JP3652100B2 - 建設機械のフロント制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルなどの建設機械に備えられ、回動可能なフロント部材が所定の禁止領域へ侵入しようとするとき、その侵入を阻止するようにフロント部材の動きを制御することができる建設機械のフロント制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、特開平５−３０６５３４号公報に記載されるものがある。
【０００３】
この従来技術に示されるバックホウ、すなわち油圧ショベルには、回動自在に形成された第１ブーム、第２ブーム、アーム、バケットなどからなる多関節のフロント部材と、これらのフロント部材を駆動するフロント駆動用油圧シリンダと、これらのフロント駆動用油圧シリンダに供給される圧油の流れを制御するフロント制御用方向制御弁と、これらのフロント制御用方向制御弁を作動させる操作装置と、フロント部材の各関節部に設けられ、このフロント部材により形成される姿勢を検出する角度センサから成る姿勢検出手段と、フロント部材の侵入を禁止する禁止領域の境界である限界位置、例えば高さ方向の限界位置を設定する限界位置設定手段と、上述の角度センサから出力される検出信号に基づいて算出されたフロント部材の姿勢が、上述の限界位置に至ったときに、上方向に形成される禁止領域へのフロント部材の侵入を阻止する動作、すなわち上述のフロント制御用方向制御弁を直ちに中立位置に戻す制御動作をおこなう制御装置とを備えている。
【０００４】
この従来技術では、フロント部材が限界位置に至ると上述のように制御装置から出力される信号によりフロント制御用方向制御弁が中立位置に戻され、フロント駆動用油圧シリンダへの圧油の供給が停止され、フロント部材は直ちに停止状態に保持され、これにより上方向に形成される禁止領域へのフロント部材の侵入が阻止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、あらかじめ設定した禁止領域へのフロント部材の侵入を阻止することができるので、禁止領域内に配置される障害物にフロント部材が衝合することによって生じる該当する障害物、あるいはフロント部材の破損を未然に防ぐことができる。
【０００６】
しかしながら、フロント部材が限界位置に至ったとき、上述のようにフロント制御用方向制御弁は中立位置に戻され、これによってフロント部材の全体が停止状態になることから、引き続いてフロント部材を起動する場合には、オペレータはこのような限界位置制御の解除のために一旦、フロント部材を回動させる操作装置を手動で操作してこのフロント部材を下降させる必要がある。そして、その後に引き続いて操作装置を操作して所望の掘削作業等のためにフロント部材を回動させることになる。
【０００７】
このように上述した従来技術にあっては、所望の掘削作業等の最中にフロント部材が限界位置で停止したときには、その限界位置制御の解除のためにフロント部材を限界位置から離隔させるオペレータの手動操作が不可欠であり、したがってオペレータによる操作が煩雑になり、操作性が低下しやすい問題があり、また、フロント部材の停止からの再起動を要することから作業能率が低下しやすい問題もある。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術における実状に鑑みてなされたもので、その目的は、禁止領域の境界である限界位置にフロント部材が至ったときでもフロント部材の全体を停止させることのない制御を実施できる建設機械のフロント制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の請求項１に係る発明は、多関節のフロント部材を駆動するフロント駆動用油圧シリンダと、このフロント駆動用油圧シリンダに供給される圧油の流れを制御するフロント制御用方向制御弁と、上記フロント部材の姿勢を検出する姿勢検出手段と、上記フロント部材の侵入を禁止する禁止領域の境界である限界位置を設定する限界位置設定手段と、上記姿勢検出手段から出力される検出信号に基づき上記フロント部材の上記限界位置から上記禁止領域への侵入を阻止するように上記フロント制御用方向制御弁の駆動を制御する制御手段とを備えた建設機械のフロント制御装置において、上記姿勢検出手段が、上記フロント部材上にあらかじめ設定した複数のモニタポイントの位置をそれぞれ検出するものであるとともに、上記制御手段が、上記姿勢検出手段で検出された上記モニタポイントのうちの少なくとも１つの位置が、上記限界位置設定手段で設定された上記限界位置に至ったかどうか判定し、上記限界位置に至ったと判定したとき、上記フロント部材を上記限界位置から離れる方向に動作させる自動操作手段を含み、上記フロント部材が、先端部に作業具を有するとともに、上記制御手段の自動操作手段は、上記姿勢検出手段で検出された上記モニタポイントのうちの少なくとも１つの位置が、上記限界位置設定手段で設定された上記限界位置に至ったと判定したとき、上記作業具上の所定の部位をほぼ同一の位置に保ちながら、上記フロント部材を上記限界位置から離れる方向に動作させる構成にしてある。
【００１０】
このように構成した請求項１に係る発明では、姿勢検出手段によって検出したモニタポイントの少なくとも１つの位置が、限界位置設定手段で設定された禁止領域の境界である限界位置に至ったと制御手段で判定されると、この制御手段に含まれる自動操作手段が作動し、フロント部材を限界位置から離れる方向に動作させる操作をおこなう。したがって、このようなときでもフロント部材の全体を停止させることがない。また、フロント部材を限界位置から所定距離自動的に離隔させるに際し、自動操作手段は、作業具上の所定の部位をほぼ同一の位置に保ちながらフロント部材を作動させるので、フロント部材を限界位置から後退させる操作をおこなっているにもかかわらず、作業具の位置をフロント部材が限界位置に至ったときの位置に保つことができ、作業具を引き続きおこなわれる掘削作業等の作業に都合のよい状態に保つことができる。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る発明は、上述した請求項１に係る発明において、上記自動操作手段は、上記限界位置に至ったと判定したとき、上記フロント部材を上記限界位置から所定距離離隔させる構成にしてある。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る発明は、上述した請求項２に係る発明において、上記制御手段の上記自動操作手段の作動を指令する限界位置制御指令手段と、上記所定距離を設定する離隔距離設定手段とを備え、上記自動操作手段が、上記姿勢検出手段によって検出された上記モニタポイントのうちの少なくとも１つの位置が上記限界位置設定手段で設定された上記限界位置に至ったかどうか判定するとともに、上記限界位置制御指令手段の指令信号が入力されているかどうか判定し、これらの双方の判定結果に応じて上記フロント部材を上記限界位置から所定距離離隔させる限界位置制御を実行するか否か決定する自動制御実行可否判定手段と、この自動制御実行可否判定手段で、限界位置に至ったと判定され、しかも、限界位置制御指令手段の指令信号が入力されていると判定されて上記限界位置制御を実行する決定がおこなわれたとき、上記離隔距離設定手段により設定される上記所定距離に相当する上記フロント部材の駆動量を算出するフロント駆動算出手段と、このフロント駆動量算出手段で算出された駆動量に相当する駆動信号を、上記フロント制御用方向制御弁を作動させる信号として出力する出力手段とを含む構成にしてある。
【００１５】
このように構成した請求項３に係る発明では、限界位置制御指令手段によって制御手段の自動操作手段の作動が指令され、離隔距離設定手段によって限界位置からフロント部材を離隔させる距離が設定されている状態において、フロント部材が侵入禁止領域の境界である限界位置に至ると自動制御実行可否判定手段でフロント部材を限界位置から所定距離離隔させる限界位置制御を実行する決定がなされ、これに応じてフロント駆動量算出手段は例えば該当するモニタポイントを上述の所定距離だけ後退させるためのフロント駆動量を算出する。その駆動量に相当する駆動信号が出力手段から出力され、当該駆動信号に応じてフロント制御用方向制御弁が作動する。したがって、フロント制御用方向制御弁を介してフロント駆動用油圧シリンダに圧油が供給され続け、このフロント駆動用油圧シリンダの伸縮動作により上述のモニタポイントを離隔距離設定手段で設定される所定距離だけ、限界位置から後退させることができ、フロント部材の全体を停止させることがない。
【００１６】
また、本発明の請求項４に係る発明は、上述した請求項１〜３のいずれかに係る発明において、建設機械が油圧ショベルから成る構成にしてある。
