JP2000204602A - 建設機械の操作制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多自由度の建設機械の操作制御装置において、
６自由度以上のフロント装置を位置・姿勢制御により操
作するときの操作性を改善し、かつ従来と同様の操作で
もフロント装置を動かせるようにする。 【解決手段】指操作スイッチ６２ｃの制御オフ時には、
操作レバー５１ｂ，５２ｂは従来と同様にアーム、旋
回、ブーム、作業装置の動作を指示し、かつ指操作スイ
ッチ６１ａ，６１ｂ；６２ａ，６２ｂの操作が作業装置
１１１ｃの揺動部２の左右の揺動、リスト回転部３の回
転を指示し、制御オン時には、操作レバー５１ｂの前後
方向、左右方向の操作が把持部４の基準座標系ＢＣのＸ
0軸、Ｙ0軸方向の速度を指示し、操作レバー５２ｂの前
後方向、左右方向の操作が把持部の基準座標系のＺ0軸
方向の速度、作業座標系ＷＣのＹ0軸回りの角速度を指
示し、指操作スイッチ６１ａ，６１ｂ；６２ａ，６２ｂ
の操作が把持部の作業座標系のＺ0軸、Ｘ0軸回りの角速
度を指示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多関節型のフロント
装置を備えた建設機械の操作制御装置に係わり、特に６
自由度以上のフロント装置を備えた多自由度の油圧ショ
ベルにおいて、フロント装置先端の位置・姿勢制御を行
い、操作性を向上した建設機械の操作制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の油圧ショベルでは、旋回や、フロ
ント装置のブーム、アーム、バケットなどの被駆動部材
を、運転席の前部左右に設けられた２つの操作レバー装
置の対応する操作レバーを用いて直接操作している。

【０００３】一方、フロント装置にバケットに代え把持
具などの作業具を取り付け、油圧ショベルをハンドリン
グ機として使用するものがある。このようなハンドリン
グ機においては、フロント装置の自由度は車体の旋回を
含めると、旋回、ブーム上下、アーム上下、把持装置上
下、把持装置３６０゜回転、把持装置左右揺動を含む６
自由度以上となり、この場合、各関節の動きが複雑なた
め、操作レバーを操作して作業具を要求される位置・姿
勢にすることは非常に困難である。

【０００４】そこで、このような多自由度の油圧ショベ
ルの操作を容易にするための操作制御装置として、例え
ば特開昭６０−１６８８２９号公報に提案されているも
のがある。この提案では、１本の操作レバーに力センサ
を取り付け、この力センサで操作レバーに加わる前後、
左右、上下、回転（ねじり）の各力を検出し、この検出
した力に応じた速度及び角速度で作業具を動作させ、こ
れにより最大６自由度の位置及び姿勢の制御を１本のレ
バー操作で可能としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。

【０００６】特開昭６０−１６８８２９号公報に記載さ
れている提案では、操作手段として力センサを備えた１
本の操作レバーを用い、操作レバーに加わる前後、左
右、上下、回転（ねじり）の各力を検出する構成であ
り、操作レバー自体は力及び回転力が加えられても全く
変位しないか又は極微小の変位しかしない。このため、
オペレータは、操作レバーを操作したとき操作レバーを
どの方向にどの程度操作しようとしたのかが視覚的に認
識できず、操作性に問題があった。また、力センサを用
いるため、温度変化やノイズなどに対する信頼性が低
く、更に多自由度を１つのレバーで操作することは、そ
れだけ１つの操作が多自由度に影響を与えてしまうた
め、逆に神経を使い、操作しづらい場合がある。

【０００７】また、一般的な油圧ショベルは、運転席の
前部左右に２つの操作レバー装置を備え、これら２つの
操作レバー装置の操作で旋回、ブーム、アーム、バケッ
トを直接駆動している。このような操作手段に慣れたオ
ペレータにとって、特開昭６０−１６８８２９号公報に
記載のような、１本の操作レバーを用いて作業具の位置
・姿勢制御を行う操作方法は違和感があり、従来通りの
２本の操作レバーを操作してフロント装置を動かしたい
という要望がある。また、２本の操作レバーを用いる場
合でも、位置・姿勢の制御でフロント装置を動かすので
はなく、一般的な油圧ショベルと同様に２本の操作レバ
ーを操作し、各被駆動部材を直接駆動したい場合もあ
る。上記従来技術はこの点でも操作性に問題があった。

【０００８】本発明の目的は、６自由度以上のフロント
装置を位置・姿勢制御により操作するときの操作性を改
善し、かつ従来と同様の操作でフロント装置を動作させ
ることができる多自由度の建設機械の操作制御装置を提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、旋回体に設けられ、上下方向に回
動する複数のフロント部材により構成された６自由度以
上の多関節型のフロント装置と、前記旋回体及びフロン
ト装置を駆動する複数の油圧アクチュエータと、これら
の複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を
制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の操作制
御装置において、（ａ）前記フロント装置の姿勢を検出
する姿勢検出手段と、（ｂ）制御のオン／オフを切り換
える制御入切手段と、（ｃ）運転席の前部左右に配置さ
れた２つの操作レバー装置を含む操作手段であって、前
記制御入切手段の制御オフ時には、前記２つの操作レバ
ー装置が前記旋回体及びフロント部材の対応するものを
直接駆動するよう指示し、前記制御入切手段の制御オン
時には、前記２つの操作レバー装置がこれらの操作方向
と同様な方向への前記フロント装置の先端部分の速度及
び角速度を指示する操作手段と、（ｄ）前記制御入切手
段の制御オン時に、前記姿勢検出手段で検出されたフロ
ント装置の姿勢に基づき、前記２つの操作レバー装置が
指示する方向と速度及び角速度に応じて前記フロント装
置の先端部分を動作させるよう位置・姿勢制御のための
指令信号を生成し出力する制御演算手段とを備えるもの
とする。

