JP2000336690A - 建設機械の領域制限掘削制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 建設機械の領域制限掘削制御装置において、
フロント装置が制限領域の境界に近づく方向への動作速
度を極力減速させないようにし、制御中における掘削効
率の向上を図ること。 【解決手段】 フロント装置１Ａが動き得る制限領域を
予め設定しておき、フロント装置１Ａが制限領域の境界
Ｌに近づく方向へ移動する時は、バケットとアームを減
速させ、境界Ｌから離れる方向へ移動する時は、バケッ
トとアームを操作レバーの操作量に応じた速度とする。
また、掘削開始時に、境界Ｌとフロント装置１Ａとなす
掘削角度θｇがある一定角度になるまでの間、もしくは
ある一定の距離をフロント装置１Ａが移動する間のみ、
バケットとアームを減速させるようにし、その後、操作
レバーの操作量に応じた速度に復帰するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベルなど
の建設機械の領域制限掘削制御装置に係り、特に、多関
節型のフロント装置の動き得る領域を制限した掘削が行
える領域制限掘削制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に油圧ショベルなどの建設機械で
は、ブームとアームおよびバケットなどの複数の可動部
材から構成される多関節型のフロント装置と、これら可
動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ
と、各油圧アクチュエータの作動を指令する複数の操作
レバーなどを備えており、フロント装置は運転室を有す
る旋回体に回動可能に連結されている。このような油圧
ショベルでは、各可動部材がそれぞれジョイントピンな
どの関節部によって回転可能に連結されているため、例
えば埋設配管上における深さ制限がある場合、オペレー
タは複数の可動部材を操作することにより、バケット先
端を制限範囲の上方で動かして掘削する必要があり、オ
ペレータに高度の技術と細心の注意が要求されることに
なる。

【０００３】そこで、このような深さ制限のある作業を
容易にするため、従来、特開平１０−８４９２号公報に
記載されているように、制限領域設定手段を用いて任意
位置に制限領域を設定し、フロント装置がこの制限領域
の境界を越えて下方へ動作しないようにした制御した領
域制限掘削制御装置が提案されている。この従来提案で
は、フロント装置の一部、例えばバケットが制限領域の
境界に近づく方向へ操作された場合、バケットの当該境
界に向かう方向の動きのみを減速し、バケットが制限領
域の境界に達すると、バケットを境界に沿って動けるよ
うにしている。また、アーム操作信号を段階的に減少さ
せることのできる複数の調整ボタンを備えており、オペ
レータが各調整ボタンの１つを選択的に手動操作するこ
とにより、フロント装置の境界に近づく方向への減速比
率を調整できるようになっている。

【０００４】このように概略構成された従来の領域制限
掘削制御装置によれば、オペレータが所望の調整ボタン
を選択的に手動操作すると、その調整ボタンに応じてア
ーム操作信号が減少されるため、フロント装置の速度が
極端に大きかったり、制限領域の境界近傍で急激に操作
レバーを操作した場合でも、操作レバーからの予想動作
速度に対してアーム速度は緩やかとなり、バケットがフ
ロント装置にかかる慣性力によって制限領域の境界を越
えることを防止でき、領域を制限した掘削作業を能率良
く行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来の領域制限掘削制御装置では、調整ボタンを操作して
アーム操作信号を所望の比率に減少させることにより、
アーム速度を操作レバーの予想動作速度に対して減速さ
せることができるが、バケットが制限領域の境界に近づ
くときに、常にアーム速度が調整ボタンによって決定さ
れた比率で減速されるため、本来、アーム速度を緩やか
にする必要がないときにも減速されてしまい、時間当り
の掘削率が低下するという問題があった。また、掘削を
開始する前に、オペレータが作業状況を考慮してアーム
操作信号の減少比率を決定し、その比率に応じて複数の
調整ボタンの中から１つを選択的に操作する必要がある
ため、操作上の煩わしさがあるという問題もあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、掘削開始時点
におけるアームと境界とのなす掘削角度またはフロント
装置の任意部位の位置情報に応じて減速比率を算出し、
掘削を開始してから一定の間は、バケットがアームの慣
性によって境界を越えて動作しないようにするために、
アームを減速比率に応じた速度に減速制御することとす
る。このように構成すると、掘削開始時におけるアーム
操作信号が大きい場合、境界に近づく方向へ動かされる
アーム速度が減速比率に応じた速度に減速されるため、
バケットがアームの慣性によって境界を越えて動作する
ことを確実に防止でき、しかも、掘削を開始してから暫
くすると、アームはフロント装置と境界との相対距離に
応じた最適な速度で動くため、時間当りの掘削率の低下
や操作上の煩わしさを解消することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明による建設機械の領域制限
掘削制御装置では、少なくともブームとアームおよびバ
ケットを含む複数の可動部材によって構成された多関節
型のフロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆
動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部
材の動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操
作手段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチ
ュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧
制御弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角
度検出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記
フロント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演
算手段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制
限するための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前
記操作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、
前記姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置
情報に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動
作しないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装
置において、前記操作手段の操作量を検出する操作量検
出手段と、前記アームの前記境界に対する移動方向を判
定する移動方向判定手段と、前記アームと前記境界との
なす掘削角度を演算する掘削角度演算手段と、この掘削
角度演算手段で求められた掘削開始時点の掘削角度に応
じて減速比率を算出する減速比率演算手段と、前記減速
比率に基づいてアーム速度を減速させる速度指令値を演
算する減速制御演算手段とを備え、掘削を開始して前記
アームが前記境界に対して近づく方向へ移動するとき、
前記操作手段からの操作信号によるアーム速度の推測値
が前記速度指令値よりも大きい場合に、該アームが掘削
開始時点の掘削角度から所定の掘削角度に達するまでの
間、前記速度指令値を前記信号減速手段に出力してアー
ム速度を減速させるように構成した。

