JP3172447B2

JP3172447B2 - 建設機械のフロント制御装置

Info

Publication number: JP3172447B2
Application number: JP16642496A
Authority: JP
Inventors: 一雄藤島; 洋渡邊; 正和羽賀; 高志中川
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 2001-06-04
Anticipated expiration: 2016-06-26
Also published as: JPH108493A

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、特にアーム、ブーム、バケット
等のフロント部材からなるフロント装置を備えた油圧シ
ョベル等の建設機械において、フロント装置の動き得る
領域を制限した掘削を行う領域制限掘削制御等、フロン
ト制御を行うフロント制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の代表例に油圧ショベルがあ
る。油圧ショベルではオペレータがフロント装置を構成
するブーム、アームなどのフロント部材をそれぞれの手
動操作レバーによって操作している。これらフロント部
材はそれぞれが関節部によって連結され回動運動を行う
ものであるため、これらフロント部材を操作して所定の
領域を掘削したり、所定の平面を掘削することは、非常
に困難な作業である。

【０００３】そこで、掘削作業を容易にするための種々
の提案がなされている。

【０００４】例えば、特開平４−１３６３２４号公報で
は、侵入不可領域の手前に減速領域を設定し、フロント
装置の一部、例えばバケットが減速領域に侵入すると、
操作レバーの操作信号を小さくしてフロント装置を減速
し、バケットが侵入不可領域の境界に達すると停止する
ようにしている。

【０００５】また、国際公開公報ＷＯ９５／３００５９
号公報では、掘削可能領域を設定し、フロント装置の一
部、例えばバケットが掘削可能領域の境界に近づくとバ
ケットの当該境界に向かう方向の動きのみを減速し、バ
ケットが掘削可能領域の境界に達するとバケットは掘削
可能領域の外には出ないが掘削可能領域の境界に沿って
は動けるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に領域を設定してフロント制御を行っている最中に一時
的に制御を中断したい場合がある。例えば土中に水道管
等を埋設するような作業の場合、ある程度の所定の溝を
掘削した後、今度は油圧ショベルによって管を吊り上
げ、管を所定の位置に設置した後、また溝を掘削する。
すなわち、溝掘削と管埋設を交互に繰り返す。このよう
な作業の溝掘削に例えば領域制限掘削制御を用いる場
合、所定の溝を掘削した後に操作パネル上の制御開始ス
イッチをＯＦＦにして、領域制限掘削制御を終了させて
所望のクレーン作業を行った後、再び制御開始スイッチ
をＯＮにして、領域を再設定して溝掘削作業を行うこと
になるため、操作が煩雑になり、オペレターに焦燥感が
生じる。

【０００７】本発明の第１の目的は、フロント制御の一
時解除を行うことができ、また一時解除後、簡単にフロ
ント制御に復帰できる建設機械のフロント制御装置を提
供することである。

【０００８】本発明の第２の目的は、フロント制御の一
時解除をオペレータが操作レバーから手を離さずに速や
かに行うことができ、また一時解除後、速やかにフロン
ト制御に復帰できる建設機械のフロント制御装置を提供
することである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】（１）上記第１及び第
２の目的を達成するために、本発明は、上下方向に回動
可能な複数のフロント部材により構成される多関節型の
フロント装置と、前記複数のフロント部材を駆動する複
数の油圧アクチュエータと、複数の操作レバー手段から
の操作信号により駆動され、前記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油圧制御
弁とを有する建設機械に備えられ、前記フロント装置が
予め設定された領域内で動くよう前記操作信号を補正
し、フロント装置の動作を制御する建設機械のフロント
制御装置において、前記複数の操作レバー手段の１つの
もののレバーグリップ上に設けられた一時解除スイッチ
と、前記一時解除スイッチが押されると前記フロント装
置の制御を一時的に解除する制御解除手段と、前記レバ
ーグリップ上に前記一時解除スイッチと別に設けられ、
前記フロント装置が動き得る領域の設定を指示する領域
設定スイッチとを備えるものとする。

【００１０】このように一時解除スイッチを設けてフロ
ント制御の一時的解除を可能とすることにより、通常の
掘削と領域制限制御による掘削を簡単に切り替えること
ができ、領域制限制御による掘削が便利な溝掘削と通常
の掘削が便利な管埋設とを交互に繰り返して行う土中に
水道管等を埋設する作業のように、通常の掘削と領域制
限制御による掘削と併用する掘削作業を迅速かつスムー
ズに行うことができる。また、一時解除スイッチを操作
レバー手段のレバーグリップ上に設けることにより、通
常の掘削と領域制限制御による掘削をオペレータは操作
レバーから手を離さずに素早く切り替えることができ
る。更に、操作レバー手段のレバーグリップ上に一時解
除スイッチだけでなく領域設定スイッチも設けることに
より、領域を設定する場合も、オペレータは操作レバー
から手を離さずに、迅速に領域を設定することができ、
領域の設定が煩わしくない。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記一時解除スイッチと領域設定スイッチは表面の形状
が互いに異なるものとする。

