
掘削を強制中止する特許請求の範囲第（１）項記載のパ
ワーショベルの作業機制御装置。
【請求項３】複数の地点によって近似したバケット刃先
の基準移動軌跡とこれら複数の地点にバケット刃先が位
置するときの各バケット姿勢とを予め設定し、自動モー
ドが選択されると、指定された掘削開始位置からこれら
複数の地点に沿ってバケット刃先が移動し、かつこれら
複数の地点においてバケットが前記設定された姿勢をと
るようバケット、アーム、およびブームを自動的に駆動
する自動掘削モードと、該自動掘削が修了するとアーム
およびブームに関する手動指令に対応してバケットを水
平に保持するバケット水平モードとを有するパワーショ
ベルの作業機制御装置において、踏み角が所定角以上になると該所定角まで踏み力より大
きな踏み力を要するよう構成され、踏み角が前記所定角
以下のとき自動モードの選択および掘削開始時の指定を
行う操作ペダルと、前記バケット水平モードの際バケットが排土側へ所定量
以上回動されたとき、前記操作ペダルが前記所定角以上
踏まれていたときは、該時点におけるアーム角およびブ
ーム角を記憶する記憶手段と、次回以降の自動モード時のバケット水平モードの際、前
記操作ペダルが踏まれている場合バケットを水平に保持
した状態でブームおよびアームを前記記憶手段に記憶さ
れたブーム角およびアーム角に対応する位置へ自動的に
移動させる手段とを具えるパワーショベルの作業機制御
装置。