JPH11181837A - ショベル系建設機械の自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ショベル系建設機械において、反復作業の自
動化を容易に行えるようにする。 【解決手段】 自動スイッチから操作信号が入力された
ことに伴い、現在検出される旋回位置および作業機械の
姿勢を新たな「復帰データ」として記憶し、前回記憶さ
れた「復帰データ」を新たな「目標データ」として書換
えると共に、上部旋回体および作業装置が「目標デー
タ」の旋回位置および姿勢になるまで自動的に移動する
よう構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種建設作業、土
木作業に用いられる油圧ショベル等のショベル系建設機
械の技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油圧ショベル等のショベル系建
設機械は、旋回自在な上部旋回体と、該上部旋回体に取
付けられる掘削装置等の作業装置を備えているが、この
様なショベル系建設機械において、例えば土砂等を掘削
し、該掘削物をダンプに積込む作業を繰り返して行うよ
うな場合、作業効率の向上やオペレータの疲労軽減を計
るべく作業を自動化することが試みられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記掘削、
積込み作業のうち、掘削作業は、土場の状態や掘削深さ
等の種々の状況に対応した作業をその都度行わなければ
ならないため、完全に自動化することはなかなか難しい
という問題がある。これに対し、積込み作業は、掘削位
置から積込み位置まで上部旋回体を旋回させ、ダンプ等
に積込んだ後、再び上部旋回体を旋回させて掘削位置に
戻るという一連の作業を反復して行うものであって、自
動化しやすいと考えられ、しかもこの積込み作業が自動
化されると、オペレータは前記一連の反復作業から開放
されることになって、作業性が大幅に向上する。そこ
で、前記積込み作業についての自動化が検討されるが、
この場合、ティーチング等の専用の処理が必要である
と、煩雑かつ面倒であるという問題があり、ここに本発
明が解決しようとする課題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創
作されたものであって、上部旋回体、および該上部旋回
体に取付けられた作業装置を作動させるべく制御指令を
出力する制御部を備えたショベル系建設機械において、
前記制御部は、上部旋回体の旋回位置を検出する旋回位
置検出手段と、作業装置の姿勢を検出する姿勢検出手段
と、オペレータが操作する自動スイッチとが接続され、
さらに制御部には、自動スイッチから操作信号が入力さ
れたことに伴い、上部旋回体の現在検出される旋回位置
を新たな復帰位置として記憶し、前回記憶された復帰位
置を新たな目標位置として書換える記憶装置と、該書換
えられた目標位置まで上部旋回体を自動的に旋回せしめ
るための自動制御指令を出力する指令出力手段とが備え
られているものである。そして、この様にすることによ
り、自動スイッチを操作することで、前回自動スイッチ
を操作した旋回位置まで上部旋回体が自動的に復帰する
ことになって、上部旋回体の旋回を反復して行うような
作業の自動化が容易となる。このものにおいて、さらに
制御部に、自動スイッチから操作信号が入力されたこと
に伴い、作業装置を予め設定された旋回姿勢に自動的に
変姿せしめるための自動制御指令を出力する指令出力手
段が備えられているものにおいては、上部旋回体が旋回
するときに作業装置が自動的に旋回姿勢に変姿すること
になって、都合が良い。また、さらに制御部に、自動ス
イッチから操作信号が入力されたことに伴い、作業装置
の現在検出される姿勢を新たな復帰姿勢として記憶し、
前回記憶された復帰姿勢を新たな目標姿勢として書換え
る記憶装置と、該書換えられた目標姿勢に作業装置を自
動的に変姿せしめるための自動制御指令を出力する指令
出力手段とが備えられているものにおいては、オペレー
タが自動スイッチを操作することで、作業装置が前回自
動スイッチを操作したときの姿勢に自動的に復帰するこ
とになって、作業装置についても反復を伴う作業の自動
化が容易となる。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図面において、１は油圧ショベル
であって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行
体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回
体３、該上部旋回体３に取付けられる作業装置４等の各
部から構成され、さらに作業装置４は、基端部が上部旋
回体３に上下揺動自在に支持されるブーム５、該ブーム
５の先端部に前後揺動自在に支持されるアーム６、該ア
ーム６の先端部に前後揺動自在に支持されるバケット７
等の部材から構成されている。

