JP3653153B2 - 建設機械の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地面を掘削する油圧ショベル等の建設機械に関し、特にかかる建設機械の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械は、図１４に示すように、無限軌条部５００Ａを有する下部走行体５００上に、運転操作室（キャビン）６００付きの上部旋回体１００をそなえており、更にこの上部旋回体１００に、ブーム（アーム部材）２００，スティック３００（アーム部材），バケット（作業部材）４００からなる関節式アーム機構を装備した構成となっている。
【０００３】
そして、ストロークセンサ２１０，２２０，２３０等により得られたブーム２００，スティック３００，バケット４００の各伸縮変位情報に基づき、ブーム２００，スティック３００，バケット４００をそれぞれ油圧シリンダ１２０，１２１，１２２により適宜駆動して、バケット４００の進行方向或いはバケット４００の姿勢を一定に保って掘削できるようになっており、これにより、バケット４００のごとき作業部材の位置と姿勢の制御を正確に且つ安定して行ない得るようになっている。
【０００４】
なお、油圧シリンダ１２０〜１２２は、通常は運転室６００内に設けられた操作レバー（図示省略）により操作されるようになっている。
ところで、このような建設機械において、ブーム２００，スティック３００，バケット４００等が、予め設定された一連の動作を行なうように設定しておき、このように設定された動作となるように油圧シリンダ１２０，１２１，１２２をそれぞれ制御するようにした半自動制御システムが提案されている。
【０００５】
ここで、上記の半自動制御のモードとしては、スティック３００及びブーム２００を動かしてもバケット４００の水平方向（垂直方向）に対する角度（バケット角）が常に一定に保持されるようなバケット角制御モードや、バケット４００の歯先１１２が直線的に移動するような法面掘削モード（又は、バケット歯先直線掘削モード、レイキングモード）や、法面掘削モードとバケット角制御モードとを組み合わせたスムージングモード等が考えられる。
【０００６】
また、このような半自動制御モード時には、油圧シリンダ１２０〜１２２の作動を制御するための操作レバーは、スティック３００やブーム２００に対して目標移動速度を設定するための部材として機能する。
すなわち、半自動制御モード時には、操作レバーの操作量に応じて、スティック３００やブーム２００の移動速度が決定されるのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような半自動制御モード時にブーム２００，スティック３００，バケット４００をフィードバック制御により軌跡制御（追尾制御）する場合、各シリンダ１２０〜１２２への指令値はフィードバックの偏差（即ち、入力情報と出力情報との制御誤差）をもとに演算されるため、シリンダ作動中の偏差をゼロにすることは困難であり、結果としてバケット歯先位置は目標値に対して誤差を生じてしまう場合がある。
【０００８】
すなわち、このようなフィードバック制御では、実際のシリンダ位置やシリンダ速度を検出してからこれらを目標シリンダ位置や目標シリンダ速度と比較して、これらの偏差を０に近づけるように制御が行なわれるため、制御中にこれらの偏差を完全に排除するのは困難であり、これにより制御誤差が生じてしまうのである。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、建設機械の作業部材付きアームを自動制御する場合に、目標動作情報と実際の動作情報との偏差を極力排除して、制御精度のさらなる向上を図るようにした、建設機械の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の建設機械の制御装置は、機体側にアームを揺動自在に支持するともに該アームの先端部に作業部材を揺動自在に支持し、上記の作業部材付きアームの揺動をシリンダ式アクチュエータの伸縮動作によりそれぞれ行なうように構成した建設機械において、上記の作業部材付きアームの目標動作情報を操作レバーの位置に応じて設定する目標値設定手段と、上記の作業部材付きアームの動作情報を検出する動作情報検出手段と、該動作情報検出手段での検出結果と該目標値設定手段で設定された該目標動作情報とを入力として、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御する制御手段と、該目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段とをそなえ、該制御手段が、該補正情報記憶手段からの該補正情報で補正された補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御し、該補正情報記憶手段が、実際の作業開始前に、上記の作業部材付きアームに所定回数だけ動作を行なわせて、該補正情報を収集して記憶するように構成されたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２記載の本発明の建設機械の制御装置は、機体側にアームを揺動自在に支持するともに該アームの先端部に作業部材を揺動自在に支持し、上記の作業部材付きアームの揺動をシリンダ式アクチュエータの伸縮動作によりそれぞれ行なうように構成した建設機械において、上記の作業部材付きアームの目標動作情報を操作レバーの位置に応じて設定する目標値設定手段と、上記の作業部材付きアームの動作情報を検出する動作情報検出手段と、該動作情報検出手段での検出結果と該目標値設定手段で設定された該目標動作情報とを入力として、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御する制御手段と、該目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段とをそなえ、該制御手段が、該補正情報記憶手段からの該補正情報で補正された補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御し、該補正情報記憶手段が、上記の作業部材付きアームの異なった動作モード毎に異なった補正情報を記憶するように構成され、該制御手段が、上記の作業部材付きアームの動作モードに応じて得られた補正情報で補正された該補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御すべく構成されたことを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項２記載の構成に加えて、該補正情報記憶手段が、上記の作業部材付きアームに所定の動作を行なわせて、該補正情報を収集して記憶するように構成されたことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態にかかる建設機械としての油圧ショベルは、図１に示すように、左右に無限軌条部５００Ａを有する下部走行体５００上に、運転操作室６００付き上部旋回体（建設機械本体）１００が水平面内で回転自在に設けられている。
【００１３】
そして、この上部旋回体１００に対して、一端が回動可能に接続されるブーム（アーム部材）２００が設けられ、更にブーム２００に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続されるスティック（アーム部材）３００が設けられている。
さらに、スティック３００に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続され、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケット（作業部材）４００がが設けられている。
【００１４】
このように、本実施形態では、ブーム２００，スティック３００及びバケット４００により、関節式アーム機構が構成される。即ち、上部旋回体１００に一端部を枢着され他端側にバケット４００を有するとともに、関節部を介して相互に接続された一対のアーム部材（ブーム２００，スティック３００）を少なくとも有する関節式アーム機構が構成されることになる。
【００１５】
また、シリンダ式アクチュエータとしてのブーム油圧シリンダ１２０，スティック油圧シリンダ１２１，バケット油圧シリンダ１２２（以下、ブーム油圧シリンダ１２０をブームシリンダ１２０又は単にシリンダ１２０ということがあり、スティック油圧シリンダ１２１をスティックシリンダ１２１又は単にシリンダ１２１ということがあり、バケット油圧シリンダ１２２をバケットシリンダ１２２又は単にシリンダ１２２ということがある）が設けられている。
【００１６】
ここで、ブームシリンダ１２０は、その一端が上部旋回体１００に対して回動可能に接続されるとともに、他端がブーム２００に対して回動可能に接続されている。即ち、ブームシリンダ１２０は、上部旋回体１００とブーム２００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、ブーム２００を上部旋回体１００に対して回動させることができるものである。
【００１７】
また、スティックシリンダ１２１は、その一端がブーム２００に対して回動可能に接続されるとともに、他端がスティック３００に対して回動可能に接続されている。即ち、スティックシリンダ１２１は、ブーム２００とスティック３００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、スティック３００をブーム２００に対して回動させることができるものである。
【００１８】
さらに、バケットシリンダ１２２は、その一端がスティック３００に対して回動可能に接続されるとともに、他端がバケット４００に対して回動可能に接続されている。即ち、バケットシリンダ１２２は、スティック３００とバケット４００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、バケット４００をスティック３００に対して回動させることができるものである。なお、バケット油圧シリンダ１２２の先端部には、リンク機構１３０が設けられている。
【００１９】
このように上記の各シリンダ１２０〜１２２で、伸縮動作を行なうことによりアーム機構を駆動する複数のシリンダ式アクチュエータを有するシリンダ式アクチュエータ機構が構成される。
なお、図示しないが、左右の無限軌条部５００Ａをそれぞれ駆動する油圧モータや、上部旋回体１００を旋回駆動する旋回モータも設けられている。
【００２０】
ところで、図２に示すように、シリンダ１２０〜１２２や上記の油圧モータや旋回モータのための油圧回路が設けられており、この油圧回路には、エンジンＥによって駆動されるポンプ５１，５２や主制御弁（メインコントロールバルブ）１３，１４，１５等が介装されている。
また、主制御弁１３，１４，１５を制御するために、パイロット油圧回路が設けられており、このパイロット油圧回路には、エンジンＥによって駆動されるパイロットポンプ５０，電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，電磁切替弁４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，セレクタ弁１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ等が介装されている。
【００２１】
ところで、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃを介して、主制御弁１３，１４，１５を制御することにより、制御したいモードに応じて、ブーム２００，スティック３００，バケット４００が所望の伸縮変位となるように制御するコントローラ（制御手段）１が設けられている。なお、このコントローラ１は、マイクロプロセッサ，ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ，適宜の入出力インタフェースなどで構成される。
【００２２】
そして、このコントローラ１へは種々のセンサからの検出信号（設定信号を含む）が入力されるようになっており、コントローラ１は、これらのセンサからの検出信号に基づき、上記の制御を実行するようになっている。なお、このようなコントローラ１による制御を半自動制御という。
上記の半自動制御のモードとしては、バケット角制御モード（図９参照），法面掘削モード（バケット歯先直線掘削モード又はレイキングモード）（図１０参照），法面掘削モードとバケット角制御モードとを組み合わせたスムージングモード（図１１参照），バケット角自動復帰モード（オートリターンモード）（図１２参照）等がある。
【００２３】
ここで、バケット角制御モードは、図９に示すように、スティック３００及びブーム２００を動かしてもバケット４００の水平方向（垂直方向）に対する角度（バケット角）が常に一定に保たれるモードで、このモードは、図２に示すディスプレイスイッチパネル、又は、目標法面角設定器付きモニタパネル（以下、単にモニタパネルという）１０上のバケット角制御スイッチをＯＮにすると、実行される。なお、バケット４００が手動にて動かされた時、このモードは解除され、バケット４００が止まった時点でのバケット角が新しいバケット保持角として記憶される。
【００２４】
法面掘削モードは、図１０に示すように、バケット４００の歯先１１２が直線的に動くモードである。但し、バケットシリンダ１２２は作動せず、したがって、バケット４００の移動に伴い、バケット角φ（法面に対するバケット４００の歯先１１２の角度）が変化する。
法面掘削モード＋バケット角制御モード（スムージングモード）は、図１１に示すように、バケット４００の歯先１１２が直線的に動くモードであり、バケット角φも掘削中一定に保たれる。
【００２５】
バケット自動復帰モードは、図１２に示すように、バケット角が予め設定された角度に自動的に復帰するモードであり、復帰バケット角はモニタパネル１０によって設定される。このモードはバケット操作レバー６上のバケット自動復帰スタートスイッチ７をＯＮにすることで始動する。バケット４００が予め設定された角度まで復帰した時点でこのモードは解除される。
