WO1990001586A1 - Procede et dispositif de commande des parties de travail d'une pelle mecanique - Google Patents

Description

一 一 明 細 書 パワ ー シ ョ ペルの作業機制御方法お よ び装置 技 術 分 野

こ の発明 は作業機 と してバケ ツ 卜 、 ア ー ム 、 ブー ム を備えたパワ ーシ ョ ベルの自動掘削 に 関する技術に関 する 。 背 景 技 術

周知の よ う に 、 パワ ー シ ョ ベルは作業機 と してパケ ッ 卜 、 ア ー ム 、 ブー ムを有 し 、 これ ら作業機はバケ ツ 卜 シ リ ンダ、 ア ー ムシ リ ンダお よ びブー ムシ リ ンダに よ っ て各別 に駆動され、 バケ ツ 卜 を所望の軌跡 と姿勢 で移動させる に は各シ リ ンダの伸縮を周時制卸する こ とが不可欠である 。

このた め 、 バケ ツ 卜 を所望の軌跡 と姿勢で移動させ る に は 、 オペ レ ー タ がバケ ツ 卜 、 ア ー ム 、 ブー ムのそ れぞれに対応する操作 レバー を周時に あるい は交互に 操作 しなければな らず、 操作に熟練を要 し て いた 。

ま た 、 未熟練者は掘削時に 、 バケ ツ 卜 刃先を進行方 向 に向けなか っ た り 、 パケ 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 ツ 卜 刃先の移動軌跡 （ 例えば、 直線、 円弧等） およびこれらの軌跡に対するバケツ 卜姿勢を 設定 しておき、 この軌跡に沿 っ てパケッ ト刃先が移動 するよう にバケツ 卜 、 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。

しか しなが ら、 これら從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。

また、 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。

また、 従来装置においては、 掘削軌跡は固定であ り 、 このためバケツ 卜 が掘削途中に硬い土砂や障害物等に 当 っ た ときでもバケツ 卜 は前記設定 した掘削軌跡通 り に動こう と して、 この結果 リ リ ーフ ロ スが発生 し、 効 率が低下する という 問題点がある。

さ らに従来装置にあ っ ては、 ポンプ出力の有効利用 という面で今一つ不満足なものであ っ た。 すなわち従 来装置にあ っ ては、 各作業機についての所要回動角に 基づき各作業機に対するポンプ流量の配分比を求め、 実ポンプ圧から決定されるポンプ流量をこれら配分比 をも っ て配分するこ とによ り各作業機に対する流量指 一 — 令を求める よ う に し て いる 。 と ころで 、 一般に ポンプ か ら供給される油 は負荷が軽い作業機に対 して流れや すい と い う 傾向があるが、 従来装置において は前記配 分比か ら算出さ れた流量指令値をその ま ま 各作業機に 対 して入力 するよ う に し て いた 。 このた め負荷が軽い 作業機に対 して は、 流量指令に対応 した躉以上の油が 流れ、 負荷が重い作業機に は流量指令に対応 し た量よ り 少ない油 しか流れず 、 こ の結果分配比通 り に油が分 配されない こ と になる 。 ま た 、 ポンプ と作業機パルプ と の相対動作に よ っ て各作業機に対す る油の実流量が 決ま るわけであるが 、 油 はポンプか ら各作業機に対 し て指令値に対応 し た量だけ正確に流れる と い う わけに はいかず 、 実際の流量値は各作業機に対する流量指令 の和よ り 小さ く なるのが実情である 。 そ して 、 こ の結 果、 リ リ ー フ ロ ス 、 ポンプエネルギ ー の ロ スが発生 し 、 ひいて は掘削時間の増大をもた ら す こ と になる 。

こ の発明 は、 こ の よ う な実情に鑑みて なされた もの で、 簡単な操作で作業機が掘削 に最適な動作をする よ う に自動制御 し 、 掘削積込作業の効率を向上させる こ とができるパワ ーシ ョ ベルの作業機制御方法お よび装 置を提供する こ と を目 的 と する。

ま た 、 こ の発明では、 操作ペダルの簡単な操作で最 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 ぺ ルの作業機制御方法および装置を提供するこ とを目 的 とする。

ま た、 この発明では、 設定 した軌跡を実負荷に応じ て修正するよう に して リ リ ーフ ロ スを低減する と とも に、 軌跡を修正 した ときでも常に一定土量の掘削をな し得るよう にするこ とを目 的とする。

さ らに、 この発明では、 ポンプ出力を有効に利用 し て作業機を駆動するこ と によ り掘削効率を向上させる よう に したパワ ーシ ョ ベルの作業機制御装置を提供す るこ とを目 的 とする。 発 明 の 開 示

この発明では、 自動モー ドを指定する自動モー ド指 定手段と、 自動モー ドによる掘削開始時点を検出する 自動モー ド開始検出手段と、 バケツ 卜角、 アーム角お よびブー ム角を検出する角度検出手段と、 前記自動モ 一 ド開始検出手段の出力に基づき掘削開始時点におけ る前記角度検出手段の検出値を取 り込み、 これら検出 値に基づき車両に対するバケツ 卜刃先位置を求める第 1 の演算手段と、 複数の地点によ っ て近似 したバケツ 卜刃先の基準移動軌跡とこれら複数の地点にバケツ ト 刃先が位置する ときの各バケツ 卜姿勢 とが予め設定さ れ、 前記第 1 の演算手段によ っ て求めた掘削開始位置 に基づき前記設定 した複数の地点の車両に対する位置 を前記複数の地点によ っ て分割 した各掘削区間毎に 1 - - 位置ずっ箅出する と とあに、 該箅出 した位置にバケツ 卜刃先を移動させかつバケツ 卜 を当該地点毎に前記設 定 したバケツ 卜姿勢 とするに要するバケツ 卜 回動角、 アーム回動角およびブー ム回動角を前記各掘削区間毎 に算出する第 2 の演算手段 と、 前記各掘削区間毎に算 出 したバケ ツ 卜 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 各掘削区間毎に求め、 前記圧力検出手段の検出ポンプ 圧か ら求めたポンプ流量 と前記求めた配分比 と に基づ き各作業機に対する流量指令を算出 し出力する第 3 の 演箅手段 と 、 前記角度検出手段の出力 に基づきア ーム 角が各掘削区間毎の目標角に達 した時点を検出 し、 該 検出時点において前記第 2 および第 3 の演算手段によ る演算制御を当該掘削区間の演算制御か ら次の掘削区 間の演算制御に移行させる掘削区間終了検出手段 と、 前記自動モー ド指定手段によ っ て自動モー ドが指定さ れる と、 前記第 3 の演算手段か ら出力される各流量指 令を手動指令優先で手動指令に代えて出力する切替手 段 と、 前記自動モー ドによる自動掘削の終了を検出す る自動掘削終了検出手段 とを具えるよう にする。

かかる本発明の構成によれば、 まず、 手動操作によ つ てバケツ 卜刃先を掘削開始位置に移動させた後、 自 動モー ド指定手段によ っ て自動モー ドを選択 した とす る と、 前記自動モー ド開始検出手段に よ っ て掘削開始 が検出され、 その後、 バケ ツ 卜刃先が設定 した基準移 動軌跡に沿 っ て移動 しかつバケツ 卜 が該基準移動軌跡 上の複数の地点において設定 した姿勢となるようパケ V 卜 、 アームおよびブームが自動制御される。 すなわ ち、 掘削開始時点における前記角度検出手段の検出値 から掘削開始位置が求め られ、 この掘削開始位置から 前記設定 した移動軌跡に沿っ た次の目標位置の車両に 対する座標が求め られる。 そ して、 次の目標位置でパ ケッ 卜 が設定 した姿勢を と り かつ掘削開始位置から次 の目標位置までバケツ 卜刃先を移動させるに要するパ ケッ 卜 回動角、 アーム回動角、 ブーム回動角が求め ら れ、 更にこれら求めた回動角から各作業機に供給する 圧油流量の配分比が求め られる。 ま すこ 、 予め設定 した ポンプ圧とポンプ流量の所定の関係と実ポンプ圧とか ら作業機ポンプの流量値を求め、 この流量値を前記配 分比で分配するこ とによ り各作業機に対する流量指令 を算出 し、 この流量指令を各作業機に対 して出力する。 各掘削区間毎の制御はアーム角が目標角に到達するこ とによ り終了 し、 制御は次の掘削区間に移行する。 こ のよう な制御を自動掘削終了が検出されるまで繰り返 す。 自動掘削中は常に手動操作が優先される。

したが っ て、 本発明によれば、 操作ペダル、 操作ボ タ ン等の自動モー ド指定手段のみの簡単な操作によ つ て作業効率のよい掘削軌跡に沿 っ た全自動掘削制御が 可能となる と ともに、 この掘削時には掘削抵抗が少な く 、 かつ荷こぼれがな く 、 さ ら にポンプ出力を有効利 一 — 用する 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。

ま た こ の発明で は、 複数の地点に よ っ て近似 し たバ ケ ッ 卜 刃先の基準移動軌跡 と こ れ ら複数の地点にパケ ッ 卜 刃先が位置する と きの各バケ ツ 卜 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 ツ 卜 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 ツ 卜 刃先位置 を求め 、 該求めたバケ ツ 卜 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 ツ 卜 刃先を移動させ かつバケ ツ 卜 を当該地点毎に前記設定 したバケ ツ 卜 姿 勢 とする に要する前記各掘削区間毎のバケ ツ 卜 回動角 、 ア ー ム回動角お よびプー 厶回動角を算出する第 1 の演 算手段 と 、 該算出 したバケ ツ 卜 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 一 s — 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ツ 卜 、 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。

かかる構成では、 第 3 の演算手段には前記踏み角検 出手段によ つ 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。

前記操作ペダルには自動掘削の強制中止機能がもた せられ、 前記操作ペダルの踏み角が所定角を超える と 掘削は強制中止される。

また操作ペダルにブーム角、 アーム角の記憶指示機 · 能をもたせるこ ともでき、 自動掘削終了後バケツ 卜 を 水平に保持するバケツ ト水平モー ドの際バケツ 卜 が排 土側に所定量以上回転された とき、 操作ペダルが所定 角以上踏まれていた場合には、 この ときのアー ム角、 ブーム角を記恒させ、 次回以降のバケツ 卜水平モー ド の際、 操作ペダルが踏まれている ときにはバケツ 卜 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 し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。

