JP2000204600A - 油圧ショベルの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作の切り替え時のショックや違和感を極力
少なくして油圧ショベルの操作特性を向上し得る油圧シ
ョベルの制御装置を提供する。 【解決手段】 本装置は、各操作レバーの操作量を検出
する各操作量センサ１と、この操作量に基づき特徴量を
演算する特徴量抽出部２と、複数のメンバシップ関数を
記憶するメンバシップ関数記憶部３と、演算された各特
徴量を、各メンバシップ関数に適用することにより、そ
の各特徴量の各作業に対する適合度を演算する適合度演
算部４と、予め設定された操作特性設定値を記憶する操
作特性設定値記憶部５と、複数の作業種に対応して演算
された適合度および記憶された操作特性設定値に基づい
て油圧ショベルの制御用の操作特性を出力する操作特性
演算部６とを具備しているので、油圧ショベルの操作特
性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベルの制
御装置に係り、さらに詳しくはファジー推論を用いて油
圧ショベルを制御する油圧ショベルの制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベルのような作業機械において
は、ばらまき作業，土羽打ち作業，法面仕上げ作業，ク
レーン作業，押し付け掘削作業，積み込み作業，旋回地
ならし作業，単純掘削作業，溝掘削作業，水平地ならし
作業等の多くの作業が存在し、これらの作業に適した操
作特性は異なっている。このため、油圧ショベルにおい
てはいくつかの作業モードを用意しておき、オペレータ
が手動によりスイッチ操作することにより作業モードの
切り替えを行っていた。しかし、このスイッチ操作が煩
雑なためこれらの作業モードは十分に使いこなされてい
なかった。

【０００３】そこで、作業モードの切り替えを行うため
の作業判別を自動的に行う技術が開発された。例えば、
特開平１０−１８３５５号公報に開示された技術（以
下、「従来技術」という。）では、油圧ショベルによる
作業時の作業種別を判別する装置であって、各作業用ア
クチュエータに対応する各操作レバーの操作量を検出す
る操作量検出手段と、この検出手段により検出された操
作量に基づき、作業種別を判別するための前記油圧ショ
ベルの動作状態を示す少なくとも１つの特徴量を求める
特徴量算出手段と、この特徴量算出手段により求められ
た各特徴量から、判別すべき作業種別毎に各特徴量に対
応させて予め定められたファジー推論用の複数のメンバ
シップ関数に基づき各特徴量の各作業種別に対する適合
度を求める適合度算出手段とを具備し、この適合度算出
手段により求められた適合度に基づき、前記各特徴量が
最も適合する作業種別を択一的にピックアップし、これ
を前記油圧ショベルにより行っている作業種別として判
別する装置に関する技術（以下、「従来技術」とい
う。）が開示されている。

【０００４】この装置によれば、作業用アクチュエータ
（ブーム，アーム，バケット，旋回，走行等）の各操作
レバーの操作量が検出され、この操作量に基づいて所定
の時間における各特徴量（ブーム操作複雑さ，アーム操
作複雑さ，バケット操作複雑さ，高速旋回時間，ブーム
逆操作時間，バケット・アーム停止時間，ブーム操作量
平均値，アーム操作量平均値，バケット操作量平均値）
が算出され、それらにファジー推論を適用して求められ
た各適合度を総合した総合適合度に基づいて、各作業
（ばらまき作業，土羽打ち作業，法面仕上げ作業，クレ
ーン作業，押し付け掘削作業，積み込み作業，旋回地な
らし作業，単純掘削作業，溝掘削作業，水平地ならし作
業等）の中からある１つの作業が判別され、予め設定さ
れた各作業種別の操作特性設定値のうち、この判別され
た１つの作業に対応する操作特性設定値がそのまま出力
され、この出力値により油圧ショベル本体の各設定が行
われる。

【０００５】なお、上記作業判別にＩＦ−ＴＨＥＮロジ
ックを利用した例もある（特開平９−２１７７０２号公
報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】（１）上記従来技術に
おいては、操作の特徴から現在どの作業を行っているか
を択一的に判別し、その後この判別された作業にしたが
って、油圧ショベルの操作特性を切り替えている。この
場合、操作特性の切り替えはＯＮ−ＯＦＦ的に変化す
る。しかし、実際の掘削作業においては、ある特定の作
業のみが行われることは少なく、例えば掘削作業を行っ
て、次に仕上げ作業を行う等のように、複数の作業が組
み合わされ、これらの作業への切り替えが頻繁に行われ
ることが多い。

【０００７】いま、油圧ポンプの最大流量が、単純掘削
作業に対し１００％，法面仕上げ作業に対し７０％にそ
れぞれ設定されていたとする。そして、オペレータが法
面仕上げから、単純掘削に移るというような作業をした
とする。すると、油圧ポンプの最大流量が、７０％から
１００％に急激に変化し、これによりオペレータはかな
りのショックを感じ、その結果、油圧ショベルの操作性
が大きく損なわれることがある。

【０００８】（２）また、上記従来技術においては、作
業判別に必要な各特徴量を抽出するためには、所定時間
（例えば１５秒間）の各操作量の履歴データを必要とす
る。この所定時間内にオペレータが操作を切り替える
と、操作量履歴データ内に異種作業のデータが混在する
こととなり、作業判別に誤りが生じやすい。したがっ
て、例えばオペレータが操作を、掘削作業から法面仕上
げ作業用の操作に切り替えたものとすると、判別結果が
掘削作業に確定する直前に、法面仕上げ作業とは別の他
の作業に判別され、結果としてオペレータの意図しない
作業モードに切り替わる場合がある。上記従来技術で
は、上述したように、ＯＮ−ＯＦＦ的に操作特性を切り
替えているので、このように意図しない作業モードに切
り替わることによる操作の違和感がオペレータにとって
顕著に感じられ、その結果、この場合も油圧ショベルの
操作性が損なわれることがある。

