JP2001032331A - 建設機械の領域制限制御装置および領域制限制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 走行時や旋回時に建設機械が急に傾く等した
ときに、領域制限制御が自動的に解除される建設機械の
領域制限制御装置や領域制限制御方法の提供。 【解決手段】 下部走行体１と、上部旋回体２と、フロ
ント作業装置６とを有する建設機械に設けられ、フロン
ト作業装置６の動作を制御するパイロットバルブ２１ｃ
〜２１ｅの操作にかかわらず、フロント作業装置６の動
作範囲を予め与えられる所定領域内に制限する領域制限
制御装置において、下部走行体１および上部旋回体２の
少なくとも一方が動作していることを検出するシャトル
ブロック２２，圧力スイッチ２８ａ，２８ｂによって下
部走行体１および上部旋回体２の少なくとも一方の動作
が検出されたならばフロント作業装置６の動作制限を解
除するソレノイドバルブユニット２３，制御部２４４，
判定部２４５とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
建設機械の領域制限制御装置および領域制限制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械、例えば油圧ショベルでは下部
走行体上に上部旋回体を旋回可能に設け、上部旋回体に
はブーム、アーム、バケットといったフロント作業部材
からなるフロント作業装置を備えている。オペレータは
上部旋回体に設けられた運転室内で操作レバー等を操作
することにより、走行、旋回、フロント作業装置の動作
等を制御して掘削作業等を行う。これらのフロント作業
部材はそれぞれが関節部によって連結されて回動運動を
行うので、それらのフロント作業部材が所定作業領域内
で動作するように操作するのは難しい作業である。その
ため、オペレータが操作レバー等を操作して作業を行っ
ている最中にフロント作業部材が所定作業領域を越えて
動作しないように制御する領域制限制御装置が提案され
ている。

【０００３】領域制限制御装置を備える油圧ショベルで
は、以下のようにしてフロント作業装置の位置を制御し
ている。まず、アームおよびブームの位置をポテンショ
メータ等を用いた角度センサで、バケットの位置をバケ
ットストロークシリンダセンサ等でそれぞれ検出すると
ともに、傾斜角センサにより油圧ショベルの前後左右の
傾斜を検出し、それらの検出データと予め入力されてい
るブーム、アーム、バケット等の寸法情報とに基づいて
フロント作業装置の位置（バケットの角度や爪先の位置
等）を算出する。算出されたフロント作業装置の位置と
予め設定された制限領域とに基づいてフロント作業部材
の動作を制御して掘削深さの制限を行ったり、フロント
作業装置の軌跡制御を行ったりしている。

【０００４】例えば、オペレータが誤って制限領域外
（侵入不可領域）へバケットを移動させようとしてもバ
ケットは自動的に境界線上で滑らかに停止し、また、そ
の途中でオペレータがフロント作業装置の速度の減少か
ら侵入不可領域に近づいていることを判断してバケット
刃先を戻すことが可能となる。このように、領域制限制
御装置によってオペレータの操作上の負担が軽減した
り、作業性の向上を図ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、走行時や旋
回時に油圧ショベルが急に大きく傾く等してバケット爪
先の算出位置が急に設定の領域を越えてしまうような場
合、領域制限制御装置が作動して自動的にブームを上げ
る等の動作が行われることになる。例えば、地面から浅
い位置に掘削制限領域を設定して作業を行っている場合
に、フロントを伸ばした状態で坂を下るとバケットが制
限領域を越えてしまう。そのため、領域制限制御装置が
作動してバケットが制限領域内となるようにブームを上
昇させることになる。このようにオペレータが予想しな
い動作が急に行われた場合、誤操作等を誘発しやすいと
いう問題があった。

【０００６】本発明の目的は、建設機械が傾く等したと
きに、フロント作業装置の予期しない急動作を防止する
ことができる建設機械の領域制限制御装置および領域制
限制御方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１，２，５および１７に対応付けて説明する。 （１）図１，２および５に対応付けて説明すると、請求
項１の発明は、走行装置１と、旋回装置２と、フロント
作業装置６とを有する建設機械に設けられ、フロント作
業装置６の動作を制御する手動操作手段２１ｃ〜２１ｅ
の操作にかかわらず、フロント作業装置６の動作範囲を
予め与えられる所定領域内に制限する領域制限制御装置
に適用され、走行装置１および旋回装置２の少なくとも
一方が動作していることを検出する検出手段２２，２８
ａ，２８ｂと、検出手段２２，２８ａ，２８ｂによって
走行装置１および旋回装置２の少なくとも一方の動作が
検出されたならばフロント作業装置６の動作制限を解除
する解除手段２３，２４４，２４５とを設けたことによ
り上述の目的を達成する。 （２）図５および１８に対応付けて説明すると、請求項
２の発明は、請求項１に記載の領域制限制御装置におい
て、検出手段は、走行用操作部２１１ａ，２１１ｂおよ
び旋回用操作部２１１ｆの各々に設けられた操作部位置
検出装置９０で構成した。 （３）図１，２および５に対応付けて説明すると、請求
項３の発明は、走行装置１と、旋回装置２と、フロント
作業装置６とを有する建設機械に設けられ、フロント作
業装置６の動作を制御する手動操作手段２１ｃ〜２１ｅ
の操作にかかわらず、フロント作業装置６の動作範囲を
予め与えられる所定領域内に制限する領域制限制御装置
に適用され、フロント作業装置６の作動および停止を検
出する検出手段２２，２８ａ，２８ｂと、検出手段２
２，２８ａ，２８ｂによってフロント作業装置６が停止
していることが検出されたならばフロント作業装置６の
制限動作を解除する解除手段２３，２４４，２４５とを
設けたことにより上述の目的を達成する。 （４）請求項４の発明は、フロント作業装置６の動作を
制御する手動操作手段２１ｃ〜２１ｅの操作にかかわら
ず、フロント作業装置６の動作範囲を予め与えられる所
定領域内に制限する建設機械の領域制限制御方法に適用
され、フロント作業装置６が前記所定領域を越えた場合
には、フロント作業装置６の動作速度を低速に制御しつ
つフロント作業装置６を所定領域内へ移動させるように
したことにより上述の目的を達成する。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１９を参照して本
発明の実施の形態を説明する。なお、以下に述べる実施
の形態では、本発明を油圧ショベルに適用した場合につ
いて説明する。 −第１の実施の形態− （全体構成の説明）図２は油圧ショベルの概略構成を示
す図であり、油圧ショベルの下部走行体１には旋回機構
を介して上部旋回体２が設けられている。上部旋回体２
にはブーム３が軸１０に関して回動可能に連結され、ブ
ーム３の先端部にはアーム４が軸１１に関して回動可能
に連結される。さらに、アーム４の先端部にはバケット
５が軸１２に関して回動可能に連結されている。これら
ブーム３，アーム４，バケット５によって油圧ショベル
のフロント作業装置６が構成されている。２ａは上部旋
回体２に設けられた運転室であり、オペレータは運転室
２ａ内に配置された操作レバー（不図示）を操作して油
圧ショベルの走行、旋回やフロント作業装置６の操作を
行う。