【００１０】このように姿勢検出手段と、制御入切手段
と、操作手段と、制御演算手段とを設け、制御入切手段
の制御オン時には、２つの操作レバー装置で、その操作
方向と同様な方向へのフロント装置の先端部分の速度及
び角速度を指示し、制御演算手段で、その操作レバー装
置の指示に応じた位置・姿勢制御のための指令信号を生
成し出力することにより、オペレータは、運転席の前部
左右に配置された一般的な２つの操作レバー装置を用い
て、位置・姿勢制御により容易に６自由度以上のフロン
ト装置を操作可能となる。また、制御入切手段を制御オ
フに切り換えることにより、２つの操作レバー装置が前
記旋回体及びフロント部材の対応するものを直接駆動す
るよう指示するようになり、従来と同様の操作でフロン
ト装置を動作させることができる。

【００１１】また、フロント装置の自由度を６自由度以
上とすることにより、フロント装置先端部分を任意の位
置と姿勢にすることができる。

【００１２】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記フロント装置は、上下方向に回動するブーム、アー
ムと、アームの先端に設けられた作業装置とを含み、前
記作業装置は作業具を有し、前記２つの操作レバー装置
は、それぞれ、左右前後方向に傾転可能な操作レバーを
有し、前記制御入切手段の制御オフ時には、一方の操作
レバー装置の操作レバーの前後方向の操作が前記アーム
の前後方向の動作を指示し、左右方向の操作が前記旋回
体の左右方向の旋回を指示し、他方の操作レバー装置の
操作レバーの前後方向の操作が前記ブームの上下方向の
動作を指示し、左右方向の操作が前記作業装置の上下方
向の揺動を指示し、前記制御入切手段の制御オン時に
は、前記フロント装置の基端を原点とし、前記フロント
装置の前後方向をＸ0軸、左右方向をＹ0軸、上下方向を
Ｚ0軸とするフロント座標系に基づく座標系を基準座標
系とし、この基準座標系と直交３軸の方向が同じで作業
具の中心に原点を持つ座標系を作業座標系としたとき、
一方の操作レバー装置の操作レバーの前後方向の操作が
前記作業具に対する前記基準座標系のＸ0軸方向の速度
を指示し、左右方向の操作が前記作業具に対する前記基
準座標系のＹ0軸方向の速度を指示し、他方の操作レバ
ー装置の操作レバーの前後方向の操作が前記作業具に対
する前記基準座標系のＺ0軸方向の速度を指示し、左右
方向の操作が前記作業具に対する前記作業座標系のＹ0
軸回りの角速度を指示する。

【００１３】これにより制御オフ時には、旋回体、ブー
ム、アーム、作業装置を直接駆動するよう指示し、制御
オン時には、制御オフ時と同様な方向へフロント装置の
作業具の速度及び角速度を指示することとなり、制御切
換による操作方向の変化の違和感が少なくて済む。

【００１４】（３）また、上記（２）において、好まし
くは、前記フロント装置は、前記アームと作業具間に設
けられたリスト回転部及び左右揺動部を更に備え、前記
２つの操作レバー装置は、それぞれ、前記操作レバーの
グリップに設けられた指操作具を更に有し、前記制御入
切手段の制御オフ時には、一方の操作レバー装置の指操
作具の操作が前記左右揺動部の揺動を指示し、他方の操
作レバー装置の指操作具の操作が前記リスト回転部の回
転を指示し、前記制御入切手段の制御オン時には、一方
の操作レバー装置の指操作具の操作が前記作業具に対す
る前記作業座標系のＺ0軸回りの角速度を指示し、他方
の操作レバー装置の指操作具の操作が前記作業具に対す
る前記作業座標系のＸ0軸回りの角速度を指示する。

【００１５】これにより６自由度の場合の残りの２自由
度分についても、操作レバーを把持しながら容易に操作
可能となる。

【００１６】（４）更に、上記（２）又は（３）におい
て、好ましくは、前記制御手段は、前記制御入切手段の
制御オン時のフロント座標系を前記基準座標系として設
定する。

【００１７】これによりオペレータは制御オン時に基準
座標系を正しく認識でき、操作がし易くなる。また、作
業具を左右方向（Ｙ0軸方向）に動作させるよう指示し
たとき、旋回体が旋回しても作業具を直線的に動かすこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を多自由度の油圧シ
ョベルに適用した場合の実施形態を図１〜図７により説
明する。

【００１９】図１において、本発明が適用される油圧シ
ョベルは、油圧ポンプ１０２と、この油圧ポンプ１０２
からの圧油により駆動される旋回モータ１０３ａ、ブー
ムシリンダ１０３ｂ、アームシリンダ１０３ｃ、バケッ
トシリンダ１０３ｄ、揺動モータ１０３ｅ、リスト回転
モータ１０３ｆを含む複数の油圧アクチュエータと、油
圧アクチュエータ１０３ａ〜１０３ｆに供給される圧油
の流量を制御する複数の流量制御弁１０５ａ〜１０５ｆ
とを有する油圧駆動装置を備えている。

