JP3308450B2

JP3308450B2 - 建設機械のフロント制御装置及び領域設定方法及び操作パネル

Info

Publication number: JP3308450B2
Application number: JP16637796A
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: 2002-07-29
Anticipated expiration: 2016-06-26
Also published as: JPH108490A

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及びそのフロント制御に
おける領域設定方法及び操作パネルに関する。

【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。また、市街地などで作業をする場
合は、フロント装置が周囲の電線、壁等の物体に干渉し
ないように注意しなければならない。

【０００３】そこで、掘削作業を容易にしたりフロント
と周囲の物体との干渉を防止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。また、領域の設定方法としては、オペ
レータがバケットの刃先を目標境界上に持って行き、ス
イッチを押して領域を設定する方法（ダイレクトティー
チ設定方法）、数値入力キーで必要な数値を入力し領域
を設定する方法（数値入力設定方法）のいずれかを採用
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。また、領域の設定方法として
は、オペレータがバケットの刃先を目標境界上に持って
行き、スイッチを押して領域を設定する方法（ダイレク
トティーチ設定方法）が示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、フロント装
置の侵入を制限する領域を設定する際、どの設定方法が
便利かは作業の内容によって異なる。

【０００７】例えば、掘削を行う範囲が特に図面等によ
って数字で規定されていないようなラフな掘削を行うよ
うな作業現場において、おおざっぱに均し作業を行う場
合は、直接バケットの先端を掘削したい場所に合わせ
て、作業者の設定操作、例えばボタン等を押すなどの操
作でバケット先端の座標値から領域を設定する（ダイレ
クトティーチ設定）のが便利である。しかし、作業現場
によっては、油圧ショベルのある地面上から何ｍの深さ
だけ掘削をするという指定がある場合もある。この場合
には、予め、掘削可能領域を実際の数値で設定する（数
値入力設定）ことが便利である。更に、土中に埋められ
た配管（水道管等）を地面上から次第に掘削して掘り当
てるような作業では、ある程度は制御無しでラフに掘削
し、ある深さから領域制限掘削制御を用いて掘削したい
場合もある。この場合、ある程度制御無しでラフに掘削
した後、その位置をダイレクトティーチで設定し、その
位置を基準として少しづつ深さを設定し、少しずつ何ｃ
ｍかステップで薄皮を剥ぐように丁寧に掘削して、目的
の配管を掘り当てるようにするのが便利である。

【０００８】上記従来技術では、領域設定手段として
は、ダイレクトティーチ設定か数値入力設定のいずれか
一方の手段しか備えていないため、あらゆる作業現場に
おいて最適な領域設定手段を選択することができず、種
々の作業に適切かつ迅速に対応することができないとい
う問題があった。

【０００９】本発明の目的は、あらゆる作業現場におい
て最適な領域設定手段が選択でき、種々の作業に適切か
つ迅速に対応できる建設機械のフロント制御装置及び操
作パネルを提供することである。

【００１０】

【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、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、複数の操作手段から
の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、前記フロント装置を予め
設定された領域内で動くよう制御する建設機械のフロン
ト制御装置において、ダイレクト設定スイッチを有し、
このダイレクト設定スイッチの指示でダイレクトティー
チにより前記フロント装置の動き得る領域を設定する第
１領域設定手段と、数値入力スイッチを有し、この数値
入力スイッチによる数値入力で前記フロント装置の動き
得る領域を設定する第２領域設定手段とを備えるものと
する。

【００１１】以上のように構成した本発明では、ダイレ
クトティーチ設定を行える第１領域設定手段と数値入力
設定を行える第２領域設定手段の両方の領域設定手段を
備えているので、あらゆる作業現場において最適な領域
設定手段を選択し、種々の作業に適切かつ迅速に対応す
ることができる。

【００１２】（２）上記（１）において、本発明のフロ
ント制御装置は、好ましくは、前記第２領域設定手段の
数値入力スイッチにより入力された数値を表示する表示
手段を更に備える。

【００１３】これにより、オペレータは表示手段に表示
された数値を見ながら数値入力設定を行えるようにな
り、正確かつ迅速に数値入力設定を行うことができる。

【００１４】（３）また、上記（１）において、本発明
のフロント制御装置は、好ましくは、設定切換スイッチ
と、この設定切換スイッチが操作されないときは前記第
１領域設定手段及び第２領域設定手段の一方の設定を選
択し、前記設定切換スイッチが操作されると前記第１領
域設定手段及び第２領域設定手段の他方の設定を選択す
る設定選択手段とを更に備える。

【００１５】これにより、第１領域設定手段及び第２領
域設定手段の一方のスイッチを操作すれば、設定切換ス
イッチを操作しなくても、その一方の領域設定手段の設
定が行え、設定切換スイッチを操作すれば、他方の領域
設定手段の設定に切り換えられ、設定の切り換えを最少
のスイッチ操作で合理的に行うことができる。

