JP2007009432A - 建設機械および建設機械に用いられる制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オペレータの操作を尊重しながらも目標面に沿った作業を効率よく行える建設機械を提供する。
【解決手段】 複数のフロント作業装置駆動用のアクチュエータ３ａ〜３ｆに対応してそれぞれ設けられ、これら各アクチュエータ３ａ〜３ｆの駆動をそれぞれ指令する複数の操作部材４ａ〜４ｆと、各操作部材４ａ〜４ｆの操作による駆動指令に応じてアクチュエータ３ａ〜３ｆをそれぞれ駆動する駆動手段５ａ〜５ｆと、フロント作業装置の作業目標面を設定する設定手段７と、各操作部材４ａ〜４ｆの操作によりフロント作業装置が作業目標面に接近する場合にフロント作業装置の作業目標面への接近の度合いと動作方向に応じて、作業目標面に沿った動作となるような操作をオペレータに教示する操作教示手段である補助力発生部４０ａ〜４０ｆとを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、フロント作業装置の駆動を指令する操作レバー等に対して操作量を教示する操作教示装置を備えた建設機械および建設機械に用いられる制御装置に関する。

油圧ショベルで、水平引き、法面仕上げ等、ある目標面に対してブーム操作、アーム操作、バケット操作の複合操作により掘削作業を行うことがある。このような状況のもと、角度センサ等によりバケットの位置を検出し、ある目標領域に対して領域制限制御を行うことにより、目標面外に作業をしないように制御する装置が知られている。（例えば特許文献１参照）

この特許文献1に記載の装置では、予めバケットの制限作業領域を設定し、バケットがこの制限作業領域に近づくに従ってバケット先端の速度ベクトルを変化させ制御することにより、目標面外を作業しないように制御する。

特許 第３０５６２５４号公報

上述した特許文献１記載の装置では、目標面に近づくにつれ目標面に近づく方向の速度を減速させ速度ベクトルを変化させるため、目標面付近での作業効率の低下につながる恐れがあった。また、オペレータが目標面付近で目標面方向にレバーを操作しても、フロント動作は領域制限制御により目標面に進入しない方向に制御されることがある。このため、レバー操作方向とフロント動作方向が必ずしも一致せず、オペレータが操作方向を勘違いし、次の操作をしようとした場合に、誤操作を起こす恐れがあった。さらに、特許文献１記載の装置では、予め設定した目標面に沿うようにバケットの作業領域を制御するので、仮にオペレータが目標面より少し離れた場所を掘削作業したい場合でもそれが出来ず、改めて目標面を設定し直す必要があり、作業効率向上の面からも改善の余地があった。
本発明の目的は、オペレータの操作を尊重しながらも目標面に沿った作業を効率よく行える建設機械を提供することにある。

本発明による建設機械の操作装置は、複数のフロント作業装置駆動用のアクチュエータに対応してそれぞれ設けられ、これら各アクチュエータの駆動をそれぞれ指令する複数の操作部材と、前記各操作部材の操作による駆動指令に応じて前記アクチュエータをそれぞれ駆動する駆動手段とを備えた建設機械において、前記フロント作業装置の作業目標面を設定する設定手段と、前記各操作部材の操作により前記フロント作業装置が前記作業目標面に接近する場合に前記フロント作業装置の前記作業目標面への接近の度合いと動作方向に応じて、前記作業目標面に沿った動作となるような操作をオペレータに教示する操作教示手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、フロント作業装置駆動指令用の各操作部材の操作によるフロント作業装置の掘削目標面付近において、フロント作業装置を掘削目標面に沿って操作するときに、操作補助付与手段を用いてオペレータの操作を補助することにより、掘削目標面に沿った最適な操作量をオペレータに伝えることが出来るので、目標面に沿った操作を行うことができる。

以下、図１〜図１６を参照して本発明による建設機械の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が適用される油圧ショベルの外観斜視図であり、図２はこの油圧ショベルに設けられた油圧アクチュエータの駆動回路図である。油圧ショベルは、それぞれ地面に対する垂直面内で回動するブーム１ａ，アーム１ｂおよびバケット１ｃからなる多間接型のフロント作業装置１Ａと、上部旋回体１ｄおよび下部走行体１ｅなどの車体１Ｂとにより構成される。