このよう にこの発明では、 操作ペダルの踏み角に応 じて作業機速度を可変する 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 ツ 卜 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 億 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 とができる 。

ま た 、 こ の発明で は 、 複数の地点に よ っ て近似 した バケ ツ 卜 刃先の基準移動軌跡 と こ れ ら複数の地点にパ ケ ッ 卜 刃先が位置する ときの各バケ ツ 卜 姿勢 と を予め 設定 し 、 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 ツ 卜 刃先が移動 し 、 かつ こ れ ら複数の 地点においてバケ ツ 卜 が前記設定された姿勢を とるよ う パケ 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回動するよ う に し た構成において 、

負荷を検出する負荷検出手段 と 、 自動掘削中、 前記 負荷検出手段の検出値が第 1 の設定値以上に な っ た場 合 、 前記検出値が第 1 の設定値よ り 小さ い第 2 の設定 値になるま でブー ムを上昇駆動 し 、 該上昇駆動 し たパ ケ ッ 卜 刃先位置を再ス タ ー 卜 点 と し て残 っ た区間の自 動掘削を再開する第 1 の手段と、 前記自動掘削再開後、 自動掘削が所定の区間まで終了する と、 掘削当初から 該所定の区間までの掘削体積と残り 区間の掘削体積を 加算 し、 ブームの上昇駆動を行なわない場合の基準移 動軌跡による掘削体積か ら前記加算値を減算 し、 該減 箅値に対応する体積分の直線掘削を行なう 区閭を前記 残り 区間の前に追加する第 2 の手段とを具えるよう に する。

かかる構成によれば、 前記第 1 の設定値は例えばり リ ーフ圧よ り 少し小さい値に設定する。 このため作業 機負荷が大き く な つ た場合、 油が リ リ ーフ する前にプ ームが上昇 し負荷を小さ く する。 このブームの上昇は 負荷が第 2 の設定値まで小さ く な つ た時点で停止し、 以後その位置を再スタ ー 卜点と して残っ た区間の自動 掘削を再開する。 また、 その後自動掘削が例えば中藺 地点等の所定の区間まで終了する と前記第 2 の手段に よ っ て直線掘削区間が追加される。

このよう にこの発明では、 設定 した軌跡を実負荷に 応じて痉正するよう に したので、 リ リ ーフ ロ スが好適 に低減される と ともに、 実掘削体積に応じた長さの水 平掘削区間を設けるよう に したので軌跡を修正 した と きでも掘削土量を常に均一にすることができる。

さ ら にこの発明では、 作業機ポンプのポンプ圧を検 出するポンプ圧検出手段と、 指定された掘削開始時点 におけるバケツ ト角、 アーム角およびブーム角の検出 一 値を取込み、 これ ら検出値に基づき車両に対するバケ ッ 卜 刃先位置を求め 、 該求めたバケ ツ 卜 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 ツ 卜 刃 先を移動させかつバケ ツ 卜 を当該地点毎に前記設定 し たバケ ツ 卜 姿勢 とする に要する各掘削区間毎のバケ ツ 卜 回動角、 ア ー ム回動角お よびブー ム回動角を求め 、 これ ら各掘削区間毎の回動角 に基づき各作業機に供給 する圧油の流量配分比を求める第 1 の制御手段 と 、 所 定馬力 を得る ポンプ圧 と ポンプ流量 と の関係が設定さ れ、 こ れ ら設定関係 と ポンプ圧検出手段の検出ポンプ 圧 と か ら決定 した ポンプ流量を前記求めた配分比をも つ て配分する こ と に よ り 各作業機の流量指令を求め、 更に負荷が最も大きい作業機に対 して は前記求めた流 量指令よ り 大きな指令を出力 し 、 他の 2 つ の作業機に 対 して は前記求めた流量指令を出力 する第 2 の制御手 段 と 、 第 2 の制御手段か ら 出力 さ れる流量指令に基づ きバケ ツ 卜 、 ア ー ムおょ ぴブー ムを駆動する駆動系 と を具える よ う にする 。

前記第 2 の演算手段に よ っ て負荷が最も大きい作業 機 （ 通常ア ー ム 〉 に対 して は配分比お よびポンプ圧 と ポンプ流量 との関係か ら算出 し た流量指令よ り 大きな 値の指令を出力 し 、 他の 2 つ の作業機に対 して は算出 した流量指令値どお り の指令を出力 する こ と に よ り 、 流量指令値の和をポンプ圧よ り 決ま る ポンプ流量よ り 大きな値とする。 この結果、 各作業機へは算出 した配 分比どお り の流量で油が流れるこ とにな り 、 リ リ ーフ ロ スおょぴポンプ出力の損失が低減され、 これによ り 、 ポンプ出力を有効に利用するこ とができ、 掘削効率を 上げるこ とができる。 図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の第 1 の実施例を示すプロ ッ ク図、 第 2^Y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 掘削軌跡の設定法を説明するための図、 第 5 図は自動 掘削の手順を説明するための工程図、 第 6 図は掘削軌 跡の回転態様を示す図、 第 7 図は Δ β . 厶ァ を 求める手法を説明するために用いた図、 第 8 図は馬力 一定曲線を示す図、 第 9 図は自動掘削時の各作業機の 移動例を示す図、 第 1 0 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 1 1 図は自動 掘削中に手動指令が入力された際の掘削態様を示す図、 第 1 2 図はバケツ 卜姿勢初期セ ッ 卜モー ドを説明する ための図、 第 1 3 図は第 1 の実施倒のコ 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 、 第 1 4 図は掘削開始時を判定するためのポンプ圧と設定値と の関係を示す図、 第 Ί 5 図はこの発明の第 2 の実施例 について操作ペダルの一例を示す図、 第 1 6 図は馬力 一定曲線を示す図、 第 1 7 図は操作ペダルの踏み力 と 一 — 踏み角 との関係を示す図、 第 1 8 図は第 2 の実施例の コ ン ト ロ ーラの動作を説明するために用いたフ ロ ーチ ヤ ー 卜 、 第 1 9 図はこの発明の第 3 の実施例について ポンプ圧 と 設定値 と の 関係を説明する た め の 図、 第 2 〇 図は同第 3 の実施例のブー ム上昇の際の軌跡の変 化を示す図、 第 2 1 図は同第 3 の実施例で水 ^掘削区 P を設けた掘削例を説明するための図、 第 2 2 図は第 3 の実施例のコ ン 卜 ロ ーラの動作を説明するために用 いたフ ロ ーチ ヤ一 卜 、 第 2 3 図は本発明の第 4 の実施 例の制御構成例を示すプロ ッ ク図、 第 2 4 図は流量指 令決定の手法を説明するに用いた図、 第 2 5 図はこの 第 4 の実施例のコ ン ト ロ ーラの作用を示すフ ロ ーチ ヤ 一 卜である。 発明が実施 し ょ う とする最良の形態 以下、 本発明を添付図面に示す実施例を参照 して詳 細に説明する。

まず、 この発明の第 1 の実施例について第 1 図〜第 1 4 図に したが っ て説明する。

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 ツ 卜 5 が軸支されてお り 、 これらブ ー ム 3 、 ア ー ム 4 およびパケ ッ ト 5 はブー ムシ リ ンダ 6 、 ァ一ムシ リ ンダ 7 およびパケ ッ 卜 シ リ ンダ 8 によ つ て各別に回転 m動される。

<_しで、 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 をァ ーム回動点、 点 Cをバケツ 卜 回動点、 点 Dをパケ ッ 卜刃先点と し、

1 ； 点 A 、 B 一の長さ

i 2 ； 点 B、 C間の長さ

i 3 ； 点〇、 D 間の長さ 4

a » 分 A B と垂直軸 とのなす角 （ブーム角 ） B • ¾分 B C と鎳分 A B の延長線とのなす角 （ ァ

一ム角 ）

r ， 77 C D 線分 B Gの延長線とのなす角 （パ ケッ 卜角

δ ： 掘削方向 u とバケツ 卜 の底板のなす角 （掘削 角 ）

e ； 掘削方向 u と線分 〇 D のなす角

とする 。 尚、 バケツ 卜姿勢は角度 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 なパ ケッ 卜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 の円弧執跡であ Ό 、 こ の ffl弧軌跡を π 個の点 Ρ 1 ， Ρ 2 , …， Ρ _η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 一 — 示ハ ッ チング部 ） はパケッ ト の満杯量に所定数 k い 1 〜 3 ) を掛けたもの と し 、 掘削深さ dは線分 G Dの 長さ （ = ^ 3 ) に所定数 e ( = 0. 1 〜 1 . 5 ) を掛 けた値 と し 、 更に角度 øは 1 0 ^¾ 〜 1 8 0⁴ の間の適 宜の値 とする。 これ らの値 k , θ , øと円弧の半径 R は土質、 バケツ 卜形状、 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 π個の点 P 1 〜 P _π を 近似 し、 これ ら各点 P i 〜 Ρ _η を単位掘削区間毎のパ ケッ 卜刃先の目標位置 とする。 なお、 点 Ρ 2 〜 Ρ _η の 位置は掘削開始点 P i の位置を基準に して設定する。 そ して、 これら各目標位置 P i 〜 P _n 毎にパケッ ト姿 勢すなわち前記角度 ε ι 〜 ε _η を予め決めてお く 。

このバケツ 卜姿勢 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 とおに、 掘削中 にバケ ツ 卜背部がなるべ 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 とで、 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、 アームおよびバケツ 卜 を同時に駆動する こ とによ り 、 パケッ ト が姿勢 s i 〜 ε _η をも っ て 目標 位置 Pi 〜 Ρ _η に追従するよ う に仮想線 O Dを単位角 Δ Φ ( = 0 Ζ π 〉 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、 バケツ 卜 の回動指令お よび旋回指令を与える 2本の操作レパー ^ 1 1 、 1 2 の 他に、 自動掘削モー ドを指示する操作ペダル 1 0 を設 けてお り 、 該操作ペダル 1 0 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。