【００１６】（４）上記（３）において、好ましくは、
前記設定選択手段は、前記第１領域設定手段のダイレク
ト設定スイッチが操作されたときに前記第１領域設定手
段による設定を選択するものである。

【００１７】これにより、第１領域設定手段のダイレク
ト設定スイッチを操作すれば、設定切換スイッチを操作
しなくてもダイレクトティーチ設定が行え、ダイレクト
ティーチ設定を優先した領域設定を行うことができる。

【００１８】（５）また、上記（４）において、本発明
のフロント制御装置は、表示手段と、前記設定切換スイ
ッチが操作されないときは前記表示手段に前記フロント
装置の現在の位置を表示させ、前記設定切換スイッチが
操作されると前記第２領域設定手段の数値入力スイッチ
により入力された数値を表示させる表示切換手段とを更
に備える。

【００１９】これにより、フロント制御中及びダイレク
トティーチ設定中は表示手段にフロント装置の現在の位
置が表示され、オペレータはその位置を表示手段で確認
しながら作業を行うことができ、数値入力設定中は、数
値入力された数値が表示手段に表示され、オペレータは
表示手段に表示された数値を見ながら設定を行うことが
できる。

【００２０】（６）また、上記（１）において、好まし
くは、前記第２領域設定手段の数値入力スイッチは、あ
る基準値から数値を増加させる第１数値入力キーと、あ
る基準値から数値を減少させる第２数値入力キーとを有
する。

【００２１】これにより、オペレータは２つのキーを用
いて数値入力設定を自由に行うことができる。

【００２２】（７）更に、上記（１）において、好まし
くは、前記第２領域設定手段は、前記フロント装置が届
かない位置の値を初期値として予め設定してあり、前記
数値入力スイッチによりこの初期値を基準として数値を
変更し、前記領域を設定するものである。

【００２３】これにより、第２領域設定手段で数値入力
設定を行うとき、フロント装置が届かない位置の値を基
準にして所望の位置に領域を設定することができる。

【００２４】（８）また、上記（１）において、好まし
くは、前記第２領域設定手段は、前記ダイレクトティー
チにより設定された数値を基準として前記数値入力スイ
ッチにより数値を変更し、前記領域を設定するものであ
る。

【００２５】これにより、土中に埋められた配管を地面
上から次第に掘削して掘り当てるような作業では、ある
程度制御無しでラフに掘削し、ある深さからダイレクト
ティーチにより設定された位置を基準として数値入力に
より少しづつ深さを設定し、少しずつ何ｃｍかステップ
で薄皮を剥ぐように丁寧に掘削することができ、目的の
配管を破損することなく迅速に掘り当てることができ
る。

【００２６】（９）更に、上記（１）において、本発明
のフロント制御装置は、好ましくは、前記フロント装置
の制御を行うか否かを選択する制御選択スイッチと、前
記制御選択スイッチを操作してフロント制御を選択した
ときは、その都度、設定領域の初期値として前記フロン
ト装置が届かない位置の値を設定する初期設定手段とを
更に備える。

【００２７】これにより、フロント制御を選択したとき
は、最初は常に、フロント装置が届かない位置が設定さ
れることになり、フロント装置はそれが動作し得る範囲
で自由に動くことができ、その動作範囲内で領域を自由
に設定することができる。

【００２８】（１０）また、上記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を予め設定
された領域内で動くよう制御するフロント制御における
領域設定方法において、前記フロント装置を基準となる
位置に移動し、その位置をダイレクトティーチにより記
憶し、次いで数値入力によりその位置を基準として深さ
を設定し、その結果得られた数値で前記フロント装置の
動き得る領域を設定するものである。

【００２９】これにより、上記（８）のように、土中に
埋められた配管を地面上から次第に掘削して掘り当てる
ような作業では、目的の配管を迅速に掘り当てることが
できる。（１１）更に、上記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
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
ト装置を予め設定された領域内で動くよう制御する建設
機械のフロント制御装置の操作パネルにおいて、ダイレ
クトティーチにより前記フロント装置の動き得る領域の
設定を指示するダイレクト設定スイッチと、数値入力に
より前記フロント装置の動き得る領域の設定を指示する
数値入力スイッチと、前記ダイレクト設定スイッチによ
る設定の指示と前記数値入力による設定の指示のいずれ
か一方を有効化する設定切換スイッチと、前記数値入力
スイッチにより入力された数値を表示する表示手段とを
備えるものとする。（１２）上記（１１）において、好ましくは、前記表示
手段は、前記設定切換スイッチが操作されないときは前
記フロント装置の現在の位置を表示し、前記設定切換ス
イッチが操作されると前記数値入力スイッチにより入力
された数値を表示する。（１３）また、上記（１１）において、好ましくは、前
記数値入力スイッチは、ある基準値から数値を増加させ
る第１数値入力キーと、ある基準値から数値を減少させ
る第２数値入力キーとを有する。（１４）更に、上記（１１）において、前記フロント装
置の制御を行うか否かを選択する制御選択スイッチを更
に備え、前記制御選択スイッチによりフロント装置の制
御を行うことを選択すると、前記ダイレクト設定スイッ
チ及び数値入力スイッチによる設定の指示が可能になる
ものとしてもよい。