【００２０】油圧ショベルは、図２及び図３に示すよう
に、垂直方向にそれぞれ回動するブーム１１１ａ、アー
ム１１１ｂ及び作業装置１１１ｃからなる多関節型のフ
ロント装置１１１と、上部旋回体１１２ａ及び下部走行
体１１２ｂからなる車体１１２とで構成され、上部旋回
体１１２ａには運転室１１３が設けられ、かつフロント
装置１１１のブーム１１１ａの基端は上部旋回体１１２
ａの前部に支持されている。上部旋回体１１２ａ、ブー
ム１１１ａ、アーム１１１ｂ、作業装置１１１ｃはそれ
ぞれ旋回モータ１０３ａ、ブームシリンダ１０３ｂ、ア
ームシリンダ１０３ｃ、バケットシリンダ１０３ｄによ
り駆動される。

【００２１】作業装置１１１ｃは、アーム１１１ｂの先
端に取り付けられるベース部１と、このベース部１に対
して左右方向に揺動可能に取り付けられた揺動部２と、
この揺動部２に対して３６０゜回転可能に取り付けられ
たリスト回転部３と、このリスト回転部３に取り付けら
れた作業具としての把持部４とを備え、揺動部２は揺動
モータ１０３ｅにより駆動され、リスト回転部３はリス
ト回転モータ１０３ｆにより駆動される。

【００２２】作業装置１１１ｃの詳細を図４〜図６に示
す。ベース部１は、支持プレート１０ａ及びこの支持プ
レート１０ａの上下端部に立設された上上下１対のブラ
ケットプレート１０ｂ，１０ｃからなる断面コ字状のベ
ースブラケット１０と、このベースブラケット部材１０
の支持プレート１０ｃの両側部にブラケットプレート１
０ｂ，１０ｃとは反対方向に突設された左右１対のアー
ム連結プレート１１ａ，１１ｂとを有し、アーム連結プ
レート１１ａ，１１ｂには２つのピン穴１３ａ，１３ｂ
が設けられ、上側のピン穴１３ａでバケットシリンダ１
０３ｄ（図２参照）のロッドに連結されたリンク１１６
（図２参照）とピン結合され、下側のピン穴１３ｂでア
ーム１１１ｂ（図２参照）の先端にピン結合され、バケ
ットシリンダ１０３ｄを伸縮することによりベースブラ
ケット１０をピン穴１３ｂの軸心Ａを中心にしてアーム
１１１ｂに対して上下方向に回動する構成となってい
る。また、上ブラケットプレート１０ｂの外側には、揺
動部２を揺動する駆動源として揺動モータ１４が装着さ
れ、揺動モータ１４の出力軸１４ａが上ブラケットプレ
ート１０ｂを貫通して下方に伸びている。

【００２３】揺動部２は、支持プレート１５ａ及びこの
支持プレート１５ａの上下端部に立設された上下１対の
ブラケットプレート１５ｂ，１５ｃからなる断面コ字状
の揺動ブラケット１５を有し、この揺動ブラケット１５
はベース部１のベースブラケット１０に対面位置し、上
下１対のブラケットプレート１５ｂ，１５ｃはベース部
１の上下のブラケットプレート１０ｂ，１０ｃの内側に
重ね配置されている。上ブラケットプレート１５ｂは揺
動モータ１０３ｅの出力軸１４ａに結合され、下ブラケ
ットプレート１５ｃはベース部１の下ブラケットプレー
ト１０ｃとスイベルジョイント１７により相互に回転可
能に連結され、揺動モータ１０３ｅを回転することによ
り揺動部２は回転軸１４ａ及びスイベルジョイント１７
の軸心Ｂを中心にしてベース部１に対して左右に揺動す
る構成となっている。

【００２４】支持プレート１５ａの内側上部にはリスト
回転部３を３６０゜回転させる駆動源としてリスト回転
モータ１０３ｆが取り付けられ、支持プレート１５ａの
中央部にはスイベルジョイント１９が取り付けられてい
る。

【００２５】また、支持プレート１５ａ及び上下ブラケ
ットプレート１５ｂ，１５ｃは保護カバー２０で覆わ
れ、この保護カバー２０で揺動ブラケット１５の内側に
配備されるリスト回転モータ１０３ｆ、スイベルジョイ
ント１７，１９等の部品や油圧配管を保護している。保
護カバー２０は例えばエッジ部分を支持プレート１５ａ
及び上下ブラケットプレート１５ｂ，１５ｃのエッジ部
分にボルト止めすることにより固定される。なお、図４
では図示の便宜上、保護カバーを取り除いて示してい
る。

【００２６】リスト回転部３は、揺動部２の支持プレー
ト１５ａの外側に取り付けられ、上記リスト回転モータ
１０３ｆにより回転駆動される減速装置２１と、この減
速装置２１に取り付けられた断面コ字状のリストブラケ
ット２２を有し、減速装置２１は、リスト回転モータ１
０３ｆの出力軸に結合されたピニオンとかみ合う内歯ギ
ヤリングを有し、この内歯ギヤリングにリストブラケッ
ト２２が取り付けられる。

【００２７】リストブラケット２２は、支持プレート２
２ａ及びこの支持プレート２２ａの両側部に立設された
左右１対のブラケットプレート２２ｂ，２２ｃからな
り、支持プレート２２ａが減速装置２１の内歯ギヤリン
グに結合され、リスト回転モータ１０３ｆを回転するこ
とによりリスト回転部３はスイベルジョイント１９の軸
心Ｃを中心にして揺動部２に対して３６０゜回転する構
成となっている。

