JP3522878B2 - Excavation area setting device for area restriction excavation control of construction machinery - Google Patents

Excavation area setting device for area restriction excavation control of construction machinery

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JP3522878B2
JP3522878B2 JP05278695A JP5278695A JP3522878B2 JP 3522878 B2 JP3522878 B2 JP 3522878B2 JP 05278695 A JP05278695 A JP 05278695A JP 5278695 A JP5278695 A JP 5278695A JP 3522878 B2 JP3522878 B2 JP 3522878B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は建設機械の領域制限掘削
制御に係わり、特に、多関節型の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領域制限掘削制御の掘削領域設定
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to area limiting excavation control of a construction machine, and more particularly, in a construction machine such as a hydraulic excavator having a multi-joint type front apparatus, area limitation in which a movable area of the front apparatus is limited. The present invention relates to an excavation area setting device for excavation control.

【0002】[0002]

【従来の技術】建設機械の代表例として油圧ショベルが
ある。油圧ショベルは垂直方向にそれぞれ回動可能なブ
ーム、アーム及びバケットからなるフロント装置と、上
部旋回体及び下部走行体からなる車体とで構成され、フ
ロント装置のブームの基端は上部旋回体の前部に支持さ
れている。このような油圧ショベルはフロント装置の動
作範囲が広いことを特徴とする建設機械であり、そのこ
とが便利である半面、特定の掘削形状よりフロントが突
出しては困る作業などに使われる場合にはオペレータに
慎重な操作を要求することになる。このため例えば特開
平4−136324号公報に示されるようにフロント装
置の作業範囲の制限を行うことが考えられている。この
特開平4−136324号公報には、制限領域(侵入不
可領域)の設定方法として、フロント装置の先端(バケ
ットの爪先)を制限領域(侵入不可領域)に動かし、そ
の位置を記憶するか、あるいは操作パネルから制限領域
を数値で入力設定する方法が示されている。
2. Description of the Related Art A hydraulic excavator is a typical example of construction machines. The hydraulic excavator is composed of a front device consisting of a boom, an arm, and a bucket that are vertically rotatable, and a vehicle body consisting of an upper revolving structure and a lower traveling structure, and the base end of the boom of the front device is in front of the upper revolving structure. Supported by the department. Such a hydraulic excavator is a construction machine that is characterized by a wide operating range of the front device.On the other hand, it is convenient, but when it is used for work where the front does not protrude beyond a specific excavation shape, It requires careful operation from the operator. For this reason, it is considered to limit the working range of the front device as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-136324. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-136324, as a method of setting a restricted area (inaccessible area), the tip of the front device (toe of a bucket) is moved to the restricted area (inaccessible area) and the position is stored. Alternatively, a method of inputting and setting the restricted area with a numerical value from the operation panel is shown.

【0003】また、油圧ショベルではブームなどのフロ
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
いるが、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、特に直線状に設定された領域を掘削すること
は非常に困難な作業であり、自動化が望まれている。そ
のような作業を自動化して行う構成とした場合、車体が
移動すると作業現場の地形の変化で油圧ショベル自身の
姿勢、高さが変化し、車体に関して設定していた領域を
車体が移動するごとに設定し直さなくてはならない。そ
こで、このような作業を容易にするための自動掘削方法
が特開平3−295933号公報に提案されている。こ
の自動掘削方法では、掘削地表面に設置したレーザ発振
器のレーザ光により車体に設置したセンサにて車体の高
さを検出し、その検出した車体高さに基づいて掘削深さ
(前者の例の制限領域に相当する)を決定して車体を停
止した状態で所定長さだけ直線掘削し、その後に車体を
所定距離走行させて停止状態で再び直線掘削する際に前
記レーザ光により車体高さ変位量を検出し、その高さ変
位量によって掘削深さを補正するようにしている。
Further, in hydraulic excavators, front members such as a boom are operated by respective manual operation levers. However, since each of them is connected by a joint portion to perform a rotary motion, these front members are operated. Excavation of a predetermined area, especially a linearly set area is a very difficult task, and automation is desired. When such a work is configured to be automated, when the vehicle body moves, the posture and height of the hydraulic excavator itself change due to changes in the terrain at the work site, and every time the vehicle body moves within the area set for the vehicle body. Must be reset to. Therefore, Japanese Patent Laid-Open No. 3-295933 proposes an automatic excavation method for facilitating such work. In this automatic excavation method, the height of the vehicle body is detected by the sensor installed on the vehicle body by the laser light of the laser oscillator installed on the surface of the excavation ground, and the excavation depth (of the former example is detected based on the detected vehicle body height. (Equivalent to the restricted area) is determined and linear excavation is performed for a predetermined length with the vehicle stopped, and then the vehicle height is displaced by the laser light when the vehicle travels a predetermined distance and recedes again with the vehicle stopped. The amount of displacement is detected and the excavation depth is corrected by the amount of height displacement.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。
However, the above-mentioned prior art has the following problems.

【0005】まず、特開平4−136324号公報に記
載の従来技術では、車体を基準として制限領域(侵入不
可領域)を設定するので、車体が移動し作業現場の地形
の変化で油圧ショベル自身の姿勢、高さが変化すると、
それに応じて制限領域の設定深さが変化してしまう。例
えば地面が傾斜していれば、車体の移動とともに設定深
さも地面の傾斜面に沿って変化し、制限領域の設定面も
傾斜してしまう。
First, in the prior art disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-136324, a restriction area (an inaccessible area) is set on the basis of the vehicle body, so that the vehicle body moves and the excavator itself is changed due to the change of the terrain at the work site. When the posture and height change,
The set depth of the restricted area changes accordingly. For example, if the ground is tilted, the set depth changes along the tilted surface of the ground as the vehicle body moves, and the set surface of the restricted area also tilts.

【0006】また、特開平3−295933号公報に記
載の従来技術では、車体の移動に伴う車体高さの変化の
補正は行えるものの、操作パネルにより掘削深さを設定
する場合、車体を基準に掘削深さを設定するので、掘削
制御でバケットの先端位置を演算するとき、車体の製作
公差、あるいは制御に使用するフロント装置の位置、姿
勢を計測する角度センサの精度、取り付け公差などが誤
差として集積し、実際に掘削した深さが設定した掘削深
さと違ってしまい、設定通りに掘削することができな
い。
Further, in the prior art described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-295933, although the change in the vehicle body height due to the movement of the vehicle body can be corrected, when the excavation depth is set by the operation panel, the vehicle body is used as a reference. Since the digging depth is set, when calculating the tip position of the bucket in digging control, the manufacturing tolerance of the vehicle body, the accuracy of the angle sensor that measures the position and posture of the front device used for control, the mounting tolerance, etc. It is impossible to excavate as set because the accumulated and actual excavation depth differs from the set excavation depth.

【0007】また、車体の移動により車体高さが変化す
ると車体からの掘削深さが変化することから、掘削深さ
の変化量に対してもフロント装置の位置、姿勢を計測す
るセンサの誤差が影響し、車体高さが変化する前後で掘
削深さが変化してしまう。
Further, since the excavation depth from the vehicle body changes when the vehicle body height changes due to the movement of the vehicle body, the error of the sensor for measuring the position and orientation of the front device also affects the amount of change in the excavation depth. As a result, the excavation depth changes before and after the vehicle body height changes.

【0008】更に、車体高さが変化してもレーザ光が確
実にセンサに当たりレーザ光を検出できるようにするた
めには、車体に多数のセンサを高さ方向に並べて設置す
る必要があり、センサの装備が複雑になる。
Furthermore, in order to ensure that the laser light hits the sensor even if the height of the vehicle body changes and the laser light can be detected, it is necessary to install a number of sensors on the vehicle body side by side in the height direction. Equipment becomes complicated.

【0009】同様に、車体に備えられたセンサにより高
さを補正することから、センサの大きさの制約から補正
できる高さは限られた範囲となる。
Similarly, since the height is corrected by the sensor provided on the vehicle body, the height that can be corrected is limited due to the restriction of the size of the sensor.

【0010】本発明の第1の目的は、車体の移動により
車体高さが変化しても掘削領域の設定が変化することの
ない建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装置を
提供することである。
A first object of the present invention is to provide an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine in which the setting of the excavation area does not change even if the height of the vehicle body changes due to movement of the vehicle body. Is.

【0011】本発明の第2の目的は、車体の製作公差、
あるいは制御に使用するフロント装置の位置、姿勢を計
測するセンサの精度、取り付け公差などの誤差の影響が
少なく、設定した掘削領域との差を少なく掘削すること
ができる建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装
置を提供することである。
A second object of the present invention is to provide manufacturing tolerances for the vehicle body,
Alternatively, the accuracy of the sensor that measures the position and orientation of the front device used for control, the influence of errors such as mounting tolerances are small, and it is possible to excavate with a small difference from the set excavation area. A drilling area setting device is provided.

【0012】本発明の第3の目的は、車体の移動により
車体高さが変化しても掘削領域の設定が変化することが
なくかつフロント装置の位置、姿勢を計測するセンサの
誤差の影響による掘削深さの変化の少ない建設機械の領
域制限掘削制御の掘削領域設定装置を提供することであ
る。
A third object of the present invention is that the setting of the excavation area does not change even if the vehicle body height changes due to the movement of the vehicle body, and it is due to the influence of the error of the sensor for measuring the position and orientation of the front device. An object of the present invention is to provide an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine with little change in excavation depth.

【0013】本発明の第4の目的は、車体の移動を補正
するために光を用いるとき、センサの構成をシンプルに
できる建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装置
を提供することである。
A fourth object of the present invention is to provide an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine, which can simplify the structure of the sensor when light is used to correct the movement of the vehicle body. .

【0014】本発明の第5の目的は、車体の移動を広い
範囲で補正できる建設機械の領域制限掘削制御の掘削領
域設定装置を提供することである。
A fifth object of the present invention is to provide an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine capable of correcting movement of a vehicle body in a wide range.

【0015】上記第1〜第5の目的を達成するために、
本発明による建設機械の領域制限掘削制御装置は次の構
成を採用する。すなわち、多関節型のフロント装置を構
成する上下方向に回動可能な複数のフロント部材と、前
記フロント装置を支持する車体とを備え、前記複数のフ
ロント部材をそれぞれ駆動制御してフロント部材の動作
範囲を制限制御する建設機械の領域制限掘削制御の掘削
領域設定装置において、(a)前記建設機械の外部に設
置され、掘削領域に対する基準位置を示す基準光を発生
する外部基準光発生装置と;(b)前記フロント装置に
備えられ、前記外部基準光発生装置の出力した基準光を
検出する第1検出手段と;(c)前記フロント装置の位
置と姿勢に関する状態量を検出する第2検出手段と;
(d)前記第2検出手段の信号に基づき前記フロント装
置の位置と姿勢を演算する第1演算手段と;(e)前記
外部基準光発生装置の発生する基準光と掘削領域の位置
関係を設定する第1設定手段と;(f)前記第1検出手
段が前記外部基準光発生装置の発生する基準光を検出し
たとき前記第1演算手段で演算した前記フロント装置
の位置と姿勢の情報に基づき前記車体と前記基準光と
の位置関係を演算し、この位置関係と前記第1設定手段
で設定した基準光と掘削領域の位置関係とから前記車体
と掘削領域の位置関係を演算する第2演算手段と;
(g)前記第2演算手段で演算した基準光と掘削領域の
位置関係から前記車体を基準とした掘削領域を設定する
第2設定手段と;を備える構成とする。
In order to achieve the above first to fifth objects,
The area limiting excavation control system for a construction machine according to the present invention employs the following configuration. That is, a plurality of front members that constitute an articulated front device and are rotatable in the up-down direction, and a vehicle body that supports the front device are provided, and the plurality of front members are drive-controlled to operate the front members. In an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine that limits and controls a range, (a) an external reference light generation device that is installed outside the construction machine and that generates reference light indicating a reference position for the excavation area; (B) first detecting means provided in the front device for detecting the reference light output from the external reference light generating device; and (c) second detecting means for detecting a state quantity relating to the position and orientation of the front device. When;
(D) first calculating means for calculating the position and orientation of the front device based on the signal of the second detecting means; (e) setting the positional relationship between the reference light generated by the external reference light generating device and the excavation area. in (f) wherein the position and orientation information of the reception device first detecting means calculated by said first calculating means when detecting the generated reference light of the external reference light generator; first setting means and for Based on the vehicle body and the reference light
It calculates the positional relationship, and a second calculating means for calculating a positional relationship between the body and the excavation area from a positional relationship of the reference beam and the excavation area set by the this positional relationship the first setting means;
(G) second setting means for setting the excavation area with the vehicle body as a reference from the positional relationship between the reference light calculated by the second calculation means and the excavation area;

【0016】好ましくは、前記第1設定手段は、前記外
部基準光発生装置の発生する基準光から掘削領域と制限
領域の境界までの深さを設定する手段である。
Preferably, the first setting means is means for setting the depth from the reference light generated by the external reference light generator to the boundary between the excavation area and the restricted area.

【0017】また、前記第1設定手段は、前記外部基準
光発生装置の発生する基準光から前記掘削領域の基準点
までの深さ、前記車体から前記基準点までの距離、前記
掘削領域の境界の傾斜角度を設定する手段であってもよ
い。
Further, the first setting means includes a depth from a reference light generated by the external reference light generator to a reference point of the excavation area, a distance from the vehicle body to the reference point, and a boundary of the excavation area. It may be a means for setting the inclination angle of.

