JP3701455B2 - Control device for hydraulic work machine - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する油圧作業機械の制御装置に係わり、更に詳しくは、多関節型のフロント作業機、特にアーム、ブーム、バケット等のフロント部材からなるフロント作業機を備えた油圧ショベル等の油圧作業機械の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の油圧アクチュエータを複合的に操作して作業装置を駆動する油圧作業機械の一例として、油圧ショベルなどの建設機械がある。この建設機械は、下部走行体と、この下部走行体上に設けた上部旋回体と、ブーム、アーム、バケット等の複数のフロント部材からなり、上部旋回体に装架されたフロント作業機とで構成されている。この種の建設機械においては、フロント作業機を構成する各フロント部材はそれぞれが関節部によって連結され回転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、法面の直線掘削、配管埋設のための深さ制限掘削等、所定の領域を掘削することは、非常に困難な作業である。
【０００３】
そこでこのような作業を容易にするため領域制限掘削制御や軌跡制御が提案されている。領域制限掘削制御は例えば特開平８−３３３７６８号公報に示されている。これらの制御では、電気油圧変換弁（例えば比例電磁弁）によって方向制御弁の駆動パイロット圧を調整して油圧シリンダや油圧モータに供給される圧油の流量を制御し、フロント作業機の動作を制御している。
【０００４】
また、一般に、電気油圧変換弁や方向制御弁を用いてフロント作業機を動かす場合、油圧シリンダや油圧モータを駆動するための指令値は電気油圧変換弁や方向制御弁の入出力特性をコントローラに予め設定しておき、その入出力特性を用いて算出、生成する。このような指令値の算出に際して、入出力特性のバラツキを補正するための方法が特開平４―１１９２０３号公報に提案されている。この従来技術では、ある基準指令電流値を与えた時のアクチュエータの実際の動作から実流量を求めてそれを指令電流−流量特性により指令電流値に変換し、基準指令電流値と指令電流値との偏差を補正値として求め、指令電流−流量特性をその補正値分平行移動させて、バラツキの補正を行うものである。また、補正点を複数設定することにより補正の精度を上げている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
領域制限掘削制御や軌跡制御を行う場合、油圧シリンダや油圧モータを駆動するための指令値はコントローラに予め設定した電気油圧変換弁や方向制御弁の入出力特性を用いて算出、生成するため、指令値を正確に計算し制御精度を上げるためには電気油圧変換弁や方向制御弁の入出力特性を正確に把握しておく必要がある。しかし、電気油圧変換弁や方向制御弁は、そのスプールや弁本体の加工誤差及びばね力のバラツキによってある程度のバラツキを伴うのは避けられない。このバラツキは領域制限掘削制御や軌跡制御を行う際の制御精度の低下となってあらわれる。
【０００６】
特開平４―１１９２０３号公報に記載の補正方法は、個々の油圧アクチュエータに対する指令電流−流量特性を実際の特性に一致させるよう補正するものであるため、個々のアクチュエータの動作が他のアクチュエータの動作に干渉されないという条件下、すなわち圧力補償付き流量制御弁を備えた油圧システムを備えた機械では有効であるが、個々のアクチュエータの動作が他のアクチュエータの動作に干渉されるような油圧システムでは、必ずしも正確な補正がなされているかどうか分からないという問題がある。
【０００７】
つまり、掘削領域制限制御や軌跡制御ではフロント作業機の構成要素であるブームとアームの複合操作が必須であり、圧力補償付き流量制御弁を備えない油圧駆動装置でブームとアームを複合操作する場合、それぞれのアクチュエータ間の油圧が干渉する現象が生じる。このようにアクチュエータ間の油圧が干渉すると、それぞれのアクチュエータの速度は、各アクチュエータに作用する負荷の影響により、指令値に対して常に一定の値となる保証はない。換言すれば、単独動作時と複合動作時では指令電流−流量特性は異なるのが通常である。その結果、ブームとアームを複合操作した場合、アーム先端のバケットは、意図していた移動軌跡とは異なる軌跡で移動することになり、設定した掘削面を掘削形成することができなくなる。
【０００８】
本発明の目的は、複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する時に、油圧機器の製品毎のバラツキや油圧の相互干渉に係わらず、指令電流−制御量特性を適切に補正して作業装置の動作を精度良く制御できる油圧作業機械の制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、予め設定した指令電流−制御量特性に従って制御量の目標値から指令電流の値を計算し、この指令電流の値を用いて流量制御弁を切り換え操作し油圧アクチュエータを駆動することにより、その油圧アクチュエータを含む複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する油圧作業機械の制御装置において、前記複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する時の位置情報から前記作業装置の制御動作の誤差を計算し、この誤差に基づいて前記複合操作における前記指令電流−制御量特性の補正値を求める補正値演算手段と、前記複数の油圧アクチュエータの複合操作時に前記補正値を用いて前記指令電流−制御量特性を補正する特性補正手段とを備え、前記作業装置は、建設機械の多関節型のフロント作業機を構成するブーム及びアームを含み、前記補正値演算手段は、前記複合操作がブーム上げ・アームクラウドによる複合操作であるときは、前記指令電流−制御量特性の補正値として、ブーム用流量制御弁のブーム上げ方向の指令電流−制御量特性の補正値を演算するものとする。
【００１０】
このように補正値演算手段で複数の油圧アクチュエータの複合操作による作業装置の制御動作の誤差から前記複合操作における補正値を求めることにより、その補正値には複数の油圧アクチュエータ間の油圧の干渉による負荷の影響が含まれることとなり、前記複数の油圧アクチュエータの複合操作時に特性補正手段でその負荷の影響を含んだ補正値を用いて指令電流−制御量特性を補正することにより、油圧機器の製品毎のバラツキや複数の油圧アクチュエータの複合操作による油圧の相互干渉があっても作業装置の動作を精度良く制御することができる。
【００１１】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、予め設定した指令電流−制御量特性に従って制御量の目標値から指令電流の値を計算し、この指令電流の値を用いて流量制御弁を切り換え操作し油圧アクチュエータを駆動することにより、その油圧アクチュエータを含む複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する油圧作業機械の制御装置において、前記複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する時の位置情報から前記作業装置の制御動作の誤差を計算し、この誤差に基づいて前記複合操作における前記指令電流−制御量特性の補正値を求める補正値演算手段と、
前記複数の油圧アクチュエータの複合操作時に前記補正値を用いて前記指令電流−制御量特性を補正する特性補正手段とを備え、前記作業装置は、建設機械の多関節型のフロント作業機を構成するブーム及びアームを含み、前記補正値演算手段は、前記複合操作がブーム下げ・アームダンプによる複合操作であるときは、前記指令電流−制御量特性の補正値として、ブーム用流量制御弁のブーム下げ方向の指令電流−制御量特性の補正値を演算するものとする。
これにより上記（１）で述べたように、複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する時に、油圧機器の製品毎のバラツキや複数の油圧アクチュエータの複合操作による油圧の相互干渉があっても作業装置の動作を精度良く制御することができる。
（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、複合操作補正指示手段を更に備え、前記補正値演算手段は、前記複合操作補正指示手段からの指令により、前記複数の油圧アクチュエータを複合操作して前記作業装置の動作を制御する時のその作業装置の現在位置と目標制御範囲とを比較し、現在位置が目標制御範囲外にあるかどうかと、その目標制御範囲外のいずれの側にあるかを演算する第１演算手段と、前記第１演算手段の演算結果に基づき前記指令電流−制御量特性の補正値を演算する第２演算手段とを有する。
【００１２】
このように第１演算手段で複合操作補正指示手段からの指令により、複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する時のその作業装置の現在位置と目標制御範囲とを比較し、現在位置が目標制御範囲外にあるかどうか、またその目標制御範囲外のいずれの側にあるかを演算することにより、複数の油圧アクチュエータの複合操作による作業装置の制御動作の誤差が求まり、第２演算手段でその演算結果に基づき前記複合操作における指令電流−制御量特性の補正値を演算することにより、その補正値には複数の油圧アクチュエータ間の油圧の干渉による負荷の影響が含まれることとなり、前記複数の油圧アクチュエータの複合操作時に第３演算手段でその負荷の影響を含んだ補正値を用いて指令電流−制御量特性を補正することにより、油圧機器の製品毎のバラツキや複数の油圧アクチュエータの複合操作による油圧の相互干渉があっても作業装置の動作を精度良く制御することができる。