【００２６】
さらに、上記の法面掘削モード，スムージングモードは、モニタパネル１０上の半自動制御スイッチをＯＮにし、かつ、スティック操作レバー８上の法面掘削スイッチ９をＯＮにし、スティック操作レバー８とブーム操作レバー６の両方又はどちらか一方が動かされた時に、これらのモードに入るようになっている。なお、目標法面角はモニタパネル１０上のスイッチ操作にて設定される。
【００２７】
また、法面掘削モード，スムージングモードでは、スティック操作レバー８の操作量により目標法面角に対して平行方向のバケット歯先移動速度が設定され、ブーム操作レバー６の操作量により目標法面角に対して垂直方向のバケット歯先移動速度が設定されるようになっている。したがって、スティック操作レバー８を操作すると、目標法面角に沿って、バケット歯先１１２が直線移動を開始し、掘削中にブーム操作レバー６を動かすことによって、手動による目標法面高さの微調整が可能となる。
【００２８】
また、スティック操作レバー８とブーム操作レバー６とを同時に操作した場合は設定斜面（法面）に対して、平行及び垂直方向の合成ベクトルによりバケット歯先１１２の移動方向とその速度が決定されることになる。
また、法面掘削モード，スムージングモードでは、バケット操作レバー６を操作することによって掘削中のバケット角を微調整するほか、目標法面高さも変更することができる。すなわち、この半自動掘削モードにおいても、掘削中に手動にてバケット角及び目標法面高さの微調整を行なうことができるのである。
【００２９】
なお、このシステムでは、手動モードも可能であるが、この手動モードでは、従来の油圧ショベルと同等の操作が可能となるほかに、バケット歯先１１２の座標表示が可能である。
また、半自動制御システム全体のサービス・メンテナンスを行なうためのサービスモードも用意されており、このサービスモードはコントローラ１に外部ターミナル２を接続することによって行なわれる。そして、このサービスモードによって、制御ゲインの調整や各センサの初期化等が行なわれる。
【００３０】
ところで、コントローラ１に接続される各種センサとして、図２に示すように、圧力スイッチ１６，圧力センサ１９，２８Ａ，２８Ｂ，レゾルバ（角度センサ）２０〜２２，傾斜角センサ２４等が設けられており、更にコントローラ１には、エンジンポンプコントローラ２７やＯＮ−ＯＦＦスイッチ７，９やモニタパネル１０が接続されている。なお、外部ターミナル２は、制御ゲインの調整や各センサの初期化時等に、コントローラ１に接続される。
【００３１】
なお、エンジンポンプコントローラ２７は、エンジン回転数センサ２３からのエンジン回転数情報を受けてエンジンＥを制御するもので、コントローラ１との間で協調情報を相互にやり取りできるようになっている。又、レゾルバ２０〜２２での検出信号は、信号変換器（変換手段）２６を介してコントローラ１へ入力されるようになっている。
【００３２】
圧力センサ１９は、スティック３００用の操作レバー６及びブーム２００用の操作レバー８から主制御弁１３，１４，１５に接続されたパイロット配管に取り付けられており、パイロット配管内のパイロット油圧を検出するセンサである。かかるパイロット配管内のパイロット油圧は、操作レバー６，８の操作量によって変化するため、この油圧を計測することで操作レバー６，８の操作量を推定できるようになっている。
【００３３】
圧力センサ２８Ａ，２８Ｂはブームシリンダ１２０及びスティックシリンダ１２１に供給される油圧を検出することで、各シリンダ１２０，１２１の伸縮状態を検出するものである。
圧力スイッチ１６は、操作レバー６，８のパイロット配管にセレクタ１７等を介して取り付けられており、操作レバー６，８の操作位置が中立か否かを検出するための中立検出用スイッチとして設けられている。そして、操作レバー６，８が中立状態の時には、圧力スイッチ１６の出力がＯＦＦとなり、操作レバー６，８が操作される（非中立状態の時）と、圧力スイッチ１６の出力がＯＮとなるようになっている。なお、この圧力スイッチ１６は上記圧力センサ１９の異常検出や手動／半自動制御モードの切替用としても利用される。
【００３４】
レゾルバ２０は、ブーム２００の建設機械本体１００への枢着部（関節部）に設けられ、ブーム２００の姿勢を検出する（モニタする）第１角度センサとして機能するものである。また、レゾルバ２１は、スティック３００のブーム２００への枢着部（関節部）に設けられ、スティック３００の姿勢を検出する（モニタする）第２角度センサとして機能するものである。また、レゾルバ２２は、リンク機構枢着部に設けられてバケット４００の姿勢を検出する（モニタする）第３角度センサとして機能するもので、これらのレゾルバ２０〜２２により、アーム機構の姿勢を角度情報で検出する角度検出手段が構成される。
【００３５】
信号変換器（変換手段）２６は、レゾルバ２０で得られた角度情報をブームシリンダ１２０の伸縮変位情報に変換し、レゾルバ２１で得られた角度情報をスティックシリンダ１２１の伸縮変位情報に変換し、レゾルバ２２で得られた角度情報をバケットシリンダ１２２の伸縮変位情報に変換するもの、即ち、レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報を対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報に変換するもので、このため、この信号変換器２６は、各レゾルバ２０〜２２からの信号を受ける入力インタフェース２６Ａ，各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を記憶するルークアップテーブル２６Ｂ−１を含むメモリ２６Ｂ，各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を求めシリンダ伸縮変位情報をコントローラ１に通信しうる主演算装置（ＣＰＵ）２６Ｃ，主演算装置（ＣＰＵ）２６Ｃからのシリンダ伸縮変位情報を送出する出力インタフェース２６Ｄ等をそなえて構成されている。
【００３６】
ところで、各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報θbm，θst，θbkに対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報λbm，λst，λbkは余弦定理を用いて次式で求めることができる。
ここで、上式において、Ｌijは固定長、Ａxbm は固定角を表し、Ｌの添字ｉｊは節点ｉ，ｊ間の情報を有する。例えばＬ101102は節点１０１と節点１０２との距離を表す。なお、ここでは、節点１０１の位置をｘｙ座標の原点とする（図８参照）。
【００３７】
もちろん、各レゾルバ２０〜２２で角度情報θbm，θst，θbkが得られる毎に、上式を演算手段（例えばＣＰＵ２６Ｃ）で演算してもよい。この場合は、ＣＰＵ２６Ｃが、各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報から角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を演算により求める演算手段を構成することになる。
【００３８】
なお、信号変換器２６で変換された信号は、半自動制御時のフィードバック制御用に利用されるほか、バケット歯先１１２の位置計測／表示用座標を計測するためにも利用される。
また、半自動制御モードにおけるバケット歯先１１２の位置は、油圧ショベルの上部旋回体１００のある１点を原点として演算されるが、上部旋回体１００がフロントリンケージ方向に傾斜した時、制御演算上の座標系を車両傾斜分だけ補正することが必要になる。傾斜センサ２４は、この座標系を補正するために設けられている。
【００３９】
また、前述したように、電磁比例弁３Ａ〜３Ｃは、コントローラ１からの制御信号を受けて、パイロットポンプ５０から供給される油圧を制御するようになっており、この油圧を切替弁４Ａ〜４Ｃ又はセレクタ弁１８Ａ〜１８Ｃを通して主制御弁１３，１４，１５に作用させることにより、主制御弁１３，１４，１５のスプール位置が制御され、目標シリンダ速度が得られるようになっている。
【００４０】
また、切替弁４Ａ〜４Ｃを手動モード側にすれば、手動にて各シリンダ１２０〜１２１を制御することができる。
なお、スティック合流調整比例弁１１は目標シリンダ速度に応じた油量を得るために２つのポンプ５１，５２の合流度合を調整するものである。
また、スティック操作レバー８には、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ（法面掘削スイッチ）９が取り付けられており、オペレータがこのスイッチを操作することによって、半自動制御モードの選択又は非選択が実行される。そして、半自動制御モードが選択されると、上述したようにバケット歯先１１２を直線的に動かすことができるようになるのである。
【００４１】
さらに、バケット操作レバー６には、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ（バケット自動復帰スタートスイッチ）７が取り付けられており、オペレータがこのスイッチ７をＯＮすることによって、バケット４００を予め設定された角度に自動復帰させることができるようになっている。
安全弁（セーフティバルブ）５は電磁比例弁３Ａ〜３Ｃに供給されるパイロット圧を断続するためのもので、この安全弁５がＯＮ状態の時のみパイロット圧が電磁比例弁３Ａ〜３Ｃに供給されるようになっている。したがって、半自動制御上、何らかの故障があった場合等は、この安全弁５をＯＦＦ状態にすることにより、速やかに半自動制御を停止することができる。
【００４２】
ところで、エンジンＥの回転速度はオペレータが設定したエンジンスロットルの位置によって異なり、更にエンジンスロットルが一定であっても負荷によってエンジン回転速度は変化する。ポンプ５０，５１，５２はエンジンＥに直結されているので、エンジン回転速度が変化すると、ポンプ吐出量も変化するため、主制御弁１３，１４，１５のスプール位置が一定であっても、シリンダ速度はエンジン回転速度の変化に応じて変化してしまう。そこで、これを補正すべくエンジンＥにエンジン回転速度センサ２３が取り付けられているのである。すなわち、エンジン回転速度が低い時は、バケット歯先１１２の目標移動速度を遅くするようになっている。
【００４３】
モニタパネル１０は、目標法面角α（図８，図１３参照）やバケット復帰角の設定器として使用されるほか、バケット歯先４００の座標や計測された法面角あるいは計測された２点座標間距離の表示器としても使用されるようになっている。なお、このモニタパネル１０は、操作レバー６，８とともに運転操作室６００内に設けられる。
【００４４】
すなわち、本実施形態にかかるシステムにおいては、従来のパイロット油圧ラインに圧力センサ１９及び圧力スイッチ１６を組込み、操作レバー６，８の操作量を検出し、レゾルバ２０，２１，２２を用いてフィードバック制御を行なうものであり、かかる制御は、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立した多自由度フィードバック制御ができるような構成となっている。これにより、圧力補償弁等の油器の追加が不要となる。なお、上部旋回体１００の傾斜による影響は車両傾斜角センサ２４により補正される。また、切替スイッチ９によりオペレータは任意にモードを選択できるようになっているほか、目標法面角を設定することもできるようになっているのである。
【００４５】
つぎに、コントローラ１において行なわれる半自動制御モード（バケット自動復帰モードを除く）の制御アルゴリズムについて図４を用いて説明する。
すなわち、最初に、バケット歯先１１２の移動速度及び方向を、目標法面設定角，スティックシリンダ１２１及びブームシリンダ１２０を制御するパイロット油圧，車両傾斜角，エンジン回転速度の情報より求める。次に、これらの情報に基づいて、各シリンダ１２０，１２１，１２２の目標速度を演算する。この時、エンジン回転速度の情報は、シリンダ速度の上限を決定するためのパラメータとなる。
【００４６】
また、コントローラ１は、図３，図４に示すように、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立した制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃをそなえており、各制御は、図４に示すように、独立した制御フィードバックループとして構成され、互いに干渉し合うことがないようになっている。
図４に示す閉ループ制御内の補償構成は、各制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃとも、図５に示すように、変位，速度についてのフィードバックループとフィードフォワードループの多自由度構成となっており、制御ゲイン（制御パラメータ）可変のフィードバックループ式補償手段７２と、制御ゲイン（制御パラメータ）可変のフィードフォワード式補償手段７３とをそなえて構成されている。
【００４７】
すなわち、目標速度が与えられると、フィードバックループ式補償手段７２において、目標速度と速度フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｖｐ（符号６２参照）を掛けるルートと、目標速度を一旦積分して（図５の積分要素６１参照）、この目標速度積分情報と変位フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｐｐ（符号６３参照）を掛けるルートと、上記目標速度積分情報と変位フィードバック情報との偏差にＩゲイン係数（符号６４ａ参照）や所定のゲインＫｐｉ（符号６４参照）を掛け更に積分（符号６６参照）を施すルートによりフィードバックループ処理がなされ、更に、フィードフォワード式補償手段７３においては、目標速度に所定のゲインＫｆ（符号６５参照）を掛けるルートによりフィードフォワードループ処理がなされるようになっている。
【００４８】