まず、 オペ レータ は操作ペダル 1 1 、 1 2 の操作に よ りバケツ 卜 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 1 0 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 1 0 が踏まれた ときには、 該時点におけるバケツ 卜刃 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。

いま 、 ブーム回動点 Aに対する掘削開始位置 P i を ( X 1 、 Y 1 ) とする と、 この位置 （ Χ ι 、 Υ Λ ) は ペダル 1 0 が踏まれた時点におけるブーム角 C 、 ァ ーム角 5 1 およびバケツ 卜角 ァ 1 から 、 次式

X 1 = cos + i 2 cos ( i + β i )

+ 3 cos ( a + β ι + r 1 )

Y 1 = 1 sin ひ 1 + sin ( a i + β i )

+ i 3 sin ( 1 + β i + r i )

… （ 1 ) によ っ て求めるこ とができる。

ところで、 この実施例では第 6 図に示すごと く 、 前 一 — 記検出 し た 掘削 開 始位置 P 1 と 予 め設定 し た 所定点 P _a と の位置関係か ら地形の傾斜角 を想定 し 、 こ の 傾斜角 0 に応 じ て前記円弧軌跡を回転 し 、 該回転 し た 円弧軌跡に追従 した 自動掘削を行な う よ う に し て いる 。 前記所定点 P _a は履帯 1 の前方の適当 な位置に設定 し 、 これに よ り 地形の変化に ある程度対応できる よ う にな る 。

すなわち 、 こ の自動掘削 に おいて は 、 オペ レ ー タ が 掘削開始位置のみを指定すれば今回掘削時の最適な掘 削軌跡お よ びバケ ツ 卜 姿勢が決定さ れる よ う に演算ァ ルゴ リ ズムが予め設定されて いる 。 なお、 こ の実施例 で は前記設定 した複数の点 P i 〜 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 厶 ø 進 ん だ次 の 目 標位置

P 2 の座標が求め られる 。 ま た 、 バケ ツ 卜 の姿勢も該 目 標位置 P 2 に応 じて定 ま っ ているので、 こ の 目 標位 置 P 2 に おけるブー ム角 《 2 、 ア ー ム角 3 2 お よぴパ ケ ッ 卜 角 ァ 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 ひ 2 、 β 2 、 7 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 Ρ 2 ま でバケ ツ 卜 刃先を移動させるた めの各作 業機の目標回動角 Δ α、 β 、 厶ァ を決定するこ とが でぎる。

第 7図は、 △ ひ 、 Α β 、 を求める演算を説明す るためのちので、 1 は水平線と線分 O D とのなす角 度、 w 1 は掘削開始点 Ρ 1 での線分 C D と線分 0 D と のなす角度、 W 2 は次目標位置 Ρ 2 での鎳分 C D と綜 分 O D とのなす角度である。

P 2 の座標を （ X 2 、 Y 2 ) とする と

X 2 = 1 cos ( α + A )

+ i 2 cos ( a + β 1 + 厶 β 〉

+ i 3 cos ( 1 + β 1 + ァ 1 + A + A β + A 7 )

X l + Y l * 厶 0! + { ^ 2 ♦ cos ( a +

31 ) + 3 * cos ( a 1 + /3 1 + r i ) } ♦ A /3 + ^ 3 Cos ( a 1 + β 1 + r 1 ) Δ r

( 2 ) とな り 、 また X 2 は

X 2 = X + R * A 0 * sin ( φ ι + 0 . 5 Δ )

… （ 3 ) とも表わすこ とができ、 上記（2) 式の ₂ cos ( 1 + B ι ) + i 3 cos ( a 1 + β 1 + r 1 ) = J2 つ 、 Jl 3 cos ( 1 + + 71 》 * A T = ^ _b とする と、 上記（2) 、 (3) 式から

Y 1 ♦ 厶 a + ^ _a A 3 + j2 _b A 7 =

一 R * 厶 * sin ( + Π _t ?=i Α ) - -

… （ 4 ) が成立する。

周様に 、

Y 2 = Y + X 1 △ ひ 一 { J? 2 s in ( ι + β ι )

+ 3 sin ( α ι + jS ι + r ι ) ) 厶 β

- 3 sin ( α + 5 + 7 ) Δ r

… （ 5 )

= Y 1 一 R ♦ △

* cos ( 1 + 0 . 5 Δ ) ♦·· ( 6 ) が成立 し 、 上記 （5) 式の 2 s i n ( ひ 1 + β 1 ) + J> 3 sin ( + β + τ ) = JI へ 、 3 sin ( CM + β 1 + 7 〉 A T = ^ _d とする と 、 上記 （5) 、 (6) 式か ら

X 1 A a: + j? _c 厶 3 + ^ _d A T =

* cos ( 0 1 + 0 , 5 厶 〉

… （ 7 ) が成立する。

ま た

1 + w i = α ι + iS i + r - π / 2 *·· ( 8 ) Φへ + Δ + w 2 = a 1 + β + 7 ι + Δ a + Δ ι3

+ 厶 ァ ー πノ 2

♦♦♦ ( 9 ) が成立するため、 これ ら （8) 、 (9) 式か ら

W 2 - W = 厶ひ + —△ ø

•♦♦ ( 1 0 ) が成立する。

前記（4) 、 (7) 、 （10)式においては、 Δ « 、 Δ β 、 Δ ァ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 P i から次の目標 点 Ρ 2 までバケツ 卜刃先を移動させるための各作業機 の回動角△ひ 、 Δ 3 、 厶 ァ を求めるこ とができる。

このよう に して求めた回動角 Δひ 、 Δ jS , 厶ァ 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 b m ^{+ Q} _a m ^{+ Q} b t : ^Q b m ' ブームに 対する流量、 Q „ ， ア ー ムに対する流量、 Q _{b t} , バケツ 卜 に対する流量〉 が、 その ときのポンプの吐出 流量になるよう に、 各作業機に対する流量措令を決定 する。 すなわち、 前記回動角 Δ α 、 Δ β , Δ τ に基づ き各作業機が必要とする流量配分比を決定する と とも に、 第 8 図に示すポンプ流量 Q とポンプ圧 Ρ との馬力 一定関係と現時点における実ポンプ圧 P _d とから最大 出力時のポンプ流量 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 作業璣に対する流量指令値を決定する。 また、 この際、 ブーム、 アームおよびバケツ 卜が周時に目標角 α 2 、 β 2 、 7 3 に到達できるよう 、 各時点のブーム角、 7 ーム角、 バケツ 卜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ァ 一 ー ムが目 標角 /3 ₂ にな っ た と きを終了 と し 、 ア ー ム角 が 目 標値 3 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 、 前記同様に し て 、 ま ずバケ ツ 卜 刃先の 目 標位置 P 3 とバケ ツ 卜 姿勢角 S 3 が決定さ れ、 これ ら決定値に基づき回動角△ ひ 、 厶 β 、 Δ Τ が 決定され、 更に該△ ひ 、 Δ β 、 厶 ァ に対応する流量配 分に よ っ て各作業機に対する流量指令が決定さ れる 。 ア ー ムが 目 標角 i3 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 、 パケ ッ 卜 刃先は第 9 図に示 した ご と く 初期位置 ( C ， JS ι , 7 1 ) か ら円弧軌跡上の目 標位置 P s ( a ,

B a . 7 8 ) — Ρ 5 ( α 5 . i3 5 , 7 5 ) — Ρ 2 0 ( 2 0 , β 2 0 , 7 2 0 ) に沿 っ て移動する こ と になる （ 第 5 図 （c ) ) 。

第 1 0 図 は上記演算制卸の概念構成を示すあのであ る 。 すなわち 、 この自動掘削において は 、 各単位区圚 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 一 ドパ 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 、 パケ 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 1 0 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 . 1 2 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、 自動掘削途中に手動 レバー 1 1 、 1 2 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 している。 例えば、 第 Ί Ί 図に示 すご と く 自動掘削が P ₈ まで進んだときに手動操作入 力があ つ た とする と、 レバー操作が中止された地点を 再スタ ー 卜点と して次の目標点 P 9 に向う 自動掘削を 再開するよう にする。 すなわち、 自動掘削中に手動入 力があ っ た ときには、 自動掘削を解除するのではなく 、 一時的に中断するよう 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、 パケッ ト を水平状態までチル 卜 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 ツ 卜 傾角を常に水平に保 持するバケ ツ 卜 水平保持モー ドに移行する （ 第 5 図 ( d ) ) 。 すなわち このパケッ 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 + 7 = ( 3 / 2 ) π を満たす よ う にバケ ツ 卜 角 ァ を自動制御する よ う に して 、 パケ ッ 卜 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 （ バケツ 卜 操作を不要にする ） 。

こ の自動掘削モ ー ド は 、 前記バケ ツ 卜 水平保持モー ドの際に 、 バケ ツ 卜 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 V 卜 水平保持モー ド中 に オペ レ ー タ が排土のため にパ ケ ッ 卜 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 ) ) 。

自動掘削モ ー ドが解除される と 、 制御はバケ ツ 卜 を 常に最適な掘削開始時の姿勢に制御するバケ ツ 卜 姿勢 自動セ ッ 卜 モ ー ドに移行する （ 第 5 図 （f ) ) 。 すなわ ち 、 このバケ ツ 卜 姿勢自動セ ッ 卜 モ ー ド に おいて は、 排土後、 ブー ム 、 お よ びア ー ムの位置に よ っ て決定さ れるバケ ツ 卜 ピン （ 第 3 図の c 点 ） の位置に応 じて最 適な掘削開始時のバケ ツ 卜 姿勢 となる よ う バケ ツ 卜 シ リ ンダの制御を行な う 。 具体的に は 、 第 1 2 図に示す ご と く パケ ッ ト 姿勢を角度 ； ί ( バケ ツ 卜 刃先位置およ び前記設定点 P _a を結ぶ線分 とバケ ツ 卜 上面のなす角 ） で定義 し 、 水平線 と上記線分 と の成す角.を て と した と する と、 次式