【0018】また、好ましくは、前記第1設定手段は、
設定器により入力されたデータを基に前記基準光と掘削
領域の位置関係を設定する設定手段である。
Also, preferably, the first setting means is
Based on the data input by the setting device, the reference light and excavation
It is a setting means for setting the positional relationship of the areas .

【0019】前記第1設定手段は、前記フロント装置を
動かしフロント装置の先端が掘削領域の境界に来たと
き、前記第1演算手段で演算した前記フロント装置の位
置と姿勢の情報に基づき前記フロント装置の先端の位置
を演算する手段と、前記フロント装置を動かし前記第1
検出手段が前記外部基準光発生装置の発生する基準光を
検出したとき、前記第1演算手段で演算した前記フロン
ト装置の位置と姿勢の情報に基づき前記第1検出手段の
位置を演算する手段と、前記フロント装置の先端位置と
前記第1検出手段の位置とから前記基準光と掘削領域
位置関係を演算し、記憶する手段とを含む構成であって
もよい。
The first setting means moves the front device, and when the front end of the front device comes to the boundary of the excavation area , the first setting means operates the front on the basis of the position and orientation information of the front device calculated by the first calculating means. Means for calculating the position of the tip of the device, and the first device for moving the front device.
A means for calculating the position of the first detecting means based on the position and orientation information of the front device calculated by the first calculating means when the detecting means detects the reference light generated by the external reference light generating device; , A unit for calculating and storing the positional relationship between the reference light and the excavation region from the position of the tip of the front device and the position of the first detection unit.

【0020】[0020]

【作用】以上のように構成した本発明においては、第1
検出手段が基準光を横切るごとに、第2演算手段にて第
1設定手段で設定した基準光と掘削領域の位置関係を補
正して車体と掘削領域の位置関係を演算し、第2設定手
段で車体を基準として掘削領域を設定するため、車体の
移動による高さ変化を毎回補正して掘削作業が行える。
このため、車体が移動し車体高さが変化しても掘削領域
の設定は変化せず、常に基準光を基準とした所定の深さ
を掘削することができる。
In the present invention constructed as above, the first
Every time the detection means crosses the reference light, the second calculation means corrects the positional relationship between the reference light and the excavation area set by the first setting means to calculate the positional relationship between the vehicle body and the excavation area, and the second setting means. Since the excavation area is set on the basis of the vehicle body, excavation work can be performed by correcting the height change due to the movement of the vehicle body each time.
Therefore, even if the vehicle body moves and the vehicle body height changes, the setting of the excavation area does not change, and it is possible to always excavate a predetermined depth based on the reference light.

【0021】また、第1検出手段を実際に地面に作用す
るフロント装置に設置し、この検出手段が基準光を検出
したときのフロント装置の位置と姿勢に基づき車体を基
準とした掘削領域を設定するので、この掘削領域の設定
に際して掘削領域設定演算と掘削制御演算とで車体の製
作公差や第1、第2検出手段等の精度、取付け公差など
の誤差の影響が相殺されることとなる。このため、掘削
制御でフロント装置の位置を演算するとき、基準光を車
体に設置したセンサで検出する方法に比較して上記公差
や精度の誤差の影響が少なくなり、設定した掘削領域と
の差を少なく設定通りに正確に掘削することができる。
Further, the first detecting means is installed in the front device which actually acts on the ground, and the excavation area is set with reference to the vehicle body based on the position and the posture of the front device when the detecting means detects the reference light. Therefore, in setting the excavation region, the influence of the manufacturing tolerance of the vehicle body, the accuracy of the first and second detecting means, the mounting tolerance, and the like are offset by the excavation region setting calculation and the excavation control calculation. For this reason, when calculating the position of the front device in excavation control, the influence of the above tolerance and accuracy error is reduced compared to the method of detecting the reference light by the sensor installed in the vehicle body, and the difference from the set excavation area is reduced. Can be drilled accurately as set.

【0022】また、フロント装置の位置、姿勢を計測す
る第1検出手段の誤差の影響を受け難いので、車体が移
動して車体高さが変化することにより車体からの掘削深
さが変化しても、その掘削深さの変化量に対する第1検
出手段の誤差の影響が少なくなり、車体高さが変化する
前と後で掘削深さが変化することが防止される。
Further, since it is hard to be influenced by the error of the first detecting means for measuring the position and posture of the front device, the excavation depth from the vehicle body changes due to the vehicle body moving and the vehicle body height changing. However, the influence of the error of the first detection means on the amount of change in the excavation depth is reduced, and the excavation depth is prevented from changing before and after the vehicle body height changes.

【0023】更に、第1検出手段をフロント装置に設置
し、フロント装置を操作している最中に第1検出手段が
基準光を横切ることで基準光を検出するので、第1検出
手段(センサ)の設置面積が小さくても確実に基準光を
捕らえることができ、第1検出手段を小型でシンプルな
構成にできる。
Further, the first detecting means is installed in the front device, and the reference light is detected by the first detecting means crossing the reference light while operating the front device. Even if the installation area is small, the reference light can be reliably captured, and the first detection means can be made small and simple.

【0024】同様に、フロント装置を操作している最中
に第1検出手段が基準光を横切ることで基準光を検出す
るので、フロント装置の広い可動範囲を考えれば車体の
移動を広い範囲で補正できる。
Similarly, since the first detecting means detects the reference light by traversing the reference light while the front device is being operated, the movement of the vehicle body in a wide range is possible considering the wide movable range of the front device. Can be corrected.

【0025】また、本発明においては、第1設定手段に
て外部基準光発生装置の発生する基準光から掘削領域と
制限領域の境界までの深さを設定することにより、制限
領域との境界を水平面とした掘削領域を設定できる。
Further, in the present invention, the first setting means sets the depth from the reference light generated by the external reference light generating device to the boundary between the excavation area and the restricted area, so that the boundary with the restricted area is set. The excavation area can be set as a horizontal plane.

【0026】更に、本発明においては、第1設定手段に
て外部基準光発生装置の発生する基準光から掘削領域の
基準点までの深さ、車体から基準点までの距離、掘削領
域の境界の傾斜角度を設定することにより、勾配を付け
た掘削領域を設定できる。
Further, in the present invention, the depth of the reference light generated by the external reference light generator from the reference point of the excavation area, the distance from the vehicle body to the reference point, and the boundary of the excavation area by the first setting means. By setting the inclination angle, it is possible to set the excavation area with a slope.

【0027】更に、本発明においては、第1設定手段
を、設定器により入力されたデータを基に基準光と掘削
領域の位置関係を設定する手段とすることにより、作業
の初めに第1設定手段の設定を行っておけば、作業開始
時、あるいは車体を走行して移動するごとにフロント装
置を掘削領域の境界に位置決めするための補助員が不要
となる。また、補助員の指示による設定にかかる時間を
無くすことができ、作業時間を短縮できる。
Further, in the present invention, the first setting means is configured to use the reference light and the excavation based on the data input by the setting device.
By setting the first setting means at the beginning of the work by using the means for setting the positional relationship of the areas , the front device is set to the boundary of the excavation area at the start of the work or each time the vehicle travels and moves. There is no need for an assistant to position it at. Further, the time required for setting by the instruction of the assistant can be eliminated, and the working time can be shortened.

【0028】また、本発明においては、第1設定手段
を、フロント装置の先端が掘削領域の境界に来たときに
演算したフロント装置の先端の位置と、第1検出手段が
外部基準光発生装置の発生する基準光を検出したときに
演算した第1検出手段の位置とから基準光と掘削領域
位置関係を演算し、記憶する構成とすることにより、ダ
イレクトティーチングにより掘削領域を設定でき、作業
状況に合わせて所望の掘削領域を正確に設定することが
できる。
Further, in the present invention, the position of the tip of the front device calculated by the first setting means when the tip of the front device comes to the boundary of the excavation area , and the first detecting means is the external reference light generator. The positional relationship between the reference light and the excavation area is calculated and stored from the position of the first detection means calculated when the reference light generated by is detected, and the excavation area can be set by direct teaching. The desired excavation area can be set accurately according to the situation.

【0029】本発明を第1実施例を図1〜図11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〜3
f間に接続され、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〜5
f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。
[0029] The present invention will be described the first embodiment with FIGS. 1-11. In FIG. 1, a hydraulic excavator to which the present invention is applied includes a hydraulic pump 2, a boom cylinder 3a driven by pressure oil from the hydraulic pump 2, an arm cylinder 3b, a bucket cylinder 3c, a swing motor 3d, and left and right traveling. A plurality of hydraulic actuators including the motors 3e and 3f, and a plurality of operation lever devices 4a to 4f provided corresponding to the hydraulic actuators 3a to 3f, respectively.
And the hydraulic pump 2 and the plurality of hydraulic actuators 3a to 3
A plurality of flow rate control valves 5a to 5 which are connected between f and control the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuators 3a to 3f.
f, and a relief valve 6 that opens when the pressure between the hydraulic pump 2 and the flow control valves 5a to 5f exceeds a set value, and these are hydraulic drive devices that drive the driven members of the hydraulic excavator. I am configuring.

【0030】また、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1
b及びバケット1cからなる多関節型のフロント装置1
A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1
a、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。
Further, as shown in FIG. 2, the hydraulic excavator includes a boom 1a and an arm 1 which rotate vertically.
articulated front device 1 including b and bucket 1c
A and a vehicle body 1B including an upper swing body 1d and a lower traveling body 1e, and a base end of a boom 1a of the front device 1A is supported by a front portion of the upper swing body 1d. Boom 1
a, an arm 1b, a bucket 1c, an upper swing body 1d, and a lower traveling body 1e are driven members respectively driven by a boom cylinder 3a, an arm cylinder 3b, a bucket cylinder 3c, a swing motor 3d, and left and right traveling motors 3e, 3f. And their operations are instructed by the operation lever devices 4a to 4f.

【0031】図1に戻り、操作レバー装置4a〜4fは
パイロット圧により対応する流量制御弁5a〜5fを駆
動する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40と、操作レバー40
の操作量と操作方向に応じたパイロット圧を生成する1
対の減圧弁(図示せず)とにより構成され、各減圧弁の
一次ポートはパイロットポンプ43に接続され、二次ポ
ートはパイロットライン44a,44b;45a,45
b;46a,46b;47a,47b;48a,48
b;49a,49bを介して対応する流量制御弁の油圧
駆動部50a,50b;51a,51b;52a,52
b;53a,53b;54a,54b;55a,55b
に接続されている。
Returning to FIG. 1, the operation lever devices 4a to 4f are hydraulic pilot systems which drive the corresponding flow rate control valves 5a to 5f by pilot pressure, and the operation lever 40 and the operation lever 40 are operated by an operator, respectively.
1 Generates pilot pressure according to the operation amount and operation direction
It is composed of a pair of pressure reducing valves (not shown), the primary port of each pressure reducing valve is connected to the pilot pump 43, and the secondary ports are pilot lines 44a, 44b; 45a, 45.
b; 46a, 46b; 47a, 47b; 48a, 48
b; hydraulic drive units 50a, 50b; 51a, 51b; 52a, 52 of the corresponding flow control valves via 49a, 49b.
b; 53a, 53b; 54a, 54b; 55a, 55b
It is connected to the.

【0032】以上のような油圧ショベルに本実施例によ
る掘削領域設定装置を含む領域制限掘削制御装置が搭載
されている。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計8a,8b,
8cと、車体1Bの前後方向の傾斜角θを検出する傾斜
計8dと、ブーム用及びアーム用の操作レバー装置4
a,4bのパイロットライン44a,44b;45a,
45bに設けられ、操作レバー装置4a,4bからのパ
イロット圧を検出する圧力検出器60a,60b;61
a,61bと、油圧ショベルの外部に設置され掘削領域
に対する基準位置を示す基準光1としてレーザ光を発生
する基準光発生器80(図4参照)と、フロント装置
のアーム1bに取り付けられ、基準光発生器80の出
力した基準光1を検出する基準光検出器70と、設定器
7の設定信号、角度計8a,8b,8c及び傾斜計8d
の検出信号、圧力検出器60a,60b;61a,61
bの検出信号、及び基準光検出器70の検出信号を入力
し、バケット1cの先端が動き得る掘削領域を設定する
と共に、領域を制限した掘削制御を行うための電気信号
を出力する制御ユニット9と、前記電気信号により駆動
される比例電磁弁10a,10b,11a,11bと、
シャトル弁12とで構成されている。シャトル弁12は
パイロットライン44aに設置され、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。比例電磁弁10b,11a,11b
はそれぞれパイロットライン44b,45a,45bに
設置され、それぞれの電気信号に応じてパイロットライ
ン内のパイロット圧を減圧して出力する。
The above-described hydraulic excavator is equipped with the area limiting excavation control apparatus including the excavation area setting apparatus according to this embodiment. This control device has a boom 1a, a setting device 7 for instructing setting of a predetermined portion of the front device, for example, an excavation region in which the tip of the bucket 1c can move in advance according to work.
Angle meters 8a, 8b, which are provided on the respective pivots of the arm 1b and the bucket 1c, and which detect the respective pivot angles as state quantities related to the position and posture of the front device 1A,
8c, an inclinometer 8d for detecting an inclination angle θ in the front-rear direction of the vehicle body 1B, and a boom and arm operation lever device 4
a, 4b pilot lines 44a, 44b; 45a,
Pressure detectors 60a, 60b; 61 provided on 45b for detecting pilot pressures from the operating lever devices 4a, 4b;
a, 61b, a reference light generator 80 (see FIG. 4) which is installed outside the hydraulic excavator and generates a laser beam as a reference light 1 indicating a reference position for the excavation area, and the front device 1
A reference light detector 70 that is attached to the arm 1b of A and detects the reference light 1 output from the reference light generator 80, a setting signal of the setting device 7, angle meters 8a, 8b, 8c, and an inclinometer 8d.
Detection signals, pressure detectors 60a, 60b; 61a, 61
The control unit 9 that inputs the detection signal of b and the detection signal of the reference photodetector 70, sets an excavation region in which the tip of the bucket 1c can move, and outputs an electric signal for performing excavation control in which the region is limited. And proportional solenoid valves 10a, 10b, 11a, 11b driven by the electric signal,
It is composed of a shuttle valve 12. The shuttle valve 12 is installed in the pilot line 44a, selects the pilot pressure in the pilot line 44a and the high pressure side of the control pressure output from the proportional solenoid valve 10a, and guides it to the hydraulic drive unit 50a of the flow rate control valve 5a. Proportional solenoid valves 10b, 11a, 11b
Are installed in the pilot lines 44b, 45a, 45b, respectively, and reduce the pilot pressure in the pilot lines in accordance with the respective electric signals and output.