【００３０】

【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１０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〜
３ｆ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〜
４ｆの操作信号によって制御され、油圧アクチュエータ
３ａ〜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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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、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
を指示する設定器７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
４５ａ，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，６
１ｂ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、設定
器７の設定信号、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１
０ａ，１０ｂに出力する制御ユニット９とから構成され
ている。

【００３４】設定器７は、設定信号を制御ユニット９に
出力し掘削制限領域の設定を指示するもので、図３に示
すように、ダイレクトティーチ設定を行うためのダイレ
クト設定スイッチ７ａと、数値入力設定を行うためのア
ップキー７ｂ１及びダウンキー７ｂ２からなる数値入力
スイッチ７ｂと、設定方式をダイレクトティーチ設定か
ら数値入力設定に切り換えるときに押される設定切換ス
イッチ７ｃ１と、設定切換スイッチ７ｃ１が押されると
点灯するＬＥＤ７ｃ２と、領域制限掘削制御を行うとき
に押される領域制限スイッチ７ｄ１と、領域制限スイッ
チ７ｄ１が押されると点灯するＬＥＤ７ｄ２と、設定切
換スイッチ７ｃ１が押されていないときはフロント装置
１Ａのバケットとの先端位置を数値で表示し、設定切換
スイッチ７ｃ１が押されると数値入力により設定された
数値を表示する液晶等の表示画面７ｅとを備えている。

【００３５】また、設定器７は、例えば、運転室内に標
準に設置される操作パネルの上方であってオペレータの
視界を遮らない、例えば前方コーナ部などの位置に設置
されている。

【００３６】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、表示切り換え制御演算部９ｓの各機能を有してい
る。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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、設定器７からの指示で、ダイ
レクト設定スイッチ７ａを用いたダイレクトティーチ設
定又は数値入力スイッチ７ｂを用いた数値入力設定のい
ずれかにより、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及び図６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ｈ
１のＸ軸に平行な直線として設定する場合のものであ
る。

【００４０】図６において、本実施形態の領域制限掘削
制御は、まず、領域制限スイッチ７ｄ１をＯＮする（押
す）ことにより開始され（ステップ１００）、領域制限
スイッチ７ｄ１がＯＮすると、ＬＥＤ７ｄ２を点灯した
後（ステップ１１０）、掘削可能領域の境界Ｌ（深さｈ
１）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（ステップ１２０）。これにより、領
域制限スイッチ７ｄ１をＯＮにした状態では、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、その動作範囲内で掘削可能領域を自由に設定できる
ようになる。ここでは一例として、掘削可能領域の境界
Ｌの初期値はＹ＝−２０ｍとしておく。

【００４１】次に、ダイレクト設定スイッチ７ａ、数値
入力スイッチ７ｂ、設定切換スイッチ７ｃ１の操作の組
み合わせにより、以下のように掘削可能領域の境界Ｌを
設定する。

【００４２】（ａ）ダイレクトティーチ設定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、ダイレクト設定スイッチ７ａを押す。
領域設定演算部９ｂは、ダイレクト設定スイッチ７ａが
押されると、常に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，
Ｙ２，Ｙ４を用いて、設定値＝Ｙ座標値Ｙ１（ステップ１４０）設定値＝Ｙ座標値Ｙ２（ステップ１６０）設定値＝Ｙ座標値Ｙ４（ステップ２２０）と掘削可能領域の境界Ｌを設定する（ステップ１３０
→１４０→１５０→２４０→１３０→２４０；ステッ
プ１３０→１４０→１５０→１６０→２４０→１３０→
２４０：ステップ１３０→１９０→２００又は２１０
→２２０→２４０→１３０→２４０）。

【００４３】（ｂ）数値入力設定設定切換スイッチ７ｃ１を押して数値入力設定を選択し
た場合、その後ダイレクトティーチ設定を一度も行わな
い場合は、数値入力スイッチ７ｂのアップキー７ｂ１及
びダウンキー７ｂ２を操作すると、上記の初期値Ｙ＝−
２０ｍを基準とし、この数値にアップダウンキー７ｂ
１，７ｂ２による変更量ｄＹ３，ｄＹ４を加算し、設定値＝−２０＋ｄＹ３（ステップ２００）設定値＝−２０＋ｄＹ４（ステップ２３０）と掘削可能領域の境界Ｌを設定する（ステップ１３０
→１９０→２００→２１０→２４０→１３０→２４０；
ステップ１３０→１９０→２００又は２１０→２３０
→２４０→１３０→２４０）。