【００１７】
このように構成した請求項４に係る発明では、油圧ショベルは一般に、フロント部材の回動を介しておこなわれる掘削作業等に際して、フロント部材の侵入禁止領域を設定することがしばしばおこなわれているので、上述した請求項１〜３に係る発明を有効に活用できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の建設機械のフロント制御装置の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の建設機械のフロント制御装置の一実施形態が適用される油圧ショベルの側面図、図２は本発明の一実施形態の全体構成を示す回路図、図３は図２に示す一実施形態に備えられる制御ユニットを示すブロック図、図４は図３に示す制御ユニットにおける処理手順を示すフローチャートである。
【００１９】
はじめに、本実施形態が適用される油圧ショベルの概略構成を図１により説明する。図１に示す油圧ショベルは、接地面１５上に載置されて走行する走行体１と、この走行体１上に旋回可能に設けられ、運転室を有する旋回体２と、この旋回体２に上下方向の回動可能に連結される第１ブーム３と、この第１ブーム３の先端に上下方向の回動可能に連結される第２ブーム４と、この第２ブーム４の先端に上下方向の回動可能に連結され、作業具を構成するバケット６とを備えている。上述した第１ブーム３、第２ブーム４、アーム５、及びバケット６によって多関節のフロント部材が構成されている。
【００２０】
また、第１ブーム３を回動させる第１ブームシリンダ７、第２ブーム４を回動させる第２ブームシリンダ８、アーム５を回動させるアームシリンダ９、バケット６を回動させるバケットシリンダ１０を備えている。これらのシリンダ７〜１０は、フロント駆動用油圧シリンダを構成している。
【００２１】
また、第１ブーム３の旋回体２に対する相対回動角度を検出する第１ブーム角度センサ１１と、第１ブーム３に対する第２ブーム４の相対回動角度を検出する第２ブーム角度センサ１２と、第２ブーム４に対するアーム５の相対回動角度を検出するアーム角度センサ１３と、アーム５に対するバケット６の相対回動角度を検出するバケット角度センサ１４とを備えている。これらの各角度センサ１１〜１４は、後述するようにフロント部材の姿勢を検出する姿勢検出手段の一部を構成している。
【００２２】
フロント部材上には、あらかじめ複数のモニタポイントを設定してある。例えば、バケット６の刃先にはモニタポイントＭＰ１を、バケット６の根本にはモニタポイントＭＰ２を、アーム５の末端部にはモニタポイントＭＰ３を、第２ブーム４の末端部にはモニタポイントＭＰ４を設定してある。これらのモニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４は、フロント部材の姿勢によってはほぼ最も高い位置とみなしうる高さ位置に至るポイントである。また、上述した姿勢検出手段は、例えばこれらの複数のモニタポイントＭＰ１〜Ｍｐ４の高さ位置を検出するものである。
【００２３】
なお同図１において、１６はフロント部材が衝合すると支障を生じる建造物などの障害物、１７はフロント部材の侵入を禁止する禁止領域の境界を形成する仮想上の限界高さライン、Ｔは接地面１５と限界高さライン１７間の寸法である限界高さ、Ｌは後述するようにフロント部材が限界高さＴに至ったときに、自動的に限界高さライン１７から後退させるときの所定の下降量、１８は限界高さライン１７から下降量Ｌの位置に形成される仮想上の設定下降高さラインである。
【００２４】
次に、上述のように構成される油圧ショベルに備えられる本実施形態のフロント制御装置について、図２，３により説明する。
【００２５】
図２において、７〜１０はそれぞれ第１ブームシリンダ、第２ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダで、また１１〜１４はそれぞれ第１ブーム角度センサ、第２ブーム角度センサ、アーム角度センサ、バケット角度センサで、これらは前述のものである。
【００２６】
本実施形態では、シリンダ７〜１０、及び旋回体２を旋回させる旋回モータ２２に圧油を供給する主油圧ポンプ２０と、この主油圧ポンプ２０から吐出される圧油の圧力を設定する主リリーフ弁２１の他、パイロット圧油を供給するパイロットポンプ２８と、このパイロットポンプ２８から吐出される圧油の圧力を設定するパイロットリリーフ弁２９を備えている。
【００２７】
また、主油圧ポンプ２０からシリンダ７〜１０、旋回モータ２２に供給される圧油の流れをそれぞれ制御する第１ブーム用方向制御弁２３、第２ブーム用方向制御弁２４、アーム用方向制御弁２５、バケット用方向制御弁２６、旋回用方向制御弁２７を備えている。上述した各方向制御弁２３〜２７のうち、方向制御弁２３〜２６は、フロント部材の駆動制御をおこなうフロント制御用方向制御弁を構成している。
【００２８】
上述した方向制御弁２３〜２６は、例えば電気レバーを備えた操作装置の操作により、すなわちそれぞれ第１ブーム用操作装置３８、第２ブーム用操作装置３９、アーム用操作装置４０、バケット用操作装置４１の操作により作動するようになっており、また、旋回用方向制御弁２７は、例えばパイロット操作式に形成された旋回用操作装置４２の操作により作動するようになっている。
【００２９】
パイロットポンプ２８と、各方向制御弁２３〜２６のそれぞれの制御室とを連絡するパイロット管路には電磁比例減圧弁３０〜３７を設けてある。このうち、電磁比例減圧弁３０，３１は、第１ブーム用方向制御弁２３を所定の一方向に、あるいはそれとは逆方向に作動させるパイロット圧を減圧し、電磁比例減圧弁３２，３３は、第２ブーム用方向制御弁２４を所定の一方向に、あるいはそれとは逆方向に作動させるパイロット圧を減圧し、電磁比例減圧弁３４，３５は、アーム用方向制御弁２５を所定の一方向に、あるいはそれとは逆方向に作動させるパイロット圧を減圧し、電磁比例減圧弁３６，３７は、バケット用方向制御弁２６を所定の一方向に、あるいはそれとは逆方向に作動させるパイロット圧を減圧するものである。
【００３０】
これらの電磁比例減圧弁３０〜３７のそれぞれは、駆動信号ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２に応じて作動するようになっている。
【００３１】
図３にも示すように、本実施形態では、フロント部材の侵入を禁止する禁止領域の境界である限界位置、例えば前述した図１の限界高さＴを設定する限界位置設定手段５０と、限界高さＴからフロント部材を後退させる所定距離を設定する離隔距離設定手段、すなわち前述した図１の下降量Ｌを設定する下降量設定手段５１と、フロント部材を限界位置から所定距離離隔させる限界位置制御、すなわちフロント部材が限界高さＴに至ったときに下降量Ｌだけ自動的に後退させる限界位置制御の実施を指令する限界位置制御指令手段５２とを備えている。
【００３２】
これらの限界位置設定手段５０、下降量設定手段５１、及び限界位置制御指令手段５２のそれぞれは、例えば旋回体２の運転室内の運転席の近傍に設けてある。このうち限界位置制御指令手段５２は、例えば図１にも示すようにアーム用操作装置４０の電気レバーの握り部の頭部に装着され、スイッチ等により構成してある。
【００３３】
また、本実施形態では、姿勢検出手段の一部を構成する前述した各角度センサ１１〜１４から出力される信号に基づき、フロント部材が前述した限界高さＴから上方に向かって侵入することを阻止するように方向制御弁２３〜２６の駆動を制御する制御手段、すなわち制御ユニット７０を備えている。
【００３４】
この制御ユニット７０は、入出力、演算、記憶、及び論理判断機能を有するもので、例えばマイクロコンピュータにより構成され、図３に示す各手段を内蔵している。
【００３５】
すなわち、制御ユニット７０は、第１ブーム操作装置３８の操作量に相当する信号に基づいて第１ブームシリンダ７の目標操作量を演算する第１ブームシリンダ操作量演算手段５３と、第２ブーム用操作装置３９の操作量に相当する信号に基づいて第２ブームシリンダ８の目標操作量を演算する第２ブームシリンダ操作量演算手段５４と、アーム用操作装置４０の操作量に相当する信号に基づいてアームシリンダ９の目標操作量を演算するアームシリンダ操作量演算手段５５と、バケット用操作装置４１の操作量に相当する信号に基づいてバケットシリンダ１０の目標操作量を演算するバケットシリンダ操作量演算手段５６とを備えている。また、制御ユニット７０は、前述した各角度センサ１１〜１４から出力される信号に基づいて、図１に示すモニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４の高さ位置を演算するとともに、それらの高さ位置のうちの最大高さと、その最大高さにあるモニタポイントを求めるモニタポイント高さ演算手段５７を備えている。このモニタポイント高さ演算手段５７と、前述した角度センサ１１〜１４とによって、フロント部材の姿勢を検出する姿勢検出手段が構成されている。