【０００９】本発明は、従来構成の問題点を解決すべく
創案されたもので、操作の切り替え時のショックや違和
感を極力少なくして油圧ショベルの操作特性を向上し得
る油圧ショベルの制御装置を提供することを目的とする
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、油圧ショベル
の各作業用アクチュエータに対応する各操作レバーの操
作量を検出する操作量検出手段と、上記検出された操作
量に基づき油圧ショベルの操作の特徴を示す特徴量を演
算する特徴量演算手段と、作業種別に各特徴量に対応さ
せて予め設定されたファジー推論用の複数のメンバシッ
プ関数を記憶するメンバシップ関数記憶手段と、上記演
算された各特徴量を、上記記憶された各メンバシップ関
数に適用することにより、該演算された各特徴量の各作
業に対する適合度を演算する適合度演算手段とを具備し
た油圧ショベルの制御装置において、各作業種別に各操
作特性に対応させて予め設定された操作特性設定値を記
憶する操作特性設定値記憶手段と、複数の作業種に対応
して演算された適合度および記憶された操作特性設定値
に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性を出力する
操作特性出力手段とを設けてなることを特徴とする油圧
ショベルの制御装置として構成されている。

【００１１】このような構成では、油圧ショベルの各作
業用アクチュエータに対応する各操作レバーの操作量が
操作量検出手段により検出され、上記検出された操作量
に基づき油圧ショベルの操作の特徴を示す特徴量が特徴
量演算手段により演算され、作業種別に各特徴量に対応
させて予め設定されたファジー推論用の複数のメンバシ
ップ関数がメンバシップ関数記憶手段により記憶され、
上記演算された各特徴量が、上記記憶された各メンバシ
ップ関数に適用されることにより、該演算された各特徴
量の各作業に対する適合度が適合度演算手段により演算
される。この際、各作業種別に各操作特性に対応させて
予め設定された操作特性設定値が操作特性設定値記憶手
段に記憶され、複数の作業種に対応して演算された適合
度および記憶された操作特性設定値に基づいて油圧ショ
ベルの制御用の操作特性が操作特性出力手段により出力
される。すなわち、上記従来技術のように単一の作業種
に対応する操作特性設定値がそのまま出力されるのでは
なく、ここでは複数の作業種に対応する適合度と操作特
性設定値とから求められた操作特性の出力値が出力され
る。これにより、複数の適合度が操作特性の出力値に総
合的に反映されることとなる。

【００１２】より具体的には、例えば予め各特徴量と各
作業との関係がファジールールで記述されており、各ル
ールへの適合度は、予め設定されたメンバシップ関数に
基づいて計算され、操作特性の出力値が、各作業毎に設
定された操作特性値を用いて、各ルールへの適合度を重
みとした荷重平均によって求められる。

【００１３】このことにより、操作特性が予め定められ
た値にＯＮ−ＯＦＦ的に切り替わるのではなく、中間的
な値が出力される。例えば、油圧ポンプの最大流量が上
記従来技術と同様である場合においては、その出力値は
１００％と７０％の中間の８５％となる。

【００１４】したがって、例えばオペレータが、法面仕
上げから、単純掘削というような作業をする場合でも、
作業切り替わりの前後で予め記憶された操作特性設定値
以外の中間的な出力値を制御値とすることができるの
で、油圧ポンプの最大流量が従来技術におけるようにス
テップ的に変化せず、段階的に変化し、操作特性の切り
替わりがスムーズとなる。

【００１５】また、操作量履歴データ内に異種作業のデ
ータが混在する場合でも、上記従来技術におけるような
ＯＮ−ＯＦＦ的な切り替えに比べて、各適合度を考慮し
た制御となっており、誤判別つまりオペレータが意図し
ない作業の適合度が大きくなるような場合でも、それら
の操作特性に及ぼす影響が平均化されるので、操作の違
和感が減少する。

【００１６】さらに、操作特性設定値を、同一の操作特
性を有する作業種毎にグループ化し、各作業グループ毎
の適合度および操作特性設定値に基づいて油圧ショベル
の制御用の操作特性を出力することすれば、ある特定の
操作特性が重複して出現することにより、その操作特性
が強調されることを防止することができる。

【００１７】より具体的には、例えば予め各特徴量と各
作業グループとの関係がファジールールで記述されてお
り、各ルールへの適合度は、予め設定されたメンバシッ
プ関数に基づいて計算され、操作特性の出力値が、各作
業グループ毎に設定された操作特性値を用いて、各ルー
ルへの適合度を重みとした荷重平均によって求められ
る。

【００１８】その結果、いずれの場合も、操作の切り替
え時のショックや違和感を極力少なくして油圧ショベル
の操作特性の向上を図ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
なお、以下の実施の形態は本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。以
下、いくつかの実施の形態について説明する。

【００２０】（実施の形態１）図２は、本実施の形態１
に係る制御装置を含む油圧ショベルの全体システム構成
図である。図２に示すように、この油圧ショベルは、エ
ンジン１０と、これを駆動源とする２台の油圧ポンプ１
１，１２と、作業用アクチュエータであるブーム用油圧
シリンダ１３，アーム用油圧シリンダ１４，バケット用
油圧シリンダ１５，旋回用油圧モータ１６，右走行用油
圧モータ１７および左走行用油圧モータ１８と、これら
の機器１〜１８の動作を制御するコントローラ１９を具
備している。

【００２１】このうち油圧ポンプ１１は、ブーム用油圧
シリンダ１３，バケット用油圧シリンダ１５および右走
行用油圧モータ１７に圧油を、それぞれ対応するコント
ロール弁１３ａ，１５ａおよび１７ａを介して供給し、
これらを駆動するようになっている。油圧ポンプ１２
は、アーム用油圧シリンダ１４，旋回用油圧モータ１６
および左走行用油圧モータ１８に圧油を、それぞれ対応
するコントロール弁１４ａ，１６ａおよび１８ａを介し
て供給し、これらを駆動するようになっている。各コン
トロール弁１３ａ〜１８ａは、それぞれブーム用操作レ
バー２０，バケット用操作レバー２１，右走行用操作レ
バー２２，アーム用操作レバー２３，旋回用操作レバー
２４および左走行用操作レバー２５を備えた操作装置の
図示しないパイロット弁から各操作レバー２０〜２５の
操作量および操作方向に応じたパイロット圧油が供給さ
れて切り替え動作が行われるようになっている。なお、
ここでは、説明の便宜上、各操作レバーを個別に設けて
いるが、実機においては、それらの共通化が図られてい
る。