ここで、本装置には、図５に示すように、シリンダ１２０〜１２２の動作情報を検出する動作情報検出手段９１としてシリンダ位置検出手段８３が設けられており、コントローラ１では、動作情報検出手段９１からの検出情報と、目標値設定手段８０で設定された目標動作情報（例えば、目標移動速度）とを入力情報として、ブーム２００等のアーム及び作業部材（バケット）４００が目標とする動作状態となるように制御信号を設定するようになっている。
【００４９】
また、本実施形態では、シリンダ位置検出手段８３は、上述したレゾルバ２０〜２２と信号変換器２６とから構成されており、レゾルバ２０〜２２により検出された角度情報を信号変換器２６に取り込んで、この信号変換器２６内において角度情報をシリンダ変位情報に変換することで、シリンダ位置を検出するようになっている。また、シリンダ位置検出手段８３からの検出情報を時間微分することにより、シリンダの位置情報のみならず、シリンダ速度情報もフィードバックされるようになっているのである。
【００５０】
なお、上記のゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆの値は、ゲインスケジューラ７０によって可変しうるようになっており、ゲインスケジューラ７０では、作動油の温度情報や各シリンダ１２０〜１２２の負荷情報等に基づいて、各ゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆの値を補正するようになっている。
また、非線形除去テーブル７１が、電磁比例弁３Ａ〜３Ｃや主制御弁１３〜１５等の非線形性を除去するために設けられているが、この非線形除去テーブル７１を用いた処理は、テーブルルックアップ手法を用いることにより、コンピュータにて高速に行なわれるようになっている。
【００５１】
次に、本発明の建設機械の制御装置の要部について説明する。
本装置では、上述したように、フィードバックループ式補償手段７２により実際のシリンダ位置情報及びシリンダ速度情報を入力情報としてフィードバックし、コントローラ１では、これらの情報に基づいてブーム２００やバケット４００等が目標とする動作状態となるように各シリンダ１２０〜１２２の動作を制御するようになっている。
【００５２】
しかしながら、このようなフィードバック制御では、実際のシリンダ位置やシリンダ速度を検出してからこれらを目標シリンダ位置や目標シリンダ速度と比較して、これらの偏差を０に近づけるように制御が行なわれるため、制御中にこれらの偏差を完全に排除するのは困難である。
そこで、本発明では、図５，図６に示すように、目標値設定手段８０で設定された目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段１４０が設けられ、補正情報記憶手段１４０からの補正目標動作情報に基づいて、ブーム２００やバケット４００が目標動作状態となるように、各油圧シリンダ１２０〜１２２を制御するようになっている。
【００５３】
すなわち、半自動制御モードによる作業時には、作業開始前に所定回数（又は１回）だけ目標値設定手段８０で設定された制御信号にしたがったシミュレーション動作を行ない、油圧シリンダ１２０〜１２２の目標位置情報と、動作情報検出手段９１（具体的には、シリンダ位置検出手段８３）から得られる実シリンダ位置情報との偏差（補正情報）が補正情報記憶手段１４０に記憶されるようになっている。
【００５４】
そして、作業開始時には、補正情報記憶手段１４０で記憶された偏差分の誤差情報を目標値設定手段８０で設定された制御信号に対して加えることで、各油圧シリンダ１２０〜１２２にあらかじめ偏差を見込んだ信号を出力するようになっているのである。
そして、これにより半自動制御モード時に、正確なバケット位置制御を実行することができるようになっているのである。
【００５５】
さて、ここで、補正情報記憶手段１４０についてもう少し詳しく説明すると、補正情報記憶手段１４０は、図６に示すように、目標値設定手段８０で設定されたシリンダの目標位置情報を補正するための補正情報を記憶する目標位置補正情報記憶手段１４１と、目標値設定手段８０で設定されたシリンダの目標速度情報を補正するための補正情報を記憶する目標速度補正情報記憶手段１４２とから構成されている。また、図６に示すように、補正情報記憶手段１４０は、ブームシリンダ１２０，スティックシリンダ１２１，バケットシリンダ１２２のぞれぞれの制御系に設けられている。
【００５６】
なお、補正情報記憶手段１４０を構成する目標位置補正情報記憶手段１４１と目標速度補正情報記憶手段１４２とはそれぞれ同様に構成されたものであり、以下では、これらの記憶手段１４１，１４２を代表して目標位置補正情報記憶手段１４１を用いて説明する。
この目標位置補正情報記憶手段１４１は、図６に示すように、記憶部（メモリ）１４１ａと増幅部１４１ｂと入力スイッチ（Ｓin）１４１ｃと出力スイッチ（Ｓout ）１４１ｄとをそなえており、入力スイッチ１４１ｃを閉じると、目標値設定手段８０で設定されたシリンダ目標位置情報とシリンダ位置検出手段８３により検出されたと実際のシリンダ位置との偏差（補正情報）が、記憶部１４１ａに入力されるようになっており、この偏差が記憶部１４１ａにメモリされるようになっている。なお、このような偏差（補正情報）の収集動作は、半自動制御モード時において、作業モードを変更する度にその都度実行されるようになっている。
【００５７】
また、入力スイッチ１４１ｃを開いて、出力スイッチ１４１ｄを閉じると、記憶部１４１ａからの偏差情報が増幅部１４１ｂを介して出力され、目標値設定手段８０で設定されたシリンダ目標位置情報に加算されるのである。
これにより、各油圧シリンダ１２０〜１２２に出力される位置及び速度の制御信号は、あらかじめ誤差分を考慮した信号が入力されることになるので、実際の油圧シリンダ位置と目標シリンダ位置との偏差をなくすことができ、正確で確実な歯先位置制御を行なうことができるのである。
【００５８】
例えば、シミュレーション動作時に、目標シリンダ位置と実シリンダ位置との偏差が図７（ａ）に示すような特性データとして得られた場合には、目標値設定手段８０で設定された目標シリンダ位置情報〔図７（ｂ）に実線で示す〕に対して、図７（ａ）に示す偏差分の情報が加味され、これにより、実際には図７（ｂ）に破線で示すような特性の制御信号が油圧シリンダ１２０〜１２２に入力されることになるのである。
【００５９】
なお、図６に示す目標速度補正情報記憶手段１４２内の符号１４２ａ〜１４２ｄは、それぞれ上述の記憶部１４１ａ，増幅部１４１ｂ，入力スイッチ１４１ｃ及び出力スイッチ１４１ｄに対応したものであり、それぞれ、記憶部１４１ａ，増幅部１４１ｂ，入力スイッチ１４１ｃ及び出力スイッチ１４１ｄと同様の機能を有している。
【００６０】
また、図７（ａ），（ｂ）においては、横軸をスティックシリンダ位置として設定しているが、図７（ａ），（ｂ）の横軸を時間として設定してもよい。
また、このような補正情報記憶手段１４０を用いて目標シリンダ位置と実シリンダ位置との偏差情報を得るようにした場合には、実際のシリンダ位置と目標シリンダ位置との偏差を０にすることができるので、この場合には、フィードバックループ式補償手段７３によるＰＩＤ制御の寄与は低くなる。しかしながら、半自動制御モードによる作業中に各油圧シリンダ１２０〜１２２の負荷が変動することも考えられ、このような外乱作用時には、フィードバックループ式補償手段７３により、目標シリンダ位置と実シリンダ位置との偏差をなくすような制御が行なわれることになるのである。
【００６１】
本発明の一実施形態としての建設機械の制御装置は、上述のように構成されているので、油圧ショベルを用いて、図１３に示すような目標法面角αの法面掘削作業を半自動制御により行なう際に、従来の手動制御のシステムに比し、ブーム２００及びスティック３００の合成移動量を掘削速度に合わせて自動調整する電子油圧システムにより、上記のような半自動制御機能を実現することができるのである。
【００６２】
すなわち、油圧ショベルに搭載されたコントローラ１へ種々のセンサからの検出信号（目標法面角の設定情報を含む）が入力されると、このコントローラ１では、これらのセンサからの検出信号（信号変換器２６を介したレゾルバ２０〜２２での検出信号も含む）に基づいて、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃに対する制御信号を設定する。
【００６３】
そして、主制御弁１３，１４，１５が、上記電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃからのパイロット油圧に応じて作動することで、ブーム２００，スティック３００，バケット４００が所望の伸縮変位となるように制御され、これにより、上記のような半自動制御が実行されるのである。
また、この半自動制御に際しては、まず、目標法面設定角，スティックシリンダ１２１及びブームシリンダ１２０を制御するパイロット油圧，車両傾斜角，エンジン回転速度等の情報によりバケット歯先１１２の移動速度及び方向を求め、この情報に基づいて各シリンダ１２０，１２１，１２２の目標速度を演算するのである。この時エンジン回転速度の情報は、シリンダ速度の上限を決定する時必要となる。また、このような制御は、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立したフィードバックループとして構成されているので、互いに干渉し合うことはない。
【００６４】
特に、本装置では、コントローラ１に、目標値設定手段８０で設定された目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段１４０を設け、この補正情報記憶手段１４０からの補正目標動作情報に基づいて、ブーム２００等の動作が目標動作状態となるように、各油圧シリンダ１２０〜１２２が制御されるので、バケット４００の歯先位置制御の精度を向上させることができるのである。
【００６５】
ここで、この補正情報記憶手段１４０による補正情報の収集及び出力について説明すると、まず、オペレータが半自動制御に切り替えて、法面掘削モード等ののいずれかの作業モードを設定すると、目標値設定手段８０により、この作業モードに応じた目標シリンダ位置及び目標シリンダ速度が設定される。
また、補正情報記憶手段１４０では、半自動制御への切り替え操作と同期して入力スイッチ１４１ｃが閉じられる（ＯＮに切り替えられる）とともに、出力スイッチ１４１ｄが開かれる（ＯＦＦに切り替えられる）。
【００６６】
そして、目標値設定手段８０で設定された目標シリンダ位置及び目標シリンダ速度の制御信号に基づいて、ブーム２００等の油圧シリンダ１２０〜１２２のシミュレーション動作（所定の動作）が実行される。
このとき、シリンダ位置検出手段８３により油圧シリンダ１２０〜１２２の実シリンダ位置及び実シリンダ速度が検出されるが、この検出信号は、フィードバックループ式補償手段７２を介して入力側に戻され、目標シリンダ位置及び目標シリンダ速度との偏差〔図７（ａ）参照〕が算出される。
【００６７】
また、上述のように、このシミュレーション動作時には入力スイッチ１４１ｃがＯＮであって、出力スイッチ１４１ｄはＯＦＦになっているので、この偏差情報は、入力スイッチ１４１ｃを介して補正情報記憶手段１４０の記憶部１４１ｂにメモリされる。なお、上述の偏差は、目標シリンダ位置（速度）と、フィードバック制御及びフィードフォワード制御による実シリンダ位置（速度）との間に生じている制御誤差である。
【００６８】
そして、このようなシミュレーション動作が所定回数（例えば１回）実行されると、今度は入力スイッチ１４１ｃがＯＦＦ切り替えられるとともに、出力スイッチ１４１ｄがＯＮに切り替えられ、実際の半自動制御モードによる作業が開始される。
この場合は、記憶部１４１ｂにメモリされた偏差情報が増幅部１４１ｃ及び出力スイッチ１４１ｄを介して出力され、目標値設定手段８０からの情報に加算される。
【００６９】
したがって、実際の制御時には、目標値設定手段８０からの情報に偏差情報を加味した制御信号〔図７（ｂ）に破線で示す〕が油圧シリンダ１２０〜１２２に出力されることになり、実際の制御における目標シリンダ位置（速度）と、実シリンダ位置（速度）との間の偏差を極力排除することができるのである。
すなわち、半自動制御モードによる作業開始前には、この制御モードに応じたシミュレーション動作を行なって目標シリンダ位置（速度）と実シリンダ位置（速度）との偏差情報が記憶されるとともに、実際の制御開始時には、この偏差情報を目標シリンダ位置情報に加えて各油圧シリンダ１２０〜１２２への制御信号が補正されることになる。
【００７０】
したがって、各油圧シリンダ１２０〜１２２には、この偏差分を見込んで補正された制御信号が入力されることになり、各油圧シリンダ１２０〜１２２の位置制御、速度制御の精度を大幅に向上させることができるのである。また、これにより、歯先位置の制御精度も大幅に向上させることができるのである。
さらには、本発明の建設機械の制御装置では、補正情報記憶手段１４０という簡素な回路を設けるという簡素な構成により、コスト増や重量増がほとんどないという利点もある。
【００７１】
なお、この半自動制御システムにおける目標法面角の設定は、モニタパネル１０上のスイッチによる数値入力による方法，２点座標入力法，バケット角度による入力法によりなされ、同じく半自動制御システムにおけるバケット復帰角の設定は、モニタパネル１０上のスイッチによる数値入力による方法，バケット移動による方法によりなされるが、いずれも公知の手法が用いられる。
【００７２】
また、上記各半自動制御モードとその制御法は、レゾルバ２０〜２２で検出された角度情報を信号変換器２６でシリンダ伸縮変位情報に変換したものに基づいて、次のようにして行なわれる。
まず、バケット角度制御モード（図９参照）では、バケット４００とｘ軸となす角（バケット角）φを任意の位置で一定となるように、バケットシリンダ１２２長さを制御する。このとき、バケットシリンダ長さλbkは、ブームシリンダ長さλbm，スティックシリンダ長さλst及び上記のバケット角度φをパラメータとして求めることができる。
【００７３】
スムージングモード（図１１参照）では、バケット角度φは一定に保たれるから、バケット歯先位置１１２と節点１０８は平行に移動する。まず、節点１０８がｘ軸に対して平行に移動する場合（水平掘削）を考えると次のようになる。
