JP3418127B2 - 作業用機械の干渉回避制御装置 - Google Patents

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
作業用機械の油圧制御回路の技術分野に属するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油圧ショベル等の作業用機械に
装備される作業部のなかには、上下左右揺動するオフセ
ット型のブームと、該ブームの先端部に前後揺動自在に
連結されるアームと、該アームの先端部に連結されるバ
ケット等のアタッチメントを備えたものあるが、このも
のにおいて、ブームやアームを揺動させたときにアタッ
チメントが運転席部に接触（干渉）してしまう惧れがあ
る場合があり、この様な場合には、アタッチメントと運
転席部との接触を回避するための配慮が必要となる。そ
こで従来、作業部の姿勢を検出する姿勢検出手段と、該
姿勢検出手段からの検出信号に基づいてアタッチメント
が運転席部の所定範囲以内に接近しているか否かの判断
を行う制御部とを設け、そしてアタッチメントが運転席
部の所定範囲内まで接近している判断された場合には、
作業部用油圧アクチュエータの油圧回路に対して制御部
から制御指令を出力して、作業部を停止させるようにし
たものがある。この様なものとして、例えば、図１４に
示す如きものが知られているが、このものは、アーム用
シリンダ等の作業部用油圧アクチュエータ５９への圧油
供給制御を行うためのパイロット式のコントロールバル
ブ６０と、操作具の操作に基づいてパイロット圧油を出
力するパイロットバルブ６１Ａ、６１Ｂとのあいだに、
制御部からの指令に基づいて作動する電磁比例減圧弁６
２Ａ、６２Ｂが設けられている。そして、アタッチメン
トが運転席部から離れている場合には、上記電磁比例減
圧弁６２Ａ、６２Ｂを開いてコントロールバルブ６０へ
のパイロット圧油の供給を許容する一方、アタッチメン
トが運転席部に接近した場合には、電磁比例減圧弁６２
Ａ、６２Ｂを閉じてコントロールバルブ６０へのパイロ
ット圧油の供給を断ち、これにより作業部を停止させる
ように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに前記従来のも
のは、前述したように、アタッチメントが運転席部に接
近した場合に、電磁比例減圧弁を閉じて作業部を停止さ
せるものであるため、作業の途中で作業部が停止してし
まうことになる。この場合には、一旦アタッチメントを
運転席部から遠ざけてから、中断した作業を続行する操
作を再開しなければならず、煩雑かつ面倒であって、作
業能率が低下するという問題があり、ここに本発明が解
決しようとする課題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創
作されたものであって、機械本体に対し揺動自在なブー
ムと、該ブームの先端部に揺動自在に連結されるアーム
と、該アームの先端部に連結されるアタッチメントとを
備えた作業用機械において、予め設定される干渉回避領
域内へのアタッチメントの侵入を回避するための干渉回
避制御手段を設けるにあたり、該干渉回避制御手段は、
ブームの機械本体に対する揺動角度を検出するブーム角
度検出手段からの信号を入力し、該入力されたブーム角
度に基づいてアタッチメントが干渉回避領域に侵入しな
いためのアーム限界角度を設定するアーム限界角度設定
手段と、アームのブームに対する揺動角度を検出するア
ーム角度検出手段からの信号を入力し、該入力されたア
ーム角度と前記アーム限界角度との角度偏差を求め、該
角度偏差に基づいてアーム角度の制御演算を行う角度制
御演算手段と、前記ブーム角度検出手段から入力される
ブーム角度に基づいて演算されるブーム角速度、および
アーム角度検出手段から入力されるアーム角度に基づい
て演算されるアーム角速度を用いてアーム角速度の制御
演算を行う角速度制御演算手段と、前記角度制御演算手
段および角速度制御演算手段の演算結果に基づいてアー
ムの自動的な干渉回避作動を行うべくアーム駆動手段に
対する制御信号を設定する制御信号設定手段とを備えて
構成されているものである。そして、この様にすること
により、ブームの作動速度に対応したアームの干渉回避
作動速度が得られることになって、アームの回避動作が
遅れてしまうような不具合を回避できると共に、アーム
の滑らかな干渉回避動作が得られることになり、作業
性、操作性に優れる。このものにおいて、角速度制御演
算手段は、ブーム角度検出手段から入力されるブーム角
度に基づいてブーム角速度を演算するブーム角速度演算
手段と、アーム角度検出手段から入力されるアーム角度
に基づいてアーム角速度を演算するアーム角速度演算手
段と、アーム限界角度に基づいてアーム限界位置でのブ
ーム角速度に対するアーム角速度の角速度比を設定する
角速度比設定手段と、該角速度比と前記ブーム角速度と
からアーム目標角速度を設定する目標角速度設定手段
と、該アーム目標角速度および前記アーム角速度に基づ
いてアーム角速度の制御演算を行う制御演算手段とを用
いて構成することができる。さらに、干渉回避制御手段
に、アーム用操作具の操作に基づいてアーム駆動手段に
対する操作信号を設定する操作信号設定手段と、該操作
信号設定手段からの操作信号と制御信号設定手段からの
制御信号のうち何れか一方を選択してアーム駆動手段に
出力する選択手段とを設けることにより、アーム用操作
具の操作状態やアームおよびブームの角度、角速度に対
応して、操作信号または制御信号が選択される。さらに
また、干渉回避制御手段に、少なくともブームが揺動し
ている状態でアタッチメントが干渉回避領域に接近した
とき、アームを干渉回避領域から離れる方向に揺動させ
ることで前記干渉回避領域内へのアタッチメントの侵入
を回避しながらブーム揺動を続行させるための機構を設
けることにより、干渉回避領域への侵入を回避しながら
作業を続行することができて、作業効率が向上する。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１、図２において、１はオフ
セット型の油圧ショベルであって、該油圧ショベル１
は、下部走行体２、上部旋回体３、キャブ４、作業部５
等の各部から構成されており、さらに該作業部５は、基
端部が上部旋回体３に上下揺動自在に支持されるリアブ
ーム６、該リアブーム６の先端部に左右揺動自在に連結
されるフロントブーム７、該フロントブーム７の先端部
に前後揺動自在に連結されるアーム８、該アーム８の先
端部に前後揺動自在に連結されるバケット９、およびこ
れらを揺動せしめるためのブーム用シリンダ１０、オフ
セット用シリンダ１１、アーム用シリンダ１２、バケッ
ト用シリンダ１３等から構成されていること等の基本的
構成は従来通りであるが、本実施の形態において、キャ
ブ４は上部旋回体３の左側部に設けられている。さらに
前記リアブーム６は、ブーム用シリンダ１０が縮小する
ことで下降し、ブーム用シリンダ１０が伸長することで
上昇する構成となっている。またフロントブーム７は、
オフセット用シリンダ１１が縮小することで左方向、つ
まりキャブ４に接近する方向に移動し、オフセット用シ
リンダ１１が伸長することで右方向に移動する構成とな
っている。さらにまたアーム８は、アーム用シリンダ１
２が伸長することで機体後方側に揺動（アームイン）
し、アーム用シリンダ１２が縮小することで機体前方側
に揺動（アームアウト）する構成となっている。