【００２０】これにより、領域設定スイッチと一時解除
スイッチが同じ操作レバーに設けられていても、オペレ
ータはスイッチを目視しなくても、スイッチに触れるだ
けでそのスイッチの役目がわかるので、作業を迅速かつ
スムーズに行える。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を油圧ショベルの領
域制限掘削制御装置に適用した場合の実施形態を図面を
用いて説明する。まず、本発明の第１の実施形態を図１
〜図９により説明する。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２と、この油圧ポンプ
２からの圧油により駆動されるブームシリンダ３ａ、ア
ームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ
３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ，３ｆを含む複数の油圧
アクチュエータと、これら油圧アクチュエータ３ａ〜３
ｆのそれぞれに対応して設けられた複数の操作レバー装
置４ａ〜４ｆと、油圧ポンプ２と複数の油圧アクチュエ
ータ３ａ〜３ｆ間に接続され、操作レバー装置４ａ〜４
ｆの操作信号によって制御され、油圧アクチュエータ３
ａ〜３ｆに供給される圧油の流量を制御する複数の流量
制御弁５ａ〜５ｆと、油圧ポンプ２と流量制御弁５ａ〜
５ｆの間の圧力が設定値以上になった場合に開くリリー
フ弁６とを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を
駆動する油圧駆動装置を構成している。

【００２４】油圧ショベルは、図２に示すように、垂直
方向にそれぞれ回動するブーム１ａ、アーム１ｂ及びバ
ケット１ｃからなる多関節型のフロント装置１Ａと、上
部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅからなる車体１Ｂとで
構成され、フロント装置１Ａのブーム１ａの基端は上部
旋回体１ｄの前部に支持されている。ブーム１ａ、アー
ム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体
１ｅはそれぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３
ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の
走行モータ３ｅ，３ｆによりそれぞれ駆動される被駆動
部材を構成し、それらの動作は上記操作レバー装置４ａ
〜４ｆにより指示される。

【００２５】また、操作レバー装置４ａ〜４ｆは油圧パ
イロット方式であり、それぞれオペレータにより操作さ
れる操作レバー４０ａ〜４０ｆの操作量と操作方向に応
じたパイロット圧を、パイロットライン４４ａ〜４９ｂ
を介して対応する流量制御弁５ａ〜５ｆの油圧駆動部５
０ａ〜５５ｂに供給し、これら流量制御弁を駆動する。

【００２６】ここで、操作レバー装置４ａ〜４ｄについ
ては、ブーム、アーム、バケット、旋回に対応して別々
の符号を付したが、実際には、ブーム用操作レバー装置
４ａとバケット用操作レバー装置４ｃ、アーム用操作レ
バー装置４ｂと旋回用操作レバー装置４ｄは、それぞ
れ、１つの操作レバー装置で構成され、１つの操作レバ
ーを二次元的に動かすことにより、ブームかつ／又はバ
ケット、アームかつ／又は旋回用としての操作信号（パ
イロット圧）を出力するものである。

【００２７】以上のような油圧ショベルに本実施形態に
よる領域制限掘削制御装置が設けられている。この制御
装置は、領域制限掘削制御の開始を指示する制御開始ス
イッチ７ａと、領域制限掘削制御で予め作業に応じてフ
ロント装置の所定部位、例えばバケット１ｃの先端が動
き得る掘削可能領域の設定を指示する領域設定スイッチ
７ｂと、領域制限掘削制御の一時解除を指示する一時解
除スイッチ７ｃと、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケッ
ト１ｃのそれぞれの回動支点に設けられ、フロント装置
１Ａの位置と姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動
角を検出する角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと、車体１Ｂ
の前後方向の傾斜角を検出する傾斜角検出器８ｄと、ア
ーム用の操作レバー装置４ｂのパイロットライン４５
ａ，４５ｂに設けられ、操作レバー装置４ｂの操作量と
してパイロット圧を検出する圧力検出器６１ａ，６１ｂ
と、一次ポート側がパイロットポンプ４３に接続され電
気信号に応じてパイロットポンプ４３からのパイロット
圧を減圧して出力する比例電磁弁１０ａと、ブーム用の
操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ａと比例電
磁弁１０ａの二次ポート側に接続され、パイロットライ
ン４４ａ内のパイロット圧と比例電磁弁１０ａから出力
される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁５ａの油圧
駆動部５０ａに導くシャトル弁１２と、ブーム用の操作
レバー装置４ａのパイロットライン４４ｂに設置され、
電気信号に応じてパイロットライン４４ｂ内のパイロッ
ト圧を減圧して出力する比例電磁弁１０ｂと、操作レバ
ー装置４ａ〜４ｆの操作信号、制御開始スイッチ７ａと
領域設定スイッチ７ｂと一時解除スイッチ７ｃのそれぞ
れの信号、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと傾斜角検出器
８ｄの検出信号、圧力検出器６１ａ，６１ｂの検出信号
をそれぞれ入力し、バケット１ｃの先端が動き得る掘削
可能領域を設定すると共に、領域を制限した掘削制御を
行うための操作信号の補正を行う電気信号を比例電磁弁
１０ａ、１０ｂに出力する制御ユニット９とから構成さ
れている。

【００２８】制御開始スイッチ７ａは、例えば運転室内
に設置される操作パネル上に設けられ、これを押すと領
域制限掘削制御の開始を指示する信号が制御ユニット９
に出力される。