【0033】以上の構成において、本実施例の掘削領域
設定装置は、設定器7、基準光発生器80、基準光検出
器70、角度計8a,8b,8c及び傾斜計8dと、制
御ユニット9の下記する機能により構成されている。
In the above construction, the excavation area setting device of this embodiment is provided with the setting unit 7, the reference light generator 80, the reference light detector 70, the angle meters 8a, 8b, 8c and the inclinometer 8d, and the control unit 9. It is composed of the following functions.

【0034】設定器7は、図3に示すように、掘削領域
の深さを入力するためのアップダウンボタン7a,7
b、入力した深さを表示する表示装置7e及び入力した
深さを設定信号として制御ユニット9に出力し掘削領域
を設定する領域設定スイッチ7fとで構成されている。
なお、設定器7のボタン類は適当な操作レバーのグリッ
プ上に設けてもよい。また、ICカードによる方法、バ
ーコードによる方法、無線通信による方法等、他の方法
を用いてもよい。
The setter 7, as shown in FIG. 3, has up / down buttons 7a, 7 for inputting the depth of the excavation area.
b, a display device 7e for displaying the input depth, and an area setting switch 7f for setting the excavation area by outputting the input depth to the control unit 9 as a setting signal.
The buttons of the setting device 7 may be provided on the grip of an appropriate operating lever. Further, other methods such as a method using an IC card, a method using a bar code, and a method using wireless communication may be used.

【0035】基準光発生器80は、図4に示すように掘
削領域に対して水平な方向にレーザ光を出すように地面
に設置される。基準光発生器80の発するレーザ光(基
準光)1は一条のスポット光でもよいし、扇形あるいは
円形の光でもよい。基準光検出器70は前述したように
油圧ショベルのアーム1bに取り付けられ、フロント装
置1Aを操作している最中に基準光発生器80の発生す
る基準光1を検出し、アーム1bが基準光1を横切る瞬
間を捕らえる構成としてある。基準光検出器70は作業
に支障ない程度にできるだけアーム1bの先端近くに設
置され、実際に土に作用するバケット1c近いところ
で基準光1を検出する。
The reference light generator 80 is installed on the ground so as to emit laser light in a direction horizontal to the excavation area as shown in FIG. The laser light (reference light) 1 emitted from the reference light generator 80 may be a single spot light, a fan-shaped light, or a circular light. The reference light detector 70 is attached to the arm 1b of the hydraulic excavator as described above, detects the reference light 1 generated by the reference light generator 80 while operating the front device 1A, and the arm 1b detects the reference light 1. It is designed to capture the moment of crossing 1. The reference light detector 70 is installed as close as possible to the tip of the arm 1b so as not to hinder the work, and detects the reference light 1 at a position close to the bucket 1c which actually acts on the soil.

【0036】制御ユニット9は、上記の設定器7の設定
信号と、基準光検出器70、角度計8a,8b,8c及
び傾斜計8dの検出信号を用いて掘削領域を設定する。
この制御ユニット9による掘削領域設定方法を図4を用
いて説明する。設定方法は次のようである。なお、掘削
領域は掘削領域と制限領域の境界(以下、単に掘削領域
の境界という)を設定することにより設定され、本実施
例はこの掘削領域の境界として水平面を設定するもので
ある。
The control unit 9 sets the excavation area using the setting signal of the setting device 7 and the detection signals of the reference light detector 70, the angle meters 8a, 8b, 8c and the inclinometer 8d.
A method of setting an excavation area by the control unit 9 will be described with reference to FIG. The setting method is as follows. The excavation area is set by setting a boundary between the excavation area and the restricted area (hereinafter, simply referred to as a boundary of the excavation area), and this embodiment sets a horizontal plane as the boundary of the excavation area.

【0037】掘削領域の設定に際しては、まず、図4に
示すように、油圧ショベル本体の外部に基準光1が水平
な方向に出るように基準光発生器80を設置する。
In setting the excavation area, first, as shown in FIG. 4, a reference light generator 80 is installed outside the main body of the hydraulic excavator so that the reference light 1 emerges in the horizontal direction.

【0038】次に、設定器7を用いて基準光発生器80
の発生する基準光1から設定したい掘削領域の境界まで
の深さhrを入力し、この深さhrにより基準光発生器
80の発生する基準光1と掘削領域の位置関係を設定す
る。すなわち、基準光1を基準とした掘削領域を設定す
る。この設定はオペレータにより行われる。
Next, the reference light generator 80 is set by using the setter 7.
The depth hr from the reference light 1 generated by to the boundary of the excavation region to be set is input, and the positional relation between the reference light 1 generated by the reference light generator 80 and the excavation region is set by this depth hr. That is, the excavation area is set based on the reference light 1. This setting is performed by the operator.

【0039】次に、掘削作業に移行する。掘削作業にお
いては、角度計8a,8b,8c及び傾斜計8dの信号
に基づき制御ユニット9内でフロント装置1Aの位置と
姿勢が演算されており、フロント装置1Aのアーム1b
が基準光1を横切った瞬間を基準光検出器70にて捕ら
え、基準光検出器70が基準光1を検出した時のフロン
ト装置1Aの位置と姿勢の情報に基づき車体中心Oから
基準光1までの高さhfを演算する。そして、この高さ
hfを補正値として、先に設定した深さhrから車体中
心Oに対する掘削領域の境界面の深さhsを演算し、こ
の深さhsにより車体中心Oとの位置関係で掘削領域を
設定する。すなわち、油圧ショベルの車体1Bを基準と
した掘削領域を設定する。これは、アーム1bが基準光
1を横切るごとに行われ、油圧ショベルが走行して位置
を変えてもその場所で新たな掘削領域の設定が行われ
る。
Next, the excavation work is started. In excavation work, the position and orientation of the front device 1A is calculated in the control unit 9 based on the signals of the angle meters 8a, 8b, 8c and the inclinometer 8d, and the arm 1b of the front device 1A is calculated.
The reference light detector 70 captures the moment when the reference light 1 crosses the reference light 1, and the reference light 1 from the vehicle body center O based on the position and orientation information of the front device 1A when the reference light detector 70 detects the reference light 1. The height hf up to is calculated. Then, using this height hf as a correction value, the depth hs of the boundary surface of the excavation region with respect to the vehicle body center O is calculated from the previously set depth hr, and the excavation is performed in a positional relationship with the vehicle body center O by this depth hs. Set the area. That is, the excavation area is set with reference to the vehicle body 1B of the hydraulic excavator. This is performed every time the arm 1b crosses the reference light 1, and even if the hydraulic excavator travels and changes its position, a new excavation area is set at that location.

【0040】制御ユニット9は以上の処理を行うもので
あり、それを要約して示すと図5のようである。図5に
おいて、制御ユニット9は第1設定手段100、第1演
算手段120、第2演算手段140、第2設定手段16
0の各機能を有している。第1設定手段100は、設定
器7により入力した深さhrにより基準光1と掘削領域
の位置関係を設定する。第1演算手段120は、角度計
8a,8b,8c及び傾斜計8dの信号に基づきフロン
ト装置1Aの位置と姿勢を演算する。第2演算手段14
0は、基準光検出器70が基準光1を検出した時のフロ
ント装置1Aの位置と姿勢の情報に基づき、車体中心O
から基準光1までの高さhfを演算し、このhf(車体
1Bと基準光1との位置関係)と先に設定した深さhr
(基準光1と掘削領域との位置関係)とから車体中心O
に対する掘削領域の境界面の深さhsを演算する。第2
設定手段160は第2演算手段で演算した深さhs(車
体1Bと掘削領域との位置関係)を油圧ショベルの車体
1Bを基準とした掘削領域として設定する。油圧ショベ
ルの車体1Bを基準とした掘削領域の設定が終了すると
ブロック180に示すように領域制限掘削制御に移行す
る。
The control unit 9 performs the above-mentioned processing, which is summarized in FIG. In FIG. 5, the control unit 9 includes a first setting unit 100, a first calculation unit 120, a second calculation unit 140, and a second setting unit 16.
It has 0 functions. The first setting unit 100 sets the positional relationship between the reference light 1 and the excavation area based on the depth hr input by the setter 7. The first calculation means 120 calculates the position and orientation of the front device 1A based on the signals from the angle meters 8a, 8b, 8c and the inclinometer 8d. Second calculation means 14
0 is based on the information on the position and orientation of the front device 1A when the reference light detector 70 detects the reference light 1, and the vehicle center O
The height hf from the reference light 1 to the reference light 1 is calculated, and this hf (vehicle body
1B and the reference light 1) and the previously set depth hr
Based on the (positional relationship between the reference light 1 and the excavation area) , the vehicle center O
Calculate the depth hs of the boundary surface of the excavation area with respect to. Second
The setting means 160 has a depth hs (car
The positional relationship between the body 1B and the excavation region) is set as the excavation region with the vehicle body 1B of the hydraulic excavator as a reference. When the setting of the excavation region based on the vehicle body 1B of the hydraulic excavator is completed, the process moves to the region limited excavation control as shown in block 180.

【0041】上記第1設定手段100における基準光1
と掘削領域の位置関係を設定する機能の詳細を図6に処
理フローで示す。図中、破線で囲んだ部分は油圧ショベ
ルのオペレータが行わなくてはならない操作を示す。
Reference light 1 in the first setting means 100
The details of the function for setting the positional relationship between the excavation area and the excavation area are shown in the processing flow in FIG. In the figure, parts component surrounded by a broken line indicates an operation of the hydraulic excavator operator must take place.

【0042】まず、オペレータは地表から設定したい掘
削領域の境界までの深さhdを設計施工図面等により決
め、その数値を設定器7のボタン7a,7bを用いて入
力し、その数値が入力されたことを表示装置7eで確認
すると領域設定スイッチ7fを押す。制御ユニット9で
は、処理101にて領域設定スイッチ7fが押されたか
どうかを判定し、押されていない場合は処理101を続
行し、押されると処理102へ移る。処理102では、
基準光1から設定したい掘削領域の境界までの深さhr
を次の(1)式で演算する。
First, the operator determines the depth hd from the surface of the earth to the boundary of the excavation area to be set according to the design and construction drawings, and inputs the numerical value using the buttons 7a and 7b of the setter 7, and the numerical value is input. When it is confirmed on the display device 7e, the area setting switch 7f is pressed. The control unit 9 determines whether or not the area setting switch 7f has been pressed in the processing 101. If the area setting switch 7f is not pressed, the processing 101 is continued, and if it is pressed, the processing shifts to the processing 102. In the process 102,
Depth hr from the reference light 1 to the boundary of the excavation area to be set
Is calculated by the following equation (1).

【0043】 hr=hd+ho …(1) 上記(1)式において、hoは基準光発生器80の高さ
(地表から基準光1までの高さ)であり、この値hoは
既知であり、予め制御ユニット9に記憶しておく。そし
て、処理103に移り、深さhrを記憶する。なお、基
準光発生器80の高さhoをオペレータが覚えておき、
この高さhoを含めた高さhrを設定器7を用いてオペ
レータが直接入力してもよい。また、設定器7に基準光
発生器80の高さhoを入力するためのボタンを設け、
オペレータの操作でこの高さhoの設定を変えれるよう
にしてもよい。
Hr = hd + ho (1) In the above equation (1), ho is the height of the reference light generator 80 (height from the ground surface to the reference light 1), and this value ho is known and It is stored in the control unit 9. Then, the process moves to step 103 and the depth hr is stored. The operator remembers the height ho of the reference light generator 80,
The height hr including this height ho may be directly input by the operator using the setting device 7. Further, the setting device 7 is provided with a button for inputting the height ho of the reference light generator 80,
The setting of the height ho may be changed by the operation of the operator.

【0044】第2演算手段140及び第2設定手段16
0における車体と掘削領域との位置関係を設定する機能
の詳細を図7に処理フローで示す。
Second calculating means 140 and second setting means 16
The details of the function for setting the positional relationship between the vehicle body and the excavation region at 0 are shown in the processing flow in FIG. 7.

【0045】オペレータが操作レバー40(図1参照)
を操作してフロント装置1Aを動かすとき、まず、処理
141において基準光検出器70が基準光1を横切った
かどうかを判定する。横切っていない場合は掘削領域の
設定を変えずに次の領域制限掘削制御の処理へ飛ぶ。処
理141において基準光検出器70が基準光1を横切っ
たと判定されると処理142へ行く。
The operator operates the operating lever 40 (see FIG. 1).
When operating the front device 1A by operating, the process 141 first determines whether or not the reference light detector 70 has crossed the reference light 1. If it does not traverse, the process moves to the next region limited excavation control process without changing the excavation region setting. When it is determined in the process 141 that the reference light detector 70 has crossed the reference light 1, the process goes to a process 142.