【００２８】作業具である把持部４は、上下１対の把持
爪２３ａ，２３ｂと、この把持爪２３ａ，２３ｂを開閉
する油圧シリンダ２４をとを有し、把持爪２３ａ，２３
ｂは、その基端部付近で、リスト回転部３のリストブラ
ケット２２の左右１対のブラケットプレート２２ｂ，２
２ｃにピン２４ａ，２４ｂによりピン結合され、かつロ
ッド２５により相互にリンク結合されている。また、油
圧シリンダ２４のシリンダ基端はブラケットプレート２
２ｂ，２２ｃの下部にピン２６ａによりピン結合され、
油圧シリンダ２４のロッド先端は把持爪２３ａ，２３ｂ
の基端にピン２６ｂによりピン結合され、油圧シリンダ
２４を伸縮することにより把持爪２３ａ，２３ｂが開閉
する構成となっている。

【００２９】以上のような多自由度の油圧ショベルに本
実施形態の操作制御装置が設けられている。この操作制
御装置は、図１に示すように、２つの操作レバー装置５
１，５２と、フロント装置１１１の姿勢を検出するため
の角度検出器５３〜５８と、操作レバー装置５１，５２
と角度検出器５３〜５８の信号を入力し、所定の演算処
理を行い流量制御弁１０５ａ〜１０５ｆに指令信号を出
力する制御ユニット５９とを備えている。２つの操作レ
バー装置５１，５２は、それぞれ、グリップ５１ａ，５
２ａを備えた操作レバー５１ｂ，５２ｂと、制御ユニッ
ト５９に電気的な操作信号を出力するセンサ部５１ｃ，
５２ｃとを有している。

【００３０】図７（ａ）及び（ｂ）に操作レバー装置５
１，５２を含む操作手段の詳細を示す。図７（ａ）は制
御オフ時のもの、図７（ｂ）は制御オン時のものであ
る。

【００３１】図７（ａ）及び（ｂ）において、６０は運
転室１１３（図２参照）内に配置された運転席であり、
運転席６０の前部左右に上記の操作レバー装置５１，５
２が設けられている。操作レバー装置５１，５２の操作
レバー５１ｂ，５２ｂは、それぞれ、左右前後方向に傾
転可能であり、上記センサ部５１ｃ，５２ｃはそれぞれ
操作方向の操作量を電気的に検出し、センサ部５１ｃ，
５２ｃはその操作量に応じた操作信号を制御ユニット５
９に出力する。

【００３２】また、操作レバー装置５１，５２のグリッ
プの頂部には、それぞれ、３つの指操作スイッチ６１
ａ，６２ｂ，６１ｃ及び６２ａ，６２ｂ，６２ｃが設け
られている。指操作スイッチ６１ａ，６１ｂ及び６２
ａ，６２ｂは、操作レバー装置５１，５２に設けられた
操作レバー５２ｂ，５２ｂ以外のフロント・旋回の操作
用、指操作スイッチ６１ｃはホーン用、指操作スイッチ
６２ｃは制御のオン／オフの切り換え用である。指操作
スイッチ６１ａ，６１ｂ，６１ｃと指操作スイッチ６２
ａ，６２ｂは、それぞれ、指で押されている間のみＯＮ
し、操作信号又はホーン信号を出力するスイッチであ
り、指操作スイッチ６２ｃは、指を離してもその前の状
態を保持し、制御ＯＮ信号又はＯＦＦ信号を出力するす
るスイッチである。

【００３３】運転室１１３内には、上記操作レバー装置
５１，５２以外の操作手段として、３つの操作ペダル６
３ａ，６３ｂ，６４が設けられている。操作ペダル６３
ａ，６３ｂは左右走行用であり、操作ペダル６４は把持
武の把持爪２３ａ，２３ｂの開閉用である。なお、図１
のシステム図には、簡略化のため、ホーン用の指操作ス
イッチ６１ｃ、操作ペダル６３ａ，６３ｂ，６４に関す
る部分は省略してある。

【００３４】フロント装置１１１の姿勢を検出するため
の角度検出器５３〜５８の設置位置は図２〜図４に示す
ようである。角度検出器５３は下部走行体１１２ｂに対
する上部旋回体１１２ａの旋回角の検出用、角度検出器
５４は上部旋回体１１２ａに対するブーム１１１ａの回
動角の検出用、角度検出器５５はブーム１１１ａに対す
るアーム１１１ｂの回動角の検出用、角度検出器５６は
アーム１１１ｂに対する作業装置１１１ｃの回動角の検
出用、角度検出器５７は作業装置１１１ｃのベース部１
に対する揺動部２の揺動角の検出用、角度検出器５８は
揺動部２に対するリスト回転部３の回転角の検出用であ
る。

【００３５】操作レバー装置５１，５２の操作レバー５
１ｂ，５２ｂ及び指操作スイッチ６１ａ，６１ｂ及び６
２ａ，６２ｂは、指操作スイッチ６２ｃの制御オフ時
（通常操作モード時）には図７（ａ）のような操作を行
い、制御オン時（制御操作モード時）には図７（ｂ）の
ような操作を行う。