【００２９】領域設定スイッチ７ｂと一時解除スイッチ
７ｃは、図３に示すように、ブーム用操作レバー装置４
ａの操作レバー４０ａのグリップ７０上に設置されてい
る。領域設定スイッチ７ｂはオペレータが押している間
のみＯＮになるモーメンタリ作動のスイッチであり、領
域設定スイッチ７ｂを押すことにより領域設定信号を制
御ユニット９に出力し、掘削領域の設定・更新を指示す
る。一時解除スイッチ７ｃもオペレータが押している間
のみＯＮになるモーメンタリ作動のスイッチであり、一
時解除スイッチ７ｃを押している間は領域制限掘削制御
を一時的に解除し、通常の掘削状態にする。また、この
２つのスイッチ７ｂ，７ｃは、その表面形状が異なり、
オペレータが指で触れただけで、その差が分かるような
表面形状をしている。

【００３０】制御ユニット９の制御機能を図４に示す。
制御ユニット９は、フロント姿勢演算部９ａ、領域設定
演算部９ｂ、バケット先端速度の制限値演算部９ｃ、ア
ームシリンダ速度演算部９ｄ、アームによるバケット先
端速度演算部９ｅ、ブームによるバケット先端速度の制
限値演算部９ｆ、ブームシリンダ速度の制限値演算部９
ｇ、ブームパイロット圧の制限値演算部９ｈ、領域制限
制御の切り換え演算部９ｒ、ブーム用バルブ指令演算部
９ｉの各機能を有している。

【００３１】フロント姿勢演算部９ａでは、角度検出器
８ａ〜８ｃ及び傾斜角検出器８ｄで検出したブーム、ア
ーム、バケットの回動角及び車体１Ｂの前後の傾斜角に
基づきフロント装置１Ａの位置と姿勢を演算する。その
一例を図５により説明する。この例はフロント装置１Ａ
のバケットの爪先（先端）Ｐ₁の位置を計算する場合の
ものであり、説明の簡略化のため傾斜角検出器８ｄの検
出値は省略する。

【００３２】図５において、制御ユニット９の記憶装置
にはフロント装置１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法が記憶さ
れており、フロント姿勢演算部９ａではこれらのデータ
と、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃ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、例えばブーム１ａの回動支
点を原点とした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
直行座標系である。ブーム１ａの回動支点とアーム１ｂ
の回動支点との距離をＬ₁、アーム１ｂの回動支点とバ
ケット１ｃの回動支点の距離をＬ₂、バケット１ｃの回
動支点とバケット１ｃの先端との距離をＬ₃とすれば、
回動角α，β，γからＸＹ座標系の座標値（Ｘ，Ｙ）
は、下記の式より求まる。

【００３３】Ｘ＝Ｌ₁ｓｉｎα＋Ｌ₂ｓｉｎ（α+β）＋
Ｌ₃ｓｉｎ（α＋β＋γ）Ｙ＝Ｌ₁ｃｏｓα＋Ｌ₂ｃｏｎ（α+β）＋Ｌ₃ｃｏｓ（α
＋β＋γ）領域設定演算部９ｂでは、制御開始スイッチ７ａがＯＮ
すると（押されると）、掘削可能領域の境界Ｌの初期値
として、バケットが届かないくらい深い位置の値を設定
する。これにより、制御開始スイッチ７ａをＯＮした直
後では、フロント装置１Ａはそれが動作し得る範囲で自
由に動くことができ、その動作範囲内でダイレクトティ
ーチにより掘削可能領域を自由に設定することができ
る。一例として、初期値はＹ＝−２０ｍとしておく。

【００３４】また、領域設定演算部９ｂでは、領域設定
スイッチ７ｂからの指示で、ダイレクトティーチによ
り、バケット１ｃの先端が動き得る掘削可能領域の設定
演算を行う。その一例を図５を用いて説明する。この例
は、掘削可能領域の境界Ｌを深さｈ１のＸ軸に平行な直
線として設定する場合のものである。

【００３５】図５において、オペレータの操作でバケッ
ト１ｃの先端点Ｐ₁を目的位置に動かした後、領域設定
スイッチ７ｂを押す。領域設定演算部９ｂは、領域設定
スイッチ７ｂが押されると、その時のフロント姿勢演算
部９ａで計算されたバケット先端Ｐ１のＹ座標値の値Ｙ
＝Ｙ₁を用いて、設定値＝Ｙ座標値Ｙ₁ と掘削可能領域の境界Ｌを設定する。そして、このよう
に掘削可能領域の境界Ｌを設定した後、設定した掘削可
能領域の境界Ｌの直線式を立て、当該直線上に原点を持
ち当該直線を一軸とする直交座標系ＸａＹａ座標系を立
て、ＸＹ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを求
める。

【００３６】バケット先端速度の制限値演算部９ｃで
は、バケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに基づき、バケ
ット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａを計算す
る。これは制御ユニット９の記憶装置に図６に示すよう
な関係を記憶しておき、この関係を読み出して行う。

【００３７】図６において、横軸はバケット先端の境界
Ｌからの距離Ｄを示し、縦軸はバケット先端速度の境界
Ｌに垂直な成分の制限値ａを示し、横軸の距離Ｄ及び縦
軸の速度制限値ａはＸａＹａ座標系と同じくそれぞれ設
定領域外から設定領域内に向かう方向を（＋）方向とし
ている。この距離Ｄと制限値ａの関係は、バケット先端
が設定領域内にあるときには、その距離Ｄに比例した
（−）方向の速度をバケット先端速度の境界Ｌに垂直な
成分の制限値ａとし、バケット先端が領域外にあるとき
には、その距離Ｄに比例した（＋）方向の速度をバケッ
ト先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａとするよう
に定められている。したがって、設定領域内では、バケ
ット先端速度の境界Ｌに垂直な成分が（−）方向で制限
値を越えた場合だけ減速され、設定領域外では、バケッ
ト先端が（＋）方向に増速されるようになる。