【０００６】前記ブーム用シリンダ１０、オフセット用
シリンダ１１、アーム用シリンダ用シリンダ１２は、メ
インポンプ１４から供給される圧油により伸縮作動する
が、これらシリンダ１０〜１２に圧油を供給する回路は
同様のものであるため、アーム用シリンダ１２を例にと
って、図３に基づいて説明する。図３において、１４は
メインポンプ、１５はパイロット油圧源、１６は油タン
ク、１７はコントロールバルブ、１８Ａ、１８Ｂは伸長
側、縮小側のパイロットバルブ、１９Ａ、１９Ｂは伸長
側、縮小側の切換弁、２０Ａ、２０Ｂは伸長側、縮小側
の電磁比例減圧弁、２１Ａ、２１Ｂは伸長側、縮小側の
圧力センサであって、上記コントロールバルブ１７は、
伸長側パイロットポート１７ａおよび縮小側パイロット
ポート１７ｂを備えたパイロット操作式の三位置切換弁
から構成されている。そして前記コントロールバルブ１
７は、両パイロットポート１７ａ、１７ｂにパイロット
圧油が供給されていない状態では、アーム用シリンダ１
２への圧油供給を停止する中立位置Ｎに位置している
が、伸長側パイロットポート１７ａにパイロット圧油が
供給されることで、アーム用シリンダ１２の伸長側油室
に圧油を供給する伸長側位置Ｘに切換り、また縮小側パ
イロットポート１７ｂにパイロット圧油が供給されるこ
とで、アーム用シリンダ１２の縮小側油室に圧油を供給
する縮小側位置Ｙに切換わる構成となっている。

【０００７】また、伸長側、縮小側のパイロットバルブ
１８Ａ、１８Ｂ、切換弁１９Ａ、１９Ｂ、電磁比例減圧
弁２０Ａ、２０Ｂ、圧力センサ２１Ａ、２１Ｂは、前記
コントロールバルブ１７の伸長側、縮小側のパイロット
ポート１７ａ、１７ｂにパイロット圧油を供給するため
の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ設けられ
るが、同様のものであるため、伸長側のものについて説
明すると、まず伸長側パイロットバルブ１８Ａは、アー
ム用操作具２２を伸長側に操作することにより、該操作
量に対応する圧力のパイロット圧油が出力ポート１８ａ
から出力される構成となっている。

【０００８】さらに、伸長側切換弁１９Ａは、前記伸長
側パイロットバルブ１８Ａの二次側に配設される五ポー
ト二位置切換弁であって、第一ポート１９ａは油タンク
１６に、第二ポート１９ｂは前記伸長側パイロットバル
ブ１８Ａの出力ポート１８ａに、第三ポート１９ｃはパ
イロット油圧源１５に、第四ポート１９ｄは後述する伸
長側電磁比例減圧弁２０Ａの第一ポート２０ａに、第五
ポート１９ｅは伸長側電磁比例減圧弁２０Ａの第二ポー
ト２０ｂにそれぞれ接続されている。またこの伸長側切
換弁１９Ａには、パイロットポート１９ｆが設けられて
いるが、該パイロットポート１９ｆは、前記伸長側パイ
ロットバルブ出力ポート１８ａと伸長側切換弁第二ポー
ト１９ｂとを連結するパイロット油路に接続されてい
て、伸長側パイロットバルブ１８Ａからパイロット圧油
が出力されることに伴いパイロットポート１９ｆにもパ
イロット圧油が供給されるようになっている。そして伸
長側切換弁１９Ａは、パイロットポート１９ｆにパイロ
ット圧油が供給されていない状態では、弾機１９ｇの付
勢力により、第一ポート１９ａが閉じ、第二ポート１９
ｂと第四ポート１９ｄとを連通する弁路が開き、かつ第
三ポート１９ｃと第五ポート１９ｅとを連通する弁路が
開く第一位置Ｘに位置していて、パイロット油圧源１５
からのパイロット圧油を伸長側電磁比例減圧弁第二ポー
ト２０ｂに供給すると共に、伸長側電磁比例減圧弁第一
ポート２０ａからの油を伸長側パイロットバルブ１８Ａ
を介して油タンク１６に排出できるようになっている。
一方、パイロットポート１９ｆにパイロット圧油が供給
された場合には、第三ポート１９ｃが閉じ、第一ポート
１９ａと第四ポート１９ａとを連通する弁路が開き、か
つ第二ポート１９ｂと第五ポート１９ｅとを連通する弁
路が開く第二位置Ｙに切換って、パイロットバルブ出力
ポート１８ａからのパイロット圧油を伸長側電磁比例減
圧弁第二ポート２０ｂに供給すると共に、伸長側電磁比
例弁圧弁第一ポート２０ａからの油を油タンク１６に排
出できるようになっている。

【０００９】また、伸長側電磁比例減圧弁２０Ａは、前
記伸長側切換弁１９Ａとコントロールバルブ伸長側パイ
ロットポート１７ａとのあいだに配設されるが、第一〜
第三ポート２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、およびソレノイド
２０ｄを備えており、第一ポート２０ａは前記伸長側切
換弁第四ポート１９ｄに、第二ポート２０ｂは伸長側切
換弁第五ポート１９ｅに、第三ポート２０ｃはコントロ
ールバルブ伸長側パイロットポート１７ａにそれぞれ接
続されている。 そしてこの伸長側電磁比例減圧弁２０
Ａは、ソレノイド２０ｄが励磁していない状態では、第
一ポート２０ａと第三ポート２０ｃとを連通する弁路を
開き、かつ第二ポート２０ｂを閉じているが、後述する
制御部２３からの作動指令に基づいてソレノイド２０ｄ
が励磁することにより、第二ポート２０ｂと第三ポート
２０ｃとを連通する出力用弁路を開くように構成されて
いる。そして該出力用弁路が開くことにより、第一位置
Ｘの伸長側切換弁１９Ａを経由したパイロット油圧源１
５からのパイロット圧油、または第二位置Ｙの伸長側切
換弁１９Ａを経由した伸長側パイロットバルブ１８Ａか
らのパイロット圧油をコントロールバルブ伸長側パイロ
ットポート１７ａに出力するようになっているが、該出
力圧力は、制御部２３からソレノイド２０ｄの駆動回路
に出力される制御指令に対応して増減するようになって
いる。

【００１０】さらに、伸長側圧力センサ２１Ａは、前記
伸長側パイロットバルブ１８Ａから出力されるパイロッ
ト圧油の圧力を検出するものであって、該伸長側圧力セ
ンサ２１Ａの検出信号は、前記制御部２３に入力される
ようになっている。

【００１１】一方、前記制御部２３は、マイクロコンピ
ュータ等を用いて構成されるものであるが、このものに
は、リアブーム６の上部旋回体３に対する相対角度（後
述する実ブーム角度α_act）を検出するためのブーム角
度センサ２４、フロントブーム７のリアブーム６に対す
る相対角度（後述する実オフセット角度γ_act）を検出
するためのオフセット角度センサ２５、アーム８のフロ
ントブーム７に対する相対角度（後述する実アーム角度
β_act）を検出するためのアーム角度センサ２６、前述
したアーム用シリンダ１２の伸長側、縮小側のパイロッ
ト油路にそれぞれ設けられた伸長側、縮小側の圧力セン
サ２１Ａ、２１Ｂ、同様にしてブーム用シリンダ１０の
伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ設けられる
伸長側、縮小側の圧力センサ２７Ａ、２７Ｂ、オフセッ
ト用シリンダ１１の伸長側、縮小側のパイロット油路に
それぞれ設けられる伸長側、縮小側の圧力センサ２８
Ａ、２８Ｂ等の各種センサやスイッチ類からの信号が入
力するようになっており、これら入力信号に基づいて後
述する各種設定器、演算器、選択器等により設定、演
算、選択等を行い、そして前述したアーム用シリンダ１
２の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ設けら
れた伸長側、縮小側の電磁比例減圧弁２０Ａ、２０Ｂ、
同様にしてブーム用シリンダ１０の伸長側、縮小側のパ
イロット油路にそれぞれ設けられる伸長側、縮小側の電
磁比例減圧弁２９Ａ、２９Ｂ、オフセット用シリンダ１
１の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ設けら
れる伸長側、縮小側の電磁比例減圧弁３０Ａ、３０Ｂ等
に対し制御指令を出力するように構成されている。