【００１３】
（４）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記補正値演算手段で演算した補正値を記憶する記憶手段を更に備え、前記特性補正手段はこの記憶手段に記憶した補正値を用いて前記指令電流−制御量特性を補正する。
【００１４】
（５）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記作業装置の１つの制御動作が終了したことを確認する確認手段を更に備え、前記補正値演算手段はこの確認手段の確認指令があると前記指令電流−制御量特性の補正値を演算する。
【００１７】
（６）また、上記（３）において、好ましくは、前記作業装置が予め設定した掘削領域の境界に沿って動くよう前記制御量の目標値を演算する領域制限掘削制御手段を更に備え、前記第１演算手段は、前記予め設定した掘削領域の境界を挟んだ範囲を前記目標制御範囲とし、その領域制限掘削制御手段で前記作業装置の動作を制御する時のその作業装置の現在位置と目標制御範囲とを比較する。
【００１８】
（７）更に、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記指令電流−制御量特性は前記流量制御弁の指令電流−流量特性である。
（８）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記補正値演算手段は、前記指令電流−制御量特性の指令電流を複数の範囲に分け、前記流量制御弁に出力されている現在の指令電流値が前記複数の範囲のいずれであるかに基づいて前記指令電流の範囲毎に補正値を演算し、前記特性補正手段は、前記指令電流の範囲毎の補正値を用いて前記指令電流−制御量特性の関係式を補正する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。本実施形態は、油圧作業機械として油圧ショベルを例に取り、かつブームとアームの複合操作で領域制限掘削制御をする油圧ショベルに本発明を適用した場合のものである。
【００２０】
図１において、本発明が適用される油圧ショベルの油圧駆動装置は、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、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〜３ｆ間に接続され、操作レバー４ａ〜４ｆの操作信号によって制御され、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〜５ｆ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とを有している。
【００２１】
本実施形態では、操作レバー４ａ〜４ｆは油圧パイロット方式であり、それぞれパイロットポンプ４３のパイロット圧により操作レバー４０の操作量と操作方向に応じたパイロット圧を生成し、このパイロット圧をパイロットライン４４ａ，４４ｂ；４５ａ，４５ｂ；４６ａ，４６ｂ；４７ａ，４７ｂ；４８ａ，４８ｂ；４９ａ，４９ｂを介して対応する流量制御弁５ａ〜５ｆの油圧駆動部５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂ；５２ａ，５２ｂ；５３ａ，５３ｂ；５４ａ，５４ｂ；５５ａ，５５ｂに供給し、これら流量制御弁５ａ〜５ｆを切り換え操作する。
【００２２】
ここで、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１ｂ及びバケット１ｃからなる多関節型のフロント作業機１Ａ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、フロント作業機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１ａ、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、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。
【００２３】
以上のような油圧ショベルに領域制限掘削制御機能と複合操作補正機能を備えた本実施形態の制御装置が設けられている。この制御装置は、領域制限掘削制御モードの選択を指示する領域制限スイッチ７ａと、領域制限掘削制御モードで掘削領域（目標掘削面）の設定を指示する設定スイッチ７ｂと、領域制限掘削制御モードで複合操作の学習補正モードの選択を指示する複合操作補正スイッチ７ｃ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、フロント作業機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検出器８ａ，８ｂ，８ｃと、一次ポート側がパイロットポンプ４３に接続され電気信号に応じてパイロットポンプ４３からのパイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁１０ａと、ブーム用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ａと比例電磁弁１０ａの二次ポート側に接続され、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に導くシャトル弁１２ａと、ブーム用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ｂに設置され、電気信号に応じてパイロットライン４４ｂ内のパイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁１０ｂと、アーム用の操作レバー装置４ｂのパイロットライン４５ａ，４５ｂにそれぞれ設置され、電気信号に応じてパイロットライン４５ａ，４５ｂ内のパイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁１１ａ，１１ｂと、パイロットライン４５ａ，４５ｂに設置され、操作レバー装置４ｂの操作量としてそのパイロット圧を検出する圧力検出器６１ａ，６１ｂと、領域制限スイッチ７ａ、設定スイッチ７ｂ、複合操作補正スイッチ７ｃからの信号及ぴ角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃからの信号を入力し、比例電磁弁１０ａ，１０ｂに信号を出力する制御ユニット９とを備えている。
【００２４】
領域制限スイッチ７ａ、設定スイッチ７ｂ、複合操作補正スイッチ７ｃは運転席前方の操作パネルに表示装置等の他の補助手段と共に設けられてもよいし、任意の操作レバー４０のグリップ上に設けられてもよい。
【００２５】
制御ユニット９の処理機能の概略を図３に示す。制御ユニット９は、領域設定演算部９ａ、フロント姿勢演算部９ｂ、アームシリンダ速度演算部９ｃ、アームによる速度ベクトル演算部９ｄ、方向変換制御補正速度ベクトル演算部９ｅ、補正用目標ブームシリンダ速度演算部９ｆ、バルブ指令演算部９ｇ、出力部９ｈ、複合操作補正演算部９ｊの機能を有している。９ｋは複合操作補正演算部９ｊの演算値（補正値）を記憶するメモリ、例えばＥＥＰＲＯＭである。
【００２６】
領域設定演算部９ａでは、設定スイッチ７ｂからの指示でフロント姿勢演算部９ｂと協働し、バケット１ｃの先端が動き得る掘削領域の設定演算を行う。その一例を図４を用いて説明する。なお、本実施例は垂直面内に掘削領域を設定するものである。
【００２７】
図４において、オペレータの操作でバケット１ｃの先端を点Ｐ１の位置に動かした後、設定スイッチ７ｂからの指示でその時のバケット１ｃの先端位置を計算し、次に設定スイッチ７ｂを操作してその位置からの深さｈ１を入力して、深さにより設定すべき掘削領域の境界上の点Ｐ１＊を指定する。次に、バケット１ｃの先端をＰ２の位置に動かした後、設定スイッチ７ｂからの指示でその時のバケット１ｃの先端位置を計算し、同様に設定スイッチ７ｂを操作してその位置からの深さｈ２を入力して、深さにより設定すべき掘削領域の境界上の点Ｐ２＊を指定する。そして、Ｐ１＊，Ｐ２＊の２点を結んだ直線式を計算して掘削領域の境界とする。
【００２８】
制御ユニット９にはフロント作業機１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法が記憶されており、制御ユニット９はこれらのデータと、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃで検出した回動角α，β，γの値を用いて２点Ｐ１，Ｐ２の位置を計算する。この時２点Ｐ１，Ｐ２の位置は、例えばブーム１ａの回動支点を原点としたＸＹ座標系の座標値（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）として求める。ＸＹ座標系は本体１Ｂに固定した直交座標系であり、垂直面内にあるとする。ＸＹ座標系の座標値（Ｘ１・Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）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１ｃの回動支点の距離を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、回動角α，β，γから下記の式より求まる。