【0046】処理142ではフロント装置1Aに備えら
れた角度計8a,8b及び傾斜計8dによりブーム1
a、アーム1bの角度α,β及び車体1Bの傾斜角θを
読み込む。次に処理143においてブーム、アームの角
度α,β及び傾斜角θを用いて基準光1を検出したとき
の車体中心Oから基準光検出器70までの高さhfを演
算する。
In step 142, the boom 1 is moved by the angle meters 8a and 8b and the inclinometer 8d provided in the front device 1A.
a, the angles α and β of the arm 1b, and the inclination angle θ of the vehicle body 1B are read. Next, in processing 143, the height hf from the vehicle body center O to the reference light detector 70 when the reference light 1 is detected using the boom and arm angles α and β and the tilt angle θ is calculated.

【0047】演算はまず次の(2)式により車体中心O
からブームとアームの接合点(アーム角度計8bの設置
点)の高さhbを求める。
The calculation is performed by the following equation (2):
Then, the height hb of the joint point between the boom and the arm (the installation point of the arm angle meter 8b) is obtained.

【0048】 hb=L1×cos(α−θ) …(2) 上記(2)式においてL1はブーム1aと車体1Bの接
合点(ブーム角度計8aの設置点)とブームとアームの
接合点との距離であり、この値は既知であり、予め制御
ユニット9に記憶しておく。
Hb = L1 × cos (α−θ) (2) In the above equation (2), L1 is the joint between the boom 1a and the vehicle body 1B (the installation point of the boom angle meter 8a), and the joint between the boom and the arm. Is a known distance and is stored in the control unit 9 in advance.

【0049】次にブームとアームの接合点から基準光検
出器70までの高さhflを(3)式により求める。
Next, the height hfl from the joining point of the boom and the arm to the reference light detector 70 is obtained by the equation (3).

【0050】 hfl=Lf×cos((α−θ)+(β−θf))…(3) 上記(3)式においてLfはブームとアームの接合点か
ら基準光検出器70の設置点までの距離であり、θfは
ブームとアームの接合点とアームとバケットの接合点
(バケット角度計8cの設置点)とを結ぶ直線に対する
基準光検出器70の取り付け角度であり、これらの値は
それぞれ既知であり、予め制御ユニット9に記憶してお
く。
Hfl = Lf × cos ((α−θ) + (β−θf)) (3) In the above equation (3), Lf is from the joint point of the boom and the arm to the installation point of the reference photodetector 70. Θf is a distance, and θf is a mounting angle of the reference photodetector 70 with respect to a straight line connecting a joint point between the boom and the arm and a joint point between the arm and the bucket (installation point of the bucket angle meter 8c), and these values are known. And is stored in the control unit 9 in advance.

【0051】次に高さhbとhflから式(4)により
車体中心Oから基準光検出器70までの高さhfを演算
する。
Next, the height hf from the vehicle body center O to the reference photodetector 70 is calculated from the heights hb and hfl by the equation (4).

【0052】 hf=hb+hfl …(4) 次は、処理144に移り、設定器7で設定した基準光1
から掘削領域の境界までの深さhrを読み込む。
Hf = hb + hfl (4) Next, the process moves to the process 144, and the reference light 1 set by the setter 7 is set.
The depth hr from to the boundary of the excavation area is read.

【0053】次に、処理145において、先程演算した
車体中心Oから基準光検出器70までの高さhfを補正
値として、この値hfと設定器7で設定した基準光1か
ら掘削領域の境界までの深さhsとから、式(5)によ
り車体中心Oから掘削領域の境界までの深さhsを演算
する。
Next, in processing 145, the height hf from the vehicle body center O to the reference light detector 70 calculated previously is used as a correction value, and this value hf and the boundary between the reference light 1 set by the setting device 7 and the excavation area are set. The depth hs from the center O of the vehicle body to the boundary of the excavation region is calculated by the equation (5) from the depth hs up to.

【0054】 hs=hr+hf …(5) 最後に、処理161において処理145で演算した掘削
領域の境界の深さhrを記憶し、車体を基準とした掘削
領域を設定する。
Hs = hr + hf (5) Finally, in step 161, the depth hr of the boundary of the excavation area calculated in step 145 is stored, and the excavation area with respect to the vehicle body is set.

【0055】以上において、処理141〜145は図5
に示す第2演算手段に相当し、処理161が図5に示す
第2設定手段160に相当する。
In the above, the processings 141 to 145 are shown in FIG.
5, and the process 161 corresponds to the second setting device 160 shown in FIG.

【0056】以上を終了すると、次の領域制限掘削制御
の演算へ処理が移る。
When the above is completed, the processing moves to the next area limiting excavation control calculation.

【0057】次に、上記の掘削領域設定機能を含む制御
ユニット9の全体制御機能を図8により説明する。図8
において、制御ユニット9は、第1掘削領域設定部9
a、フロント姿勢演算部9b、目標シリンダ速度演算部
9c、目標先端速度ベクトル演算部9d、方向変換制御
部9e、補正後目標シリンダ速度演算部9f、復元制御
9g、補正後目標シリンダ速度演算部9h、目標シリ
ンダ速度選択部9i、目標パイロット圧演算部9j、バ
ルブ指令演算部9k、位置関係演算部9m及び第2掘削
領域設定部9nの各機能を有している。
Next, the overall control function of the control unit 9 including the above-mentioned excavation area setting function will be described with reference to FIG. Figure 8
In the control unit 9, the first excavation area setting unit 9
a, front attitude calculation unit 9b, target cylinder speed calculation unit 9c, target tip speed vector calculation unit 9d, direction conversion control unit 9e, corrected target cylinder speed calculation unit 9f, restoration control
Part 9 g, post-modification target cylinder speed calculating portion 9h, a target cylinder speed selector 9i, the target pilot pressure calculating portion 9j, a valve command calculating portion 9k, the functions of the positional relationship calculating portion 9m and the second excavation area setting portion 9n Yes is doing.

【0058】第1掘削領域設定部9aは図5の第1設定
手段100に相当するもので、図6に示す処理フローの
処理101〜103により基準光1から掘削領域の境界
までの深さhrにより基準光1と掘削領域との位置関係
を設定する。
The first excavation area setting unit 9a corresponds to the first setting means 100 in FIG. 5, and the depth hr from the reference light 1 to the boundary of the excavation area is set by the processing 101 to 103 in the processing flow shown in FIG. The positional relationship between the reference light 1 and the excavation area is set by.

【0059】フロント姿勢演算部9bは図5の第1演算
手段120に相当するもので、制御ユニット9に記憶し
たフロント装置1A及び車体1Bの各部寸法と、角度計
8a,8b,8cで検出した回動角α、β、γ及び傾斜
計で検出した傾斜角θを用いて設定及び制御に必要なフ
ロント装置1Aの位置及び姿勢を演算する。
The front attitude calculating section 9b corresponds to the first calculating means 120 in FIG. 5, and is detected by the angle meters 8a, 8b and 8c and the respective dimensions of the front device 1A and the vehicle body 1B stored in the control unit 9. The position and orientation of the front device 1A necessary for setting and control are calculated using the rotation angles α, β, γ and the tilt angle θ detected by the inclinometer.

【0060】位置関係演算部9mは図5の第2演算手段
140に相当するもので、図6に示す処理フローの処理
141〜145により車体中心Oから掘削領域の境界ま
での深さhsを演算する。
The positional relationship calculating unit 9m corresponds to the second calculating means 140 of FIG. 5, and calculates the depth hs from the vehicle body center O to the boundary of the excavation region by the processing 141 to 145 of the processing flow shown in FIG. To do.

【0061】第2掘削領域設定部9nは図5の第2設定
手段160に相当するもので、図6に示す処理フローの
処理161により上記の深さhsにより油圧ショベルの
車体1Bを基準とした掘削領域を設定する。
The second excavation area setting unit 9n corresponds to the second setting means 160 in FIG. 5, and is based on the vehicle body 1B of the hydraulic excavator with the above depth hs by the processing 161 of the processing flow shown in FIG. Set the excavation area.

【0062】フロント姿勢演算部9bにおいて、フロン
ト装置1Aの位置と姿勢はブーム1aの回動支点を原点
としたXY座標系で演算される。このXY座標系は本体
1Bに固定した直交座標系であり、垂直面内にあるもの
とする。例えば、フロント装置1Aのバケット1cの先
端位置は、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1
cの回動支点との距離を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、XY座
標系により下記の式より求まる。
In the front posture calculation unit 9b, the position and posture of the front device 1A are calculated in the XY coordinate system with the rotation fulcrum of the boom 1a as the origin. This XY coordinate system is an orthogonal coordinate system fixed to the main body 1B and is assumed to be in a vertical plane. For example, at the tip position of the bucket 1c of the front device 1A, the distance between the rotation fulcrum of the boom 1a and the arm 1b is L 1 , and the rotation fulcrum of the arm 1b and the bucket 1c.
If the distance between the rotation fulcrum of c and L 2 and the distance between the rotation fulcrum of the bucket 1c and the tip of the bucket 1c are L 3 , they can be obtained from the following formula using the XY coordinate system.

【0063】X=L1sinα+L2sin(α+β)
+L3sin(α+β+γ) Y=L1cosα+L2cos(α+β)+L3cos
(α+β+γ) ただし、図4に示すように車体1Bが傾いたときは、バ
ケットと先端と地面との相対位置関係が変化するので、
掘削領域の設定が正しく行えなくなる。そこで本実施例
では、車体1Bの傾斜角θを傾斜計8dで検出し、フロ
ント姿勢演算部9bでその傾斜角θの値を入力し、XY
座標系を角度θ回転させたXbYb座標系でバケット先
端の位置を計算している。これにより、車体1Bが傾い
ていても正しい領域設定及び掘削制御が行える。なお、
車体が傾いたときには車体の傾きを修正してから作業す
るとか、車体が傾斜しないような作業現場で用いる場合
には、必ずしも傾斜計は必要としない。
X = L1sinα + L2sin (α + β)
+ L3sin (α + β + γ) Y = L1cosα + L2cos (α + β) + L3cos
(Α + β + γ) However, when the vehicle body 1B is tilted as shown in FIG. 4, the relative positional relationship between the bucket, the tip, and the ground changes.
The excavation area cannot be set correctly. Therefore, in the present embodiment, the inclination angle θ of the vehicle body 1B is detected by the inclinometer 8d, and the value of the inclination angle θ is input to the front posture calculation unit 9b, and XY is entered.
The position of the bucket tip is calculated in the XbYb coordinate system in which the coordinate system is rotated by the angle θ. As a result, correct region setting and excavation control can be performed even if the vehicle body 1B is tilted. In addition,
When the vehicle body is tilted, the inclinometer is not always necessary when the work is performed after correcting the vehicle body tilt or when the vehicle body is not tilted.

【0064】第1掘削領域設定部9a、位置関係演算部
9m及び第2掘削領域設定部9nでは、深さhr,h
s、高さhf等をXbYb座標系の値に変換して処理す
る。
In the first excavation area setting unit 9a, the positional relationship calculation unit 9m and the second excavation area setting unit 9n, the depths hr and h are set.
s, height hf, etc. are converted into values in the XbYb coordinate system for processing.

【0065】目標シリンダ速度演算部9cでは操作レバ
ー装置4a,4bの操作信号として圧力検出器60a,
60b;61a,61bの検出信号を入力する。その操
作信号(パイロット圧)から流量制御弁5a,5bの目
標吐出流量(ブームシリンダ3a及びアームシリンダ3
bの目標速度)を計算する。
In the target cylinder speed calculation unit 9c, the pressure detector 60a, which is an operation signal of the operation lever devices 4a, 4b,
60b: Input the detection signals of 61a and 61b. From the operation signal (pilot pressure), the target discharge flow rate of the flow control valves 5a and 5b (boom cylinder 3a and arm cylinder 3
The target speed of b) is calculated.

【0066】目標先端速度ベクトル演算部9dでは、フ
ロント姿勢演算部9bで求めたバケットの先端位置及び
目標シリンダ速度演算部9cで求めた目標シリンダ速度
と、制御ユニット9に記憶してある先のL1,L2,L
3等の各部寸法とからバケット1cの先端の目標速度ベ
クトルVcを求める。このとき、目標速度ベクトルVc
は図4に示すXaYa座標系の値として求める。このX
aYa座標系は、第2掘削領域設定部9nで求めた車体
中心Oに対する掘削領域の境界面の深さhsだけXbY
b座標系をYb方向に平行移動した座標系である。ここ
で、XaYa座標系での目標速度ベクトルVcのXc
標成分Vcxは目標速度ベクトルVcの掘削領域の境界
に平行な方向のベクトル成分となり、Yc座標成分Vc
yは目標速度ベクトルVcの掘削領域の境界に垂直な方
向のベクトル成分となる。
In the target tip speed vector calculation unit 9d, the bucket tip position obtained by the front attitude calculation unit 9b, the target cylinder speed obtained by the target cylinder speed calculation unit 9c, and the previous L1 stored in the control unit 9 are stored. , L2, L
A target velocity vector Vc at the tip of the bucket 1c is obtained from the dimensions of each part such as 3. At this time, the target velocity vector Vc
Is obtained as a value in the XaYa coordinate system shown in FIG. This X
The aYa coordinate system is XbY only the depth hs of the boundary surface of the excavation area with respect to the vehicle body center O obtained by the second excavation area setting unit 9n.
The coordinate system is a translation of the b coordinate system in the Yb direction. Here, the Xc coordinate component Vcx of the target velocity vector Vc in the XaYa coordinate system becomes a vector component in the direction parallel to the boundary of the excavation area of the target velocity vector Vc, and the Yc coordinate component Vc
y is a vector component of the target velocity vector Vc in a direction perpendicular to the boundary of the excavation region .