【００３８】アームシリンダ速度演算部９ｄでは、圧力
検出器６１ａ，６１ｂで検出した流量制御弁５ｂへの指
令値（パイロット圧）と、アームの流量制御弁５ｂの流
量特性により、制御用のアームシリンダ速度を推定す
る。

【００３９】アームによるバケット先端速度演算部９ｅ
では、アームシリンダ速度とフロント姿勢演算部９ａで
求めたフロント装置１Ａの位置と姿勢によりアームによ
るバケット先端速度ｂを演算する。

【００４０】ブームによるバケット先端速度の制限値演
算部９ｆでは、演算部９ｅで求めたアームによるバケッ
ト先端速度ｂを領域設定演算部９ｂで求めた変換データ
を用いてＸＹ座標系からＸａＹａ座標系へ変換し、アー
ムによるバケット先端速度（ｂｘ，ｂｙ）を演算し、演
算部９ｃ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ａとそのアームによるバケット先端速度の境
界Ｌに垂直な成分ｂｙにより、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ｃを演算する。こ
れを図７を用いて説明する。

【００４１】図７において、バケット先端速度の制限値
演算部９ｃで求められるバケット先端速度の境界Ｌに垂
直な成分の制限値ａとアームによるバケット先端速度演
算部９ｅで求められるアームによるバケット先端速度ｂ
の境界Ｌに垂直な成分ｂｙの差（ａ−ｂｙ）がブームに
よるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ｃ
であり、ブームによるバケット先端速度の制限値演算部
９ｆではｃ＝ａ−ｂｙの式より制限値ｃを計算する。

【００４２】制限値ｃの意味について、バケット先端が
設定領域内にある場合、境界上にある場合、設定領域外
にある場合に分けて説明する。

【００４３】バケット先端が設定領域内の場合には、バ
ケット先端速度は、バケット先端の境界Ｌからの距離Ｄ
に比例してバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制
限値ａに制限され、これよりブームによるバケット先端
速度の境界Ｌに垂直な成分はｃ（＝ａ−ｂｙ）に制限さ
れ、バケット先端速度ｂの境界Ｌに垂直な成分ｂｙがこ
れを越えた場合にはｃに減速される。

【００４４】バケット先端が設定領域の境界Ｌ上にある
場合には、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制
限値ａは０となり、設定領域外に向かうアームによるバ
ケット先端速度ｂは速度ｃのブーム上げによる補正動作
によってキャンセルされ、バケット先端速度の境界Ｌに
垂直な成分ｂｙも０となる。

【００４５】バケット先端が領域外の場合には、バケッ
ト先端速度の境界Ｌに垂直な成分はバケット先端の境界
Ｌからの距離Ｄに比例した上向きの速度ａに制限される
ことにより、常に設定領域内に復元するように速度ｃの
ブーム上げによる補正動作が行われる。

【００４６】ブームシリンダ速度の制限値演算部９ｇで
は、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ｃとフロント装置１Ａの位置と姿勢に基づ
き、上記変換データを用いた座標変換によりブームシリ
ンダ速度の制限値を演算する。

【００４７】ブームパイロット圧の制限演算部９ｈで
は、ブームの流量制御弁５ａの流量特性に基づき、演算
部９ｇ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求める。

【００４８】領域制限制御の切り換え演算部９ｒでは、
制御開始スイッチ７ａ及び一時解除スイッチ７ｃからの
信号のＯＮ・ＯＦＦに応じて演算部９ｈで計算した値を
切り換え出力する。この詳細を図８にフローチャートで
示す。

【００４９】図８において、制御開始スイッチ７ａがＯ
Ｎで（押されており）領域制限掘削制御の開始が指示さ
れておりかつ一時解除スイッチ７ｃがＯＦＦで（押され
ていない）制御の一時的解除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演算部９ｈで計
算した値をそのまま出力し（スッテプ１００→１１０→
１２０）、制御開始スイッチ７ａがＯＦＦで（押されて
おらず）領域制限掘削制御の開始が指示されていない場
合又は一時解除スイッチ７ｃがＯＮで（押されており）
制御の一時的解除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最大値を出力する（スッテプ１
００→１２０又は→１１０→１３０）。

【００５０】ブーム用バルブ指令演算部９ｉでは、演算
部９ｒからのパイロット圧の制限値を入力し、この値が
正の場合には、ブーム上げ側の比例電磁弁１０ａに制限
値に対応する電圧を出力し、流量制御弁５ａの油圧駆動
部５０ａのパイロット圧を当該制限値にし、ブーム下げ
側の比例電磁弁１０ｂに０の電圧を出力して流量制御弁
５ａの油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を０にする。ま
た、制限値が負の場合には、ブーム下げ側の流量制御弁
の油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を制限するように制
限値に対応する電圧を比例電磁弁１０ｂに出力し、ブー
ム上げ側の比例電磁弁１０ａには０の電圧を出力し流量
制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパイロット圧を０にす
る。

