JP3457762B2

JP3457762B2 - 油圧ショベルの掘削軌跡制御装置

Info

Publication number: JP3457762B2
Application number: JP08277095A
Authority: JP
Inventors: 且良那須; 誠之湯上; 毅山口; 孝治西村; 修道山田; 隆松田; 俊之石坂
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 2003-10-20
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: JPH08277543A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベルの掘削軌
跡制御装置に係り、特に、アームの先端が基準平面の両
側に設定された作動許可領域内を移動するようにアーム
とブームの各動作を制御する油圧ショベルの掘削軌跡制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は一般的な油圧ショベルの側面図
であり、この図１６において、１は走行体、２は運転室
２ａを有し走行体１の上部に配置された旋回体であり、
これら走行体１と旋回体２とで作業機本体３を構成して
いる。４は旋回体２の前方に回動可能に連結されたブー
ム、５はブーム４の先端に回動可能に連結されたアー
ム、６はアーム５の先端に回動可能に連結されたバケッ
トであり、これらブーム４とアーム５及びバケット６で
フロントアタッチメント７を構成している。８はブーム
４を駆動するブームシリンダ、９はアーム５を駆動する
アームシリンダ、１０はバケット６を駆動するバケット
シリンダ、１１は作業機本体３とブーム４とを連結する
ブームフートピン、１２はブーム４とアーム５とを連結
するブーム先端ピン、１３はアーム５とバケット６とを
連結するアーム先端ピンであり、各シリンダ８，９，１
０は運転室２ａ内に配置した操作レバー１４や操作ペダ
ル（図示せず）によって動作され、運転者がこれら操作
レバー１４や操作ペダルを適宜操作すると、その操作量
に応じた指示信号に基づいて、各シリンダ８，９，１０
に供給される圧油の供給量が制御される。

【０００３】従来より、このような油圧ショベルにおい
て、コントローラからの制御信号に応じて、バケット６
の刃先があらかじめ設定された軌跡に沿って移動するよ
うブーム４とアーム５の少なくとも一方を制御する掘削
軌跡制御装置が提案されており、その一例が特公平５−
８４４３３０号公報に記載されている。この掘削軌跡制
御装置では、指令手段により例えばアーム５の引き操作
を行なう場合、ブーム４とアーム５及びバケット６の各
角度センサにより検出される回動角度に基づいて演算す
ることにより、ブーム４を操作する操作指令信号を出力
すると共に、圧力センサ等によりブームシリンダ８やア
ームシリンダ９の各作動圧力を検出して前記操作指令信
号を随時補正して、この補正した操作指令信号に応じて
ブーム操作用スプールを移動させる。これによって、ア
ーム５の手動操作のみで、バケット６の刃先が所定の軌
跡に沿うようにブーム４を自動的に動作させることがで
きる。

【０００４】また、例えば特開平２−１５６６０号公報
に記載されているように、ブーム４の自動回動角度位置
を検出したとき、ブーム４及びアーム５の相対角度の変
化によってコントローラからの自動制御信号を操作伝動
装置に出力し、油圧力及び機械的操作伝達手段でブーム
操作用スプールを切り替え操作してブーム４を自動的に
動作させることにより、アーム５の手動操作のみで水平
ならし作業等を行なう油圧ショベルの掘削軌跡制御装置
も提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の油圧ショベルの掘削軌跡制御装置では、アーム５の
手動操作のみでコントローラからの制御信号に応じてブ
ーム４を自動的に動作できるため、操作が容易になると
いう利点を有するものの、運転者がブーム４の操作にま
ったく関与できないため良好な操作感覚が得られず、通
常の手動操作に慣れている運転者に違和感を抱かせると
いう不具合があった。

【０００６】また、特開平２−１５６６０号公報に記載
されているものでは、ブームシリンダ８やアームシリン
ダ９の各作動圧力を検出してフィードバック制御を行な
うようになっているため、複雑な制御機構が必要である
という問題があり、さらに、ブーム４及びアーム５の各
回動角のみならずバケット６の回動角をも検出するた
め、その信頼性を高める必要もあり、コストがかさむと
いう問題もあった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、その第１の目的は、通常の手動操
作に近い良好な操作感覚で直線引き作業やならし整地作
業を容易に行なえると共に、複雑な制御機構や操作伝動
装置を要せずにコストが安価な油圧ショベルの掘削軌跡
制御装置を提供することにある。また、その第２の目的
は、上述した直線引き作業やならし整地作業を傾斜面で
も容易に行なえる油圧ショベルの掘削軌跡制御装置を提
供することにある。また、その第３の目的は、運転者の
熟練度などに応じて、アームの先端座標を制御する精度
を変更できる油圧ショベルの掘削軌跡制御装置を提供す
ることにある。さらに、その第４の目的は、ブーム及び
アームの少なくとも一方の動作が禁止されたことを運転
者が容易に確認できる油圧ショベルの掘削軌跡制御装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るために、本発明の請求項１に記載の発明は、作業機本
体に回動可能に連結され、ブームシリンダにより駆動さ
れるブームと、このブームの先端に回動可能に連結さ
れ、アームシリンダにより駆動されるアームと、このア
ームの先端に回動可能に連結され、バケットシリンダに
より駆動されるバケットと、前記ブームの回動角度と前
記アームの回動角度をそれぞれ検出して角度信号を出力
する角度検出手段と、前記角度信号に基づいて前記アー
ムの先端座標を演算するコントローラと、前記ブームと
アーム及びバケットの各操作レバーにそれぞれ連動して
パイロット圧を供給するパイロット弁と、前記パイロッ
ト圧に応じて作動し、前記ブームシリンダ、アームシリ
ンダ及びバケットシリンダに供給される作動油の流れを
制御するコントロール弁と、前記パイロット圧を減圧す
るパイロット圧減圧手段とを備えた油圧ショベルであっ
て、前記アームの先端座標を含む基準平面の上下両側に
前記アームとブームの各動作を許可する作動許可領域を
設定すると共に、この作動許可領域の上下外側に前記ア
ームとブームの各動作を選択的に抑制する作動抑制領域
を設定し、前記アームの先端が前記作動許可領域から外
れて前記作動抑制領域に侵入したとき、前記ブームとア
ームの少なくとも一方の動作のうち、前記アームの先端
が前記作動許可領域から離れる方向への動作を禁止し、
前記アームの先端が前記作動許可領域に近づく方向への
動作のみを許可するようにしたことを特徴とする。