【０００６】また、８は前記上部旋回体３に設けられる
運転席部であって、該運転席部８には、走行用、旋回
用、ブーム用、アーム用、バケット用の操作レバー９、
１０、１１、１２、１３や操作ペダル等の操作具類、作
業モードスイッチやオートデセルスイッチ等のスイッチ
類、モニタパネル等（何れも図示せず）が配されている
が、さらに、後述する自動スイッチ１４、クリアスイッ
チ１５、自動モード表示ランプ１６が配設されている。

【０００７】一方、１７はマイクロコンピュータ等を用
いて構成される制御部であって、該制御部１７は、前記
操作具類、スイッチ類、自動スイッチ１４、クリアスイ
ッチ１５、および上部旋回体３の旋回位置を検出する旋
回用角度センサ１８、ブーム５の上部旋回体３に対する
角度、アーム６のブーム５に対する角度、バケット７の
アーム６に対する角度をそれぞれ検出するブーム用、ア
ーム用、バケット用の角度センサ１９、２０、２１等の
センサ類からの信号が入力されるようになっている。さ
らに制御部１７は、前記各角度センサ１８、１９、２
０、２１から入力される検出値のデータ、および旋回に
適した作業装置４の姿勢として予め設定される設定旋回
姿勢（例えば、超小旋回型油圧ショベルの場合には、作
業装置４の幅が走行体の幅に納まる超小旋回姿勢を設定
旋回姿勢として設定する）のデータ等が記憶されるメモ
リー部２２、ブーム用、アーム用、バケット用の各角度
センサ１９、２０、２１の検出値から作業装置４の姿勢
を演算する演算部２３等が設けられており、そしてこれ
らのデータ、演算結果、および前記操作具やセンサ等か
ら入力される信号に基づいて、前記自動モード表示ラン
プ１６、および走行用、旋回用、ブーム用、アーム用、
バケット用の各油圧アクチュエータへの圧油供給制御を
行う各制御バルブ２４、２５、２６、２７、２８等に対
して制御指令を出力する構成となっている。

【０００８】次に、前記制御部１７における制御手順に
ついて、図４に示すＰＡＤ図に基づいて説明すると、制
御部１７は、クリアスイッチ１５からＯＮの操作信号が
入力された場合、後述する自動モードをＯＦＦすると共
に、自動モード表示ランプ１６に対して消灯指令を出力
し、さらに前記メモリー部２２に記憶されている後述の
「復帰データ」および「目標データ」を初期化する。

【０００９】一方、自動スイッチ１４からＯＮの操作信
号が入力された場合、制御部１７は、旋回用、ブーム
用、アーム用、バケット用の各角度センサ１８、１９、
２０、２１の現在検出される検出値を、新たな「復帰デ
ータ」としてメモリー部２２に記憶すると共に、前回記
憶された「復帰データ」があるときには、該前回の「復
帰データ」を新たな「目標データ」として書換える。こ
のとき、前回記憶された「目標データ」がある場合に
は、これを消去する。さらに、自動モードをＯＮすると
共に、自動モード表示ランプ１６に対して点灯指令を出
力する。

【００１０】そして制御部１７は、前記自動モードがＯ
Ｎのとき、旋回用、ブーム用、アーム用、バケット用の
各角度センサ１８、１９、２０、２１の現在検出される
検出値の全てが、前記メモリー部２２に記憶されている
「目標データ」に一致しているか否かを判定する。ここ
で、全て一致していると判定された場合には、自動モー
ドをＯＦＦすると共に、自動モード表示ランプ１６に対
して消灯指令を出力する。