【００２９】
Ｘ＝Ｌ１ｓｉｎα十Ｌ２ｓｉｎ（α十β）十Ｌ３ｓｉｎ（α十β十γ）
Ｙ＝Ｌ１ｃｏｓα十Ｌ２ｃｏｓ（α十β）十Ｌ３ｃｏｓ（α十β十γ）
制御ユニット９では、掘削領域の境界上の２点Ｐ１＊，Ｐ２＊の座標値を、それぞれ、Ｙ座標の下記の計算、
Ｙ１＊＝Ｙ１−ｈ１
Ｙ２＊＝Ｙ２−ｈ２
を行うことにより求める。また、Ｐ１＊，Ｐ２＊の２点を結んだ直線式は下記の式により計算する。
【００３０】

Figure 0003701455
更に、上記直線上に原点を持ち当該直線を一軸とする直交座標系、例えば点Ｐ２＊を原点とするＸａＹａ座標系をたて、ＸＹ座標系から当該直交座標への変換データを求める。
【００３１】
フロント姿勢演算部９ｂでは、上記のように制御ユニット９に記憶したフロント作業機１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法と、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃで検出した回動角α，β，γの値を用いてバケットの先端位置等、フロント作業機１Ａの所定部位の位置をＸＹ座標系の値として演算する。
【００３２】
アームシリンダ速度演算部９ｃでは、圧力検出器６１ａ，６１ｂで検出したパイロット圧の値を入力し、流量制御弁５ｂの吐出流量ＶAを求め、更にこの吐出流量からアームシリンダ３ｂの速度Ｖａを計算する。制御ユニット９には、図５に示すようなパイロット圧ＰAC，ＰADと流量制御弁５ｂの吐出流量ＶAとの関係が記憶されており、アームシリンダ速度演算部９ｃはこの関係を用いて流量制御弁５ｂの吐出流量ＶAを求める。なお、制御ユニット９に事前に計算したパイロット圧ＰAC，ＰADとアームシリンダ速度Ｖａとの関係を記憶しておき、パイロット圧ＰAC，ＰADから直接アームシリンダ速度Ｖａを求めてもよい。
【００３３】
アームによる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アームシリンダ速度演算部９ｃで求めたアームシリンダ速度と、制御ユニット９に記憶してある先のＬ１，Ｌ２，Ｌ３等の各部寸法とからアームによるバケット１ｃの先端の速度ベクトルＶｃを求める。この時、速度ベクトルＶｃは、まず図４に示すＸＹ座標系の値として求め、次にこの値を領域設定演算部９ａで先に求めたＸａＹａ座標系への変換データを用いてＸａＹａ座標系に変換することにより、ＸａＹａ座標系の値として求める。ここで、ＸａＹａ座標系での速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘは速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に平行な方向のベクトルとなり、Ｙａ座標値Ｖｃｙは速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に垂直な方向のベクトル成分となる。
【００３４】
方向変換制御補正速度ベクトル演算部９ｅでは、バケット１ｃの先端が設定領域の境界近傍にある場合、バケット１ｃの先端が設定領域の境界に近づきながら設定領域の境界に沿って動くように、アームによるバケット先端の速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に接近する方向の成分を補正する補正速度ベクトルＶｃｙａ′を計算する。
【００３５】
図６に演算部９ｅでの処理内容の全体概要をフローチャートで示す。まず、手順９０において、領域設定演算部９ａで先に求めたＸＹ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを用いて、フロント姿勢演算部９ｂで求めたバケット１ｃの先端位置をＸａＹａ座標系に変換し、そのＹａ座標値からバケット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａを求める。次いで、手順９１で距離Ｙａの正負を判定する。ここで、距離Ｙａが正の場合、バケット先端が設定領域内にあるので手順９２に進み、設定領域内の方向変換制御の処理をする。距離Ｙａが負の場合はバケット先端が設定領域の境界の外に出たので、手順９３に進み、設定領域外の方向変換制御の処理をする。
【００３６】
手順９２の設定領域内方向変換制御の処理の詳細を図７に示す。この処理は、アームによるバケット先端の速度ベクトルＶｃが設定領域の境界に接近する方向の成分を持つ場合、そのベクトル成分を設定領域の境界に近づくにつれて減じるように補正するための補正速度ベクトルＶｃｙａ′を演算するものである。
【００３７】
まず、手順１００において、バケット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａから図８に示す関係を用いて係数ｈを計算する。ここで、係数ｈは、距離Ｙａが設定値Ｙａ１より大きい時は１であり、距離Ｙａが設定値Ｙａ１より小さくなると、距離Ｙａが小さくなるに従って１より小さくなり、距離Ｙａが０になると、即ちバケット先端が設定領域の境界上に達すると０となる値であり、制御ユニット９にはこのようなｈとＹａの関係が記憶されている。
【００３８】
次いで、手順１０１において、速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に対して垂直な成分、即ちＸａＹａ座標系でのＹａ座標値Ｖｃｙの正負を判定し、Ｖｃｙが負の場合は、バケット先端が設定領域の境界に接近する方向の速度ベクトルであるので、手順１０２に進み、速度ベクトルＶｃのＹａ座標値Ｖｃｙに係数ｈを乗じ、この値を補正後の垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙａとする。
【００３９】
Ｖｃｙが正の場合はバケット先端が設定領域の境界から離れる方向の速度ベクトルであるので、手順１０４に進み、速度ベクトルＶｃのＹａ座標値Ｖｃｙに係数−ｈを乗じた値を補正後の垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙａとする。
【００４０】
次いで手順１０６において、Ｖｃｙａ′＝Ｖｃｙａ−Ｖｃｙを計算し、Ｖｃｙａを得るための補正速度ベクトルＶｃｙａ′を求める。ここで、Ｖｃｙが負の場合は補正速度ベクトルＶｃｙａ′は正の値（バケット先端が設定領域の境界から離れる方向の速度ベクトル）となり、Ｖｃｙが正の場合は補正速度ベクトルＶｃｙａ′は負の値（バケット先端が設定領域の境界に接近する方向の速度ベクトル）となる。
【００４１】
以上の補正速度ベクトルＶｃｙａ′によりアームによるバケット先端の速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分ＶｃｙをＶｃｙａに補正することにより、バケット１ｃの先端が設定領域の境界に近づく場合は、図９（ａ）に示すように、距離Ｙａが小さくなるに従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、速度ベクトルＶｃはＶｃａに補正される。その結果、Ｖｃａによるバケット先端の移動軌跡は、設定領域の境界に近づくにつれて平行となる曲線状となり、設定領域の境界上での補正後の速度べクトルＶｃａは平行成分Ｖｃｘに一致する。
【００４２】
バケット１ｃの先端が設定領域の境界から離れる場合は、図９（ｂ）に示すように、距離Ｙａが小さくなるに従って垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙの−方向の減少量が小さくなるよう、速度ベクトルＶｃはＶｃａに補正され、Ｖｃａによるバケット先端の軌跡は、やはり設定領域の境界に近づくにつれて平行となる曲線状となる。
【００４３】
手順９３の設定領域外方向変換制御の処理の詳細を図１０に示す。この処理は、バケット１ｃの先端が設定領域の境界の外に出た時、設定領域の境界からの距離に関係して、バケット先端が設定領域に戻るようにバケット先端の動きを補正するための補正速度ベクトルＶｃｙａ′を演算するものである。
【００４４】
まず、手順１１０において、アームによるバケット先端の速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に対して垂直な成分、即ちＸａＹａ座標系でのＹａ座標値Ｖｃｙの正負を判定し、Ｖｃｙが負の場合は、バケット先端が設定領域の境界から離れる方向の速度ベクトルであるので、手順１１１に進み、バケット先端と設定領域の境界との距離Ｙａに係数−Ｋを乗じた値を求め、これを補正後の垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙａとする。ここで、係数Ｋは制御上の特性から決められる任意の値であり、−ＫＶｃｙは距離Ｙａが小さくなるに従って小さくなる逆方向の速度ベクトルとなる。
【００４５】
Ｖｃｙが正の場合はバケット先端が設定領域の境界に接近する方向の速度ベクトルであるので、手順１１２に進み、バケット先端と設定領域の境界との距離Ｙａに係数Ｋを乗じた値を求め、これを補正後の垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙａとする。
【００４６】
次いで手順１１３において、Ｖｃｙａ′＝Ｖｃｙａを計算し、Ｖｃｙａを得るための補正速度ベクトルＶｃｙａ′を求める。
【００４７】