【０００９】また、前記第２の目的を達成するために、
本発明の請求項２に記載の発明は、上記構成に加えて、
前記基準平面を基準として所定の傾斜角まで傾斜させる
調整指令を前記コントローラに出力する傾斜角調整手段
を設け、前記傾斜角まで傾斜した基準傾斜面を基準とし
てその上下両側に前記アームとブームの各動作を許可す
る傾斜時の作動許可領域を設定すると共に、この作動許
可領域の外側に前記アームとブームの各動作を選択的に
抑制する傾斜時の作動抑制領域を設定したことを特徴と
する。

【００１０】また、前記第３の目的を達成するために、
本発明の請求項３に記載の発明は、上記構成に加えて、
前記作動許可領域の領域幅を調整する指令を前記コント
ローラに出力する領域幅調整手段を設けたことを特徴と
する。

【００１１】さらに、前記第４の目的を達成するため
に、本発明の請求項４に記載の発明は、上記構成に加え
て、前記ブームとアームの少なくとも一方の動作が禁止
されたことを報知する警告手段を設けたことを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】アームの先端座標を含む任意の基準平面が設定
されると、この基準平面を基準としてその上下両側にア
ームとブームの各動作を許可する作動許可領域が設定さ
れると共に、この作動許可領域の上下外側にアームとブ
ームの各動作を選択的に抑制する作動抑制領域が設定さ
れる。そして、アームとブームを複合操作する際、アー
ムの先端座標が前記作動許可領域内にある場合は、アー
ムとブームの各動作が許可されるが、例えば、ブームの
上げ動作によりアームの先端座標が前記作動許可領域か
ら外れて前記作動抑制領域に侵入した場合は、前記アー
ムの先端座標が前記作動許可領域から離れる方向へのブ
ーム動作、すなわちブームの上げ動作が自動停止され、
一方、アームの先端座標が前記作動許可領域に近づく方
向へのブーム動作、すなわちブーム下げ動作は許可され
る。また、アームの引き動作に関しても同様である。し
たがって、運転者がブームとアームの各操作レバーを操
作することに伴ってブームとアームが動作するため、通
常の手動操作に近い良好な操作感覚が得られる。また、
これらブームとアームの動作は、アームの先端座標が作
動許可領域内を移動するように自動的に制御されるた
め、直線引き作業やならし整地作業を容易に行なうこと
ができる。さらに、シリンダ作動圧力を検出してフィー
ドバック制御を行なうための制御機構や、油圧力及び機
械的操作力をブーム操作用スプールに付与するための操
作伝動装置を要せずに済むと共に、バケット用の回動角
センサが不要なので、その分コストを安価なものにでき
る。

【００１３】また、傾斜角調整手段の操作により前記基
準平面を基準として所定の傾斜角まで傾斜させる調整指
令をコントローラに出力するものでは、前記傾斜角まで
傾斜した基準傾斜面の両側に傾斜時の作動許可領域が設
定されると共に、この作動許可領域の外側に傾斜時の作
動抑制領域が設定される。したがって、上述した基準平
面を基準として作業する場合と同様に、傾斜面でも運転
者がブームとアームの各操作レバーを操作することに伴
ってブームとアームが前記傾斜時の作動許可領域内で動
作すると共に、アームの先端座標がこの作動許可領域に
位置するように自動的に制御できるので、上述した平面
の場合と同様に傾斜面でも直線引き作業やならし整地作
業を行なうことができる。

【００１４】また、領域幅調整手段の操作により作動許
可領域の領域幅を調整する指令を前記コントローラに出
力するものにあっては、前記指令に基づいて作動許可領
域の領域幅が増減するので、運転者の熟練度などに応じ
てアーム先端座標の制御精度を変更することができる。

【００１５】さらに、ブームとアームの少なくとも一方
の動作が禁止されると警告手段が作動するものにあって
は、この警告手段の作動によって前記動作が禁止された
ことを運転者が容易に確認できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の一実施例に係る油圧ショベルの掘削
軌跡制御装置のブロック図、図２は該油圧ショベルに備
えられるアームとブームの油圧駆動回路を示す回路図、
図３は図１の掘削軌跡制御装置で設定される制御対象領
域を示す説明図、図４は該制御対象領域を拡大して示す
説明図、図５は図１の掘削軌跡制御装置に備えられる基
準設定スイッチの正面図、図６は図１の掘削軌跡制御装
置に備えられる演算装置の処理内容の一部を示すフロー
チャート、図７は該演算装置の処理内容の残りの部分を
示すフローチャート、図８は該演算装置の通常動作処理
を示すフローチャート、図９は該演算装置の作業許可処
理を示すフローチャート、図１０は該演算装置の作業抑
制Ａ処理を示すフローチャート、図１１は該演算装置の
作業抑制Ｂ処理を示すフローチャート、図１２は該演算
装置の作業抑制Ｃ処理を示すフローチャート、図１３は
該演算装置の作業抑制Ｄ処理を示すフローチャート、図
１４は図１の掘削軌跡制御装置により設定される各領域
と軌跡制御モード及びその内容との関係を示す説明図で
あり、前述した図１６に対応する部分には同一符号を付
してある。