【００１０】７はブーム３を駆動するブームシリンダ、
８はアーム４を駆動するアームシリンダ、９はバケット
５を駆動するバケットシリンダであり、これらのシリン
ダ７〜９はオペレータが操作レバー（不図示）に対して
行った操作量に応じて出力されるパイロット圧信号（後
述する）などの操作信号に従って動作する。上部旋回体
２とブーム３との連結軸近傍には上部旋回体２とブーム
３とが成す相対角度を検出するブーム角度センサＳ１が
設けられ、ブーム３とアーム４との連結軸近傍にはブー
ム３とアーム４とが成す相対角度を検出するアーム角度
センサＳ２が設けられている。また、バケットシリンダ
９の伸縮部近傍には、バケットシリンダ９の長さを検出
するバケットシリンダストロークセンサＳ３が設けられ
ている。これらのセンサＳ１〜Ｓ３によってフロント作
業装置６の姿勢状態を検出するフロントセンサＦＳが構
成される。また、運転室２ａ内には車体の前後左右の傾
斜を検出する傾斜角センサＳ４（不図示）が設けられて
いる。

【００１１】（油圧回路の説明）図３は、図２に示す油
圧ショベルの油圧回路の概略構成を示す図である。この
回路はエンジンＥにより駆動される油圧ポンプＰおよび
パイロットポンプＰＰを有し、油圧ポンプＰから吐出さ
れる圧油によって各種の油圧アクチュエータ２０を駆動
する。油圧ポンプＰと油圧アクチュエータ２０との間に
は、油圧アクチュエータ２０へ供給される圧油を制御す
るコントロールバルブＣＶが設けられる。一方、パイロ
ットポンプＰＰからの吐出油はパイロット一次圧として
パイロットバルブユニット２１およびシャトルブロック
２２に供給される。

【００１２】コントロールバルブＣＶを構成するバルブ
ＣＶ１〜ＣＶ６は油圧パイロット式制御弁であって、パ
イロットバルブユニット２１から出力されるパイロット
圧油がソレノイドバルブユニット２３およびシャトルブ
ロック２２を介してそれぞれ供給される。ソレノイドバ
ルブユニット２３は、パイロットバルブユニット２１か
らシャトルブロック２２へのパイロット圧油の流れを制
御するためのバルブである。２４はフロントセンサＦＳ
や傾斜角センサＳ４からの信号に基づいてソレノイドバ
ルブユニット２３を制御するコントロールユニットであ
る。

【００１３】図４はコントロールバルブＣＶの詳細を示
す図である。バルブＣＶ１は左走行用油圧モータ４０へ
の圧油の流れを制御し、バルブＣＶ２は右走行用油圧モ
ータ４１への圧油の流れを制御する。例えば、バルブＣ
Ｖ１に入力されるパイロット圧ＢｆによりバルブＣＶ１
のスプールが右方向に移動して第１の切換位置Ｐ１とな
ると、左走行用油圧モータ４０が正転駆動される。逆
に、パイロット圧Ｂｒによりスプールが左方向に移動し
て第２の切換位置Ｐ２となると、左走行用油圧モータ４
０が逆転駆動される。そして、左走行用油圧モータ４０
の駆動により図２に示す下部走行体１の左側の履帯が、
右走行用油圧モータ４１の駆動により右側の履帯がそれ
ぞれ駆動される。

【００１４】バルブＣＶ３はバケットシリンダ９への圧
油の流れを、バルブＣＶ４はブームシリンダ７への圧油
の流れを、バルブＣＶ５はアームシリンダ８への圧油の
流れをそれぞれ制御する。例えば、バルブＣＶ４に入力
されるパイロット圧Ｄｄによりスプールが右側に移動し
て第１の切換位置Ｐ１となり、図４のブームシリンダ７
が収縮駆動されて図２のブーム３が下方に駆動される。
逆に、バルブＶＣ４が第２の切換位置Ｐ２となるとブー
ムシリンダ７が伸長駆動され、ブーム３が上方に駆動さ
れる。バルブＣＶ３，ＣＶ５についても同様の動作を行
う。また、バルブＣＶ６は上部旋回体２を旋回駆動する
旋回用油圧モータ４２への圧油の流れを制御するコント
ロールバルブであり、バルブＣＶ１，ＣＶ２と同様の動
作を行う。