【００３６】
また、制御ユニット７０は、前述した限界位置設定手段５０から出力された限界高さＴを記憶する限界位置記憶手段５８と、前述した下降量設定手段５１から出力された下降量Ｌを記憶する下降量記憶手段５９とを備えている。
【００３７】
また、制御ユニット７０は、姿勢検出手段で検出されたモニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４のうちの少なくとも１つの位置が限界高さＴに至ったかどうか判定し、限界高さＴに至ったと判定したとき、フロント部材を限界高さＴから下降量Ｌだけ下降させて限界位置から離れる方向に動作させる自動操作手段６３を含んでいる。
【００３８】
この自動操作手段６３は、モニタポイント高さ演算手段５７で求めたモニタポイントの最大高さが、限界位置記憶手段５８に記憶された限界高さＴに至ったかどうか判定するとともに、限界位置制御指令手段の指令信号が入力されているかどうか判定し、これらの双方の判定結果に応じてフロント部材、例えばフロント部材に含まれる上述の最大高さに該当するモニタポイントを下降量Ｌだけ下降させる限界位置制御を実行するか否か決定する自動制御実行可否判定手段６０と、この自動制御実行可否判定手段６０で、モニタポイントの最大高さが限界高さＴに至ったと判定され、しかも、限界位置制御指令手段５２の指令信号が入力されていると判定されて上述の限界位置制御を実行する決定がおこなわれたとき、例えばバケット６上の所望の部位をほぼ同一の位置に保ちながら、一例としてはバケット６の全体を変位させない状態に保ちながら、最大高さのモニタポイントを下降量Ｌ、すなわち図１の設定下降高さライン１８まで下げるための第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０のそれぞれの操作量を算出するフロント駆動量算出手段６１と、このフロント駆動量算出手段６１で算出された駆動量に相当する駆動信号、及び前述した各操作量演算手段５３〜５６で算出された操作量に相当する駆動信号を、各方向制御弁２３〜２６を作動させるための駆動信号ａ１あるいはａ２、ｂ１あるいはｂ２、ｃ１あるいはｃ２、ｄ１あるいはｄ２として出力する出力手段６２とを含んでいる。
【００３９】
以下、このように構成した本実施形態における動作を図４も用いて説明する。
今、例えば図１に示すように当該油圧ショベルが障害物１６の直下に配置された状況で、配管用の溝掘りなどの掘削作業が実施されるものとする。このような場合には、限界位置設定手段５０が操作されて油圧ショベルの接地面１５からの限界高さＴが設定され、下降量設定手段５１が操作されて限界高さＴからの後退量すなわち下降量Ｌが設定されるとともに、限界位置制御の実行のために限界位置制御指令手段５２が操作される。
【００４０】
掘削作業に際して、第１ブーム用操作装置３８、第２ブーム用操作装置３９、アーム用操作装置４０、及びバケット用操作装置４１のうちの該当するものが操作されると、その操作信号が制御ユニット７０に入力され、この制御ユニット７０の第１ブームシリンダ操作量演算手段５３、第２ブームシリンダ操作量演算手段５４、アームシリンダ操作量演算手段５５、バケットシリンダ操作量演算手段５６のそれぞれで、操作信号の値に相当する目標操作量が演算され、その目標操作量に相当する駆動信号ａ１またはａ２、ｂ１またはｂ２、ｃ１またはｃ２、ｄ１またはｄ２が、出力手段６２から図２に示す電磁比例減圧弁３０〜３７のうちの該当するものに出力される。
【００４１】
これにより該当する電磁比例減圧弁３０〜３７が目標操作量に相当する開口量となるように駆動し、パイロットポンプ２８の圧油が該当する電磁比例減圧弁３０〜３７を介して方向制御弁２３〜２６の該当する一方の制御室に与えられ、各方向制御弁２３〜２６を介して第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０のそれぞれに供給され、これらのシリンダ７〜１０が適宜伸縮し、第１ブーム３、第２ブーム４、アーム５、バケット６が回動し、所望の掘削作業が実施される。
【００４２】
このような掘削作業の間、制御ユニット７０は、図４に示すように、限界位置制御指令手段５２から出力される信号、限界位置設定手段５０から出力される信号（限界高さＴ）、下降量設定手段５１から出力される信号（下降量Ｌ）、及び各角度センサ１１〜１４から出力される信号をそれぞれ入力する（手順Ｓ１）。
【００４３】
次に、入力した限界位置設定手段５０からの信号に基づき、限界位置記憶手段５８は限界高さＴを記憶し（手順Ｓ２）、入力した下降量設定手段５１からの信号に基づき、下降量記憶手段５９は下降量Ｌを記憶する（手順Ｓ３）。
【００４４】
また、モニタポイント高さ演算手段５７は、第１ブーム角度センサ１１、第２ブーム角度センサ１２、アーム角度センサ１３、バケット角度センサ１４から出力される信号に基づいて、図１に示す各モニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４の高さ位置を演算する。このときの演算は、フロント部材の軌跡制御などで一般に実施されている演算と同様の演算であるのでその説明を省略する。そして、このモニタポイント高さ演算手段５７における演算結果から、最大高さと、最大高さに位置するモニタポイントとを求める（手順Ｓ４）。今、仮に図１に示すようにモニタポイントＭＰ３が最大高さのモニタポイントであると求められたものとする。
【００４５】
次に、自動操作手段６３の自動制御実行可否判定手段６０は、限界位置制御指令手段５２からの指令信号が入力されているかどうかを判定する（手順Ｓ５）。今は、限界位置制御指令手段５２が操作されていることから、この判定はイエスとなる。ここで限界位置記憶手段５８から限界高さＴが読み出され、この自動制御実行可否判定手段６０において、手順Ｓ４で求められたモニタポイントＭＰ３の高さが、限界高さＴ以上かどうか判定される（手順Ｓ７）。今、例えばフロント部材の姿勢が図１の二点鎖線で示す姿勢となっていて、限界高さＴ以上と判定される状態に至っているものとすると、限界位置制御を実施することが決定され、フロント駆動量算出手段６１に下降量記憶手段５９で記憶されている下降量Ｌが読み出され、このフロント駆動量算出手段６１でモニタポイントＭＰ３を図１に示す設定下降高さライン１８まで下降させるために必要な第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０のそれぞれの駆動量が算出される。このとき例えば、バケット６の高さ位置、及び形態を静止状態に保持したまま、モニタポイントＭＰ３を設定下降高さライン１８まで下降させる駆動量が算出される（手順Ｓ８）。
【００４６】
次に、出力手段６２からそれまで出力されていた各操作量演算手段５３〜５６で求められる操作量に相当する駆動信号に代えて、第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０のそれぞれに、フロント駆動量算出手段６１で求められた駆動量に相当する値の駆動信号ａ１あるいはａ２、ｂ１あるいはｂ２、ｃ１あるいはｃ２、ｄ１あるいはｄ２が出力される。
【００４７】
これにより、図２に示す該当する電磁比例減圧弁３０〜３７が駆動し、前述したようにパイロットポンプ２８の圧油が該当する電磁比例減圧弁３０〜３７を介して方向制御弁２３〜２６の該当する一方の制御室に与えられ、各方向制御弁２３〜２６を介して第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０のそれぞれに供給され、これらのシリンダ７〜１０が適宜伸縮し、フロント部材のうちの第１ブーム３、第２ブーム４、アーム５だけが、図１の破線で示す姿勢まで回動し、バケット６は変位することなく保持される。このようにして、モニタポイントＭＰ３が限界高さＴから下降量Ｌの位置、すなわち設定下降高さライン１８まで自動的に後退するフロント自動制御、すなわち限界位置制御が実行される（手順Ｓ９）。
【００４８】
モニタポイントＭＰ３が設定下降高さライン１８まで下降した後は、再び出力手段６２から各操作量演算手段５３〜５６で求められる操作量に相当する駆動信号ａ１あるいはａ２、ｂ１あるいはｂ２、ｃ１あるいはｃ２、ｄ１あるいはｄ２が出力され、各操作装置３８〜４１の手動操作によるフロント部材の駆動が可能になる。
【００４９】