【０００８】また、本発明による建設機械の領域制限掘
削制御装置では、少なくともブームとアームおよびバケ
ットを含む複数の可動部材によって構成された多関節型
のフロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動
する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材
の動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作
手段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュ
エータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制
御弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度
検出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フ
ロント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算
手段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限
するための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記
操作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前
記姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情
報に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作
しないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置
において、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出
手段と、前記アームの前記境界に対する移動方向を判定
する移動方向判定手段と、前記アームと前記境界とのな
す掘削角度を演算する掘削角度演算手段と、この掘削角
度演算手段で求められた掘削開始時点の掘削角度に応じ
て減速比率を算出する減速比率演算手段と、前記減速比
率に基づいてアーム速度を減速させる速度指令値を演算
する減速制御演算手段とを備え、掘削を開始して前記ア
ームが前記境界に対して近づく方向へ移動するとき、前
記操作手段からの操作信号によるアーム速度の推測値が
前記速度指令値よりも大きい場合に、掘削を開始してか
ら所定の時間が経過するまでの間、前記速度指令値を前
記信号減速手段に出力してアーム速度を減速させるよう
に構成した。

【０００９】また、本発明による建設機械の領域制限掘
削制御装置では、少なくともブームとアームおよびバケ
ットを含む複数の可動部材によって構成された多関節型
のフロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動
する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材
の動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作
手段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュ
エータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制
御弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度
検出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フ
ロント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算
手段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限
するための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記
操作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前
記姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情
報に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作
しないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置
において、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出
手段と、前記アームの前記境界に対する移動方向を判定
する移動方向判定手段と、前記姿勢演算手段で求められ
た前記フロント装置の掘削開始時点の位置情報に応じて
減速比率を算出する減速比率演算手段と、前記減速比率
に基づいてアーム速度を減速させる速度指令値を演算す
る減速制御演算手段とを備え、掘削を開始して前記アー
ムが前記境界に対して近づく方向へ移動するとき、前記
操作手段からの操作信号によるアーム速度の推測値が前
記速度指令値よりも大きい場合に、掘削開始時点におけ
る前記フロント装置の任意部位が所定の位置に達するま
での間、前記速度指令値を前記信号減速手段に出力して
アーム速度を減速させるように構成した。

【００１０】また、本発明による建設機械の領域制限掘
削制御装置では、少なくともブームとアームおよびバケ
ットを含む複数の可動部材によって構成された多関節型
のフロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動
する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材
の動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作
手段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュ
エータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制
御弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度
検出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フ
ロント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算
手段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限
するための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記
操作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前
記姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情
報に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作
しないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置
において、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出
手段と、前記アームの前記境界に対する移動方向を判定
する移動方向判定手段と、前記姿勢演算手段で求められ
た前記フロント装置の掘削開始時点の位置情報に応じて
減速比率を算出する減速比率演算手段と、前記減速比率
に基づいてアーム速度を減速させる速度指令値を演算す
る減速制御演算手段とを備え、掘削を開始して前記アー
ムが前記境界に対して近づく方向へ移動するとき、前記
操作手段からの操作信号によるアーム速度の推測値が前
記速度指令値よりも大きい場合に、掘削を開始してから
所定の時間が経過するまでの間、前記速度指令値を前記
信号減速手段に出力してアーム速度を減速させるように
構成した。

【００１１】以上のように構成すると、掘削開始時にお
けるアーム操作信号が大きい場合、境界に近づく方向へ
動かされるアーム速度が減速比率に応じた速度に減速さ
れるため、バケットがアームの慣性によって境界を越え
て動作することを確実に防止でき、しかも、掘削を開始
してから暫くすると、アームはフロント装置と境界との
相対距離に応じた最適な速度で動くため、時間当りの掘
削率の低下や操作上の煩わしさを解消することができ
る。

【００１２】また、上記構成において、前記減速比率を
圧油の油温に応じて変更できるようにすると、油温変化
に起因するアクチュエータの動作速度のバラツキを低減
し、掘削精度を高めることができる。