【００２２】また油圧ポンプ１１，１２は、可変容量型
のものであり、その吐出流量を規制する傾転角がそれぞ
れ第１比例電磁弁２６および第２比例電磁弁２７により
生成される２次圧によって、図示しないレギュレータを
介して調整可能となっている。

【００２３】つまり、これら第１，第２比例電磁弁２
６，２７の通電制御により各油圧ポンプ１１，１２の吐
出流量が制御可能となっている。

【００２４】一方、この油圧ショベルは、各操作レバー
２０〜２５の操作方向を含む操作量を検出する各操作量
センサ（操作量検出手段に相当）１であるブーム操作量
センサ２０ａ，バケット操作量センサ２１ａ，右走行操
作量センサ２２ａ，アーム操作量センサ２３ａ，旋回操
作量センサ２４ａおよび左走行操作量センサ２５ａを備
えている。各操作量センサ１は、例えば圧力センサによ
り構成され、各操作レバー２０〜２５の操作量に応じた
信号をコントローラ１９に出力するようになっている。

【００２５】なお、図示しない管路が油圧ポンプ１１，
１２の管路に接続されており、これによって、ブーム用
油圧シリンダ１３，アーム用油圧シリンダ１４には両ポ
ンプから圧油が供給され、また各アクチュエータの非作
動時には圧油が図示しないタンクへ還流されるようにな
っている。

【００２６】図１は、本実施の形態１に係る制御装置
（以下、「本装置」という。）の概略構成を示すブロッ
ク図である。図１および図２に示すように、本装置の主
要部をなすコントローラ１９は、例えばマイクロコンピ
ュータにより構成されており、その機能的構成として、
各操作量センサ１からの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／
Ｄ変換器２８と、このＡ／Ｄ変換された各操作レバー２
０〜２５の操作量を示すデータを連続した所定時間（例
えば２０秒間）保持し、それを例えば5秒ごとに更新し
ていくデータ保持部２９と、この保持されたデータに基
づき油圧ショベルの特徴を示す特徴量を抽出する特徴量
抽出部（特徴量演算手段に相当）２と、作業種別に各特
徴量に対応させて予め設定されたファジー推論用の複数
のメンバシップ関数を記憶するメンバシップ関数記憶部
（メンバシップ関数記憶手段に相当）３と、上記演算さ
れた各特徴量を、この記憶された各メンバシップ関数に
適用することにより、この演算された各特徴量の各作業
に対する適合度を演算する適合度演算部（適合度演算手
段に相当）４とを具備している点では、上記従来技術と
同様である。

【００２７】さらに、特徴量抽出部２は、作業種別を判
別するために、後述する複数種の特徴量をデータ保持部
２９に保持された各操作レバー２０〜２５の所定時間分
の操作量データからそれぞれ把握するブーム操作複雑さ
把握部３１，アーム操作複雑さ把握部３２，バケット操
作複雑さ把握部３３，高速旋回時間把握部３４，ブーム
逆操作時間把握部３５，バケット・アーム停止時間把握
部３６，ブーム操作平均値把握部３７，アーム操作平均
値把握部３８およびバケット操作平均値把握部３９を具
備し、適合度演算部４は、メンバシップ関数記憶部３に
記憶されたメンバシップ関数を用いて、作業時に上記各
把握部３１〜３９に把握される各特徴量の各作業種別へ
の適合度を求めるようになっているが、この点でも上記
従来技術と同様である。

【００２８】しかし、本コントローラ１９は、各作業種
別に各操作特性に対応させて予め設定された操作特性設
定値を記憶する操作特性設定値記憶部（操作特性設定値
記憶手段に相当）５と、全作業種に対応して演算された
適合度および記憶された操作特性設定値を総合的に取り
込んで、これら全てを加味した油圧ショベルの制御用の
操作特性を演算し、これを出力する操作特性演算部（操
作特性出力手段に相当）６とを備えている点で上記従来
技術と異なる。

【００２９】そして、コントローラ１９の操作特性演算
部６からの出力信号によって油圧ポンプ制御部７が第
１，第２比例電磁弁２６，２７を動作させるようになっ
ている。以下、本コントローラ１９等の動作について図
３〜図１１を参照して説明する。

【００３０】本実施の形態１では、この特徴量抽出部２
により抽出する作業種別は、単純掘削作業，法面仕上げ
作業，溝掘削作業，水平掘削作業，旋回地ならし作業，
土羽打ち作業，ばらまき作業，押し付け作業，クレーン
作業および積み込み作業の１０種類であり、各作業種別
の作業内容の概要は以下の通りである。

【００３１】単純掘削作業は、車両の前方箇所でバケッ
トを地面に押し当てて、アームおよびブームの動作によ
ってバケットを手前に引き込むことにより地面に穴を掘
る作業である。法面仕上げ作業は、バケット，アーム，
ブームの同時動作によって、バケットを斜面に沿わせ、
この状態でアームやブームを動作させてバケットにより
斜面を削っていく作業である。溝掘削作業は、車両の前
方箇所でバケットを地面に押し当てて、アームおよびブ
ームの動作によってバケットを手前に引き込むことによ
り地面に溝を掘る作業である。水平掘削作業は、車両の
前方箇所でバケットを地面の凸部に押し当てて、アーム
およびブームの動作によってバケットを手前に引き込む
ことにより地面の凸部を削り取る作業である。旋回地な
らし作業は、バケットを地面に接触させ、この状態で旋
回動作を行うことにより地ならしを行う作業である。土
羽打ち作業は、ブームの上下動の繰り返しによって、バ
ケットを地面にたたきつけて、地面をかためていく作業
である。ばらまき作業は、バケット，アーム，ブームの
同時動作によって、バケットに土をすくい、それをバケ
ットの動作によってばらまくという作業を高速で繰り返
す作業である。押し付け掘削作業は、車両の側方箇所で
車両の前後方向に溝を掘る場合等に、旋回動作を行いつ
つ、バケットを地面に押し当てて引き込んで掘削を行う
作業である。