【００１５】図５および図６はそれぞれパイロットバル
ブユニット２１およびシャトルブロック２２の詳細を示
す図である。図５においてパイロットバルブユニット２
１は６つのパイロットバルブ２１ａ〜２１ｆを備えてお
り、パイロットバルブ２１ａはバルブＣＶ１を作動させ
るパイロット圧Ｂｆ，Ｂｒを出力し、同様に、パイロッ
トバルブ２１ｂはパイロット圧Ａｒ，Ａｆを、パイロッ
トバルブ２１ｃはパイロット圧Ｃｄ，Ｃｃを、パイロッ
トバルブ２１ｄはパイロット圧Ｄｄ，Ｄｕを、パイロッ
トバルブ２１ｅはパイロット圧Ｅｃ，Ｅｄを、パイロッ
トバルブ２１ｆはパイロット圧Ｆｒ，Ｆｌをそれぞれ出
力する。２１１ａ，２１１ｂはパイロットバルブ２１
ａ，２１ｂの操作ペダル、２１１ｃ〜２１１ｆはそれぞ
れパイロットバルブ２１ｃ〜２１ｆの操作レバーであ
る。

【００１６】図５に示すようにパイロットバルブ２１ｄ
は、操作レバー２１１ｄが図中Ａ方向に操作されたとき
にパイロットポンプＰＰから吐出された圧油をその操作
量に応じて減圧して出力する第１の減圧弁２１２ｄと、
操作レバー２１１ｄが図中Ｂ方向に操作されたときにパ
イロットポンプＰＰから吐出された圧油をその操作量に
応じて減圧して出力する第２の減圧弁２１３ｄとを有す
る。パイロットバルブ２１ａ〜２１ｃ，２１ｅ，２１ｆ
もパイロットバルブ２１ｄと同様の構造を有しており、
図中の２１２ａ〜２１２ｃ，２１２ｅ、２１２ｆは第１
の減圧弁を、２１３ａ〜２１３ｃ，２１３ｅ、２１３ｆ
は第２の減圧弁をそれぞれ表している。

【００１７】パイロットバルブ２１ａの第１の減圧弁２
１２ａは管路３０ａを介して図６のシャトルブロック２
２の管路５０ａに接続され、第２の減圧弁２１３ａは管
路３１ａによりシャトルブロック２２の管路５１ａに接
続される。これらの管路５０ａ，５１ａはバルブＣＶ１
に接続され、バルブＣＶ１にパイロット圧Ｂｒ，Ｂｆを
与える。また、パイロットバルブ２１ｂの第１の減圧弁
２１２ｂは管路３０ｂによりシャトルブロック２２の管
路５０ｂに接続され、第２の減圧弁２１３ｂは管路３１
ｂによりシャトルブロック２２の管路５１ｂに接続され
る。これらの管路５０ｂ，５１ｂはバルブＣＶ２に接続
され、バルブＣＶ２にパイロット圧Ａｒ，Ａｆを与え
る。同様に、パイロットバルブ２１ｆの第１の減圧弁２
１２ｆは管路３０ｆによりシャトルブロック２２の管路
５０ｆに接続され、第２の減圧弁２１３ｆは管路３１ｆ
によりシャトルブロック２２の管路５１ｆに接続され
る。これらの管路５０ｆ，５１ｆはバルブＣＶ６に接続
され、バルブＣＶ６にパイロット圧Ｆｒ，Ｆｌを与え
る。

【００１８】また、パイロットバルブ２１ｃ〜２１ｅの
減圧弁２１２ｃ〜２１２ｅ，２１３ｃ〜２１３ｅとシャ
トルブロック２２との間には、ソレノイドバルブ（電磁
切換弁）２３１がそれぞれ設けられる。これら６つのソ
レノイドバルブ２３１によって図１のソレノイドバルブ
ユニット２３が構成される。ソレノイドバルブ２３１は
図７に示すような構造を有しており、中立位置Ｐ１０で
は減圧弁２１２ｃ〜２１２ｅ，２１３ｃ〜２１３ｅから
のパイロット圧油はそのままシャトルブロック２２へと
供給される。一方、ソレノイドバルブ２３１が切換位置
Ｐ１１に切り換えられるとシャトルブロック２２側はオ
イルタンクＴに接続され、切換位置Ｐ１２に切り換えら
れるとパイロットポンプＰＰからの圧油がシャトルブロ
ック２２に供給される。

【００１９】（ソレノイドバルブ２３１の動作説明）図
７に示すソレノイドバルブ２３１の機能をブーム３の動
作を例に説明する。図８は、ブーム操作用パイロットバ
ルブ２１ｄの管路３０ｄおよび３１ｄに設けられた各ソ
レノイドバルブ２３１の切換位置とブーム３の動作との
関係を表にしたものである。表の（１）のようにいずれ
のソレノイドバルブ２３１も中立位置Ｐ１０である場合
には、減圧弁２１２ｄ，２１３ｄからのパイロット圧油
はそのままバルブＣＶ４（図６参照）に供給されるた
め、操作レバー２１１ｄの操作通りにブーム３は動作す
る。

【００２０】表の（２）のようにいずれのソレノイドバ
ルブ２３１も切換位置Ｐ１１である場合には、シャトル
ブロック２２（図６参照）の管路５０ｄ，５１ｄはいず
れもオイルタンクＴに接続され、バルブＣＶ４に入力さ
れるパイロット圧Ｄｄ，Ｄｕは等しくなる。その結果、
ブーム３は操作レバー２１１ｄの操作に関わらず停止す
る。