【００１７】図３，図４に示すように、本実施例に係る
油圧ショベルにおいては、掘削軌跡制御の対象となる制
御対象領域Ｚが設定されるようになっており、この制御
対象領域Ｚは、アーム５とブーム４の各動作を許可する
作動許可領域Ｘと、アーム５とブーム４の各動作を選択
的に抑制する作動抑制領域Ｙとからなっている。前記作
動許可領域Ｘは、アーム５の先端座標、例えばアーム先
端ピン１３の軸心を含む基準平面Ｐを基準としてその上
下両側に設定されており、この作動許可領域Ｘは、ブー
ム先端ピン１２の軸心を通る垂直線Ｑより前方（図３，
図４の左側）で、かつ基準平面Ｐより下方の領域Ｘａ及
び上方の領域Ｘｂと、垂直線Ｑより作業機本体３側（図
３，図４の右側）で、かつ基準平面Ｐより下方の領域Ｘ
ｃ及び上方の領域Ｘｄとに区分される。また、前記作動
抑制領域Ｙは、作動許可領域Ｘの外側に設定されてお
り、この作動抑制領域Ｙは、垂直線Ｑより前方でかつ作
動許可領域Ｘより下方の領域Ｙａ及び上方の領域Ｙｂ
と、垂直線Ｑより作業機本体３側でかつ作動許可領域Ｘ
より下方の領域Ｙｃ及び上方の領域Ｙｄとに区分され
る。

【００１８】図１において、１５，１６はブーム４及び
アーム５の回動角度をそれぞれ検出して角度信号を出力
する角度検出手段としてのブーム角センサ、アーム角セ
ンサであり、これら各センサ１５，１６によって検出さ
れた各部材間の相対角度信号θ１，θ２はコントローラ
に内蔵された演算装置１７に入力される。また、運転室
２ａ内には、作動許可領域Ｘ及び作動抑制領域Ｙを設定
する設定指令を出力する基準面設定部１８と、作動許可
領域Ｘの領域幅を調整する指令を出力する領域幅設定部
１９とが配置され、これら設定指令及び調整指令も演算
装置１７に入力される。さらに、操作レバー１４先端に
配置した解除スイッチ２０から出力される一時解除指令
も演算装置１７に入力される。図５に示すように、前記
基準面設定部１８は基準設定スイッチ１８ａとＬＥＤ１
８ｂを有し、この基準設定スイッチ１８ａは、運転者が
把持して反時計方向へ回動することにより「セット」位
置で設定指令を出力し、その反対に時計方向への回動に
より「クリア」位置で解除指令を出力し、その後、運転
者が手放すことにより内蔵されたばね（図示せず）によ
って自動復帰する。

【００１９】前記演算装置１７は、角度信号θ１，θ２
に基づいてアーム５の先端座標、例えばアーム先端ピン
１３の軸心位置を算出する座標演算部２１と、前述した
基準平面Ｐを記憶する基準面記憶部２２と、前述した各
領域Ｚ，Ｘ，Ｙを記憶する領域記憶部２３と、座標演算
部２１で算出されたアーム先端ピン１３の軸芯位置がど
の領域にあるか否かを判断し、その結果に応じて所定の
制御信号を出力する比較演算部２４と、この比較演算部
２４からの制御信号に基づいて油圧駆動回路２５へ所定
の制御信号を出力する駆動制御部２６とを備えている。

【００２０】この演算装置１７では、軌跡制御モードが
設定されたときフラグＦ₁はクリアされて「０」とな
り、その反対に、軌跡制御モードが解除されたときフラ
グＦ₁はセットされて「１」となる。また、各領域Ｘ，
Ｙ，Ｚが設定されたとき他のフラグＦ₂がセットされて
「１」となり、その反対に、これら領域Ｘ，Ｙ，Ｚが解
除されたときフラグＦ₂がクリアされて「０」となる。

【００２１】前記油圧駆動回路２５は、駆動制御部２６
からの制御信号の他に、運転室２ａ内に配置した操作レ
バー１４などからの指示信号を入力し、これらの信号に
基づいて各シリンダ８〜１０への作動油の供給量が制御
される。また、前記駆動制御部２６の制御信号は警告手
段、例えば図示しない警告灯にも入力され、この警告灯
の点灯によってブーム４とアーム５の少なくとも一方の
動作が禁止されたことを報知する。さらに、前記解除ス
イッチ２０から出力される一時解除指令に応じて、演算
装置１７により通常動作処理を行なう際、図示しないブ
ザー等により警報音を発する。

【００２２】図２に示すように、前記油圧駆動回路２５
は、図示しないエンジンによって駆動される油圧ポンプ
２７及びパイロットポンプ２８と、油圧ポンプ２７から
前記各シリンダ８，９に供給される作動油の流れを制御
するブーム用コントロール弁２９、アーム用コントロー
ル弁３０と、ブーム４及びアーム５の各操作レバー１４
とそれぞれ連動してパイロット圧を供給するブーム用パ
イロット弁３１、アーム用パイロット弁３２等を備えて
おり、バケットシリンダ１０や走行モータ等の他のアク
チュエータについては図示省略してある。各パイロット
弁３１，３２は前記パイロットポンプ２８に連通する左
側の室と右側の室とを有しており、パイロットポンプ２
８から吐出される圧油は、前記操作レバー１４からの指
示信号に応じてこれら左または右側の室に供給される。

【００２３】前記ブーム用コントロール弁２９は左右両
側にパイロット室を有しており、このブーム用コントロ
ール弁２９の左側のパイロット室と前記ブーム用パイロ
ット弁３１の左側の室とはブーム上げパイロット管路３
３によって接続され、ブーム用コントロール弁２９の右
側のパイロット室とブーム用パイロット弁３１の右側の
室とはブーム下げパイロット管路３４によって接続され
ている。また、前記アーム用コントロール弁３０も左右
両側にパイロット室を有しており、このアーム用コント
ロール弁３０の左側のパイロット室と前記アーム用パイ
ロット弁３２の左側の室とはアーム引きパイロット管路
３５によって接続され、アーム用コントロール弁３０の
右側のパイロット室とアーム用パイロット弁３２右側の
室とはアーム押しパイロット管路３６によって接続され
ている。