以上の補正速度ベクトルＶｃｙａ′によりアームによるバケット先端の速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分ＶｃｙをＶｃｙａに補正することにより、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、距離Ｙａが小さくなるに従って垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙが小さくなるよう、速度ベクトルＶｃはＶｃａに補正される。
【００４８】
即ち、バケット１ｃの先端が設定領域の境界から離れる方向の場合は、アームによるバケット先端の速度ベクトルＶｃが斜め下方に一定であるとすると、その平行成分Ｖｃｘは一定となり、補正速度ベクトルＶｃｙａ′＝Ｖｃｙａ（＝一ＫＹａ）は距離Ｙａに比例するので、バケット１ｃの先端が設定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はそれらの合成であるので、バケット先端の移動軌跡は図１１（ａ）のように設定領域の境界に近づくにつれて平行となる曲線状となる。
【００４９】
バケット１ｃの先端が設定領域の境界に接近する方向の場合も、補正速度ベクトルＶｃｙａ′＝Ｖｃｙａ（＝ＫＹａ）は、バケット１ｃの先端が設定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）小さくなるので、補正後の目標速度ベクトルＶｃａによるバケット先端の移動軌跡は図１１（ｂ）のように設定領域の境界に近づくにつれて平行となる曲線状となる。
【００５０】
補正用目標ブームシリンダ速度演算部９ｆでは、演算部９ｅで求めた補正速度ベクトルＶｃｙａ′とフロント姿勢演算部９ｂで求めたバケットの先端位置とから補正速度ベクトルＶｃｙａ′を得るためのブームシリンダ３ａの補正用目標シリンダ速度を演算する。これは、アームがブームに変わっている点を除いてアームによる速度ベクトル演算部９ｄの逆演算である。また、補正速度ベクトルＶｃｙａ′が正の値のときはバケット先端が設定領域の境界から離れる方向の速度ベクトルであるので、ブームシリンダ３ａの補正用目標シリンダ速度としてブーム上げ方向の目標シリンダ速度（ブームシリンダ３ａの伸長方向の目標シリンダ速度）が計算され、補正速度ベクトルＶｃｙａ′が負の値のときはバケット先端が設定領域の境界に接近する方向の速度ベクトルであるので、ブームシリンダ３ａの補正用目標シリンダ速度としてブーム下げ方向の目標シリンダ速度（ブームシリンダ３ａの縮み方向の目標シリンダ速度）が計算される。
【００５１】
バルブ指令演算部９ｇでは、演算部９ｂで求めたブームシリンダ３ａの補正用目標シリンダ速度がブーム上げ方向のものである場合は流量制御弁５ａのブーム上げの目標流量を求め、ブーム下げ方向のものである場合はブーム下げの目標流量を求め、更にこれらの目標流量から比例電磁弁１０ａ，１０ｂの指令値（指令電流）を計算する。
【００５２】
ここで、制御ユニット９には、比例電磁弁１０ａと流量制御弁５ａの指令電流−流量特性及び比例電磁弁１０ｂと流量制御弁５ａの指令電流−流量特性として図１２に示すようなブーム上げの指令電流ＩBUと目標流量ＱBU及びブーム下げの指令電流ＩBDと目標流量ＱBDとの関係が記憶されており、バルブ指令演算部９ｇではこの関係を用いて比例電磁弁１０ａ，１０ｂの指令電流を計算する。
【００５３】
なお、制御ユニット９の事前に計算したブーム上げの指令電流と目標シリンダ速度及びブーム下げの指令電流と目標シリンダ速度との関係を記憶しておき、目標シリンダ速度から直接指令電流を求めてもよい。また、制御ユニット９にブーム上げの目標パイロット圧と目標流量及びブーム下げの目標パイロット圧と目標流量ＩBDとの関係を記憶しておき、流量制御弁５ａの吐出流量（目標流量）から一旦目標パイロット圧を計算し、この目標パイロット圧から比例電磁弁１０ａ，１０ｂの指令電流を計算してもよい。
【００５４】
出力部９ｈでは、領域制限スイッチ７ａからの信号が領域制限掘削制御モードの選択を指示している場合は、バルブ指令演算部９ｇで計算した指令値を増幅器で増幅し、電気信号として比例電磁弁１０ａ，１０ｂに出力する。また、上記の方向変換制御を精度良く行うためにはバケット先端が掘削領域の境界に近づくにつれてアームクラウド又はアームダンプ自体の移動速度も減速することが好ましく、そのためにはアーム用の操作レバー装置４ｂのパイロット圧を減圧処理（レバー信号の減速処理）をすればよい（例えば特開平９−５３２５９号公報参照）。本実施形態の制御装置がこのような減速処理機能を備える場合は、出力部９ｈは更にアームのパイロットライン４５ａ，４５ｂに設けられた比例電磁弁１１ａ，１１ｂに減速処理のための電気信号を出力する。領域制限スイッチ７ａからの信号が領域制限掘削制御モードの選択を指示していない場合は、比例電磁弁１０ｂ，１１ａ，１１ｂにこれを全開するための電気信号を出力する。
【００５５】
以上により操作レバー装置４ｂの操作レバー４０をアームクラウド方向に操作した場合は、バケット先端が設定領域の境界に近づくと補正速度ベクトルＶｃｙａ′が正の値として演算され（図７の手順１０２，１０６）、対応する電気信号が比例電磁弁１０ａに出力されることによりブームが上げ方向に動かされ、図９（ａ）で説明したように、バケット先端は設定領域の境界に近づくにつれて平行となるように移動し、最終的に設定領域の境界に沿って移動する。万一、バケット先端が設定領域の境界を越えて設定領域の外に出た場合は、バケット先端を設定領域に戻すように補正速度ベクトルＶｃｙａ′が正の値として演算され（図１０の手順１１１，１１３）、対応する電気信号が比例電磁弁１０ａに出力されることによりブームが上げ方向に動かされ、図１１（ａ）に示すようにバケット先端が設定領域の境界に近づくにつれて平行となるように移動しながら戻される。これにより、バケット先端を設定領域の境界に沿って動かすことができる。
【００５６】
また、バケット先端を設定領域の境界付近に位置づけた状態で、操作レバー装置４０ａの操作レバー４０をブーム下げ方向にフル操作しかつこれと同時に操作レバー装置４ｂの操作レバー４０をアームダンプ方向に操作した場合、バケット先端が設定領域の境界から離れようとすると補正速度ベクトルＶｃｙａ′が負の値として演算され（図７の手順１０４，１０６）、対応する電気信号が比例電磁弁１０ｂに出力されることにより、ブーム下げ方向のフル操作のパイロット圧が減圧して出力され、これによりブームが下げ方向に動かされ、図９（ｂ）で説明したように、バケット先端は設定領域の境界に近づくにつれて平行となるように移動し、最終的に設定領域の境界に沿って移動する。万一、バケット先端が設定領域の境界を越えて設定領域の外に出た場合は、バケット先端を設定領域に戻すように補正速度ベクトルＶｃｙａ′が正の値として演算され（図１０の手順１１２，１１３）、対応する電気信号が比例電磁弁１０ａに出力されることによりブームが上げ方向に動かされ、図１１（ｂ）に示すようにバケット先端が設定領域の境界に近づくにつれて平行となるように移動しながら戻される。これにより、バケット先端を設定領域の境界に沿って動かすことができる。
【００５７】
なお、後者のブーム下げによる方向変換制御に際して、バケット先端を設定領域の境界付近に位置づける操作はブーム下げの範囲制限制御による行う。このブーム下げの範囲制限制御では、操作レバー装置４０ａの操作レバー４０がブーム下げ方向に操作されると比例電磁弁１０ｂを開き、バケット先端が設定領域の境界付近に達すると比例電磁弁１０ｂを閉じてブーム下げを停止させる。なお、この制御は本発明とは直接関係がないので、詳細は省略する。
【００５８】
複合操作補正演算部９ｊでは、上記のブームとアームの複合操作による領域制限掘削制御でバルブ指令演算部９ｇで用いる図１２に示した指令電流−流量特性の学習補正処理を行う。
【００５９】
まず、本発明の学習補正処理の考え方を説明する。
【００６０】
本発明の学習補正処理は、領域制限スイッチ７ａからの信号が領域制限掘削制御モードの選択を指示している状態で複合操作補正スイッチ７ｃで制御モードを学習補正モードに切り換えたとき、フロント作業機１Ａの動き得る領域を制限する制御（領域制限掘削制御）を行いながら行う点に特徴がある。また、補正の対象は図１２に示したブーム用流量制御弁５ａのブーム上げ方向の指令電流−流量特性とブーム下げ方向の指令電流−流量特性であり、アーム用流量制御弁５ｂの指令電流−流量特性のバラツキはブームの指令電流−流量特性の補正で吸収する点にも特徴がある。
【００６１】
そして、補正の対象であるブーム上げ又はブーム下げの指令電流−流量特性は図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数本、例えば４本の直線で近似して表し、直線の折れ点ｍ１〜ｍ８を補正することにより指令電流−流量特性を補正する。
【００６２】
例えば、図１３（ａ）に示すブーム上げの流量制御弁５ａの指令電流−流量特性の直線の折れ点ｍ１〜ｍ４が次のように（ｘ，ｙ）座標で表されるとする。
【００６３】
ｍ１→（ｍ１ｘ，ｍ１ｙ）
ｍ２→（ｍ２ｘ，ｍ２ｙ）
ｍ３→（ｍ３ｘ，ｍ３ｙ）
ｍ４→（ｍ４ｘ，ｍ４ｙ）
更に、ｍ１−ｍ２間の直線、ｍ２−ｍ３間の直線、ｍ３−ｍ４間の直線をそれぞれ次の式で表すものとする。
【００６４】
ｙ＝ａ１ｘ＋ｂ１
ｙ＝ａ２ｘ＋ｂ２
ｙ＝ａ３ｘ＋ｂ３
バルブ指令演算部９ｇでの制御演算中における目標流量→指令電流への変換においては、上記の直線の式を使って電流値を求める。ブーム下げの場合も同様である。
【００６５】