【００２１】表の（３）のようにブーム下げ管路３０ｄ
に設けられたソレノイドバルブ２３１は切換位置Ｐ１１
であって、ブーム上げ管路３１ｄに設けられたソレノイ
ドバルブ２３１は切換位置Ｐ１２である場合には、シャ
トルブロック２２のブーム下げ管路５０ｄはオイルタン
クＴに接続され、ブーム上げ管路５１ｄはパイロットポ
ンプＰＰに接続される。そのため、バルブＣＶ４に入力
されるパイロット圧Ｄｕによりブーム３は操作レバー２
１１ｄの操作に関わらず上昇することになる。

【００２２】また、（３）とは逆に（４）のようにブー
ム下げ管路３０ｄに設けられたソレノイドバルブ２３１
は切換位置Ｐ１２であって、ブーム上げ管路３１ｄに設
けられたソレノイドバルブ２３１は切換位置Ｐ１１であ
る場合には、シャトルブロック２２のブーム下げ管路５
０ｄはパイロットポンプＰＰに接続され、管路５１ｄは
オイルタンクＴに接続される。その結果、上述した
（３）の場合とは逆に、ブーム３は操作レバー２１１ｄ
の操作に関わらず降下することになる。ブーム３以外の
ソレノイドバルブ２３１についても同様であり説明を省
略する。

【００２３】（シャトルブロック２２の詳細説明）次い
で、図６に示したシャトルブロック２２について説明す
る。シャトルブロック２２はシャトル弁５２〜６１を備
えており、シャトル弁５２および５３の出力はシャトル
弁５８に入力され、そのシャトル弁５８の出力およびシ
ャトル弁５７の出力がシャトル弁６１に入力される。そ
の結果、操作ペダル２１ａ，２１ｂおよび操作レバー２
１ｆのいずれかが操作されている時には、すなわち、走
行または旋回の少なくとも一方が行われているときには
シャトル弁６１の出力にパイロット圧が発生することに
なる。このパイロット圧が走行・旋回信号Ｘ２である。

【００２４】また、シャトル弁５５および５６の出力は
シャトル弁５９に入力され、そのシャトル弁５９の出力
およびシャトル弁５４の出力がシャトル弁６０に入力さ
れる。その結果、操作レバー２１ｃ〜２１ｅのいずれか
が操作されているときには、すなわち、フロント操作が
行われているときにはシャトル弁６０の出力にパイロッ
ト圧が発生することになる。このパイロット圧がフロン
ト操作信号Ｘ１である。

【００２５】（コントロールユニット２４の詳細説明）
図１はコントロールユニット２４とその周辺装置との関
係を示すブロック図である。図１において、２５は領域
制限制御を行う際の制限領域データを入力するための制
限領域入力装置であり、制限領域入力装置２５によりデ
ータが入力されるとコントロールユニット２４の制限領
域記憶部２４１にそのデータが記憶される。また、フロ
ント作業装置６の位置（例えば、ブーム３の上端位置や
バケット爪先位置など）を算出する際に必要となるブー
ム３，アーム４，バケット５等の寸法は、基準データと
して予めコントロールユニット２４の基準データ記憶部
（ＥＥＰＲＯＭなどが用いられる）２４２に入力され
る。２６は、その基準データを入力するための基準デー
タ入力装置である。また、２７は制限制御指示スイッチ
であり、制限制御指示スイッチ２７がオンのときには領
域制限制御が実行され、オフのときには領域制限制御が
解除されてフロント作業装置６はオペレータの操作通り
に動作する。これら制限領域入力装置２５，基準データ
入力装置２６，制限制御指示スイッチ２７は図２に示す
運転室２ａ内に設けられる。

【００２６】２８ａはシャトルブロック２２からのフロ
ント操作信号Ｘ１によりオンする圧力スイッチであり、
２８ｂはシャトルブロック２２からの走行・旋回信号Ｘ
２によりオンする圧力スイッチである。コントロールユ
ニット２４の判定部２４５は、圧力スイッチ２８ａ，２
８ｂのオン・オフ信号および制限制御指示スイッチ２７
のオン・オフに基づいて制限制御オンフラグFonを制御
部２４４へ出力する。

【００２７】判定部２４５は、制限制御指示スイッチ２
７がオフの場合には圧力スイッチ２８ａ，２８ｂのオン
・オフにかかわらず制限制御オンフラグFonを出力しな
い。一方、制限制御指示スイッチ２７がオンの場合に
は、例えば、図９（ａ）に示すような規則に従って制限
制御オンフラグFonを制御部２４４へ出力する。図９
（ａ）に示す例では、圧力スイッチ２８ａがオンで圧力
スイッチ２８ｂがオフのときのみにフラグFonが出力さ
れる。すなわち、オペレータによるフロント操作が有っ
て、かつ、走行・旋回操作が無いときに制限制御オンフ
ラグFonが出力される。

【００２８】図９（ｂ）は制限制御指示スイッチ２７が
オンの場合の他の判定例を示したものである。図９
（ｂ）では圧力スイッチ２８ｂがオフであれば圧力スイ
ッチ２８ａのオン・オフに関係無く制限制御オンフラグ
Fonが出力される。すなわち、走行・旋回操作が行われ
ている場合には、フロント操作の有無に関係なく制限制
御オンフラグFonが出力される。