【００１３】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１は本発明が適用される油圧ショベルの側面図、図２
は該油圧ショベルの平面図、図３は油圧駆動装置の回路
図、図４は第１実施例に係る制御ユニットの制御機能を
示すブロック図、図５は領域制限掘削制御における制限
領域の設定方法を示す説明図、図６は図３の制御ユニッ
トで用いられる減速比率のテーブルを示す説明図であ
る。

【００１４】図１と図２において、１ｆは左走行モータ
３ｆおよび右走行モータ３ｇによって駆動する走行体、
１ｅは運転室３ｈを有し走行体１ｆの上部に配置され、
旋回モータ３ｅによって駆動される旋回体であり、これ
ら走行体１ｆおよび旋回体１ｅにより油圧ショベルの本
体１Ｂが構成されている。１ａは運転室３ｈの右側の旋
回体１ｅに連結され上下方向に回動可能なロアブーム、
１ｄはロアブーム１ａの先端に装着され左右方向に回動
可能なアッパブーム、１ｂはアッパブーム１ｄの先端に
装着され上下方向に回動可能なアーム、１ｃはアーム１
ｂの先端に装着され上下方向に回動可能なバケットであ
り、両ブーム１ａ，１ｄとアーム１ｂおよびバケット１
ｃはそれぞれ関節形可動部材であり、これら複数の可動
部材によりフロント装置１Ａが構成されている。３ａは
ロアブーム１ａを駆動するブームシリンダ、３ｂはアー
ム１ｂを駆動するアームシリンダ、３ｃはバケット１を
駆動するバケットシリンダ、３ｄはアッパブーム１ｄを
駆動するオフセットシリンダであり、このオフセットシ
リンダ３ｄによりアーム１ｂとバケット１ｃをロアブー
ム１ａに対して横方向に平行移動する。６ａはロアブー
ム１ａの支点部に設けられたブーム角度センサであり、
旋回体１ｅとロアブーム１ａとの相対角度を検出する。
６ｂはアーム１ｂの支点部に設けられたアーム角度セン
サであり、アッパブーム１ｄとアーム１ｂとの相対角度
を検出する。６ｃはアーム１ｂとバケット１ｃの支点部
に設けられたバケット角度センサであり、アーム１ｂと
バケット１ｃとの相対角度を検出する。

【００１５】図３において、２は油圧ポンプ、８はパイ
ロットポンプ、９ａはブーム用操作レバー、９ｂはアー
ム用操作レバー、９ｃはバケット用操作レバー、９ｄは
オフセット用操作レバーであり、これらの操作レバー９
ａ〜９ｄは運転室３ｈ内に配置され、操作レバー９ａ〜
９ｄにより各シリンダ３ａ〜３ｄの作動を指令する。１
０ａはブーム用流量制御弁、１０ｂはアーム用流量制御
弁、１０ｃはバケット用流量制御弁、１０ｄはオフセッ
ト用流量制御弁である。ブーム用操作レバー９ａとブー
ム用流量制御弁１０ａの油圧駆動部５０ａ，５０ｂとは
それぞれパイロット配管４０ａ，４０ｂで接続されてお
り、オペレータがブーム用操作レバー９ａを操作するこ
とにより、その操作量と操作方向に応じたパイロット圧
がパイロット配管４０ａ，４０ｂのいずれか一方を介し
てブーム用流量制御弁１０ａの油圧駆動部５０ａ，５０
ｂのいずれか一方に供給され、ブームシリンダ３ａが制
御される。同様に、アーム用操作レバー９ｂとアーム用
流量制御弁１ｂの油圧駆動部５１ａ，５１ｂとはそれぞ
れパイロット配管４１ａ，４１ｂで接続され、バケット
用操作レバー９ｃとバケット用流量制御弁１０ｃの油圧
駆動部５２ａ，５２ｂとはそれぞれパイロット配管４２
ａ，４２ｂで接続され、オフセット用操作レバー９ｄと
オフセット用流量制御弁１０ｄの油圧駆動部５３ａ，５
３ｂとはそれぞれパイロット配管４３ａ，４３ｂで接続
されており、オペレータがアーム用操作レバー９ｂとバ
ケット用操作レバー９ｃおよびオフセット用操作レバー
９ｄをそれぞれ操作することにより、その操作量と操作
方向に応じたパイロット圧が流量制御弁１０ｂ，１０
ｃ，１０ｄに供給され、その結果、各シリンダ３ｂ，３
ｃ，３ｄがそれぞれ制御される。