【００２４】前記ブーム上げパイロット管路３３にはブ
ーム上げ用電磁比例減圧弁３７が、前記ブーム下げパイ
ロット管路３４にはブーム下げ用電磁比例減圧弁３８
が、前記アーム引きパイロット管路３５にはアーム引き
用電磁比例減圧弁３９がそれぞれ介設されており、これ
ら電磁比例減圧弁３７〜３９はタンクに接続されるポー
トを有している。これら電磁比例減圧弁３７〜３９は、
前記演算装置１７の駆動制御部２６から出力される制御
信号の電流値に比例して動作され、通常は最大レベルの
電流Ｉａを入力してブーム上げパイロット管路３３、ブ
ーム下げパイロット管路３４及びアーム引きパイロット
管路３５を全開し、制御信号として電流値が最小レベル
の電流Ｉｂを入力した場合、ブーム上げパイロット管路
３３、ブーム下げパイロット管路３４及びアーム引きパ
イロット管路３５の圧油を遮断してタンクに戻し、制御
信号として電流値が最大レベルと最小レベルの間の電流
Ｉｃを入力した場合、ブーム上げパイロット管路３３、
ブーム下げパイロット管路３４及びアーム引きパイロッ
ト管路３５の圧油を絞ってパイロット圧を減圧する。こ
れによって、これら電磁比例減圧弁３７〜３９により、
パイロット弁３１，３２から供給されるパイロット圧を
減圧するパイロット圧減圧手段が構成されている。

【００２５】なお、上記実施例では、基準面設定部１８
と比較演算部２４により、アーム先端ピン１３の軸芯位
置を含む基準平面Ｐを設定する基準面設定手段が構成さ
れ、領域幅設定部１９及び比較演算部２４により、作動
許可領域Ｘの領域幅を調整する指令を出力する領域幅調
整手段が構成されている。

【００２６】次に、本実施例の動作を主に図６，図７に
示すフローチャートを用いて説明する。なお、これらの
図６，図７はＥ部，Ｆ部，Ｇ部を介してそれぞれ連続し
ている。（エンジンの始動）まずエンジンを始動させると、図６
の手順Ｓ−１において演算装置１７では領域未設定に伴
ってフラグＦ₁とフラグＦ₂がクリアされる。このとき、
ブーム上げ及び下げ用の各電磁比例減圧弁３７，３８と
アーム引き用の電磁比例減圧弁３９は全て図２に示す位
置にある。この状態で、例えばブーム用の操作レバー１
４が図２の左側に倒されると、パイロットポンプ２８か
ら吐出される圧油は、ブーム用パイロット弁３１の左側
の室からブーム上げパイロット管路３３、ブーム上げ用
電磁比例減圧弁３７を経てブーム用コントロール弁２９
の左側のパイロット室に供給され、ブーム用コントロー
ル弁２９は作動を開始する。そして、ブーム用コントロ
ール弁２９が中立位置から左側の位置に切り換えられる
と、油圧ポンプ２７の圧油はブーム用コントロール弁２
９を経てブームシリンダ８のボトム側に供給され、ブー
ムシリンダ８が伸長してブーム４が上昇する。これとは
反対に、ブーム用の操作レバー１４が図２の右側に倒さ
れると、パイロットポンプ２８から吐出される圧油はブ
ーム用パイロット弁３１の右側の室からブーム下げパイ
ロット管路３４、ブーム下げ用電磁比例減圧弁３８を経
てブーム用コントロール弁２９の右側のパイロット室に
供給され、ブーム用コントロール弁２９は作動を開始す
る。そして、ブーム用コントロール弁２９が中立位置か
ら右側の位置に切り換えられると、油圧ポンプ２７の圧
油はブームコントロール弁２９を経てブームシリンダ８
のロッド側に供給され、ブームシリンダ８が伸縮してブ
ーム４が下降する。同様に、アーム用の操作レバー１４
の操作量に応じてアームシリンダ９が伸縮し、アーム５
が引きあるいは押し操作される。

【００２７】次いで、手順Ｓ−２において比較演算部２
４で軌跡制御モードのフラグＦ₁がセットされているか
どうか否かを判断し、フラグＦ₁がセットされていない
場合（すなわちＦ₁＝０の場合）は、手順Ｓ−３におい
て操作レバー１４先端の解除スイッチ２０から一時解除
信号が入力されたか否かを判断する。

【００２８】（各領域Ｘ，Ｙ，Ｚの設定）手順Ｓ−３で
の判断結果がＮＯのとき、すなわち一時解除信号が入力
されていない場合、手順Ｓ−４において運転者が操作レ
バー１４を操作してアーム先端ピン１３を所望の高さ位
置に配置した後、基準設定スイッチ１８ａをセット位置
に回動操作して基準面設定部１８から比較演算部２４へ
基準設定信号を入力すると、手順Ｓ−５において演算装
置１７で領域設定のフラグＦ₂がセットされてＦ₂＝１と
なり、手順Ｓ−６においてブーム角センサ１５及びアー
ム角センサ１６からの相対角度信号θ１，θ２を座標演
算部２１に入力し、手順Ｓ−７において相対角度信号θ
１，θ２からアーム５の先端座標、例えばアーム先端ピ
ン１３の軸心位置を演算して、この軸心位置を含む基準
平面Ｐを基準面記憶部２２により記憶すると共に、この
基準平面Ｐを基準として作動許可領域Ｘと作動抑制領域
Ｙ及び制御対象領域Ｚを設定して領域記憶部２３に記憶
する。