+ ァ + ス + て = ( 3 2 ) π - ( 1 ) を篛足するようバケツ 卜角 ァ を制御する。 すなわち、 上式において 、 ス は所定値であ り 、 て は ひ 、 β 等 ら 求めるこ とができ、 手動操作によ り与え られたブーム 角 ひ 、 アーム角 β に応じて上記（1 1 )式を満足するよう バケツ 卜角 ァ を制御するよう にする。 ただ し、 このパ ケッ 卜姿勢セ ッ 卜 モー ドは、 ノ ケッ 卜操作 レバー Ί が手動操作された場合は中止され、 その後各作業機は バケツ 卜 を含めて操作 レバー 1 1 , 1 2 か らの指令に したがっ て駆動される。

尚、 最初の自動掘削時あるいは前述のバケツ 卜姿勢 セ ッ 卜 モー ドの際にオペ レータ がバケツ 卜姿勢を任意 に変化させた場合等においては、 バケツ 卜は掘削開始 時最適な姿勢 とな っ ている とは限らないが、 このよう な場合バケツ 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 1 Q が踏まれたか 否かはペダル操作検出器 1 7 によ っ て検出され、 検出 信号はコ ン ト ロ ーラ 2 0 に入力される。 また、 バケツ 卜ブーム操作レバー 1 1 の操作方向および操作量は レ パー位置検出器 1 3 およひ' ^] 5 によ っ て検出され、 こ れら検出器 Ί 3 および 1 5 か らバケツ 卜 回動指令 r _P - -

およびブー ム回動指令 ひ _f がスィ ッ チ 3 0 お よび 3 2 に夫々 入力される。 ま た 、 ア ー ム操作 レバー 1 2 の操 作方向および操作量は レバー位置検出器 1 4 に よ っ て 検出され、. その検出信号である ア ー ム回動指令 i3 _f は スィ ッ チ 3 1 に入力 さ れる 。 こ れ ら操作 レバー 1 1 , 1 2 に よ る指令信号 β _ρ , τ _ρ は コ ン ト ロ ーラ

2 0 に対 して も入力 さ れて いる 。

スィ ッ チ 3 0 , 3 1 およ び 3 2 は夫々 コ ン ト ロ ーラ 2 0 か ら入力される切替制御信号 S L i 、 S L 2 、 お よ び S L 3 に基づきその切替動作を行な う もので 、 コ ン 卜 ロ ーラ 2 0 か ら入力さ れる自動掘削時の指令信号 7 _c , _c , a _c と レバー位置検出器 1 3 , 1 4 , 5 か ら入力 される手動掘削時の指令信号 ？ " _f , β _r ， α _r と を各別 に選択切替するものである 。

バケ ツ 卜 制御系 4 0 は 、 バケ ツ 卜 角 ァ を検出する角 度センサ 4 1 、 こ のバケ ツ 卜 角 ァ を微分 し て実際のパ ケ ッ 卜 回動速度 を検出する微分器 4 2 、 目 標値 と実 際のバケ ツ 卜 回動速度 を示す信号の偏差を と る加算 点 4 3 、 および加算点 4 3 か ら の偏差信号を 0 にすベ く その偏差信号に応 じた流量の圧油をバケ ツ 卜 シ リ ン ダ 4 に供給する流量制御弁 4 4 か ら構成されて いる。

周様に 、 ア ー ム制御系 5 0 お よびブー ム制御系 6 0 は、 バケ ツ 卜 制卸系 4 0 と周様にそれぞれ角度セ ンサ 5 1 , 6 Ί 、 微分器 5 2 . 6 2 、 加算点 5 3 , 6 3 お よ び流量制御弁 5 4 , 6 4 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 4 1 , 5 , 6 によ っ て検出されたバケツ 卜角 ァ ， アーム角 5 , ブーム角 αはコ ン ト ロ ーラ 2 0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 7 0によ っ て検出され、 その検出圧がコ ン ト ロ ー ラ 2 0に入力されている。

かかる構成の作用を第 1 3図に示 したフ ロ ーチ ヤ一 ト を参照 して説明する。 操作ペダル 1 0が踏まれた と する と、 これはペダル操作検出器 Ί 7 によ っ て検出さ れ、 この検出信号はコ ン ト ロ ーラ 2 0に入力され、 コ ン 卜 ロ ーラ 2 0は自動掘削モー ドによる制御を開始す る （ ステ ッ プ 1 0 0 ) 。 尚、 自動モー ドは安全性のた めに操作 レバー 1 1 , 1 2による手動操作が行なわれ ている とき と、 前記第 5図 （ f ) に示したパケッ ト姿勢 自動セッ 卜モー ドの際に動作可能と し、 コ ン ト ロ ーラ 2 0は、 これら以外の ときに操作ペダル 1 0が踏まれ た と しても自動モー ドを開始させないよう にする。

自動モー ドが開始される と、 コ ン ト ロ ーラ 2 0は、 角度センサ 4 1 , 5 1 , 6 1 の出力 ァ ， β , に基づ き該開始時点におけるバケツ 卜刃先位置 P i を求める ( 第い） 式参照 〉 。 続いて、 コ ン ト ロ ーラ 2 0はこの 算出 した掘削開始位置 Ρ 1 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、 バケツ 卜 が次の目 標位置 Ρ 2 においてバケツ 卜姿勢 ε ₂ を と り かつパケ - - ッ 卜 刃先を P i か ら P 2 ま で移動させる各作業機の所 要回動角△ « . Δ B . ァ を計算する （ ステ ッ プ 1 1 0 ) 。 次 に コ ン ト ロ ー ラ 2 0 は こ れ ら 回 動 角

Δ β , か ら各作業機に供給する油の配分比を決定 し （ ス テ ッ プ Ί 2 0 〉 、 更 に こ の と き の油圧 セ ンサ 7 0の出力 か ら ポンプ圧 P _ri を求め 、 第 8図 に示 した 馬力一定関係か ら こ の ポンプ圧 P _d に対応する最大出 力時のポンプ流量 Q _d を求め 、. こ の ポンプ流量 Q _d を 前記配分比 を あ っ て 配分 す る こ と に よ り 各 作業機に 対する指令信号ひ _e , β , , 7 _c を求め、 該指令信号 a _c , β _c , をスィ ッ チ 3 2， 3 Ί , 3 0に夫々 出力する （ ステ ッ プ 1 3 0 ) 。 尚 、 自動モ ー ドが選択 さ れる と 、 ス ィ ッ チ 3 0 . 3 1 , 3 2 の 各 接点はコ ン 卜 ロ ー ラ 2 0の 切替え制御信号 S L 1 ， S L 2 ， S L 3 に よ っ て コ ン ト ロ ー ラ 2 0側に切替え ら れて お り 、 コ ン ト ロ ーラ 2 0か ら の前記指令信号 a _e , β _c , Τ _ς は こ れ ら スィ ッ チ 3 2 , 3 Ί ， 3 0を介 し てブー ム制御系 6 0 , ア ー ム制御系 5 0 , パケ ッ 卜 制御系 4 0に入力 される 。

次のステ ッ プ 1 4 0において は 、 コ ン 卜 ロ ーラ 2 0 はペダル操作検出器 1 7の出力 に基づきペダル 1 0が 踏ま れているか否かを判定 し 、 ペダル 1 0の復帰を検 出 した場合 は各流量制御系に入力する指令信号 a _e ， β _c ， 1 _c を直ち に零にする （ ステ ッ プ 1 5 0 〉 。 ま た 、. ステ ッ プ 1 6 0において は操作 レバー Ί 1 ； 2 一 2 a 一 の操作によ り手動指令 ァ _f , β _Γ , _ρ 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 1 7 0 〉 。 すなわち、 手動指令が 入力された場合は、 スィ ッ チ 3 0 , 3 1 , 3 2のう ち 該入力された手動指令に対応する作業機のスィ ツ チを 操作 レバー側に切替えるよう に して操作 レバー側から の指令信号を対応する流量制卸系に供給するよう にす る。

こ の よ う に 、 操作ペダル 1 0 と操作 レバ ー Ί 1 , 2の操作態様に応じてコン ト ロ ーラ 2 0か らの指令 信号 ， β _c , r _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 , 1 2からの指令信号 ^ , β _Γ , ァ 「 が対応する流量制御系 60， 4 0， 5 0に 入力され、 これによ りパケッ ト 、 アーム、. ブー ムが回 動される ·（ ステ ッ プ 1 8 0 ) 。 尚、 コ ン ト ロ ーラ 2 0 は角度センサ 4 1 , 5 , 6 1 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 卜 ロ ーラ 2 0は角度センサ 5 1 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 1 9 0 ) 、 目標角 3 2 に達していな い場合はステ ッ プ 1 2 0に戻り 、 前記同様の制御を繰 り返す。 アームが目標角 3 2 に達 した場合は、 掘削終 了か否かが判定され （ ステ ッ プ 2 0 0 ) 、 終了でない - - 場合 はステ ッ プ 1 1 0 に戻 り 、 バケ ツ 卜 刃先位置を次 の 目 標位置 P 3 に移動させる演算制御を前記同様に し て行なう 。 以下同様に して ステ ッ プ 2 0 0 で掘削終了 と判断される ま で目 標位置 P 4 , P 5 … に沿 っ てパケ ッ 卜 刃先を移動させる 。 尚、 こ の場合 、 掘削区間が後 半にな っ て油圧センサ 7 0 の出力値が所定値を越えた 時点を掘削終了 時 と して検出する よ う に して いる 。 ま た 、 自動掘削中に手動指令が入力 された場合コ ン 卜 口 ーラ 2 0 は、 該手動指令が中止された時点で手順をス テ ツ プ Ί 1 0 に復帰させ 、 該手動指令が入力 さ れてい た作業糠に対応するスィ ツ チをコ ン ト ロ ーラ 2 0 側に 切替え、 手動操作が中止さ れた地点を再ス タ ー 卜 点 と して 、 全ての作業機をコ ン ト ロ ーラ 2 0 か ら の指令信 号に よ っ て再駆動する よ う にする。