【００４４】（ｃ）ダイレクトティーチ設定→数値入力設定一旦ダイレクトティーチ設定をした後、設定切換スイッ
チ７ｃ１を押して数値入力設定を選択し、数値入力キー
７ｂのアップキー７ｂ１及びダウンキー７ｂ２を操作し
た場合は、ダイレクトティーチの設定値Ｙ１を基準とし
て、この数値にアップダウンキー７ｂ１，７ｂ２による
変更量ｄＹ２を加算し、設定値＝Ｙ１＋ｄＹ２（ステップ１８０）と掘削可能領域の境界Ｌを設定する（ステップ１３０→
１４０→１５０→１７０→１８０→２４０→１３０→２
４０）。

【００４５】また、一旦、このようにＹ１＋ｄＹ２を設
定しても、上記（ａ）のようにダイレクト設定スイッチ
７ａが押されれば、ダイレクトティーチ設定が優先し、
この後設定切換スイッチ７ｃ１を押し、アップダウンキ
ー７ｂ１，７ｂ２の操作で数値を入力すれば、新たなダ
イレクトティーチの設定値Ｙ１を基準として、設定値＝Ｙ１＋ｄＹ２（ステップ１８０）の計算が行われ、掘削可能領域の境界Ｌを設定する（ス
テップ１３０→１４０→１５０→１７０→１８０→２４
０→１３０→１４０→１５０→１７０→１８０→２４０
→１３０→２４０）。

【００４６】ここで、ダイレクトティーチ設定として、
図５に示すようにバケットの先端を地面上に置き、この
地面の位置を設定した場合は、ダウンキー７ｂ２により
入力される変更量ｄＹ₂は深さｈ１であり、オペレータ
は結果として深さｈ１を数値入力することになる。

【００４７】以上の（ｂ）及び（ｃ）において、アップ
ダウンキー７ｂ１，７ｂ２を操作して設定される変更量
はその入力値が特に規定されるものではないが、フロン
ト装置１Ａが届き得ないような位置の値を設定しても、
実際には意味がない。よって、アップダウンキー７ｂ
１，７ｂ２を操作して設定される変更量はフロント装置
１Ａが届き得る範囲内の値と規定する。ここでは一例と
して±２０ｍまでとし、それ以上の値は入力できないと
する。

【００４８】本実施形態の領域制限掘削制御を終了する
場合は、領域制限スイッチ７ｄ１をもう一度押すと当該
スイッチがＯＦＦし（ステップ２４０）、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＝−２０
ｍにリセットし（ステップ２５０）、ＬＥＤ７ｄ２を消
灯した後（ステップ６０）、制御を終了する（ステップ
２７０）。

【００４９】そして、領域設定演算部９ｂでは、以上の
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。

【００５０】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７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。

【００５１】図７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。

【００５２】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、アームシリンダ速度を推定する。

【００５３】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。

【００５４】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８を用いて説明する。

【００５５】図８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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】領域制限制御の切り換え演算部９ｒでは、
領域制限スイッチ７ｄ１がＯＮで（押されており）領域
制限掘削制御が選択されている場合は、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、領域制限スイッチ７ｄ１がＯＦＦ（押されて
おらず）で領域制限掘削制御が選択されていない場合
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。

【００６３】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。

【００６４】表示切り換え演算部９ｓでは、設定切換ス
イッチ７ｃ１がＯＦＦで（押されておらず）、数値入力
設定が選択されていない場合は、フロント姿勢演算部９
ａで計算されたバケットの先端Ｐ₁の位置を数値で表示
し、設定切換スイッチ７ｃ１がＯＮで（押されてお
り）、数値入力設定が選択されている場合は、数値入力
設定により設定されている位置を数値で表示する。

【００６５】以上のように構成した本実施形態におい
て、領域制限スイッチ７ｄ１をＯＮ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。

【００６６】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７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。

【００６７】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。

【００６８】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７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。

【００６９】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９ｅ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７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９
ｆではブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−
ｂｙ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５０
ｂ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
５ａ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。

【００７０】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。

【００７１】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７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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】また、本実施形態では、領域制限掘削制御
の掘削可能領域を設定する手段としてダイレクトティー
チ設定と数値入力設定の両方の領域設定手段を備えてい
るので、あらゆる作業現場において最適な領域設定手段
が選択でき、種々の作業に迅速に対応することができ、
適切かつ迅速な掘削作業を行うことができる。

【００７６】例えば、掘削を行う範囲が特に図面等によ
って数字で規定されていないようなラフな掘削を行うよ
うな作業現場において、おおざっぱに均し作業を行う場
合は、直接バケットの先端を掘削したい場所に合わせ
て、ダイレクト設定スイッチ７ａを押せば、上記（ａ）
のダイレクトティーチ設定機能により迅速に掘削可能領
域が設定できる。