【００３２】クレーン作業は、バケットの刃先にロープ
等を介して運搬物をつり下げ、この運搬物の移動を行う
作業である。積み込み作業は、油圧ショベルを輸送する
際に、トレーラ等に油圧ショベルを積み込む作業であ
る。

【００３３】これらの作業種別の特徴量を抽出する特徴
量抽出部２のブーム操作複雑さ把握部３１は、ブーム用
操作レバー２０の前記所定時間分の操作量データから、
この所定時間内においてこの操作レバーの操作量が増減
変動される割合をブーム操作の複雑さを示す複雑さ表示
量として把握する。バケット操作複雑さ把握部３３は、
バケット用操作レバー２１の前記所定時間分の操作量デ
ータから、この所定時間内においてこの操作レバーの操
作量が増減変動される割合をブーム操作の複雑さを示す
複雑さ表示量として把握する。このようにして求める例
を表１に示している。

【００３４】

【表１】

【００３５】本実施の形態１では、ブーム操作複雑さ把
握部３１は、所定時間分（例えば１５秒間分）のブーム
操作レバー２０についての操作量の時間的変化を示す波
形ａ（これはデータ保持部２９に保持された複数の操作
量Ｓ１〜Ｓ５（上記表１では、それぞれ、−１０．０，
−５．０，５．０，１０．０）を表す直線ｂ１〜ｂ５の
それぞれと交わる交点Ｐ１〜Ｐ５の個数、換言すれば、
所定時間内においてブーム用操作レバー２０の操作量が
各操作量Ｓ１〜Ｓ５より小さい操作量または大きい操作
量からそれぞれこの操作量Ｓ１〜Ｓ５より大きい操作量
または小さい操作量に変化する回数（各操作量Ｓ１〜Ｓ
５の上下に変化する回数）を各操作量Ｓ１〜Ｓ５毎に求
める。そして、各操作量Ｓ１〜Ｓ５に対応する各交点Ｐ
１〜Ｐ５の個数の平均値をブーム操作の複雑さ表示量ｃ
ｈ１として求める。

【００３６】例えば、図３に示すようなブーム用操作レ
バー２１の操作量の波形ａでは、各所定操作量Ｓ１〜Ｓ
５に対応する複雑さ表示量は「９．６」となる。このよ
うな複雑表示量の求め方は、バケット操作複雑さ把握部
３３のバケット操作の複雑さ表示量ｃｈ２についても同
様である。ただし、前記操作量Ｓ１〜Ｓ５は、各操作レ
バー毎に各別に定められている（上記表１では、−５．
０のみとしている）。

【００３７】このようにして求められるブーム操作およ
びバケット操作の複雑さ表示量ｃｈ１，ｃｈ２は、それ
ぞれブーム用操作レバー２０およびバケット用操作レバ
ー２１が前記所定時間内で頻繁に増減操作される程度を
示すものであり、この複雑さ表示量ｃｈ１，ｃｈ２が大
きい程、各操作レバーが頻繁に増減操作されて、複雑な
ブーム操作およびバケット操作が行われていることを意
味する。

【００３８】この場合、複数の所定操作量Ｓ１〜Ｓ５に
対応する直線ｂ１〜ｂ５との交点Ｐ１〜Ｐ５の個数の平
均値をブーム操作やバケット操作の複雑さ表示量とする
ことにより、同じ作業に際して作業者の好みや作業環境
等によって、各操作レバーの操作量の増減幅がばらつく
ような場合であっても、各操作レバーが頻繁に増減操作
される程度（操作の複雑さ）を前記複雑さ表示量ｃｈ
１，ｃｈ２により適正に把握することができる。さら
に、図３の右寄りの箇所に示すように、単なる振動等に
より、僅かな増減幅で各操作レバーの操作量が増減する
ような場合に、この操作レバーが頻繁に増減操作されて
いると誤認してしまうような事態を排除できる。このよ
うな複雑さ表示量は、前記各交点Ｐ１〜Ｐ５の個数の最
小値をこの複雑さ表示量として求めるようにしてもよ
い。その場合には、図３の波形ａでは、この複雑さ表示
量は「８」となる。

【００３９】高速旋回時間把握部３４は、旋回用操作レ
バーの前記所定時間分の操作量データから、この所定時
間内において、この操作レバーの操作量の大きさが予め
定められた所定操作量（上記表１では、３０．０）以上
となる時点数、例えばそのような時間の合計を求め、そ
れを高速旋回時間の表示量ｃｈ３として把握する。この
ようにして求められる高速旋回時間の表示量ｃｈ３は、
前記所定時間内において、油圧ショベルの高速旋回動作
が行われた合計時間を意味する。

【００４０】バケット・アーム停止時間把握部３６は、
ブーム用，アーム用およびバケット用の各操作レバーに
ついての前記所定時間分の操作量データから、この所定
時間内においてブーム用操作レバー２０の操作量（絶対
値）が予め定められた所定操作量（上記表１では、３．
０）以上で、かつ、アーム用操作レバー２３およびバケ
ット用操作レバー２１の各操作量（絶対値）がそれぞれ
予め定められた所定操作量（上記表１では、３．０）以
下となる時点数、例えばそのようになる時間の合計を求
め、それをバケット・アーム停止時間の表示量ｃｈ４と
して把握する。このようにして求められるバケット・ア
ーム停止時間の表示量ｃｈ４は、バケットおよびアーム
をほぼ停止した状態で、ブームのみを駆動する状態の前
記所定時間内における合計時間を意味する。