【0067】方向変換制御部9eでは、バケット1cの
先端が掘削領域内でその境界近傍にあり、目標速度ベク
トルVcが掘削領域の境界に接近する方向の成分を持つ
場合、垂直なベクトル成分を掘削領域の境界に近づくに
つれて減じるように補正する。換言すれば、垂直方向の
ベクトル成分Vcyにそれよりも小さい掘削領域から離
れる方向のベクトル(逆方向ベクトル)を加える。
In the direction conversion control unit 9e, when the tip of the bucket 1c is near the boundary within the excavation area and the target velocity vector Vc has a component in the direction of approaching the boundary of the excavation area , the vertical vector component is excavated. It is corrected so that it decreases as it approaches the boundary of the region . In other words, a vector (reverse direction vector) in a direction away from the excavation area smaller than that is added to the vertical vector component Vcy.

【0068】以上のように目標速度ベクトルVcの垂直
方向のベクトル成分Vcyを補正することにより、距離
Yaが小さくなるにしたがって垂直方向のベクトル成分
Vcyの減少量が大きくなるようベクトル成分Vcyが
減じられ、目標速度ベクトルVcは目標速度ベクトルV
caに補正される。ここで、掘削領域の境界から距離Y
a1の範囲は方向変換領域または減速領域と呼ぶことが
できる。
By correcting the vertical vector component Vcy of the target velocity vector Vc as described above, the vector component Vcy is reduced so that the reduction amount of the vertical vector component Vcy increases as the distance Ya decreases. , The target speed vector Vc is the target speed vector V
It is corrected to ca. Here, the distance Y from the boundary of the excavation area
The range of a1 can be called a direction change area or a deceleration area.

【0069】バケット1cの先端が上記のような補正後
の目標速度ベクトルVcaの通りに方向変換制御された
ときの軌跡の一例を図9に示す。目標速度ベクトルVc
が斜め下方に一定であるときには、その平行成分Vcx
は一定となり、垂直成分Vcyはバケット1cの先端が
掘削領域の境界に近づくにしたがって(距離Yaが小さ
くなるにしたがって)小さくなる。補正後の目標速度ベ
クトルVcaはその合成であるので、軌跡は図示のごと
掘削領域の境界に近づくにつれて平行となる曲線状と
なる。
FIG. 9 shows an example of the locus when the tip of the bucket 1c is subjected to the direction conversion control according to the corrected target velocity vector Vca as described above. Target speed vector Vc
Is constant obliquely downward, its parallel component Vcx
Becomes constant, and the vertical component Vcy is at the tip of the bucket 1c.
It becomes smaller as it approaches the boundary of the excavation region (as the distance Ya becomes smaller). Since the corrected target velocity vector Vca is a combination thereof, the locus becomes a curved line that becomes parallel as it approaches the boundary of the excavation region as illustrated.

【0070】補正後目標シリンダ速度演算部9fでは、
方向変換制御部9eで求めた補正後の目標速度ベクトル
からブームシリンダ3a及びアームシリンダ3bの目標
シリンダ速度を演算する。これは目標先端速度ベクトル
演算部9dでの演算の逆演算である。
In the corrected target cylinder speed calculating section 9f,
The target cylinder speeds of the boom cylinder 3a and the arm cylinder 3b are calculated from the corrected target speed vector obtained by the direction change control unit 9e. This is an inverse operation of the operation in the target tip speed vector operation unit 9d.

【0071】復元制御部9gでは、バケット1cの先端
掘削領域の外に出たとき、掘削領域の境界からの距離
に関係して、バケット先端が掘削領域に戻るように目標
速度ベクトルを補正する。換言すれば、垂直方向のベク
トル成分Vcyにそれよりも大きな掘削領域に接近する
方向のベクトル(逆方向ベクトル)を加える。このよう
に目標速度ベクトルVcの垂直方向のベクトル成分Vc
yを補正することにより、距離Yaが小さくなるにした
がって垂直方向のベクトル成分Vcyが小さくなるよ
う、目標速度ベクトルVcは目標速度ベクトルVcaに
補正される。
[0071] In the restoration control unit 9 g, when the tip of the bucket 1c goes out of the excavation area, in relation to the distance from the boundary of the excavation area, the bucket tip to correct the target speed vector to return to the excavation area . In other words, a vector (reverse vector) in the direction approaching the excavation area larger than that is added to the vertical vector component Vcy. Thus, the vertical vector component Vc of the target velocity vector Vc
By correcting y, the target speed vector Vc is corrected to the target speed vector Vca so that the vertical vector component Vcy becomes smaller as the distance Ya becomes smaller.

【0072】バケット1cの先端が上記のような補正後
の目標速度ベクトルVcaの通りに復元制御されたとき
の軌跡の一例を図10に示す。目標速度ベクトルVcが
斜め下方に一定であるときには、その平行成分Vchは
一定となり、また復元ベクトル−KYaは距離Yaに比
例するので垂直成分はバケット1cの先端が掘削領域
境界に近づくにしたがって(距離Yaが小さくなるにし
たがって)小さくなる。補正後の目標速度ベクトルVc
aはその合成であるので、軌跡は図10のように掘削領
の境界に近づくにつれて平行となる曲線状となる。
FIG. 10 shows an example of a locus when the tip of the bucket 1c is restored and controlled according to the corrected target velocity vector Vca as described above. When the target velocity vector Vc is constant obliquely downward, the parallel component Vch thereof is constant, and the restoration vector −KYa is proportional to the distance Ya, so that the vertical component of the vertical component is closer to the boundary of the excavation region as the tip of the bucket 1c approaches ( It decreases as the distance Ya decreases). Corrected target velocity vector Vc
Since a is in its synthesis, excavation territory as trajectory 10
It becomes a curved line that becomes parallel as it approaches the boundary of the area .

【0073】このように復元制御部9gではバケット1
cの先端が掘削領域に戻るように制御されるため、掘削
領域外に復元領域が得られることになる。また、この復
元制御でも、バケット1cの先端の掘削領域の境界に接
近する方向の動きが減速されることにより、結果として
バケット1cの先端の移動方向が掘削領域の境界に沿っ
た方向に変換され、この意味でこの復元制御も方向変換
制御ということができる。
In this way, the restoration control unit 9g uses the bucket 1
Since the tip of c is controlled to return to the excavation area, drilling
The restored area is obtained outside the area. Also in this restoration control, the movement of the tip of the bucket 1c in the direction approaching the boundary of the excavation area is decelerated, and as a result, the moving direction of the tip of the bucket 1c is converted to the direction along the boundary of the excavation area. In this sense, this restoration control can also be called direction change control.

【0074】補正後目標シリンダ速度演算部9hでは、
復元制御部9gで求めた補正後の目標速度ベクトルから
ブームシリンダ3a及びアームシリンダ3bの目標シリ
ンダ速度を演算する。これは目標先端速度ベクトル演算
部9dでの演算の逆演算である。
In the corrected target cylinder speed calculating section 9h,
The target cylinder speeds of the boom cylinder 3a and the arm cylinder 3b are calculated from the corrected target speed vector obtained by the restoration control unit 9g. This is an inverse operation of the operation in the target tip speed vector operation unit 9d.

【0075】ここで、復元制御を行う場合は、その復元
制御に必要なブームシリンダ及びアームシリンダの動作
方向を選択し、その動作方向における目標シリンダ速度
を演算する。ただし、復元制御ではブーム1aを上げる
ことでバケット先端を掘削領域に戻すため、ブーム1a
の上げ方向が必ず含まれる。その組み合わせも制御ソフ
トで決まる。
Here, when the restoration control is performed, the operation directions of the boom cylinder and the arm cylinder required for the restoration control are selected, and the target cylinder speed in the operation direction is calculated. However, in the restoration control, since the bucket tip is returned to the excavation area by raising the boom 1a , the boom 1a
The direction of raising is always included. The combination is also determined by the control software.

【0076】目標シリンダ速度選択部9iでは補正後
標シリンダ速度演算部9fで得た方向変換制御による目
標シリンダ速度と補正後目標シリンダ速度演算部9hで
得た復元制御による目標シリンダ速度の値の大きい方
(最大値)を選択し、出力用の目標シリンダ速度とす
る。
In the target cylinder speed selection unit 9i, the target cylinder speed by the direction change control obtained by the corrected target cylinder speed calculation unit 9f and the target cylinder speed by the restoration control obtained by the corrected target cylinder speed calculation unit 9h Select the larger speed value (maximum value) as the target cylinder speed for output.

【0077】目標パイロット圧演算部9jでは、目標パ
イロット圧としてパイロットライン44a,44b;4
5a,45bの目標パイロット圧を計算する。
In the target pilot pressure calculating section 9j, the pilot lines 44a, 44b; 4 are set as the target pilot pressures.
Calculate the target pilot pressure of 5a, 45b.

【0078】バルブ指令演算部9kでは、目標パイロッ
ト圧演算部9jで計算した目標パイロット圧に応じた指
令値を演算し、対応する電気信号が比例電磁弁10a,
10b,11a,11bに出力される。
The valve command calculation unit 9k calculates a command value according to the target pilot pressure calculated by the target pilot pressure calculation unit 9j, and the corresponding electric signal is transmitted to the proportional solenoid valve 10a,
It is output to 10b, 11a, 11b.

【0079】以上のように構成した本実施例において
は、基準光検出器70が基準光1を横切るごとに基準光
1と掘削領域の位置関係を補正して車体と掘削領域の位
置関係を演算し車体を基準とした掘削領域を設定するた
め、車体の移動による高さ変化を毎回補正して掘削作業
が行える。このため、車体が移動し車体高さが変化して
も掘削領域の設定は変化せず、常に基準光1を基準とし
た所定の深さを掘削することができる。
In the present embodiment configured as described above, the positional relationship between the reference light 1 and the excavation area is corrected every time the reference light detector 70 crosses the reference light 1, and the positional relationship between the vehicle body and the excavation area is calculated. Since the excavation area is set based on the vehicle body, excavation work can be performed by correcting the height change due to the movement of the vehicle body each time. Therefore, even if the vehicle body moves and the vehicle body height changes, the setting of the excavation area does not change, and it is possible to always excavate a predetermined depth based on the reference light 1.

【0080】また、基準光検出器70を実際に地面に作
用する部材であるバケットを備えたフロント装置1Aの
バケット先端に近いところに設置し、この基準光検出器
70が基準光1を検出したときのフロント装置1Aの位
置と姿勢に基づき車体1Bを基準とした掘削領域を設定
するので、この掘削領域の設定に際して掘削領域設定演
算と掘削制御演算とで車体1Bの製作公差や、基準光検
出器70、角度センサ8a〜8c等の精度、取付け公差
の誤差の影響が相殺されることになる。このため、掘削
制御に際してバケット1cの先端の位置を演算すると
き、基準光1を車体1Bに設置したセンサで検出する方
法に比較して、上記公差や精度の誤差の影響が少なくな
り、設定した掘削領域との差を少なく設定通りに正確に
掘削することができる。
Further, the reference light detector 70 is installed near the tip of the bucket of the front device 1A having a bucket which is a member that actually acts on the ground, and the reference light detector 70 detects the reference light 1. Since the excavation area based on the vehicle body 1B is set based on the position and posture of the front device 1A at this time, the manufacturing tolerance of the vehicle body 1B and reference light detection are performed by the excavation area setting calculation and the excavation control calculation when setting the excavation area. The influences of the accuracy of the instrument 70, the angle sensors 8a to 8c, and the like and the error of the mounting tolerance are offset. Therefore, when calculating the position of the tip of the bucket 1c during excavation control, the influence of the above tolerance and accuracy error is set smaller than the method of detecting the reference light 1 by the sensor installed in the vehicle body 1B. The difference from the excavation area is small and the excavation can be performed exactly as set.

【0081】今、このことを更に説明する。特開平3−
295933号公報に記載の従来技術では、前述したよ
うに基準光による車体高さの補正は行える。掘削を行う
ときには車体高さを補正し、車体中心から設定された深
さhsにバケット先端を動かすように制御する。このと
き、制御装置は制御装置に設定されているブーム、アー
ム、バケットの寸法L1,L2,L3及び角度センサか
ら検出された各フロント部材の角度α,β,γを用いバ
ケット先端がhsの位置になるように制御演算を行う。
しかし、実際のフロント部材には製作誤差があり、例え
ばブームはL1+εL1、アームはL2+εL2、バケット
はL3+εL3の寸法になっている。また、センサから検
出した角度α,β,γは真の角度α′,β′,γ′に対
してセンサ取り付け誤差、センサ自身の検出誤差等によ
りεα,εβ,εγの誤差を含んでいる。そのため、制
御装置が、 hs(L1,L2,L3,α(hs),β(hs),γ(hs)) にバケット先端を制御しようとしても、実際には hs′(L1′,L2′,L3′,α′(hs),β′(hs),γ′(hs)) =hs′(L1+εL1,L2+εL2,L3+εL3,α(hs)+εα, β(hs)+εβ,γ(hs)+εγ) …(6) の位置になってしまう。
Now, this will be further described. JP-A-3-
In the conventional technique disclosed in Japanese Patent No. 295933, the vehicle body height can be corrected by the reference light as described above. When excavating, the height of the vehicle body is corrected, and the tip of the bucket is controlled to move to the set depth hs from the center of the vehicle body. At this time, the control device uses the dimensions L1, L2, L3 of the boom, arm, and bucket set in the control device and the angles α, β, γ of the front members detected by the angle sensor, and the bucket tip is at the position hs. The control calculation is performed so that
However, there are manufacturing errors in the actual front member, for example, the boom has dimensions L1 + εL1, the arm has dimensions L2 + εL2, and the bucket has dimensions L3 + εL3. Further, the angles α, β, γ detected by the sensor include errors εα, εβ, εγ with respect to the true angles α ′, β ′, γ ′ due to sensor mounting errors, sensor detection errors, and the like. Therefore, even if the controller attempts to control the bucket tip to hs (L1, L2, L3, α (hs), β (hs), γ (hs)), in reality hs ′ (L1 ′, L2 ′ , L3 ', α' (hs), β '(hs), γ' (hs)) = hs' (L1 + εL1, L2 + εL2, L3 + εL3, α (hs) + εα, β (hs) + εβ, γ (hs) + εγ) ... It becomes the position of (6).