【００７７】一方、作業現場によっては、油圧ショベル
のある地面上から何ｍの深さだけ掘削をするという指定
がある場合もある。この場合には、設定切換スイッチ７
ｃ１を押し、数値入力スイッチ７ｂで指定された深さを
入力すれば、上記（ｂ）の数値入力設定機能により迅速
に所望の掘削可能領域を設定でき、最適の制御が行え
る。

【００７８】更に、土中に埋められた配管（水道管等）
を地面上から次第に掘削して掘り当てるような作業で
は、ある程度制御無しでラフに掘削した後、上記（ｃ）
の設定機能を用い、その位置をダイレクトティーチで設
定し、この位置を基準として少しずつ数値入力で深さを
設定することにより、ある程度まではラフに素早く掘削
でき、それから少しずつ何ｃｍかステップで薄皮を剥ぐ
ように丁寧に掘削して、目的の配管を破損することなく
迅速に掘り当てることができる。

【００７９】また、設定切換スイッチ７ｃ１は数値入力
スイッチ７ｂによる数値入力設定を選択するときのみ押
すようになっているので、ダイレクトティーチ設定を行
うときはダイレクト設定スイッチ７ａを押すだけでよ
く、設定の切り換えを最少のスイッチ操作で合理的に行
うことができるとともに、ダイレクトティーチ設定を優
先した領域設定を行うことができる。

【００８０】更に、設定切換スイッチ７ｃ１が押されな
いときは表示画面７ｅにフロント装置１ａのバケット先
端の現在の位置を表示させ、設定切換スイッチ７ｃ１が
押されると上記設定の切り換えと共に、数値入力設定ス
イッチ７ｂにより入力された数値を表示画面７ｅに表示
させるので、領域制限掘削制御中及びダイレクトティー
チ設定中はオペレータはバケット先端の現在の位置を表
示画面７ｅ上で確認しながら作業を行うことができ、数
値入力設定中は、オペレータは数値入力された数値を表
示画面上７ｅで見ながら設定を行うことができる。

【００８１】また、領域制限スイッチ７ｄ１を押して領
域制限掘削制御を選択したときは、その都度、掘削可能
領域の初期値としてフロント装置が届かない位置の値
（上記の例では−２０ｍ）が設定されるので、フロント
装置はそれが動作し得る範囲で自由に動くことができ、
その動作範囲内で領域を自由に設定することができる。

【００８２】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、操作レバー装置とし
て電気式を用いた油圧ショベルに本発明を適用したもの
である。

【００８３】図１１において、本実施形態が適用される
油圧ショベルは、油圧パイロット方式の操作レバー装置
４ａ〜４ｆの代わりに電気式の操作レバー装置１４ａ〜
１４ｆを備えている。操作レバー装置１４ａ〜１４ｆは
操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧を電気信号
として出力し、この電気信号を制御ユニットＡを介して
流量制御弁１５ａ〜１５ｆの両端に設けられた電気油圧
変換手段、例えば比例電磁弁を備えた電磁駆動部３０
ａ，３０ｂ〜３５ａ，３５ｂの対応するものへ供給す
る。

【００８４】設定器７は図３に示す第１の実施形態のも
のと同じである。

【００８５】制御ユニット９Ａの制御機能を図１２に示
す。制御ユニット９Ａ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９
ｃ、アームシリンダ速度演算部９Ａｄ、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９ｇ、ブーム指令の制限値演算部９Ａｈ、ブーム
指令の調整演算部９ｊ、ブーム用バルブ指令演算部９Ａ
ｉ、アーム用バルブ指令演算部９ｋ、表示切り換え制御
演算部９ｓの各機能を有している。

【００８６】アームシリンダ速度演算部９Ａｄでは、角
度検出器８ｂにより検出したアームの回動角を用い、座
標変換によりアームシリンダ変位を求め、それを微分し
て直接アームシリンダ速度を求める。なお、アームの操
作レバー装置４ｂの操作信号を用いてアームシリンダ速
度を求めてもよい。

【００８７】ブーム指令の制限演算部９Ａｈでは、ブー
ムの流量制御弁１５ａ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
指令値の制限値を求める。

【００８８】ブーム指令の調整演算部９ｊでは、設定器
７（図３参照）の領域制限スイッチ７ｄ１がＯＮで（押
されており）領域制限掘削制御が選択されている場合
は、演算部９Ａｈで求めたブーム指令の制限値と操作レ
バー装置１４ａの指令値を比較し、大きい方を出力し、
領域制限スイッチ７ｄ１がＯＦＦ（押されておらず）で
領域制限掘削制御が選択されていない場合は、操作レバ
ー装置１４ａの指令値を出力する。ここで、操作レバー
装置１４ａの指令値はＸａＹａ座標系と同じく、設定領
域外から設定領域内に向かう方向（ブーム上げ方向）を
（＋）方向としている。また、演算部９ｊでブーム指令
の制限値と操作レバー装置１４ａの指令値の大きい方を
出力することは、バケット先端が設定領域内の場合には
制限値ｃが（−）であることから両者の絶対値の小さい
方を出力することであり、バケット先端が領域外の場合
には制限値ｃが（＋）であることから、両者の絶対値の
大きい方を出力することである。