【００１６】また、前述したブーム用パイロット配管４
０ａ，４０ｂにはそれぞれ電磁比例弁１１ａ，１１ｂが
設けられ、同様に、アーム用パイロット配管４１ａ，４
１ｂにはそれぞれ電磁比例弁１２ａ，１２ｂが設けられ
ている。これら電磁比例弁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１
２ｂは、制御ユニット７から出力される電気信号（制御
値）に応じてそれぞれのパイロット配管内のパイロット
圧を減圧し、それによってロアブーム１ａとアーム１ｂ
の動作速度がそれぞれ操作レバー９ａ，９ｂの操作量に
よる速度推測値に対して減速される。さらに、電磁比例
弁１１ａの一次ポート側のパイロット配管４０ａには圧
力センサ６０が設けられ、この圧力センサ６０はブーム
用操作レバー９ａの操作量としてパイロット配管４０ａ
の圧力を検出する。一方、電磁比例弁１２ａ，１２ｂの
一次ポート側のパイロット配管４１ａ，４１ｂにはそれ
ぞれ圧力センサ６１ａ，６１ｂが設けられ、電磁比例弁
１２ａ，１２ｂの二次ポート側のパイロット配管４１
ａ，４１ｂにはそれぞれ圧力センサ６１ｃ，６１ｄが設
けられている。圧力センサ６１ａ，６１ｂはそれぞれア
ーム用操作レバー９ｂの操作量としてパイロット配管４
１ａ，４１ｂの圧力を検出し、圧力センサ６１ｃ，６１
ｄはそれぞれ電磁比例弁１２ａ，１２ｂからアーム用流
量制御弁１０ｂの油圧駆動部５１ａ，５１ｂに与えられ
るパイロット圧を検出する。また、アーム用パイロット
配管４１ｂには油温検出器６２が設けられ、この油温検
出器６２は各シリンダ３ａ〜３ｄに供給される圧油の油
温を検出する。

【００１７】制御ユニット７は、各角度センサ６ａ〜６
ｃと各圧力センサ６０，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１
ｄおよび油温検出器６２の検出信号を入力すると共に、
領域設定装置１３ａと制御開始スイッチ１３ｂの指示信
号を入力し、各パイロット配管４０ａ，４０ｂ，４１
ａ，４１ｂ内のパイロット圧を減圧するための電気信号
を電磁比例弁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂに出力す
る。領域設定装置１３ａは予め作業に応じてフロント装
置１Ａの所定部位、例えばバケット１ｃの先端が動作可
能な掘削可能領域を掘削制限領域として指示し、制御開
始スイッチ１３ｂは領域制限掘削制御の開始を指示する
ものであり、これら領域設定装置１３ａと制御開始スイ
ッチ１３ｂは運転室３ｈ内の操作パネルあるいはグリッ
プ上に設置された設定器１３に配置されている。

【００１８】図４に示すように、この制御ユニット７
は、フロント姿勢演算部７ａ、領域設定演算部７ｂ、掘
削角演算部７ｃ、速度比率演算部７ｄ、基準速度記憶部
７ｅ、減速制御演算部７ｆ、アーム用バルブ指令演算部
７ｇ、アームシリンダ速度の演算部７ｈ、アームによる
バケット先端速度の演算部７ｉ、バケット先端速度の制
限値演算部７ｊ、ブームによるバケット先端速度の制限
値演算部７ｋ、ブームシリンダ速度の制限値演算部７
ｌ、ブームパイロット圧の制限値演算部７ｍ、領域制限
制御の切換演算部７ｎ、比較演算部７ｏ、ブーム用バル
ブ指令演算部７ｐとから構成されている。フロント姿勢
演算部７ａでは、角度センサ６ａ〜６ｃで検出したロア
ブーム１ａとアーム１ｂおよびバケット１ｃの回転角に
基づいて、フロント装置１Ａの所定部位における位置座
標を演算する。その一例を図５により説明すると、この
例はフロント装置１Ａのバケット１ｃ先端Ｐ１の位置を
計算する場合のものである。

【００１９】図４において、フロント姿勢演算部７ａに
はフロント装置１Ａの各可動部材の寸法が記憶されてお
り、フロント姿勢演算部７ａではこれらのデータと、各
角度センサ６ａ〜６ｃで検出した回動角α，β，γの各
値を用いてバケット先端Ｐ１の位置を計算する。このと
きＰ１の位置は、例えばロアブーム１ａの回動支点を原
点とするＸＹ座標系の座標値（Ｘ，Ｙ）として求める。
ＸＹ座標系は本体１Ｂに固定した垂直面内にある直交座
標系である。ロアブーム１ａの回動支点からアーム１ｂ
の回動支点までの距離をＬ₁、アーム１ｂの回動支点か
らバケット１ｃの回動支点までの距離をＬ₂、バケット
１ｃの回動支点からバケット１ｃ先端までの距離をＬ₃
とすれば、回動角α，β，γからＸＹの座標値は（Ｘ，
Ｙ）は、下記の式より求まる。 Ｘ＝Ｌ₁・ｓｉｎα＋Ｌ₂・ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ₃・ｓ
ｉｎ（α＋β＋γ） Ｙ＝Ｌ₁・ｃｏｓα＋Ｌ₂・ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ₃・ｃ
ｏｓ（α＋β＋γ） 領域設定演算部７ｂでは、領域設定装置１３ａが操作さ
れると、その操作信号に基づいて掘削可能な掘削制限領
域の境界Ｌを設定する。領域設定装置１３ａは例えばプ
ッシュスイッチであり、フロント装置１Ａを所定の姿勢
にした状態で領域設定装置１３ａをオン動作することに
より、現在あるフロント装置１Ａの所定部位を掘削制限
領域の境界Ｌとして設定することができる。また、領域
設定装置１３ａとしてテンキーやロータリエンコーダな
どの数値入力装置を用いることも可能であり、この場合
は、掘削制限領域の境界Ｌをフロント装置１Ａの絶対位
置から数値入力すれば良い。