【００５１】以上のように構成した本実施形態の動作を
説明する。

【００５２】まず、制御開始スイッチ７ａをＯＮにし、
一時解除スイッチ７ｃをＯＦＦにし、領域制限掘削制御
を行う場合の動作を説明する。作業例として、バケット
先端の位置決めを行おうとしてブーム用操作レバー装置
４ａの操作レバーをブーム下げ方向に操作してブームを
下げる場合（ブーム下げ動作）と、手前方向に掘削しよ
うとしてアーム用操作レバー装置４ｂの操作レバーをア
ームクラウド方向に操作してアームクラウドする場合
（アームクラウド操作）について説明する。

【００５３】バケット先端の位置決めを行おうとしてブ
ーム用操作レバー装置４ａの操作レバーをブーム下げ方
向に操作するとその操作レバー装置４ａの指令値である
パイロット圧がパイロットライン４４ｂを介して流量制
御弁５ａのブーム下げ側の油圧駆動部５０ｂに与えられ
る。一方、これと同時に、演算部９ｃでは図６に示す関
係からバケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに
比例したバケット先端速度の制限値ａ（＜０）が計算さ
れ、演算部９ｆではブームによるバケット先端速度の制
限値ｃ＝ａ（＜０）が計算され、ブームパイロット圧の
制限値演算部９ｈでは制限値ｃに応じた負のブーム指令
の制限値が計算され、バルブ指令演算部９ｉではブーム
下げ側の流量制御弁の油圧駆動部５０ｂのパイロット圧
を制限するように制限値に対応する電圧を比例電磁弁１
０ｂに出力し、ブーム上げ側の比例電磁弁１０ａには０
の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパ
イロット圧を０にする。このとき、バケット先端が設定
領域の境界Ｌから遠いときは演算部９ｈで求めたブーム
パイロット圧の制限値の絶対値は大きく、これより操作
レバー装置４ａのパイロット圧の方が小さいので、比例
電磁弁１０ｂは操作レバー装置４ａのパイロット圧をそ
のまま出力し、これにより操作レバー装置４ａのパイロ
ット圧に応じてブームが下がって行く。

【００５４】上記のようにブームが下がり、バケット先
端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて演算部９ｆで計
算されるブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ
（＜０）は大きくなり（｜ａ｜又｜ｃ｜は小さくな
り）、演算部９ｈで求めた対応するブーム指令の制限値
（＜０）の絶対値は小さくなる。そして、この制限値の
絶対値が操作レバー装置４ａの指令値よりも小さくな
り、バルブ指令演算部９ｉから比例電磁弁１０ｂに出力
される電圧がそれに応じて小さくなると、比例電磁弁１
０ｂは操作レバー装置４ａのパイロット圧を減圧して出
力し、流量制御弁５ａのブーム下げ側の油圧駆動部５０
ｂに与えられるパイロット圧を制限値ｃに応じて徐々に
制限する。これにより、設定領域の境界Ｌに近づくにつ
れてブーム下げ速度が徐々に制限され、バケット先端が
設定領域の境界Ｌに到達するとブームは停止する。した
がって、バケット先端の位置決めが簡単に滑らかにでき
る。

【００５５】また、バケット先端が設定領域の境界Ｌか
らはみ出した場合は、演算部９ｃでは図６に示す関係か
らバケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例
したバケット先端速度の制限値ａ（＝ｃ）が正の値とし
て計算され、バルブ指令演算部９ｉでは制限値ｃに応じ
た電圧を比例電磁弁１０ａに出力し、ブーム上げ側の流
量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａに制限値ａに応じたパ
イロット圧を与える。これにより、ブームは距離Ｄに比
例した速度で領域内に復元するように上げ方向に動かさ
れ、バケット先端が設定領域の境界Ｌまで戻ると停止す
る。したがって、バケット先端の位置決めが更に滑らか
に行える。

【００５６】また、手前方向に掘削しようとしてアーム
用操作レバー装置４ｂの操作レバーをアームクラウド方
向に操作するとその操作レバー装置４ｂの指令値である
パイロット圧が流量制御弁５ｂのアームクラウド側の油
圧駆動部５１ａに与えられ、アームは手前方向に下がる
よう動かされる。一方、これと同時に、操作レバー装置
４ｂのパイロット圧が圧力検出器６１ａで検出され、演
算部９ｄに入力されてアームシリンダ速度が計算され、
演算部ｅでアームによるバケット先端速度ｂが演算され
る。また、演算部９ｃでは図６に示す関係からバケット
先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケッ
ト先端速度の制限値ａ（＜０）が計算され、演算部９ｆ
ではブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−ｂ
ｙが計算される。このとき、バケット先端が設定領域の
境界Ｌから遠く、ａ＜ｂｙ（｜ａ｜＞｜ｂｙ｜）のとき
は制限値ｃは負の値として計算され、バルブ指令演算部
９ｉではブーム下げ側の流量制御弁の油圧駆動部５０ｂ
のパイロット圧を制限するように制限値に対応する電圧
を比例電磁弁１０ｂに出力し、ブーム上げ側の比例電磁
弁１０ａには０の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆
動部５０ａのパイロット圧を０にする。このとき、操作
レバー装置４ａは操作されていないので、流量制御弁５
ａの油圧駆動部５０ｂにはパイロット圧は出力されな
い。これにより操作レバー装置４ｂのパイロット圧に応
じてアームが手前方向に動かされる。