上記指令電流−流量特性による制御動作の誤差を算出するためには、領域制限掘削制御の設定領域の境界すなわち目標掘削面に対し、図１４に示すように目標掘削面を挟んで目標制御範囲を設定する。この目標制御範囲は制御の誤差の許容範囲に相当する。また、上記指令電流−流量特性の直線の折れ点ｍ１〜ｍ８に対応して電流範囲１〜８を設定する。
【００６６】
領域制限掘削制御でバケット先端が目標掘削領域の下を通る場合、その時の電流範囲における指令電流が足りないことになる。例えば、図１３（ａ）の電流範囲３ならば、ｍ３点を右あるいは下に補正することにより、同じ目標流量に対して大きな電流値が出力される。本実施形態では、ｍ１〜ｍ４を左右に補正することとし、ｍ１ｘ〜ｍ４ｘに対する補正値をｄｍ１ｘ〜ｄｍ４ｘとする。
【００６７】
補正値の記憶の仕方としては何通りかある。例えばｄｍ１ｘ〜ｄｍ４ｘをそのまま記憶する方法や、ｍ１ｘ＋ｄｍ１ｘ〜ｍ４ｘ＋ｄｍ４ｘを新たにｍ１ｘ〜ｍ４ｘとして記憶する方法がある。前者では、記憶したｄｍ１ｘ〜ｄｍ４ｘを読み出して折れ点のｘ座標値をｍ１ｘ＋ｄｍ１ｘ〜ｍ４ｘ＋ｄｍ４ｘと補正し、補正後の各折れ点の座標値からａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２，ａ３，ｂ３を求め各直線の一次式を演算することにより、指令電流−流量特性を補正する。後者では、記憶したｍ１ｘ〜ｍ４ｘを読み出して直接ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２，ａ３，ｂ３を求め各直線の一次式を演算することにより、指令電流−流量特性を補正する。バルブ指令演算部９ｇでは制御演算に際してこの補正後の特性を用いる。
【００６８】
図１５に複合操作補正演算部９ｊにおける学習補正処理の全体をフローチャートで示す。
【００６９】
まず、手順１２１で制御ユニット９が電源を入れた直後の立ち上げ時であるかどうかを判断し、立ち上げ時でなければ手順１２２に進み、複合操作補正スイッチ７ｃからの信号が複合操作の学習補正モードの選択を指示してるか否かを判断する。学習補正モードの選択を指示してる場合は手順１２３に進み、学習補正処理による補正値の演算・記憶処理を行い、学習補正モードの選択を指示していない場合はその演算サイクルでの処理を終了する。手順１２１で制御ユニット９が立ち上げ時であると判断されると手順１２４に進み、手順１２３で演算・記憶した補正値を用いて指令電流−流量特性の補正処理を行う。
【００７０】
図１６及び図１７に手順１２３の補正値演算・記憶処理の詳細をフローチャートで示す。
【００７１】
まず、手順１３１で圧力検出器６１ａからの信号を入力しアームクラウド動作が指示されているかどうかを判断し、アームクラウド動作が指示されていれば手順１３２に進み、ブーム上げの学習補正処理をし、指示されていなければ手順１３３で圧力検出器６１ｂからの信号を入力しアームダンプ動作が指示されているかどうかを判断し、アームダンプ動作が指示されていれば手順１３４に進み、ブーム下げの学習補正処理を行う。
【００７２】
図１７に手順１３２，１３４のブーム上げ、ブーム下げの学習補正処理の詳細をフローチャートで示す。
【００７３】
まず、手順１４１でアームクラウド動作又はアームダンプ動作の指示後所定の時間、例えば３秒経過したかどうかを判断する。これは、バケット先端が目標掘削面にそって動くよう制御されている状態に確実するためのものである。バケット先端が目標掘削面から離れるアームダンプ動作の場合は、前述したように同時に操作レバー装置４ａの操作レバー４０をブーム下げ方向にフル操作してブーム下げを行うことにより、バケット先端が目標掘削面にそって動くよう制御される状態にする。
【００７４】
手順１４１で所定時間経過したと判断されると手順１４２に進み、バケット先端が図１４に示した目標制御範囲の下であるかどうかを判断し、バケット先端が目標制御範囲の下であったら手順１４３に進み、そうでないなら手順１４４に進む。手順１４４ではバケット先端が目標制御範囲の上であるかどうかを判断し、バケット先端が目標制御範囲の上であったら手順１４５に進む。
【００７５】
手順１４３では現在比例電磁弁１０ａ又は１０ｂに出力されている指令電流値が図１３（ａ）又は（ｂ）中のいずれの範囲であるかを判断し、手順１４６でその指令電流範囲に対応したカウンタ１〜８のいずれかを１つ加算する。
【００７６】
手順１４５では手順１４３と同様に、現在比例電磁弁１０ａ又は１０ｂに出力されている指令電流値が図１３（ａ）又は（ｂ）中のいずれの範囲であるかを判断し、手順１４７でその指令電流範囲に対応したカウンタ１〜８のいずれかを１つ減算する。
【００７７】
手順１４８では１回のアームクラウド動作又はアームダンプ動作による１つの制御動作が終了したかどうかを判断し、終了していなければ上記手順１４２〜１４７を繰り変えす。
【００７８】
このように学習補正の制御演算を進めていくと、ある時点で制御動作が終了する。例えば、アームクラウド動作によってブーム上げを自動的に行っていく場合、アームが目標掘削面に対して鉛直を過ぎればブーム上げ動作が終了し、アームダンプ動作によってブーム下げを行っていく場合は、最後にアームシリンダがストロークエンドになって動作が終了する。手順１４８ではこのような状態になったか否かで１つの制御動作が終了したかどうかを判断する。１つの制御動作が終了したならば手順１４９に進む。
【００７９】
手順１４９では最終的なカウンタ１〜８の値に従い、上記折れ点ｍ１〜ｍ８の指令電流方向の補正値を演算する。例えば、ｍ１点に対応するカウンタ１が最終的に＋１０ならば、この指令電流範囲において、バケット先端が目標制御範囲の下にある頻度が多かったため、この指令電流範囲においてもう少しブーム上げを強くしなければならないことになる。すなわち、ｍ１点に対し＋の値を補正値とする。ｍ２〜ｍ８点も同様にカウンタ２〜８の値が＋であるか−であるかに従って、＋あるいは−の補正値を求める。カウンタが０である場合は補正を行う必要はないので、補正値は０となる。ここで、補正値はあまり大きな値にすると次の学習で逆方向に補正しなければならなくなるので、比較的小さな値にしておくのが良い。例えば指令電流が最大で６００ｍＡ程度ならば１回の補正値は２〜３ｍＡ程度と小さな値で少しずつ補正する。この場合、カウンタの値に係わらず補正値は一定であっても良いし、カウンタの値の大小に応じて補正値も変えてやっても良い。
【００８０】
このようにして補正値を求めたならば、手順１５０に進み、その補正値を用いて上述したような考えで指令電流−流量特性の補正を行う。
【００８１】
再び同様の制御を行い、１回の制御動作を行う毎に少しずつ指令電流−流量特性を補正し、最終的にバケット先端が全ての指令電流範囲において目標制御範囲内におさまるまで学習補正を行う。
【００８２】
指令電流−流量特性の学習補正が完了すると、最後は補正値を制御ユニット９のメモリ９ｋに記憶し、制御ユニットの立ち上げ時に図１５に示すフローチャートの手順１２４でその補正値をメモリ９ｋから読み出し、図１３に示すブーム上げ及びブーム下げの指令電流−流量特性の補正を行う。
【００８３】
以上のように構成した本実施例では、実際に複数の油圧アクチュエータの複合操作により作業装置の動作を制御して指令電流−制御量特性の補正値を求めるので、得られた補正値の精度は高く、油圧機器の製品毎のバラツキや複数の油圧アクチュエータの複合操作による油圧の相互干渉があっても作業装置の動作を精度良く制御することができる。また、この補正は、複合操作補正スイッチ７ｃをＯＮにすることで通常の制御動作中に自動的に行われるので、手間がかからず、短時間で行うことができる。更に、この補正は圧力補償をしているか否かという油圧システムの違いにもかかわらず適用できる。
【００８４】
本発明の他の実施形態を図１８〜２０により説明する。図中、図１、図３に示すものと同等の部材、機能には同じ符号を付している。本実施形態は電気レバー方式の操作レバー装置を用いた油圧駆動装置に本発明を適用したものである。
【００８５】
図１８において、１０４ａ〜１０４ｆは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電気レバー方式の操作レバー装置であり、これら操作レバー装置１０４ａ〜１０４ｆからの操作信号（電気信号）は制御ユニット９Ａに入力され、所定の処理を施された後、指令信号として出力される。流量制御弁１０５ａ〜１０５ｆは電気信号をパイロット圧に変換する電気油圧変換手段、例えば比例電磁弁１５０ａ，１５０ｂ〜１５５ａ，１５５ｂを両端に備えた電気・油圧操作方式の弁であり、制御ユニット９Ａから出力された指令信号はその比例電磁弁に入力される。
【００８６】
制御ユニット９Ａは図１９に示すように通常演算部９０ａ、制御演算部９０ｂ、出力部９０ｃの各機能を有している。
【００８７】
通常演算部９０ａでは操作レバー装置１０４ａ〜１０４ｆからの操作信号を比例電磁弁１５０ａ，１５０ｂ〜１５５ａ，１５５ｂの指令値に変換する。制御演算部８０ｂでは第１の実施形態で述べた掘削制限制御の演算処理を行う。出力部９０ｃは第１の実施形態の図３に示す出力部９ｈに相当するものであり、領域制限スイッチ７ａからの信号が領域制限掘削制御モードの選択を指示していない場合は、通常演算部９０ａで計算した指令値を増幅して出力し、領域制限掘削制御モードの選択を指示している場合は、ブーム用の比例電磁弁１５０ａ，１５０ｂの指令値として制御演算部９０ｂで計算した指令値を選択し、これを増幅して出力する。
【００８８】