【００２９】（軌跡制御モードの解除）一方、手順Ｓ−
２での判断結果がＮＯのとき、すなわち軌跡制御モード
のフラグＦ₁＝１の場合、手順Ｓ−８において運転者が
解除スイッチ２０を操作して一時解除信号を入力する
と、手順Ｓ−９において軌跡制御モードのフラグＦ₁を
クリアして「０」とした後、手順Ｓ−４に移行する。し
かしながら、手順Ｓ−８で解除スイッチ２０からの一時
解除信号が入力されない場合、手順Ｓ−１０において通
常動作処理を行なう。この場合、図８に示すように、駆
動制御部２６はブーム上げ用電磁比例減圧弁３７、ブー
ム下げ用電磁比例減圧弁３８及びアーム引き用電磁比例
減圧弁３９に最大レベルの電流Ｉａを出力し、ブーム上
げパイロット管路３３、ブーム下げパイロット管路３４
及びアーム引きパイロット管路３５を全開する。したが
って、各シリンダ８，９は対応する操作レバー１４の操
作量に応じた通常の動作が行われる。

【００３０】また、手順Ｓ−３での判断結果がＹＥＳの
とき、すなわち一時解除信号が入力された場合、手順Ｓ
−１１において軌跡制御モードのフラグＦ₁をセットし
て「Ｆ₁＝１」とした後、手順Ｓ−１２において、前記
手順Ｓ−１０と同様の通常動作処理を行なう。さらに、
手順Ｓ−４での判断結果がＮＯのとき、すなわち基準設
定信号が入力されない場合、手順Ｓ−１３において領域
設定のフラグＦ₂がセットされているか否かを判定し、
フラグＦ₂がセットされているとき、すなわちＦ₂＝１の
場合、手順Ｓ−６へ移行し、その反対にフラグＦ₂がセ
ットされていないとき、すなわちＦ₂＝０の場合、手順
Ｓ−１４において前記手順Ｓ−１０と同様の通常動作処
理を行なう。

【００３１】（アーム先端ピン１３の位置確認）上記の
ように図６の手順Ｓ−７で制御対象領域Ｚなどを設定し
て記憶した後、所定時間、例えば５ミリ秒（０．００５
秒）毎にアーム先端ピン１３の軸芯位置を周期的に演算
し、図７の手順Ｓ−１５において、比較演算部２４は座
標演算部２１で算出されたアーム先端ピン１３の軸芯位
置と領域記憶部２３で記憶される制御対象領域Ｚとを比
較することにより、アーム先端ピン１３の軸芯位置が制
御対象領域Ｚの外部にあるか否かを判断する。

【００３２】（制御対象領域Ｚの外部にある場合の処
理）手順Ｓ−１５での判断結果がＹＥＳのとき、すなわ
ち、アーム先端ピン１３の軸芯位置が制御対象領域Ｚの
外部にある場合は、手順Ｓ−１６に移行して警報灯を点
灯すると共に、手順Ｓ−１７において、図６の手順Ｓ−
１０と同様の通常動作処理を行なう。

【００３３】（作業許可領域Ｘ内に位置する場合の処
理）一方、手順Ｓ−１５での判断結果がＮＯのとき、す
なわち、アーム先端ピン１３の軸芯位置が制御対象領域
Ｚの内部にある場合は、手順Ｓ−１８に移行してアーム
先端ピン１３の軸芯位置が作業許可領域Ｘ内にあるか否
かを判断し、この手順Ｓ−１８での判断結果がＹＥＳの
とき、すなわち、アーム先端ピン１３の軸芯位置が作業
許可領域Ｘ内にある場合は、手順Ｓ−１９に移行して作
業許可処理を行なう。この場合、図９に示すように、駆
動制御部２６はブーム上げ用電磁比例減圧弁３７、ブー
ム下げ用電磁比例減圧弁３８及びアーム引き用電磁比例
減圧弁３９に電流値が最大レベルと最小レベルの間の電
流Ｉｃを出力し、これによって、ブーム上げパイロット
管路３３、ブーム下げパイロット管路３４及びアーム引
きパイロット管路３５の圧油を絞ってパイロット圧を減
圧する。したがって、ブーム用やアーム用の操作レバー
１４を操作すると、ブーム用コントロール弁２９及びア
ーム用コントロール弁３０が前記減圧されたパイロット
圧で中間位置まで作動されるので、ブームシリンダ８は
減速状態で上げ及び下げ動作の両方とも可能であり、ア
ームシリンダ９も減速状態で引き動作が可能となる。

【００３４】（領域Ｙａ内に位置する場合の処理）一
方、手順Ｓ−１８での判断結果がＮＯのとき、すなわ
ち、アーム先端ピン１３の軸芯位置が作業許可領域Ｘ内
にない場合、手順Ｓ−２０に移行してアーム先端ピン１
３の軸芯位置が作業抑制領域Ｙのうちの領域Ｙａ内にあ
る否かを判断する。この手順Ｓ−２０での判断結果がＹ
ＥＳのとき、すなわち、アーム先端ピン１３の軸芯位置
が前記領域Ｙａ内にある場合は、手順Ｓ−２１に移行し
て作業抑制Ａ処理を行なう。この場合、図１０に示すよ
うに、駆動制御部２６はブーム上げ用電磁比例減圧弁３
７に電流値が最大レベルと最小レベルの間の電流Ｉｃを
出力すると共に、ブーム下げ用電磁比例減圧弁３８及び
アーム引き用電磁比例減圧弁３９に電流値が最小レベル
の電流Ｉｂを出力し、これによって、ブーム上げパイロ
ット管路３３の圧油を絞ってパイロット圧を減圧して、
ブーム下げパイロット管路３４及びアーム引きパイロッ
ト管路３５を遮断する。その結果、ブームシリンダ８の
下げ動作及びアームシリンダ９の引き動作が禁止され、
ブームシリンダ８の上げ動作のみが減速状態で可能とな
る。