【００８９】ブーム用バルブ指令演算部９Ａｉでは、ブ
ーム指令の調整演算部９ｊからの指令値を入力し、その
値が正の場合には流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部
３０ａに対応する電圧を出力し、ブーム下げ駆動部３０
ｂには０の電圧を出力し、指令値が負の場合には逆にす
る。

【００９０】アーム用バルブ指令演算部９ｋでは、操作
レバー装置１４ｂの指令値を入力し、当該指令値が正の
場合には流量制御弁１５ｂのアームクラウド駆動部３１
ａに対応する電圧を出力し、アームダンプ駆動部３１ｂ
には０の電圧を出力し、指令値が負の場合には逆にす
る。

【００９１】図示はしないが、操作レバー装置１４ｃ〜
１４ｆの指令値に対しても同様にバルブ指令演算部が設
けられ、それぞれの流量制御弁の駆動部に指令値に応じ
た電圧を出力する。

【００９２】その他の機能は第１の実施形態と同じであ
る。

【００９３】以上のように構成した本実施形態では、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１４ａ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１４ａの指令値が最大値演算部
９ｊに入力される。一方、これと同時に、演算部９ｃで
は図７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
ム指令の制限値演算部９Ａｈ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９Ａｈで
求めたブーム指令の制限値より操作レバー装置１４ａの
指令値の方が大きいので、ブーム指令の最大値演算部９
ｊでは操作レバー装置１４ａの指令値が選択され、この
指令値は負であるで、バルブ指令演算部９Ａｉでは流量
制御弁１５ａのブーム下げ駆動部３０ｂに対応する電圧
を出力し、ブーム上げ駆動部３０ａには０の電圧を出力
し、これにより操作レバー装置１４ａの指令値に応じて
ブームが下がって行く。

【００９４】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９Ａｈで求めた対応するブーム指令の制限
値が操作レバー装置１４ａの指令値よりも大きくなる
と、ブーム指令の最大値演算部９ｊでは当該制限値が選
択され、バルブ指令演算部９Ａｉでは制限値ｃに応じて
流量制御弁１５ａのブーム下げ駆動部３０ｂに出力する
電圧を徐々に制限する。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。

【００９５】また、上記の制御は速度制御であるため、
フロント装置１Ａの速度が極端に大きかったり、急激に
操作レバー装置１４ａを操作した場合には、油圧回路上
の遅れなど制御上の応答遅れやフロント装置１Ａにかか
る慣性力などによりバケット先端が設定領域の境界Ｌか
らはみ出す可能性がある。このようにバケット先端がは
み出した場合は、演算部９ｃでは図７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９Ａｉでは制限値ｃに応じた
電圧を流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａに出
力する。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。

【００９６】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１４ｂ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１４ｂの指令値が
アーム用バルブ指令演算部９ｋに入力され、流量制御弁
１５ｂのアームクラウド駆動部３１ａに対応する電圧を
出力し、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１４ｂの指令値が演
算部９Ａｄに入力されてアームシリンダ速度が計算さ
れ、演算部９ｅ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７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−ｂｙ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、ブーム指令
の最大値演算部９ｊでは操作レバー装置１４ａの指令値
（＝０）が選択され、バルブ指令演算部９Ａｉでは流量
制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａ及びブーム下げ
駆動部３０ｂに０の電圧を出力する。これにより操作レ
バー装置１４ｂの指令値に応じてアームが手前方向に動
かされる。

【００９７】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、ブーム指令の最大値演
算部９ｊでは演算部９Ａｈで計算された制限値が選択さ
れ、バルブ指令演算部９Ａｉでは制限値ｃに応じた電圧
を流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａに出力す
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。

【００９８】また、この場合も、上記と同じ理由でバケ
ット先端が設定領域の境界Ｌからはみ出す可能性があ
る。このようにバケット先端がはみ出した場合、演算部
９ｃでは図７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９Ａｉから流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部
３０ａ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。

【００９９】以上のように本実施形態によれば、操作レ
バー装置として電気式を採用したものにおいて、第１の
実施形態と同様の領域制限掘削制御が行える。

【０１００】また、設定器７及び領域設定演算部９ｂに
よる掘削可能領域の設定に関しても、第１の実施形態と
同じ効果が得られる。

【０１０１】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。そのいくつかの例を以下に記す。

【０１０２】（１）上記実施形態では、設定器７の領域
制限スイッチ７ｄ１が押された段階から、掘削可能領域
の初期値に基づき領域制限掘削制御を直ちに始めるよう
にしたが、ダイレクトティーチ設定もしくは数値入力設
定が行われた段階で初めて領域制限掘削制御を開始する
ようにしてもよい。