フロント作業装置１Ａのブーム１ａは上部旋回体１ｄの前部に回動可能に支持され、ブームシリンダ３ａにより駆動される。アーム１ｂはブーム１ａの先端部に回動可能に支持され、アームシリンダ３ｂにより駆動される。バケット１ｃはアーム１ｂの先端部に回動可能に支持され、バケットシリンダ３ｃにより駆動される。ブーム１ａの基端部には上部旋回体１ｄに対するブーム角度を検出する角度検出器８ａが設けられ、アーム１ｂの基端部にはブーム１ｂに対するアーム角度を検出する角度検出器８ｂが設けられ、バケット１ｃの基端部にはアーム１ｂに対するバケット角度を検出する角度検出器８ｃが設けられている。

油圧ショベルは、ブーム１ａ，アーム１ｂ，バケット１ｃの回動により図示のように地面を掘削する。ここで、例えば地下に埋設物がある場合には埋設物を損傷しないように掘削深さを制限する必要がある。そこで、本実施の形態では、後述するように掘削目標面を設定し、バケット１ｃの先端が掘削目標面に近づくと操作を補助するように操作補助力を付与して、オペレータにブーム１ａ，アーム１ｂ，バケット１ｃの操作をそれぞれどのように行えばよいかを体感させる。

図２に示すように、油圧ショベルにはブームシリンダ３ａ，アームシリンダ３ｂ，バケットシリンダ３ｃの他、上部旋回体１ｄを旋回させる旋回モータ３ｄおよび下部走行体１ｅを駆動する左右一対の走行モータ３ｅ，３ｆなどの油圧アクチュエータが設けられている。これら油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆにはそれぞれ電磁式流量制御弁５ａ〜５ｆを介して油圧ポンプ２からの駆動圧油が供給される。なお、油圧ポンプ２の最高圧はリリーフ弁６により規制される。

流量制御弁５ａ〜５ｆは、それぞれ操作量に応じた操作信号を発生する操作レバー（電気レバー）４ａ〜４ｆの操作量に応じて駆動される。すなわち制御ユニット９に操作レバー４ａ〜４ｆの操作信号がそれぞれ入力され、操作信号に応じた制御信号が制御ユニット９から方向制御弁５ａ〜５ｆのソレノイドに出力される。この制御信号により流量制御弁５ａ〜５ｆがそれぞれ切り換わり、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆへの圧油の流れが制御されて、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆが駆動される。制御ユニット９には角度検出器８ａ〜８ｃからの信号と設定器７からの信号も入力される。設定器７は操作パネルあるいは操作レバーのグリップ上に設けられるスイッチ７ａ，７ｂを有し、スイッチ７ａ，７ｂの操作により後述する操作補助制御の開始と目標面の設定をそれぞれ指示する。

本実施の形態の操作レバー４ａ〜４ｆは、それぞれ操作レバー４ａ〜４ｆの操作に対して、後述する操作補助力を付与する操作補助力発生部４０ａ〜４０ｆを有する。操作補助力発生部４０ａ〜４０ｆは、例えば操作レバー４ａ〜４ｆの回動軸に設けられた電磁アクチュエータであり、この電磁アクチュエータに出力する制御信号に応じて任意の大きさの操作補助力を発生させる。なお、図３に電磁アクチュエータを回転モータとした場合の操作レバー４ａ，４ｃの例を示す。なお、回転モータの代わりに例えば補助力シリンダと補助力シリンダの駆動を制御する電磁比例弁とにより補助力発生部４０ａ〜４０ｆを構成し、油圧により操作補助力を発生させることもできる。