【００３５】（領域Ｙｂ内に位置する場合の処理）手順
Ｓ−２０での判断結果がＮＯのとき、すなわち、アーム
先端ピン１３の軸芯位置が領域Ｙａ内にない場合、手順
Ｓ−２２に移行してアーム先端ピン１３の軸芯位置が作
業抑制領域Ｙのうちの領域Ｙｂ内にある否かを判断す
る。この手順Ｓ−２２での判断結果がＹＥＳのとき、す
なわち、アーム先端ピン１３の軸芯位置が領域Ｙｂ内に
ある場合は、手順Ｓ−２３に移行して作業抑制Ｂ処理を
行なう。この場合、図１１に示すように、駆動制御部２
６はブーム上げ用電磁比例減圧弁３７に電流値が最小レ
ベルの電流Ｉｂを出力すると共に、ブーム下げ用電磁比
例減圧弁３８及びアーム引き用電磁比例減圧弁３９に電
流値が最大レベルと最小レベルの間の電流Ｉｃを出力
し、これによって、ブーム上げパイロット管路３３を遮
断して、ブーム下げパイロット管路３４及びアーム引き
パイロット管路３５の圧油を絞ってパイロット圧を減圧
する。その結果、ブームシリンダ８の上げ動作のみが禁
止され、ブームシリンダ８の下げ動作及びアームシリン
ダ９の引き動作が減速状態で可能となる。

【００３６】（領域Ｙｃ内に位置する場合の処理）手順
Ｓ−２２での判断結果がＮＯのとき、すなわち、アーム
先端ピン１３の軸芯位置が領域Ｙｂ内にない場合、手順
Ｓ−２４に移行してアーム先端ピン１３の軸芯位置が作
業抑制領域Ｙのうちの領域Ｙｃ内にある否かを判断す
る。この手順Ｓ−２４での判断結果がＹＥＳのとき、す
なわち、アーム先端ピン１３の軸芯位置が領域Ｙｃ内に
ある場合は、手順Ｓ−２５に移行して作業抑制Ｃ処理を
行なう。この場合、図１２に示すように、駆動制御部２
６はブーム上げ用電磁比例減圧弁３７及びアーム引き用
電磁比例減圧弁３９に電流値が最大レベルと最小レベル
の間の電流Ｉｃを出力すると共に、ブーム下げ用電磁比
例減圧弁３８に電流値が最小レベルの電流Ｉｂを出力
し、これによって、ブーム上げパイロット管路３３及び
アーム引きパイロット管路３５の圧油を絞ってパイロッ
ト圧を減圧し、ブーム下げパイロット管路３４を遮断す
る。その結果、ブームシリンダ８の上げ動作及びアーム
シリンダ９の引き動作が減速状態で可能となり、ブーム
シリンダ８の下げ動作のみが禁止される。

【００３７】（領域Ｙｄ内に位置する場合の処理）手順
Ｓ−２４での判断結果がＮＯのとき、すなわち、アーム
先端ピン１３の軸芯位置が領域Ｙｃ内にもない場合、作
業抑制領域Ｙのうちの残りの領域Ｙｄ内にあると判断
し、手順Ｓ−２６に移行して作業抑制Ｄ処理を行なう。
この場合、図１３に示すように、駆動制御部２６はブー
ム上げ用電磁比例減圧弁３７及びアーム引き用電磁比例
減圧弁３９に電流値が最小レベルの電流Ｉｂを出力する
と共に、ブーム下げ用電磁比例減圧弁３８に電流値が最
大レベルと最小レベルの間の電流Ｉｃを出力し、これに
よって、ブーム上げパイロット管路３３及びアーム引き
パイロット管路３５を遮断し、ブーム下げパイロット管
路３４の圧油を絞ってパイロット圧を減圧する。その結
果、ブームシリンダ８の上げ動作及びアームシリンダ９
の引き動作が禁止され、ブームシリンダ８の下げ動作の
みが減速状態で可能となる。

【００３８】（軌跡制御後の復帰処理）前記手順Ｓ−１
９で作業許可処理を行なったり、あるいは手順Ｓ−２
１，Ｓ−２３，Ｓ−２５，Ｓ−２６のいずれかで作業抑
制処理を行なった後、手順Ｓ−２７において、運転者が
基準設定スイッチ１８ａをクリア位置に回動操作するこ
とにより基準設定状態を解除した場合、手順Ｓ−２８に
おいて基準設定のフラグＦ₂をクリアして復帰処理が終
了し、図６の手順Ｓ−２に戻る。一方、手順Ｓ−２７で
基準設定状態が解除されていない場合には、そのまま図
６の手順Ｓ−２に戻る。