【００１２】次に、前記制御部２３に設けられる各種設
定器、演算器、選択器等について図５〜図１１に基づい
て説明すると、図５のブロック図において、３１Ａ、３
１Ｂは伸長側、縮小側のアーム操作信号設定器であっ
て、このものは、前記アーム用シリンダ１２のパイロッ
ト油路に設けられた伸長側、縮小側の圧力センサ２１
Ａ、２１Ｂからの検出信号を入力し、該検出信号に基づ
いて伸長側、縮小側のアーム用電磁比例減圧２０Ａ、２
０Ｂに対するアーム操作信号をそれぞれ設定して出力す
る。この場合、アーム操作信号設定器３１Ａ、３１Ｂ
は、図６の特性図（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、圧力セン
サ２１Ａ、２１Ｂで検出された圧力、つまりアーム用パ
イロットバルブ１８Ａ、１８Ｂの出力圧と等しい圧力を
アーム用電磁比例減圧弁２０Ａ、２０Ｂに発生させるた
めの０〜１００％の信号を設定する。３２はアーム限界
角度演算器であって、このものは、ブーム角度センサ２
４で検出された実ブーム角度α_act、およびオフセット
角度センサ２５で検出された実オフセット角度γ_actに
基づいて、アーム限界角度β_LTを演算して出力するが、
該アーム限界角度β_LTの演算については、後述する。３
３は第一減算器であって、このものは、前記アーム限界
角度演算器３２で演算されたアーム限界角度β_LTからア
ーム角度センサ２６で検出される実アーム角度β_actを
減算し、該減算したものを角度偏差Δβとして出力す
る。３４は第一係数設定器であって、このものは、前記
減算器３３から出力される角度偏差Δβに基づいて係数
ｊ（ｊ＝０〜１）を設定して出力する。この場合、第一
係数設定器３４は、図７の特性図に示すごとく、角度偏
差Δβが予め設定される設定値Ｄ以下（Δβ≦Ｄ）のと
きには係数「１」を出力し、予め設定される設定値Ｅ以
上（Δβ≧Ｅ）のときには係数「０」を出力し、さらに
設定値ＤからＥのあいだ（Ｄ＜Δβ＜Ｅ）のときには、
角度偏差Δβが大きくなるにつれて小さくなるように設
定された係数ｊを出力するように設定されている（但
し、Ｄ、Ｅは共にプラスの値であって、Ｄ＜Ｅ）。３５
は限界位置演算器であって、このものは、ブーム角度セ
ンサ２４で検出された実ブーム角度α_act、オフセット
角度センサ２５で検出された実オフセット角度γ_act、
および前記アーム限界角度演算器３２で演算されたアー
ム限界角度β_LTに基づいて、アーム先端部ｃの限界位置
座標（Ｘ_LT，Ｙ_LT）を演算して出力するが、該限界位置
座標（Ｘ_LT，Ｙ_LT）の演算については、後述する。３６
は角速度比設定器であって、このものは、前記限界位置
演算器３５から出力されるアーム先端ｃの限界位置座標
（Ｘ_LT，Ｙ_LT）に基づき、限界位置でのブーム角速度に
対するアーム角速度の比ｉを設定して出力するが、該角
速度比ｉの設定については、後述する。３７は第一乗算
器であって、このものは、前記第一係数設定器３４から
出力される係数ｊと角速度比設定器３６から出力される
角速度比ｉとを掛け合せ、該掛け合せたものを、目標角
速度比ｋとして出力する。３８は角度制御信号設定器で
あって、このものは、前記減算器３３から出力される角
度偏差Δβに基づいて角度制御信号を出力する。この場
合、角度制御信号設定器３８は、図８の特性図に示すご
とく、角度偏差Δβが予め設定されるプラスの設定値Ｆ
以上（Δβ≧Ｆ）のときには１００％の信号を出力する
が、角度偏差Δβが小さくなるにつれて出力信号値も小
さくなり、そして角度偏差Δβが「０」および「０」の
近傍値のときには０％の信号を出力し、さらに予め設定
されるマイナスの設定値Ｇ以下（Δβ≦Ｇ）のときには
−１００％の信号を出力するようになっている。３９は
ブーム用微分演算器であって、このものは、ブーム角度
センサ２４で検出された実ブーム角度α_actから実ブー
ム角速度ｄα_act／ｄｔを演算して出力する。４０はア
ーム用微分演算器であって、このものは、アーム角度セ
ンサ２６で検出された実アーム角度β_actから実アーム
角速度ｄβ_act／ｄｔを演算して出力する。４１は第二
乗算器であって、このものは、前記ブーム用微分演算器
３９から出力される実ブーム角速度ｄα_act／ｄｔに、
第一乗算器３７から出力される目標角速度比ｋを乗じ、
該乗じたものをアーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔとして
出力する。４２はフィードフォワード信号設定器であっ
て、このものは、前記第二乗算器４１から出力されるア
ーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔに基づきフィードフォワ
ード信号を設定して出力する。この場合、フィードフォ
ワード信号設定器４２は、図９の特性図に示すごとく、
アーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔが「０」以上（ｄβ_set
／ｄｔ≧０）のときには「０」の信号を出力し、アーム
目標角速度ｄβ_set／ｄｔがマイナス側に大きくなるに
つれてマイナス側に大きくなる信号を出力するように設
定されている。４３は第二減算器であって、このもの
は、前記第二乗算器４１で設定されるアーム目標角速度
ｄβ_set／ｄｔからアーム用微分演算器４０で演算され
た実アーム角速度ｄβ_act／ｄｔを減算し、該減算した
ものを角速度偏差Δｄβ／ｄｔとして出力する。４４は
切換器であって、このものは、前記ブーム用微分演算器
３９の出力信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦするものであっ
て、ブーム用微分演算器３９の出力が「０」のときに
は、第二減算器４３の信号を第三乗算器４５に出力しな
いＯＦＦ側に切換り、ブーム用微分演算器３９の出力が
「０」でないときには、第二減算器４３の信号を第三乗
算器４５に出力するＯＮ側に切換わる。第三乗算器４５
は、前記切換器４４の出力と第一係数設定器３４から出
力される係数ｊとを掛け合せ、該掛け合せたものを角速
度偏差制御信号として出力する。４６は第一信号制限器
であって、このものは、前記第三乗算器４５から出力さ
れる角速度偏差制御信号のプラス側をカットする。４７
は第一ＰＩ制御演算器であって、このものは、前記第一
信号制限器４６から出力される角速度偏差に基づいてＰ
Ｉ制御（比例−積分制御）演算を行うものであって、比
例ゲイン設定器４７ａと、積分ゲイン設定器４７ｂと、
積分演算器４７ｃと、比例成分と積分成分を加算する加
算器４７ｄとを用いて構成されるが、上記積分演算器４
７ｃは、縮小側アーム操作信号設定器３１Ｂから縮小側
アーム操作信号が出力されるとリセットされるように設
定されている。４８は第二係数設定器であって、このも
のは、前記第一減算器３３から出力される角度偏差Δβ
をもとに「１」から「０」の係数を設定する。この場
合、第二係数設定器４８は、図１０の特性図に示す如
く、角度偏差Δβが予め設定される設定値Ｊ以上（Δβ
≧Ｊ）のときには係数「０」を出力し、「０」以下（Δ
β≦０）のときは係数「１」を出力し、設定値Ｊから
「０」のあいだ（Ｊ＞Δβ＞０）のときには、角度偏差
Δβが「０」に近づくにつれて「１」に近づく係数を出
力する。４９は第四乗算器であって、このものは、前記
第一減算器３３から出力される角度偏差Δβに第二係数
設定器４８から出力される係数を乗じて出力する。５０
は第二ＰＩ制御演算器であって、このものは、前記第四
乗算器４９から出力される角度偏差に基づいてＰＩ制御
（比例−積分制御）演算を行うものであって、比例ゲイ
ン設定器５０ａと、積分ゲイン設定器５０ｂと、積分演
算器５０ｃと、比例成分と積分成分を加算する加算器５
０ｄとを用いて構成されるが、上記積分演算器５０ｃ
は、縮小側アーム操作信号設定器３１Ｂから縮小側アー
ム操作信号が出力されるとリセットされるように設定さ
れている。５１は第二信号制限器であって、このもの
は、前記ＰＩ制御演算器５０の信号のプラス側をカット
する。５２は第一加算器であって、このものは、前記フ
ィードフォワード信号設定器４２から出力される速度フ
ィードフォワード信号と角度制御信号設定器３８から出
力される角度制御信号とを加算して出力する。５３は第
二加算器であって、このものは、前記第一加算器５２の
出力と第一ＰＩ制御演算器４７の出力と第二信号制限器
５１の出力とを加算して出力する。５４は伸長側アーム
制御信号設定器であって、このものは、前記第二加算器
５３の出力に基づいて、アーム用伸長側（アームイン
側）電磁比例減圧弁２０Ａに対する制御信号を設定して
出力する。この場合、伸長側アーム制御信号設定器５４
は、図１１（Ａ）の特性図に示す如く、第二加算器５３
の出力値Ｐが「０」以下（Ｐ≦０）のときには、伸長側
電磁比例減圧弁２０Ａの出力用弁路を全閉させる０％の
信号を出力し、出力値Ｐが予め設定されるプラスの設定
値Ｋ以上（Ｐ≧Ｋ）のときには、出力用弁路を全開させ
る１００％の信号を出力し、さらに出力値Ｐが「０」か
らＫのあいだ（０＜Ｋ＜Ｄ）のときには、出力値Ｐが大
きくなるにつれて出力圧力が大きくなるように設定され
た０％を越えて１００％未満の信号を出力するように設
定されている。５５は縮小側アーム制御信号設定器であ
って、このものは、前記第三加算器５３の出力に基づい
て、アーム用縮小側（アームアウト側）電磁比例減圧弁
２０Ｂに対する制御信号を設定して出力する。この場
合、縮小側アーム制御信号設定器５５は、図１１（Ｂ）
の特性図に示す如く、第二加算器５３の出力値Ｐが
「０」以上（Ｐ≧０）のときには、縮小側電磁比例減圧
弁２０Ｂの出力用弁路を全閉させる０％の信号を出力
し、出力値Ｐが予め設定されるマイナスの設定値Ｍ以下
（Ｐ≦Ｍ）のときには、出力用弁路を全開させる１００
％の信号を出力し、さらに出力値Ｐが前記設定値Ｍから
「０」までのあいだ（Ｍ＜Ｐ＜０）のときには、出力値
Ｐがマイナス側に大きくなるにつれて電磁比例減圧弁２
０Ａの出力圧力が大きくなるように設定された０％を越
えて１００％未満の信号を出力するように設定されてい
る。５６はＭＩＮ信号選択器であって、このものは、前
記伸長側アーム操作信号設定器３１Ａから出力される伸
長側アーム操作信号と、伸長側アーム制御信号設定器５
４から出力される伸長側アーム制御信号とのうち最小値
を選択し、該選択した信号値を伸長側アーム駆動信号と
して、アーム用伸長側電磁比例減圧弁２０Ａの駆動回路
に出力する。５７はＭＡＸ信号選択器であって、このも
のは、縮小側アーム操作信号設定器３１Ｂから出力され
る縮小側アーム操作信号と、縮小側アーム制御信号設定
器５５から出力される縮小側アーム制御信号とのうち最
大値を選択し、該選択した信号値を縮小側アーム駆動信
号として、アーム用縮小側電磁比例減圧弁２０Ｂの駆動
回路に出力する。