【００４１】ブーム逆操作時間把握部３５は、ブーム
用，アーム用およびバケット用の各操作レバーについて
の前記所定時間分の操作量データから、この所定時間内
においてブーム用操作レバー２０およびアーム用操作レ
バー２３の各操作量がブームおよびアームの上昇側でそ
れぞれ予め定められた所定操作量（上記表１では、３．
０）以上となり、かつ、バケット用操作レバー２１の操
作量が、バケットの引き込み側で予め定められた所定操
作量（上記表１では、−３．０）以下となる時点数、例
えばそのようになる時間の合計を求め、それをブーム逆
操作時間の表示量ｃｈ５として把握する。このようにし
て求められるブーム逆操作時間の表示量ｃｈ５は、ブー
ムおよびアームが上昇側に駆動される一方、バケットが
引き込み側に駆動される状態の前記所定時間内における
合計時間を意味する。

【００４２】ブーム操作平均値把握部３７，アーム操作
平均値把握部３８およびバケット操作平均値把握部３９
は、それぞれブーム用，アーム用およびバケット用の各
操作レバーについての前記所定時間分の操作量データか
ら、この所定時間内における各操作レバーの操作量（絶
対値）の平均値を求め、それぞれブーム操作量平均値の
表示量ｃｈ６，アーム操作量平均値の表示量ｃｈ７およ
びバケット操作量平均値の表示量ｃｈ８として把握す
る。

【００４３】本実施の形態１では、これらの各把握部３
１〜３９により把握されるブーム操作の複雑さの表示量
ｃｈ１，バケット操作の複雑さの表示量ｃｈ２，高速旋
回時間の表示量ｃｈ３，バケット・アーム停止時間の表
示量ｃｈ４，ブーム逆操作時間の表示量ｃｈ５，ブーム
操作量平均値の表示量ｃｈ６，アーム操作量平均値の表
示量ｃｈ７およバケット操作量平均値の表示量ｃｈ８を
油圧ショベルの動作状態を示す特徴量としている。この
ように求めた作業種と特徴量との関係を表２に示した。

【００４４】

【表２】

【００４５】メンバシップ関数記憶部３に記憶保持され
たメンバシップ関数は、この表２から導かれるものであ
り、前記ブーム操作の複雑さ表示量等である８種類の各
特徴量の値と、前述した各作業種別に対応する特徴量の
適合度との予め定められた関係を示すものである。そし
て、各作業種毎に、前述した各特徴量に対応するメンバ
シップ関数がメンバシップ関数記憶部３に記憶保持され
る。

【００４６】すなわち、このメンバシップ関数は、各作
業種別と各特徴量との組毎に設定される。この場合、各
作業種別と各特徴量との各組に対応するメンバシップ関
数は、基本的には、各作業種別の実際の作業時において
前述の各特徴量が通常的にとり得る値の範囲で、その特
徴量の値に対応した適合度が最大値（本実施の形態では
「１」）となり、この特徴量の値が上記範囲から外れる
に従って、徐々に適合度が小さくなるように設定され
る。

【００４７】例えば図４〜図１１は、単純掘削作業につ
いての例であるが、通常、ブーム用操作レバー２０およ
びバケット用操作レバー２１が、短時間で頻繁に増減操
作されるころは少ないため、図４および図５に示すよう
に、前記ブーム操作の複雑さ表示量およびバケット操作
の複雑さ表示量の値が「０」を含めて比較的低い範囲
で、適合度が最大の「１」となるようにメンバシップ関
数が設定される。

【００４８】また単純掘削作業においては、通常、高速
旋回を行う動作や、バケットおよびアームをほぼ停止し
た状態でブームのみを駆動する動作、ブームを上昇側に
駆動しつつバケットおよびアームを引き込み側に駆動す
る状態の頻度が少ないため、図６〜図８に示すように前
記高速旋回時間，バケット・アーム停止時間およびブー
ム逆操作時間の値が「０」を含めて比較的低い範囲で、
適合度が最大の「１」となるようにメンバシップ関数が
設定される。

【００４９】また単純掘削作業においては、通常、ブー
ム用操作レバー２０およびバケット用操作レバー２１が
比較的大きな操作量で操作される場合が多く、このた
め、図９および図１１に示すように、前記ブーム操作量
平均値およびバケット操作量平均値がある値以上の比較
的大きい範囲で、適合度が最大の「１」となるようにメ
ンバシップ関数が設定される。

【００５０】そして、アーム操作レバー２３は、中程度
の操作量で操作される場合が多いことから、図１０に示
すように、前記アーム操作量平均値の値が中程度の範囲
で、適合度が最大の「１」となるようにメンバシップ関
数が設定される。

【００５１】このような作業種別毎の各特徴量に対する
メンバシップ関数の設定は、他の作業についても、同様
であり、各作業が通常とり得る値の範囲で、その特徴量
の値に対応した適合度が最大の「１」となるように各メ
ンバシップ関数が設定される。なお、各作業種別につい
て、特徴量の通常的な値の範囲が、この特徴量の全範囲
にわたるような場合には、その特徴量のの全範囲にわた
って適合度が最大の「１」となるようにメンバシップ関
数が設定される。

【００５２】適合度演算部４は、作業時に前記各把握部
３１〜３９により実際に把握された各特徴量の値から、
上記のようにして設定されたメンバシップ関数を用いて
各作業種毎に、各特徴量の各作業種別に対する適合度を
求める。

【００５３】具体的には、適合度演算部４は、上記表１
における各特徴量ｃｈ１〜ｃｈ８を用いて上記メンバシ
ップ関数から計算される各作業の特徴量に対する適合度
μｉｊ（ｉ＝１〜９，ｊ＝１〜８）の論理積あるいは論
理和から、各作業の適合度ｈｉ（ｉ＝１〜９）を以下の
ような式を用いて計算する。

【００５４】

【数１】

【００５５】あるいは、

【００５６】

【数２】

【００５７】ただし、ｉ＝１は単純掘削作業，２は法面
仕上げ作業，３は溝掘削作業，４は水平地ならし作業，
５は旋回地ならし作業，６は土羽打ち作業，７はばらま
き作業，８は押し付け掘削作業，９はクレーン作業を示
し、ｍｉｎ（ ）は最小値っを計算する処理を示してい
る。