【００２０】掘削角演算部７ｃでは、バケット１ｃ先端
とアーム１ｂの回動中心とを結ぶ線分が掘削制限領域の
境界Ｌと交差する掘削角度θｇを求める。θｇは各角度
センサ６ａ〜６ｃで検出した回動角α，β，γの各値を
用いて下記の式で求める。 θｇ＝α＋β＋γ 速度比率演算部７ｄでは、掘削角演算部７ｃで求められ
た掘削角度θｇと油温度検出器６２ａの検出信号とを入
力し、図６のテーブルに従って速度比率を演算する。例
えば、掘削角度θｇが３０度で油温が１５°Ｃの場合、
速度比率を６０％として求め、掘削角度θｇが７０度で
油温が−１３°Ｃの場合、速度比率を９０％として求め
る。基準速度記憶部７ｅには基準速度が不揮発性メモリ
に記憶されており、本実施例の場合、アーム１ｂが動作
可能な最大速度が基準速度として記憶されている。

【００２１】減速制御演算部７ｆでは、圧力検出器６１
ａ，６１ｂの検出信号からアーム用操作レバー９ｂの操
作量を入力し、制御開始スイッチ１３ｂが操作（オン）
されると、アーム用操作レバー９ｂの操作量が０状態か
らプラス方向に変化した時に掘削作業を開始したと判断
し、この掘削開始時におけるアーム１ｂへの速度指令値
を下記の式で計算する。 速度指令値＝基準速度×速度比率 そして、減速制御演算部７ｆで上記の速度指令値とアー
ム用操作レバー９ｂの操作量によるアーム速度の推測値
とを比較し、両者のうち小さい方を制御値として選択す
る。ここで、上記速度指令値がアーム用操作レバー９ｂ
の操作量によるアーム速度の推測値よりも小さい場合
は、掘削開始時点における掘削角度θｇが所定角度（例
えば２０度）だけ大きくなるまでの間、掘削開始時の速
度指令値を制御値としてアーム用バルブ指令演算部７ｇ
に出力し、掘削開始時点における掘削角度θｇが所定角
度に達すると、アーム用操作レバー９ｂの操作量による
アーム速度の推測値を制御値としてアーム用バルブ指令
演算部７ｇに出力する。これに対し、アーム用操作レバ
ー９ｂの操作量によるアーム速度の推測値が上記速度指
令値よりも小さい場合は、その推測値をそのまま制御値
としてアーム用バルブ指令演算部７ｇに出力する。アー
ム用バルブ指令演算部７ｇでは、減速速度演算部７ｆか
ら出力される制御値に応じて電磁比例弁１２ａ，１２ｂ
を制御し、アーム用パイロット配管４１ａ，４１ｂ内の
パイロット圧を減圧する。

【００２２】アームシリンダ速度の演算部７ｈでは、圧
力センサ６１ｃ，６１ｄで検出したアーム用流量制御弁
１０ｂへの指令値（パイロット圧）と、アーム用流量制
御弁１０ｂの流量特性により、制御用のアームシリンダ
速度を演算する。アームによるバケット先端速度の演算
部７ｉでは、アームシリンダ速度とフロント姿勢演算部
７ａで求めたフロント装置１Ａの位置情報に基づいて、
アームによるバケット先端速度を演算する。

【００２３】バケット先端速度の制限値演算部７ｊで
は、領域設定演算部７ｂに設定された境界Ｌと演算部７
ｉで求めたアームによるバケット先端速度とに基づい
て、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値を
演算する。ブームによるバケット先端速度の制限値演算
部７ｋでは、バケット先端速度の制限値演算部７ｊで求
めたバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値に
基づいて、ロアブームによるバケット先端速度の境界Ｌ
に垂直な成分の制限値を演算する。ブームシリンダ速度
の制限値演算部７ｌでは、ロアブームによるバケット先
端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値とフロント装置１
Ａの位置情報とに基づいて、ブームシリンダ速度の制限
値を演算する。ブームパイロット圧の制限値演算部７ｍ
では、ブーム用流量制御弁１０ａの流量特性に基づい
て、演算部７ｌで求めたブームシリンダ速度の制限値に
対応するブームパイロット圧の制限値を演算する。

【００２４】領域制限制御の切換演算部７ｎでは、制御
開始スイッチ１３ｂが操作（オン）されて領域制限掘削
制御の開始が指示されている場合は、ブームパイロット
圧の制限値として演算部７ｍで計算した値をそのまま比
較演算部７ｏに出力し、制御開始スイッチ１３ｂが操作
されずに領域制限掘削制御の開始が指示されていない場
合は、ブームパイロット圧の制限値として最大値を比較
演算部７ｏに出力する。比較演算部７ｏでは、圧力セン
サ６０の検出信号からブーム用操作レバー９ａの上げ方
向の操作量を入力し、制御開始スイッチ１３ｂがオンさ
れると、演算部７ｎで求められた制限値が正の場合に、
該制限値とブーム用操作レバー９ａの操作量による推測
値とを比較し、大きい方の値を選択する。