図４は、本実施の形態に係る建設機械の制御ユニット９の構成を示すブロック図である。制御ユニット９は、角度検出器８ａ〜８ｃ，操作レバー４ａ〜４ｆ，設定器７のスイッチ７ａ,７ｂからの各信号をそれぞれ取り込んでデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９１、後述する制御プログラムを実行するＣＰＵ９２、制御プログラムや制御に必要な各種定数を格納するＲＯＭ９３、演算結果あるいは演算途中の数値を一時的に記憶するＲＡＭ９４、および流量制御弁５ａ〜５ｆ，補助力発生部４０ａ〜４０ｆへの制御信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器９５を含むシングルチップマイコン９６と、フロント作業装置１Ａと車体１Ｂの各寸法データ（ブーム長さやアーム長さ等）を記憶する不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９７と、補助力発生部４０ａ〜４０ｆへの制御信号を増幅するアンプ９８とにより構成される。

制御ユニット９では、設定器７からの指示により例えば以下のようにバケット先端部の掘削目標面（目標深さ）を設定する。この場合、始めに目標深さの初期値として、バケット先端部が到底届かない深さ（例えば−２０ｍ）をセットする。これは、目標深さの設定はバケット先端部を実際に目標面まで移動することにより行うため、目標深さの設定の際にバケット１ｃが目標面に到達する前に操作補助力が付与されることがないようするためである。この場合、例えばスイッチ７ｂを一定時間（例えば２秒以上）長押しすることにより予め定めた初期値（−２０ｍ）がセットされる。

次に、操作レバー４ａ〜４ｆを操作して図５に示すようにバケット先端部Ｐ１を目標面まで移動し、スイッチ７ｂを今度は１回押し操作する。このスイッチ７ｂの操作により制御ユニット９に目標深さ演算信号が入力され、制御ユニット９は角度検出器８ａ〜８ｃからの信号を読み込んでバケット先端部Ｐ１の位置を演算する。なお、角度検出器８ａは上部旋回体１ｄに対するブーム角度αを検出し、角度検出器８ｂはブーム１ａに対するアーム角度βを検出し、角度検出器８ｃはアーム１ｂに対するバケット角度γを検出する。この場合、先端部Ｐ１の位置は、ブーム１ａの回動支点を原点としたＸＹ座標系の座標値（Ｘ１，Ｙ１）として次式（１），（２）により求まる。
Ｘ１＝Ｌ1sinα＋Ｌ2sin(α＋β)＋Ｌ3sin(α＋β＋γ) （１）
Ｙ１＝Ｌ1cosα＋Ｌ2cos(α＋β)＋Ｌ3cos(α＋β＋γ) （２）

なお、上式（１），（２）でＬ1はブーム１ａの回動支点とアーム１ｂの回動支点との距離（ブーム長さ）、Ｌ2はアーム１ｂの回動支点とバケット１ｃの回動支点との距離（アーム長さ），Ｌ3はバケット１ｃの回動支点とバケット１ｃの先端との距離（バケット長さ）であり、これらは制御ユニット９の不揮発性メモリ９７に予め記憶されている。制御ユニットのＲＡＭ９４には、バケット先端部Ｐ１のｙ座標値であるＹ１が目標面として記憶される。

制御ユニット９は、上述の目標面Ｙ１に基づき、以下のように操作補助力制御を行う。図６は補助力制御処理の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１０で設定器７のスイッチ７ａ（補助力制御開始スイッチともいう）がオンか否か、すなわち補助力制御開始指令の有無を判定する。ステップＳ１１０が否定されるとステップＳ２５０に進み、操作レバー４ａ，４ｂからの操作信号を読み込み、ステップＳ２４０で操作信号に対応した制御信号を流量制御弁５ａ，５ｂのソレノイドにそれぞれ出力する。この場合は補助力発生部４０ａ，４０ｂへの信号は出力されず、操作補助力は発生しない。

一方、ステップＳ１１０が肯定されるとステップＳ１２０に進み、操作レバー４ａ，４ｂからの操作信号を読み込み、ステップＳ１３０で角度検出器８ａ〜８ｃからの信号を読み込む。次いで、ステップＳ１４０で、検出した角度α,β,γと予め記憶されたフロント作業装置１Ａの各部寸法（Ｌ1,Ｌ2,Ｌ3）に基づき上式（１），（２）によりバケット先端部Ｐ１の現在位置（Ｘ、Ｙ）を演算する。