【００１３】次に、前記制御部２３における制御手順に
ついて説明すると、まず伸長側、縮小側のアーム操作信
号設定器３１Ａ、３１Ｂは、圧力センサ２１Ａ、２１Ｂ
の検出信号に基づき、伸長側、縮小側のアーム用電磁比
例減圧弁２０Ａ、２０Ｂにパイロットバルブ１８Ａ、１
８Ｂからの出力圧と等しい圧力を発生させるための伸長
側、縮小側のアーム操作信号を設定して、ＭＩＮ信号選
択器５６、ＭＡＸ信号選択器５７にそれぞれ出力する。

【００１４】一方、アーム限界角度演算器３２におい
て、ブーム角度センサ２４で検出された実ブーム角度α
_act、およびオフセット角度センサ２５で検出された実
オフセット角度γ_actに基づいて、アーム限界角度β_LT
を演算する。ここで、図１２は上部旋回体３を側面から
見たときのリアブーム６の先端部ａ、フロントブーム７
の先端部ｂ、アーム８の先端部ｃの各部を座標上に示し
たものであって、原点Ｏはリアブーム６の上部旋回体３
に対する揺動支点、Ｘ軸は上部旋回体３を基準として前
後方向を向く方向、Ｙ軸は上下方向を向く方向であり、
また、図１３は図１２のＡ矢視図であって、Ｚ軸は左右
方向を向く方向である。そして、ブーム角度αは、図１
２において、原点Ｏおよびフロントブーム７の先端部ｂ
を結ぶ直線Ｒ_obとＸ軸とのなす角度であり、アーム角度
βは、図１２において、前記直線Ｒ_obとアーム８とのな
す角度の補角であり、オフセット角度γは、図１３にお
いて、左方向に移動したフロントブーム７とＸ軸とのな
す角度であって、前記ブーム角度センサ２４、アーム角
度センサ２６、オフセット角度センサ２５によって検出
されたブーム角度α、アーム角度β、オフセット角度γ
が、それぞれ実ブーム角度α_act、実アーム角度β_act、
実オフセット角度γ_actである。尚、本発明のブーム角
度検出手段は、本実施の形態のブーム角度センサ２４お
よび／またはオフセット角度センサ２５であり、また本
発明のブーム角度は、本実施の形態のブーム角度αおよ
び／またはオフセット角度γである。さらに、図１２に
示す干渉回避領域Ｈは、バケット９がキャブ４にこれ以
上接近してはならないとして設定された領域であって、
該領域Ｈ内にバケット９がどのような姿勢になっても侵
入しないようにしてアーム先端部ｃを移動させたときに
アーム８の先端部ｃが最もキャブ４に近接した場合の軌
跡に若干の余裕（不感帯）を持たせたものを干渉回避境
界線Ｌとして示す。そしてまず、アーム先端部ｃが干渉
回避境界線Ｌ上の任意の点（Ｘ_LT，Ｙ_LT）に位置してい
るときのアーム角度（該アーム角度を、アーム限界角度
β_LTとする）とブーム角度αの関係式を導く。図１２に
おいて、原点Ｏからアーム先端部ｃまでの距離ｒ_ocは、
次式で与えられる。 ｒ_oc＝｛Ｌ₁ ²＋Ｌ₂ ²−２Ｌ₁Ｌ₂ｃｏｓ(π−β_LT)｝^1/2 ・・・（１） 但し、図１２、図１３からＬ₁は次式で与えられる。 Ｌ₁＝（Ｌ_b1 ²＋Ｌ_b2x ²−２Ｌ_b1Ｌ_b2xｃｏｓθ）^1/2 ・・・（２） Ｌ_b2x＝Ｌ_b2ｃｏｓγ ・・・（３） ここで、 Ｌ_b1：リアブーム６の長さ Ｌ_b2：フロントブーム７の長さ Ｌ₂ ：アーム８の長さ θ：図１２におけるリアブーム６とフロントブーム７と
のなす角度(一定値)一方、アーム８の先端部ｃが干渉回
避境界線Ｌ上にあるときは、次式が成り立つ。 ｒ_oc＝（Ｘ_LT ²＋Ｙ_LT ²）^1/2 ・・・（４） （１）、（４）式よりアーム限界角度β_LTは、次式で表
される。 β_LT＝π−ｃｏｓ^-1｛(Ｌ₁ ²＋Ｌ₂ ²−Ｘ_LT ²−Ｙ_LT ²)／２Ｌ₁Ｌ₂｝ ・・（５） 次に、アーム限界角度β_LTとブーム角度αの関係を導
く。△ｏｂｃから次式が成立する。 ｒ_LT／ｓｉｎ（π−β）＝Ｌ₂／ｓｉｎ（α−ε） ・・・（６） 但し、 ε＝ｃｏｓ^-1（Ｘ_LT／ｒ_LT） ・・・（７） ｒ_LT＝（Ｘ_LT ²＋Ｙ_LT ²）^1/2 ・・・（８） 上記（６）式を整理してブーム角度αを導く。 α＝ｓｉｎ^-1｛ｒ_LTｓｉｎ（π−β_LT）／Ｌ₂｝＋ε ・・・（９） 以上の（１）から（９）式より、干渉回避境界線Ｌ上の
座標を設定すると、オフセット角度γをパラメータとし
てブーム角度αに対するアーム限界角度β_LTを求めるこ
とができ、これに基づいて関数テーブルβ_LT＝ｆ（α，
γ）を作成できる。そしてアーム限界角度演算器３２で
は、前記関数テーブルβ_LT＝ｆ（α，γ）に実ブーム角
度α_actと実オフセット角度γ_actとを入力し、アーム限
界角度β _LTを演算して出力する。尚、フロントブーム７
の先端部ｂの座標（Ｘ_b，Ｘ_b）およびアーム８の先端部
ｃの座標（Ｘ_c，Ｙ_c）は次式で与えられる。 Ｘ_b＝Ｌ₁ｃｏｓα ・・・（１０） Ｙ_b＝Ｌ₁ｓｉｎα ・・・（１１） Ｘ_c＝Ｘ_b＋Ｌ₂ｃｏｓ（β−α） ・・・（１２） Ｙ_c＝Ｙ_b−Ｌ₂ｓｉｎ（β−α） ・・・（１３）