ステ ッ プ 2 0 0 に おいて掘削終了が判定さ れる と 、 コ ン ト ロ ー ラ 2 0 は バ ケ ツ 卜 傾角 を 水 平 に 制 御する バ ケ ツ 卜 水 平 保 持 モ ー ド に 移 行 す る （ ス テ ッ プ 2 1 0 ) 。 こ の水 平保持モ ー ド に お い て は 、 ス ィ ッ チ 3 1 , 3 2 を手動 レバー 1 1 ， 1 2 側に切替え 、 スィ ツ チ 3 0 はそのま ま コ ン ト ロ ーラ 2 0 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 ツ 卜 に 関 し て は a + β + r = ( 3 / 2 ) π を満たす よ う コ ン ト ロ ーラ 2 0 か ら指令信号 _e 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 ツ 卜 傾角 が常に水平になるよう にする。 このバケツ 卜水平保持 モー ド中にバケツ 卜 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 2 0 は自動モー ドを解除 し ( ステ ッ プ 2 2 0 ) 、 手順をバケツ 卜姿勢初期セ ッ ト モー ドに移行させる （ ステ ッ プ 2 3 0 〉 。 このモー ド においては、 最初、 スィ ッ チ 3 1 , 3 2 は手動 レバー 1 , 2 側に接続され、 スィ ッ チ 3 0 はコ ン ト ロ ー ラ 2 0側に接続されてお り 、 ブームおよびア ームに関 してのみ手動指令を各制御系に入力するよう に してい る。 そ して、 バケツ ト に関 しては前記（ 1 1 )式を満たす よう コ ン ト ロ ーラ 2 0 か らの指令信号ァ _e を出力する よう に してバケツ 卜 がバケツ 卜高さに応じて常に最適 な初期姿勢を とるよう に している。 尚、 この自動セ ッ 卜 モー ドはバケツ 卜 に関する手動指令が入力された場 合中止される。

尚、 上記実施例では、 掘削後半になっ 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 ときを掘削終了 と し、 その後手 順をバケツ 卜水平保持モー ドに移行させるよう に した が、 単に分割区間数を計数し、 所定区間数の掘削が終 了 した ときを掘削終了 と してもよ く 、 更にパケッ ト の 絶対姿勢を判定 し、 バケツ 卜絶対姿勢がほ とんど水平 に近づいた ときを掘削終了 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 1 0 が踏ま れた時 - 一 点を掘削開始時 と し 、 こ の時点のバケ ツ 卜 刃先位置を 掘削開始位置 とする よ う に し た が 、 よ り 正確に掘削開 始点を設定するため に 、 ポンプ圧に よ り 負荷を検出 し 、 第 1 4 図に示すご と く ポンプ圧が設定 し た設定値 J を 越えた時を自動掘削開始時 と する よ う に し て も よ い 。 すなわち 、 操作ペダル 1 0 が踏ま れた時点を掘削開始 と した場合 、 バケ ツ 卜 刃先が地面に到達 した とき と操 作ペダルを踏む時点を完全 に一致させ るの は困難であ り 、 掘削開始位置にパラ ツ キが生 じ る こ と にな り 、 こ の こ と は掘削土量にパラ ツ キを生 じ 、 掘削効率が悪 く なる原因 と な り 得る 。 こ のた め 、 掘削開始時の判定条 件を、 操作ペダルが踏ま れた後の ポンプ圧が設定値 J 以上 とな っ た と き と する よ う に すれば、 よ り 正確な掘 削開始点の判定が可能に なる 。 すなわち 、 操作ペダル が踏ま れた と き にバケ ツ 卜 刃先が地面か ら離れている とする と 、 操作ペダルが踏ま れた 時点か らパケ ッ 卜 が 着地する迄の間は手動操作を止めた と し て も各作業機 を着地方向 に 自動的に移動させる 。 そ の後、 バケ ツ 卜 が着地 し た時点において は負荷に変動があるので、 こ の変動をポンプ圧に よ っ て検出する よ う にする 。 具体 的に は、 ポンプ圧に関 し て掘削開始時点検出用 の設定 値 J を設定 し 、 ポンプ圧が こ の設定値 J を越えた時点 を真の掘削開始時点 と し 、 こ の と きのバケ ツ 卜 刃先位 置を掘削開始位置 とする 。 尚 、 こ の場合 、 各作業糠に 各別のポンプが設け ら れて いる と き に は 、 検出値の大 きな作業機のポンプ圧によ っ て掘削開始時点を検出す るよう にすればよい。 またこの検出方式においてはポ ンプ圧によ り負荷検出を行なう ので Ί ポンプ式の場合 には圧力計が 1 個で済むという 利点がある。

更に、 上記実施例に以下に示すムダ掘り 防止機能を 付加するよう に してもよい。 この装置において は前述 したよう に掘削角 δ が常に小さ く なるよう に自動掘削 を行なっ てお り 、 このよう な掘削においては土質等の 条件が同 じだとする と、 同 じ土量をすく い込み、 かつ 押 しのけるのに必要な仕事量は一定であ り 、 またこの 装置においては、 第 8 図に示 した馬力一定曲線に沿 つ てポンプ制御を行なつ ているため上記仕事量を行なう に必要な時間をほぼ一定にするこ とができる と想定さ れる。 そこで、 まず水平な地面の現場で自動掘削を 1 回試行し、 その時の掘削時間すなわちバケツ 卜 を地面 に接地 してからすく い上げ （ ブームを上昇 し、 バケツ 卜 をチル 卜 する ） を開始するまでの時間を測定記憶 し、 次回以降の自動掘削は、 掘削開始時点から この記憶時 間が経過 した時点です く い上げを開始させるよう に し てムダ掘り を防止するよう にする。 尚、 前記計時およ ぴ記憶動作を行なわせるために、 例えば適宜の操作ポ タ ンを設け、 操作ペダル 1 Q による自動掘削開始指定 前にこのポタ ンが投入された場合に掘削時間の測定記 憶動作を行なわせるよう にすればよい。 このよう な機 能を補足するよう にすれば、 掘削回数や掘削軌跡の変 一 — 化等によ り地形が変化 した と しても、 ムダ掘 り が確実 に防止され、 掘削時間を短縮するこ とができる。

次に操作ペダル Ί 0 に以下の追加機能をもたせた第 2 の実施例について説明する。

( 1 ) 操作ペダル 1 0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。 （ この機能 は先の実施例にも持たせていた ）

( 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 1 0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 1 0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 1 0を踏んでいる と 、 バケツ 卜 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 ムおょぴブ ームが自動的に移動する。 これは！] じ位置に排 土させるためである。

ま ず上記 （2) の機能に 関 し て 、 各作業機に 供給す る圧油流量の和 Q _s ( = Q _{b m} + Q 。 _T + Q _{b t} ; Q _{b m} , ブームに対する流量、 Q _{a m}， アームに対する 流量、 Q _{b t} , バケ ツ 卜 に対する流量 〉 を操作ペダル 1 0の踏み角に応じて可変するこ とで、 踏み角に応じ て作業機速度を可変する。 すなわち 、 この実施例では、 前記 （4), (7),い 0)式を解く こ とで或る目標点か ら次の 目標点までバケツ 卜刃先を移動させるための各作業撐 の回動角 Δ α ， Δ Β , Αァ を求め 、 該求めた Δ α , Δ ]3 , に基づき各作業機が必要とする流量配分比

( Q _{b m} : Q _{a m} : Q _{b t} ) を決定するこ とは先の実 施例 と同 じであるが、 この際、 操作ペダル 1 0の踏み 角 0を検出 し （第 1 5図参照 ） 、 該検出値 0に応じた 適当な馬力一定曲線を選択する （ 第 1 6図参照 ） 。 こ の場合、 第 1 6図に示すよう に、 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 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 0 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 _ri 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 6> に応じて、 ト ータル流 量 Q _s は可変されるが、 前記決定 した配分比が可変さ れるこ とはない。

次に、 前記 （3) の镞能に関 して説明する。 掘削途中 に 、 操作ペダル 1 0が所定角以上踏まれた ときは、 掘 削区囿が最後まで終了 していない ときでも、 すく い上 げ （ バケツ 卜 をチル 卜側に回動 し、 ブームを上げる ） を行なっ 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。 すなわち操作ぺ ダル 1 0の踏み力 と踏み角 0 との関係は第 1 7図に示 一 一 すごと く 2 段階にな っ てお り 、 オペ レータ は掘削中パ ケッ 卜 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 1 0 を角度 0 1 以上強 く 踏み込むよう にする。 自動掘削中にペダル 1 0 が角度 S 1 以上踏み 込ま れた場合、 該時点か らバケ ツ 卜 のチル 卜 おょぴブ 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 つ て好適に防止するこ とができる。

次に前記 （ 4 ) の機能について説明する。

第 5 図 （e ) で説明 した自動モー ドが解除される とき、 操作ペダル 1 0 が前述 と同様に所定角 Ί 以上踏ま れ ていた とする と （ 第 1 7 図参照 ） 、 この ときのブー ム 角 a _m と アーム角 /3 _m とをコ ン 卜 ロ ーラ 2 0 内のメ モ リ 2 1 に記憶させるよう に している。 そ して、. 次回以 降の掘削時において、 自動掘削終了後操作ペダルが角 度 0 〜角度 6 "! の範囲で踏ま れている ときには、 前記 バケ ツ 卜水平保持モー ド時、 ブームおよびア ー ムはパ ケ ツ 卜 の水平状態を保持 しつつ前記記憶 したブーム角 a _mおよびアーム角 /3 _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、 この制卸の際、 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、 この後プー 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 ツ 卜 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。

このよう にこの第 2実施倒では操作ペダル 1 0に前 記 4つの機能を持たせるよう に しているので、 第 1 図 のペダル操作検出器 1 7 は操作ペダル 1 0の踏み角 5 を検出 し、 この検出信号 0をコ ン ト ロ ーラ 2 0に入力 するよう に している。 ま た、 コ ン 卜 □ーラ 2 0内のメ モ リ 2 1 には自動モー ドが解除された とき操作ペダル 1 0が角度 以上踏ま れていた とすると、 その とき のブーム角 a _mおよびアーム角 3 _mが記億される。

第 1 8図は、 かかる第 2実施例の具体動作例を示す もので、 第 1 3図のフ ロ ーチャ ー ト にステ ッ プ 1 6 1 ，

1 7 1 , 2 5 0 , 2 6 0を追加する と ともに第 1 3図 のステ ッ プ 1 3 0をステ ッ プ 1 3 1 に交換したもので あ り 、 同 じ部分は周一ステ ッ プ番号を付してお り 、 重 複する説明は省略する。