【００１１】一方、前記角度センサ１８、１９、２０、
２１の検出値の何れかが「目標データ」と一致していな
いと判定された場合には、自動作動制御が実施される。
この自動作動制御においては、まず制御部１７は、ブー
ム用、アーム用、バケット用の各角度センサ１９、２
０、２１の現在検出される検出値から、作業装置４の姿
勢が前記データ部２２に記憶されている設定旋回姿勢で
あるか否かを判定する。ここで、設定旋回姿勢でないと
判定された場合には、制御部１７は、ブーム用、アーム
用、バケット用の各制御バルブ２６、２７、２８に対
し、作業装置４が設定旋回姿勢となるよう制御指令を出
力する。このとき作業装置４は、バケット７に積載され
た土砂等がこぼれないよう、バケット７が水平姿勢に維
持された状態で設定旋回姿勢に変姿するように制御され
る。

【００１２】そして、前記作業装置４が設定旋回姿勢に
なったと判定された場合、続けて制御部１７は、上部旋
回体３の現在検出される旋回位置が「目標データ」の旋
回位置であるか否かを判定する。ここで、「目標デー
タ」の旋回位置でないと判定された場合には、制御部１
７は、旋回用制御バルブ２５に対し、「目標データ」の
旋回位置に達するまで旋回するよう制御指令を出力す
る。

【００１３】さらに、上部旋回体３の旋回位置が「目標
データ」の旋回位置に到達したと判定された場合、続け
て制御部１７は、ブーム用、アーム用、バケット用の各
角度センサ１９、２０、２１の現在検出される検出値か
ら、作業装置４の姿勢が「目標データ」の姿勢になって
いるか否かを判定する。ここで、なっていないと判定さ
れた場合には、制御部１７は、ブーム用、アーム用、バ
ケット用制御バルブ２６、２７、２８に対し、作業装置
４の姿勢が「目標データ」の姿勢となるよう作動指令を
出力する。このとき、まずブーム５、アーム６が「目標
データ」の角度となってから、バケット７が「目標デー
タ」の角度となるよう制御されるが、ブーム５、アーム
６の作動中、バケット７は水平姿勢を維持するよう制御
される。

【００１４】そして、作業装置４の姿勢が「目標デー
タ」の姿勢になり、これによって旋回用、ブーム用、ア
ーム用、バケット用の各角度センサ１８、１９、２０、
２１の検出値が全て「目標データ」と一致した場合に
は、前述したように、自動モードをＯＦＦすると共に、
自動モード表示ランプ１６に対して消灯指令が出力され
る。

【００１５】また、自動スイッチ１４からＯＮの操作信
号が入力されたとき、前回記憶された「復帰データ」が
ない場合には、制御部１７は新たな「目標データ」を設
定することができない。この場合、制御部１７は、ブー
ム用、アーム用、バケット用の各制御バルブ２６、２
７、２８に対し、作業装置４が設定旋回姿勢となるよう
作動指令を出力し、該作業装置４が設定旋回姿勢となっ
た後に、自動モードをＯＦＦすると共に、自動モード表
示ランプ１６に対して消灯指令を出力する。