【００１５】次いで、限界位置演算器３５において、ブ
ーム角度センサ２４で検出される実ブーム角度α_act、
オフセット角度センサ２５で検出される実オフセット角
度γ_{a ct}、および前記アーム限界角度演算器３２から出
力されるアーム限界角度β_LTに基づき、以下の関係式に
よりアーム先端部ｃの限界位置座標（Ｘ_LT，Ｙ_LT）を演
算する。 Ｘ_LT＝Ｌ₁ｃｏｓα_act＋Ｌ₂ｃｏｓ（β_LT−α_act） ・・・（１４） Ｙ_LT＝Ｌ₁ｓｉｎα_act−Ｌ₂ｓｉｎ（β_LT−α_act） ・・・（１５）

【００１６】さらに制御部２３は、角速度比設定器３６
において、前記限界位置演算器３５から出力されるアー
ム先端部ｃの限界位置座標Ｙ_LTに基づき、限界位置にお
けるブーム角速度に対するアーム角速度の比ｉを設定す
る。ここで、角速度比ｉの設定は、以下の関係式（１
６）を用いて演算する。限界位置座標（Ｘ_LT，Ｙ_LT）で
の干渉回避境界線Ｌの傾きがＸ軸方向の速度ＶxとＹ軸
方向の速度Ｖyの比ｈになる。一方、（１０）〜（１
３）式を微分して整理すると、速度Ｖx、Ｖyと角速度ｄ
α／ｄｔ、ｄβ／ｄｔの関係式（１６）が導かれる。 ・・・（１６） 上式（１６）において、Ｖx＝１、Ｖy＝ｈとすると、
（ｄα／ｄｔ）：（ｄβ／ｄｔ）の比ｉが求められる。
そして、角速度比設定器３６では、上記の関係式に基づ
いて各限界位置座標での角速度比ｉを関数テーブルで設
定し、限界位置座標Ｙ_LTを入力してブーム角速度に対す
るアーム角速度の比ｉを求め、該角速度比ｉを出力す
る。

【００１７】次いで制御部２３は、アーム角速度の制御
演算を行う。この場合、まず、前記角速度比設定器３６
で設定された角速度比ｉに、第一係数設定器３４で設定
される係数ｊ（ｊ＝０〜１）を第一乗算器３７で掛け合
せて、目標角速度比ｋを求める。一方、ブーム角度セン
サ２４から入力される実ブーム角度α_actをブーム用微
分演算器３９で微分して実ブーム角速度ｄα_act／ｄｔ
を求め、同様にしてアーム角度センサ２６から入力され
る実アーム角度β_actをアーム用微分演算器４０で微分
して実アーム角速度ｄβ_act／ｄｔを求める。さらに、
第二乗算器４１において、前記実ブーム角速度ｄα_act
／ｄｔに、第一乗算器３７で求められた目標角速度比ｋ
を乗じてアーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔを求め、該ア
ーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔに基づき、フィードフォ
ワード信号設定器４２でフィードフォワード信号を設定
する。また、第二減算器４３では、前記第二乗算器４１
で求められたアーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔから、ア
ーム用微分演算器４０から出力される実アーム角速度ｄ
β_act／ｄｔを引いて角速度偏差Δｄβ／ｄｔを求め、
該角速度偏差Δｄβ／ｄｔを切換器４４に出力する。該
切換器４４は、ブーム用微分演算器３９の出力が「０」
のときにはＯＦＦ側に切換り、「０」でないときにはＯ
Ｎ側に切換るように設定されており、そしてＯＮ側に切
換えられているときに、前記角速度偏差Δｄβ／ｄｔを
第三乗算器４５に伝える。さらに第三乗算器４５では、
前記切換器４４の出力と第一係数設定器３４の出力を掛
け合せ、このものに、第一信号制限器４６においてプラ
ス偏差をカットする制限をかけてから、ＰＩ制御演算器
４７に出力する。そして第一ＰＩ制御演算器４７では、
比例ゲイン設定器４７ａで比例成分を求め、積分ゲイン
設定器４７ｂから出力される信号を積分演算器４８ｃで
積分して積分成分を求め、さらにこれら比例成分と積分
成分とを加算器４８ｄで加算する。この場合、積分演算
器４８ｃは、縮小側アーム操作信号設定器３１Ｂの信号
が出力されるとリセットされる。上記の演算により、後
述するように、アーム先端部ｃが干渉回避境界線Ｌに近
づくと、第一ＰＩ制御演算器４７の信号とフィードフォ
ワード信号設定器４２の信号が出力され、両者が第二加
算器５３で加算されることによりアーム角速度の制御演
算がなされる。尚、本発明の角速度制御演算手段は、本
実施の形態では、第一減算器３３、第一係数設定器３
４、限界位置演算器３５、角速度比設定器３６、第一乗
算器３７、ブーム用微分演算器３９、アーム用微分演算
器４０、第二乗算器４１、フィードフォワード信号設定
器４２、第二減算器４３、切換器４４、第三乗算器４
５、第一信号制限器４６、第一ＰＩ制御演算器４７、第
二加算器５３を用いて構成されている。

【００１８】さらに制御部２３は、アーム角度の制御演
算を行うが、該アーム角度の制御演算を行うにあたり、
前記第一減算器３３で求めた角度偏差Δβに基づき第二
係数設定器４８で「０」から「１」の係数が出力され、
該係数と角度偏差Δβとが第四乗算器４９で掛け合せら
れる。この場合、第二係数設定器４８は、角度偏差Δβ
が「０」に近づくと係数「１」を出力するように設定さ
れているので、角度偏差Δβが「０」に近づいて第二係
数設定器４８から係数「１」が出力されると、第四乗算
器４９の出力値は角度偏差Δβと等しくなる。さらに、
前記第四乗算器４９で求められた角度偏差に基づき、第
二ＰＩ制御演算器５０でＰＩ制御演算が行われる。該第
二ＰＩ制御演算器５０では、比例ゲイン設定器５０ａで
比例成分を求め、積分ゲイン設定器５０ｂから出力され
る信号を積分演算器５０ｃで積分して積分成分を求め、
さらにこれら比例成分と積分成分とを加算器５０ｄで加
算する。この場合、積分演算器５０ｃは、縮小側アーム
操作信号設定器３１Ｂの信号が出力されるとリセットさ
れる。前記第二ＰＩ制御演算器５０の出力は、第二信号
制限器５１でプラス側の信号がカットされる制限が行わ
れる。上記の演算により、後述するように、アーム先端
部ｃが干渉回避境界線Ｌに近づくと第二ＰＩ制御演算器
５０から制御信号が出力される。そして、該制御信号は
第二信号制限器５１で制限されてから、第二加算器５３
において角度制御信号設定器３８から出力される角度制
御信号に加算されることにより、アーム角度の制御演算
がなされる。尚、本発明の角度制御演算手段は、本実施
の形態では、第一減算器３３、角度制御信号設定器３
８、第二係数設定器４８、第四乗算器４９、第二ＰＩ制
御演算器５０、第二信号制限器５１、第二加算器５３を
用いて構成されている。