すなわち 、 ステ ッ プ 1 3 1 において、 コ ン ト ロ ーラ

2 0はペダル操作検出器 1 7の検出値 Θを と り込み、 該検出値 5 に対応する馬力一定曲鎳を選択 し 、 さ ら に 、 こ の とき の油圧セ ンサ 7 0の出力 か ら ポンプ圧 P _ri 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 _rt を前記配分比をも っ て配分するこ と によ り各 作業镲に対する指令信号 _e , β , , r _c を求め、 該 指令信号ひ _e , β — ァ _e を ス ィ ッ チ 3 2 , 3 , 一 —

3 0 に夫々 出力する 。

ま た 、 ステ ッ プ Ί 8 0 に おいて は 、 操作ペダル 1 0 が 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 ツ 卜 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 Ί 9 0 ) 、 その後、 ノ Sケ ッ 卜 水平保 持モー ド に移行す る （ ステ ッ プ 2 1 0 ) 。 こ の よ う に して 、 ムダ掘 り を防止する 。

ま た 、 自動モ ー ドを解除する際に は （ ステ ッ プ 2 2 〇 ） 、 操作ペ ダル Ί 0が 5 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 2 5 0 ) 、 踏ま れ て いる と き コ ン ト ロ ーラ 2 0 は 、 こ の と き の角度セ ン サ 5 1 お よび 6 1 の出力 i3 _m , ひ _mを取込み、 該取込 んだア ー ム角 |3 _mお よ びブー ム角 ひ _mをメ モ リ 2 1 に 記憶する （ ステ ッ プ 2 6 Q ) 。 そ して 、. 次回以降の掘 削時に おいて 、 自動掘削終了後操作ペダル 1 0が角度 ◦ 〜角度 5 1 の範囲で踏ま れて いる と き に は 、 前記パ ケ ッ 卜 水平保持モー ド時、 ブー ムお ょ ぴア ー ム はパケ ッ 卜 の水 平状態 を 保持 し つ つ 前記記憶 し た ブ ー ム角 ひ _mお よ びア ー ム角 3 _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 の制卸の際、 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 2 0 は 、 ス ィ ッ チ 3 1 , 3 2 を操作 レバ 一側 に切替え 、 ブー ムおよ びア ー ム を手動指令 に従 つ て駆動するよう にする。

なお、 この実施例では操作ペダル 1 0 が所定角 0 1 よ り深く 踏ま れたこ とを検出するこ とによ り 、 操作ぺ 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 1 7 図に示す角度 0 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 に しておよい。

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ち、 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鎳を演算によ りズラすよう に し てもよ く 、 各作業機に対する流垦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。

次に、 この発明の第 3 の実施例について説明する。 この第 3 の実施例では、 第 4 図おょぴ第 9 図に示し たよう な自動掘削中に、 作業機ポンプ圧を検出するこ とによ り負荷検知を行なっ てお り 、 このポンプ圧に関 し て第 1 9 図 に示す如 く 2 つ の異なる設定値 , C 2 を設定 している。 設定値 C i は リ リ ーフ圧よ り少 し小さな値と し、 設定値 C 2 は C i よ り数〜数 1 0 csf 程小さな値と してある。 そ して、 自動掘削中にお いて、 前記作業機のポンプ圧が設定値 よ り大きく な っ た場合、 ポンプ圧が設定値 C 2 以下になるまでプ ームを上昇させるよう に している。 このブームの上昇 - - は負荷が設定値 C 2 にな っ た時点で停止する。 このブ ーム上昇動作の際アームおよびバケ ツ 卜 に関 しては、 双方が当 該掘削区間の初め に算出 し た 目 標角 Δ jS , 厶 ァ に達するま で回動させる。 次に、 前述 と同様に し てブームを停止させかつバケ ツ 卜 およびアー ムを目標 角△ ?· , まで回動させたバケ ツ 卜 刃先位置を算出 し 、 該箅出 した位置を再スタ ー 卜点 と して残っ た区間 の自動掘削を再開する。 具体的に は、 第 2 0 図に示す 如 く 、 ブー ム上げを行な っ た後の再スタ ー 卜 点を P g とする と 、 該点 P g を今回の掘削区間のスタ ー 卜点と して 目標位置を計箅する。 このため、 円弧軌跡の中心 は点 0 か ら 0 ' に移動 し、 再スタ ー 卜後の軌跡は掘削 当初の軌跡をブームの上げ量に対応 した長さだけ上側 にズラせた軌跡となる。 このよう に して再スタ ー 卜後 も点 Q ' を中心と して仮想綜 O D を単位角△ øずつ回 動させるよ う に自動掘削を行なう 。

上述のよ う な軌跡修正を行な っ た場合、 軌跡修正を 行なわない場合に比べて掘削土量が少な く なる と考え られるので、 この実施例では、 掘削土量が常に一定に なるよう に第 2 1 図に ク ロスハ ッ チングで示 した水平 掘削区間 I を設けるよう に した。

すなわち 、 ブーム上げによる軌跡修正を行な っ た後、 掘削区間が中間地点まで進行 した とする と 、 現時点ま でにバケツ 卜刃先が切取 っ た体積 V A と水平掘削区間 を設けない場合にその後バケ ツ 卜 刃先が切取ろう とす 一 4 Q 一 る体積 V B とを計箅する。 そ して軌跡菘正を行なわな い場合の基準軌跡による掘削体積を V、 水平掘削区間 I の体積を V I とする と、 上記体積 Vも予め求めるこ とができるので、 下式によ っ て V I を決定するこ とが できる。

V I = V - ( V A + V B )

このよう に して、 V I が決定される と掘削深さ d はこ の ときのバケツ 卜 刃先位置か ら求めるこ とができるの で、 水平掘削区間長 = ( V I ノ d 〉 を求めるこ とが できる。 そ して、 該算出 した長さ による水平掘削区 間を残り区間の前に入れるよう に して、 掘削土量が常 に一定になるよう に している。

第 2 2図はかかる第 3の実施例の具体動作例を示す もので、 このフ ロ ーチャ ー ト は第 1 3図のフ ロ ーチヤ 一 卜 のステ ッ プ Ί 6 0 とステ ッ プ 1 8 0 との藺にステ ッ プ 1 6 2 , 1 7 2を禅入する と ともに、 ステ ッ プ Ί 9 0 とステ ッ プ 2 0 0 との間にステ ッ プ Ί 9 Ί 〜 Ί 9 4を揷入したものであ り 、 同 じ作用をする部分は周一 ステッ プ番号を付してお り 、 重複する説明は省略する。

すなわち、 自動掘削中のステッ プ 1 6 2において、 コ ン ト ロ ーラ 2 0は油圧センサ 7 0によ り検出された ポンプ圧が設定値 C 1 を超えているか否かを判定する ( ステッ プ 1 6 2 〉 。 掘削当初には該判定が 「 Y E S」 となるこ とは少ないので、 手順は通常ステ ッ プ Ί 8 0 に移行する。 - 一 し か し 、 こ の よ う な自 動掘削途中 に 、 油圧セ ンサ 7 0 によ っ て検出されるポンプ圧が設定値 C i を超え た とする と （ ステ ッ プ 1 6 2 ) 、 コ ン ト ロ ーラ 2 0は 第 Ί 9図および第 2 0図に示 したよ う にポンプ圧が設 定値 C 2 に下がるまでブー ムを上昇するよう に して軌 跡修正を行なう 。 （ ステ ッ プ 1 7 2 〉 。 このブーム上 昇の際、 アー ムおよびパケ ッ ト はこの掘削区間の当初 に算出 した回動角 Δ Τ だけ回動させ、 ま たブー ムはポンプ圧が設定値 C 2 に下 っ た時点で停止させる。 そ して 、 この後この点を再スタ ー 卜 点 と して自動掘削 を再開する。

次に、 コ ン ト ロ ーラ 2 0 は角度センサ 5 1 の検出出 力 β に基づきア ームが目標角度 i3 s に達 したか否かを 判定 し （ ステ ッ プ 1 9 0 ) 、 目標角 /3 2 に達 していな い場合はステッ プ 1 2 0 に戻る。 アームが目標角 /3₂ に達 した場台は、 次に掘削が中間地点ま で進んだか否 かが判定され （ ステ ッ プ 1 9 ) 、 中間地点でない場 台はステ ッ プ Ί 1 0 に戻り 、 バケツ 卜 刃先位置を次の 目標位置に移動させる演算制御を前記同様に して行な う 。 以下同様に してステ ッ プ Ί 9 1 で中間地点 と判断 されるまで目標位置に沿 っ てバケツ 卜刃先を順次移動 させる。

このよう に して 、 掘削が中閻地点まで終了 した とす る と （ ステ ッ プ 1 9 1 ) 、 軌跡炫正を行な っ たか否か を判定 し （ ステ ッ プ Ί 9 2 ) 、 軌跡修正を行な っ てい る場合は、 先の第 2 1 図を用いて説明 した水平掘削区 間を追加 し 、 該水平掘削によ り作業機を駆動する （ ス テ ツ プ 1 9 3 ) 。 すなわち 、 コ ン ト ロ ーラ 2 0は、 各 時点におて 、 角度センサ 4 1 , 5 1 , 6 1 の出力から 計算したバケツ 卜刃先位置を記憶 してお り 、 コ ン ト 口 ーラ 2 0はこの記憶データ に基づき掘削当初か ら中間 地点までにバケツ 卜 刃先によ り切取っ た体積 V Aを求 め、 さ らに、 残り 区間の体積 V Bを予め設定された基 準移動軌跡と現在のバケツ 卜刃先位置から求める。 そ して、 これら掘削体積 V A , V Bの加算値を軌跡镓正 を行なわない掘削体積 Vから差引 く こ とによ り水平掘 削区簡 I の体積 V I を求め、 該体積 V I を角度センサ 4 1 . 5 1 , 6 1 の出力か ら計算した現在の掘削深さ dで除すこ とによ り区間長 ^ を決定する。

この水平掘削が終了する と （ ステッ プ 1 9 4 》 、 掘 削終了か否かが判定され、 （ ステ ッ プ 2 0 0 ) 、 その 後は 、 前述 したバケ ツ 卜 水平保持モ ー ド に移行する ( ステッ プ 2 Ί 0 ) 。