なお、上述した手順Ｓ７において、自動制御実行可否判定手段６０で最大高さのモニタポイントであるモニタポイントＭＰ３の高さが限界高さＴよりも低いものであると判定され、限界位置制御を実施しないことが決定されたときは、上述したフロント自動制御、すなわち限界位置制御は実行されない（手順Ｓ６）。したがって、各操作装置３８〜４１の手動操作に応じてフロント部材は回動する。
【００５０】
また、限界位置制御指令手段５２が操作されず、制御ユニット７０にこの限界位置制御指令手段５２からの指令信号が入力されていないときは、上述した手順Ｓ５の判定がノーとなり、このときも限界位置制御は実行されない（手順Ｓ６）。
【００５１】
上述のように本実施形態によれば、フロント部材が禁止領域の境界である限界位置に至ると、最大高さにあるモニタポイントＭＰ３を下降量設定手段５１で設定した下降量Ｌだけ自動的に、限界高さライン１７から後退させることができ、すなわち、フロント部材の全体を停止させることのない制御を実施することができ、何らオペレータの手を煩わせることなく限界位置制御を解除させることができ、優れた操作性が得られる。
【００５２】
また、このようにフロント部材が限界位置に至ったときでもフロント部材が停止しないので、停止からのフロント部材の起動操作は不要であり、これにより作業能率の低下を防ぐことができる。
【００５３】
また、フロント部材を限界位置から後退させるに際し、自動操作手段６３は、バケット６の高さ位置、及び形態をほとんど変化させないようにしてフロント部材を回動させるので、バケット６を引き続きおこなわれる掘削作業等に都合のよい状態に保つことができ、作業能率の向上に貢献する。
【００５４】
なお、上記実施形態では、自動操作手段６３は、フロント部材を限界位置から後退させるに際し、バケット６の全体をほぼ同一の位置に保つ制御を実施するが、このように制御することに代えて、バケット６の特定の部位、例えば図１に示すバケット角度センサ１４の装着されている部位だけをほぼ同一の位置に保つ制御を実施するようにしてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、モニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４の高さ位置を求めることによってフロント部材の高さに係る限界位置制御を実施させたが、本発明は、このように高さに係る限界位置制御を実施することには限られず、接地面１５より下方の深さに係る限界位置制御を実施するようにしてもよく、また、フロント部材の前方に立設する壁面とか、旋回体２の左右側に位置する障害物に係る限界位置制御などを実施するようにしてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、モニタポイントをフロント部材に４つ設けたが、限界位置制御が実施される際の周囲環境などを考慮してより多くのモニタポイントを設け、それらの多くのモニタポイントを介して所望の限界位置制御を実施するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、自動制御実行可否判定手段６０によりモニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４の高さが限界高さＴに至ったかどうかを判定して、限界位置制御を実行するか否かを決定するようにしているが、本発明は、これに限られず、自動制御実行可否判定手段６０を、モニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４の周辺のフロント部材の特定の部位の高さが限界高さＴに至ったかどうかを判定することにより、限界位置制御を実行するか否かを決定するものであってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように構成したことにより、本発明の各請求項に係る発明によれば、侵入禁止領域の境界である限界位置にフロント部材が至ったとき、フロント部材が限界位置から自動的に後退し、このフロント部材の全体を停止させることのない制御をおこなうことができ、何らオペレータの手を煩わせることなく限界位置制御を解除させることができ、従来に比べて優れた操作性が得られる。また、このようにフロント部材が限界位置に至ったときでもフロント部材が停止しないので、フロント部材の停止からの起動操作は不要であり、これにより作業能率の低下を防ぐことができる。また特に、フロント部材を限界位置から後退させる間も、作業具の位置をフロント部材が限界位置に至ったときの位置に保つことができ、当該作業具を引き続きおこなわれる作業に都合のよい状態に保つことができ、この点でも作業能率の向上に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建設機械のフロント制御装置の一実施形態が適用される油圧ショベルの側面図である。
【図２】本発明の一実施形態の全体構成を示す回路図である。
【図３】図２に示す一実施形態に備えられる制御ユニットを示すブロック図である。
【図４】図３に示す制御ユニットにおける処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 走行体
２ 旋回体
３ 第１ブーム（フロント部材）
４ 第２ブーム（フロント部材）
５ アーム（フロント部材）
６ バケット（フロント部材）
７ 第１ブームシリンダ（フロント駆動用油圧シリンダ）
８ 第２ブームシリンダ（フロント駆動用油圧シリンダ）
９ アームシリンダ（フロント駆動用油圧シリンダ）
１０ バケットシリンダ（フロント駆動用油圧シリンダ）
１１ 第１ブーム角度センサ（姿勢検出手段）
１２ 第２ブーム角度センサ（姿勢検出手段）
１３ アーム角度センサ（姿勢検出手段）
１４ バケット角度センサ（姿勢検出手段）
１５ 接地面
１６ 障害物
１７ 限界高さライン
１８ 設定下降高さライン
２０ 主油圧ポンプ
２１ 主リリーフ弁
２２ 旋回モータ
２３ 第１ブーム用方向制御弁（フロント制御用方向制御弁）
２４ 第２ブーム用方向制御弁（フロント制御用方向制御弁）
２５ アーム用方向制御弁（フロント制御用方向制御弁）
２６ バケット用方向制御弁（フロント制御用方向制御弁）
２７ 旋回用方向制御弁
２８ パイロットポンプ
２９ パイロットリリーフ弁
３０ 電磁比例減圧弁
３１ 電磁比例減圧弁
３２ 電磁比例減圧弁
３３ 電磁比例減圧弁
３４ 電磁比例減圧弁
３５ 電磁比例減圧弁
３６ 電磁比例減圧弁
３７ 電磁比例減圧弁
３８ 第１ブーム用操作装置
３９ 第２ブーム用操作装置
４０ アーム用操作装置
４１ バケット用操作装置
４２ 旋回用操作装置
５０ 限界位置設定手段
５１ 下降量設定手段（離隔距離設定手段）
５２ 限界位置制御指令手段
５３ 第１ブームシリンダ操作量演算手段
５４ 第２ブームシリンダ操作量演算手段
５５ アームシリンダ操作量演算手段
５６ バケットシリンダ操作量演算手段
５７ モニタポイント高さ演算手段（姿勢検出手段）
５８ 限界位置記憶手段
５９ 下降量記憶手段
６０ 自動制御実行可否判定手段
６１ フロント駆動量算出手段
６２ 出力手段
６３ 自動操作手段
７０ 制御ユニット（制御手段）
Ｔ 限界高さ
Ｌ 下降量
ＭＰ１〜ＭＰ４ モニタポイント
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルなどの建設機械に備えられ、回動可能なフロント部材が所定の禁止領域へ侵入しようとするとき、その侵入を阻止するようにフロント部材の動きを制御することができる建設機械のフロント制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、特開平５−３０６５３４号公報に記載されるものがある。
【０００３】
この従来技術に示されるバックホウ、すなわち油圧ショベルには、回動自在に形成された第１ブーム、第２ブーム、アーム、バケットなどからなる多関節のフロント部材と、これらのフロント部材を駆動するフロント駆動用油圧シリンダと、これらのフロント駆動用油圧シリンダに供給される圧油の流れを制御するフロント制御用方向制御弁と、これらのフロント制御用方向制御弁を作動させる操作装置と、フロント部材の各関節部に設けられ、このフロント部材により形成される姿勢を検出する角度センサから成る姿勢検出手段と、フロント部材の侵入を禁止する禁止領域の境界である限界位置、例えば高さ方向の限界位置を設定する限界位置設定手段と、上述の角度センサから出力される検出信号に基づいて算出されたフロント部材の姿勢が、上述の限界位置に至ったときに、上方向に形成される禁止領域へのフロント部材の侵入を阻止する動作、すなわち上述のフロント制御用方向制御弁を直ちに中立位置に戻す制御動作をおこなう制御装置とを備えている。