すなわち、この場合は、掘削を開始するリンケージ姿勢における節点１０８の座標を（ｘ108 ，ｙ108 ）とし、この時のリンケージ姿勢におけるブームシリンダ１２０とスティックシリンダ１２１のシリンダ長さを求め、ｘ108 が水平に移動するようにブーム２００とスティック３００の速度関係を求める。なお、節点１０８の移動速度はスティック操作レバー８の操作量によって決定される。
【００７４】
また、節点１０８の平行移動を考えた場合、微小時間Δｔ後の節点１０８の座標は（ｘ108 ＋Δｘ，ｙ108 ）で表わされる。Δｘは移動速度によって決まる微小変位である。したがって、ｘ108 にΔｘを考慮することで、Δｔ後の目標ブーム及びスティックシリンダの長さが求められる。
法面掘削モード（図１０参照）では、スムージングモードと同様の要領で制御が行なわれるが、移動する点が節点１０８からバケット歯先位置１１２へ変更され、更にバケットシリンダ長さλbkが固定されることを考慮した制御となる。
【００７５】
また、車両傾斜センサ２４による仕上げ傾斜角の補正については、フロントリンケージ位置の演算は図８における節点１０１を原点としたｘｙ座標系で行なわれる。したがって、車両本体がｘｙ平面に対して傾斜した場合、上記ｘｙ座標が地面（水平面）対して傾き、地面に対する目標傾斜角が変化してしまう。これを補正するため、車両に傾斜角センサ２４を取り付け、この傾斜角センサ２４によって、車両本体がｘｙ平面に対してある角度（これをβという）だけ傾斜していることが検出された場合、βだけ加算した値と置き直すことによって補正される。
【００７６】
エンジン回転速度センサ２３による制御精度悪化の防止については、以下のとおりである。即ち、目標バケット歯先速度の補正については、目標バケット歯先速度はスティック及びブーム操作レバー６，８の操作位置とエンジン回転速度で決定される。また、油圧ポンプ５１，５２はエンジンＥに直結されているため、エンジン回転速度が低い時、ポンプ吐出量も減少し、シリンダ速度が減少してしまう。そのため、エンジン回転速度を検出し、ポンプ吐出量の変化に合うように目標バケット歯先速度を算出しているのである。
【００７７】
また、目標シリンダ速度の最大値の補正については、目標シリンダ速度はリンケージの姿勢及び目標法面傾斜角によって変化することと、ポンプ吐出量がエンジン回転速度の低下に伴い減少する場合、最大シリンダ速度も減少させる必要があることとを考慮した補正が行なわれる。なお、目標シリンダ速度が最大シリンダ速度を越えた時は、目標バケット歯先速度を減少して、目標シリンダ速度が最大シリンダ速度を越えないようにする。
【００７８】
以上、種々の制御モードとその制御法について説明したが、いずれもシリンダ伸縮変位情報に基づいて行なう手法で、この手法による制御内容については公知である。すなわち、本実施形態にかかるシステムでは、レゾルバ２０〜２２で角度情報を検出したのちに、角度情報を信号変換器２６でシリンダ伸縮変位情報に変換しているので、以降は公知の制御手法を使用できるのである。
【００７９】
このようにして、コントローラ１にて、各種の制御がなされるが、本実施形態にかかるシステムでは、レゾルバ２０〜２２で検出された角度情報信号が、信号変換器２６でシリンダ変位情報に変換されて、コントローラ１へ入力されるので、従来のように、ブーム２００，スティック３００，バケット４００用シリンダの各伸縮変位を検出するための高価なストロークセンサを使用しなくても、従来の制御系で使用していたシリンダ伸縮変位を用いた制御を実行することができる。これにより、コストを低く抑えながら、バケット４００の位置と姿勢を正確に且つ安定して制御しうるシステムを提供しうるのである。
【００８０】
また、フィードバック制御ループが各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立しており、制御アルゴリズムが変位、速度およびフィードフォワードの多自由制御としているので、制御系を簡素化できるほか、油圧機器の非線型性をテーブルルックアップ手法により高速に線形化することができるので、制御精度の向上にも寄与している。
【００８１】
さらに、車両傾斜センサ２４により車両傾斜の影響を補正したり、エンジン回転速度を読み込むことにより、エンジンスロットルの位置及び負荷変動による制御精度の悪化を補正しているので、より正確な制御の実現に寄与している。
また、外部ターミナル２を用いてゲイン調整等のメインテナンスもできるので、調整等が容易であるという利点も得られる。
【００８２】
さらに、圧力センサ１９等を用いてパイロット圧の変化により、操作レバー７，８の操作量を求め、更に従来のオープンセンタバルブ油圧システムをそのまま利用しているので、圧力補償弁等の追加を必要としない利点があるほか、目標法面角設定器付モニタ１０でバケット歯先座標をリアルタイムに表示することもできる。また、安全弁５を用いた構成により、システムの異常時における異常動作も防止できる。
【００８３】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の建設機械の制御装置によれば、操作レバーの位置に応じて目標値設定手段により設定される作業部材付きアームの目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段をそなえ、制御手段を、該補正情報記憶手段からの補正情報で補正された補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御するように構成することで、目標動作情報と実際の動作との間の偏差を極力排除することができ、各アクチュエータの制御精度を向上させることができるという利点がある。
【００８５】
すなわち、目標値設定手段により設定される目標動作情報に、補正情報記憶手段から得られる補正情報を加味することで、各アクチュエータの位置制御や速度制御の精度を大幅に向上させることができるのである。さらには、本装置では、補正情報記憶手段を設けるという簡素な構成により、コスト増や重量増がほとんどないという利点もある。
また、補正情報記憶手段が、実際の作業を開始する前に、作業部材付きアームに所定の動作を行なわせて、補正情報を収集して記憶するように構成することにより、目標値設定手段により設定される各アクチュエータの目標動作情報と、各アクチュエータの実際の動作情報との間に生じる偏差をシミュレーションにより得られることができる。また、この偏差を用いて目標値設定手段が補正されるので、目標動作情報と実際の動作情報との偏差を極力排除することができ、作業部材付きアームの作動制御の精度を一層向上させることができるという利点もある。
【００８６】
また、請求項２記載の本発明の建設機械の制御装置によれば、操作レバーの位置に応じて目標値設定手段により設定される作業部材付きアームの目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段をそなえ、制御手段を、該補正情報記憶手段からの補正情報で補正された補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御するように構成することで、目標動作情報と実際の動作との間の偏差を極力排除することができ、各アクチュエータの制御精度を向上させることができるという利点がある。
すなわち、目標値設定手段により設定される目標動作情報に、補正情報記憶手段から得られる補正情報を加味することで、各アクチュエータの位置制御や速度制御の精度を大幅に向上させることができるのである。さらには、本装置では、補正情報記憶手段を設けるという簡素な構成により、コスト増や重量増がほとんどないという利点もある。
さらに、補正情報記憶手段が、作業部材付きアームの異なった動作モード毎に異なった補正情報を記憶するように構成され、制御手段を、上記の作業部材付きアームの動作モードに応じて得られた補正情報で補正された該補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御すべく構成することにより、動作モード毎に、目標動作情報と実際の動作情報との間の偏差を更新することができ、どの動作モードで制御を行なっても、目標動作情報と実際の動作情報との偏差を極力排除して、制御精度を向上させることができるという利点もある。
【００８７】
また、請求項３記載の本発明の建設機械の制御装置によれば、補正情報記憶手段が、上記の作業部材付きアームに所定の動作を行なわせて、補正情報を収集して記憶するように構成することにより、目標値設定手段により設定される各アクチュエータの目標動作情報と、各アクチュエータの実際の動作情報との間に生じる偏差をシミュレーションにより得られることができる。また、この偏差を用いて目標値設定手段が補正されるので、目標動作情報と実際の動作情報との偏差を極力排除することができ、作業部材付きアームの作動制御の精度を一層向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる制御装置を搭載した油圧ショベルの模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる制御システム構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる制御装置の制御系構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる制御システムの全体構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる要部制御ブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる要部機能に着目した制御ブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる動作の一例を説明するための図である。
【図８】本発明による油圧ショベルの動作部分の概略図である。
【図９】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１０】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１１】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１２】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１３】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１４】従来の油圧ショベルの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１ コントローラ（制御手段）
１Ａ〜１Ｃ 制御部
２ 外部ターミナル
３Ａ〜３Ｃ 電磁比例弁
４Ａ〜４Ｃ 電磁切替弁
５ 安全弁
６ ブーム，バケット操作レバー
７ バケット自動復帰スタートスイッチ
８ スティック操作レバー
９ 法面掘削スイッチ
１０ 目標法面角設定器付モニタパネル
１１ スティック合流比例弁
１３ ブーム用主制御弁
１４ スティック用主制御弁
１５ バケット用主制御弁
１６ 圧力スイッチ
１７ セレクタ弁（操作レバー用）
１８ セレクタ弁（手動／半自動モード用）
１９ 圧力センサ
２０ ブームシリンダ用レゾルバ（第１角度センサ）
２１ スティックシリンダ用レゾルバ（第２角度センサ）
２２ バケットシリンダ用レゾルバ（第３角度センサ）
２３ エンジン回転速度センサ
２４ 傾斜角センサ
２６ 信号変換器（変換手段）
２６Ａ 入力インタフェース
２６Ｂ メモリ
２６Ｂ−１ ルークアップテーブル
２６Ｃ 主演算装置（ＣＰＵ）
２６Ｄ 出力インタフェース
２７ エンジンポンプコントローラ
２８Ａ，２８Ｂ 圧力センサ
５０ パイロットポンプ
５１，５２ ポンプ
７０ ゲインスケジューラ
７１ 非線形除去テーブル
７２ フィードバックループ式補償手段
７３ フィードフォワード式補償手段
８０ 目標値設定手段
８３ シリンダ位置検出手段
９１ 動作情報検出手段
１００ 上部旋回体（建設機械本体）
１２０ ブームシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１２１ スティックシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１２２ バケットシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１３０ リンク機構
１４０ 補正情報記憶手段
１４１ 目標位置補正情報記憶手段
１４２ 目標速度補正情報記憶手段
１４１ａ，１４２ａ 記憶部（メモリ）
１４１ｂ，１４２ｂ 増幅部
１４１ｃ，１４２ｃ 入力スイッチ（Ｓin）
１４１ｄ，１４２ｄ 出力スイッチ（Ｓout ）
２００ ブーム
３００ スティック
４００ バケット
５００ 下部走行体
５００Ａ 無限軌条部
６００ 運転操作室
Ｅ エンジン
【発明の属する技術分野】
本発明は、地面を掘削する油圧ショベル等の建設機械に関し、特にかかる建設機械の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械は、図１４に示すように、無限軌条部５００Ａを有する下部走行体５００上に、運転操作室（キャビン）６００付きの上部旋回体１００をそなえており、更にこの上部旋回体１００に、ブーム（アーム部材）２００，スティック３００（アーム部材），バケット（作業部材）４００からなる関節式アーム機構を装備した構成となっている。
【０００３】
そして、ストロークセンサ２１０，２２０，２３０等により得られたブーム２００，スティック３００，バケット４００の各伸縮変位情報に基づき、ブーム２００，スティック３００，バケット４００をそれぞれ油圧シリンダ１２０，１２１，１２２により適宜駆動して、バケット４００の進行方向或いはバケット４００の姿勢を一定に保って掘削できるようになっており、これにより、バケット４００のごとき作業部材の位置と姿勢の制御を正確に且つ安定して行ない得るようになっている。
【０００４】
なお、油圧シリンダ１２０〜１２２は、通常は運転室６００内に設けられた操作レバー（図示省略）により操作されるようになっている。