【００２９】コントロールユニット２４のフロント位置
演算部２４３は、フロントセンサＦＳ，傾斜角センサＳ
４からの検出データと基準データ記憶部２４２に記憶さ
れている基準データとに基づいてフロント作業装置６の
位置を算出し、算出結果を制御部２４４へ出力する。例
えば、油圧ショベルの姿勢が図１０（ａ）に示すように
地表面に対して水平である場合は、地表面に固定された
座標系Ｓは油圧ショベルに固定された座標系Ｓ’と一致
しており、それらの座標系でのバケット爪先位置はフロ
ントセンサＦＳの値に基づいて算出される。一方、図１
０（ｂ）のように油圧ショベルが地表面に対して角度θ
だけ傾いている場合には、フロントセンサＦＳのデータ
に基づいて座標系Ｓ’での位置を算出し、算出された値
を傾斜角センサＳ４のデータ（角度θ）を用いて変換す
ることにより座標系Ｓでのバケット爪先位置が算出され
る。

【００３０】制御部２４４が判定部２４５からの制限制
御オンフラグFonを受信したときには、制御部２４４は
フロント位置演算部２４３の算出結果と制御領域記憶部
２４１に記憶されている制御領域とに基づいてソレノイ
ドバルブユニット２３の各ソレノイドバルブ２３１を図
８に示す（１）〜（４）のいずれかに制御し、フロント
位置が制限領域内となるようにフロント作業装置６の動
作を制御する。以下ではこのような制御を制限制御モー
ドと呼ぶことにする。

【００３１】一方、オンフラグFonを受信しないときに
は、ソレノイドバルブユニット２３の各ソレノイドバル
ブ２３１を図８の（１）のように制御して、操作レバー
２１１ｃ〜２１１ｅを操作するオペレータの指示通りに
フロント作業装置６の動作を制御する。以下ではこのよ
うな制御を通常モードと呼ぶことにする。

【００３２】通常モードの最中にフロント位置演算部２
４３で算出されたフロント位置が制御領域を越えた場合
には、制御部２４４は信号Soverを警告提示装置２９に
出力する。警告提示装置２９はオペレータへの警告を表
示する表示装置や警告音を発生するスピーカー等により
構成され、制御部２４４から信号Soverを受信したなら
ば警告表示をしたり警告音を発生したりする。これによ
り、フロント作業装置６が制限領域を越えていることを
オペレータに知らせることができる。このとき、オペレ
ータがフロント作業装置６を操作する等してフロント位
置が再び制限制御領域内になれば、警告提示装置２９に
よる警告は停止する。

【００３３】なお、図９（ａ）において、圧力スイッチ
２８がオンで圧力スイッチ２８ｂがオフである場合以外
は制限制御指示スイッチ２７がオンされていてもフラグ
Fonが出力されず、制限制御が自動的に解除されて通常
モードとなる。この場合には、制限解除表示ランプ７０
を点灯してオペレータに制限制御が解除されていること
を明示する。

【００３４】（動作説明）次に、コントロールユニット
２４の制御動作を説明する。なお、図１の判定部２４５
は上述した図９（ａ）に示すような判定を行ってフラグ
Fonを出力するものとして説明する。例えば、図１０の
二点鎖線８０で示すように深さｈだけ掘削する場合に、
走行・旋回を行わずにフロント作業装置６の操作で掘削
作業を行うときには、制限制御スイッチ２７がオンされ
ていれば判定部２４５からフラグFonが出力される。そ
して、掘削作業を中断して走行移動する場合にはフラグ
Fonは出力されない。

【００３５】図１１はコントロールユニット２４で行わ
れる制御を示すフローチャートであり、油圧ショベルの
メインスイッチをオンするとスタートし、ステップＳ１
へ進む。ステップＳ１では、フロントセンサＦＳおよび
傾斜角センサＳ４からの検出データと基準データ記憶部
２４２に記憶されている基準データとに基づいてフロン
ト作業装置６の位置（フロント位置）を算出する。ステ
ップＳ２はステップＳ１で算出されたフロント位置が制
限領域内か否かを判断するステップであり、図１０の例
ではバケット５の爪先が境界８０より深いか否かを判断
し、算出値が境界８０より深く制限領域を越えていると
判断された場合にはステップＳ１１へ進み、制限領域内
と判断された場合にはステップＳ３へ進む。

【００３６】ここで、フロント位置が制限領域を越えて
いる場合にはステップＳ２からステップＳ１１へ進み、
ステップＳ１１において警告提示装置９によりフロント
位置が制限領域外であることをオペレータへ警告する。
その後、ステップＳ１２へ進み図１のソレノイドバルブ
ユニット２３を構成するソレノイドバルブ２３１（図１
１ではＳＶ２３１と記す）の全てを図７の中立位置Ｐ１
０とし、フロント作業装置６を通常モードで制御する。
その後、ステップＳ１３に進んで制限解除表示ランプ７
０を点灯して制限制御が行われていないことをオペレー
タに知らせ、ステップＳ１へ戻る。一方、ステップＳ２
からステップＳ３へ進んだ場合には、ステップＳ３にお
いて警告提示装置２９をオフする。

【００３７】なお、上述したステップＳ１〜ステップＳ
３またはステップＳ１〜ステップＳ１３までの動作は判
定部２４５からフラグFonが出力されているか否か、す
なわち、制限制御指示スイッチ２７のオン・オフに関係
なく実行される。例えば、メインスイッチをオンした時
にバケット５が制限領域を越えている場合にはステップ
Ｓ２からステップＳ１１〜ステップＳ１３が実行され
て、制限制御指示スイッチ２７のオン・オフに関係なく
警告が発生され、制限解除ランプ７０が点灯する。

【００３８】ステップＳ４は図１の判定部２４５からの
制限制御オンフラグFonを制御部２４４が受信したか否
かを判断するステップであり、ＹＥＳならばステップＳ
５へ進み、ＮＯならばステップＳ１２へ進む。ステップ
５は制限制御動作を行うルーチンであり、現在のフロン
ト位置に応じて図１のソレノイドバルブユニット２３を
構成する各ソレノイドバルブ２３１をそれぞれ制御す
る。その後、ステップＳ１へ戻り新たにフロント位置を
算出して上述した動作を繰り返す。上述したステップＳ
１〜ステップＳ５の動作を繰り返し行うことにより、フ
ロント作業装置６の制限制御動作が行われる。