【００１９】続いて制御部２３は、アーム用伸長側、縮
小側電磁比例減圧弁２０Ａ、２０Ｂに対する駆動信号を
設定して出力する。この場合、第一加算器５２におい
て、フィードフォワード信号設定器４２から出力される
フィードフォワード信号と角度制御信号設定器３８から
出力される角度制御信号が加算され、さらに第二加算器
５３において、上記第一加算器５２の出力と第一ＰＩ制
御演算器４７から出力されるアーム角速度制御信号と第
二信号制限器５１から出力されるアーム角度制御信号と
が加算され、制御信号が出力される。上記の演算で求め
られた制御信号がプラスのときは、伸長側アーム制御信
号設定器５４からアーム伸長側（アームイン側）の電磁
比例減圧弁２０Ａに対する制御信号が出力され、マイナ
スのときには、縮小側アーム制御信号設定器５５でアー
ム縮小側（アームアウト側）の電磁比例減圧弁２０Ｂに
対する制御信号が出力される。そして、ＭＩＮ信号選択
器５６では、伸長側アーム操作信号設定器３１Ａの出力
と伸長側アーム制御信号設定器５４の出力を比較し、小
さい方の信号を選択して伸長側電磁比例減圧弁２０Ａに
出力し、同弁を駆動する。同様に、ＭＡＸ信号選択器５
７は、縮小側アーム操作信号設定器３１Ｂの出力と縮小
側アーム制御信号設定器５５の出力を比較し、大きい方
の信号を選択して縮小側電磁比例減圧弁２０Ｂに出力
し、同弁を駆動する。

【００２０】次に、前記制御部２３の制御について、フ
ロントアタッチメント５の作動に対応させて説明する
と、まず、アーム８を単独でイン側に操作した場合、ア
ーム先端部ｃが干渉回避境界線Ｌから充分に離れていて
バケット９が干渉回避領域Ｈ内に侵入する惧れのない状
態では、第一減算器３３で求められる角度偏差Δβは、
前記設定値Ｅ、ＦおよびＪ以上のプラスの大きな値とな
る。このため、図８の特性を有する角度制御信号設定器
３８はプラスの最大信号（１００％）を出力する。一
方、リアブーム６は作動していないのでブーム用微分演
算器３９から出力される実ブーム角速度ｄα_act／ｄｔ
は「０」になる。このため第二乗算器４１から出力され
るアーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔは「０」となり、さ
らに図９の特性を有するフィードフォワード信号設定器
４２の出力も「０」となる。また、アーム８がイン側に
動いているため、アーム用微分演算器４０で求められる
実アーム角速度ｄβ_act／ｄｔはプラスとなる。これに
対し、アーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔは前述したよう
に「０」であるため、第二減算器４３で求められる角速
度偏差Δｄβ／ｄｔはマイナスになるが、このとき、実
ブーム角速度ｄα_act／ｄｔが「０」であるため切換器
４４はＯＦＦ側に切換っており、而して、第三乗算器４
５、第一信号制限器４６、第一ＰＩ制御演算器４７の出
力は常時「０」となる。一方、前述したように第一減算
器３３から出力される角度偏差Δβは設定値Ｊ以上のプ
ラスの大きな値であるため、図１０の特性を有する第二
係数設定器４８から出力される係数は「０」となり、而
して、第四乗算器４９、第二ＰＩ制御演算器５０、第二
信号制限器５１の出力は「０」となる。上記の制御演算
の結果、第二加算器５３に入力される信号のうち、フィ
ードフォワード信号設定器４２、第一ＰＩ制御演算器４
７、第二信号制限器５１からの出力信号は「０」となる
から、第二加算器５３は、角度制御信号設定器３８から
出力されるプラスの最大信号（１００％）を出力し、而
して伸長側アーム制御信号設定器５４からは最大（１０
０％）の信号が出力される。そして、ＭＩＮ信号選択器
５６で伸長側アーム操作信号設定器３１Ａと伸長側アー
ム制御信号設定器５４の出力が比較され小さい信号が選
択されるが、伸長側アーム操作信号設定器３１Ａからは
０％を越えて１００％までの信号が出力されるので、伸
長側アーム操作信号設定器３１Ａの出力信号の方が伸長
側アーム制御信号設定器５４よりも小さいか等しく、こ
のため伸長側アーム操作信号設定器３１Ａの出力信号が
ＭＩＮ信号選択器５６により選択され、このものが伸長
側アーム用電磁比例減圧弁２０Ａに駆動信号として出力
される。これにより伸長側アーム用電磁比例減圧弁２０
Ａは、伸長側アーム用パイロットバルブ１８Ａの出力圧
と等しい圧力のパイロット圧油をアーム用コントロール
バルブ１７の伸長側パイロットポート１７ｂに出力す
る。一方、前述したように第二加算器５３はプラスの信
号を出力するので、縮小側アーム制御信号設定器５５か
らは０％の信号が出力される。また、アーム用シリンダ
１２の縮小（アウト）側は操作されていないので、縮小
側アーム操作信号設定器３１Ｂは０％の信号を出力す
る。従って、ＭＡＸ信号選択器４０は０％の信号を出力
し、縮小側アーム用電磁比例減圧弁２０Ｂの出力用弁路
は全閉する。これにより、アーム用コントロールバルブ
１７は、オペレータのアーム用操作具２２の操作に基づ
いて伸長側パイロットバルブ１８Ａから出力されるパイ
ロット圧で制御される。つまり、アーム先端部ｃが干渉
回避境界線Ｌから遠く離れている場合には、アーム用操
作具２２の操作に対応した速度でアームインの作動が行
われる。

【００２１】上記の状態から、アーム先端部ｃが干渉回
避境界線Ｌに近づくと、実アーム角度β_actがアーム限
界角度β_LTに近づいて、第一減算器３３から出力される
角度偏差Δβが次第に小さくなるので、角度制御信号設
定器３８の出力は徐々に「０」に近づく。一方、角度偏
差Δβが「０」に近づくと、図１０の特性により第二係
数設定器４８から出力される係数は「１」に近づき、第
四乗算器４９から角度偏差が第二ＰＩ制御演算器５０に
出力されてＰＩ制御演算が行われる。この場合、角度偏
差がプラスのときには、第二ＰＩ制御演算器５０からプ
ラスの信号が出力されるが、第二信号制限器５１でプラ
ス側がカットされるため、該第二信号制限器５１からの
出力信号は「０」となる。また、リアブーム６が作動し
ていないため、前述したように、フィードフォワード信
号設定器４２および第一ＰＩ制御演算器４７からの出力
信号も「０」となり、而して第二加算器５３は、角度制
御信号設定器３８からの出力信号を出力する。これによ
り、伸長側アーム制御信号設定器５４の出力信号は角度
偏差Δβが「０」に近づくと徐々に下がり、そして、伸
長側アーム制御信号設定器５４の出力信号が伸長側アー
ム操作信号設定器３１Ａの出力信号よりも小さくなる
と、該小さい方の伸長側アーム制御信号設定器５４の信
号がＭＩＮ信号選択器５６により選択され、このものが
伸長側アーム用電磁比例減圧弁２０Ａに駆動信号として
出力される。これにより、実アーム角度β_actがアーム
限界角度β_LTに近づくにつれて、伸長側アーム用電磁比
例減圧弁２０Ａの出力圧が低下し、該伸長側アーム用電
磁比例減圧弁２０Ａで減圧されたパイロット圧油がアー
ム用コントロールバルブ伸長側パイロットポート１７ａ
に供給されることになる。而してアーム先端部ｃが干渉
回避境界線Ｌに近づくほどアームインの作動速度は減速
して停止する。