ところで、このような建設機械において、ブーム２００，スティック３００，バケット４００等が、予め設定された一連の動作を行なうように設定しておき、このように設定された動作となるように油圧シリンダ１２０，１２１，１２２をそれぞれ制御するようにした半自動制御システムが提案されている。
【０００５】
ここで、上記の半自動制御のモードとしては、スティック３００及びブーム２００を動かしてもバケット４００の水平方向（垂直方向）に対する角度（バケット角）が常に一定に保持されるようなバケット角制御モードや、バケット４００の歯先１１２が直線的に移動するような法面掘削モード（又は、バケット歯先直線掘削モード、レイキングモード）や、法面掘削モードとバケット角制御モードとを組み合わせたスムージングモード等が考えられる。
【０００６】
また、このような半自動制御モード時には、油圧シリンダ１２０〜１２２の作動を制御するための操作レバーは、スティック３００やブーム２００に対して目標移動速度を設定するための部材として機能する。
すなわち、半自動制御モード時には、操作レバーの操作量に応じて、スティック３００やブーム２００の移動速度が決定されるのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような半自動制御モード時にブーム２００，スティック３００，バケット４００をフィードバック制御により軌跡制御（追尾制御）する場合、各シリンダ１２０〜１２２への指令値はフィードバックの偏差（即ち、入力情報と出力情報との制御誤差）をもとに演算されるため、シリンダ作動中の偏差をゼロにすることは困難であり、結果としてバケット歯先位置は目標値に対して誤差を生じてしまう場合がある。
【０００８】
すなわち、このようなフィードバック制御では、実際のシリンダ位置やシリンダ速度を検出してからこれらを目標シリンダ位置や目標シリンダ速度と比較して、これらの偏差を０に近づけるように制御が行なわれるため、制御中にこれらの偏差を完全に排除するのは困難であり、これにより制御誤差が生じてしまうのである。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、建設機械の作業部材付きアームを自動制御する場合に、目標動作情報と実際の動作情報との偏差を極力排除して、制御精度のさらなる向上を図るようにした、建設機械の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の建設機械の制御装置は、機体側にアームを揺動自在に支持するともに該アームの先端部に作業部材を揺動自在に支持し、上記の作業部材付きアームの揺動をシリンダ式アクチュエータの伸縮動作によりそれぞれ行なうように構成した建設機械において、上記の作業部材付きアームの目標動作情報を操作レバーの位置に応じて設定する目標値設定手段と、上記の作業部材付きアームの動作情報を検出する動作情報検出手段と、該動作情報検出手段での検出結果と該目標値設定手段で設定された該目標動作情報とを入力として、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御する制御手段と、該目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段とをそなえ、該制御手段が、該補正情報記憶手段からの該補正情報で補正された補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御し、該補正情報記憶手段が、実際の作業開始前に、上記の作業部材付きアームに所定回数だけ動作を行なわせて、該補正情報を収集して記憶するように構成されたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２記載の本発明の建設機械の制御装置は、機体側にアームを揺動自在に支持するともに該アームの先端部に作業部材を揺動自在に支持し、上記の作業部材付きアームの揺動をシリンダ式アクチュエータの伸縮動作によりそれぞれ行なうように構成した建設機械において、上記の作業部材付きアームの目標動作情報を操作レバーの位置に応じて設定する目標値設定手段と、上記の作業部材付きアームの動作情報を検出する動作情報検出手段と、該動作情報検出手段での検出結果と該目標値設定手段で設定された該目標動作情報とを入力として、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御する制御手段と、該目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段とをそなえ、該制御手段が、該補正情報記憶手段からの該補正情報で補正された補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御し、該補正情報記憶手段が、上記の作業部材付きアームの異なった動作モード毎に異なった補正情報を記憶するように構成され、該制御手段が、上記の作業部材付きアームの動作モードに応じて得られた補正情報で補正された該補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御すべく構成されたことを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項２記載の構成に加えて、該補正情報記憶手段が、上記の作業部材付きアームに所定の動作を行なわせて、該補正情報を収集して記憶するように構成されたことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態にかかる建設機械としての油圧ショベルは、図１に示すように、左右に無限軌条部５００Ａを有する下部走行体５００上に、運転操作室６００付き上部旋回体（建設機械本体）１００が水平面内で回転自在に設けられている。
【００１３】
そして、この上部旋回体１００に対して、一端が回動可能に接続されるブーム（アーム部材）２００が設けられ、更にブーム２００に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続されるスティック（アーム部材）３００が設けられている。
さらに、スティック３００に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続され、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケット（作業部材）４００がが設けられている。
【００１４】
このように、本実施形態では、ブーム２００，スティック３００及びバケット４００により、関節式アーム機構が構成される。即ち、上部旋回体１００に一端部を枢着され他端側にバケット４００を有するとともに、関節部を介して相互に接続された一対のアーム部材（ブーム２００，スティック３００）を少なくとも有する関節式アーム機構が構成されることになる。
【００１５】
また、シリンダ式アクチュエータとしてのブーム油圧シリンダ１２０，スティック油圧シリンダ１２１，バケット油圧シリンダ１２２（以下、ブーム油圧シリンダ１２０をブームシリンダ１２０又は単にシリンダ１２０ということがあり、スティック油圧シリンダ１２１をスティックシリンダ１２１又は単にシリンダ１２１ということがあり、バケット油圧シリンダ１２２をバケットシリンダ１２２又は単にシリンダ１２２ということがある）が設けられている。
【００１６】
ここで、ブームシリンダ１２０は、その一端が上部旋回体１００に対して回動可能に接続されるとともに、他端がブーム２００に対して回動可能に接続されている。即ち、ブームシリンダ１２０は、上部旋回体１００とブーム２００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、ブーム２００を上部旋回体１００に対して回動させることができるものである。
【００１７】
また、スティックシリンダ１２１は、その一端がブーム２００に対して回動可能に接続されるとともに、他端がスティック３００に対して回動可能に接続されている。即ち、スティックシリンダ１２１は、ブーム２００とスティック３００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、スティック３００をブーム２００に対して回動させることができるものである。
【００１８】
さらに、バケットシリンダ１２２は、その一端がスティック３００に対して回動可能に接続されるとともに、他端がバケット４００に対して回動可能に接続されている。即ち、バケットシリンダ１２２は、スティック３００とバケット４００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、バケット４００をスティック３００に対して回動させることができるものである。なお、バケット油圧シリンダ１２２の先端部には、リンク機構１３０が設けられている。
【００１９】
このように上記の各シリンダ１２０〜１２２で、伸縮動作を行なうことによりアーム機構を駆動する複数のシリンダ式アクチュエータを有するシリンダ式アクチュエータ機構が構成される。
なお、図示しないが、左右の無限軌条部５００Ａをそれぞれ駆動する油圧モータや、上部旋回体１００を旋回駆動する旋回モータも設けられている。
【００２０】
ところで、図２に示すように、シリンダ１２０〜１２２や上記の油圧モータや旋回モータのための油圧回路が設けられており、この油圧回路には、エンジンＥによって駆動されるポンプ５１，５２や主制御弁（メインコントロールバルブ）１３，１４，１５等が介装されている。
また、主制御弁１３，１４，１５を制御するために、パイロット油圧回路が設けられており、このパイロット油圧回路には、エンジンＥによって駆動されるパイロットポンプ５０，電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，電磁切替弁４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，セレクタ弁１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ等が介装されている。
【００２１】
ところで、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃを介して、主制御弁１３，１４，１５を制御することにより、制御したいモードに応じて、ブーム２００，スティック３００，バケット４００が所望の伸縮変位となるように制御するコントローラ（制御手段）１が設けられている。なお、このコントローラ１は、マイクロプロセッサ，ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ，適宜の入出力インタフェースなどで構成される。
【００２２】
そして、このコントローラ１へは種々のセンサからの検出信号（設定信号を含む）が入力されるようになっており、コントローラ１は、これらのセンサからの検出信号に基づき、上記の制御を実行するようになっている。なお、このようなコントローラ１による制御を半自動制御という。
上記の半自動制御のモードとしては、バケット角制御モード（図９参照），法面掘削モード（バケット歯先直線掘削モード又はレイキングモード）（図１０参照），法面掘削モードとバケット角制御モードとを組み合わせたスムージングモード（図１１参照），バケット角自動復帰モード（オートリターンモード）（図１２参照）等がある。
【００２３】
ここで、バケット角制御モードは、図９に示すように、スティック３００及びブーム２００を動かしてもバケット４００の水平方向（垂直方向）に対する角度（バケット角）が常に一定に保たれるモードで、このモードは、図２に示すディスプレイスイッチパネル、又は、目標法面角設定器付きモニタパネル（以下、単にモニタパネルという）１０上のバケット角制御スイッチをＯＮにすると、実行される。なお、バケット４００が手動にて動かされた時、このモードは解除され、バケット４００が止まった時点でのバケット角が新しいバケット保持角として記憶される。
【００２４】
法面掘削モードは、図１０に示すように、バケット４００の歯先１１２が直線的に動くモードである。但し、バケットシリンダ１２２は作動せず、したがって、バケット４００の移動に伴い、バケット角φ（法面に対するバケット４００の歯先１１２の角度）が変化する。
法面掘削モード＋バケット角制御モード（スムージングモード）は、図１１に示すように、バケット４００の歯先１１２が直線的に動くモードであり、バケット角φも掘削中一定に保たれる。
【００２５】
バケット自動復帰モードは、図１２に示すように、バケット角が予め設定された角度に自動的に復帰するモードであり、復帰バケット角はモニタパネル１０によって設定される。このモードはバケット操作レバー６上のバケット自動復帰スタートスイッチ７をＯＮにすることで始動する。バケット４００が予め設定された角度まで復帰した時点でこのモードは解除される。
【００２６】
さらに、上記の法面掘削モード，スムージングモードは、モニタパネル１０上の半自動制御スイッチをＯＮにし、かつ、スティック操作レバー８上の法面掘削スイッチ９をＯＮにし、スティック操作レバー８とブーム操作レバー６の両方又はどちらか一方が動かされた時に、これらのモードに入るようになっている。なお、目標法面角はモニタパネル１０上のスイッチ操作にて設定される。
【００２７】
また、法面掘削モード，スムージングモードでは、スティック操作レバー８の操作量により目標法面角に対して平行方向のバケット歯先移動速度が設定され、ブーム操作レバー６の操作量により目標法面角に対して垂直方向のバケット歯先移動速度が設定されるようになっている。したがって、スティック操作レバー８を操作すると、目標法面角に沿って、バケット歯先１１２が直線移動を開始し、掘削中にブーム操作レバー６を動かすことによって、手動による目標法面高さの微調整が可能となる。
【００２８】
また、スティック操作レバー８とブーム操作レバー６とを同時に操作した場合は設定斜面（法面）に対して、平行及び垂直方向の合成ベクトルによりバケット歯先１１２の移動方向とその速度が決定されることになる。
また、法面掘削モード，スムージングモードでは、バケット操作レバー６を操作することによって掘削中のバケット角を微調整するほか、目標法面高さも変更することができる。すなわち、この半自動掘削モードにおいても、掘削中に手動にてバケット角及び目標法面高さの微調整を行なうことができるのである。