【００３６】即ち、指操作スイッチ６２ｃの制御オフ時
には、操作レバー装置５１の操作レバー５１ｂの前後方
向の操作がアーム１１１ｂの前後方向の動作を指示し、
左右方向の操作が上部旋回体１１２ａの左右方向の旋回
を指示し、操作レバー装置５２の操作レバー５２ｂの前
後方向の操作がブーム１１１ａの上下方向の動作を指示
し、左右方向の操作が作業装置１１１ｃの上下方向の揺
動を指示する。指操作スイッチ６２ｃの制御オン時に
は、操作レバー装置５１の操作レバー５１ｂの前後方向
の操作が作業具である把持部４に対する基準座標系ＢＣ
（後述）のＸ0軸方向（把持部４の前後方向）の速度を
指示し、左右方向の操作が把持部４に対する基準座標系
のＹ0軸方向（把持部４の左右方向）の速度を指示し、
操作レバー装置５２の操作レバー５２ｂの前後方向の操
作が把持部４に対する基準座標系のＺ0軸方向（把持部
４の上下方向）の速度を指示し、左右方向の操作が、把
持部４に対する作業座標系ＷＣ（後述）のＹ0軸回り
（把持部４の左右方向軸回り）の角速度を指示する。

【００３７】即ち、後述する基準座標系ＢＣ及び作業座
標系ＷＣの説明から分かるように、制御オン時には、制
御オフ時と同様な方向へフロント装置の把持部４の速度
及び角速度を指示する。

【００３８】また、指操作スイッチ６２ｃの制御オフ時
には、操作レバー装置５１の指操作スイッチ６１ａ，６
１ｂの操作が作業装置１１１ｃの揺動部２の左右の揺動
を指示し、操作レバー装置５２の指操作スイッチ６２
ａ，６２ｂの操作が作業装置１１１ｃのリスト回転部３
の回転を指示し、指操作スイッチ６２ｃの制御オン時に
は、操作レバー装置５１の指操作スイッチ６１ａ，６１
ｂの操作が把持部４に対する作業座標系ＷＣのＺ0軸回
り（把持部４の上下方向軸回り）の角速度を指示し、操
作レバー装置５２の指操作スイッチ６２ａ，６２ｂの操
作がが把持部４に対する作業座標系ＷＣのＸ0軸回り
（把持部４の前後方向軸回り）の角速度を指示する。

【００３９】この場合も、制御オン時には、制御オフ時
と同様な方向へ把持部４の角速度を指示する。

【００４０】以上のように制御オフ時には、上部旋回体
１１２ａ、ブーム１１１ａ、アーム１１１ｂ、作業装置
１１１ｃを直接駆動するよう指示し、制御オン時には、
制御オフ時と同様な方向へフロント装置の把持部４の速
度及び角速度を指示することにより、制御切換による操
作方向の変化の違和感が少なくて済む。

【００４１】上記基準座標系ＢＣ及び作業座標系ＷＣに
ついて図８及び図９を用いて説明する。

【００４２】図８及び図９において、ＦＣはフロント座
標系である。このフロント座標系ＦＣはフロント装置１
１１の基端を原点とし、フロント装置１１１の前後方向
をＸ0軸、左右方向をＹ0軸、上下方向をＺ0軸とする直
交座標系である。基準座標系ＢＣは、指操作スイッチ６
２ｃの制御オン時のフロント座標系ＦＣとして設定され
る。従って、指操作スイッチ６２ｃを制御オンした後、
上部旋回体１１２が旋回しなければ、基準座標系ＢＣは
フロント座標系ＦＣに一致するが、上部旋回体１１２が
旋回すると、フロント座標系ＦＣは上部旋回体１１２の
旋回と共に移動するのに対し、基準座標系ＢＣは制御オ
ン時の位置に保持される。

【００４３】作業座標系ＷＣは、基準座標系ＢＣと直交
３軸の方向が同じで作業装置１１１ｃに設けられた作業
具（把持部４）の把持爪２３ａ，２３ｂの中心に原点Ｏ
を持つ座標系として設定される。従って、この作業座標
系ＷＣも、指操作スイッチ６２ｃを制御オンした後は、
上部旋回体１１２が旋回しなければ座標軸方向はフロン
ト座標系ＦＣに一致するが、上部旋回体１１２が旋回す
ると、フロント座標系ＦＣは上部旋回体１１２の旋回と
共に移動するのに対し、作業座標系ＷＣは制御オン時の
位置に保持される。

【００４４】このように制御オン時の旋回体位置を基準
として基準座標系ＢＣ及び作業座標系ＷＣを設定するこ
とにより、オペレータは制御オン時に基準座標系ＢＣを
正しく認識でき、操作がし易くなる。また、把持部４を
左右方向（Ｙ0軸方向）に動作させるよう指示したと
き、上部旋回体１１２ａが旋回しても把持部４を直線的
に動かすことが可能となる。

【００４５】また、図８及び図９において、ＴＣは手先
座標系であり、手先座標系ＴＣは把持部４の把持爪２３
ａ，２３ｂの中心に原点Ｏを持ち、把持部４の前後方向
をＸ軸、左右方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とする直交座
標系である。これらの座標系ＦＣ，ＢＣ，ＷＣ，ＴＣは
制御ユニット５９内で設定され、制御ユニット５９は、
基準座標系ＢＣ及び作業座標系ＷＣでの指示値をフロン
ト座標系ＦＣ及び手先座標系ＴＣの値に変換して指令信
号を生成する。