【００５７】上記のようにアームが手前方向に動かさ
れ、バケット先端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて
演算部９ｃで計算されるバケット先端速度の制限値ａは
大きくなり（｜ａ｜は小さくなり）、この制限値ａが演
算部９ｅで計算されるアームによるバケット先端速度ｂ
の境界Ｌに垂直な成分ｂｙよりも大きくなると、演算部
９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度の制限
値ｃ＝ａ−ｂｙは正の値となり、バルブ指令演算部９ｉ
ではブーム上げ側の比例電磁弁１０ａに制限値に対応す
る電圧を出力し、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａの
パイロット圧を当該制限値にし、ブーム下げ側の比例電
磁弁１０ｂに０の電圧を出力して流量制御弁５ａの油圧
駆動部５０ｂのパイロット圧を０にする。これにより、
バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分がバケット先端
と境界Ｌからの距離Ｄに比例して徐々に制限されるよう
に、ブーム上げによる補正動作が行われ、アームによる
バケット先端速度の補正されていない境界Ｌに平行な成
分ｂｘとこの制限値ｃによる補正された速度により、図
９に示すような方向変換制御が行われ、設定領域の境界
Ｌに沿った掘削が行える。

【００５８】また、バケット先端が設定領域の境界から
はみ出した場合は、演算部９ｃでは図６に示す関係から
バケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例し
たバケット先端速度の制限値ａが正の値として計算さ
れ、演算部９ｆで計算されるブームによるバケット先端
速度の制限値ｃ＝ａ−ｂｙ（＞０）は制限値ａに比例し
て大きくなり、バルブ指令演算部９ｉからブーム上げ側
の比例電磁弁１０ａに出力される電圧は制限値ｃに応じ
て増大する。これにより、設定領域外では距離Ｄに比例
したバケット先端速度で領域内に復元するように、ブー
ム上げによる補正動作が行われ、アームによるバケット
先端速度の補正されていない境界Ｌに平行な成分ｂｘと
この制限値ｃにより補正された速度により、図１０に示
すように設定領域の境界Ｌに沿って徐々に戻りながらの
掘削が行える。したがって、アームをクラウドするだけ
で滑らかに設定領域の境界Ｌに沿った掘削が行える。

【００５９】以上は、制御開始スイッチ７ａをＯＮに
し、一時解除スイッチ７ｃをＯＦＦにした場合のもので
あるが、以上の動作中に領域制限掘削制御を一時的に解
除したい場合は、オペレータはブーム用操作レバー装置
４ａの操作レバー４０ａのグリップ７０上に設けられた
一時解除スイッチ７ｃをＯＮにする（押す）。このよう
に一時解除スイッチ７ｃが押されると、領域制限制御の
切り換え演算部９ｒでは、その間、上記のようにブーム
パイロット圧の制限値として演算部９ｈで計算した値で
はなく最大値をバルブ指令演算部９ｉに出力する。この
ため、演算部９ａ〜９ｈで計算された領域制限掘削制御
のための処理が無効化され、当該制御が中断される。そ
して、その後一時解除スイッチ７ｃから指を離せば、一
時解除スイッチ７ｃは再びＯＦＦになり、領域制限制御
の切り換え演算部９ｒからはブームパイロット圧の制限
値として演算部９ｈで計算した値が出力され、掘削可能
領域を再設定しなくても領域制限掘削制御に簡単に戻れ
る。

【００６０】以上のように本実施形態によれば、バケッ
ト先端が設定領域内にある場合は、バケット先端速度の
設定領域の境界Ｌに垂直な成分は、バケット先端の境界
Ｌからの距離Ｄに比例して制限値ａにより制限されるの
で、ブーム下げ動作ではバケット先端の位置決めが簡単
に滑らかにでき、アームクラウド操作では、設定領域の
境界に沿ってバケット先端を動かすことができ、領域を
制限した掘削を能率良く円滑に行うことができる。

【００６１】また、バケット先端が設定領域外では、バ
ケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに比例して制限値ａに
よりフロント装置が設定領域に戻るように制御されるの
で、フロント装置を速く動かしたときでも設定領域の境
界に沿ってフロント装置を動かすことができ、領域を制
限した掘削を正確に行うことができる。

【００６２】また、このとき、上記のように予め方向変
換制御で減速されているので、設定領域外への侵入量は
少なくなり、設定領域に戻るときのショックは大幅に緩
和される。このため、フロント装置を速く動かしたとき
でも領域を制限した掘削を滑らかに行うことができ、領
域を制限した掘削を円滑に行うことができる。

【００６３】また、本実施形態では、一時解除スイッチ
７ｃを設けたので、通常の掘削と領域制限制御による掘
削を簡単に切り替えることができ、領域制限制御による
掘削が便利な溝掘削と通常の掘削が便利な管埋設とを交
互に繰り返して行う土中に水道管等を埋設する作業のよ
うに、通常の掘削と領域制限制御による掘削と併用する
掘削作業を迅速かつスムーズに行うことができる。