次いで、ステップＳ１９０でバケット１ｃの先端部Ｐ１が補助力制御領域内にあるか否かを判定する。ここで、補助力制御領域内にある場合とは、図７に示すようにバケット先端部Ｐ１と目標面との距離Ｄが所定値である補助力制御領域Ｄａ以内にある場合であり、ステップＳ１９０ではこの距離Ｄを演算して補助力制御領域内か否かを判定する。なお、補助力制御領域Ｄａは不揮発性メモリ９７あるいはＲＡＭ９４に予め記憶されている。ステップＳ１９０が否定されるとステップＳ２４０に進む。ステップＳ１９０が肯定されるとステップＳ２００に進み、操作レバー４ａ，４ｂに付与する操作補助力の大きさ及び方向を演算する。

図８にステップＳ２００の処理の詳細を示す。まず、ステップＳ２０１で操作レバー４ａ，４ｂの各操作に対応したバケット先端部Ｐ１の所定時間後の動作速度ベクトルの方向と大きさＶａ，Ｖｂをそれぞれ演算する。ここで、図９に示すように、操作レバー４ａの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルＶａの方向はブーム１ａの回動方向に等しく、ブーム１ａの回動支点とバケット先端部Ｐ１とを結ぶ直線に対し垂直な方向である。同様に、操作レバー４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルＶｂの方向はアーム１ｂの回動支点とバケット先端部Ｐ１とを結ぶ直線に対し垂直な方向である。

また、操作レバー４ａの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルＶａの大きさは操作レバー４ａの操作速度とブームシリンダ３ａの動作特性により求まり、操作レバー４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルＶｂの大きさは操作レバー４ｂの操作速度とアームシリンダ３ｂの動作特性により求まる。なお、シリンダ３ａ，３ｂの動作特性とは、それぞれ操作レバー４ａ，４ｂの操作速度に対するシリンダ３ａ，３ｂの駆動速度の関係であり、これらはフロント作業装置固有の値として予め不揮発性メモリ９７に記憶されている。

次いで、ステップＳ２０２で操作レバー４ａ，４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルＶを演算する。ここで、速度ベクトルＶは、図１０に示すように上述したＶａ，Ｖｂの合成ベクトルである。次いで、ステップＳ２０３で目標面ベクトルＶｔ（ショベル本体側から遠ざかる方向を正とする）と速度ベクトルＶが成す角度Ａが180〜360度であるか否かを判定する。即ち、速度ベクトルＶが目標面に近づく方向にあるか否かを判定する。

ステップＳ２０３が肯定されるとステップＳ２０４へ進み、ステップＳ２０３が否定されるとステップＳ２０４をパスしてステップＳ２１０へ進む。

ステップＳ２０４では、バケット先端部Ｐ１の速度ベクトルＶが目標面に沿うように、速度ベクトルＶａ，Ｖｂのうち目標面から遠ざかる速度ベクトルの操作レバーに対し目標操作補助力Ｆを付与する。（例えば、速度ベクトルＶａが目標面から遠ざかる場合には操作レバー４ａに対して目標操作補助力Ｆａを付与する）。この目標操作補助力Ｆは予め設定された図１１、図１２に示す特性に基づき演算される。図１１に示す特性によれば、角度Ａが１８０度あるいは３６０度に遠いほど、目標操作補助力Ｆ１（Ｆ１＝Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ）は大きくなる。図１２に示す特性によれば、目標面との距離Ｄが遠いほど目標操作補助力Ｆ２（Ｆ２＝Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ）は小さくなる。なお、目標操作補助力Ｆは、図１１の補助力Ｆ１と図１２の補助力Ｆ２を乗じたものになり、操作レバー４ａに付与する目標操作補助力ＦをＦａ、操作レバー４ｂに付与する目標操作補助力ＦをＦｂとする。

以上のように目標操作補助力Ｆが演算されるとステップＳ２１０でこの目標操作補助力Ｆに対応する制御信号を演算する。この場合、不揮発性メモリ９７には予め図１３に示すように、目標操作補助力Ｆの増加に対し出力電圧ｖが比例的に増加するような関係が定められており、ステップＳ２１０ではこの関係を用いて目標操作補助力Ｆに対応する出力電圧ｖを演算し、補助力発生部４０に出力する。次いで、ステップＳ２４０で、ステップＳ１２０で読み込まれた操作信号に対応した制御信号を流量制御弁５のソレノイドに出力する。