なお、 この実施例ではブーム上昇による執跡修正の 際、 バケツ 卜 およびア ームはヌ J?方が目標角になるまで 回動 し、 その際のバケツ 卜刃先点を再スタ ー 卜点とす るよう に したが、 ブームの上昇停止後ア ームが目標角 にな っ た時点のバケツ 卜刃先位置を再スタ ー 卜点と し てあよい。 また水平掘削も中間地点に限らず任意の掘 削地点で行なわせるよう に しもよ く 、. 更にブーム上昇 一 — に よ る軌跡菘正が行なわれない と き に おいて も該水平 掘削を適宜に追加するよ う に し て も よ い 。

次に 、 こ の発明の第 4 の実施例につ いて説明する 。 第 2 3 図 は こ の第 4 の実施例 につ いて の制御構成例 を示すちのであ り 、 第 1 図の構成に フ ィ ルタ 8 0を追 加する よ う に している 。 すなわち 、 コ ン 卜 ロ ーラ 2 0 か ら 出力 さ れる各指令信号 ひ _e ， β _c , は フ ィ ル タ 8 0を介 し て各制御系 6 0 , 5 0 , 4 0 に入力さ れ る よ う に な っ てお り 、 該フ ィ ルタ 8 0 に よ り 指令信号 の急激変動が抑え ら れる よ う にな つ て いる。

ま た 、 こ の実施例では 、 各作業機に対する流量指令

Q _{a m} , Q _{b m} , + の決定の際、 下のよ う な制 御を行なう 。

すなわち 、 コ ン ト ロ ーラ 2 0 は或る掘削開始点か ら 次の目 標点ま でバケ ツ 卜 刃先を移動させるた めの各作 業機の回転角 Δ « , Δ β , Δァ を前記 （4)， （7)， （10)式 に よ っ て求めた後、 該求めた回動角△ ひ ， 厶 i3 , Δ r に基づき各作業機が必要 と する圧油流量の配分比を決 定する。 次に 、 コ ン ト ロ ーラ 2 0 は第 2 4図 に破線で 示すポンプ流量 Q と ポンプ圧 P と の馬力一定関係 と検 出 した実ポンプ圧 P _d と か ら最大出力時のポンプ流量 Q _d を求める 。 こ のよ う に して求めた ポンプ流量 Q _d と前記配分比 とか ら各作業機への流量指令を決定する のであるが、 この際、 負荷が最も大きい と考え ら れる ア ー ム に 関する流量指令 Q _m に 関 して は 、 前記ボン プ流量 Q _d と配分比 とか ら決定される指令値よ り大き な値、 例えば最大値とする。 残り の 2つの作業機 （ブ ーム， バケツ 卜 ） に対する流量指令 Q _{b m}， Q _{b t} に 関 しては前記ポンプ流量と配分比か ら決定される指令 値を出力する。 このよう に して各作業機の流量指令の 和 ^Q s ( = ^Q b m ^{+ Q} a m ^{+ Q} b t ; ^Q b m ' ブーム に対する流量指令、 Q _{a m} , アームに対する流量指令、

Q _{b t} ， バケツ 卜 に対する流量指令 ） が前記求めたポ ンプ流量 Q _d よ り大き く するよう にする。

そ して、 この流量指令を前記フ ィ ルタ 8 0を介 して 出力するこ とによ り 、 指令値の時間的変動を鈍らせる よう に し、 镲械が指令値に追従 して作動できるよう に する。

第 2 5図は、 かかる第 4の実施例の作用を示すフ ロ 一チャ ー トであ り 、 このフ ロ ーチャ ー トでは第 1 3図 のフ ロ ーチャ ー トのステ ッ プ 1 3 0をステッ プ 1 3 2 に交換するよう に している。

すなわち、 ステッ プ 1 3 2 において、 コ ン ト ロ ーラ 2 0は求めたポンプ流量 Q _d と前記配分比とから各作 業機への流量指令を決定する際、 前述 したよう に、 負 荷が最も大きい と考えられるアームに関する流量指令 Q _{a m}に関 しては、 前記ポンプ流量 Q _d と配分比から 決 される指令値よ り大 な値、 例えば最大値とする 残り の 2つの作業機 （ ブーム . パケッ ト ） に対する流 量指令 Q _{b m} , Q _{b t} に関 して は前記ポンプ流量と配 一 一 分比 とから決定される指令値を出力する。 このよう に して、 コ ン ト ロ ーラ 2 0 は各作業機に対する指令信号 a , , β _c , 7 _e を 求 め 、 該指 令 信 号 ひ ハ ， b _c , 7" _e を フ ィ ルタ 8 0 を介 し て ス ィ ッ チ 3 2 , 3 1 ， 3 0 に夫々出力する。

このよう に この実施例では、 自動掘削の際、 負荷の 大きな作業糠に対する流量指令は分配比、 ポンプ圧か ら求め られる流量指令よ り大きな値例えば最大値と し、 負荷の小さなブー ムおよびバケ ツ 卜 に対 して は分配比、 ポンプ圧か ら求め られる流量指令を出力するよう に し たので、 各作業機に対 して流れる実際の流量が箅出 し た分配比どお り分配される と ともに各作業機に対 して 流れる油の実際の流量の台計がポンプ圧か ら求めた最 大出力時のポンプ流量と一致するよう にな り 、 リ リ ー フ ロ スおよびポンプ出力の損失が低減され、 この結果、 ポンプ出力を有効に利用するこ とができ、 掘削効率を 上げるこ とができる。 ま た 、 流量指令をフ ィ ルタ 8 0 を介 して出力するよ う に したので、 指令値の急激な変 動が抑え られ、 この結果ポンプ出力の ロ スを低減する こ とができる。 産業上の利用可能性

この発明はブーム、 ア ームおよびパケ ッ ト を具えた パワ ーシ ョ ベルについての自動掘削に適用される。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . パケッ ト 、 アームおょぴブームを有するパワ ーシ ョ ベルの作業機制御方法において、

バケツ 卜 刃先の基準移動軌跡を複数の地点によ っ て 近似 し、 掘削開始位置を基準と したこれら複数の地点 の位置とこれら複数の地点にバケツ 卜刃先が位置する ときのバケツ 卜姿勢 とを予め設定する と とちに、

作業機操作レバーによ っ てバケツ 卜刃先を掘削開始 位置まで移動させる第 1 の工程と、

自動掘削開始が指定される と、 この指定時点におけ るバケツ 卜角、 アーム角およびブーム角から車両に対 する掘削開始位置を算出する第 2 の工程と、

該算出 した車両に対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前記複数の 地点によ っ て分割 した各掘削区間毎に算出する と とも に、 該算出 した位置にパケッ ト 刃先を移動させかつパ ケッ 卜 を当該地点ごとに前記設定 したバケツ 卜姿勢と するに要するパケッ ト 回動角、 アーム回動角おょぴプ 一ム回動角を前記各掘削区間毎に算出 し、 該算出 した 各回動角を各掘削区圜毎の目標回動角 と してバケツ 卜 、 アームおょぴブームを自動的に駆動する第 3 の工程と、 前記第 3 の工程の終了後、 バケツ 卜 を水平に保持す るよう アー ムおよびブームに関する操作 レバ一からの 手動指令に応じてバケツ 卜 をバケツ 卜 に関する操作レ バー か ら の手動指令優先で自 動的に駆動する第 4 のェ 程 と 、

を具えるパワ ーシ ョ ペルの作業糠制御方法。

2 . 前記第 3 の工程に おける各掘削区間毎の制御 は、 ア ー ム回動角が目 標角 に達する と次の掘削区間の制御 に移行する請求の範囲第 1 項記載のパワ ー シ ョ ベルの 作業機制御方法。

3 . 前記第 3 の工程は前記設定 した全掘削区間の掘削 が終了する と終了する請求の範囲第 1 項記載のパワ ー シ ョ ベルの作業機制御方法。

4 . 前記第 3 の工程はバケ ツ 卜 の絶対姿勢が略水平 と な っ た と き に終了 する請求の範囲第 1 項記載のパワ ー シ ョ ベルの作業機制御方法。

5 . 前記第 3 の工程は掘削区間が所定区間以上進んだ 後、 作業機ポンプ圧が所定の設定値を超えた時点で終 了 する請求の範囲第 1 項記載のパワ ーシ ョ ベルの作業 機制御方法。

6 . 前記第 4 の工程はバケ ツ 卜 が手動指令に よ り 排土 側へ所定量以上回動された時点で終了 する請求の範囲 第 1 項記載のパワ ーシ ョ ベルの作業機制御方法。

7 . 前記第 4 の工程の終了後、 バケ ツ 卜 がその高さ に 応 じた所定の初期姿勢 となる よ う ア ー ムおよ びブー ム に関する操作 レバーか ら の手動指令に対応 し てバケ ツ 卜 を自動的に駆動する第 5 の工程を更に具える請求の 範囲第 1 項記載のパワ ーシ ョ ベルの作業機制御方法。

8 , パケッ ト、 アームおよびブームを有するパワーシ ョ ベルの作業機制御装置において、

自動モー ドを指定する自動モー ド指定手段と、 自動モー ドによる掘削開始時点を検出する自動モー ド開始検出手段と、

バケツ 卜角、 アーム角およびブーム角を検出する角 度検出手段と、

作業機ポンプのポンプ圧を検出する圧力検出手段と、 前記自動モー ド開始検出手段の出力に基づき掘削開 始時点における前記角度検出手段の検出値を取り込み、 これ ら検出値に基づき車両に対する掘削開始時点のパ ケッ 卜刃先位置を求める第 Ί の演算手段と、

複数の地点によ っ て近似 したバケツ 卜刃先の基準移 動軌跡とこれら複数の地点にバケツ 卜刃先が位置する ときの各バケツ 卜姿勢 とが予め設定され、 前記第 Ί の 演算手段によ っ て求めた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前記複数の地 点によ っ て分割 した各掘削区間毎に 1 位置ずつ算出す る と ともに、 該算出 した位置にパケッ ト 刃先を移動さ せかつバケツ 卜 を当該地点毎に前記設定 したバケツ 卜 姿勢とするに要するバケツ 卜 回動角、 アーム回動角お よびブーム回動角を前記各掘削区間毎に算出する第 2 の演算手段 と、