【００５８】操作特性設定値記憶部５は、応答時定数記
憶部４１と、吸収馬力記憶部４２と、流量変更記憶部４
３と、最大供給流量記憶部４４とを具備し、各記憶部４
１〜４４に各作業に対して要求される操作特性設定値Ｐ
ｋｉを例えば以下に示す表３のように設定し記憶させ
る。

【００５９】

【表３】

【００６０】すなわち、応答時定数記憶部４１は、各操
作レバーの操作量の変化速度に対する各アクチュエータ
の作動速度の変化速度を規制する応答時定数を記憶して
おくものであり、例えば上記表３に示すように、この応
答時定数を作業種別に応じて０秒，０．２秒，０．３
秒，０．５秒に設定し記憶する。応答時定数は、それが
小さくなる程、各操作レバーの操作量が変化されたとき
に、それに対する各アクチュエータの作動速度の応答性
が高くなるものである。なお、この応答時定数にしたが
った作動は、例えば各操作レバーの操作量が変化された
ときに、それに応じた油圧ポンプ１１，１２の流量変化
を生ぜしめるための第１，第２比例電磁弁２６，２７へ
の通電タイミングをこの応答時定数の時間だけ遅延させ
ることにより行われる。

【００６１】吸収馬力記憶部４２は、エンジン１０の出
力を油圧ポンプ１１，１２により吸収する割合である、
いわゆる吸収馬力を記憶しておくものであり、例えば上
記表３に示すように、油圧ポンプ吸収馬力を作業種別に
応じて１００％，８０％，７０％に設定し記憶する。こ
こで、１００％の油圧ポンプ吸収馬力は、エンジン１０
の各回転数における出力トルクと油圧ポンプ１１，１２
の発生トルクとが一致する状態を示しており、この状態
では、エンジン１０の出力が、そのまま各アクチュエー
タを駆動するための油圧ポンプ１１，１２の出力に変換
される。また８０％あるいは７０％の油圧ポンプ吸収馬
力は、エンジン１０の各回転数における油圧ポンプ１
１，１２の発生トルクと出力トルクの８０％あるいは７
０％となる状態を示しており、この状態では、エンジン
１０の出力の８０％あるいは７０％が、各アクチュエー
タを駆動するための油圧ポンプ１１，１２の出力に変換
される。

【００６２】流量変化度記憶部４３は、各操作レバーの
操作量の変化量に対する油圧ポンプ１１，１２から各ア
クチュエータへの圧油の流量についての静的変化量の割
合を流量変化量として記憶しておくものであり、例えば
上記表３に示すように、この流量変化量を作業種別に応
じて大，中，小の３種類で設定し記憶する。流量変化量
は、それが大きい程、各操作レバーの操作量の増減に対
して、各アクチュエータの作動速度の増減変化が大きく
なる。

【００６３】最大供給流量記憶部４４は、油圧ポンプ１
１，１２から各アクチュエータへの圧油の最大供給量を
記憶しておくものであり、例えば上記表３に示すよう
に、油圧ポンプ１１，１２の許容最大吐出流量に等しい
最大供給流量を１００％として、この最大供給流量を作
業種別に応じて１００％，８０％，７０％に設定し記憶
する。最大供給流量は、それが大きい程、各操作レバー
の操作による各アクチュエータの最大作動速度が速くな
る。

【００６４】操作特性演算部６では、適合度演算部４に
よって計算された適合度ｈｉ（ｉ＝１〜９）と、操作特
性設定値記憶部５の各記憶部４１〜４４に記憶されてい
る操作特性設定値Ｐｋｉから、以下のような式を用いて
操作特性出力値Ｐｋ（ｋ＝１〜４）を計算する。つま
り、各作業毎に設定された操作特性設定値の、各特徴量
と各作業との関係を記述したファジールールへの適合度
を重みとした荷重平均をを操作特性の出力値となす。

【００６５】

【数３】

【００６６】そして、操作特性演算部６からの操作特性
出力値Ｐｋにしたがって、油圧ポンプ制御部７では、各
操作レバーの時々刻々の操作量に応じた流量の圧油が各
アクチュエータに供給されるように第１，第２比例電磁
弁２６，２７への通電量を決定し、この第１，第２比例
電磁弁２６，２７へ通電し、これにより、油圧ポンプ１
１，１２の吐出流量を制御する。

【００６７】以上より、本実施の形態１によれば、上記
従来技術のように単一の作業種に対応する操作特性設定
値がそのまま出力されるのではなく、ここでは全作業種
に対応する適合度と操作特性設定値とから求められた操
作特性の出力値が出力される。これにより、全ての適合
度が操作特性の出力値に反映されることとなる。

【００６８】より具体的には、例えば予め各特徴量と各
作業との関係がファジールールで記述されており、各ル
ールへの適合度は、予め設定されたメンバシップ関数に
基づいて計算され、操作特性の出力値が、各作業毎に設
定された操作特性値を用いて、各ルールへの適合度を重
みとした荷重平均によって求められる。

【００６９】このことにより、操作特性が予め定められ
た値にＯＮ−ＯＦＦ的に切り替わるのではなく、中間的
な値が出力される。例えば、油圧ポンプの最大流量が上
記従来技術と同様に、単純掘削作業に対し１００％，法
面仕上げ作業に対し７０％にそれぞれ設定されており、
オペレータが、法面仕上げから、単純掘削というような
作業をする場合においては、その出力値は１００％と７
０％の中間の８５％となる。

【００７０】したがって、このような組み合わせ作業を
行う場合でも、作業切り替わりの前後で予め設定された
値以外の中間的な制御値をとることができるので、油圧
ポンプの最大流量が従来技術におけるようにステップ的
に変化せず、段階的に変化し、操作特性の切り替わりが
スムーズとなる。