【０００４】
この従来技術では、フロント部材が限界位置に至ると上述のように制御装置から出力される信号によりフロント制御用方向制御弁が中立位置に戻され、フロント駆動用油圧シリンダへの圧油の供給が停止され、フロント部材は直ちに停止状態に保持され、これにより上方向に形成される禁止領域へのフロント部材の侵入が阻止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、あらかじめ設定した禁止領域へのフロント部材の侵入を阻止することができるので、禁止領域内に配置される障害物にフロント部材が衝合することによって生じる該当する障害物、あるいはフロント部材の破損を未然に防ぐことができる。
【０００６】
しかしながら、フロント部材が限界位置に至ったとき、上述のようにフロント制御用方向制御弁は中立位置に戻され、これによってフロント部材の全体が停止状態になることから、引き続いてフロント部材を起動する場合には、オペレータはこのような限界位置制御の解除のために一旦、フロント部材を回動させる操作装置を手動で操作してこのフロント部材を下降させる必要がある。そして、その後に引き続いて操作装置を操作して所望の掘削作業等のためにフロント部材を回動させることになる。
【０００７】
このように上述した従来技術にあっては、所望の掘削作業等の最中にフロント部材が限界位置で停止したときには、その限界位置制御の解除のためにフロント部材を限界位置から離隔させるオペレータの手動操作が不可欠であり、したがってオペレータによる操作が煩雑になり、操作性が低下しやすい問題があり、また、フロント部材の停止からの再起動を要することから作業能率が低下しやすい問題もある。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術における実状に鑑みてなされたもので、その目的は、禁止領域の境界である限界位置にフロント部材が至ったときでもフロント部材の全体を停止させることのない制御を実施できる建設機械のフロント制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の請求項１に係る発明は、多関節のフロント部材を駆動するフロント駆動用油圧シリンダと、このフロント駆動用油圧シリンダに供給される圧油の流れを制御するフロント制御用方向制御弁と、上記フロント部材の姿勢を検出する姿勢検出手段と、上記フロント部材の侵入を禁止する禁止領域の境界である限界位置を設定する限界位置設定手段と、上記姿勢検出手段から出力される検出信号に基づき上記フロント部材の上記限界位置から上記禁止領域への侵入を阻止するように上記フロント制御用方向制御弁の駆動を制御する制御手段とを備えた建設機械のフロント制御装置において、上記姿勢検出手段が、上記フロント部材上にあらかじめ設定した複数のモニタポイントの位置をそれぞれ検出するものであるとともに、上記制御手段が、上記姿勢検出手段で検出された上記モニタポイントのうちの少なくとも１つの位置が、上記限界位置設定手段で設定された上記限界位置に至ったかどうか判定し、上記限界位置に至ったと判定したとき、上記フロント部材を上記限界位置から離れる方向に動作させる自動操作手段を含み、上記フロント部材が、先端部に作業具を有するとともに、上記制御手段の自動操作手段は、上記姿勢検出手段で検出された上記モニタポイントのうちの少なくとも１つの位置が、上記限界位置設定手段で設定された上記限界位置に至ったと判定したとき、上記作業具上の所定の部位をほぼ同一の位置に保ちながら、上記フロント部材を上記限界位置から離れる方向に動作させる構成にしてある。
【００１０】
このように構成した請求項１に係る発明では、姿勢検出手段によって検出したモニタポイントの少なくとも１つの位置が、限界位置設定手段で設定された禁止領域の境界である限界位置に至ったと制御手段で判定されると、この制御手段に含まれる自動操作手段が作動し、フロント部材を限界位置から離れる方向に動作させる操作をおこなう。したがって、このようなときでもフロント部材の全体を停止させることがない。また、フロント部材を限界位置から所定距離自動的に離隔させるに際し、自動操作手段は、作業具上の所定の部位をほぼ同一の位置に保ちながらフロント部材を作動させるので、フロント部材を限界位置から後退させる操作をおこなっているにもかかわらず、作業具の位置をフロント部材が限界位置に至ったときの位置に保つことができ、作業具を引き続きおこなわれる掘削作業等の作業に都合のよい状態に保つことができる。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る発明は、上述した請求項１に係る発明において、上記自動操作手段は、上記限界位置に至ったと判定したとき、上記フロント部材を上記限界位置から所定距離離隔させる構成にしてある。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る発明は、上述した請求項２に係る発明において、上記制御手段の上記自動操作手段の作動を指令する限界位置制御指令手段と、上記所定距離を設定する離隔距離設定手段とを備え、上記自動操作手段が、上記姿勢検出手段によって検出された上記モニタポイントのうちの少なくとも１つの位置が上記限界位置設定手段で設定された上記限界位置に至ったかどうか判定するとともに、上記限界位置制御指令手段の指令信号が入力されているかどうか判定し、これらの双方の判定結果に応じて上記フロント部材を上記限界位置から所定距離離隔させる限界位置制御を実行するか否か決定する自動制御実行可否判定手段と、この自動制御実行可否判定手段で、限界位置に至ったと判定され、しかも、限界位置制御指令手段の指令信号が入力されていると判定されて上記限界位置制御を実行する決定がおこなわれたとき、上記離隔距離設定手段により設定される上記所定距離に相当する上記フロント部材の駆動量を算出するフロント駆動算出手段と、このフロント駆動量算出手段で算出された駆動量に相当する駆動信号を、上記フロント制御用方向制御弁を作動させる信号として出力する出力手段とを含む構成にしてある。
【００１５】
このように構成した請求項３に係る発明では、限界位置制御指令手段によって制御手段の自動操作手段の作動が指令され、離隔距離設定手段によって限界位置からフロント部材を離隔させる距離が設定されている状態において、フロント部材が侵入禁止領域の境界である限界位置に至ると自動制御実行可否判定手段でフロント部材を限界位置から所定距離離隔させる限界位置制御を実行する決定がなされ、これに応じてフロント駆動量算出手段は例えば該当するモニタポイントを上述の所定距離だけ後退させるためのフロント駆動量を算出する。その駆動量に相当する駆動信号が出力手段から出力され、当該駆動信号に応じてフロント制御用方向制御弁が作動する。したがって、フロント制御用方向制御弁を介してフロント駆動用油圧シリンダに圧油が供給され続け、このフロント駆動用油圧シリンダの伸縮動作により上述のモニタポイントを離隔距離設定手段で設定される所定距離だけ、限界位置から後退させることができ、フロント部材の全体を停止させることがない。
【００１６】
また、本発明の請求項４に係る発明は、上述した請求項１〜３のいずれかに係る発明において、建設機械が油圧ショベルから成る構成にしてある。
【００１７】
このように構成した請求項４に係る発明では、油圧ショベルは一般に、フロント部材の回動を介しておこなわれる掘削作業等に際して、フロント部材の侵入禁止領域を設定することがしばしばおこなわれているので、上述した請求項１〜３に係る発明を有効に活用できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の建設機械のフロント制御装置の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の建設機械のフロント制御装置の一実施形態が適用される油圧ショベルの側面図、図２は本発明の一実施形態の全体構成を示す回路図、図３は図２に示す一実施形態に備えられる制御ユニットを示すブロック図、図４は図３に示す制御ユニットにおける処理手順を示すフローチャートである。
【００１９】
はじめに、本実施形態が適用される油圧ショベルの概略構成を図１により説明する。図１に示す油圧ショベルは、接地面１５上に載置されて走行する走行体１と、この走行体１上に旋回可能に設けられ、運転室を有する旋回体２と、この旋回体２に上下方向の回動可能に連結される第１ブーム３と、この第１ブーム３の先端に上下方向の回動可能に連結される第２ブーム４と、この第２ブーム４の先端に上下方向の回動可能に連結され、作業具を構成するバケット６とを備えている。上述した第１ブーム３、第２ブーム４、アーム５、及びバケット６によって多関節のフロント部材が構成されている。