次に、本実施の形態に係る操作装置の動作をより具体的に説明する。
予めバケット先端部Ｐ１の目標面をセットした後、設定器７の補助力制御開始スイッチであるスイッチ７ａをオンし、ブーム用操作レバー４ａとアーム用操作レバー４ｂを同時に操作すると、その操作量に応じて流量制御弁５ａ，５ｂがそれぞれ駆動され、ブームシリンダ３ａとアームシリンダ３ｂが伸縮する。

ここで、例えば操作レバー４ａ、４ｂを複合操作して水平引きのような掘削作業に対応したブーム上げおよびアーム引き動作を行うと、各操作レバー４ａ，４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルＶａ，Ｖｂはそれぞれ図１４に示すようになる。図１４では、バケット先端部Ｐ１は補助力制御領域Ｄａ内にあり、速度ベクトルＶａは目標面から遠ざかる方向、速度ベクトルＶｂは目標面に近づく方向である。バケット先端部Ｐ１の速度ベクトルＶ（ＶａとＶｂの合成）は、図１４のように目標面ベクトルＶｔとの成す角が１８０〜３６０度の範囲（目標面に向かう方向）にある（ステップＳ２０３が肯定）。

ステップＳ２０４で、図１４の状態では、速度ベクトルＶａが目標面から遠ざかるベクトルとなるので、速度ベクトルＶａをさらに遠ざけるように操作レバー４ａに対して目標操作補助力Ｆａを図１１、図１２の特性に基づき演算し、操作レバー４ａに目標操作補助力Ｆａを付与する。この目標操作補助力Ｆａに従いオペレータが操作レバー４ａを操作することにより、速度ベクトルＶａはより目標面から遠ざかる大きさとなるので、速度ベクトルＶの向きが目標面に対して平行に近づき、目標面以上に掘削しないようにオペレータに最適な操作量を知らせることが出来る。

また、バケット先端部Ｐ１が補助力制御領域Ｄａ内にあるときに、例えば操作レバー４ａ，４ｂを複合操作して放土作業に対応したブーム下げおよびアーム押し操作を行うと、各操作レバー４ａ，４ｂの操作によるバケット先端部の速度ベクトルＶａ，Ｖｂはそれぞれ図１５に示すようになる。この場合、速度ベクトルＶａは目標面に近づく方向、速度ベクトルＶｂは目標面から遠ざかる方向にある。そして、目標面ベクトルＶｔと速度ベクトルＶの成す角度Ａは、１８０〜３６０度になるので、速度ベクトルが遠ざかる方向にあるＶｂをより大きくするような操作補助力Ｆｂを操作レバー４ｂに対して付与する。

一方、バケット先端部Ｐ１が補助力制御領域Ｄａ内にあり、且つ速度ベクトルＶが目標面に向かうような図１０に示すような場合であっても、Ｖａ、Ｖｂともに目標面に向かうような場合にはステップＳ２０４おいて、目標面から遠ざかるベクトルがないため、操作補助力Ｆａ、Ｆｂともに働かない。即ち、オペレータが意図的に目標面に近づけようとしていると判断し、補助力制御を行わない。この結果、目標面付近でもオペレータの操作を尊重することができる。

また、バケット先端部Ｐ１が補助力制御領域Ｄａ外にある場合にも、操作補助力は付与されない（Ｓ１９０→Ｓ２４０）。
スイッチ７ａをオフしたときも同様に、操作レバー４ａ，４ｂに操作補助力は付与されない（Ｓ１１０→Ｓ２４０）。

したがって、目標面を設定する必要がない場合にはスイッチ７ａをオフすることで、通常通りの操作性を確保できる。

なお、上記では、図５のように目標面が水平な場合について説明したが、図１６に示すように目標面が水平面に対して角度θで傾斜している場合にも同様に補助力制御を行うことができる。この場合、ブーム基端部から鉛直方向下方の目標面までの距離をＬθとすると、目標面とバケット先端部Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）との距離Ｄは次式（３）で求まる。
Ｄ＝｜−Ｘ１tanθ＋Ｙ１−Ｌθ｜×cosθ （３）