【0082】ここで、L1,L2,L3:設計値 α,β,γ:検出値 L1′L2′L3′,α′,β′,γ′:実際値 εL1,εL2,εL3,εα,εβ,εγ:誤差 また、L1′=L1+εL1 L2′=L2+εL2 L3′=L3+εL3 α=α′+εα β=β′+εβ γ=γ′+εγ ただし、α(hs),β(hs),γ(hs),α′(hs),β′(h
s),γ′(hs)はフロント装置がhs検出の姿勢をとった
ときの角度の検出値と実際値。
Here, L1, L2, L3: Design values α, β, γ: Detected values L1'L2'L3 ', α', β ', γ': Actual values εL1, εL2, εL3, εα, εβ, εγ: error L1 ′ = L1 + εL1 L2 ′ = L2 + εL2 L3 ′ = L3 + εL3 α = α ′ + εα β = β ′ + εβ γ = γ ′ + εγ where α (hs), β (hs), γ (hs), α ′ (Hs), β ′ (h
s) and γ '(hs) are the detected value and the actual value of the angle when the front device takes the hs detection posture.

【0083】例えば、目標のブーム角が30°とする
と、制御装置は検出値α(hs)=30°になるようにフロ
ント装置を制御する。このとき、検出値αと実際の角度
α′にεα=0.5°の誤差が合った場合には、実際に
はα′=30.5°の位置に制御されてしまう。
For example, when the target boom angle is 30 °, the control device controls the front device so that the detected value α (hs) = 30 °. At this time, when the detected value α and the actual angle α ′ have an error of εα = 0.5 °, the position is actually controlled to α ′ = 30.5 °.

【0084】一方、本実施例ではフロント装置(アー
ム)に基準光検出器70を設けているので、基準光1を
検出器70が横切ったときの検出器70の位置hfは制
御ユニット9の内部では、 hf(L1,Lfα(hf),β(hf),θf) で演算された位置と認識される。その時の実際の検出器
70は、 hf′(L1′,Lf′,α′(hf),β′(hf),θf′) =hf′(L1+εL1,Lf+εLf,α(hf)+εα,β(hf)+εβ, θf+εθf) の位置にある。このときのバケット先端の位置は、 (L1′,L2′,L3′,α′(hf),β′(hf),γ′(hf)) =(L1+εL1,L2+εL2,L3+εL3,α(hf)+εα(hf), β(hf)+εβ(hf),γ(hf)+εγ(hf)) …(7) の位置になっている。
On the other hand, in this embodiment, since the reference light detector 70 is provided in the front device (arm), the position hf of the detector 70 when the detector 70 crosses the reference light 1 is the inside of the control unit 9. Then, it is recognized as the position calculated by hf (L1, Lfα (hf), β (hf), θf). The actual detector 70 at that time is as follows: hf '(L1', Lf ', α' (hf), β '(hf), θf') = hf '(L1 + εL1, Lf + εLf, α (hf) + εα, β (hf ) + Εβ, θf + εθf). The position of the bucket tip at this time is (L1 ', L2', L3 ', α' (hf), β '(hf), γ' (hf)) = (L1 + εL1, L2 + εL2 , L3 + εL3, α (hf) + Εα (hf), β (hf) + εβ (hf), γ (hf) + εγ (hf)) (7).

【0085】ここで、 εθf:b検出器70の取り付け誤差 α(hf),β(hf),γ(hf):フロント装置がhf検出の姿
勢をとったときの角度の検出値 α′(hf),β′(hf),γ′(hf):フロント装置がhf検
出の姿勢をとったときの角度の実際値 このとき、基準光検出器70は真の基準光1の位置にあ
るので、制御ユニット9は誤差を含んだ形で真の基準光
1の位置を検出したことになる。このhfを領域制限制
御に用いれば、制御ユニット9内の検出位置hfと実際
の位置hf′の誤差はhfを検出したときと同じ誤差を
含んでいるので、実際には相殺されて真のhf′の位置
に一致する。
Here, εθf: b detector 70 mounting errors α (hf), β (hf), γ (hf): Detected value α ′ (hf of the angle when the front device is in the hf detection posture. ), Β ′ (hf), γ ′ (hf): actual value of the angle when the front device takes the hf detection posture At this time, the reference photodetector 70 is at the position of the true reference light 1, The control unit 9 has detected the position of the true reference light 1 including an error. If this hf is used for the area limiting control, the error between the detected position hf in the control unit 9 and the actual position hf 'includes the same error as when the hf is detected, so that it is actually canceled out and the true hf is eliminated. It matches the position of ′.

【0086】例えば、基準光1を検出したときに実際の
ブーム角α′=30°であったとし、センサ8aによる
検出値にεα=0.5°の誤差があるとすると、α=2
9.5°で検出される。この検出値α=29.5°を用
いれば、実際にはα′=30°の位置、つまり基準光1
の真の位置と一致するので、誤差は相殺される。
For example, suppose that the actual boom angle α ′ = 30 ° when the reference light 1 is detected, and the detected value by the sensor 8a has an error of εα = 0.5 °, α = 2.
Detected at 9.5 °. If this detected value α = 29.5 ° is used, the position of α ′ = 30 °, that is, the reference light 1
Since it matches the true position of, the error is canceled out.

【0087】次に、領域制限制御を行うときにこのhf
を用いて補正されたhsを目標にバケット先端位置を制
御すると、少なくともhfに内在されている誤差は先に
述べたように実際の基準光位置から考えると相殺され、
残りはhfを検出したときの姿勢からバケット先端をh
sに移動するまでのセンサの誤差によるものになる。こ
のとき実際には、バケット先端は、 hs′(L1′,L2′,L3′,α′(hs),β′(hs),γ′(hs)) =hs′(L1+εL1,L2+εL2,L3+εL3,α(hs)+εα(hs), β(hs)+εβ(hs),γ(hs)+εγ(hs)) …(8) にある。
Next, when the area restriction control is performed, this hf
When the bucket tip position is controlled with the target hs corrected by using, the error contained in at least hf is canceled when considering from the actual reference light position as described above.
For the rest, h is the tip of the bucket from the posture when hf is detected.
It is due to the error of the sensor until it moves to s. At this time, the bucket tip is actually hs '(L1', L2 ', L3', α '(hs) , β' (hs), γ '(hs)) = hs' (L1 + εL1, L2 + εL2 , L3 + εL3 , Α (hs) + εα (hs), β (hs) + εβ (hs), γ (hs) + εγ (hs)) (8).

【0088】ここで、 α(hs),β(hs),γ(hs):フロント装置がhsの制御姿
勢をとったときの角度の検出値 α′(hs),β′(hs),γ′(hs):フロント装置がhsの
制御姿勢をとったときの角度の実際値 このとき、本実施例では(7)式に従いhf検出時の位
置は基準光1の真の位置であるので、従来技術と異な
り、hf検出時からhsへ姿勢を制御したときの偏差α
(hs)−α(hf),β(hs)−β(hf),γ(hs)−γ(hf)に係わ
る誤差、 Δεα=εα(hs)−εα(hf) …(9) Δεβ=εβ(hs)−εβ(hf) …(10) Δεγ=εγ(hs)−εγ(hf) …(11) が実際に領域制限制御を行ったときの誤差に係わり、軽
微なものとなる。また、本実施例では、基準光検出器7
0をフロント装置に備えて、基準光検出時と掘削時の姿
勢変化を極力少なくすることができ、その場合は(9)
〜(11)式に係わる誤差は更に少なくすることができ
る。
Α (hs), β (hs), γ (hs): Detected values α ′ (hs), β ′ (hs), γ of the angle when the front device takes the hs control posture. ′ (Hs): Actual value of the angle when the front device takes the hs control posture At this time, in this embodiment, the position at the time of hf detection is the true position of the reference light 1 according to the equation (7). Different from the prior art, the deviation α when the attitude is controlled from hf detection to hs
Error relating to (hs) -α (hf), β (hs) -β (hf), γ (hs) -γ (hf), Δεα = εα (hs) -εα (hf) (9) Δεβ = εβ (hs) -εβ (hf) (10) Δεγ = εγ (hs) -εγ (hf) (11) is a slight amount due to the error when the area limiting control is actually performed. Further, in the present embodiment, the reference light detector 7
By equipping the front device with 0, it is possible to minimize posture changes during reference light detection and excavation. In that case, (9)
It is possible to further reduce the error related to equations (11).

【0089】なお、後述するダイレクトティーチングに
よる場合は、hrを設定する場合の誤差も設定時に取り
込み、制御時に操作できることからより正確な掘削の制
御ができる。
In the case of direct teaching which will be described later, an error in setting hr can be taken in at the time of setting and can be operated during control, so that more accurate excavation control can be performed.

【0090】また、本実施例では、フロント装置1Aの
位置と姿勢を検出する角度センサ8a〜8cの誤差の影
響を受け難いので、車体が移動して車体高さが変化する
ことにより車体からの掘削深さが変化しても、その掘削
深さの変化量に対する角度センサ8a〜8cの誤差の影
響が少なくなり、車体高さが変化する前と後で掘削深さ
が変化することが防止される。
Further, in the present embodiment, since it is difficult to be influenced by the error of the angle sensors 8a to 8c for detecting the position and the posture of the front device 1A, the vehicle body is moved and the vehicle body height is changed. Even if the excavation depth changes, the influence of the error of the angle sensors 8a to 8c on the variation amount of the excavation depth is reduced, and the excavation depth is prevented from changing before and after the vehicle body height changes. It

【0091】更に、特開平3−295933号公報に記
載の従来技術では、車体に備えられた基準光検出器が基
準光を検出できる広い範囲にあることが必要である。本
実施例では、基準光検出器70をフロント装置1Aに設
置し、フロント装置1Aを操作している最中に基準光検
出器70が基準光1を横切ることで基準光1を検出する
ので、基準光検出器70の設置面積が小さくても確実に
基準光1を捕らえることができ、基準光検出器70を小
型でシンプルな構成にできる。
Further, in the conventional technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-295933, it is necessary that the reference light detector provided in the vehicle body is in a wide range capable of detecting the reference light. In this embodiment, the reference light detector 70 is installed in the front device 1A, and the reference light detector 70 detects the reference light 1 by crossing the reference light 1 while operating the front device 1A. The reference light 1 can be reliably captured even if the installation area of the reference light detector 70 is small, and the reference light detector 70 can be made small and simple.

【0092】同様に、フロント装置1Aを操作している
最中に基準光検出器70が基準光1を横切ることで基準
光1を検出するので、フロント装置1Aの広い可動範囲
を考えれば車体の移動を広い範囲で補正できる。
Similarly, since the reference light detector 70 detects the reference light 1 by crossing the reference light 1 while the front device 1A is being operated, considering the wide movable range of the front device 1A, the reference light 1 is detected. Movement can be corrected in a wide range.

【0093】また、特開平3−295933号公報に記
載の従来技術では、上記のように車体に備えられた基準
光検出器が基準光を検出できる範囲にあることが必要で
あり、基準光検出器の大きさを考えれば大きな制約とな
る。本実施例では、基準光検出器70はフロント装置1
A、特にアームに備えられるので、フロント装置の広い
可動範囲を考えれば基準光発生器80の設置場所は大き
な制約を受ない。このことは、例えば図11に示すよう
に、車体1Bと同じ高さの地面に適当な基準光発生器の
設置場所がない場合に、溝Gの中に基準光発生器80を
設置することができるなどのメリットがある。また、こ
のことにより先の誤差の問題から基準光検出時の姿勢と
掘削時の姿勢との間の変化を少なくするように基準光発
生器80を設置することができ、掘削の精度を向上する
ことができる。
Further, in the conventional technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-295933, it is necessary that the reference photodetector provided in the vehicle body be in the range capable of detecting the reference light as described above. Considering the size of the vessel, it becomes a big limitation. In the present embodiment, the reference light detector 70 is the front device 1.
A, especially because it is provided in the arm, the installation location of the reference light generator 80 is not subject to any major restrictions, considering the wide movable range of the front device. This means that, for example, as shown in FIG. 11, the reference light generator 80 may be installed in the groove G when there is no suitable installation place for the reference light generator on the ground level with the vehicle body 1B. There are merits such as being able to do it. Further, by this, the reference light generator 80 can be installed so as to reduce the change between the posture at the time of detecting the reference light and the posture at the time of excavation due to the above error problem, and the precision of excavation is improved. be able to.

【0094】更に、本実施例によれば、作業の初めに基
準光発生器80を設置し、設定器7を用いて設定を行っ
ておけば、作業開始時、あるいは油圧ショベル本体を走
行して移動するごとにバケット1cの先端を掘削領域の
境界に位置決めするための補助員が不要となる。また、
補助員の指示による設定にかかる時間を無くすことがで
き、作業時間を短縮できる。
Further, according to the present embodiment, if the reference light generator 80 is installed at the beginning of the work and the setting is performed using the setting device 7, the work is started or the hydraulic excavator body is run. An assistant is not required to position the tip of the bucket 1c at the boundary of the excavation area each time it moves. Also,
The time required for setting by the instruction of the assistant can be eliminated, and the working time can be shortened.