【００２０】
また、第１ブーム３を回動させる第１ブームシリンダ７、第２ブーム４を回動させる第２ブームシリンダ８、アーム５を回動させるアームシリンダ９、バケット６を回動させるバケットシリンダ１０を備えている。これらのシリンダ７〜１０は、フロント駆動用油圧シリンダを構成している。
【００２１】
また、第１ブーム３の旋回体２に対する相対回動角度を検出する第１ブーム角度センサ１１と、第１ブーム３に対する第２ブーム４の相対回動角度を検出する第２ブーム角度センサ１２と、第２ブーム４に対するアーム５の相対回動角度を検出するアーム角度センサ１３と、アーム５に対するバケット６の相対回動角度を検出するバケット角度センサ１４とを備えている。これらの各角度センサ１１〜１４は、後述するようにフロント部材の姿勢を検出する姿勢検出手段の一部を構成している。
【００２２】
フロント部材上には、あらかじめ複数のモニタポイントを設定してある。例えば、バケット６の刃先にはモニタポイントＭＰ１を、バケット６の根本にはモニタポイントＭＰ２を、アーム５の末端部にはモニタポイントＭＰ３を、第２ブーム４の末端部にはモニタポイントＭＰ４を設定してある。これらのモニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４は、フロント部材の姿勢によってはほぼ最も高い位置とみなしうる高さ位置に至るポイントである。また、上述した姿勢検出手段は、例えばこれらの複数のモニタポイントＭＰ１〜Ｍｐ４の高さ位置を検出するものである。
【００２３】
なお同図１において、１６はフロント部材が衝合すると支障を生じる建造物などの障害物、１７はフロント部材の侵入を禁止する禁止領域の境界を形成する仮想上の限界高さライン、Ｔは接地面１５と限界高さライン１７間の寸法である限界高さ、Ｌは後述するようにフロント部材が限界高さＴに至ったときに、自動的に限界高さライン１７から後退させるときの所定の下降量、１８は限界高さライン１７から下降量Ｌの位置に形成される仮想上の設定下降高さラインである。
【００２４】
次に、上述のように構成される油圧ショベルに備えられる本実施形態のフロント制御装置について、図２，３により説明する。
【００２５】
図２において、７〜１０はそれぞれ第１ブームシリンダ、第２ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダで、また１１〜１４はそれぞれ第１ブーム角度センサ、第２ブーム角度センサ、アーム角度センサ、バケット角度センサで、これらは前述のものである。
【００２６】
本実施形態では、シリンダ７〜１０、及び旋回体２を旋回させる旋回モータ２２に圧油を供給する主油圧ポンプ２０と、この主油圧ポンプ２０から吐出される圧油の圧力を設定する主リリーフ弁２１の他、パイロット圧油を供給するパイロットポンプ２８と、このパイロットポンプ２８から吐出される圧油の圧力を設定するパイロットリリーフ弁２９を備えている。
【００２７】
また、主油圧ポンプ２０からシリンダ７〜１０、旋回モータ２２に供給される圧油の流れをそれぞれ制御する第１ブーム用方向制御弁２３、第２ブーム用方向制御弁２４、アーム用方向制御弁２５、バケット用方向制御弁２６、旋回用方向制御弁２７を備えている。上述した各方向制御弁２３〜２７のうち、方向制御弁２３〜２６は、フロント部材の駆動制御をおこなうフロント制御用方向制御弁を構成している。
【００２８】
上述した方向制御弁２３〜２６は、例えば電気レバーを備えた操作装置の操作により、すなわちそれぞれ第１ブーム用操作装置３８、第２ブーム用操作装置３９、アーム用操作装置４０、バケット用操作装置４１の操作により作動するようになっており、また、旋回用方向制御弁２７は、例えばパイロット操作式に形成された旋回用操作装置４２の操作により作動するようになっている。
【００２９】
パイロットポンプ２８と、各方向制御弁２３〜２６のそれぞれの制御室とを連絡するパイロット管路には電磁比例減圧弁３０〜３７を設けてある。このうち、電磁比例減圧弁３０，３１は、第１ブーム用方向制御弁２３を所定の一方向に、あるいはそれとは逆方向に作動させるパイロット圧を減圧し、電磁比例減圧弁３２，３３は、第２ブーム用方向制御弁２４を所定の一方向に、あるいはそれとは逆方向に作動させるパイロット圧を減圧し、電磁比例減圧弁３４，３５は、アーム用方向制御弁２５を所定の一方向に、あるいはそれとは逆方向に作動させるパイロット圧を減圧し、電磁比例減圧弁３６，３７は、バケット用方向制御弁２６を所定の一方向に、あるいはそれとは逆方向に作動させるパイロット圧を減圧するものである。
【００３０】
これらの電磁比例減圧弁３０〜３７のそれぞれは、駆動信号ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２に応じて作動するようになっている。
【００３１】
図３にも示すように、本実施形態では、フロント部材の侵入を禁止する禁止領域の境界である限界位置、例えば前述した図１の限界高さＴを設定する限界位置設定手段５０と、限界高さＴからフロント部材を後退させる所定距離を設定する離隔距離設定手段、すなわち前述した図１の下降量Ｌを設定する下降量設定手段５１と、フロント部材を限界位置から所定距離離隔させる限界位置制御、すなわちフロント部材が限界高さＴに至ったときに下降量Ｌだけ自動的に後退させる限界位置制御の実施を指令する限界位置制御指令手段５２とを備えている。
【００３２】
これらの限界位置設定手段５０、下降量設定手段５１、及び限界位置制御指令手段５２のそれぞれは、例えば旋回体２の運転室内の運転席の近傍に設けてある。このうち限界位置制御指令手段５２は、例えば図１にも示すようにアーム用操作装置４０の電気レバーの握り部の頭部に装着され、スイッチ等により構成してある。
【００３３】
また、本実施形態では、姿勢検出手段の一部を構成する前述した各角度センサ１１〜１４から出力される信号に基づき、フロント部材が前述した限界高さＴから上方に向かって侵入することを阻止するように方向制御弁２３〜２６の駆動を制御する制御手段、すなわち制御ユニット７０を備えている。
【００３４】
この制御ユニット７０は、入出力、演算、記憶、及び論理判断機能を有するもので、例えばマイクロコンピュータにより構成され、図３に示す各手段を内蔵している。
【００３５】
すなわち、制御ユニット７０は、第１ブーム操作装置３８の操作量に相当する信号に基づいて第１ブームシリンダ７の目標操作量を演算する第１ブームシリンダ操作量演算手段５３と、第２ブーム用操作装置３９の操作量に相当する信号に基づいて第２ブームシリンダ８の目標操作量を演算する第２ブームシリンダ操作量演算手段５４と、アーム用操作装置４０の操作量に相当する信号に基づいてアームシリンダ９の目標操作量を演算するアームシリンダ操作量演算手段５５と、バケット用操作装置４１の操作量に相当する信号に基づいてバケットシリンダ１０の目標操作量を演算するバケットシリンダ操作量演算手段５６とを備えている。また、制御ユニット７０は、前述した各角度センサ１１〜１４から出力される信号に基づいて、図１に示すモニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４の高さ位置を演算するとともに、それらの高さ位置のうちの最大高さと、その最大高さにあるモニタポイントを求めるモニタポイント高さ演算手段５７を備えている。このモニタポイント高さ演算手段５７と、前述した角度センサ１１〜１４とによって、フロント部材の姿勢を検出する姿勢検出手段が構成されている。
【００３６】
また、制御ユニット７０は、前述した限界位置設定手段５０から出力された限界高さＴを記憶する限界位置記憶手段５８と、前述した下降量設定手段５１から出力された下降量Ｌを記憶する下降量記憶手段５９とを備えている。
【００３７】
また、制御ユニット７０は、姿勢検出手段で検出されたモニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４のうちの少なくとも１つの位置が限界高さＴに至ったかどうか判定し、限界高さＴに至ったと判定したとき、フロント部材を限界高さＴから下降量Ｌだけ下降させて限界位置から離れる方向に動作させる自動操作手段６３を含んでいる。
【００３８】