制御演算部９０ｂの処理機能の概略を図２０に示す。制御演算部９０ｂの処理機能は、圧力検出器６１ａ，６１ｂからの信号の代わりにアーム用操作レバー装置１０４ｂからの電気信号が入力される点、ブーム用操作レバー装置１０４ａからの電気信号が追加入力される点、出力部９ｈが無い点を除いて、図３に示す制御ユニット９の処理機能と実質的に同じである。ただし、アームシリンダ速度演算部９ｃ及び複合操作補正演算部９ｊでは、操作レバー装置１０４ｂからの電気信号の正負に応じてアームクラウドかアームダンプかを認識する機能が付加されている。また、方向変換制御補正速度ベクトル演算部９ｅでは操作レバー装置１０４ａからのブーム下げの電気信号と操作レバー装置１０４ｂからのアームダンプの電気信号がある場合のみ、アームダンプ時のブーム下げによる方向変換制御の補正速度ベクトルＶｃｙａ′を計算し、複合操作補正演算部９ｊで操作レバー装置１０４ａからのブーム下げの電気信号と操作レバー装置１０４ｂからのアームダンプの電気信号がある場合のみ、ブーム下げの学習補正処理を行う。
【００８９】
本実施形態によっても、電気レバー方式の操作レバー装置を用いた油圧駆動装置において、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００９０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、フロント作業機１Ａの位置と姿勢に関する状態量を検出する手段として角度検出器を用いたが、シリンダのストロークを検出するストローク計を用いてもよい。また、指令電流−流量特性は４本の直線で近似したが、それ以上あるいは以下の数の直線で近似してもよい。更に、カウンタが＋か−かで補正値を求めたが、カウンタの値に不感帯を設けてカウンタ値がある値以上あるいは以下の場合に補正値を求めるようにしてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、指令電流−流量特性を補正したが、バルブ指令演算部９ｇで指令電流−流量特性でなく指令電流−アクチュエータ速度特性を用いる場合は、指令電流−アクチュエータ速度特性を補正しても良い。更に、上記実施形態では、領域制限掘削制御を行う油圧ショベルに本発明を適用したが、軌跡制御等それ以外の制御を行う油圧ショベルに本発明を適用しても良い。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、実際に複数の油圧アクチュエータの複合操作により作業装置の動作を制御して指令電流−制御量特性の補正値を求めるので、得られた補正値の精度は高く、油圧機器の製品毎のバラツキや複数の油圧アクチュエータの複合操作による油圧の相互干渉があっても作業装置の動作を精度良く制御することができる。また、この補正は通常の制御動作中に自動的に行われるので、手間がかからず、短時間で行うことができる。更に、この補正は圧力補償をしているか否かという油圧システムの違いにも係わらず適用でき、汎用性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による油圧作業機械の制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図である。
【図２】本発明が適用される油圧ショベルの外観とその周囲の設定領域の形状を示す図である。
【図３】制御ユニットの制御機能を示すブロック図である。
【図４】本実施形態の領域制限掘削制御で用いる座標系と領域の設定方法を示す図である。
【図５】パイロット圧とアーム用の流量制御弁の吐出流量との関係を示す図である。
【図６】方向変換制御補正速度ベクトル演算部における全体の処理内容を示すフローチャートである。
【図７】方向変換制御補正速度ベクトル演算部における設定領域内での方向変換制御演算の処理内容を示すフローチャートである。
【図８】方向変換制御演算におけるバケット先端と設定領域の境界との距離Ｙａと係数ｈとの関係を示す図である。
【図９】バケット先端が設定領域内で方向変換制御された時の軌跡の一例を示す図で、（ａ）がバケット先端が設定領域の境界に近づく場合、（ｂ）がバケット先端が設定領域の境界から離れる場合である。
【図１０】方向変換制御補正速度ベクトル演算部における設定領域外での方向変換制御演算の処理内容を示すフローチャートである。
【図１１】バケット先端が設定領域外で方向変換制御された時の軌跡の一例を示す図で、（ａ）がバケット先端が設定領域の境界から離れる場合、（ｂ）がバケット先端が設定領域の境界に近づく場合である。
【図１２】ブーム上げの目標流量と指令電流との関係、及びブーム下げの目標流量と指令電流との関係を示す図である。
【図１３】指令電流−流量特性の補正の考え方を示す図である。
【図１４】指令電流−流量特性の補正値を求めるのに使用する目標制御範囲を示す図である。
【図１５】複合操作補正演算部における学習補正処理の全体の処理内容を示すフローチャートである。
【図１６】学習モード処理を示すフローチャートである。
【図１７】学習モード処理におけるブーム上げ、ブーム下げの学習補正処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の他の実施形態による油圧作業機械の制御装置を示す、図１と同様な図である。
【図１９】制御ユニットの制御機能を示すブロック図である。
【図２０】制御ユニットの制御機能のうち制御演算部の処理機能を示すブロック図である。
【符号の説明】
１Ａ フロント作業機
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 操作レバー装置
５ａ〜５ｆ 流量制御弁
６ リリーフ弁
７ａ 領域制限スイッチ
７ｂ 設定スイッチ
７ｃ 複合操作補正スイッチ
８ａ，８ｂ，８ｃ 角度検出器
９ 制御ユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a hydraulic work machine that controls the operation of a work device by performing a combined operation of a plurality of hydraulic actuators. More specifically, the present invention relates to an articulated front work machine, in particular, a front such as an arm, a boom, and a bucket. The present invention relates to a control device for a hydraulic working machine such as a hydraulic excavator provided with a front working machine composed of members.
[0002]
[Prior art]
There is a construction machine such as a hydraulic excavator as an example of a hydraulic working machine that operates a plurality of hydraulic actuators in combination to drive a working device. The construction machine includes a lower traveling body, an upper swing body provided on the lower travel body, and a front work machine mounted on the upper swing body, including a plurality of front members such as a boom, an arm, and a bucket. It is configured. In this type of construction machine, each front member constituting the front working machine is connected to each other by a joint portion to perform a rotational motion. Excavation of a predetermined area, such as depth limited excavation, is a very difficult task.
[0003]
In order to facilitate such work, area limited excavation control and trajectory control have been proposed. The area limited excavation control is disclosed in, for example, JP-A-8-333768. In these controls, the pilot pressure of the directional control valve is adjusted by an electrohydraulic conversion valve (for example, a proportional solenoid valve) to control the flow rate of pressure oil supplied to the hydraulic cylinder and hydraulic motor, and the operation of the front work machine is controlled. I have control.