【００２９】
なお、このシステムでは、手動モードも可能であるが、この手動モードでは、従来の油圧ショベルと同等の操作が可能となるほかに、バケット歯先１１２の座標表示が可能である。
また、半自動制御システム全体のサービス・メンテナンスを行なうためのサービスモードも用意されており、このサービスモードはコントローラ１に外部ターミナル２を接続することによって行なわれる。そして、このサービスモードによって、制御ゲインの調整や各センサの初期化等が行なわれる。
【００３０】
ところで、コントローラ１に接続される各種センサとして、図２に示すように、圧力スイッチ１６，圧力センサ１９，２８Ａ，２８Ｂ，レゾルバ（角度センサ）２０〜２２，傾斜角センサ２４等が設けられており、更にコントローラ１には、エンジンポンプコントローラ２７やＯＮ−ＯＦＦスイッチ７，９やモニタパネル１０が接続されている。なお、外部ターミナル２は、制御ゲインの調整や各センサの初期化時等に、コントローラ１に接続される。
【００３１】
なお、エンジンポンプコントローラ２７は、エンジン回転数センサ２３からのエンジン回転数情報を受けてエンジンＥを制御するもので、コントローラ１との間で協調情報を相互にやり取りできるようになっている。又、レゾルバ２０〜２２での検出信号は、信号変換器（変換手段）２６を介してコントローラ１へ入力されるようになっている。
【００３２】
圧力センサ１９は、スティック３００用の操作レバー６及びブーム２００用の操作レバー８から主制御弁１３，１４，１５に接続されたパイロット配管に取り付けられており、パイロット配管内のパイロット油圧を検出するセンサである。かかるパイロット配管内のパイロット油圧は、操作レバー６，８の操作量によって変化するため、この油圧を計測することで操作レバー６，８の操作量を推定できるようになっている。
【００３３】
圧力センサ２８Ａ，２８Ｂはブームシリンダ１２０及びスティックシリンダ１２１に供給される油圧を検出することで、各シリンダ１２０，１２１の伸縮状態を検出するものである。
圧力スイッチ１６は、操作レバー６，８のパイロット配管にセレクタ１７等を介して取り付けられており、操作レバー６，８の操作位置が中立か否かを検出するための中立検出用スイッチとして設けられている。そして、操作レバー６，８が中立状態の時には、圧力スイッチ１６の出力がＯＦＦとなり、操作レバー６，８が操作される（非中立状態の時）と、圧力スイッチ１６の出力がＯＮとなるようになっている。なお、この圧力スイッチ１６は上記圧力センサ１９の異常検出や手動／半自動制御モードの切替用としても利用される。
【００３４】
レゾルバ２０は、ブーム２００の建設機械本体１００への枢着部（関節部）に設けられ、ブーム２００の姿勢を検出する（モニタする）第１角度センサとして機能するものである。また、レゾルバ２１は、スティック３００のブーム２００への枢着部（関節部）に設けられ、スティック３００の姿勢を検出する（モニタする）第２角度センサとして機能するものである。また、レゾルバ２２は、リンク機構枢着部に設けられてバケット４００の姿勢を検出する（モニタする）第３角度センサとして機能するもので、これらのレゾルバ２０〜２２により、アーム機構の姿勢を角度情報で検出する角度検出手段が構成される。
【００３５】
信号変換器（変換手段）２６は、レゾルバ２０で得られた角度情報をブームシリンダ１２０の伸縮変位情報に変換し、レゾルバ２１で得られた角度情報をスティックシリンダ１２１の伸縮変位情報に変換し、レゾルバ２２で得られた角度情報をバケットシリンダ１２２の伸縮変位情報に変換するもの、即ち、レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報を対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報に変換するもので、このため、この信号変換器２６は、各レゾルバ２０〜２２からの信号を受ける入力インタフェース２６Ａ，各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を記憶するルークアップテーブル２６Ｂ−１を含むメモリ２６Ｂ，各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を求めシリンダ伸縮変位情報をコントローラ１に通信しうる主演算装置（ＣＰＵ）２６Ｃ，主演算装置（ＣＰＵ）２６Ｃからのシリンダ伸縮変位情報を送出する出力インタフェース２６Ｄ等をそなえて構成されている。
【００３６】
ところで、各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報θbm，θst，θbkに対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報λbm，λst，λbkは余弦定理を用いて次式で求めることができる。
【００３７】
もちろん、各レゾルバ２０〜２２で角度情報θbm，θst，θbkが得られる毎に、上式を演算手段（例えばＣＰＵ２６Ｃ）で演算してもよい。この場合は、ＣＰＵ２６Ｃが、各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報から角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を演算により求める演算手段を構成することになる。
【００３８】
なお、信号変換器２６で変換された信号は、半自動制御時のフィードバック制御用に利用されるほか、バケット歯先１１２の位置計測／表示用座標を計測するためにも利用される。
また、半自動制御モードにおけるバケット歯先１１２の位置は、油圧ショベルの上部旋回体１００のある１点を原点として演算されるが、上部旋回体１００がフロントリンケージ方向に傾斜した時、制御演算上の座標系を車両傾斜分だけ補正することが必要になる。傾斜センサ２４は、この座標系を補正するために設けられている。
【００３９】
また、前述したように、電磁比例弁３Ａ〜３Ｃは、コントローラ１からの制御信号を受けて、パイロットポンプ５０から供給される油圧を制御するようになっており、この油圧を切替弁４Ａ〜４Ｃ又はセレクタ弁１８Ａ〜１８Ｃを通して主制御弁１３，１４，１５に作用させることにより、主制御弁１３，１４，１５のスプール位置が制御され、目標シリンダ速度が得られるようになっている。
【００４０】
また、切替弁４Ａ〜４Ｃを手動モード側にすれば、手動にて各シリンダ１２０〜１２１を制御することができる。
なお、スティック合流調整比例弁１１は目標シリンダ速度に応じた油量を得るために２つのポンプ５１，５２の合流度合を調整するものである。
また、スティック操作レバー８には、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ（法面掘削スイッチ）９が取り付けられており、オペレータがこのスイッチを操作することによって、半自動制御モードの選択又は非選択が実行される。そして、半自動制御モードが選択されると、上述したようにバケット歯先１１２を直線的に動かすことができるようになるのである。
【００４１】
さらに、バケット操作レバー６には、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ（バケット自動復帰スタートスイッチ）７が取り付けられており、オペレータがこのスイッチ７をＯＮすることによって、バケット４００を予め設定された角度に自動復帰させることができるようになっている。
安全弁（セーフティバルブ）５は電磁比例弁３Ａ〜３Ｃに供給されるパイロット圧を断続するためのもので、この安全弁５がＯＮ状態の時のみパイロット圧が電磁比例弁３Ａ〜３Ｃに供給されるようになっている。したがって、半自動制御上、何らかの故障があった場合等は、この安全弁５をＯＦＦ状態にすることにより、速やかに半自動制御を停止することができる。
【００４２】
ところで、エンジンＥの回転速度はオペレータが設定したエンジンスロットルの位置によって異なり、更にエンジンスロットルが一定であっても負荷によってエンジン回転速度は変化する。ポンプ５０，５１，５２はエンジンＥに直結されているので、エンジン回転速度が変化すると、ポンプ吐出量も変化するため、主制御弁１３，１４，１５のスプール位置が一定であっても、シリンダ速度はエンジン回転速度の変化に応じて変化してしまう。そこで、これを補正すべくエンジンＥにエンジン回転速度センサ２３が取り付けられているのである。すなわち、エンジン回転速度が低い時は、バケット歯先１１２の目標移動速度を遅くするようになっている。
【００４３】
モニタパネル１０は、目標法面角α（図８，図１３参照）やバケット復帰角の設定器として使用されるほか、バケット歯先４００の座標や計測された法面角あるいは計測された２点座標間距離の表示器としても使用されるようになっている。なお、このモニタパネル１０は、操作レバー６，８とともに運転操作室６００内に設けられる。
【００４４】
すなわち、本実施形態にかかるシステムにおいては、従来のパイロット油圧ラインに圧力センサ１９及び圧力スイッチ１６を組込み、操作レバー６，８の操作量を検出し、レゾルバ２０，２１，２２を用いてフィードバック制御を行なうものであり、かかる制御は、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立した多自由度フィードバック制御ができるような構成となっている。これにより、圧力補償弁等の油器の追加が不要となる。なお、上部旋回体１００の傾斜による影響は車両傾斜角センサ２４により補正される。また、切替スイッチ９によりオペレータは任意にモードを選択できるようになっているほか、目標法面角を設定することもできるようになっているのである。
【００４５】
つぎに、コントローラ１において行なわれる半自動制御モード（バケット自動復帰モードを除く）の制御アルゴリズムについて図４を用いて説明する。
すなわち、最初に、バケット歯先１１２の移動速度及び方向を、目標法面設定角，スティックシリンダ１２１及びブームシリンダ１２０を制御するパイロット油圧，車両傾斜角，エンジン回転速度の情報より求める。次に、これらの情報に基づいて、各シリンダ１２０，１２１，１２２の目標速度を演算する。この時、エンジン回転速度の情報は、シリンダ速度の上限を決定するためのパラメータとなる。
【００４６】
また、コントローラ１は、図３，図４に示すように、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立した制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃをそなえており、各制御は、図４に示すように、独立した制御フィードバックループとして構成され、互いに干渉し合うことがないようになっている。
図４に示す閉ループ制御内の補償構成は、各制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃとも、図５に示すように、変位，速度についてのフィードバックループとフィードフォワードループの多自由度構成となっており、制御ゲイン（制御パラメータ）可変のフィードバックループ式補償手段７２と、制御ゲイン（制御パラメータ）可変のフィードフォワード式補償手段７３とをそなえて構成されている。
【００４７】
すなわち、目標速度が与えられると、フィードバックループ式補償手段７２において、目標速度と速度フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｖｐ（符号６２参照）を掛けるルートと、目標速度を一旦積分して（図５の積分要素６１参照）、この目標速度積分情報と変位フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｐｐ（符号６３参照）を掛けるルートと、上記目標速度積分情報と変位フィードバック情報との偏差にＩゲイン係数（符号６４ａ参照）や所定のゲインＫｐｉ（符号６４参照）を掛け更に積分（符号６６参照）を施すルートによりフィードバックループ処理がなされ、更に、フィードフォワード式補償手段７３においては、目標速度に所定のゲインＫｆ（符号６５参照）を掛けるルートによりフィードフォワードループ処理がなされるようになっている。
【００４８】
ここで、本装置には、図５に示すように、シリンダ１２０〜１２２の動作情報を検出する動作情報検出手段９１としてシリンダ位置検出手段８３が設けられており、コントローラ１では、動作情報検出手段９１からの検出情報と、目標値設定手段８０で設定された目標動作情報（例えば、目標移動速度）とを入力情報として、ブーム２００等のアーム及び作業部材（バケット）４００が目標とする動作状態となるように制御信号を設定するようになっている。
【００４９】
また、本実施形態では、シリンダ位置検出手段８３は、上述したレゾルバ２０〜２２と信号変換器２６とから構成されており、レゾルバ２０〜２２により検出された角度情報を信号変換器２６に取り込んで、この信号変換器２６内において角度情報をシリンダ変位情報に変換することで、シリンダ位置を検出するようになっている。また、シリンダ位置検出手段８３からの検出情報を時間微分することにより、シリンダの位置情報のみならず、シリンダ速度情報もフィードバックされるようになっているのである。
【００５０】
なお、上記のゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆの値は、ゲインスケジューラ７０によって可変しうるようになっており、ゲインスケジューラ７０では、作動油の温度情報や各シリンダ１２０〜１２２の負荷情報等に基づいて、各ゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆの値を補正するようになっている。
また、非線形除去テーブル７１が、電磁比例弁３Ａ〜３Ｃや主制御弁１３〜１５等の非線形性を除去するために設けられているが、この非線形除去テーブル７１を用いた処理は、テーブルルックアップ手法を用いることにより、コンピュータにて高速に行なわれるようになっている。
【００５１】
次に、本発明の建設機械の制御装置の要部について説明する。