上記では、深さ方向のバケット先端部Ｐ１の移動を制限するように目標面を設定したが、高さ方向や幅方向，前後方向の移動を制限するように目標面を設定してもよい。したがって、操作レバー４ａ，４ｂ以外の操作レバー４ｃ〜４ｆを複合操作する場合にも本発明は適用可能である。

また、操作補助力に対抗してオペレータが更なる操作をした場合には、その操作方向にフロント作業装置を操作することが可能である。したがって、設定した目標面の少し先を掘削作業したい場合でも、改めて目標面の設定をする必要がなく、作業効率の向上が期待できる。

以上の実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）バケット先端部Ｐ１の速度ベクトルＶを求め、この速度ベクトルＶに対応する操作補助力を付与するようにしたので、操作補助力を介して正しい操作を覚知することができ、適切な複合操作を行うことができる。
（２）操作レバー４ａ〜４ｆのうち、目標面から遠ざかる方向に操作される操作レバーにのみ操作補助力を付与するようにしたので、オペレータが意図した方向と反対方向に補助力が加わることがなく、良好な操作性が維持される。

（３）バケット先端部Ｐ１の位置と目標面との距離Ｄを演算し、その距離に応じて操作補助力を与えるため、目標面との距離に応じた適切な操作補助力を付与できる。
（４）目標面と速度ベクトルの成す角度に応じて操作補助力を与えるため、目標面との角度に応じた適切な操作補助力を付与できる。

（５）バケット先端部Ｐ１の位置が補助力制御領域Ｄａ内にあるときにのみ操作補助力を付与するようにしたので、操作補助力の付与を必要最小限に抑えることができ、オペレータに良好な操作性を提供することができる。
（６）補助力制御を指令するスイッチ７ａを設け、スイッチ７ａがオフのときに操作補助力の付与を停止するようにしたので、目標面の設定が不要な作業においてスイッチ７ａをオフすることで、通常通りの操作性を確保できる。

なお、各操作レバー４ａ〜４ｆの操作によるバケット先端部Ｐ１の目標面への角度と距離に応じて操作補助力を付与するのであれば、補助力制御手段としての制御ユニット９における処理は上述したものに限らない。また、目標操作補助力Ｆを図１１、図１２の特性により演算したが、操作補助力を付与することでバケット先端部Ｐ１の動作が目標面に沿って作業できるようにオペレータを補助することが出来るのであれば、操作補助力の算出はこれに限らない。

上記実施の形態では、目標面をスイッチ７ｂにより設定したが、設定手段の構成はこれに限らず、数値で目標面を直接入力したり、予め入力した作業情報に基づき目標面を設定してもよい。また、操作レバー４ａ〜４ｆにより油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆの駆動指令を出力するようにしたが、操作レバーの種類およびアクチュエータの種類は上述したものに限らない。また、操作レバー４ａ〜４ｆを電気レバーとしたが、操作量に応じた油圧パイロット圧を発生する油圧パイロット式の操作レバーでもよく、操作レバー以外の操作部材を用いてもよい。したがって操作検出手段も圧力センサ等であってもよい。また、姿勢検出手段として角度検出器８ａ〜８ｃを用いたが、ストロークセンサ等によりシリンダ３ａ〜３ｃのストロークを検出してフロント作業装置１Ａの姿勢を検出するようにしてもよい。

さらに、操作レバーに補助力を与えることにより、必要な操作量をオペレータに伝えるようにしたが、必要な操作量をオペレータに伝える方法はこれに限らない。例えば、モニタ表示、ランプ点滅速度の変化、音などの視覚や聴覚などを利用してオペレータに必要な操作量を伝えるようにしても良い。

上記実施の形態は、回動可能なブーム１ａ，アーム１ｂ，バケット１ｃを有する油圧ショベルに適用したが、これに限らず、フロント作業装置の位置を制限する必要がある他の建設機械においても同様に適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の操作装置に限定されない。