【００３９】（制限制御モードの具体例）上述したステ
ップＳ５の制限制御動作は、設定されている制限領域お
よびフロント作業装置６の動作に応じて行われる。ここ
では、図１２に示すようにアーム４（一点鎖線で省略し
て示した）をＲ１のようにクラウド動作させて深さｈの
掘削作業を行う場合を例にステップＳ５の具体的な制限
制御動作を説明する。このとき、アーム４をクラウド動
作させただけではバケット５の爪先が図１２（ｂ）に示
すような円弧状の軌跡８１を描いて境界８０を越えてし
まうことになる。そこで、ステップＳ５では、バケット
５の爪先が深さｈよりも浅い位置に設定された境界８０
Ａ（制限領域が入力されると自動的に設定される）を越
えたならば、バケット爪先が破線８２のような軌跡を描
くようにブーム３を強制的に上昇させる（Ｒ２方向の動
作）制限制御を行う。なお、この具体例の説明では、説
明を簡単にするためにブーム３とアーム４の動作のみに
ついて説明する。

【００４０】図１３はステップＳ５のルーチンの手順を
示すフローチャートである。ステップＳ５１はバケット
爪先位置が図１２（ｂ）の境界８０と境界８０Ａとの間
にあるか否かを判断するステップであり、ＮＯであれば
ステップＳ５３に進んでブーム操作用パイロットバルブ
２１ｄ（図５参照）の管路３０ｄ，３２ｄおよびアーム
操作用パイロットバルブ２１ｅの管路３０ｅ，３１ｅの
それぞれに設けられたソレノイドバルブ２３１を中立位
置Ｐ１０とし、その後ステップＳ５１へ戻る。

【００４１】一方、ステップＳ５１においてバケット爪
先位置が境界８０と境界８０Ａの間にあると判断された
場合には、ステップＳ５２に進んでブーム操作用パイロ
ットバルブ２１ｄのブーム下げ管路３０ｄのソレノイド
バルブ２３１をＰ１１に切り換え、これによりバルブ２
１ｄを中立にするとともに、ブーム上げ管路３１ｄのソ
レノイドバルブ２３１をＰ１２に切り換えてブーム３を
上昇させる。このように制限制御することにより、オペ
レータがバケット爪先が境界８０を越えるようなアーム
操作をしても、バケット爪先は軌跡８２にそって移動し
境界８０を越えることがない。

【００４２】なお、バケット爪先が境界８０Ａおよび８
０間の領域となった後に再びバケット爪先が境界８０Ａ
よりも浅い位置となった場合には、ステップＳ５１から
ステップＳ５３へと進んでブーム３およびアーム４はオ
ペレータの操作通りに動作するようになる。

【００４３】（通常モードの具体例）図１４は通常モー
ドの具体例を説明する図であり、深さｈの制限制御モー
ドで掘削作業を行う場合（図１の制限制御指示スイッチ
２７がオン状態になっている）を考える。なお、深さｈ
の制限制御は地面に固定された座標Ｓに関して設定され
る。最初、位置Ｐ１で掘削作業を行った後、油圧ショベ
ルを位置Ｐ２まで移動させる。移動時は圧力スイッチ２
８ｂに走行・旋回信号Ｘ２が入力されて圧力スイッチ２
８ｂはオンとなるので、図９（ａ）に示すように制限制
御オンフラグFonは出力されない。その結果、図１１の
ステップＳ４からステップＳ１２へ進み制限制御は解除
され通常モードとなる。油圧ショベルが位置Ｐ２まで移
動すると、地面が傾いているため油圧ショベルが図１４
のように角度θだけ傾く。油圧ショベルが傾くとバケッ
ト５の爪先が境界８０を越えるので、図１１のステップ
Ｓ２からステップＳ１１へ進んで警告が発生される。本
実施の形態の場合には、このようにバケット５の爪先が
境界８０を越えてもブーム３が急に上昇するようなこと
がないので、オペレータは違和感を抱くことが無く、不
用意な誤操作などを招くおそれが無い。

【００４４】なお、バケット爪先が境界８０を越えて警
報が発せられた場合、ブーム３を上昇させたり、油圧シ
ョベルを後退させたりしてバケット先端が境界８０より
上方になるように操作すれば、ステップＳ２からステッ
プＳ３へ進んで警告がオフされる。

【００４５】上述した実施の形態では、油圧ショベルの
走行によってバケット爪先が境界８０を越える場合につ
いて説明したが、旋回動作によってバケット爪先が境界
８０を越える場合も同様の動作が行われる。また、油圧
ショベルの走行・旋回をパイロットバルブ２１ａ，２１
ｂ，２１ｆからのパイロット圧によって検出したが、例
えば、図１８のように操作レバー２１１ｆにリミットス
イッチ９０等を設けて、リミットスイッチ９０のオン・
オフによって操作レバーが中立位置（操作されていない
状態）にあるか否かを検出するようにしても良い。操作
ペダル２１１ａ，２１１ｂについても同様である。

【００４６】−第２の実施の形態− 上述した第１の実施の形態では、図１４を用いて説明し
たように走行時には制限制御が解除されるため、油圧シ
ョベルのフロント位置が境界８０を越えたときに従来の
ようにブーム３が急に上昇するようなことが無い。第２
の実施の形態では、このような場合に制限制御を解除せ
ずにブーム３を低速度で上昇させるように制御するよう
にした。すなわち、フロント作業装置６が制限領域を越
えてオペレータの予期せぬ動作を行っても、フロント作
業装置６の待避動作をゆっくり行わせることによってオ
ペレータが混乱しないようにした。