本装置では、上述したように、フィードバックループ式補償手段７２により実際のシリンダ位置情報及びシリンダ速度情報を入力情報としてフィードバックし、コントローラ１では、これらの情報に基づいてブーム２００やバケット４００等が目標とする動作状態となるように各シリンダ１２０〜１２２の動作を制御するようになっている。
【００５２】
しかしながら、このようなフィードバック制御では、実際のシリンダ位置やシリンダ速度を検出してからこれらを目標シリンダ位置や目標シリンダ速度と比較して、これらの偏差を０に近づけるように制御が行なわれるため、制御中にこれらの偏差を完全に排除するのは困難である。
そこで、本発明では、図５，図６に示すように、目標値設定手段８０で設定された目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段１４０が設けられ、補正情報記憶手段１４０からの補正目標動作情報に基づいて、ブーム２００やバケット４００が目標動作状態となるように、各油圧シリンダ１２０〜１２２を制御するようになっている。
【００５３】
すなわち、半自動制御モードによる作業時には、作業開始前に所定回数（又は１回）だけ目標値設定手段８０で設定された制御信号にしたがったシミュレーション動作を行ない、油圧シリンダ１２０〜１２２の目標位置情報と、動作情報検出手段９１（具体的には、シリンダ位置検出手段８３）から得られる実シリンダ位置情報との偏差（補正情報）が補正情報記憶手段１４０に記憶されるようになっている。
【００５４】
そして、作業開始時には、補正情報記憶手段１４０で記憶された偏差分の誤差情報を目標値設定手段８０で設定された制御信号に対して加えることで、各油圧シリンダ１２０〜１２２にあらかじめ偏差を見込んだ信号を出力するようになっているのである。
そして、これにより半自動制御モード時に、正確なバケット位置制御を実行することができるようになっているのである。
【００５５】
さて、ここで、補正情報記憶手段１４０についてもう少し詳しく説明すると、補正情報記憶手段１４０は、図６に示すように、目標値設定手段８０で設定されたシリンダの目標位置情報を補正するための補正情報を記憶する目標位置補正情報記憶手段１４１と、目標値設定手段８０で設定されたシリンダの目標速度情報を補正するための補正情報を記憶する目標速度補正情報記憶手段１４２とから構成されている。また、図６に示すように、補正情報記憶手段１４０は、ブームシリンダ１２０，スティックシリンダ１２１，バケットシリンダ１２２のぞれぞれの制御系に設けられている。
【００５６】
なお、補正情報記憶手段１４０を構成する目標位置補正情報記憶手段１４１と目標速度補正情報記憶手段１４２とはそれぞれ同様に構成されたものであり、以下では、これらの記憶手段１４１，１４２を代表して目標位置補正情報記憶手段１４１を用いて説明する。
この目標位置補正情報記憶手段１４１は、図６に示すように、記憶部（メモリ）１４１ａと増幅部１４１ｂと入力スイッチ（Ｓin）１４１ｃと出力スイッチ（Ｓout ）１４１ｄとをそなえており、入力スイッチ１４１ｃを閉じると、目標値設定手段８０で設定されたシリンダ目標位置情報とシリンダ位置検出手段８３により検出されたと実際のシリンダ位置との偏差（補正情報）が、記憶部１４１ａに入力されるようになっており、この偏差が記憶部１４１ａにメモリされるようになっている。なお、このような偏差（補正情報）の収集動作は、半自動制御モード時において、作業モードを変更する度にその都度実行されるようになっている。
【００５７】
また、入力スイッチ１４１ｃを開いて、出力スイッチ１４１ｄを閉じると、記憶部１４１ａからの偏差情報が増幅部１４１ｂを介して出力され、目標値設定手段８０で設定されたシリンダ目標位置情報に加算されるのである。
これにより、各油圧シリンダ１２０〜１２２に出力される位置及び速度の制御信号は、あらかじめ誤差分を考慮した信号が入力されることになるので、実際の油圧シリンダ位置と目標シリンダ位置との偏差をなくすことができ、正確で確実な歯先位置制御を行なうことができるのである。
【００５８】
例えば、シミュレーション動作時に、目標シリンダ位置と実シリンダ位置との偏差が図７（ａ）に示すような特性データとして得られた場合には、目標値設定手段８０で設定された目標シリンダ位置情報〔図７（ｂ）に実線で示す〕に対して、図７（ａ）に示す偏差分の情報が加味され、これにより、実際には図７（ｂ）に破線で示すような特性の制御信号が油圧シリンダ１２０〜１２２に入力されることになるのである。
【００５９】
なお、図６に示す目標速度補正情報記憶手段１４２内の符号１４２ａ〜１４２ｄは、それぞれ上述の記憶部１４１ａ，増幅部１４１ｂ，入力スイッチ１４１ｃ及び出力スイッチ１４１ｄに対応したものであり、それぞれ、記憶部１４１ａ，増幅部１４１ｂ，入力スイッチ１４１ｃ及び出力スイッチ１４１ｄと同様の機能を有している。
【００６０】
また、図７（ａ），（ｂ）においては、横軸をスティックシリンダ位置として設定しているが、図７（ａ），（ｂ）の横軸を時間として設定してもよい。
また、このような補正情報記憶手段１４０を用いて目標シリンダ位置と実シリンダ位置との偏差情報を得るようにした場合には、実際のシリンダ位置と目標シリンダ位置との偏差を０にすることができるので、この場合には、フィードバックループ式補償手段７３によるＰＩＤ制御の寄与は低くなる。しかしながら、半自動制御モードによる作業中に各油圧シリンダ１２０〜１２２の負荷が変動することも考えられ、このような外乱作用時には、フィードバックループ式補償手段７３により、目標シリンダ位置と実シリンダ位置との偏差をなくすような制御が行なわれることになるのである。
【００６１】
本発明の一実施形態としての建設機械の制御装置は、上述のように構成されているので、油圧ショベルを用いて、図１３に示すような目標法面角αの法面掘削作業を半自動制御により行なう際に、従来の手動制御のシステムに比し、ブーム２００及びスティック３００の合成移動量を掘削速度に合わせて自動調整する電子油圧システムにより、上記のような半自動制御機能を実現することができるのである。
【００６２】
すなわち、油圧ショベルに搭載されたコントローラ１へ種々のセンサからの検出信号（目標法面角の設定情報を含む）が入力されると、このコントローラ１では、これらのセンサからの検出信号（信号変換器２６を介したレゾルバ２０〜２２での検出信号も含む）に基づいて、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃに対する制御信号を設定する。
【００６３】
そして、主制御弁１３，１４，１５が、上記電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃからのパイロット油圧に応じて作動することで、ブーム２００，スティック３００，バケット４００が所望の伸縮変位となるように制御され、これにより、上記のような半自動制御が実行されるのである。
また、この半自動制御に際しては、まず、目標法面設定角，スティックシリンダ１２１及びブームシリンダ１２０を制御するパイロット油圧，車両傾斜角，エンジン回転速度等の情報によりバケット歯先１１２の移動速度及び方向を求め、この情報に基づいて各シリンダ１２０，１２１，１２２の目標速度を演算するのである。この時エンジン回転速度の情報は、シリンダ速度の上限を決定する時必要となる。また、このような制御は、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立したフィードバックループとして構成されているので、互いに干渉し合うことはない。
【００６４】
特に、本装置では、コントローラ１に、目標値設定手段８０で設定された目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段１４０を設け、この補正情報記憶手段１４０からの補正目標動作情報に基づいて、ブーム２００等の動作が目標動作状態となるように、各油圧シリンダ１２０〜１２２が制御されるので、バケット４００の歯先位置制御の精度を向上させることができるのである。
【００６５】
ここで、この補正情報記憶手段１４０による補正情報の収集及び出力について説明すると、まず、オペレータが半自動制御に切り替えて、法面掘削モード等ののいずれかの作業モードを設定すると、目標値設定手段８０により、この作業モードに応じた目標シリンダ位置及び目標シリンダ速度が設定される。
また、補正情報記憶手段１４０では、半自動制御への切り替え操作と同期して入力スイッチ１４１ｃが閉じられる（ＯＮに切り替えられる）とともに、出力スイッチ１４１ｄが開かれる（ＯＦＦに切り替えられる）。
【００６６】
そして、目標値設定手段８０で設定された目標シリンダ位置及び目標シリンダ速度の制御信号に基づいて、ブーム２００等の油圧シリンダ１２０〜１２２のシミュレーション動作（所定の動作）が実行される。
このとき、シリンダ位置検出手段８３により油圧シリンダ１２０〜１２２の実シリンダ位置及び実シリンダ速度が検出されるが、この検出信号は、フィードバックループ式補償手段７２を介して入力側に戻され、目標シリンダ位置及び目標シリンダ速度との偏差〔図７（ａ）参照〕が算出される。
【００６７】
また、上述のように、このシミュレーション動作時には入力スイッチ１４１ｃがＯＮであって、出力スイッチ１４１ｄはＯＦＦになっているので、この偏差情報は、入力スイッチ１４１ｃを介して補正情報記憶手段１４０の記憶部１４１ｂにメモリされる。なお、上述の偏差は、目標シリンダ位置（速度）と、フィードバック制御及びフィードフォワード制御による実シリンダ位置（速度）との間に生じている制御誤差である。
【００６８】
そして、このようなシミュレーション動作が所定回数（例えば１回）実行されると、今度は入力スイッチ１４１ｃがＯＦＦ切り替えられるとともに、出力スイッチ１４１ｄがＯＮに切り替えられ、実際の半自動制御モードによる作業が開始される。
この場合は、記憶部１４１ｂにメモリされた偏差情報が増幅部１４１ｃ及び出力スイッチ１４１ｄを介して出力され、目標値設定手段８０からの情報に加算される。
【００６９】
したがって、実際の制御時には、目標値設定手段８０からの情報に偏差情報を加味した制御信号〔図７（ｂ）に破線で示す〕が油圧シリンダ１２０〜１２２に出力されることになり、実際の制御における目標シリンダ位置（速度）と、実シリンダ位置（速度）との間の偏差を極力排除することができるのである。
すなわち、半自動制御モードによる作業開始前には、この制御モードに応じたシミュレーション動作を行なって目標シリンダ位置（速度）と実シリンダ位置（速度）との偏差情報が記憶されるとともに、実際の制御開始時には、この偏差情報を目標シリンダ位置情報に加えて各油圧シリンダ１２０〜１２２への制御信号が補正されることになる。
【００７０】
したがって、各油圧シリンダ１２０〜１２２には、この偏差分を見込んで補正された制御信号が入力されることになり、各油圧シリンダ１２０〜１２２の位置制御、速度制御の精度を大幅に向上させることができるのである。また、これにより、歯先位置の制御精度も大幅に向上させることができるのである。
さらには、本発明の建設機械の制御装置では、補正情報記憶手段１４０という簡素な回路を設けるという簡素な構成により、コスト増や重量増がほとんどないという利点もある。
【００７１】
なお、この半自動制御システムにおける目標法面角の設定は、モニタパネル１０上のスイッチによる数値入力による方法，２点座標入力法，バケット角度による入力法によりなされ、同じく半自動制御システムにおけるバケット復帰角の設定は、モニタパネル１０上のスイッチによる数値入力による方法，バケット移動による方法によりなされるが、いずれも公知の手法が用いられる。
【００７２】
また、上記各半自動制御モードとその制御法は、レゾルバ２０〜２２で検出された角度情報を信号変換器２６でシリンダ伸縮変位情報に変換したものに基づいて、次のようにして行なわれる。
まず、バケット角度制御モード（図９参照）では、バケット４００とｘ軸となす角（バケット角）φを任意の位置で一定となるように、バケットシリンダ１２２長さを制御する。このとき、バケットシリンダ長さλbkは、ブームシリンダ長さλbm，スティックシリンダ長さλst及び上記のバケット角度φをパラメータとして求めることができる。
【００７３】
スムージングモード（図１１参照）では、バケット角度φは一定に保たれるから、バケット歯先位置１１２と節点１０８は平行に移動する。まず、節点１０８がｘ軸に対して平行に移動する場合（水平掘削）を考えると次のようになる。
すなわち、この場合は、掘削を開始するリンケージ姿勢における節点１０８の座標を（ｘ108 ，ｙ108 ）とし、この時のリンケージ姿勢におけるブームシリンダ１２０とスティックシリンダ１２１のシリンダ長さを求め、ｘ108 が水平に移動するようにブーム２００とスティック３００の速度関係を求める。なお、節点１０８の移動速度はスティック操作レバー８の操作量によって決定される。
【００７４】
また、節点１０８の平行移動を考えた場合、微小時間Δｔ後の節点１０８の座標は（ｘ108 ＋Δｘ，ｙ108 ）で表わされる。Δｘは移動速度によって決まる微小変位である。したがって、ｘ108 にΔｘを考慮することで、Δｔ後の目標ブーム及びスティックシリンダの長さが求められる。
法面掘削モード（図１０参照）では、スムージングモードと同様の要領で制御が行なわれるが、移動する点が節点１０８からバケット歯先位置１１２へ変更され、更にバケットシリンダ長さλbkが固定されることを考慮した制御となる。
【００７５】
また、車両傾斜センサ２４による仕上げ傾斜角の補正については、フロントリンケージ位置の演算は図８における節点１０１を原点としたｘｙ座標系で行なわれる。したがって、車両本体がｘｙ平面に対して傾斜した場合、上記ｘｙ座標が地面（水平面）対して傾き、地面に対する目標傾斜角が変化してしまう。これを補正するため、車両に傾斜角センサ２４を取り付け、この傾斜角センサ２４によって、車両本体がｘｙ平面に対してある角度（これをβという）だけ傾斜していることが検出された場合、βだけ加算した値と置き直すことによって補正される。
【００７６】