【００２２】上記の状態からさらに、アーム先端部ｃが
干渉回避境界線Ｌに近づいて実アーム角度β_actがアー
ム限界角度β_LTより小さくなると、第二ＰＩ制御演算器
５０の出力がマイナスとなるので、第二信号制限器５１
からマイナスの信号が出力される。一方、角度制御信号
設定器３８からの出力信号もマイナスとなり、而して第
二加算器５３の出力はマイナスとなる。これにより、伸
長側アーム制御信号設定器５４からは、伸長側アーム用
電磁比例電磁弁２０Ａの出力用弁路を全閉させる０％の
信号、つまりアームインの作動を停止させる停止信号が
出力され、該０％の信号がＭＩＮ信号選択器５６により
選択されて伸長側アーム用電磁比例減圧弁２０Ａに出力
される。一方、前述したように第二加算器５３の出力が
マイナスであるため、縮小側アーム制御信号設定器５５
からは、０％を越えて１００％までの信号が出力され
る。このとき、アーム用シリンダ１２の縮小（アウト）
側は操作されていないので、縮小側アーム操作信号設定
器３１Ｂは０％の信号を出力する。従って、ＭＡＸ信号
選択器５７により縮小側アーム制御信号設定器５５の信
号が選択され、このものが縮小側アーム用電磁比例減圧
弁２０Ｂに駆動信号として出力される。而して、アーム
用コントロールバルブ１７は、縮小側電磁比例減圧２０
Ｂの出力圧で制御されることになり、アーム用シリンダ
１２が縮小して、アーム８が自動的にアウトし、バケッ
ト９が干渉回避領域Ｈに侵入してしまうことを回避でき
る。

【００２３】また、アームインとブーム上昇とを複合操
作しているとき、アーム先端部ｃが環境回避境界線Ｌか
ら充分に離れている場合には、第一減算器３３で求めら
れる角度偏差Δβは、前述したように設定値Ｅ、Ｆおよ
びＪ以上のプラスの大きな値となり、これにより角度制
御信号設定器３８はプラスの最大信号（１００％）を出
力する。一方、第一係数設定器３４から出力される係数
は「０」となるので、第一乗算器３７から出力される目
標角速度比ｋ、第二乗算器４１から出力されるアーム目
標角速度ｄβ_set／ｄｔも「０」になり、而してフィー
ドフォワード信号設定器４２の出力も「０」になる。ま
た、切換器４４は、リアブーム６が作動していて実ブー
ム角速度ｄα_act／ｄｔが「０」でないためＯＮ側に切
換わっているが、第一係数設定器３４から出力される係
数が「０」のため、第三乗算器４５、第一信号制限器４
６の出力は「０」となる。これにより、アーム先端部ｃ
が環境回避境界線Ｌから充分に離れているときは、第一
ＰＩ制御演算器４７には「０」の信号が入力されること
になって、第一ＰＩ制御演算器４７の出力は「０」にな
る。同様に、第二係数設定器４８から出力される係数は
「０」となるので、第四乗算器４９の出力は「０」とな
り、第二ＰＩ制御演算器５０、第二信号制限器５１の出
力は「０」となる。上記の制御演算の結果、第二加算器
５３は、角度制御信号設定器３８から出力されるプラス
の最大信号を出力することになり、而して伸長側アーム
制御信号設定器５４からは、伸長側アーム用電磁比例減
圧弁２０Ａの出力用弁路を全開させる１００％の信号が
出力される一方、縮小側アーム制御信号設定器５５から
は、縮小側アーム用電磁比例減圧弁２０Ｂを全閉させる
０％の信号が出力される。これにより、アーム先端部ｃ
が環境回避境界線Ｌから遠く離れている場合には、アー
ムインとブーム上昇とを複合操作したときにも、前述の
アームインを単独操作したときと同様に、アーム用操作
具２２の操作に対応した速度でアームインの作動が行わ
れる。

【００２４】上記の状態から、アーム先端部ｃが干渉回
避境界線Ｌに近づくと、第一減算器３３から出力される
角度偏差Δβが小さくなるので、角度制御信号設定器３
８の出力は徐々に「０」に近づく。一方、第一係数設定
器３４の出力は「１」に近づき、第一乗算器３７から目
標角速度比ｋが出力されて、第二乗算器４１からアーム
目標角速度ｄβ_set／ｄｔが出力される。そして、該ア
ーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔがフィードフォワード信
号設定器４２に入力されるが、フィードフォワード信号
設定器４２は図９の特性を有しているので、マイナス出
力のみ出力される。また、第二減算器４３において、ア
ーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔからアーム用微分演算器
４０で求められる実アーム角速度ｄβ_act／ｄｔが減算
されて、角速度偏差Δｄβt／ｄｔが求められる。さら
に切換器４４は、リアブーム６が作動していて実ブーム
角速度ｄα_act／ｄｔが「０」でないのでＯＮ側に切換
わっており、而して第三乗算器４５において、前記角速
度偏差Δｄβt／ｄｔと第一係数設定器３４の係数が掛
けられ、このものが第一信号制限器４６を介して第一Ｐ
Ｉ制御演算器４７に入力され、ＰＩ制御演算が行われ
る。さらに、角度偏差Δβが小さくなると、第二係数設
定器４８から出力される係数は「１」に近づき、第四乗
算器４９から角度偏差信号が第二ＰＩ制御演算器５０に
入力され、ＰＩ制御演算が行われる。上記の制御演算の
結果、角度制御信号設定器３８の出力は「０」に近づく
一方で、フィードフォワード信号設定器４２の出力、第
一ＰＩ制御演算器４７の出力、および第二ＰＩ制御演算
器５０から第二信号制限器５１を介して出力される信号
はマイナスとなる。これにより、第二加算器５３の出力
値が小さくなって、伸長側アーム制御信号設定器５４の
出力信号が低下し、そして伸長側アーム操作信号設定器
３１Ａの出力信号よりも小さくなると、該小さい方の伸
長側アーム制御信号設定器５４の信号がＭＩＮ信号選択
器５６により選択されて伸長側アーム用電磁比例減圧弁
２０Ａに出力されることになって、アームインの作動は
減速して停止する。さらに、第二加算器５３の出力がマ
イナスになると、縮小側アーム制御信号設定器５５から
０％を越える信号が出力され、該出力信号がＭＡＸ信号
選択器５７により選択されて縮小側アーム用電磁比例減
圧弁２０Ｂに出力されて、アーム８が自動的にアウト側
に駆動される。

【００２５】叙述の如く構成されたものにおいて、バケ
ット９が干渉回避領域Ｈ内に侵入する惧れがない状態で
は、アーム８の作動は操作具２２の操作に対応して行わ
れるが、アーム先端部ｃが環境回避境界線Ｌに近づくと
アームインの作動は自動的に減速し、さらに干渉回避境
界線Ｌに近接するとアーム８が自動的にアウト作動し
て、バケット９が干渉回避領域Ｈに侵入することを回避
できることになる。この結果、例えば小旋回姿勢をとる
べくフロントブーム７が左にオフセットされている状態
でブーム上昇とアームインとを複合操作しているときに
バケット９がキャブ４に接近したような場合、アーム８
が自動的にアウトしてバケット９が干渉回避領域Ｈに侵
入してしまうことを回避しながらブームの上昇作動が続
行されることになって、従来のように作業が停止してし
まうようなことがなく、作業能率が向上する。