【００３９】次に、直線引き作業やならし整地作業等の
ため、図３に示す垂直線Ｑより前方の位置Ｒ₁から垂直
線Ｑより作業機本体３側の位置Ｒ₂までアーム先端ピン
１３の軌跡制御を行なう際の動作について説明する。ま
ず、アーム先端ピン１３を前方の位置Ｒ₁に配置して基
準設定スイッチ１８ａの操作により基準平面Ｐ、各領域
Ｘ，Ｙ，Ｚをそれぞれ設定した後、運転者が操作レバー
１４によりブーム上げ及びアーム引き操作を行なうと、
アーム先端ピン１３は必ずしも基準平面Ｐに沿って水平
移動せず、下降あるいは上昇しながらアーム先端ピン１
３が図４の右側へ移動する。その結果、例えばアーム先
端ピン１３が下降して作業許可領域Ｘの領域Ｘａから作
動抑制領域Ｙの領域Ｙａに侵入した場合、アーム引き動
作及びブーム下げ動作が禁止され、ブーム上げ動作のみ
が許可されるため、ブーム４用操作レバー１４の上げ操
作によりブーム４が上昇してアーム先端ピン１３が作業
許可領域Ｘの領域Ｘａに戻る。一方、アーム先端ピン１
３が上昇して作業許可領域Ｘの領域Ｘｂから作動抑制領
域Ｙの領域Ｙｂに侵入した場合、ブーム上げ動作が禁止
され、アーム下げ動作及びアーム引き動作が許可される
ため、アーム５用操作レバー１４の引き操作によりアー
ム５が引き動作するか、あるいはブーム４用操作レバー
１４の下げ操作によりブーム４が下降してアーム先端ピ
ン１３が作業許可領域Ｘの領域Ｘｂに戻る。このように
してアーム先端ピン１３は作業許可領域Ｘ内を上下しな
がら前方の位置Ｒ₁から垂直線Ｑの位置まで移動する。
次いで、この垂直線Ｑの位置で運転者はアーム引き及び
ブーム下げの操作からアーム引き及びブーム上げの操作
に切り替えると、アーム先端ピン１３は作業許可領域Ｘ
内を上下しながら垂直線Ｑの位置から作業機本体３側の
位置Ｒ₂まで移動する。

【００４０】このような軌跡制御による掘削作業を終了
した後、通常動作処理によるダンプ作業に移行する際、
作業機本体３側の位置Ｒ₂で操作レバー１４先端の解除
スイッチ２０を押圧操作すると、一時的に基準設定状態
が解除されて通常動作処理に切り替わり、ブザー等が鳴
動して報知すると共に操作レバー１４の操作に伴ってア
ーム及びブーム動作が通常速度で可能になるため、ブー
ム４とアーム５及びバケット６の各動作によりバケット
６内の土砂を排出する。次いで、解除スイッチ２０をも
う一度押圧操作することにより通常動作処理を解除した
後、アーム先端ピン１３を前方の位置Ｒ₁に戻して下降
させると、アーム先端ピン１３が作業抑制領域Ｙの領域
Ｙａまで下降した時点でブーム下げ動作が禁止される。
そこで、運転者はアーム引き操作などにより上述した軌
跡制御動作を再び開始する。

【００４１】このように構成した実施例では、運転者が
ブーム４とアーム５用の各操作レバー１４を操作するこ
とに伴ってブーム４とアーム５が動作するため、通常の
手動操作に近い良好な操作感覚が得られ、運転者に違和
感を抱かせることがなくて済む。同時に、前記ブーム４
とアーム５の動作が、アーム先端ピン１３の軸芯位置が
作動許可領域Ｘ内を移動するように自動的に制御される
ため、直線引き作業やならし整地作業を容易に行なうこ
とができる。

【００４２】また、アーム先端ピン１３の軸芯位置が作
業許可領域Ｘ内を移動する際、ブーム上げ又は下げとア
ーム引きとの各動作が減速されるので、これらの複合操
作時に各操作レバー１４の操作量を微調整しなくても済
む。したがって、運転者はブーム４とアーム５用の操作
レバー１４を所定位置まで操作したままバケット６のみ
の動作に注意を払うことにより直線引き作業やならし整
地作業を行なえるため、この点からも操作が容易であ
る。

【００４３】また、シリンダ作動圧力を検出してフィー
ドバック制御を行なうための制御機構や、油圧力及び機
械的操作力をブーム操作用スプールに付与するための操
作伝動装置を要せずに済むと共に、バケット６の回動角
を検出しないので、コストアップを抑えることができる
また、ブーム４とアーム５の少なくとも一方の動作が禁
止されると警告灯が点灯するため、前記動作が禁止され
たことを運転者が容易に確認できる。したがって、ブー
ム４とアーム５の動作を制御する状態を確認しながら操
作レバー１４を操作することができ、この操作にとまど
うことがなくなるので、軌跡制御時の操作性を向上でき
る。

【００４４】また、領域幅設定部１９の操作により作動
許可領域Ｘの領域幅が増減するので、運転者の熟練度な
どに応じて、アーム先端ピン１３の軸芯位置を制御する
精度を変更することができる。したがって、熟練者には
前記領域幅を広くすることによって、さらに手動操作に
近い操作感覚を与えることができ、その反対に、未熟練
者には前記領域幅を狭くすることによって、直線引き作
業やならし整地作業を行なう際の精度向上を図ることが
できる。

【００４５】なお、上記実施例では、ブーム角センサ１
５とアーム角センサ１６からアーム先端ピン１３の軸心
位置を算出する場合について説明したが、本発明はこれ
に限らず、例えばアーム先端ピン１３の軸心位置を算出
する代わりに、バケット角センサを追加してバケット６
の先端位置を算出することも可能である。