[0004]
In general, when the front work machine is moved using an electrohydraulic conversion valve or a directional control valve, the command value for driving the hydraulic cylinder or hydraulic motor is determined based on the input / output characteristics of the electrohydraulic conversion valve or directional control valve. It is set in advance and calculated and generated using the input / output characteristics. Japanese Patent Laid-Open No. 4-119203 proposes a method for correcting variations in input / output characteristics when calculating such command values. In this prior art, the actual flow rate is obtained from the actual operation of the actuator when a certain reference command current value is given, and is converted into a command current value by the command current-flow rate characteristic, and the reference command current value, the command current value, Is obtained as a correction value, and the command current-flow rate characteristic is translated by the correction value to correct the variation. In addition, the correction accuracy is improved by setting a plurality of correction points.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When performing area limited excavation control or trajectory control, command values for driving hydraulic cylinders and hydraulic motors are calculated and generated using the input / output characteristics of electrohydraulic conversion valves and directional control valves preset in the controller. In order to accurately calculate the command value and increase the control accuracy, it is necessary to accurately grasp the input / output characteristics of the electrohydraulic conversion valve and the directional control valve. However, it is inevitable that the electrohydraulic conversion valve and the directional control valve have some variation due to the processing error of the spool and the valve body and the variation of the spring force. This variation appears as a reduction in control accuracy when performing area limited excavation control or trajectory control.
[0006]
The correction method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-119203 corrects the command current-flow rate characteristic for each hydraulic actuator so as to match the actual characteristic, so that the operation of each actuator is the operation of another actuator. Is effective in a machine having a hydraulic system with a flow control valve with pressure compensation, but in a hydraulic system in which the operation of individual actuators interferes with the operation of other actuators, There is a problem that it is not always known whether or not correct correction has been made.
[0007]
In other words, in the excavation area restriction control and trajectory control, the combined operation of the boom and arm, which are components of the front work machine, is essential, and the boom and arm are combined and operated with a hydraulic drive device that does not have a flow control valve with pressure compensation A phenomenon occurs in which the hydraulic pressure between the actuators interferes. Thus, when the hydraulic pressure between the actuators interferes, there is no guarantee that the speed of each actuator will always be a constant value with respect to the command value due to the influence of the load acting on each actuator. In other words, the command current-flow rate characteristic is usually different between the single operation and the combined operation. As a result, when the boom and the arm are combined, the bucket at the tip of the arm moves along a trajectory different from the intended movement trajectory, and the set excavation surface cannot be excavated.
[0008]
It is an object of the present invention to appropriately correct the command current-control amount characteristic regardless of variations among hydraulic equipment products or mutual interference of hydraulic pressure when controlling the operation of a working device by operating a plurality of hydraulic actuators in combination. Thus, it is an object of the present invention to provide a control device for a hydraulic working machine that can control the operation of the working device with high accuracy.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention calculates a command current value from a target value of a control amount according to a preset command current-control amount characteristic, and uses this command current value to calculate a flow control valve. In a control device for a hydraulic working machine that controls the operation of a work device by operating a plurality of hydraulic actuators including the hydraulic actuators by driving the hydraulic actuators, the multiple hydraulic actuators are combined and operated. The error of the control operation of the work device is calculated from the position information when the operation of the work device is controlled, and based on this errorIn the composite operationCorrection value calculating means for obtaining a correction value of the command current-control amount characteristic;During combined operation of the plurality of hydraulic actuatorsCharacteristic correction means for correcting the command current-control amount characteristic using the correction value.The working device includes a boom and an arm that constitute an articulated front work machine of a construction machine, and the correction value calculating means is configured such that when the combined operation is a combined operation using a boom raising / arm cloud, The correction value of the command current-control amount characteristic in the boom raising direction of the boom flow control valve is calculated as the correction value of the command current-control amount characteristic.Shall be.
[0010]
  In this way, from the error of the control operation of the work device due to the combined operation of a plurality of hydraulic actuators by the correction value calculation meansIn the composite operationBy calculating the correction value, the correction value includes the influence of the load due to hydraulic interference between the hydraulic actuators.During combined operation of the plurality of hydraulic actuatorsBy correcting the command current-control amount characteristic using the correction value including the influence of the load by the characteristic correction means, there is a variation between hydraulic equipment products, and there is mutual interference of hydraulic pressure due to combined operation of multiple hydraulic actuators. However, the operation of the work device can be controlled with high accuracy.
[0011]
(2) In order to achieve the above object, the present invention calculates a command current value from a target value of the control amount according to a preset command current-control amount characteristic, and uses this command current value to calculate the flow rate. In a control device for a hydraulic working machine that controls the operation of a working device by combining a plurality of hydraulic actuators including the hydraulic actuator by switching a control valve and driving a hydraulic actuator,An error in the control operation of the work device is calculated from position information when the operation of the work device is controlled by performing a composite operation of the plurality of hydraulic actuators, and the command current-control amount characteristic in the composite operation is calculated based on the error. Correction value calculation means for obtaining a correction value of
Characteristic correction means for correcting the command current-control amount characteristic using the correction value during combined operation of the plurality of hydraulic actuators, and the work device constitutes an articulated front work machine of a construction machine The correction value calculating means includes a boom and an arm, and when the combined operation is a combined operation by a boom lowering / arm dump, the correction value calculating means lowers the boom of the flow control valve for the boom as a correction value of the command current-control amount characteristic. The correction value of the direction command current-control amount characteristic is calculated.
As a result, as described in (1) above, when multiple hydraulic actuators are combined to control the operation of the working device, the hydraulic equipment may vary from product to product, and hydraulic interference may occur due to the combined operation of multiple hydraulic actuators. Even if there is, it is possible to control the operation of the working device with high accuracy.
(3) In the above (1) or (2), preferably,Compound operation correction instruction meansFurther equipped,The correction value calculation means includes theIn accordance with a command from the complex operation correction instruction means, the current position of the working device when the multiple hydraulic actuators are compounded to control the operation of the working device and the target control range are compared, and the current position is the target control. A first computing means for computing whether the current value is outside the target control range and a side outside the target control range; and a correction value for the command current-control amount characteristic based on a computation result of the first computing means. Second calculating means for calculating;Have.
[0012]
  As described above, the first calculation means compares the current position of the working device with the target control range when the operation of the working device is controlled by performing the combined operation of the plurality of hydraulic actuators according to the command from the complex operation correction instruction means. By calculating whether the current position is outside the target control range and on which side it is outside the target control range, an error in the control operation of the work device due to the combined operation of the plurality of hydraulic actuators is obtained, Based on the calculation result in the second calculation meansIn the composite operationBy calculating the correction value of the command current-control amount characteristic, the correction value includes the influence of the load due to hydraulic interference between the plurality of hydraulic actuators.During combined operation of the plurality of hydraulic actuatorsBy correcting the command current-control amount characteristic by using the correction value including the influence of the load by the third calculating means, there is a variation between hydraulic equipment products and a mutual interference of hydraulic pressure due to a combined operation of a plurality of hydraulic actuators. Even if it exists, operation | movement of a working device can be controlled accurately.
[0013]
(4)the above(1) orIn (2), preferably the aboveCorrection valueStorage means for storing the correction value calculated by the calculation means,Characteristic correctionThe means corrects the command current-control amount characteristic using the correction value stored in the storage means.
[0014]
(5) Also above(1) orIn (2), preferably, the apparatus further comprises confirmation means for confirming that one control operation of the work device is completed,Correction valueThe calculation means calculates the correction value of the command current-control amount characteristic when there is a confirmation command from the confirmation means.
[0017]
(6And above (3), Preferably further comprising area limited excavation control means for calculating a target value of the control amount so that the working device moves along a predetermined excavation area boundary, wherein the first calculation means is the preset value. A range sandwiching the boundary of the excavation area is set as the target control range, and the current position of the work apparatus when the operation of the work apparatus is controlled by the area limited excavation control means is compared with the target control range.
[0018]
(7Further, in the above (1) or (2), preferably, the command current-controlamountThe characteristic is a command current-flow rate characteristic of the flow control valve.