【０１０３】図１３はこのような変形例を示す。この図
は第２の実施形態の図１２に相当するもので、ブーム指
令の調整演算部９Ｂｊでは、領域制限スイッチ７ｄ１が
ＯＦＦ（押されておらず）で領域制限掘削制御が選択さ
れていない場合は、操作レバー装置１４ａの指令値を出
力し、領域制限スイッチ７ｄ１がＯＮで（押されてお
り）領域制限掘削制御が選択されている場合でも、ダイ
レクト設定スイッチ７ａ及び数値入力スイッチ７ｂが押
される前であれば、操作レバー装置１４ａの指令値を出
力し、領域制限スイッチ７ｄ１がＯＮで（押されてお
り）領域制限掘削制御が選択されている場合で、ダイレ
クト設定スイッチ７ａ及び数値入力スイッチ７ｂのどれ
かが押され、領域が設定されると、演算部９Ａｈで求め
たブーム指令の制限値と操作レバー装置１４ａの指令値
を比較し、大きい方を出力する。

【０１０４】（２）上記実施形態では、設定器７の領域
制限スイッチ７ｄ１をＯＦＦにし領域制限掘削制御を終
了させた場合、掘削可能領域を常に初期値Ｙ＝−２０ｍ
にリセットするようにしたが、それまで設定した値を制
御ユニット９に記憶しておき、次に制御開始時点で前回
の掘削可能領域の設定値から始めるようにしてもよい。

【０１０５】図１４はこのような変形例を示す。この図
は第１の実施形態の図６に相当するもので、ステップ２
４０で領域制限スイッチ７ｄ１がＯＦＦになった後、ス
テップ２５０Ｃでは、それまで設定した値を記憶し、次
の制御開始時、ステップ１２０Ｃで掘削可能領域の設定
値として前回の設定値を用いる。

【０１０６】（３）上記実施形態では、数値入力で設定
される値を増減させる際の基準値はダイレクトティーチ
で設定された値を基準としたが、数値入力設定で増減さ
れる値の基準値は常に一定（例えば常にＹ＝０を基準と
する）にしてもよい。

【０１０７】図１４はこのような変形例を示す。この図
も第１の実施形態の図６に相当するもので、ステップ１
８０Ｄ，２００Ｄ，２３０Ｄでは、設定値＝ｄＹ２，ｄ
Ｙ３，ｄＹ４と数値入力の変更量をそのまま設定する。

【０１０８】また、数値入力設定で増減される値の基準
値は地面からブーム１ａの回動支点の高さとしてもよ
く、この場合は、数値入力の設定値は地面からの深さと
なり、好都合である。

【０１０９】（４）フロント装置１Ａの位置と姿勢に関
する状態量を検出する手段として回動角を検出する角度
計を用いたが、シリンダのストロークを検出してもよ
い。

【０１１０】（５）掘削可能領域をダイレクトティーチ
で設定する場合、設定器７のパネル上にダイレクトティ
ーチ用のスイッチを設けたが、操作レバー装置のレバー
グリップ上に設けてもよい。

【０１１１】（６）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。

【０１１２】（７）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。

【０１１３】（８）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。

【０１１４】

【発明の効果】本発明によれば、フロント装置が動き得
る領域を設定する手段としてダイレクトティーチ設定と
数値入力設定の両方の領域設定手段を設けたので、あら
ゆる作業現場において最適な領域設定手段が選択でき、
種々の作業に迅速に対応することができ、適切かつ迅速
な掘削作業を行うことができる。

【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】設定器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】領域設定演算部での処理内容を示すフローチャ
ートである。

【図７】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８】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】制御ユニットの制御機能を示す図である。

【図１３】本発明の実施形態の変形例を説明するための
制御ユニットの制御機能を示す図である。

【図１４】本発明の他の変形例を説明するための領域設
定演算部の処理内容を示すフローチャートである。

【図１５】本発明の更に他の変形例を説明するための領
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７設定器７ａダイレクト設定スイッチ（第１領域設定手段）７ｂ数値入力スイッチ（第２領域設定手段）７ｂ１アップキー７ｂ２ダウンキー７ｃ１設定切換スイッチ７ｃ２ＬＥＤ７ｄ１制限制御スイッチ７ｄ２ＬＥＤ７ｅ表示画面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９ｓ表示切り換え制御演算部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４−136324（ＪＰ，Ａ) 特開平７−158104（ＪＰ，Ａ) 特開平８−158408（ＪＰ，Ａ) 特開平７−71054（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 3/43 E02F 9/20 - 9/22