【００２５】ブーム用バルブ指令演算部７ｐでは、比較
演算部７ｏからパイロット圧の制限値を入力したとき、
この値が負の場合には、ブーム下げ側の電磁比例弁１１
ｂに制限値に対応する電圧を出力し、ブーム用流量制御
弁１０ａの油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を当該制限
値に制限し、ブーム上げ側の電磁比例弁１１ａには０の
電圧を出力する。また、制限値が正の場合には、ブーム
上げ側の電磁比例弁１１ａに制限値に対応する電圧を出
力し、ブーム用流量制御弁１０ａの油圧駆動部５０ａの
パイロット圧を当該制限値に制限し、ブーム下げ側の電
磁比例弁１１ｂには０の電圧を出力する。一方、比較演
算部７ｏからブーム用操作レバー９ａの操作量による推
測値を入力すると、ブーム用バルブ指令演算部７ｐで
は、ブーム上げ側の電磁比例弁１１ａに推測値に対応す
る電圧を出力し、ブーム用流量制御弁１０ａの油圧駆動
部５０ａのパイロット圧を当該推測値に制限し、ブーム
下げ側の電磁比例弁１１ｂには０の電圧を出力する。

【００２６】このように構成された領域制限掘削制御装
置において、フロント装置１Ａの姿勢が例えば図５に示
す状態から掘削作業を開始する場合、アーム１ｂは必ず
掘削制限領域の境界Ｌに近づく方向へ動かされるが、掘
削開始時点におけるアーム１ｂの掘削角度θｇと圧油の
油温から速度比率を演算し、この速度比率に基づいて算
出された速度指令値が制御値としてアーム用バルブ指令
演算部７ｇに出力されるため、アーム用操作レバー９ｂ
の操作量によるアーム速度に対してアーム１ｂの動きを
減速させることができる。したがって、掘削開始時にお
けるアーム操作信号が大きい場合でも、アーム１ｂの境
界Ｌに近づく方向への動きを減速させることができ、し
かも、上記速度比率は掘削開始時点におけるアーム１ｂ
の掘削角度θｇに基づいて算出されるため、掘削開始時
点におけるフロント装置１Ａの姿勢に応じてアーム１ｂ
の減速の度合を変えることができ、アーム１ｂの自重に
よる慣性でバケット１ｃが境界Ｌの下に潜り込むことを
確実に防止できる。また、掘削開始時点における掘削角
度θｇが所定角度に達すると、アーム用操作レバー９ｂ
の操作量によるアーム速度の推測値を制御値としてアー
ム用バルブ指令演算部７ｇに出力するため、慣性による
影響が少なくなったにも拘らず、アーム１ｂが不必要に
減速されてしまうことを防止でき、時間当りの掘削率の
低下や操作上の煩わしさを解消することができる。

【００２７】また、掘削開始時点のフロント装置１Ａの
姿勢がアーム１ｂを本体１Ｂ側に引いたクラウド状態に
あり、このクラウド状態からアーム１ｂの押し（ダン
プ）操作が行われると、アーム１ｂとバケット１ｃは本
体１Ｂ側から掘削制限領域の境界Ｌに向かって近づく方
向へ動かされるが、この場合も上記と同様の動作が実行
される。例えば、掘削開始時点におけるアーム１ｂの掘
削角度θｇが１３０度で油温が２０°Ｃの場合、図６の
テーブルから速度比率を６０％として求め、この速度比
率に基づいて算出された速度指令値が制御値としてアー
ム用バルブ指令演算部７ｇに出力される。したがって、
掘削開始時におけるアーム１ｂの動きがダンプ方向で、
そのアーム操作信号が大きい場合でも、アーム１ｂの境
界Ｌに近づく方向への動きを適切に減速させることがで
き、アーム１ｂの自重による慣性でバケット１ｃが境界
Ｌの下に潜り込むことを確実に防止できる。

【００２８】なお、上記第１実施例において、フロント
姿勢演算部７ａが姿勢演算手段を、領域設定装置１３ａ
が制限領域設定手段を、アーム用バルブ指令演算部７ｇ
が信号減速手段を、圧力センサ６１ａ，６１ｂが操作量
検出手段を、掘削角演算部７ｃと圧力センサ６１ａ，６
１ｂが移動方向判定手段を、掘削角演算部７ｃが掘削角
度演算手段を、速度比率演算部７ｄが減速比率演算手段
を、減速制御演算部７ｆが減速制御演算手段をそれぞれ
構成している。