この自動操作手段６３は、モニタポイント高さ演算手段５７で求めたモニタポイントの最大高さが、限界位置記憶手段５８に記憶された限界高さＴに至ったかどうか判定するとともに、限界位置制御指令手段の指令信号が入力されているかどうか判定し、これらの双方の判定結果に応じてフロント部材、例えばフロント部材に含まれる上述の最大高さに該当するモニタポイントを下降量Ｌだけ下降させる限界位置制御を実行するか否か決定する自動制御実行可否判定手段６０と、この自動制御実行可否判定手段６０で、モニタポイントの最大高さが限界高さＴに至ったと判定され、しかも、限界位置制御指令手段５２の指令信号が入力されていると判定されて上述の限界位置制御を実行する決定がおこなわれたとき、例えばバケット６上の所望の部位をほぼ同一の位置に保ちながら、一例としてはバケット６の全体を変位させない状態に保ちながら、最大高さのモニタポイントを下降量Ｌ、すなわち図１の設定下降高さライン１８まで下げるための第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０のそれぞれの操作量を算出するフロント駆動量算出手段６１と、このフロント駆動量算出手段６１で算出された駆動量に相当する駆動信号、及び前述した各操作量演算手段５３〜５６で算出された操作量に相当する駆動信号を、各方向制御弁２３〜２６を作動させるための駆動信号ａ１あるいはａ２、ｂ１あるいはｂ２、ｃ１あるいはｃ２、ｄ１あるいはｄ２として出力する出力手段６２とを含んでいる。
【００３９】
以下、このように構成した本実施形態における動作を図４も用いて説明する。
今、例えば図１に示すように当該油圧ショベルが障害物１６の直下に配置された状況で、配管用の溝掘りなどの掘削作業が実施されるものとする。このような場合には、限界位置設定手段５０が操作されて油圧ショベルの接地面１５からの限界高さＴが設定され、下降量設定手段５１が操作されて限界高さＴからの後退量すなわち下降量Ｌが設定されるとともに、限界位置制御の実行のために限界位置制御指令手段５２が操作される。
【００４０】
掘削作業に際して、第１ブーム用操作装置３８、第２ブーム用操作装置３９、アーム用操作装置４０、及びバケット用操作装置４１のうちの該当するものが操作されると、その操作信号が制御ユニット７０に入力され、この制御ユニット７０の第１ブームシリンダ操作量演算手段５３、第２ブームシリンダ操作量演算手段５４、アームシリンダ操作量演算手段５５、バケットシリンダ操作量演算手段５６のそれぞれで、操作信号の値に相当する目標操作量が演算され、その目標操作量に相当する駆動信号ａ１またはａ２、ｂ１またはｂ２、ｃ１またはｃ２、ｄ１またはｄ２が、出力手段６２から図２に示す電磁比例減圧弁３０〜３７のうちの該当するものに出力される。
【００４１】
これにより該当する電磁比例減圧弁３０〜３７が目標操作量に相当する開口量となるように駆動し、パイロットポンプ２８の圧油が該当する電磁比例減圧弁３０〜３７を介して方向制御弁２３〜２６の該当する一方の制御室に与えられ、各方向制御弁２３〜２６を介して第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０のそれぞれに供給され、これらのシリンダ７〜１０が適宜伸縮し、第１ブーム３、第２ブーム４、アーム５、バケット６が回動し、所望の掘削作業が実施される。
【００４２】
このような掘削作業の間、制御ユニット７０は、図４に示すように、限界位置制御指令手段５２から出力される信号、限界位置設定手段５０から出力される信号（限界高さＴ）、下降量設定手段５１から出力される信号（下降量Ｌ）、及び各角度センサ１１〜１４から出力される信号をそれぞれ入力する（手順Ｓ１）。
【００４３】
次に、入力した限界位置設定手段５０からの信号に基づき、限界位置記憶手段５８は限界高さＴを記憶し（手順Ｓ２）、入力した下降量設定手段５１からの信号に基づき、下降量記憶手段５９は下降量Ｌを記憶する（手順Ｓ３）。
【００４４】
また、モニタポイント高さ演算手段５７は、第１ブーム角度センサ１１、第２ブーム角度センサ１２、アーム角度センサ１３、バケット角度センサ１４から出力される信号に基づいて、図１に示す各モニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４の高さ位置を演算する。このときの演算は、フロント部材の軌跡制御などで一般に実施されている演算と同様の演算であるのでその説明を省略する。そして、このモニタポイント高さ演算手段５７における演算結果から、最大高さと、最大高さに位置するモニタポイントとを求める（手順Ｓ４）。今、仮に図１に示すようにモニタポイントＭＰ３が最大高さのモニタポイントであると求められたものとする。
【００４５】
次に、自動操作手段６３の自動制御実行可否判定手段６０は、限界位置制御指令手段５２からの指令信号が入力されているかどうかを判定する（手順Ｓ５）。今は、限界位置制御指令手段５２が操作されていることから、この判定はイエスとなる。ここで限界位置記憶手段５８から限界高さＴが読み出され、この自動制御実行可否判定手段６０において、手順Ｓ４で求められたモニタポイントＭＰ３の高さが、限界高さＴ以上かどうか判定される（手順Ｓ７）。今、例えばフロント部材の姿勢が図１の二点鎖線で示す姿勢となっていて、限界高さＴ以上と判定される状態に至っているものとすると、限界位置制御を実施することが決定され、フロント駆動量算出手段６１に下降量記憶手段５９で記憶されている下降量Ｌが読み出され、このフロント駆動量算出手段６１でモニタポイントＭＰ３を図１に示す設定下降高さライン１８まで下降させるために必要な第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０のそれぞれの駆動量が算出される。このとき例えば、バケット６の高さ位置、及び形態を静止状態に保持したまま、モニタポイントＭＰ３を設定下降高さライン１８まで下降させる駆動量が算出される（手順Ｓ８）。
【００４６】
次に、出力手段６２からそれまで出力されていた各操作量演算手段５３〜５６で求められる操作量に相当する駆動信号に代えて、第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０のそれぞれに、フロント駆動量算出手段６１で求められた駆動量に相当する値の駆動信号ａ１あるいはａ２、ｂ１あるいはｂ２、ｃ１あるいはｃ２、ｄ１あるいはｄ２が出力される。
【００４７】
これにより、図２に示す該当する電磁比例減圧弁３０〜３７が駆動し、前述したようにパイロットポンプ２８の圧油が該当する電磁比例減圧弁３０〜３７を介して方向制御弁２３〜２６の該当する一方の制御室に与えられ、各方向制御弁２３〜２６を介して第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０のそれぞれに供給され、これらのシリンダ７〜１０が適宜伸縮し、フロント部材のうちの第１ブーム３、第２ブーム４、アーム５だけが、図１の破線で示す姿勢まで回動し、バケット６は変位することなく保持される。このようにして、モニタポイントＭＰ３が限界高さＴから下降量Ｌの位置、すなわち設定下降高さライン１８まで自動的に後退するフロント自動制御、すなわち限界位置制御が実行される（手順Ｓ９）。
【００４８】
モニタポイントＭＰ３が設定下降高さライン１８まで下降した後は、再び出力手段６２から各操作量演算手段５３〜５６で求められる操作量に相当する駆動信号ａ１あるいはａ２、ｂ１あるいはｂ２、ｃ１あるいはｃ２、ｄ１あるいはｄ２が出力され、各操作装置３８〜４１の手動操作によるフロント部材の駆動が可能になる。
【００４９】
なお、上述した手順Ｓ７において、自動制御実行可否判定手段６０で最大高さのモニタポイントであるモニタポイントＭＰ３の高さが限界高さＴよりも低いものであると判定され、限界位置制御を実施しないことが決定されたときは、上述したフロント自動制御、すなわち限界位置制御は実行されない（手順Ｓ６）。したがって、各操作装置３８〜４１の手動操作に応じてフロント部材は回動する。
【００５０】
また、限界位置制御指令手段５２が操作されず、制御ユニット７０にこの限界位置制御指令手段５２からの指令信号が入力されていないときは、上述した手順Ｓ５の判定がノーとなり、このときも限界位置制御は実行されない（手順Ｓ６）。
【００５１】
上述のように本実施形態によれば、フロント部材が禁止領域の境界である限界位置に至ると、最大高さにあるモニタポイントＭＰ３を下降量設定手段５１で設定した下降量Ｌだけ自動的に、限界高さライン１７から後退させることができ、すなわち、フロント部材の全体を停止させることのない制御を実施することができ、何らオペレータの手を煩わせることなく限界位置制御を解除させることができ、優れた操作性が得られる。
【００５２】
また、このようにフロント部材が限界位置に至ったときでもフロント部材が停止しないので、停止からのフロント部材の起動操作は不要であり、これにより作業能率の低下を防ぐことができる。
【００５３】
また、フロント部材を限界位置から後退させるに際し、自動操作手段６３は、バケット６の高さ位置、及び形態をほとんど変化させないようにしてフロント部材を回動させるので、バケット６を引き続きおこなわれる掘削作業等に都合のよい状態に保つことができ、作業能率の向上に貢献する。