【００４６】図１５は本発明の他の実施例に係る油圧シ
ョベルの掘削軌跡制御装置を説明する図であり、図１〜
１４に対応する部分には同一符号を付してある。

【００４７】この実施例に係る油圧ショベルの掘削軌跡
制御装置が前述した実施例と相違する点は、前記基準平
面Ｐを基準として所定の傾斜角Ｋまで傾斜させる調整指
令を演算装置１７に出力する傾斜角調整手段（図示せ
ず）を追加したことにあり、それ以外の構成は基本的に
同じである。すなわち、この掘削軌跡制御装置では、前
記傾斜角Ｋまで傾斜した基準傾斜面Ｐｋを基準としてそ
の両側に、アーム５及びブーム４の各動作を許可する傾
斜時の作動許可領域が設定されると共に、この作動許可
領域の外側に、アーム５及びブーム４の各動作を選択的
に抑制する傾斜時の作動抑制領域が設定される。したが
って、上述した基準平面Ｐを基準として作業する場合と
同様に、傾斜面でも運転者がブーム４とアーム５の各操
作レバーを操作することに伴って、ブーム４とアーム５
が前記作動許可領域内で動作すると共に、アーム５の先
端がこの作動許可領域に位置するように自動的に制御で
きるので、前述した平面で直線引き作業やならし整地作
業を行なう場合と同様の効果を奏する。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
手動操作時に近い良好な操作感覚で直線引き作業やなら
し整地作業を容易に行なえると共に、コストを安価なも
のにできる。また、ブームとアームの少なくとも一方の
動作が禁止されると警告手段が作動するものにあって
は、ブームとアームの操作にとまどうことがなくて済
み、軌跡制御時の操作性を向上でき、さらに、作業許可
領域の幅を調整するものにあっては、運転者の熟練度な
どに応じてアーム先端座標の制御精度を変更できるた
め、作業効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る油圧ショベルの掘削軌
跡制御装置のブロック図である。

【図２】該油圧ショベルに備えられるアームとブームの
油圧駆動回路を示す回路図である。

【図３】図１の掘削軌跡制御装置で設定される制御対象
領域を示す説明図である。

【図４】該制御対象領域を拡大して示す説明図である。

【図５】図１の掘削軌跡制御装置に備えられる基準設定
スイッチの正面図である。

【図６】図１の掘削軌跡制御装置に備えられる演算装置
の処理内容の一部を示すフローチャートである。

【図７】該演算装置の処理内容の残りの部分を示すフロ
ーチャートである。

【図８】該演算装置の通常動作処理を示すフローチャー
トである。

【図９】該演算装置の作業許可処理を示すフローチャー
トである。

【図１０】該演算装置の作業抑制Ａ処理を示すフローチ
ャートである。

【図１１】該演算装置の作業抑制Ｂ処理を示すフローチ
ャートである。

【図１２】該演算装置の作業抑制Ｃ処理を示すフローチ
ャートである。

【図１３】該演算装置の作業抑制Ｄ処理を示すフローチ
ャートである。

【図１４】図１の掘削軌跡制御装置により設定される作
業許可領域及び作業抑制領域と軌跡制御モード及びその
内容との関係を示す説明図である。

【図１５】本発明の他の実施例に係る油圧ショベルの制
御対象領域を示す説明図である。

【図１６】一般的な油圧ショベルの側面図である。

【符号の説明】

３作業機本体４ブーム５アーム６バケット８ブームシリンダ９アームシリンダ１０バケットシリンダ１３アーム先端ピン１４操作レバー１５，１６センサ（角度検出手段）１７演算装置１８基準面設定部１９領域幅設定部２４比較演算部２９，３０コントロール弁３１，３２パイロット弁３７〜３９電磁比例減圧弁（パイロット圧減圧手段）Ｐ基準平面Ｐｋ基準傾斜面Ｘ作動許可領域Ｙ作動抑制領域Ｚ制御対象領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村孝治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 (72)発明者山田修道富山県富山市不二越本町一丁目１番１号株式会社不二越内 (72)発明者松田隆富山県富山市不二越本町一丁目１番１号株式会社不二越内 (72)発明者石坂俊之富山県富山市不二越本町一丁目１番１号株式会社不二越内 (56)参考文献特開平３−221628（ＪＰ，Ａ) 特開平６−57781（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 3/43

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】作業機本体に回動可能に連結され、ブー
ムシリンダにより駆動されるブームと、このブームの先
端に回動可能に連結され、アームシリンダにより駆動さ
れるアームと、このアームの先端に回動可能に連結さ
れ、バケットシリンダにより駆動されるバケットと、前
記ブームの回動角度と前記アームの回動角度をそれぞれ
検出して角度信号を出力する角度検出手段と、前記角度
信号に基づいて前記アームの先端座標を演算するコント
ローラと、前記ブームとアーム及びバケットの各操作レ
バーにそれぞれ連動してパイロット圧を供給するパイロ
ット弁と、前記パイロット圧に応じて作動し、前記ブー
ムシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダに供
給される作動油の流れを制御するコントロール弁と、前
記パイロット圧を減圧するパイロット圧減圧手段とを備
えた油圧ショベルであって、前記アームの先端座標を含む基準平面の上下両側に前記
アームとブームの各動作を許可する作動許可領域を設定
すると共に、この作動許可領域の上下外側に前記アーム
とブームの各動作を選択的に抑制する作動抑制領域を設
定し、前記アームの先端が前記作動許可領域から外れて
前記作動抑制領域に侵入したとき、前記ブームとアーム
の少なくとも一方の動作のうち、前記アームの先端が前
記作動許可領域から離れる方向への動作を禁止し、前記
アームの先端が前記作動許可領域に近づく方向への動作
のみを許可するようにしたことを特徴とする油圧ショベ
ルの掘削軌跡制御装置。
【請求項２】請求項１の記載において、前記基準平面
を基準として所定の傾斜角まで傾斜させる調整指令を前
記コントローラに出力する傾斜角調整手段を設け、前記
傾斜角まで傾斜した基準傾斜面の両側に前記アームとブ
ームの各動作を許可する傾斜時の作動許可領域を設定す
ると共に、この作動許可領域の上下外側に前記アームと
ブームの各動作を選択的に抑制する傾斜時の作動抑制領
域を設定したことを特徴とする油圧ショベルの掘削軌跡
制御装置。
【請求項３】請求項１または２の記載において、前記
作動許可領域の領域幅を調整する指令を前記コントロー
ラに出力する領域幅調整手段を設けたことを特徴とする
油圧ショベルの掘削軌跡制御装置。
【請求項４】請求項１または２の記載において、前記
ブームとアームの少なくとも一方の動作が禁止されたこ
とを報知する警告手段を設けたことを特徴とする油圧シ
ョベルの掘削軌跡制御装置。