【００２６】しかもこのものにおいて、前記アーム８の
自動的な干渉回避動作を行うにあたり、実ブーム角度α
_actおよび実オフセット角度γ_actに基づいてアーム限界
角度β_LTを設定し、該アーム限界角度β_LTと実アーム角
度β_actとの角度偏差Δβを求め、該角度偏差Δβに基
づいてアーム角度の制御演算を行うアーム角度制御に加
えて、実ブーム角度α_actおよび実オフセット角度γ_act
に基づいてアーム先端部ｃの限界位置（Ｘ_LT，Ｙ_LT）を
求め、さらにアーム先端部ｃが干渉回避境界線Ｌに沿っ
て移動するための上記限界位置（Ｘ_LT，Ｙ_LT）における
ブーム角速度に対するアーム角速度の角速度比ｉを求
め、該角速度比ｉに基づいてアーム先端部ｃが干渉回避
境界線Ｌに近づいたときに実ブーム角速度ｄα_act／ｄ
ｔに応じたアーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔを設定し、
そして該アーム目標角速度ｄβ_set／ｄｔをフィードフ
ォワードおよび実アーム角速度ｄβ_act／ｄｔにフィー
ドバックしてアーム角速度の制御演算を行うアーム角速
度制御が付与されている。さらにこのものにおいて、前
記アーム角度およびアーム角速度の制御演算を行うにあ
たり、フィードフォワード信号設定器４２、第一信号制
限器４６、第二信号制限器５１において、アーム８をイ
ン側に作動させるためのプラス側の制御信号をカットす
るように設定されており、これにより、アーム先端部ｃ
が干渉回避境界線Ｌの近傍にあるときは、アーム８をア
ウトさせる制御信号のみが出力されることになる。この
結果、リアブーム６の作動速度に対応したアーム８の干
渉回避作動速度が得られ、かつ干渉回避境界線Ｌの前方
から早めにアーム８の干渉回避作動が制御されることに
なって、アーム８の回避動作が遅れてアーム先端部ｃが
干渉回避境界線Ｌの内側に入ってしまうような不具合を
確実に回避できると共に、干渉回避境界線Ｌの近傍でア
ーム先端部ｃが干渉回避境界線内を出入りしてしまうよ
うなことがなく、干渉回避境界線Ｌに沿ったアーム８の
滑らかな干渉回避動作が得られることになり、作業性、
操作性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧ショベルの側面図である。

【図２】フロントブームを左右揺動させた状態を示す油
圧ショベルの平面図である。

【図３】アーム用シリンダの油圧制御回路図である。

【図４】制御部の入出力を示すブロック図である。

【図５】干渉回避制御のブロック図である。

【図６】（Ａ）は伸長側アーム操作信号設定器の特性
図、（Ｂ）は縮小側アーム操作信号設定器の特性図であ
る。

【図７】第一係数設定器の特性図である。

【図８】角度制御信号設定器の特性図である。

【図９】フィードフォワード信号設定器の特性図であ
る。

【図１０】第二係数設定器の特性図である。

【図１１】（Ａ）は伸長側アーム制御信号設定器の特性
図、（Ｂ）は縮小側アーム制御信号設定器の特性図であ
る。

【図１２】制御演算に用いる説明図である。

【図１３】制御演算に用いる説明図である。

【図１４】従来例を示す油圧アクチュエータの油圧制御
回路図である。

【符号の説明】

４ キャブ ６ リアブーム ７ フロントブーム ８ アーム ９ バケット ２０Ａ アーム用伸長側電磁比例減圧弁 ２０Ｂ アーム用縮小側電磁比例減圧弁 ２１Ａ アーム用伸長側圧力センサ ２１Ｂ アーム用縮小側圧力センサ ２３ 制御部 ２４ ブーム角度センサ ２５ オフセット角度センサ ２６ アーム角度センサ ３１Ａ 伸長側アーム操作信号設定器 ３１Ｂ 縮小側アーム操作信号設定器 ３２ アーム限界角度演算器 ３３ 第一減算器 ３４ 第一係数設定器 ３５ 限界位置演算器 ３６ 角速度比設定器 ３７ 第一乗算器 ３８ 角度制御信号設定器 ３９ ブーム用微分演算器 ４０ アーム用微分演算器 ４１ 第二乗算器 ４２ フィードフォワード信号設定器 ４３ 第二減算器 ４４ 切換器 ４５ 第三乗算器 ４６ 第一信号制限器 ４７ 第一ＰＩ制御演算器 ４８ 第二係数設定器 ４９ 第四乗算器 ５０ 第二ＰＩ制御演算器 ５１ 第二信号制限器 ５２ 第一加算器 ５３ 第二加算器 ５４ 伸長側アーム制御信号設定器 ５５ 縮小側アーム制御信号設定器 ５６ ＭＩＮ信号選択器 ５７ ＭＡＸ信号選択器 Ｈ 干渉回避領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−256404（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−256405（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−284199（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 3/43 E02F 9/24

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械本体に対し揺動自在なブームと、該
   ブームの先端部に揺動自在に連結されるアームと、該ア
   ームの先端部に連結されるアタッチメントとを備えた作
   業用機械において、 予め設定される干渉回避領域内へのアタッチメントの侵
   入を回避するための干渉回避制御手段を設けるにあた
   り、 該干渉回避制御手段は、 ブームの機械本体に対する揺動角度を検出するブーム角
   度検出手段からの信号を入力し、該入力されたブーム角
   度に基づいてアタッチメントが干渉回避領域に侵入しな
   いためのアーム限界角度を設定するアーム限界角度設定
   手段と、 アームのブームに対する揺動角度を検出するアーム角度
   検出手段からの信号を入力し、該入力されたアーム角度
   と前記アーム限界角度との角度偏差を求め、該角度偏差
   に基づいてアーム角度の制御演算を行う角度制御演算手
   段と、 前記ブーム角度検出手段から入力されるブーム角度に基
   づいて演算されるブーム角速度、およびアーム角度検出
   手段から入力されるアーム角度に基づいて演算されるア
   ーム角速度を用いてアーム角速度の制御演算を行う角速
   度制御演算手段と、 前記角度制御演算手段および角速度制御演算手段の演算
   結果に基づいてアームの自動的な干渉回避作動を行うべ
   くアーム駆動手段に対する制御信号を設定する制御信号
   設定手段とを備えて構成されている作業用機械の干渉回
   避制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、角速度制御演算手段
   は、ブーム角度検出手段から入力されるブーム角度に基
   づいてブーム角速度を演算するブーム角速度演算手段
   と、アーム角度検出手段から入力されるアーム角度に基
   づいてアーム角速度を演算するアーム角速度演算手段
   と、アーム限界角度に基づいてアーム限界位置でのブー
   ム角速度に対するアーム角速度の角速度比を設定する角
   速度比設定手段と、該角速度比と前記ブーム角速度とか
   らアーム目標角速度を設定する目標角速度設定手段と、
   該アーム目標角速度および前記アーム角速度に基づいて
   アーム角速度の制御演算を行う制御演算手段とを用いて
   構成されている作業用機械の干渉回避制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、さらに干渉
   回避制御手段は、アーム用操作具の操作に基づいてアー
   ム駆動手段に対する操作信号を設定する操作信号設定手
   段と、該操作信号設定手段からの操作信号と制御信号設
   定手段からの制御信号のうち何れか一方を選択してアー
   ム駆動手段に出力する選択手段とが設けられている作業
   用機械の干渉回避制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、干渉回
   避制御手段は、少なくともブームが揺動している状態で
   アタッチメントが干渉回避領域に接近したとき、アーム
   を干渉回避領域から離れる方向に揺動させることで前記
   干渉回避領域内へのアタッチメントの侵入を回避しなが
   らブーム揺動を続行させるための機構が設けられている
   作業用機械の干渉回避制御装置。