【００５４】
なお、上記実施形態では、自動操作手段６３は、フロント部材を限界位置から後退させるに際し、バケット６の全体をほぼ同一の位置に保つ制御を実施するが、このように制御することに代えて、バケット６の特定の部位、例えば図１に示すバケット角度センサ１４の装着されている部位だけをほぼ同一の位置に保つ制御を実施するようにしてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、モニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４の高さ位置を求めることによってフロント部材の高さに係る限界位置制御を実施させたが、本発明は、このように高さに係る限界位置制御を実施することには限られず、接地面１５より下方の深さに係る限界位置制御を実施するようにしてもよく、また、フロント部材の前方に立設する壁面とか、旋回体２の左右側に位置する障害物に係る限界位置制御などを実施するようにしてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、モニタポイントをフロント部材に４つ設けたが、限界位置制御が実施される際の周囲環境などを考慮してより多くのモニタポイントを設け、それらの多くのモニタポイントを介して所望の限界位置制御を実施するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、自動制御実行可否判定手段６０によりモニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４の高さが限界高さＴに至ったかどうかを判定して、限界位置制御を実行するか否かを決定するようにしているが、本発明は、これに限られず、自動制御実行可否判定手段６０を、モニタポイントＭＰ１〜ＭＰ４の周辺のフロント部材の特定の部位の高さが限界高さＴに至ったかどうかを判定することにより、限界位置制御を実行するか否かを決定するものであってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように構成したことにより、本発明の各請求項に係る発明によれば、侵入禁止領域の境界である限界位置にフロント部材が至ったとき、フロント部材が限界位置から自動的に後退し、このフロント部材の全体を停止させることのない制御をおこなうことができ、何らオペレータの手を煩わせることなく限界位置制御を解除させることができ、従来に比べて優れた操作性が得られる。また、このようにフロント部材が限界位置に至ったときでもフロント部材が停止しないので、フロント部材の停止からの起動操作は不要であり、これにより作業能率の低下を防ぐことができる。また特に、フロント部材を限界位置から後退させる間も、作業具の位置をフロント部材が限界位置に至ったときの位置に保つことができ、当該作業具を引き続きおこなわれる作業に都合のよい状態に保つことができ、この点でも作業能率の向上に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建設機械のフロント制御装置の一実施形態が適用される油圧ショベルの側面図である。
【図２】本発明の一実施形態の全体構成を示す回路図である。
【図３】図２に示す一実施形態に備えられる制御ユニットを示すブロック図である。
【図４】図３に示す制御ユニットにおける処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 走行体
２ 旋回体
３ 第１ブーム（フロント部材）
４ 第２ブーム（フロント部材）
５ アーム（フロント部材）
６ バケット（フロント部材）
７ 第１ブームシリンダ（フロント駆動用油圧シリンダ）
８ 第２ブームシリンダ（フロント駆動用油圧シリンダ）
９ アームシリンダ（フロント駆動用油圧シリンダ）
１０ バケットシリンダ（フロント駆動用油圧シリンダ）
１１ 第１ブーム角度センサ（姿勢検出手段）
１２ 第２ブーム角度センサ（姿勢検出手段）
１３ アーム角度センサ（姿勢検出手段）
１４ バケット角度センサ（姿勢検出手段）
１５ 接地面
１６ 障害物
１７ 限界高さライン
１８ 設定下降高さライン
２０ 主油圧ポンプ
２１ 主リリーフ弁
２２ 旋回モータ
２３ 第１ブーム用方向制御弁（フロント制御用方向制御弁）
２４ 第２ブーム用方向制御弁（フロント制御用方向制御弁）
２５ アーム用方向制御弁（フロント制御用方向制御弁）
２６ バケット用方向制御弁（フロント制御用方向制御弁）
２７ 旋回用方向制御弁
２８ パイロットポンプ
２９ パイロットリリーフ弁
３０ 電磁比例減圧弁
３１ 電磁比例減圧弁
３２ 電磁比例減圧弁
３３ 電磁比例減圧弁
３４ 電磁比例減圧弁
３５ 電磁比例減圧弁
３６ 電磁比例減圧弁
３７ 電磁比例減圧弁
３８ 第１ブーム用操作装置
３９ 第２ブーム用操作装置
４０ アーム用操作装置
４１ バケット用操作装置
４２ 旋回用操作装置
５０ 限界位置設定手段
５１ 下降量設定手段（離隔距離設定手段）
５２ 限界位置制御指令手段
５３ 第１ブームシリンダ操作量演算手段
５４ 第２ブームシリンダ操作量演算手段
５５ アームシリンダ操作量演算手段
５６ バケットシリンダ操作量演算手段
５７ モニタポイント高さ演算手段（姿勢検出手段）
５８ 限界位置記憶手段
５９ 下降量記憶手段
６０ 自動制御実行可否判定手段
６１ フロント駆動量算出手段
６２ 出力手段
６３ 自動操作手段
７０ 制御ユニット（制御手段）
Ｔ 限界高さ
Ｌ 下降量
ＭＰ１〜ＭＰ４ モニタポイント
Claims (4)
- 多関節のフロント部材を駆動するフロント駆動用油圧シリンダと、このフロント駆動用油圧シリンダに供給される圧油の流れを制御するフロント制御用方向制御弁と、上記フロント部材の姿勢を検出する姿勢検出手段と、上記フロント部材の侵入を禁止する禁止領域の境界である限界位置を設定する限界位置設定手段と、上記姿勢検出手段から出力される検出信号に基づき上記フロント部材の上記限界位置から上記禁止領域への侵入を阻止するように上記フロント制御用方向制御弁の駆動を制御する制御手段とを備えた建設機械のフロント制御装置において、
上記姿勢検出手段が、上記フロント部材上にあらかじめ設定した複数のモニタポイントの位置をそれぞれ検出するものであるとともに、
上記制御手段が、上記姿勢検出手段で検出された上記モニタポイントのうちの少なくとも１つの位置が、上記限界位置設定手段で設定された上記限界位置に至ったかどうか判定し、上記限界位置に至ったと判定したとき、上記フロント部材を上記限界位置から離れる方向に動作させる自動操作手段を含み、
上記フロント部材が、先端部に作業具を有するとともに、上記制御手段の自動操作手段は、上記姿勢検出手段で検出された上記モニタポイントのうちの少なくとも１つの位置が、上記限界位置設定手段で設定された上記限界位置に至ったと判定したとき、上記作業具上の所定の部位をほぼ同一の位置に保ちながら、上記フロント部材を上記限界位置から離れる方向に動作させることを特徴とする建設機械のフロント制御装置。 - 上記自動操作手段は、上記限界位置に至ったと判定したとき、上記フロント部材を上記限界位置から所定距離離隔させることを特徴とする請求項１記載の建設機械のフロント制御装置。
- 上記制御手段の上記自動操作手段の作動を指令する限界位置制御指令手段と、
上記所定距離を設定する離隔距離設定手段とを備え、
上記自動操作手段が、
上記姿勢検出手段によって検出された上記モニタポイントのうちの少なくとも１つの位置が上記限界位置設定手段で設定された上記限界位置に至ったかどうか判定するとともに、上記限界位置制御指令手段の指令信号が入力されているかどうか判定し、これらの双方の判定結果に応じて上記フロント部材を上記限界位置から所定距離離隔させる限界位置制御を実行するか否か決定する自動制御実行可否判定手段と、
この自動制御実行可否判定手段で、限界位置に至ったと判定され、しかも、限界位置制御指令手段の指令信号が入力されていると判定されて上記限界位置制御を実行する決定がおこなわれたとき、上記離隔距離設定手段により設定される上記所定距離に相当する上記フロント部材の駆動量を算出するフロント駆動算出手段と、
このフロント駆動量算出手段で算出された駆動量に相当する駆動信号を、上記フロント制御用方向制御弁を作動させる信号として出力する出力手段とを含むことを特徴とする請求項２に記載の建設機械のフロント制御装置。 - 建設機械が油圧ショベルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の建設機械のフロント制御装置。
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