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、複数の操作手段からの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、
前記フロント装置を予め設定された領域内で動くよう制
御する建設機械のフロント制御装置において、ダイレクト設定スイッチを有し、このダイレクト設定ス
イッチの指示でダイレクトティーチにより前記フロント
装置の動き得る領域を設定する第１領域設定手段と、数値入力スイッチを有し、この数値入力スイッチによる
数値入力で前記フロント装置の動き得る領域を設定する
第２領域設定手段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、前記第２領域設定手段の数値入力スイッチ
により入力された数値を表示する表示手段を更に備える
ことを特徴とする建設機械のフロント制御装置。
【請求項３】請求項１記載の建設機械のフロント制御装
置において、設定切換スイッチと、この設定切換スイッ
チが操作されないときは前記第１領域設定手段及び第２
領域設定手段の一方の設定を選択し、前記設定切換スイ
ッチが操作されると前記第１領域設定手段及び第２領域
設定手段の他方の設定を選択する設定選択手段とを更に
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４】請求項３記載の建設機械のフロント制御装
置において、前記設定選択手段は、前記第１領域設定手
段のダイレクト設定スイッチが操作されたときに前記第
１領域設定手段による設定を選択するものであることを
特徴とする建設機械のフロント制御装置。
【請求項５】請求項４記載の建設機械のフロント制御装
置において、表示手段と、前記設定切換スイッチが操作
されないときは前記表示手段に前記フロント装置の現在
の位置を表示させ、前記設定切換スイッチが操作される
と前記第２領域設定手段の数値入力スイッチにより入力
された数値を表示させる表示切換手段とを更に備えるこ
とを特徴とする建設機械のフロント制御装置。
【請求項６】請求項１記載の建設機械のフロント制御装
置において、前記第２領域設定手段の数値入力スイッチ
は、ある基準値から数値を増加させる第１数値入力キー
と、ある基準値から数値を減少させる第２数値入力キー
とを有す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７】請求項１記載の建設機械のフロント制御装
置において、前記第２領域設定手段は、前記フロント装
置が届かない位置の値を初期値として予め設定してあ
り、前記数値入力スイッチによりこの初期値を基準とし
て数値を変更し、前記領域を設定するものであることを
特徴とする建設機械のフロント制御装置。
【請求項８】請求項１記載の建設機械のフロント制御装
置において、前記第２領域設定手段は、前記ダイレクト
ティーチにより設定された数値を基準として前記数値入
力スイッチにより数値を変更し、前記領域を設定するも
のであ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９】請求項１記載の建設機械のフロント制御装
置において、前記フロント装置の制御を行うか否かを選
択する制御選択スイッチと、前記制御選択スイッチを操
作してフロント制御を選択したときは、その都度、設定
領域の初期値として、前記フロント装置が届かない位置
の値を設定する初期設定手段とを更に備えることを特徴
とする建設機械のフロント制御装置。
【請求項１０】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を予め設定
された領域内で動くよう制御するフロント制御における
領域設定方法において、前記フロント装置を基準となる位置に移動し、その位置
をダイレクトティーチにより記憶し、次いで数値入力に
よりその位置を基準として深さを設定し、その結果得ら
れた数値で前記フロント装置の動き得る領域を設定する
ことを特徴とする領域設定方法。
【請求項１１】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、前記フロント装置を予め設定された領域内で動くよ
う制御する建設機械のフロント制御装置の操作パネルに
おいて、ダイレクトティーチにより前記フロント装置の動き得る
領域の設定を指示するダイレクト設定スイッチと、数値入力により前記フロント装置の動き得る領域の設定
を指示する数値入力スイッチと、前記ダイレクト設定スイッチによる設定の指示と前記数
値入力による設定の指示のいずれか一方を有効化する設
定切換スイッチと、前記数値入力スイッチにより入力された数値を表示する
表示手段とを備えることを特徴とする操作パネル。
【請求項１２】請求項１１記載の建設機械のフロント制
御装置の操作パネルにおいて、前記表示手段は、前記設
定切換スイッチが操作されないときは前記フロント装置
の現在の位置を表示し、前記設定切換スイッチが操作さ
れると前記数値入力スイッチにより入力された数値を表
示することを特徴とする操作パネル。
【請求項１３】請求項１１記載の建設機械のフロント制
御装置の操作パネルにおいて、前記数値入力スイッチ
は、ある基準値から数値を増加させる第１数値入力キー
と、ある基準値から数値を減少させる第２数値入力キー
とを有することを特徴とする操作パネル。
【請求項１４】請求項１１記載の建設機械のフロント制
御装置の操作パネルにおいて、前記フロント装置の制御
を行うか否かを選択する制御選択スイッチを更に備え、
前記制御選択スイッチによりフロント装置の制御を行う
ことを選択すると、前記ダイレクト設定スイッチ及び数
値入力スイッチによる設定の指示が可能になることを特
徴とする操作パネル。