【００４６】制御ユニット５９の処理機能の詳細を図１
０に示す。なお、以下の説明において「′」は微分を意
味するものとする。

【００４７】図１０において、制御ユニット５９は、積
分演算部７０ａ〜７０ｆ、座標変換部７１、加算演算部
７２ａ〜７２ｆ、制御ゲイン乗算部７３ａ〜７３ｆ、特
性補正部７４ａ〜７４ｆ、選択部７５ａ〜７５ｆの各機
能を有している。

【００４８】指操作スイッチ６２ｃの制御オフ時には、
操作レバー装置５１，５２の操作レバー５１ｂ，５２ｂ
及び指操作スイッチ６１ａ，６１ｂ及び６２ａ，６２ｂ
により旋回体１１２ａ、ブーム１１１ａ、アーム１１１
ｂ、作業装置１１１ｃ、揺動部２、リスト回転部３の角
速度の目標値Ｙ′ｒ，Ｚ′ｒ，Ｘ′ｒ，θ′ｒ，φ′
ｒ，ψ′ｒが指示され、選択部７５ａ〜７５ｆはこれら
の目標値を選択する位置にあり、これら目標値を各流量
制御弁１０５ａ〜１０５ｆの指令値ｕ１，ｕ２，ｕ３，
ｕ４，ｕ５，ｕ６として出力する。即ち、制御オフ時に
は操作信号がそのまま対応する流量制御弁の指令信号と
なる。

【００４９】指操作スイッチ６２ｃの制御オン時には、
操作レバー装置５１，５２の操作レバー５１ｂ，５２ｂ
及び指操作スイッチ６１ａ，６１ｂ及び６２ａ，６２ｂ
によりフロント装置先端の速度の目標値Ｘ′ｒ，Ｙ′
ｒ，Ｚ′ｒ及び角速度の目標値φ′ｒ，θ′ｒ，ψ′ｒ
が指示され、選択部７５ａ〜７５ｆは特性補正部７４ａ
〜７４ｆの出力を選択するよう切り換えられる。

【００５０】積分演算部７０ａ〜７０ｆにおいて、操作
レバー装置５１，５２の操作レバー５１ｂ，５２ｂ及び
指操作スイッチ６１ａ，６１ｂ及び６２ａ，６２ｂによ
り与えられるフロント装置先端の速度の目標値Ｘ′ｒ，
Ｙ′ｒ，Ｚ′ｒ及び角速度の目標値φ′ｒ，θ′ｒ，
ψ′ｒを積分し、フロント装置先端の位置・姿勢の目標
値Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ，φｒ，θｒ，ψｒを得る。

【００５１】次に、座標変換部７１において、角度検出
器５３〜５８で検出されるフロント装置の姿勢に基づ
き、フロント装置先端の位置・姿勢の目標値Ｘｒ，Ｙ
ｒ，Ｚｒ，φｒ，θｒ，ψｒから各リンクの目標角度α
１ｒ，α２ｒ，α３ｒ，α４ｒ，α５ｒ，α６ｒを求め
る。ここで「リンク」とは、旋回体１１２ａ、ブーム１
１１ａ、アーム１１１ｂ、作業装置１１１ｃ、揺動部
２、リスト回転部３の総称である。

【００５２】次に、加算演算部７２ａ〜７２ｆにおい
て、各リンクの目標角度α１ｒ，α２ｒ，α３ｒ，α４
ｒ，α５ｒ，α６ｒと実際の角度α１，α２，α３，α
４，α５，α６から各リンクの角度偏差△α１，Δα
２，△α３，Δα４，△α５，Δα６を求める。

【００５３】次に、制御ゲイン乗算部７３ａ〜７３ｆに
おいて、角度偏差△α１，Δα２，△α３，Δα４，△
α５，Δα６に制御ゲインＫを乗じて各リンク毎の目標
角速度α′１ｒ，α′２ｒ，α′３ｒ，α′４ｒ，α′
５ｒ，α′６ｒを求める。

【００５４】次に、特性補正部７４ａ〜７４ｆにおい
て、各リンクが目標角速度で動作するようにリンク構成
による動作補正や流量制御弁の特性補正を行い、各流量
制御弁１０５ａ〜１０５ｆの指令値ｕ１，ｕ２，ｕ３，
ｕ４，ｕ５，ｕ６として出力する。

【００５５】図１１に座標変換部７１の処理概念を示
す。

【００５６】まず、ブロック７１ａにおいて、フロント
装置先端の位置の目標値Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒを旋回成分と
フロント装置成分とに分け、旋回成分を旋回角の目標値
α１ｒとし、フロント装置成分をフロント装置の目標値
ｘ５ｒ，ｙ５ｒ，ｚ５ｒとする。ここで、フロント装置
の目標値ｘ５ｒ，ｙ５ｒ，ｚ５ｒはフロント座標系ＦＣ
の値として計算する。即ち、ブロック７１ａでは基準座
標系ＢＣからフロント座標系ＦＣへの座標変換が行われ
る。