【００６４】また、一時解除スイッチ７ｃをブーム用操
作レバー装置４ａの操作レバー４０ａのグリップ７０上
に設けたので、通常の掘削と領域制限制御による掘削を
オペレータは操作レバーから手を離さずに素早く切り替
えることができる。

【００６５】更に、ブーム用操作レバー装置４ａの操作
レバー４０ａのグリップ７０上に一時解除スイッチ７ｃ
だけでなく、領域設定スイッチ７ｂも設けたので、領域
を設定する場合も、オペレータは操作レバーから手を離
さずに、迅速に領域を設定することができ、領域の設定
が煩わしくない。

【００６６】また、領域設定スイッチ７ｂをフロント装
置１Ａの上下方向の動きを支配するブームの操作レバー
装置４ａの操作レバー４０ａに設けたので、操作レバー
４０ａを操作してブームを動かしながら同じ手で領域設
定スイッチ７ｂを押して領域を設定できるので、領域を
設定する高さ調節が容易に行え、微妙な設定を容易に行
える。

【００６７】更に、領域設定スイッチ７ｂと一時解除ス
イッチ７ｃが同じ操作レバーに設けられていても、スイ
ッチの表面の形状が異なるため、オペレータはスイッチ
を目視しなくても、スイッチに触れるだけでそのスイッ
チの役目がわかるので、作業を迅速かつスムーズに行え
る。

【００６８】本発明の第２の実施形態を図１１及び図１
２により説明する。本実施形態は、一時解除スイッチを
押したとき、第１の実施形態と別の方法で制御を中断す
るものである。図中、図４に示すものと同等の機能には
同じ符号を付している。

【００６９】図１１において、領域設定演算部９Ａｂで
は、制御開始スイッチ７ａ又は一時解除スイッチ７ｃが
押されると、領域の設定を初期化し、領域設定スイッチ
７ｂが押されると、バケット１ｃの先端が動き得る掘削
可能領域の設定演算を行う。この詳細を図１２にフロー
チャートで示す。

【００７０】図１２において、まず、制御開始スイッチ
７ａがＯＮする（押す）と、掘削可能領域の境界Ｌ（深
さｈ１）の初期値として、バケットが届かないくらい深
い位置の値を、例えば前述したようにＹ＝−２０ｍと設
定する（スッテプ２００→２１０）。次に、領域設定ス
イッチ７ｂ及び一時解除スイッチ７ｃのいずれが押され
たかにより、以下のように掘削可能領域の境界Ｌを設定
する。

【００７１】（ａ）領域設定スイッチ７ｂが押された場
合オペレータの操作でバケット１ｃの先端点Ｐ₁を目的位
置に動かした後、領域設定スイッチ７ｂを押すと、その
時のフロント姿勢演算部９ａで計算されたバケット先端
Ｐ１のＹ座標値の値、Ｙ＝Ｙを用いて、設定値＝Ｙ座標値Ｙ₁ と掘削可能領域の境界Ｌを設定する（スッテプ２２０→
２３０→２５０→２２０→２５０）。

【００７２】（ｂ）一時解除スイッチ７ｃが押された場
合一時解除スイッチ７ｃが押されると、掘削可能領域の境
界Ｌとして、制御開始スイッチ７ａが押された場合の初
期値と同じ値、即ちバケットが届かないくらい深い位置
の値（−２０ｍ）を設定する（スッテプ２２０→２４０
→２５→２２０→２５０）。

【００７３】領域制限掘削制御を終了する場合は、制御
開始スイッチ７ａをもう一度押すと当該スイッチがＯＦ
Ｆし（スッテプ２５０）、安全のため再び掘削可能領域
の境界Ｌの設定値を初期値のＹ＝−２０ｍにリセットし
た後（スッテプ２６０）、制御を終了する（スッテプ２
７０）。

【００７４】以上のように、一時解除スイッチ７ｃが押
されたとき、掘削可能領域の境界Ｌとして、バケットが
届かないくらい深い位置の値−２０ｍを設定し、初期化
することによっても、領域制限掘削制御を実質的に無効
化でき、当該制御を一時的に解除できる。

【００７５】領域制限制御の切り換え演算部９Ａｒで
は、制御開始スイッチ７ａがＯＮで（押されており）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９ｈで計算した値を
そのまま出力し、制御開始スイッチ７ａがＯＦＦで（押
されておらず）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
を出力する。

【００７６】本実施形態によっても第１の実施形態と同
様の効果が得られる。

【００７７】以上、本発明の代表的な実施形態をいくつ
か説明したが、本発明はこれに限定されず、種々の変形
が可能である。

【００７８】例えば、上記実施形態では、一時解除スイ
ッチ７ｃとして、押している間だけＯＮとなるモーメン
タリ作動のスイッチを用いたが、一度押したらＯＮ位置
を保持し制御が中断し続け、もう一度押したらＯＦＦと
なり再び制御が開始されるオルタネート作動のスイッチ
を用いてもよい。

【００７９】また、一時解除スイッチはブーム用の操作
レバーに設けたが、アーム用の操作レバーに設けてもよ
い。

【００８０】また、上記実施形態は、操作レバー装置と
して油圧パイロット方式を用いたが、電気式の操作レバ
ー装置であってもよい。

【００８１】また、領域制限掘削制御を行うための設定
領域の境界Ｌに対する距離Ｄとしてバケットの先端につ
いて述べたが、簡易的に実施するならばアーム先端ピン
からの距離をとってもよい。また、フロント装置との干
渉を防止し安全性を図るために領域を設定する場合は、
その干渉が起こり得る他の部位であってもよい。