【００７１】また、操作量履歴データ内に異種作業のデ
ータが混在する場合でも、上記従来技術におけるような
ＯＮ−ＯＦＦ的な切り替えに比べて、各適合度を考慮し
た制御となっており、誤判別つまりオペレータが意図し
ない作業の適合度が大きくなるような場合でも、それら
の操作特性に及ぼす影響が平均化されるので、操作の違
和感が減少する。その結果、油圧ショベルの操作特性の
向上を図ることができる。

【００７２】なお、上記実施の形態１では、具体例とし
て、操作特性の出力値が、各作業毎に設定された操作特
性値を用いて、各特徴量と各作業との関係を表すファジ
ールールへの適合度を重みとした荷重平均によって求め
られるものとしたが、この適合度による重みに代えて、
あるいは、この適合度による重みに加えてオペレータ指
定による重み付けをしてもよい。その場合には、オペレ
ータの経験が出力値に反映されることとなり、より実際
的な操作性の向上が図られる。さらに、そのような重み
付けを学習により行うこととしてもよいことは勿論であ
る。

【００７３】また、上記実施の形態１では、予め用意さ
れた全ての作業種に対応する適合度および操作特性設定
値をベースにしているが、本発明では、少なくとも２以
上の作業種に対応する適合度および操作特性設定値を選
択してこれらから複合的な操作特性出力値を演算するこ
とにより、優れた効果が得られる。

【００７４】（実施の形態２）上記実施の形態１では、
各作業毎に設定されている操作特性設定値Ｐｋｉを用い
て操作特性出力値Ｐｋの計算を行っている。しかし、上
記表３をみると分かるように、例えば単純掘削作業，溝
掘削作業および押し付け掘削作業はまったく同じ操作特
性に設定されている（ポンプ吸収馬力＝１００％，最大
供給流量＝１００％，重量変化度＝１．０，応答時定数
＝０秒）。

【００７５】このような場合、上記数１式を用いて計算
するとすれば、ある特定の操作特性が強調されることに
なる。例えば、ポンプ吸収馬力＝１００％が上記数１式
では３回も重複して出現するからである。したがって、
これによって不都合が生じる場合は、作業をグループ化
することが考えられる。具体的には、以下に示す表４の
ような作業グループ化が考えられる。

【００７６】

【表４】

【００７７】ここでは、例えば単純掘削作業，溝掘削作
業および押し付け掘削作業を掘削作業としてグループ番
号１で表しており、他の作業も同様にグループ化してそ
れぞれグループ番号２〜６で表している。このように作
業グループ化した場合には、上記符号ｉは作業グループ
番号を意味することとなる。すると、各作業グループと
操作特性設定値との関係は以下に示す表５のようにな
る。

【００７８】

【表５】

【００７９】ただし、各作業グループの適合度ｈｇｉ
（ｉ＝１〜６）は、各作業グループに属する作業の適合
度の最大値とし、本実施の形態２では、以下の数４式に
よって計算する。つまり、ここでも上記実施の形態１と
同様に、各作業毎に設定された操作特性設定値の、各特
徴量と各作業との関係を記述したファジールールへの適
合度を重みとした荷重平均をを操作特性の出力値とな
す。

【００８０】

【数４】

【００８１】この場合、操作特性演算部６では、適合度
演算部４によって計算された各作業グループの適合度ｈ
ｇｉ（ｉ＝１〜６）と、操作特性設定値記憶部５の各記
憶部４１〜４４に記憶されている操作特性設定値Ｐｋｉ
から、以下のような式を用いて操作特性出力値Ｐｋ（ｋ
＝１〜４）を計算する。つまり、各作業グループ毎に設
定された操作特性設定値の、各特徴量と各作業グループ
との関係を記述したファジールールへの適合度を重みと
した荷重平均をを操作特性の出力値となす。

【００８２】

【数５】

【００８３】そして、操作特性演算部６からの操作特性
出力値Ｐｋにしたがって、油圧ポンプ制御部７では、油
圧ポンプの吐出量を第１，第２比例電磁弁２６，２７を
介して制御する。

【００８４】以上より、本実施の形態２によれば、操作
特性がまったく同様の作業が存在する場合、それらをグ
ループ化することにより、ある特定の操作特性が重複し
て出現することによってその操作特性が強調されること
を防止して、操作性の向上を図ることができる。

【００８５】なお、本実施の形態２の構成は、上記グル
ープ化以外については、上記実施の形態１とまったく同
様である。したがって、その他の作用効果は、上記実施
の形態１とまったく同様である。

【００８６】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明によれば、
油圧ショベルの各作業用アクチュエータに対応する各操
作レバーの操作量が操作量検出手段により検出され、上
記検出された操作量に基づき油圧ショベルの操作の特徴
を示す特徴量が特徴量演算手段により演算され、作業種
別に各特徴量に対応させて予め設定されたファジー推論
用の複数のメンバシップ関数がメンバシップ関数記憶手
段により記憶され、上記演算された各特徴量が、上記記
憶された各メンバシップ関数に適用されることにより、
該演算された各特徴量の各作業に対する適合度が適合度
演算手段により演算される。この際、各作業種別に各操
作特性に対応させて予め設定された操作特性設定値が操
作特性設定値記憶手段に記憶され、複数の作業種に対応
して演算された適合度および記憶された操作特性設定値
に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性が操作特性
出力手段により出力される。すなわち、上記従来技術の
ように単一の作業種に対応する操作特性設定値が選択さ
れてそのまま出力されるのではなく、ここでは複数の作
業種に対応する適合度と操作特性設定値とから求められ
た操作特性の出力値が出力される。これにより、複数の
適合度が操作特性の出力値に総合的に反映されることと
なる。

【００８７】より具体的には、例えば予め各特徴量と各
作業との関係がファジールールで記述されており、各ル
ールへの適合度は、予め設定されたメンバシップ関数に
基づいて計算され、操作特性の出力値が、各作業毎に設
定された操作特性値を用いて、各ルールへの適合度を重
みとした荷重平均によって求められる。