【0095】また、基準光発生器80は車体の外部に設
置され、一度設置されればその位置を変える必要がな
く、車体が移動しても掘削領域の基準として継続的に使
用できる。
Further, the reference light generator 80 is installed outside the vehicle body, and once installed, it is not necessary to change its position and can be continuously used as a reference for the excavation area even if the vehicle body moves.

【0096】なお、本実施例では基準光を水平に発する
場合を述べたが、基準光は必ずしも水平に発する必要は
なく、工事の必要性で傾きを持たせて段々に掘削をし、
大まかに勾配をつけた掘削をしても良い。
Although the reference light is emitted horizontally in the present embodiment, the reference light does not necessarily have to be emitted horizontally, and the excavation is performed stepwise with an inclination due to the necessity of construction.
Drilling with a rough slope may be used.

【0097】本発明の第2の実施例を図12〜図15に
より説明する。本実施例は領域制限掘削制御の掘削領域
設定装置において、掘削領域として角度を持った掘削領
域を設定するものである。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an excavation area setting device for area limited excavation control sets an excavation area having an angle as an excavation area.

【0098】図12において、本実施例の第1掘削領域
設定部9a(図8参照;図5の第1設定手段100に相
当)では図13に示す設定器7Aを用いて、基準光1か
ら掘削領域の基準点Pまでの深さhrと、車体中心Oか
ら基準点Pまでの距離hrx、掘削領域の境界の傾斜角
度θrを入力し設定する。従って、この場合は、設定器
7Aを地表から掘削領域の基準点Pまでの深さhd、車
体中心Oから基準点Pまでの距離hrx、掘削領域の境
界の傾斜角度θrのいずれを入力するかを選択する選択
ボタン7c,7g,7dを有する構造とする。
In FIG. 12, the first excavation area setting unit 9a (see FIG. 8; corresponding to the first setting means 100 in FIG. 5) of this embodiment uses the setting device 7A shown in FIG. The depth hr to the reference point P of the excavation region, the distance hrx from the vehicle body center O to the reference point P, and the inclination angle θr of the boundary of the excavation region are input and set. Therefore, either in this case, the depth hd to the reference point P of the excavation area setting device 7A from the surface, the distance from the body center O to the reference point P hrx, to enter one of the inclination angle θr of the boundary of the excavation area The structure has selection buttons 7c, 7g, and 7d for selecting.

【0099】図14に第1掘削領域設定部9aの処理フ
ローを示す。オペレータが深さhd、距離hrx、角度
θrを入力すると、処理101,102では先の実施例
と同様に領域設定スイッチ7fが押されたがどうかを確
認し、基準光1から掘削領域の基準点Pまでの深さhr
先の(1)式で演算し、処理103で深さhr、距離h
rx、角度θrを記憶する。
FIG. 14 shows a processing flow of the first excavation area setting unit 9a. When the operator inputs the depth hd, the distance hrx, and the angle θr, it is confirmed whether or not the area setting switch 7f is pressed in the processes 101 and 102 as in the previous embodiment, and the reference light 1 to the reference point of the excavation area are checked. Depth to P hr
The calculation is performed by the above equation (1), and the depth h r and the distance h are calculated in the process 103.
The rx and the angle θr are stored.

【0100】また、第2掘削領域設定部9n(図8参
照;図5の第2設定手段160に相当)では、図15に
示した掘削領域設定の処理フローの処理141〜145
において先の実施例と同様に基準光が検出されたときに
車体中心Oから掘削領域の基準点Pまでの深さhsを演
算し、処理161Aにおいて距離hrx及び角度θrを
読み込み、深さhsとこれらの値を記憶し、図12に示
すような車体を基準とした掘削領域の設定を行う。
In the second excavation area setting unit 9n (see FIG. 8; corresponding to the second setting means 160 in FIG. 5), the processing steps 141 to 145 of the processing flow for excavation area setting shown in FIG.
In the same manner as in the previous embodiment, the depth hs from the vehicle body center O to the reference point P in the excavation area is calculated when the reference light is detected, and the distance hrx and the angle θr are read in the processing 161A to obtain the depth hs. These values are stored and the excavation area is set based on the vehicle body as shown in FIG.

【0101】この実施例によれば、紙面垂直方向に油圧
ショベルを移動させつつ領域制限掘削制御をするとき第
1の実施例と同様の効果が得られる。また、勾配を付け
た掘削領域を設定して領域制限掘削制御を行うことによ
り上下水道管の埋設用の溝掘りのような作業が容易に
えるようになる。
According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained when the region limited excavation control is performed while moving the hydraulic excavator in the direction perpendicular to the paper surface. Further, the easily-line operations such as grooving for burial by <br/> Ri water and sewage pipes to set the excavation area where a gradient performing area limiting excavation control
To get

【0102】本発明の第3の実施例を図16〜図18に
より説明する。本実施例は第1及び第2実施例の第1設
定手段100(図5参照)における基準光1と掘削領域
との位置関係の設定をダイレクトティーチングで行うも
のである。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the positional relationship between the reference light 1 and the excavation area in the first setting means 100 (see FIG. 5) of the first and second embodiments is set by direct teaching.

【0103】すなわち、第1及び第2の実施例では、第
1設定手段100において基準光1から掘削領域の境界
までの深さhrあるいは車体中心点Oから掘削領域の基
準点Pまでの距離hrxを設定器7のアップダウンボタ
7a,7b(図3参照)を使用して設定した。本実施
例では、オペレータの操作レバーの操作でバケット1c
の先端を図16に二点鎖線で示すように設定したいとこ
ろに動かして、その場所をダイレクトティーチングする
ことにより深さhrあるいは距離hrxを設定する。
That is, in the first and second embodiments, in the first setting means 100, the depth hr from the reference light 1 to the boundary of the excavation region or the distance hrx from the vehicle body center point O to the reference point P of the excavation region. Up / down button of the setting device 7
Emissions 7a, set using the 7b (see FIG. 3). In the present embodiment, the bucket 1c is operated by operating the operation lever of the operator.
16 is moved to a position to be set as shown by a chain double-dashed line in FIG. 16 and the position is directly taught to set the depth hr or the distance hrx.

【0104】図17に掘削領域のダイレクトティーチン
グによる設定方法の処理フローを示す。図中、破線で囲
んだ部分,は油圧ショベルのオペレータが行わなく
てはならない操作を示す。
FIG. 17 shows the processing flow of the setting method by direct teaching of the excavation area. In the figure, the part surrounded by the broken line shows the operation that the operator of the hydraulic excavator must perform.

【0105】まず、オペレータは図17のに示すよう
に、操作レバーを操作してバケット1cの先端を掘削領
域の基準点Pに来るようにフロント装置1Aを動かす。
バケット1cの先端が基準点Pに来ると、オペレータは
設定器7の領域設定スイッチ7f(図3参照)を押す。
First, as shown in FIG. 17, the operator operates the operation lever to move the front device 1A so that the tip of the bucket 1c comes to the reference point P of the excavation area.
When the tip of the bucket 1c reaches the reference point P, the operator pushes the area setting switch 7f (see FIG. 3) of the setting device 7.

【0106】制御ユニット9(図1参照)では、処理1
90において領域設定スイッチ7fが押されたかどうか
を判定し、押されていない場合は処理190を継続す
る。領域設定スイッチ7fが押されると処理191へ移
る。
In the control unit 9 (see FIG. 1), the process 1
At 90, it is determined whether or not the area setting switch 7f is pressed. If not, the process 190 is continued. When the area setting switch 7f is pressed, the process proceeds to processing 191.

【0107】処理191ではその時のフロント装置1A
の姿勢から、車体中心Oからのバケット1cの先端まで
の深さhs、距離hrxを演算する。
In process 191, the front device 1A at that time is
From the posture, the depth hs from the center O of the vehicle body to the tip of the bucket 1c and the distance hrx are calculated.

【0108】次に、オペレータは図17のに示すよう
に、再び操作レバーを操作して基準光検出器70が基準
光1を横切り基準光1を検出できるようにフロント装置
1Aを動かす。
Next, as shown in FIG. 17, the operator again operates the operation lever to move the front device 1A so that the reference light detector 70 can cross the reference light 1 and detect the reference light 1.

【0109】制御ユニットはその間に処理192におい
て基準光検出器70が基準光1を検出したかどうかの判
定を継続する。ここで、基準光1を検出すると処理19
3へ移る。
In the meantime, the control unit continues to determine in process 192 whether the reference light detector 70 has detected reference light 1. Here, if the reference light 1 is detected, the process 19 is performed.
Move to 3.

【0110】処理193では、その時のフロント装置1
Aの姿勢から車体中心Oから基準光検出器70までの高
さhfoを演算する。
In process 193, the front device 1 at that time is processed.
The height hfo from the vehicle body center O to the reference photodetector 70 is calculated from the posture of A.

【0111】次に処理194において基準光1から掘削
領域の境界までの深さhrを、 hr=hs−hfo …(12) の演算により求める。
Next, in process 194, the depth hr from the reference light 1 to the boundary of the excavation region is obtained by the calculation of hr = hs-hfo (12).

【0112】最後に、処理195において、上記のよう
にして求めた深さhrを記憶し、設定を完了する。ま
た、第2の実施例のように勾配を持つ掘削領域を設定を
設定する場合には、更に設定器7でを用いて角度θrを
入力し、深さhrと距離hrxと角度θrとを記憶し、
図16に二点鎖線で示すような掘削領域を設定する。
Finally, in process 195, the depth hr obtained as described above is stored, and the setting is completed. When setting the excavation area having a slope as in the second embodiment, the angle θr is further input by using the setter 7, and the depth hr, the distance hrx, and the angle θr are stored. Then
An excavation area as shown by a chain double-dashed line in FIG. 16 is set.

【0113】以上のように基準光1を基準とした掘削領
域の設定が完了すると、掘削制御を開始する。本実施例
の第1設定手段以外の構成は第1の実施例と同じであ
り、掘削作業に際しては図5に示す第1演算手段12
0、第2演算手段140及び第2設定手段160によ
り、図18に示すように処理194で求めたhr(また
は処理191,194で求めたhrx,hrと角度θ
r)を使用し、基準光1を検出するごとにhf(車体1
Bと基準光1との位置関係)を求めて深さhs(車体1
Bと掘削領域との位置関係)を更新し、車体を基準とし
た掘削領域を設定しつつ領域制限掘削制御を行う。
When the setting of the excavation area based on the reference light 1 is completed as described above, excavation control is started. The configuration other than the first setting means of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and the first calculating means 12 shown in FIG.
0, the second calculation means 140, and the second setting means 160, as shown in FIG. 18, hr obtained in the processing 194 (or hrx, hr obtained in the processing 191, 194 and the angle θ).
r), and every time the reference light 1 is detected, hf (vehicle body 1
The depth hs (vehicle body 1 ) is obtained by obtaining the positional relationship between B and the reference light 1.
(Positional relationship between B and the excavation area) is updated, and the area limited excavation control is performed while setting the excavation area based on the vehicle body.

【0114】本実施例によればダイレクトティーチング
により掘削領域を設定するので、作業状況に合わせて所
望の掘削領域を正確に設定することができる。
According to the present embodiment, since the excavation area is set by direct teaching, the desired excavation area can be set accurately according to the work situation.

【0115】[0115]

【発明の効果】本発明によれば、車体が移動し作業現場
の地形の変化で油圧ショベルの高さが変化しても、常に
基準光を基準とした所定の深さを掘削することができ、
例えば水平な掘削面を設定した場合には、地面が傾斜し
ていても、車体を移動しつつ水平な面を掘削することが
できる。
According to the present invention, even if the height of the hydraulic excavator changes due to changes in the topography of the work site due to movement of the vehicle body, it is possible to always excavate a predetermined depth based on the reference light. ,
For example, when a horizontal excavation plane is set, even if the ground is inclined, it is possible to excavate a horizontal plane while moving the vehicle body.

【0116】また、掘削時に、基準光を車体に設置した
センサで検出する方法に比較して、車体の製作公差やセ
ンサ等の精度、取付け公差の誤差の影響を受難く、設定
した掘削領域との差を少なく掘削することができる。
Further, in comparison with the method of detecting the reference light by the sensor installed on the vehicle body during excavation, it is less susceptible to the manufacturing tolerance of the vehicle body, the accuracy of the sensor, etc. It is possible to drill with less difference.

【0117】また、センサの誤差の影響を受け難いの
で、車体の移動により車体からの掘削深さが変化して
も、掘削するバケット先端点に近い所で基準光を検出し
て設定を更新するので、車体高さが変化する前と後で掘
削深さが変化することが防止できる。
Further, since it is not easily affected by the error of the sensor, even if the excavation depth from the vehicle body changes due to the movement of the vehicle body, the reference light is detected near the tip of the bucket to be excavated and the setting is updated. Therefore, it is possible to prevent the excavation depth from changing before and after the vehicle body height changes.

【0118】更に、第1検出手段の設置面積が小さくて
も確実に基準光を捕らえることができるので、第1検出
手段を小型でシンプルな構成にできる。
Furthermore, since the reference light can be reliably captured even if the installation area of the first detecting means is small, the first detecting means can be made compact and simple.

【0119】また、第1検出手段を設置したフロント装
置の広い可動範囲を考えれば車体の移動を広い範囲で補
正できる。
Also, considering the wide movable range of the front device having the first detecting means, the movement of the vehicle body can be corrected in a wide range.