【００１６】叙述の如く構成されたものにおいて、土砂
等を掘削し、該掘削物をダンプ等に積込む作業を繰り返
し行うような場合、該作業を開始するにあたり、オペレ
ータは、まずクリアスイッチ１５をＯＮ操作してメモリ
ー部２２に記憶されている過去の「復帰データ」および
「目標データ」を初期化する。それから、走行用、旋回
用操作レバー９、１０を操作して油圧ショベル１を掘削
位置まで移動させた後、ブーム用、アーム用、バケット
用操作レバー１１、１２、１３を適宜操作して所要の掘
削作業を行う。尚、前記クリアスイッチ１５のＯＮ操作
は、自動スイッチ１４をＯＮ操作する前であれば、掘削
作業の前後等、何れの時点で行っても良い。前記掘削作
業の終了後、自動スイッチ１４をＯＮ操作すると、旋回
用、ブーム用、アーム用、バケット用の各角度センサ１
８、１９、２０、２１の現在検出される検出値、つまり
掘削作業終了時の作業装置４の姿勢および旋回位置が、
新たな「復帰データ」としてメモリー部２２に記憶され
ると共に、自動モードがＯＮとなって、作業装置４が自
動的に前記設定旋回姿勢に変姿する。このとき、メモリ
ー部２２には「目標データ」が記憶されていないため、
次に自動スイッチ１４がＯＮ操作されるまでこれ以上の
自動作動制御は実施されない。前記作業装置４が設定旋
回姿勢となった後、オペレータは、旋回用操作レバー１
０を操作して、ダンプに掘削物を積込む積込み位置まで
上部旋回体３を旋回させてから、ブーム用、アーム用、
バケット用操作レバー１１、１２、１３を操作して掘削
物をダンプに積込む。前記積込み作業が終了したら、次
いでオペレータは自動スイッチ１４をＯＮ操作する。こ
れにより、旋回用、ブーム用、アーム用、バケット用の
各角度センサ１８、１９、２０、２１の現在検出される
検出値、つまり積込み作業終了時の作業装置４の姿勢お
よび旋回位置が新たな「復帰データ」としてメモリー部
２２に記憶され、かつ、前回記憶された「復帰デー
タ」、つまり掘削作業終了時の作業装置４の姿勢および
旋回位置が新たな「目標データ」として書換えられると
共に、自動モードがＯＮとなる。そしてこれに伴い、作
業装置４が自動的に設定旋回姿勢に変姿し、次いで上部
旋回体３が「目標データ」の旋回位置まで自動的に旋回
した後、作業装置４が「目標データ」の姿勢に自動的に
変姿して、自動モードがＯＦＦになる。つまり、積込み
作業終了後に自動スイッチ１４をＯＮ操作することによ
り、油圧ショベル１は、前回自動スイッチ１４をＯＮ操
作したとき、即ち掘削作業終了時の作業装置４の姿勢お
よび旋回位置に自動的に復帰する。そして前記復帰後、
再びブーム用、アーム用、バケット用操作レバー１１、
１２、１３を操作して掘削作業を行ってから（該掘削作
業を行うにあたり、必要に応じて旋回用操作レバー１０
を操作して旋回位置の調整を行っても良い）、自動スイ
ッチ１４をＯＮ操作する。これにより、前回自動スイッ
チ１４をＯＮ操作した場合と同様にして「復帰データ」
および「目標データ」が書換えられ、作業装置４の設定
旋回姿勢への変姿、上部旋回体３の積込み位置への旋
回、作業装置４による掘削物のダンプへの積込みが自動
的になされる。

【００１７】この様に、本発明が実施された形態におい
ては、掘削、積込み作業を繰り返して行うような場合、
操作レバー１１、１２、１３による掘削作業の終了後に
自動スイッチ１４をＯＮ操作することにより、作業装置
４の設定旋回姿勢への変姿、上部旋回体３の積込み位置
への旋回、作業装置４による掘削物のダンプへの積込み
が自動的に行われ（前述したように、自動スイッチ１４
のＯＮ操作が初回の場合には、作業装置４の設定旋回姿
勢への変姿のみが自動的に行われる）、さらに積込み作
業の終了後に自動スイッチ１４をＯＮ操作することで、
作業装置４の設定旋回姿勢への変姿、上部旋回体３の掘
削位置への旋回、作業装置４の掘削姿勢への変姿が自動
的に行われることになる。