【００８８】このことにより、操作特性が予め定められ
た値にＯＮ−ＯＦＦ的に切り替わるのではなく、中間的
な値が出力される。例えば油圧ポンプの最大流量が、上
記従来技術と同様に、単純掘削作業に対し１００％，法
面仕上げ作業に対し７０％にそれぞれ設定されており、
オペレータが、法面仕上げから、単純掘削というような
作業をする場合においては、その出力値は１００％と７
０％の中間の８５％となる。

【００８９】したがって、このような組み合わせ作業を
行う場合でも、作業切り替わりの前後で予め設定された
値以外の中間的な制御値をとることができるので、例え
ば油圧ポンプの最大流量が従来技術におけるようにステ
ップ的に変化せず、段階的に変化し、操作特性の切り替
わりがスムーズとなる。

【００９０】また、操作量履歴データ内に異種作業のデ
ータが混在する場合でも、上記従来技術におけるような
ＯＮ−ＯＦＦ的な切り替えに比べて、各適合度を考慮し
た制御となっており、誤判別つまりオペレータが意図し
ない作業の適合度が大きくなるような場合でも、それら
の操作特性に及ぼす影響が平均化されるので、操作の違
和感が減少する。

【００９１】さらに、操作特性設定値を、同一の操作特
性を有する作業種毎にグループ化し、各作業グループ毎
の適合度および操作特性設定値に基づいて油圧ショベル
の制御用の操作特性を出力することとすれば、ある特定
の操作特性が重複して出現することにより、その操作特
性が強調されることを防止することができる。

【００９２】より具体的には、例えば予め各特徴量と各
作業グループとの関係がファジールールで記述されてお
り、各ルールへの適合度は、予め設定されたメンバシッ
プ関数に基づいて計算され、操作特性の出力値が、各作
業グループ毎に設定された操作特性値を用いて、各ルー
ルへの適合度を重みとした荷重平均によって求められ
る。

【００９３】その結果、いずれの場合も、操作の切り替
え時のショックや違和感を極力少なくして油圧ショベル
の操作特性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る制御装置の概略構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係る制御装置を含む油
圧ショベルの全体システム構成図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係る制御装置の作動説
明図である。

【図４】ブーム操作複雑さ表示量についてのメンバシッ
プ関数の例図である。

【図５】バケット操作複雑さ表示量についてのメンバシ
ップ関数の例図である。

【図６】高速旋回時間の表示量についてのメンバシップ
関数の例図である。

【図７】バケット・アーム停止時間の表示量についての
メンバシップ関数の例図である。

【図８】ブーム逆操作時間の表示量についてのメンバシ
ップ関数の例図である。

【図９】ブーム操作量平均値の表示量についてのメンバ
シップ関数の例図である。

【図１０】アーム操作量平均値の表示量についてのメン
バシップ関数の例図である。

【図１１】バケット操作量平均値の表示量についてのメ
ンバシップ関数の例図である。

【符号の説明】

１ 各操作量センサ（操作量検出手段に相当） ２ 特徴量抽出部（特徴量演算手段に相当） ３ メンバシップ関数記憶部（メンバシップ関数記憶手
段に相当） ４ 適合度演算部（適合度演算手段に相当） ５ 操作特性設定値記憶部（操作特性設定値記憶手段に
相当） ６ 操作特性演算部（操作特性出力手段に相当） ７ 油圧ポンプ制御部 ２６ 第１比例電磁弁 ２７ 第２比例電磁弁 ２８ Ａ／Ｄ変換部 ２９ データ保持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 絹川 秀樹 広島市安佐南区祇園３丁目12番４号 油谷 重工株式会社内 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB02 AB03 AB04 BA01 CA02 DA02 DA04 DB05 EA00 3H089 AA64 BB05 BB15 CC01 CC08 CC11 DA03 DA13 FF02 FF12 GG02 JJ02 5H004 GA21 GB20 HA07 HB07 JB08 JB20 KC39 KD07 KD14 KD18 LA18 LB08 LB09 9A001 BB06 EE05 FF07 HH34

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ショベルの各作業用アクチュエータ
   に対応する各操作レバーの操作量を検出する操作量検出
   手段と、上記検出された操作量に基づき油圧ショベルの
   操作の特徴を示す特徴量を演算する特徴量演算手段と、
   作業種別に各特徴量に対応させて予め設定されたファジ
   ー推論用の複数のメンバシップ関数を記憶するメンバシ
   ップ関数記憶手段と、上記演算された各特徴量を、上記
   記憶された各メンバシップ関数に適用することにより、
   該演算された各特徴量の各作業に対する適合度を演算す
   る適合度演算手段とを具備した油圧ショベルの制御装置
   において、 各作業種別に各操作特性に対応させて予め設定された操
   作特性設定値を記憶する操作特性設定値記憶手段と、複
   数の作業種に対応して演算された適合度および記憶され
   た操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御用の操
   作特性を出力する操作特性出力手段とを設けてなること
   を特徴とする油圧ショベルの制御装置。
2. 【請求項２】 操作特性出力手段は、各作業毎に設定さ
   れた操作特性設定値の、各特徴量と各作業との関係を記
   述したファジールールへの適合度を重みとした荷重平均
   を操作特性の出力値となす請求項１記載の油圧ショベル
   の制御装置。
3. 【請求項３】 操作特性設定値を、同一の操作特性を有
   する作業種毎にグループ化し、各作業グループ毎の適合
   度および操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御
   用の操作特性を出力することを特徴とする請求項１記載
   の油圧ショベルの制御装置。
4. 【請求項４】 操作特性出力手段は、各作業グループ毎
   に設定された操作特性設定値の、各特徴量と各作業との
   関係を記述したファジールールへの適合度を重みとした
   荷重平均を操作特性の出力値となす請求項３記載の油圧
   ショベルの制御装置。
5. 【請求項５】 各作業に、ブーム作業，アーム作業，バ
   ケット作業および旋回作業を含む請求項１乃至４のいず
   れかに記載の油圧ショベルの制御装置。