【００５７】次いで、ブロック７１ｂにおいて、フロン
ト装置の目標値ｘ５ｒ，ｙ５ｒ，ｚ５ｒとフロント装置
先端の姿勢の目標値φｒ，θｒ，ψｒからフロント座標
系におけるブームの目標角α２ｒ及びアームの目標角α
３ｒを計算する。これは作業座標系ＷＣからフロント座
標系ＦＣへの座標変換である。更に、ブロック７１ｃに
おいて、フロント座標系におけるブームの目標角α２ｒ
及びアームの目標角α３ｒとフロント装置先端の姿勢の
目標値φｒ，θｒ，ψｒからフロント座標系ＦＣにおけ
る作業装置１１１ｃの目標角α４ｒ及び手先座標系ＴＣ
における把持部４の左右揺動の目標角α５ｒ及びリスト
回転の目標角α６ｒを計算する。ここでは、作業座標系
ＷＣからフロント座標系ＦＣへの座標変換及び作業座標
系ＷＣから手先座標系ＴＣへの座標変換が行われる。

【００５８】以上のように構成した本実施形態によれ
ば、制御オン時には、オペレータは、運転席６０の前部
左右に配置された一般的な２つの操作レバー装置５１，
５２を用いて、位置・姿勢制御により容易に６自由度の
フロント装置１１１を操作可能となる。また、指操作ス
イッチ６２ｃを制御オフに切り換えることにより、２つ
の操作レバー装置５１，５２が上部旋回体１１２ａ及び
フロント部材の対応するものを直接駆動するよう指示す
るようになり、従来と同様の操作でフロント装置１１１
を動すことができる。

【００５９】また、制御オフ時には、上部旋回体１１２
ａ、ブーム１１１ａ、アーム１１１ｂ、作業装置１１１
ｃを直接駆動するよう指示し、制御オン時には、制御オ
フ時と同様な方向へフロント装置の把持部４の速度及び
角速度を指示するため、制御切換による操作方向の変化
の違和感が少なくて済む。

【００６０】更に、操作レバーのグリップ５１ａ，５１
ｂに指操作スイッチ６１ａ，６２ｂ，６１ｃ及び６２
ａ，６２ｂ，６２ｃを設け、指操作スイッチ６１ａ，６
２ｂ及び６２ａ，６２ｂで操作レバーで不足する２自由
度分の操作を担当させたので、２自由度分についても操
作レバーを把持しながら容易に操作可能となる。

【００６１】また、制御オン時の旋回体位置を基準とし
て基準座標系ＢＣ及び作業座標系ＷＣを設定するので、
オペレータは制御オン時に基準座標系ＢＣを正しく認識
でき、操作がし易くなる。また、把持部４を左右方向
（Ｙ0軸方向）に動作させるよう指示したとき、上部旋
回体１１２ａが旋回しても把持部４を直線的に動かすこ
とが可能となる。

【００６２】なお、上記実施形態では、制御オン時のフ
ロント座標系を基準座標系として設定したが、フロント
座標系をそのまま基準座標系として用いても構わない。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、制御オン時には、オペ
レータは、運転席の前部左右に配置された一般的な２つ
の操作レバー装置を用いて、位置・姿勢制御により容易
に６自由度以上のフロント装置を操作可能となる。ま
た、制御入切手段を制御オフに切り換えることにより、
２つの操作レバー装置が上部旋回体及びフロント部材の
対応するものを直接駆動するよう指示するようになり、
従来と同様の操作でフロント装置を動すことができる。

【００６４】また、本発明によれば、制御オフ時には、
上部旋回体、ブーム、アーム、作業装置を直接駆動する
よう指示し、制御オン時には、制御オフ時と同様な方向
へフロント装置の把持部４の速度及び角速度を指示する
ため、制御切換による操作方向の変化の違和感が少なく
て済む。

【００６５】更に、本発明によれば、操作レバーのグリ
ップに指操作具を設け、この指操作具で操作レバーで不
足する２自由度分の操作を担当させたので、２自由度分
についても操作レバーを把持しながら容易に操作可能と
なる。

【００６６】また、本発明によれば、オペレータは制御
オン時に基準座標系を正しく認識でき、操作がし易くな
り、かつ作業具を左右方向（Ｙ0軸方向）に動作させる
よう指示したとき、旋回体が旋回しても作業具を直線的
に動かすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による建設機械の操作制御
装置のシステム構成図である。