本発明が適用される油圧ショベルの外観斜視図である。 図１の油圧ショベルに設けられた油圧アクチュエータの駆動回路図である。 本発明の実施の形態に係る操作装置の補助力発生部を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御ユニットの構成を示すブロック図である。 本発明による目標面の設定を説明する図である。 図４の制御ユニットにおける処理の一例を示すフローチャートである。 本発明による補助力制御領域の説明図である。 図６のステップＳ２００の処理の詳細を示すフローチャートである。 速度ベクトルの方向を示す図である。 本発明による操作装置の動作の第１の例を示す図である。 角度に対する目標操作補助力の特性図である。 距離に対する目標操作補助力の特性図である。 目標操作補助力と出力電圧の関係を示す図である。 本発明による操作装置の動作の第２の例を示す図である。 本発明による操作装置の動作の第３の例を示す図である。 図５の変形例を示す図である。

符号の説明

１Ａ フロント作業装置
１ａ ブーム
１ｂ アーム
１ｃ バケット
３ａ〜３ｆ 油圧アクチュエータ
４ａ〜４ｆ 操作レバー（電気レバー）
５ａ〜５ｆ 流量制御弁
７ 設定器
８ａ〜８ｃ 角度検出器
９ 制御ユニット
４０ａ〜４０ｆ 補助力発生部
Ｐ１ バケット先端部

Claims (7)

1. 複数のフロント作業装置駆動用のアクチュエータに対応してそれぞれ設けられ、これら各アクチュエータの駆動をそれぞれ指令する複数の操作部材と、
   前記各操作部材の操作による駆動指令に応じて前記アクチュエータをそれぞれ駆動する駆動手段とを備えた建設機械において、
   前記フロント作業装置の作業目標面を設定する設定手段と、
   前記各操作部材の操作により前記フロント作業装置が前記作業目標面に接近する場合に、前記フロント作業装置の前記作業目標面への接近の度合いと動作方向に応じて、前記作業目標面に沿った動作となるような操作をオペレータに教示する操作教示手段とを備えることを特徴とする建設機械。
2. 請求項1に記載の建設機械において、
   前記操作教示手段は、前記操作部材に対して力覚により適切な操作量をオペレータに教示する力覚操作教示手段であることを特徴とする建設機械。
3. 請求項１または2に記載の建設機械において、
   前記フロント作業装置の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   前記各操作部材の操作量を検出する操作量検出手段とをさらに備え、
   前記操作教示手段は、前記姿勢検出手段により検出されたフロント作業装置の姿勢と前記操作量検出手段により検出された前記各操作部材の操作量とに基づき、前記各操作部材の操作による前記フロント作業装置の前記作業目標面への接近の度合いをそれぞれ演算することを特徴とする建設機械。
4. 請求項３に記載の建設機械において、
   前記操作教示手段は、前記姿勢検出手段により検出された前記フロント作業装置の現在位置と前記作業目標面との距離を演算し、この距離が所定値以下のときに前記力覚操作教示手段により、前記各操作部材に対してそれぞれ教示するようにしたことを特徴とする建設機械。
5. 請求項３または４に記載の建設機械において、
   前記操作教示手段は、前記姿勢検出手段により検出されたフロント作業装置の姿勢と前記操作量検出手段により検出された前記各操作部材の操作量とに基づき、前記各操作部材の操作による所定時間後の前記フロント作業装置の速度ベクトルをそれぞれ演算し、演算された速度ベクトルが、前記作業目標面よりも遠ざかるような前記操作部材の操作方向に対して、力を付与することを特徴とする建設機械。
6. 請求項５に記載の建設機械において、
   前記力覚操作教示手段により前記力が付与されている場合でも、前記操作部材を前記力が付与されている方向と反対の方向に操作可能としたことを特徴とする建設機械。
7. 建設機械のフロント作業装置の姿勢検出手段の情報と、
   フロント作業装置を操作する操作部材の操作量検出手段の情報と、
   作業目標面を設定する設定手段の情報とを取り込み、
   所定時間後のフロント作業装置の速度ベクトルをそれぞれ演算し、演算された速度ベクトルが、前記作業目標面よりも遠ざかるような前記操作部材の操作方向に対して適切な操作になるような力覚情報を付与する力を演算し、前記操作部材に力覚情報を付与する指令信号を出力することを特徴とする制御装置。

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