【0120】また、本発明によれば、制限領域との境界
を水平面とした掘削領域を設定できる。
Further, according to the present invention, it is possible to set an excavation area having a boundary with the restriction area as a horizontal plane.

【0121】更に、本発明によれば、勾配を付けた掘削
領域を設定して領域制限掘削制御を行うことにより上下
水道管の埋設用の溝掘りのような作業が容易に行えるよ
うになる。
Further, according to the present invention, a work such as digging a groove for burying a water and sewer pipe can be easily performed by setting a digging area with a slope and performing area limiting digging control .
Sea urchin made.

【0122】また、本発明によれば、設定器を用いて作
業の初めに第1設定手段の設定を行っておけば、作業開
始時、あるいは車体を走行して移動するごとにフロント
装置を掘削領域の境界に位置決めするための補助員が不
要となる。また、補助員の指示による設定にかかる時間
を無くすことができ、作業時間を短縮できる。
Further, according to the present invention, if the setting device is used to set the first setting means at the beginning of the work, the front device is excavated at the start of the work or each time the vehicle travels and moves. There is no need for assistants to position the boundaries of the area. Further, the time required for setting by the instruction of the assistant can be eliminated, and the working time can be shortened.

【0123】更に、本発明によれば、ダイレクトティー
チングにより第1設定手段の設定を行うので、作業状況
に合わせて所望の掘削領域を正確に設定することができ
る。
Furthermore, according to the present invention, since the setting of the first setting means is performed by direct teaching, a desired excavation area can be accurately set according to the working situation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例による掘削領域設定装置
を備えた建設機械の領域制限掘削制御装置を油圧駆動装
置と共に示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an area limiting excavation control device for a construction machine equipped with an excavation area setting device according to a first embodiment of the present invention together with a hydraulic drive device.

【図2】本発明が適用された油圧ショベルの外観とその
周囲の掘削領域の形状を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an external appearance of a hydraulic excavator to which the present invention is applied and a shape of an excavation region around the hydraulic excavator.

【図3】設定器の外観を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an appearance of a setting device.

【図4】第1の実施例の掘削領域設定装置により掘削領
域を設定する際の基準光との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship with reference light when setting an excavation region by the excavation region setting device of the first embodiment.

【図5】第1の実施例の掘削領域設定装置の全体の構成
を示す図である。。
FIG. 5 is a diagram showing the overall configuration of the excavation area setting device of the first embodiment. .

【図6】第1の実施例の掘削領域設定装置における第1
設定手段の処理フローを示す図である。
FIG. 6 is a first view of the excavation area setting device of the first embodiment.
It is a figure which shows the processing flow of a setting means.

【図7】第1の実施例の掘削領域設定装置における第2
演算手段及び第2設定手段の処理フローを示す図であ
る。
FIG. 7 is a second view of the excavation area setting device of the first embodiment.
It is a figure which shows the processing flow of a calculating means and a 2nd setting means.

【図8】制御ユニットの全体の制御機能を示す機能ブロ
ック図である。
FIG. 8 is a functional block diagram showing an overall control function of a control unit.

【図9】領域制限掘削制御においてバケットの先端が演
算通りに方向変換制御されたときの軌跡の一例を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a trajectory when the tip end of the bucket is subjected to direction change control as calculated in the area limited excavation control.

【図10】領域制限掘削制御においてバケットの先端が
演算通りに復元制御されたときの軌跡の一例を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a trajectory when the tip of the bucket is restored and restored as calculated in the area limited excavation control.

【図11】車体と同じ高さに適当な基準光発生器の設置
場所がない場合に、溝の中に基準光発生器を設置した状
態を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a state in which the reference light generator is installed in the groove when there is no suitable installation place for the reference light generator at the same height as the vehicle body.

【図12】本発明の第2の実施例の掘削領域設定装置に
より掘削領域を設定する際の基準光との関係を示す図で
ある。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship with reference light when setting an excavation region by the excavation region setting device according to the second embodiment of the present invention.

【図13】第2の実施例で用いる設定器の外観を示す図
である。
FIG. 13 is a diagram showing an appearance of a setting device used in the second embodiment.

【図14】第2の実施例の掘削領域設定装置における第
1演算手段の処理フローを示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a processing flow of a first calculation means in the excavation area setting device of the second embodiment.

【図15】第2の実施例の掘削領域設定装置における第
2演算手段及び第2設定手段の処理フローを示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing a processing flow of a second calculation means and a second setting means in the excavation area setting device of the second embodiment.

【図16】本発明の第3の実施例の掘削領域設定装置に
より掘削領域を設定する際の基準光との関係を示す図で
ある。
FIG. 16 is a diagram showing a relationship with reference light when setting an excavation area by the excavation area setting device according to the third embodiment of the present invention.

【図17】第3の実施例の掘削領域設定装置における第
1設定手段の処理フローを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a processing flow of first setting means in the excavation area setting device of the third embodiment.

【図18】第3の実施例の掘削領域設定装置による掘削
領域を設定したときの最初の設定時とその後の移動時の
関係を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the first setting and the subsequent movement when the excavation region is set by the excavation region setting device of the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A フロント装置 1B 車体 1a ブーム 1b アーム 1c バケット 1d 上部旋回体 1e 下部走行体 2 油圧ポンプ 3a〜3f 油圧アクチュエータ 4a〜4f;204a〜204f 操作レバー装置 5a〜5f 流量制御弁 6 リリーフ弁 7 設定器 8a,8b,8c 角度計(第2検出手段) 8d 傾斜計(第2検出手段) 9 制御ユニット 9a 第1掘削領域設定部(第1設定手段) 9b フロント姿勢演算部(第1演算手段) 9c 目標シリンダ速度演算部 9d 目標先端速度ベクトル演算部 9e 方向変換制御部 9f 補正後目標シリンダ速度演算部 9g 復元制御部 9h 補正後目標シリンダ速度演算部 9i 目標シリンダ速度選択部 9j 目標パイロット圧演算部 9k バルブ指令演算部 9m 位置関係演算部(第2演算手段) 9n 第2掘削領域設定部(第2設定手段) 10a 比例電磁弁 10b,11a,11b 比例電磁弁 12 シャトル弁 44a,44b〜49a,49b パイロットライン 60a,60b,61a,61b 圧力検出器 70 基準光検出器(第1検出手段) 80 基準光発生器(外部基準光発生装置) 100 第1設定手段 120 第1演算手段 140 第2演算手段 160 第2設定手段 1A front device 1B car body 1a boom 1b arm 1c bucket 1d Upper revolving structure 1e Undercarriage 2 hydraulic pump 3a-3f hydraulic actuator 4a-4f; 204a-204f operation lever device 5a-5f Flow control valve 6 relief valve 7 Setting device 8a, 8b, 8c Angle meter (second detecting means) 8d Inclinometer (second detection means) 9 Control unit 9a First excavation area setting unit (first setting means) 9b Front posture calculation unit (first calculation means) 9c Target cylinder speed calculator 9d Target tip speed vector calculation unit 9e Direction change control unit 9f Target cylinder speed calculation unit after correction 9g Restoration control unit 9h Target cylinder speed calculation unit after correction 9i Target cylinder speed selection section 9j Target pilot pressure calculation unit 9k valve command calculation unit 9m Positional relation calculation unit (second calculation means) 9n Second excavation area setting unit (second setting means) 10a proportional solenoid valve 10b, 11a, 11b proportional solenoid valve 12 Shuttle valve 44a, 44b to 49a, 49b Pilot line 60a, 60b, 61a, 61b Pressure detector 70 Reference light detector (first detecting means) 80 Reference light generator (external reference light generator) 100 first setting means 120 first computing means 140 Second computing means 160 Second setting means

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−161525(JP,A) 特開 平4−353126(JP,A) 実開 平3−111642(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E02F 3/43 E02F 9/26 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-4-161525 (JP, A) JP-A-4-353126 (JP, A) Actually open 3-111642 (JP, U) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) E02F 3/43 E02F 9/26

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】多関節型のフロント装置を構成する上下方
向に回動可能な複数のフロント部材と、前記フロント装
置を支持する車体とを備え、前記複数のフロント部材を
それぞれ駆動制御してフロント部材の動作範囲を制限制
御する建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装置
において、 (a)前記建設機械の外部に設置され、掘削領域に対す
る基準位置を示す基準光を発生する外部基準光発生装置
と; (b)前記フロント装置に備えられ、前記外部基準光発
生装置の出力した基準光を検出する第1検出手段と; (c)前記フロント装置の位置と姿勢に関する状態量を
検出する第2検出手段と; (d)前記第2検出手段の信号に基づき前記フロント装
置の位置と姿勢を演算する第1演算手段と; (e)前記外部基準光発生装置の発生する基準光と掘削
領域の位置関係を設定する第1設定手段と; (f)前記第1検出手段が前記外部基準光発生装置の発
生する基準光を検出したとき前記第1演算手段で演算
した前記フロント装置の位置と姿勢の情報に基づき
記車体と前記基準光との位置関係を演算し、この位置関
と前記第1設定手段で設定した基準光と掘削領域の位
置関係とから前記車体と掘削領域との位置関係を演算す
る第2演算手段と; (g)前記第2演算手段で演算した前記車体と掘削領域
との位置関係から前記車体を基準とした掘削領域を設定
する第2設定手段と; を備えることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御
の掘削領域設定装置。
1. A front body comprising a plurality of vertically movable front members constituting an articulated front device, and a vehicle body supporting the front device, wherein the front members are drive-controlled to control the front. In an excavation area setting device for area limitation excavation control of a construction machine that limits and controls the operating range of a member, (a) External reference light generation that is installed outside the construction machine and that generates reference light indicating a reference position for the excavation area (B) first detecting means provided in the front device for detecting the reference light output from the external reference light generating device; and (c) detecting a state quantity relating to the position and orientation of the front device. 2 detection means; (d) first calculation means for calculating the position and orientation of the front device based on the signal of the second detection means; (e) generation of the external reference light generation device; First setting means and for setting a positional relationship between the reference beam and the excavation area; (f) said first detecting means is calculated by said first calculating means when detecting the generated reference light of the external reference light generator based on said position and orientation information of the reception device, it calculates a positional relationship between the vehicle and the reference light, the position function
A second calculating means for calculating a positional relationship between the body and the excavation area from engagement with the reference light which is set by the first setting means and the positional relationship of the excavation area; (g) said calculated in the second arithmetic means A second setting means for setting an excavation area based on the vehicle body based on the positional relationship between the vehicle body and the excavation area; and an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine.
【請求項2】請求項1記載の建設機械の領域制限掘削制
御の掘削領域設定装置において、前記第1設定手段は、
前記外部基準光発生装置の発生する基準光から掘削領域
と制限領域の境界までの深さを設定する手段であること
を特徴とする建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設
定装置。
2. The excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine according to claim 1, wherein the first setting means comprises:
An excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine, which is means for setting a depth from a reference light generated by the external reference light generating device to a boundary between the excavation area and the restricted area.
【請求項3】請求項1記載の建設機械の領域制限掘削制
御の掘削領域設定装置において、前記第1設定手段は、
前記外部基準光発生装置の発生する基準光から前記掘削
領域と制限領域の基準点までの深さ、前記車体から前記
基準点までの距離、前記掘削領域の境界の傾斜角度を設
定する手段であることを特徴とする建設機械の領域制限
掘削制御の掘削領域設定装置。
3. The excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine according to claim 1, wherein the first setting means comprises:
Means for setting the depth from the reference light generated by the external reference light generator to the reference points of the excavation area and the restricted area, the distance from the vehicle body to the reference point, and the inclination angle of the boundary of the excavation area. An excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine.
【請求項4】請求項1記載の建設機械の領域制限掘削制
御の掘削領域設定装置において、前記第1設定手段は、
設定器により入力されたデータを基に前記基準光と掘削
領域の位置関係を設定する手段であることを特徴とする
建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装置。
4. The excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine according to claim 1, wherein the first setting means comprises:
Based on the data input by the setting device, the reference light and excavation
Excavation area setting device area limiting excavation control in construction machines, which is a means for setting the positional relationship between the regions.
【請求項5】請求項1記載の建設機械の領域制限掘削制
御の掘削領域設定装置において、前記第1設定手段は、
前記フロント装置を動かしフロント装置の先端が掘削領
の境界に来たとき、前記第1演算手段で演算した前記
フロント装置の位置と姿勢の情報に基づき前記フロント
装置の先端の位置を演算する手段と、前記フロント装置
を動かし前記第1検出手段が前記外部基準光発生装置の
発生する基準光を検出したとき、前記第1演算手段で演
算した前記フロント装置の位置と姿勢の情報に基づき前
記第1検出手段の位置を演算する手段と、前記フロント
装置の先端位置と前記第1検出手段の位置とから前記基
準光と掘削領域の位置関係を演算し、記憶する手段とを
含むことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御の掘
削領域設定装置。
5. The excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine according to claim 1, wherein the first setting means comprises:
The tip of the front device to move the front device is drilling territory
When the boundary of the area is reached, a means for calculating the position of the tip of the front device based on the information on the position and the posture of the front device calculated by the first calculating means, and the first detecting means for moving the front device. When the reference light generated by the external reference light generator is detected, means for calculating the position of the first detecting means based on the information on the position and orientation of the front device calculated by the first calculating means, An excavation area setting for area limited excavation control of a construction machine, including means for calculating and storing the positional relationship between the reference light and the excavation area from the tip position of the front device and the position of the first detection means. apparatus.
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