前記各掘削区間毎に算出 したパケッ ト 回動角、 ァー 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各掘削区間毎に求め、 前記圧 力検出手段の検出ポンプ圧から求めたポンプ流量 と前 記求めた配分比 とに基づき各作業機に対する流量指令 を算出 し出力する第 3 の演算手段 と 、

前記角度検出手段の出力 に基づきアー ム角が各掘削 区間毎の目標角に達 した時点を夫々検出 し 、 該検出時 点において前記第 2 および第 3 の演算手段に よる演算 制御を次の掘削区間の演算制御に移行させる掘削区間 終了検出手段 と、

前記自動モー ド指定手段によ っ て自動モー ドが指定 される と、 前記第 3 の演算手段か ら出力される各流量 指令を手動指令優先で手動指令に代えて出力する切替 手段と

前記自動モー ドによる自動掘削の終了を検出する自 動掘削終了検出手段 と

を具えるパヮ ーシ ョ ベルの作業機制御装置。

9 . 前記第 3 の演箅手段は、 自動モー ド指定手段によ る自動モー ドが解除される と出力する各流量指令を零 にする請求の範囲第 8 項記載のパワ ーシ ョ ベルの作業 機制御装置。

1 0 . 前記自動モー ド開始検出手段は、 前記自動モー ド指定手段による指定時点を検出するちのである請求 の範囲第 8 項記載のパワ ーシ ョ ベルの作業機制御装置。

1 1 . 前記自動モー ド開始検出手段は、 前記圧力検出 手段の検出ポンプ圧が所定値を超えた時点を検出する ちのである請求の範囲第 8項記載のパワ ーシ ョ ベルの 作業機制御装置。

1 2 . 前記第 2 の演算手段は、 前記第 1 の演算手段に よ っ て求め られた掘削開始位置と所定の基準位置との なす角度に応じて前記設定 した基準移動軌跡を回転し、 該回転した軌跡上の複数の地点の車両に対する位置を 算出 し、 該算出 した位置から各掘削区間毎のバケツ 卜 回動角、 アーム回動角およびブー ム回動角を算出する 請求の範囲第 8 項記載のパワ ーシ ョ ペルの作業機制御

1 3 . 前記自動掘削終了検出手段は、 掘削区間を計数 し、 この計数値が所定値となつ た ときを掘削終了時と する請求の範囲第 8 項記載のパワ ーシ ョ ベルの作業機 制御装置。

1 4 . 前記自動掘削終了検出手段は 、 パケッ 卜 の絶対 姿勢が略水平になつ た とぎを検出するおのである請求 の範囲第 8 項記載のパヮ ーシ ョ ベルの作業機制御装置 1 5 . 前記自動掘削終了検出手段は、 掘削区 P せ所定 区間以上進んだ後、 sd圧力 出牛段の検出ポンプが 所定値を超えた時点を検出する'ものである請求の範囲 第 8 項記載のパワ ーシ ョ ベルの作業機制御装置。

1 6 . BU記自動掘削終了検出手段は 、 自動掘削を試行 した とぎの掘削時閭を記億するメ モ リ を有 し、 次回以 降の自動掘削の際は該メ モ リ に sd '愿 した掘削時間が絰 過 した時点を掘削終了時とする st求の範囲第 8 項記載 のパワ ーシ ョ ベルの作業機制御装置。

1 7 . 前記第 3 の演算手段は、 前記角度検出手段の各 出力 に基づき圧油の実流量を求め 、 該求めた実流量に 基づきバケ ツ 卜 、 ア ー ムおよびブー ムが周時に各掘削 区間毎の 目 標角に到達できる よ う 前記求めた配分比を 逐次補正する請求の範囲第 8 項記載のパワ ー シ ョ ベル の作業機制御装置。

1 8 . 複数の地点に よ っ て近似 したパケ ッ ト 刃先の基 準移動軌跡 と こ れ ら複数の地点にバケ ツ 卜 刃先が位置 する と きの各バケ ツ 卜 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 てパケ ッ ト 刃先が移動 し 、 かっ こ れ ら複数の地点においてバケ ツ 卜 が前記設定さ れた姿 勢を とる よ う パケ 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 ツ 卜 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 ツ 卜 刃先位置を求める第 1 の演箅手段 と 、 該求めたバケツ 卜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 した位置にバケツ 卜刃先を移動させかつパ ケッ 卜 を当該地点毎に前記設定 したバケツ 卜姿勢とす るに要する前記各掘削区間毎のバケツ 卜 回動角、 ァー ム回動角およびブーム回動角を算出する第 2 の演算手 段と、

該算出 したパケッ ト 回動角、 ア ーム回動角およびブ 一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 3 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 3 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 記配分比を雜持しつつ可変する第 4 の演算手段と、 該第 4 の演算手段か ら出力される流量指令に基づき バケツ 卜 、 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。

1 9 . 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 4 の演算手段は自動掘削中に前 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請求の範囲第 1 8 項記載のパ ヮ ーショ ベルの作業機制御装置。

2 0 . 複数の地点によ っ て近似 したバケツ 卜刃先の基 準移動軌跡 と これ ら複数の地点にバケ ツ 卜 刃先が位置 する ときの各バケ ツ 卜 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 ツ 卜 刃先が移動 し 、 かっ こ れ ら複数の地点においてバケ ツ 卜 が前記設定さ れた姿 勢を とる よ う パケ 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 、 該自動掘削が終了 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 ツ 卜 を水平に保持するバケ ツ 卜 水平モ ー ド と を有 するパワ ーシ ョ ベルの作業璣制御装置において 、

踏み角が所定角以上に なる と該所定角 ま での踏み力 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 時の指定を行な う 操作ペダル と 、

前記バケ ツ 卜 水平モ ー ドの際バケ ツ 卜 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 ツ 卜 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 ツ 卜 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 びァ 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 ベルの作業饌制御裝置。

2 1 . 複数の地点に よ っ て近似 し たバケ ツ 卜 刃先の基 準移動軌跡とこれら複数の地点にバケツ 卜刃先が位置 する ときの各バケツ 卜姿勢 とを予め設定 し、 指定され た掘削開始位置から これら複数の地点に沿 っ てバケツ 卜刃先が移動 し、 かつ これ ら複数の地点においてパケ ッ 卜 が前記設定された姿勢を とるようパケ ト 、 ァ一 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、

負荷を検出する負荷検出手段と、

自動掘削中、 前記負荷検出手段の検出値が第 1 の設 定値以上にな っ た場合、 前記検出値が第 1 の設定値よ り小さい第 2の設定値になるまでブームを上昇駆動 し、 該上昇 したバケツ 卜刃先位置を再スタ ー 卜点と して残 つ た区間の自動掘削を再開する手段とを具えるパワ ー シ ョ ペルの作業機制御装置。

2 2 前記第 1 の設定値は リ リ ーフ圧よ り少 し小さい 値である請求の範囲第 2 項記載のパワ ーシ ョ ベルの 作業璣制御装置。

2 3 . 前記負荷検出手段は作業機ポンプ圧を検出する ものである請求の範囲第 2 1 項記載のパワ ーシ ョ ベル の作業機制御装置。

2 4 . 前記自動掘削再開後、 自動掘削が所定の区間ま で終了する と 、 掘削当初から該所定の区間までの掘削 体積 と残り 区間の掘削体積を加算し、 ブー ムの上昇駆 動を行なわない場合の基準移動軌跡による掘削体積か ら前記加算値を減算 し、 該減箅値に対応する体積分の 直線掘削を行なう 区間を前記残り 区間の前に追加する 手段を更に具える請求の範囲第 2 1 項記載のパワ ーシ ョ ペルの作業機制御装置。

2 5 . 複数の地点によ っ て近似 したパケ ッ ト 刃先の基 準移動軌跡とこれ ら複数の地点にバケ ツ 卜 刃先が位置 する ときの各バケツ 卜姿勢 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 ら複数 の地点に沿 っ てバケツ 卜刃先が移動 し 、 かっ これ ら複 数の地点においてバケ ツ 卜 が前記設定された姿勢を と るよ う バケ ツ 卜 、 アームおよびブー ムを駆動するパヮ 一シ ョ ベルの作業機制御装置において 、

作業機ポンプのポンプ圧を検出するポンプ圧検出手 段 と、

指定された掘削開始時点におけるバケ ツ 卜角、 ァー ム角およびブーム角の検出値を取込み、 これ ら検出値 に基づき車両に対するバケツ 卜刃先位置を求め、 該求 めたバケ ツ 卜 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 した位置にバケツ 卜刃先を移動させかつバケツ 卜 を当該地点毎に前記設定 したバケ ツ 卜姿勢をするに要 する各掘削区間毎のバケ ツ 卜 回動角、 ア ー ム回動角お よびブー ム回動角を求め、 これ ら各掘削区間毎の回動 角に基づき各作業機に供給する圧油の流量配分比を求 める第 1 の制御手段 と 、 所定馬力を得るポンプ圧とポンプ流量との関係が設 定され、 これら設定関係とポンプ圧検出手段の検出ポ ンプ圧とから算出 したポンプ流量を前記求めた配分比 をも っ て配分するこ とによ り各作業機の流量指令を求 め、 更に負荷が最も大きい作業機に対しては前記求め た流量指令よ り大きな指令を出力 し、 他の 2つの作業 機に対 しては前記求めた流量指令を出力する第 2 の制 御手段と

該第 2 の制御手段か ら出力される流量指令に基づき パケッ 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。

2 6 . 前記第 2 の制御手段は負荷が最も大きい作業機 に対 しては最大値に固定 した流量指令を出力する請求 の範囲第 2 5 項記載のパワ ーシ ョ ベルの作業機制御裝 置。

2 7 , 前記第 2 の制衝手段は箅岀 した流量指令の時間 的変動を小さ く して出力するフ ィ ルタ を具える請求の 範囲第 2 5 項記載のパワ ーシ ョ ペルの作業機制御装置 2 8 . 前記第 2 の制御手段は、 ア ー ムを負荷が最も大 きい作業機とする請求の範囲第 2 5項記載のパワーシ ョ ベルの作業機制御装置。