【００８２】更に、適用される油圧駆動装置はクローズ
ドセンタタイプの流量制御弁を有するクローズドセンタ
システムとしたが、オープンセンタータイプの流量制御
弁を用いたオープンセンターシステムであってもよい。

【００８３】また、油圧ショベルのフロント制御として
領域制限掘削制御の例を示したが、フロントと周囲物体
との干渉を防止する干渉防止制御等のその他のフロント
制御に本発明を適用しても良い。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、一時解除スイッチを設
けたので、フロント制御の一時解除を行うことができ、
また一時解除後、簡単にフロント制御に復帰できる。ま
た、一時解除スイッチを操作レバー装置のレバーグリッ
プに設けたので、フロント制御の一時解除をオペレータ
が操作レバーから手を離さずに速やかに行うことがで
き、また一時解除後、速やかにフロント制御に復帰でき
る。更に、操作レバー手段のレバーグリップ上に一時解
除スイッチだけでなく領域設定スイッチも設けたので、
領域を設定する場合も、オペレータは操作レバーから手
を離さずに、迅速に領域を設定することができ、領域の
設定が煩わしくない。

【００８５】また、本発明によれば、一時解除スイッチ
と領域設定スイッチの表面の形状を互いに異なるものと
したので、領域設定スイッチと一時解除スイッチが同じ
操作レバーに設けられていても、オペレータはスイッチ
に触れるだけでそのスイッチの役目がわかるようにな
り、作業を迅速かつスムーズに行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による建設機械のフロ
ント制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図である。

【図２】本発明が適用される油圧ショベルの外観を示す
図である。

【図３】領域設定スイッチ及び一時解除スイッチが設け
られた操作レバーのグリップ部分の外観を示す図であ
る。

【図４】制御ユニットの制御機能を示す機能ブロック図
である。

【図５】本実施形態の領域制限掘削制御における掘削可
能領域の設定方法を示す図である。

【図６】バケット先端速度の制限値を求めるときの設定
領域の境界からの距離との関係を示す図である。

【図７】バケット先端が設定領域内にある場合と、設定
領域の境界上にある場合と、設定領域外にある場合のブ
ームによるバケット先端速度の補正動作の違いを示す図
である。

【図８】領域制限制御切り換え演算部の処理内容を示す
フローチャートである。

【図９】バケット先端が設定領域内にあるときの補正動
作軌跡の一例を示す図である。

【図１０】バケット先端が設定領域外にあるときの補正
動作軌跡の一例を示す図である。

【図１１】本発明の第２の実施形態による建設機械のフ
ロント制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図であ
る。

【図１２】領域設定演算部の処理内容を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１Ａフロント装置１Ｂ車体１ａブーム１ｂアーム１ｃバケット２油圧ポンプ３ａブームシリンダ３ｂアームシリンダ４ａ〜４ｆ；１４ａ〜１４ｆ操作レバー装置５ａ〜５ｆ；１５ａ〜１５ｆ流量制御弁７ａ制御開始スイッチ７ｂ領域設定スイッチ７ｃ一時解除スイッチ８ａ〜８ｃ角度検出器８ｄ傾斜角度検出器９制御ユニット９ａフロント姿勢演算部９ｂ領域設定演算部９ｃバケット先端速度の制限値演算部９ｄアームシリンダ速度演算部９ｅアームによるバケット先端速度演算部９ｆブームによるバケット先端速度の制限値演算部９ｇブームシリンダ速度の制限値演算部９ｈブームパイロット圧の演算部９ｉバルブ指令演算部９ｒ領域制限制御の切り換え演算部１０ａ，１０ｂ比例電磁弁１２シャトル弁５０ａ〜５５ｂ油圧駆動部６１ａ，６１ｂ圧力検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川高志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 (56)参考文献特開平８−158408（ＪＰ，Ａ) 特開平３−208923（ＪＰ，Ａ) 特開平４−333730（ＪＰ，Ａ) 特開平５−305035（ＪＰ，Ａ) 実開平２−104414（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 3/43 E02F 9/20 G05G 1/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上下方向に回動可能な複数のフロント部材
により構成される多関節型のフロント装置と、前記複数
のフロント部材を駆動する複数の油圧アクチュエータ
と、複数の操作レバー手段からの操作信号により駆動さ
れ、前記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油圧制御弁とを有する建設機械に
備えられ、前記フロント装置が予め設定された領域内で
動くよう前記操作信号を補正し、フロント装置の動作を
制御する建設機械のフロント制御装置において、前記複数の操作レバー手段の１つのもののレバーグリッ
プ上に設けられた一時解除スイッチと、前記一時解除スイッチが押されると前記フロント装置の
制御を一時的に解除する制御解除手段と、前記レバーグリップ上に前記一時解除スイッチと別に設
けられ、前記フロント装置が動き得る領域の設定を指示
する領域設定スイッチとを備えることを特徴とする建設
機械のフロント制御装置。
【請求項２】請求項１記載の建設機械のフロント制御装
置において、前記一時解除スイッチと領域設定スイッチ
は表面の形状が互いに異なることを特徴とする建設機械
のフロント制御装置。