【００４７】図１５はコントロールユニット２４とその
周辺装置との関係を示すブロック図である。図１５のブ
ロック図は第１の実施の形態の図１に対応する図であ
り、図１から圧力スイッチ２８ａ，２８ｂ，警告提示装
置２９および判定部２４５を削除したものである。本実
施の形態では、油圧ショベルの走行・旋回状態に関係な
く制限制御指示スイッチ２７をオンすると制限制御オン
フラグFonが制御部２４４へ出力される。また、第１の
実施の形態ではソレノイドバルブユニット２３を構成す
るソレノイドバルブ２３１として電磁切換弁を用いた
が、第２の実施の形態では電磁切換弁の代わりに電磁比
例減圧弁を用いる。なお、その他の構成については第１
の実施の形態と同様であり、第１の実施の形態で用いた
図を参考にして説明する。

【００４８】図１６はコントロールユニット２４で行わ
れる制御を示すフローチャートであり、油圧ショベルの
メインスイッチをオンするとスタートし、ステップＳ７
１へ進む。ステップＳ７１は制限制御オンフラグFonを
制御部２４４が受信したか否かを判断するステップであ
り、ＹＥＳならばステップＳ７２へ進み、ＮＯならばス
テップＳ７４へ進む。ステップＳ７４へ進んだ場合に
は、ステップＳ７４においてソレノイドバルブユニット
２３の全てのソレノイドバルブ２３１を中立位置Ｐ１０
（図７参照）にし、その後ステップＳ７１へ戻る。

【００４９】一方、ステップＳ７１からステップＳ７２
へ進んだ場合には、フロントセンサＦＳおよび傾斜角セ
ンサＳ４からの検出データと基準データ記憶部２４２に
記憶されている基準データとに基づいてフロント位置を
算出する。ステップＳ７３は制限制御動作を行うルーチ
ンであり、ステップＳ７２で算出されたフロント位置と
制限領域記憶部２４１に記憶されている制限領域データ
とに基づいて図５の各ソレノイドバルブ２３１をそれぞ
れ制御する。その後、ステップＳ７１へ戻り新たにフロ
ント位置を算出して上述した動作を繰り返す。

【００５０】（制限制御動作の具体例）ステップＳ７３
の制限制御動作は、図１２に示す作業に関しては第１の
実施の形態と同一であり、図１４に示す作業については
第１の実施の形態と異なる。図１４の作業の場合には、
ステップＳ７３のルーチンは図１７に示すような手順と
なる。図１７においてステップＳ７３１はフロント位置
が制限領域を越えたか否かを判断するステップであり、
フロント位置が制限領域を越えたならばステップＳ７３
２へ進む。ステップＳ７３２ではブーム下げ管路３０ｄ
のソレノイドバルブ２３１を切換位置Ｐ１１とし、か
つ、ブーム上げ管路３１ｄのソレノイドバルブ２３１を
切換位置Ｐ１２としてブーム３を上昇させる（図５，
７，８参照）。上述したように各ソレノイドバルブ２３
１には比例電磁弁が用いられており、管路３１ｄのソレ
ノイドバルブ２３１への入力信号を制御部２４４で制御
することによりパイロット圧を低めに設定し、ブーム３
をゆっくり上昇させる。

【００５１】なお、上述した実施の形態では、油圧アク
チュエータ２０（図３）の駆動を制御するコントロール
バルブＣＶ１〜ＣＶ６として油圧パイロット式制御弁を
用いる油圧ショベルを例に説明したが、本発明はコント
ロールバルブＣＶ１〜ＣＶ６として電磁式制御弁を用い
る油圧ショベルにも適用することができる。図１９はコ
ントロールユニット２４とその周辺装置との関係を示す
ブロック図であり、第１の実施の形態の図１に対応する
ものである。

【００５２】図１９において、１２１は電磁式の操作レ
バー装置であり、第１の実施の形態のパイロットバルブ
ユニット２１（図５参照）に対応する。図１９では１つ
の操作レバー装置１２１しか示していないが、操作レバ
ー装置１２１は図５のパイロットバルブ２１ａ〜２１ｆ
に対応して６つの操作レバー装置で構成されており、そ
れぞれの操作レバー装置からの操作信号（電気信号）は
コントロールユニット２４の制御部２４４，判定部２４
５に入力される。判定部１４５は操作レバー装置１２１
からの操作信号に基づいて上述した実施の形態と同様の
判定を行い制限オンフラグFonを制御部１４４へ出力す
る。制御部１４５は、判定部１４５の判定結果，制限領
域記憶部２４１のデータ，フロント位置演算部２４３の
演算結果および操作レバー装置１２１の操作信号に基づ
いてコントロールバルブＣＶを制御する。制御方法につ
いては上述した実施の形態と同様であり説明を省略す
る。