【００１８】この結果、土場の状態や掘削深さ等の種々
の状況に対応した作業をその都度行わなければならない
掘削作業については、ブーム用、アーム用、バケット用
操作レバー１１、１２、１３を用いて手動操作で行う一
方、積込み位置まで旋回して積込み作業を行い、該積込
み作業の終了後再び掘削位置に戻るという一連の反復作
業については自動スイッチ１４を操作することで自動的
に行われることになって、作業性が大幅に向上する。

【００１９】しかも前記自動作業は、オペレータが自動
スイッチ１４をＯＮ操作するだけで、前回自動スイッチ
１４をＯＮ操作したときの作業装置４の姿勢および旋回
位置に自動的に復帰するという簡単な構成であるから、
ティーチング等の専用の処理が何ら必要なく、自動作業
を容易かつ迅速に開始できる。

【００２０】さらに前記自動作業中に、掘削または積込
みの姿勢、位置を変更したい場合には、自動スイッチ１
４をＯＮ操作する前に旋回用、ブーム用、アーム用、バ
ケット用操作レバー１０、１２、１３、１４を用いて姿
勢、位置の変更を行い、その後、自動スイッチ１４をＯ
Ｎ操作すれば、次回は変更された姿勢、位置に復帰する
ことになり、もって自動作業の変更を容易に行えるとい
う利点がある。

【００２１】尚、本発明は上記実施の形態に限定されな
いことは勿論であって、自動作業としては積込み作業に
限定されることなく、積卸し作業、荷役作業、穴掘り作
業等の走行を伴わない反復作業に広く実施できる。ま
た、本発明を、遠隔操作方式の油圧ショベルに実施する
場合には、自動モード表示ランプを上部旋回体の上方部
位に配置すれば、自動制御中であることを遠方からでも
確認できることになって、都合が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧ショベルの掘削、積込み作業を示す説明図
である。

【図２】制御部の入出力を示すブロック図である。

【図３】制御部における制御手順を示すＰＡＤ図であ
る。

【図４】自動作動制御の制御手順を示すＰＡＤ図であ
る。

【符号の説明】

１ 油圧ショベル ３ 上部旋回体 ４ 作業装置 １４ 自動スイッチ １７ 制御部 １８ 旋回用角度センサ １９ ブーム用角度センサ ２０ アーム用角度センサ ２１ バケット用角度センサ ２２ メモリー部

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 秀男 東京都世田谷区用賀四丁目10番１号 新キ ャタピラー三菱株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部旋回体、および該上部旋回体に取付
   けられた作業装置を作動させるべく制御指令を出力する
   制御部を備えたショベル系建設機械において、前記制御
   部は、上部旋回体の旋回位置を検出する旋回位置検出手
   段と、作業装置の姿勢を検出する姿勢検出手段と、オペ
   レータが操作する自動スイッチとが接続され、さらに制
   御部には、自動スイッチから操作信号が入力されたこと
   に伴い、上部旋回体の現在検出される旋回位置を新たな
   復帰位置として記憶し、前回記憶された復帰位置を新た
   な目標位置として書換える記憶装置と、該書換えられた
   目標位置まで上部旋回体を自動的に旋回せしめるための
   自動制御指令を出力する指令出力手段とが備えられてい
   るショベル系建設機械の自動制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、さらに制御部には、
   自動スイッチから操作信号が入力されたことに伴い、作
   業装置を予め設定された旋回姿勢に自動的に変姿せしめ
   るための自動制御指令を出力する指令出力手段が備えら
   れているショベル系建設機械の自動制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、さらに制御
   部には、自動スイッチから操作信号が入力されたことに
   伴い、作業装置の現在検出される姿勢を新たな復帰姿勢
   として記憶し、前回記憶された復帰姿勢を新たな目標姿
   勢として書換える記憶装置と、該書換えられた目標姿勢
   に作業装置を自動的に変姿せしめるための自動制御指令
   を出力する指令出力手段とが備えられているショベル系
   建設機械の自動制御装置。