【図２】本発明が適用される多自由度の油圧ショベルの
側面図である。

【図３】本発明が適用される多自由度の油圧ショベルの
上方図である。

【図４】作業装置の詳細を示す図である。

【図５】図４に示す作業装置を上方から見た図である。

【図６】図４に示す作業装置のベース部と揺動部の分解
斜視図である。

【図７】操作レバー装置及びその他の操作手段と指示動
作との関係を示す図であり、（ａ）は通常時（制御オフ
時）のもの、（ｂ）は制御オン時のものである。

【図８】制御オン時に用いる座標系を示す図である。

【図９】制御オン時に用いる座標系を示す図である。

【図１０】制御ユニットの処理機能の詳細を示す図であ
る。

【図１１】制御ユニット内の座標変換部の処理概念を示
す図である。

【符号の説明】

１ ベース部 ２ 揺動部 ３ リスト回転部 ４ 把持部（作業具） １０ ベースブラケット １０ａ 支持プレート １０ｂ，１０ｃ 上下１対のブラケットプレート １１ａ，１１ｂ アーム連結プレート １４ 揺動モータ １５ 揺動ブラケット １５ａ 支持プレート １５ｂ，１５ｃ 上下１対のブラケットプレート １７ スイベルジョイント １８ リスト回転用の油圧モータ １９ スイベルジョイント ２０ 保護カバー ２１ 減速装置 ２２ リストブラケット ２２ａ 支持プレート ２２ｂ，２２ｃ 上下１対のブラケットプレート ２３ａ，２３ｂ 把持爪 ２４ 油圧シリンダ ５１，５２ 操作レバー装置 ５１ａ，５２ａ グリップ ５１ｂ，５２ｂ 操作レバー ５１ｃ，５２ｃ センサ部 ５３〜５８ 角度検出器 ５９ 制御ユニット ６０ 運転席 ６１ａ，６２ｂ，６１ｃ及び６２ａ，６２ｂ，６２ｃ
指操作スイッチ ６３ａ，６３ｂ，６４ 操作ペダル ７０ａ〜７０ｆ 積分演算部 ７１ 座標変換部 ７２ａ〜７２ｆ 加算演算部 ７３ａ〜７３ｆ 制御ゲイン乗算部 ７４ａ〜７４ｆ 特性補正部 ７５ａ〜７５ｆ 選択部 １０２ 油圧ポンプ １０３ａ〜１０３ｆ 油圧アクチュエータ １０５ａ〜１０５ｆ 流量制御弁 １１１ フロント装置 １１１ａ ブーム １１１ｂ アーム １１１ｃ 作業装置 １１２ 車体 １１２ａ 上部旋回体 １１２ｂ 下部走行体 １１３ 運転室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】旋回体に設けられ、上下方向に回動する複
   数のフロント部材により構成された６自由度以上の多関
   節型のフロント装置と、前記旋回体及びフロント装置を
   駆動する複数の油圧アクチュエータと、これらの複数の
   油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する
   複数の流量制御弁とを備えた建設機械の操作制御装置に
   おいて、（ａ）前記フロント装置の姿勢を検出する姿勢
   検出手段と、（ｂ）制御のオン／オフを切り換える制御
   入切手段と、（ｃ）運転席の前部左右に配置された２つ
   の操作レバー装置を含む操作手段であって、前記制御入
   切手段の制御オフ時には、前記２つの操作レバー装置が
   前記旋回体及びフロント部材の対応するものを直接駆動
   するよう指示し、前記制御入切手段の制御オン時には、
   前記２つの操作レバー装置がこれらの操作方向と同様な
   方向への前記フロント装置の先端部分の速度及び角速度
   を指示する操作手段と、（ｄ）前記制御入切手段の制御
   オン時に、前記姿勢検出手段で検出されたフロント装置
   の姿勢に基づき、前記２つの操作レバー装置が指示する
   方向と速度及び角速度に応じて前記フロント装置の先端
   部分を動作させるよう位置・姿勢制御のための指令信号
   を生成し出力する制御演算手段とを備えることを特徴と
   する建設機械の操作制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の建設機械の操作制御装置に
   おいて、 前記フロント装置は、上下方向に回動するブーム、アー
   ムと、アームの先端に設けられた作業装置とを含み、前
   記作業装置は作業具を有し、 前記２つの操作レバー装置は、それぞれ、左右前後方向
   に傾転可能な操作レバーを有し、 前記制御入切手段の制御オフ時には、一方の操作レバー
   装置の操作レバーの前後方向の操作が前記アームの前後
   方向の動作を指示し、左右方向の操作が前記旋回体の左
   右方向の旋回を指示し、他方の操作レバー装置の操作レ
   バーの前後方向の操作が前記ブームの上下方向の動作を
   指示し、左右方向の操作が前記作業装置の上下方向の揺
   動を指示し、 前記制御入切手段の制御オン時には、前記フロント装置
   の基端を原点とし、前記フロント装置の前後方向をＸ0
   軸、左右方向をＹ0軸、上下方向をＺ0軸とするフロント
   座標系に基づく座標系を基準座標系とし、この基準座標
   系と直交３軸の方向が同じで作業具の中心に原点を持つ
   座標系を作業座標系としたとき、一方の操作レバー装置
   の操作レバーの前後方向の操作が前記作業具に対する前
   記基準座標系のＸ0軸方向の速度を指示し、左右方向の
   操作が前記作業具に対する前記基準座標系のＹ0軸方向
   の速度を指示し、他方の操作レバー装置の操作レバーの
   前後方向の操作が前記作業具に対する前記基準座標系の
   Ｚ0軸方向の速度を指示し、左右方向の操作が前記作業
   具に対する前記作業座標系のＹ0軸回りの角速度を指示
   することを特徴とする建設機械の操作制御装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の建設機械の操作制御装置に
   おいて、 前記フロント装置は、前記アームと作業具間に設けられ
   たリスト回転部及び左右揺動部を更に備え、 前記２つの操作レバー装置は、それぞれ、前記操作レバ
   ーのグリップに設けられた指操作具を更に有し、 前記制御入切手段の制御オフ時には、一方の操作レバー
   装置の指操作具の操作が前記左右揺動部の揺動を指示
   し、他方の操作レバー装置の指操作具の操作が前記リス
   ト回転部の回転を指示し、 前記制御入切手段の制御オン時には、一方の操作レバー
   装置の指操作具の操作が前記作業具に対する前記作業座
   標系のＺ0軸回りの角速度を指示し、他方の操作レバー
   装置の指操作具の操作が前記作業具に対する前記作業座
   標系のＸ0軸回りの角速度を指示することを特徴とする
   建設機械の操作制御装置。
4. 【請求項４】請求項２又は３記載の建設機械の操作制御
   装置において、前記制御演算手段は、前記制御入切手段
   の制御オン時のフロント座標系を前記基準座標系として
   設定することを特徴とする建設機械の操作制御装置。