【００５３】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、下部走行体１は走行装置を、
上部旋回体２は旋回装置を、パイロットバルブ２１ｃ〜
２１ｅは手動操作手段を、シャトルブロック２２および
圧力スイッチ２８ａ，２８ｂは検出手段を、ソレノイド
バルブユニット２３，制御部２４４，判定部２４５は解
除手段を、操作ペダル２１１ａ，２１１ｂは走行用操作
部を、操作レバー２１１ｆは旋回用操作部を、リミット
スイッチ９０は操作部位置検出装置をそれぞれ構成す
る。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、建設機械の走行および旋回の少なくとも一方が
行われている場合にフロント作業装置の領域制限制御が
解除されるので、建設機械が走行中または旋回中にフロ
ント作業装置が所定領域を越えてしまった場合でもフロ
ント作業装置が予期しない動作を行うことがない。ま
た、請求項２の発明のように走行用操作部および旋回用
操作部の各々に設けられた操作部位置検出装置を検出手
段としても良い。請求項３の発明によれば、フロント作
業装置の停止中に領域制限制御が解除されるので、フロ
ント作業を行っていないときに建設機械が急に傾いてフ
ロント作業装置が所定領域を越えてしまった場合でも、
フロント作業装置が予期しない動作を行うことがない。
請求項４の発明によれば、フロント作業装置が所定領域
を越えた場合に、フロント作業装置がゆっくりと所定領
域内に移動するため、急な動作をする従来に比べてオペ
レータは落ち着いて対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による領域制限制御装置の第１の実施の
形態を示す図であり、コントロールユニット２４とその
周辺装置との関係を示すブロック図。

【図２】油圧ショベルの概略構成を示す図。

【図３】図２に示す油圧ショベルの油圧回路の概略構成
を示す図。

【図４】コントロールバルブＣＶの詳細を示す図。

【図５】パイロットバルブユニット２１の詳細を示す
図。

【図６】シャトルブロック２２の詳細を示す図。

【図７】ソレノイドバルブ２３１の機能を示す図。

【図８】管路３０ｄおよび３１ｄに設けられたソレノイ
ドバルブ２３１の切換位置とブーム３の動作との関係を
説明する図。

【図９】判定部２４５で行われる判定例を示す図であ
り、（ａ）は第１の例、（ｂ）は第２の例。

【図１０】掘削作業時の制限領域を説明する図。

【図１１】コントロールユニット２４で行われる制御を
示すフローチャート。

【図１２】制限制御モードの具体例を説明する図であ
り、（ａ）掘削作業時のアーム４の動作を示す図、
（ｂ）はバケット爪先の軌跡を示す図。

【図１３】図１１のステップＳ５の具体的手順を示すフ
ローチャート。

【図１４】通常モードの具体例を説明する図。

【図１５】本発明による領域制限制御装置の第２の実施
の形態を示す図であり、コントロールユニット２４とそ
の周辺装置との関係を示すブロック図。

【図１６】コントロールユニット２４で行われる制御を
示すフローチャート。

【図１７】図１６のステップＳ７３の具体的手順を示す
フローチャート。

【図１８】操作レバー部分に設けられたリミットスイッ
チ９０を示す斜視図。

【図１９】電磁式の操作レバー装置１２１を用いた場合
のコントロールユニット２４とその周辺装置との関係を
示すブロック図。

【符号の説明】 １ 下部走行体 ２ 上部旋回体 ３ ブーム ４ アーム ５ バケット ６ フロント作業装置 ２０ 油圧アクチュエータ ２１ パイロットバルブユニット ２２ シャトルブロック ２３ ソレノイドバルブユニット ２４ コントロールユニット ２５ 制限領域入力装置 ２６ 基準データ入力装置 ２７ 制限制御指示スイッチ ２８ａ，２８ｂ 圧力スイッチ ２９ 警告提示装置 ７０ 制限解除表示ランプ ９０ リミットスイッチ ２１１ａ，２１１ｂ 操作ペダル ２１１ｃ〜２１１ｆ 操作レバー ２４１ 制限領域記憶部 ２４２ 基準データ記憶部 ２４３ フロント位置演算部 ２４４ 制御部 ２４５ 判定部 ＣＶ コントロールバルブ ＦＳ フロントセンサ Ｓ１ 傾斜角センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB03 AB04 BA01 BA07 BB11 CA02 DA03 DA04 DB02 DB04 DB05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行装置と、旋回装置と、フロント作業
   装置とを有する建設機械に設けられ、前記フロント作業
   装置の動作を制御する手動操作手段の操作にかかわら
   ず、前記フロント作業装置の動作範囲を予め与えられる
   所定領域内に制限する領域制限制御装置において、 前記走行装置および旋回装置の少なくとも一方が動作し
   ていることを検出する検出手段と、 前記検出手段によって前記走行装置および旋回装置の少
   なくとも一方の動作が検出されたならば前記フロント作
   業装置の動作制限を解除する解除手段とを設けたことを
   特徴とする建設機械の領域制限制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の領域制限制御装置にお
   いて、 前記検出手段は、走行用操作部および旋回用操作部の各
   々に設けられた操作部位置検出装置で構成したことを特
   徴とする建設機械の領域制限制御装置。
3. 【請求項３】 走行装置と、旋回装置と、フロント作業
   装置とを有する建設機械に設けられ、前記フロント作業
   装置の動作を制御する手動操作手段の操作にかかわら
   ず、前記フロント作業装置の動作範囲を予め与えられる
   所定領域内に制限する領域制限制御装置において、 前記フロント作業装置の作動および停止を検出する検出
   手段と、 前記検出手段によって前記フロント作業装置が停止して
   いることが検出されたならば前記フロント作業装置の制
   限動作を解除する解除手段とを設けたことを特徴とする
   建設機械の領域制限制御装置。
4. 【請求項４】 フロント作業装置の動作を制御する手動
   操作手段の操作にかかわらず、前記フロント作業装置の
   動作範囲を予め与えられる所定領域内に制限する建設機
   械の領域制限制御方法において、 前記フロント作業装置が前記所定領域を越えた場合に
   は、前記フロント作業装置の動作速度を低速に制御しつ
   つ前記フロント作業装置を前記所定領域内へ移動させる
   ようにしたことを特徴とする建設機械の領域制限制御方
   法。