エンジン回転速度センサ２３による制御精度悪化の防止については、以下のとおりである。即ち、目標バケット歯先速度の補正については、目標バケット歯先速度はスティック及びブーム操作レバー６，８の操作位置とエンジン回転速度で決定される。また、油圧ポンプ５１，５２はエンジンＥに直結されているため、エンジン回転速度が低い時、ポンプ吐出量も減少し、シリンダ速度が減少してしまう。そのため、エンジン回転速度を検出し、ポンプ吐出量の変化に合うように目標バケット歯先速度を算出しているのである。
【００７７】
また、目標シリンダ速度の最大値の補正については、目標シリンダ速度はリンケージの姿勢及び目標法面傾斜角によって変化することと、ポンプ吐出量がエンジン回転速度の低下に伴い減少する場合、最大シリンダ速度も減少させる必要があることとを考慮した補正が行なわれる。なお、目標シリンダ速度が最大シリンダ速度を越えた時は、目標バケット歯先速度を減少して、目標シリンダ速度が最大シリンダ速度を越えないようにする。
【００７８】
以上、種々の制御モードとその制御法について説明したが、いずれもシリンダ伸縮変位情報に基づいて行なう手法で、この手法による制御内容については公知である。すなわち、本実施形態にかかるシステムでは、レゾルバ２０〜２２で角度情報を検出したのちに、角度情報を信号変換器２６でシリンダ伸縮変位情報に変換しているので、以降は公知の制御手法を使用できるのである。
【００７９】
このようにして、コントローラ１にて、各種の制御がなされるが、本実施形態にかかるシステムでは、レゾルバ２０〜２２で検出された角度情報信号が、信号変換器２６でシリンダ変位情報に変換されて、コントローラ１へ入力されるので、従来のように、ブーム２００，スティック３００，バケット４００用シリンダの各伸縮変位を検出するための高価なストロークセンサを使用しなくても、従来の制御系で使用していたシリンダ伸縮変位を用いた制御を実行することができる。これにより、コストを低く抑えながら、バケット４００の位置と姿勢を正確に且つ安定して制御しうるシステムを提供しうるのである。
【００８０】
また、フィードバック制御ループが各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立しており、制御アルゴリズムが変位、速度およびフィードフォワードの多自由制御としているので、制御系を簡素化できるほか、油圧機器の非線型性をテーブルルックアップ手法により高速に線形化することができるので、制御精度の向上にも寄与している。
【００８１】
さらに、車両傾斜センサ２４により車両傾斜の影響を補正したり、エンジン回転速度を読み込むことにより、エンジンスロットルの位置及び負荷変動による制御精度の悪化を補正しているので、より正確な制御の実現に寄与している。
また、外部ターミナル２を用いてゲイン調整等のメインテナンスもできるので、調整等が容易であるという利点も得られる。
【００８２】
さらに、圧力センサ１９等を用いてパイロット圧の変化により、操作レバー７，８の操作量を求め、更に従来のオープンセンタバルブ油圧システムをそのまま利用しているので、圧力補償弁等の追加を必要としない利点があるほか、目標法面角設定器付モニタ１０でバケット歯先座標をリアルタイムに表示することもできる。また、安全弁５を用いた構成により、システムの異常時における異常動作も防止できる。
【００８３】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の建設機械の制御装置によれば、操作レバーの位置に応じて目標値設定手段により設定される作業部材付きアームの目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段をそなえ、制御手段を、該補正情報記憶手段からの補正情報で補正された補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御するように構成することで、目標動作情報と実際の動作との間の偏差を極力排除することができ、各アクチュエータの制御精度を向上させることができるという利点がある。
【００８５】
すなわち、目標値設定手段により設定される目標動作情報に、補正情報記憶手段から得られる補正情報を加味することで、各アクチュエータの位置制御や速度制御の精度を大幅に向上させることができるのである。さらには、本装置では、補正情報記憶手段を設けるという簡素な構成により、コスト増や重量増がほとんどないという利点もある。
また、補正情報記憶手段が、実際の作業を開始する前に、作業部材付きアームに所定の動作を行なわせて、補正情報を収集して記憶するように構成することにより、目標値設定手段により設定される各アクチュエータの目標動作情報と、各アクチュエータの実際の動作情報との間に生じる偏差をシミュレーションにより得られることができる。また、この偏差を用いて目標値設定手段が補正されるので、目標動作情報と実際の動作情報との偏差を極力排除することができ、作業部材付きアームの作動制御の精度を一層向上させることができるという利点もある。
【００８６】
また、請求項２記載の本発明の建設機械の制御装置によれば、操作レバーの位置に応じて目標値設定手段により設定される作業部材付きアームの目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段をそなえ、制御手段を、該補正情報記憶手段からの補正情報で補正された補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御するように構成することで、目標動作情報と実際の動作との間の偏差を極力排除することができ、各アクチュエータの制御精度を向上させることができるという利点がある。
すなわち、目標値設定手段により設定される目標動作情報に、補正情報記憶手段から得られる補正情報を加味することで、各アクチュエータの位置制御や速度制御の精度を大幅に向上させることができるのである。さらには、本装置では、補正情報記憶手段を設けるという簡素な構成により、コスト増や重量増がほとんどないという利点もある。
さらに、補正情報記憶手段が、作業部材付きアームの異なった動作モード毎に異なった補正情報を記憶するように構成され、制御手段を、上記の作業部材付きアームの動作モードに応じて得られた補正情報で補正された該補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御すべく構成することにより、動作モード毎に、目標動作情報と実際の動作情報との間の偏差を更新することができ、どの動作モードで制御を行なっても、目標動作情報と実際の動作情報との偏差を極力排除して、制御精度を向上させることができるという利点もある。
【００８７】
また、請求項３記載の本発明の建設機械の制御装置によれば、補正情報記憶手段が、上記の作業部材付きアームに所定の動作を行なわせて、補正情報を収集して記憶するように構成することにより、目標値設定手段により設定される各アクチュエータの目標動作情報と、各アクチュエータの実際の動作情報との間に生じる偏差をシミュレーションにより得られることができる。また、この偏差を用いて目標値設定手段が補正されるので、目標動作情報と実際の動作情報との偏差を極力排除することができ、作業部材付きアームの作動制御の精度を一層向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる制御装置を搭載した油圧ショベルの模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる制御システム構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる制御装置の制御系構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる制御システムの全体構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる要部制御ブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる要部機能に着目した制御ブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる動作の一例を説明するための図である。
【図８】本発明による油圧ショベルの動作部分の概略図である。
【図９】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１０】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１１】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１２】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１３】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１４】従来の油圧ショベルの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１ コントローラ（制御手段）
１Ａ〜１Ｃ 制御部
２ 外部ターミナル
３Ａ〜３Ｃ 電磁比例弁
４Ａ〜４Ｃ 電磁切替弁
５ 安全弁
６ ブーム，バケット操作レバー
７ バケット自動復帰スタートスイッチ
８ スティック操作レバー
９ 法面掘削スイッチ
１０ 目標法面角設定器付モニタパネル
１１ スティック合流比例弁
１３ ブーム用主制御弁
１４ スティック用主制御弁
１５ バケット用主制御弁
１６ 圧力スイッチ
１７ セレクタ弁（操作レバー用）
１８ セレクタ弁（手動／半自動モード用）
１９ 圧力センサ
２０ ブームシリンダ用レゾルバ（第１角度センサ）
２１ スティックシリンダ用レゾルバ（第２角度センサ）
２２ バケットシリンダ用レゾルバ（第３角度センサ）
２３ エンジン回転速度センサ
２４ 傾斜角センサ
２６ 信号変換器（変換手段）
２６Ａ 入力インタフェース
２６Ｂ メモリ
２６Ｂ−１ ルークアップテーブル
２６Ｃ 主演算装置（ＣＰＵ）
２６Ｄ 出力インタフェース
２７ エンジンポンプコントローラ
２８Ａ，２８Ｂ 圧力センサ
５０ パイロットポンプ
５１，５２ ポンプ
７０ ゲインスケジューラ
７１ 非線形除去テーブル
７２ フィードバックループ式補償手段
７３ フィードフォワード式補償手段
８０ 目標値設定手段
８３ シリンダ位置検出手段
９１ 動作情報検出手段
１００ 上部旋回体（建設機械本体）
１２０ ブームシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１２１ スティックシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１２２ バケットシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１３０ リンク機構
１４０ 補正情報記憶手段
１４１ 目標位置補正情報記憶手段
１４２ 目標速度補正情報記憶手段
１４１ａ，１４２ａ 記憶部（メモリ）
１４１ｂ，１４２ｂ 増幅部
１４１ｃ，１４２ｃ 入力スイッチ（Ｓin）
１４１ｄ，１４２ｄ 出力スイッチ（Ｓout ）
２００ ブーム
３００ スティック
４００ バケット
５００ 下部走行体
５００Ａ 無限軌条部
６００ 運転操作室
Ｅ エンジン
Claims (3)
- 機体側にアームを揺動自在に支持するともに該アームの先端部に作業部材を揺動自在に支持し、上記の作業部材付きアームの揺動をシリンダ式アクチュエータの伸縮動作によりそれぞれ行なうように構成した建設機械において、
上記の作業部材付きアームの目標動作情報を操作レバーの位置に応じて設定する目標値設定手段と、
上記の作業部材付きアームの動作情報を検出する動作情報検出手段と、
該動作情報検出手段での検出結果と該目標値設定手段で設定された該目標動作情報とを入力として、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御する制御手段と、
該目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段とをそなえ、
該制御手段が、該補正情報記憶手段からの該補正情報で補正された補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御し、
該補正情報記憶手段が、実際の作業開始前に、上記の作業部材付きアームに所定回数だけ動作を行なわせて、該補正情報を収集して記憶するように構成された
ことを特徴とする、建設機械の制御装置。 - 機体側にアームを揺動自在に支持するともに該アームの先端部に作業部材を揺動自在に支持し、上記の作業部材付きアームの揺動をシリンダ式アクチュエータの伸縮動作によりそれぞれ行なうように構成した建設機械において、
上記の作業部材付きアームの目標動作情報を操作レバーの位置に応じて設定する目標値設定手段と、
上記の作業部材付きアームの動作情報を検出する動作情報検出手段と、
該動作情報検出手段での検出結果と該目標値設定手段で設定された該目標動作情報とを入力として、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御する制御手段と、
該目標動作情報を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段とをそなえ、
該制御手段が、該補正情報記憶手段からの該補正情報で補正された補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御し、
該補正情報記憶手段が、上記の作業部材付きアームの異なった動作モード毎に異なった補正情報を記憶するように構成され、
該制御手段が、上記の作業部材付きアームの動作モードに応じて得られた補正情報で補正された該補正目標動作情報を使用して、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、該アクチュエータを制御すべく構成されたことを特徴とする、建設機械の制御装置。 - 該補正情報記憶手段が、上記の作業部材付きアームに所定の動作を行なわせて、該補正情報を収集して記憶するように構成されたことを特徴とする、請求項２記載の建設機械の制御装置。
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