【００２９】また、上記第１実施例では、掘削開始時点
のアーム１ｂの掘削角度θｇが所定の掘削角度だけ変化
するまでの間、速度指令値をアーム用バルブ指令演算部
７ｇに出力してアーム速度を減速させる場合について説
明したが、アーム１ｂが掘削開始時点の掘削角度θｇか
ら所定の時間経過するまでの間、速度指令値をアーム用
バルブ指令演算部７ｇに出力してアーム速度を減速させ
ても良く、あるいは、掘削開始後のアーム１ｂの掘削角
度θｇを逐次求め、その掘削角度θｇが所定の角度（例
えば９０度）になるまでの間、速度指令値をアーム用バ
ルブ指令演算部７ｇに出力してアーム速度を減速させて
も良い。

【００３０】図７は第２実施例に係る制御ユニットの制
御機能を示すブロック図、図８は該制御ユニットで用い
られる減速比率のテーブルを示す説明図である。

【００３１】この第２実施例が前述した第１実施例と相
違する点は、掘削開始時点の掘削角度θｇに基づいて速
度比率を演算する代わりに、掘削開始時点のフロント装
置１Ａの任意部位における距離に基づいて速度比率を演
算することにあり、それ以外は基本的に同様である。す
なわち、距離演算部７ｑでは、例えばブーム１ａの回動
支点を原点とするＸ座標の距離として、掘削開始時点に
おけるフロント装置１Ａの任意部位、例えばバケット１
ｃ先端位置の距離を求め、速度比率演算部７ｒでは、距
離演算部７ｑで求められた距離（ｍ）と油温度検出器６
２ａの検出信号とを入力し、図８のテーブルに従って速
度比率を演算する。

【００３２】なお、上記第２実施例において、速度指令
値をアーム用バルブ指令演算部７ｇに出力してアーム速
度を減速させるのは、第１実施例と同様に、掘削開始時
点のフロント装置１Ａの任意部位における距離が所定距
離だけ変化するまでの間、または所定の時間経過するま
での間、あるいは所定距離になるまでの間のいずれかを
採用することができる。

【００３３】また、上記第１および第２実施例では、油
温の変化を考慮して速度比率を算出する場合について説
明したが、掘削精度は多少低下するが、掘削開始時点の
掘削角度θｇまたは距離（ｍ）のみから速度比率を算出
することも可能である。

【００３４】さらに、上記第１および第２実施例では、
説明を容易にするためにブーム角α，アーム角β，バケ
ット角γのみを掘削角度またはフロント装置１Ａの任意
部位における位置演算の対象としたが、オフセット角を
検出するオフセット角度センサを追加し、このオフセッ
ト角を上記演算に用いても良い。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３６】掘削開始時におけるアーム操作信号が大き
い場合、境界に近づく方向へ動かされるアーム速度が減
速比率に応じた速度に減速されるため、バケットがアー
ムの慣性によって境界を越えて動作することを確実に防
止でき、しかも、掘削を開始してから暫くすると、アー
ムはフロント装置と境界との相対距離に応じた最適な速
度で動くため、時間当りの掘削率の低下や操作上の煩わ
しさを解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される油圧ショベルの側面図であ
る。

【図２】該油圧ショベルの平面図である。

【図３】該油圧ショベルに備えられる油圧駆動装置の回
路図である。

【図４】第１実施例に係る制御ユニットの制御機能を示
すブロック図である。

【図５】領域制限掘削制御における制限領域の設定方法
を示す説明図である。

【図６】図３の制御ユニットで用いられる減速比率のテ
ーブルを示す説明図である。

【図７】第２実施例に係る制御ユニットの制御機能を示
すブロック図である。

【図８】図７の制御ユニットで用いられる減速比率のテ
ーブルを示す説明図である。

【符号の説明】

１ａ ロアブーム １ｂ アーム １ｃ バケット １Ａ フロント装置 ２ 油圧ポンプ ３ａ ブームシリンダ ３ｂ アームシリンダ ３ｃ バケットシリンダ ６ａ ブーム角度センサ ６ｂ アーム角度センサ ６ｃ バケット角度センサ ７ 制御ユニット ７ａ フロント姿勢演算部 ７ｂ 領域設定演算部 ７ｃ 掘削角演算部 ７ｄ 速度比率演算部 ７ｅ 基準速度記憶部 ７ｆ 速制御演算部 ７ｇ アーム用バルブ指令演算部 ７ｑ 距離演算部 ７ｒ 速度比率演算部 ９ａ ブーム用操作レバー ９ｂ アーム用操作レバー ９ｃ バケット用操作レバー １０ａ ブーム用流量制御弁 １０ｂ アーム用流量制御弁 １０ｃ バケット用流量制御弁 １１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ 電磁比例弁 １３ａ 領域設定装置 １３ｂ 制御開始スイッチ ６０，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ 圧力センサ ６２ 油温検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤島 一雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 梶田 勇輔 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 西田 利明 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 松崎 浩 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB03 AB04 BA01 BB11 CA03 DA03 DA04 DB02 DB04 DB06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともブームとアームおよびバケッ
   トを含む複数の可動部材によって構成された多関節型の
   フロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動す
   る複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材の
   動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作手
   段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュエ
   ータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御
   弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度検
   出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フロ
   ント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算手
   段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限す
   るための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記操
   作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前記
   姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情報
   に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作し
   ないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置に
   おいて、 前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前
   記アームの前記境界に対する移動方向を判定する移動方
   向判定手段と、前記アームと前記境界とのなす掘削角度
   を演算する掘削角度演算手段と、この掘削角度演算手段
   で求められた掘削開始時点の掘削角度に応じて減速比率
   を算出する減速比率演算手段と、前記減速比率に基づい
   てアーム速度を減速させる速度指令値を演算する減速制
   御演算手段とを備え、 掘削を開始して前記アームが前記境界に対して近づく方
   向へ移動するとき、前記操作手段からの操作信号による
   アーム速度の推測値が前記速度指令値よりも大きい場合
   に、該アームが掘削開始時点の掘削角度から所定の掘削
   角度に達するまでの間、前記速度指令値を前記信号減速
   手段に出力してアーム速度を減速させるようにしたこと
   を特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
2. 【請求項２】 少なくともブームとアームおよびバケッ
   トを含む複数の可動部材によって構成された多関節型の
   フロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動す
   る複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材の
   動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作手
   段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュエ
   ータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御
   弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度検
   出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フロ
   ント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算手
   段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限す
   るための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記操
   作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前記
   姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情報
   に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作し
   ないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置に
   おいて、 前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前
   記アームの前記境界に対する移動方向を判定する移動方
   向判定手段と、前記アームと前記境界とのなす掘削角度
   を演算する掘削角度演算手段と、この掘削角度演算手段
   で求められた掘削開始時点の掘削角度に応じて減速比率
   を算出する減速比率演算手段と、前記減速比率に基づい
   てアーム速度を減速させる速度指令値を演算する減速制
   御演算手段とを備え、 掘削を開始して前記アームが前記境界に対して近づく方
   向へ移動するとき、前記操作手段からの操作信号による
   アーム速度の推測値が前記速度指令値よりも大きい場合
   に、掘削を開始してから所定の時間が経過するまでの
   間、前記速度指令値を前記信号減速手段に出力してアー
   ム速度を減速させるようにしたことを特徴とする建設機
   械の領域制限掘削制御装置。
3. 【請求項３】 少なくともブームとアームおよびバケッ
   トを含む複数の可動部材によって構成された多関節型の
   フロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動す
   る複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材の
   動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作手
   段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュエ
   ータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御
   弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度検
   出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フロ
   ント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算手
   段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限す
   るための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記操
   作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前記
   姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情報
   に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作し
   ないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置に
   おいて、 前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前
   記アームの前記境界に対する移動方向を判定する移動方
   向判定手段と、前記姿勢演算手段で求められた前記フロ
   ント装置の掘削開始時点の位置情報に応じて減速比率を
   算出する減速比率演算手段と、前記減速比率に基づいて
   アーム速度を減速させる速度指令値を演算する減速制御
   演算手段とを備え、 掘削を開始して前記アームが前記境界に対して近づく方
   向へ移動するとき、前記操作手段からの操作信号による
   アーム速度の推測値が前記速度指令値よりも大きい場合
   に、掘削開始時点における前記フロント装置の任意部位
   が所定の位置に達するまでの間、前記速度指令値を前記
   信号減速手段に出力してアーム速度を減速させるように
   したことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装
   置。
4. 【請求項４】 少なくともブームとアームおよびバケッ
   トを含む複数の可動部材によって構成された多関節型の
   フロント装置と、前記複数の可動部材をそれぞれ駆動す
   る複数の油圧アクチュエータと、前記複数の可動部材の
   動作を指示する複数の操作手段と、これら複数の操作手
   段の操作信号に応じて駆動され、前記複数のアクチュエ
   ータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御
   弁と、前記複数の可動部材の相対角度を検出する角度検
   出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記フロ
   ント装置の任意部位における位置を演算する姿勢演算手
   段と、前記フロント装置の上下方向の動作範囲を制限す
   るための境界を設定可能な制限領域設定手段と、前記操
   作手段の操作信号を減じる信号減速手段とを備え、前記
   姿勢演算手段で求められた前記フロント装置の位置情報
   に基づいて、該フロント装置が前記領域を越えて動作し
   ないように制御する建設機械の領域制限掘削制御装置に
   おいて、 前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前
   記アームの前記境界に対する移動方向を判定する移動方
   向判定手段と、前記姿勢演算手段で求められた前記フロ
   ント装置の掘削開始時点の位置情報に応じて減速比率を
   算出する減速比率演算手段と、前記減速比率に基づいて
   アーム速度を減速させる速度指令値を演算する減速制御
   演算手段とを備え、 掘削を開始して前記アームが前記境界に対して近づく方
   向へ移動するとき、前記操作手段からの操作信号による
   アーム速度の推測値が前記速度指令値よりも大きい場合
   に、掘削を開始してから所定の時間が経過するまでの
   間、前記速度指令値を前記信号減速手段に出力してアー
   ム速度を減速させるようにしたことを特徴とする建設機
   械の領域制限掘削制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかの記載にお
   いて、前記減速比率を圧油の油温に応じて変更可能にし
   たことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。