(8) In the above (1) or (2), preferably, the correction value calculation means divides the command current of the command current-control amount characteristic into a plurality of ranges and outputs the command current to the flow control valve. A correction value is calculated for each range of the command current based on which of the plurality of ranges is the current command current value, and the characteristic correction unit uses the correction value for each range of the command current. The relational expression of the command current-control amount characteristic is corrected.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a hydraulic excavator is taken as an example of a hydraulic working machine, and the present invention is applied to a hydraulic excavator that performs region-limited excavation control by a combined operation of a boom and an arm.
[0020]
In FIG. 1, a hydraulic drive device for a hydraulic excavator to which the present invention is applied includes a hydraulic pump 2, a boom cylinder 3a, an arm cylinder 3b, a bucket cylinder 3c, and a swing motor 3d driven by pressure oil from the hydraulic pump 2. And a plurality of hydraulic actuators including left and right traveling motors 3e and 3f, a plurality of operating lever devices 4a to 4f provided corresponding to each of the hydraulic actuators 3a to 3f, a hydraulic pump 2 and a plurality of hydraulic actuators 3a to 3f. A plurality of flow control valves 5a to 5f that are connected between 3f and controlled by the operation signals of the operation levers 4a to 4f to control the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuators 3a to 3f, the hydraulic pump 2, and the flow control. And a relief valve 6 that opens when the pressure between the valves 5a to 5f exceeds a set value.
[0021]
In the present embodiment, the operation levers 4a to 4f are hydraulic pilot systems, each generating a pilot pressure corresponding to the operation amount and operation direction of the operation lever 40 by the pilot pressure of the pilot pump 43, and this pilot pressure is used as the pilot line 44a. , 44b; 45a, 45b; 46a, 46b; 47a, 47b; 48a, 48b; 49a, 49b. , 53b; 54a, 54b; 55a, 55b, and the flow control valves 5a to 5f are switched.
[0022]
Here, as shown in FIG. 2, the hydraulic excavator includes an articulated front work machine 1A including a boom 1a, an arm 1b, and a bucket 1c that rotate in a vertical direction, an upper swing body 1d, and a lower traveling body 1e. The base end of the boom 1a of the front work machine 1A is supported by the front part of the upper turning body 1d. The boom 1a, the arm 1b, the bucket 1c, the upper swing body 1d and the lower travel body 1e are respectively driven by the boom cylinder 3a, the arm cylinder 3b, the bucket cylinder 3c, the swing motor 3d and the left and right travel motors 3e and 3f. The operation is instructed by the operation lever devices 4a to 4f.
[0023]
The control apparatus of this embodiment provided with the area limited excavation control function and the composite operation correction function is provided in the hydraulic excavator as described above. This control device includes an area limit switch 7a for instructing selection of an area limit excavation control mode, a setting switch 7b for instructing setting of an excavation area (target excavation surface) in the area limit excavation control mode, and an area limit excavation control mode. The composite operation correction switch 7c for instructing the selection of the composite operation learning correction mode and the pivot fulcrums of the boom 1a, the arm 1b, and the bucket 1c are provided as state quantities relating to the position and posture of the front work machine 1A. Angle detectors 8a, 8b, and 8c for detecting the rotation angle, a proportional solenoid valve 10a that is connected to the pilot pump 43 on the primary port side and outputs the pilot pressure from the pilot pump 43 in accordance with an electric signal, and a boom Connected to the pilot line 44a of the control lever device 4a and the secondary port side of the proportional solenoid valve 10a. The pilot valve in the main line 44a and the high pressure side of the control pressure output from the proportional solenoid valve 10a are selected, the shuttle valve 12a leading to the hydraulic drive unit 50a of the flow control valve 5a, and the pilot line of the boom operating lever device 4a 44b, which is installed in each of the proportional solenoid valve 10b for reducing and outputting the pilot pressure in the pilot line 44b according to the electric signal, and in the pilot lines 45a and 45b of the arm operating lever device 4b. Accordingly, the proportional solenoid valves 11a and 11b for reducing and outputting the pilot pressure in the pilot lines 45a and 45b, and the pressure detection for detecting the pilot pressure as the operation amount of the operation lever device 4b are installed in the pilot lines 45a and 45b. 61a, 61b, area limit switch 7a, setting switch 7b, combined operation Signal from the positive switch 7c 及 Pi angle detector 8a, 8b, the signal from 8c type, the proportional solenoid valves 10a, and a control unit 9 for outputting a signal to 10b.
[0024]
The area limit switch 7a, the setting switch 7b, and the composite operation correction switch 7c may be provided together with other auxiliary means such as a display device on the operation panel in front of the driver's seat, or provided on the grip of an arbitrary operation lever 40. Also good.
[0025]
An outline of the processing functions of the control unit 9 is shown in FIG. The control unit 9 includes an area setting calculation unit 9a, a front posture calculation unit 9b, an arm cylinder speed calculation unit 9c, an arm speed vector calculation unit 9d, a direction conversion control correction speed vector calculation unit 9e, and a correction target boom cylinder speed calculation unit. 9f, a valve command calculation unit 9g, an output unit 9h, and a composite operation correction calculation unit 9j. Reference numeral 9k denotes a memory, for example, an EEPROM, for storing a calculation value (correction value) of the composite operation correction calculation unit 9j.
[0026]
The area setting calculation unit 9a cooperates with the front posture calculation unit 9b in response to an instruction from the setting switch 7b to perform setting calculation of an excavation area where the tip of the bucket 1c can move. One example will be described with reference to FIG. In this embodiment, the excavation area is set in the vertical plane.
[0027]
In FIG. 4, after the tip of the bucket 1c is moved to the position of the point P1 by the operator's operation, the tip position of the bucket 1c at that time is calculated by an instruction from the setting switch 7b, and then the setting switch 7b is operated to The depth h1 from the position is input, and the point P1 * on the boundary of the excavation area to be set is designated by the depth. Next, after the front end of the bucket 1c is moved to the position P2, the front end position of the bucket 1c at that time is calculated according to an instruction from the setting switch 7b, and the setting switch 7b is operated in the same manner to obtain a depth h2 from the position. To specify the point P2 * on the boundary of the excavation area to be set according to the depth. Then, a linear equation connecting the two points P1 * and P2 * is calculated and used as the boundary of the excavation area.
[0028]
The control unit 9 stores the dimensions of the front work machine 1A and the vehicle body 1B. The control unit 9 stores these data and the rotation angles α, β, γ detected by the angle detectors 8a, 8b, 8c. The positions of the two points P1 and P2 are calculated using the values. At this time, the positions of the two points P1 and P2 are obtained, for example, as coordinate values (X1, Y1) (X2, Y2) in the XY coordinate system with the pivot point of the boom 1a as the origin. The XY coordinate system is an orthogonal coordinate system fixed to the main body 1B, and is in a vertical plane. The coordinate values (X1 · Y1) (X2, Y2) of the XY coordinate system indicate that the distance between the pivot point of the boom 1a and the pivot point of the arm 1b is L1, the pivot point of the arm 1b and the pivot point of the bucket 1c. Is L2, and the distance between the rotation fulcrum of the bucket 1c and the tip of the bucket 1c is L3, the rotation angle α, β, γ can be obtained from the following equation.
[0029]
X = L1sin α + L2sin (α + β) + L3sin (α + β + γ)
Y = L1 cos α plus L2 cos (α plus β) plus L3 cos (α plus β plus ten γ)
In the control unit 9, the coordinate values of the two points P1 * and P2 * on the boundary of the excavation area are respectively calculated by the following calculation of the Y coordinate:
Y1 * = Y1-h1
Y2 * = Y2-h2
To find out. Further, a linear equation connecting two points P1 * and P2 * is calculated by the following equation.
[0030]
Figure 0003701455
Further, an orthogonal coordinate system having the origin on the straight line and having the straight line as one axis, for example, an XaYa coordinate system having the point P2 * as the origin, is obtained, and conversion data from the XY coordinate system to the orthogonal coordinate is obtained.
[0031]
In the front posture calculation unit 9b, the dimensions of each part of the front work machine 1A and the vehicle body 1B stored in the control unit 9 as described above and the values of the rotation angles α, β, γ detected by the angle detectors 8a, 8b, 8c. Is used to calculate the position of a predetermined part of the front work machine 1A, such as the tip position of the bucket, as a value in the XY coordinate system.
[0032]
In the arm cylinder speed calculation unit 9c, the pilot pressure value detected by the pressure detectors 61a and 61b is input, and the discharge flow rate V of the flow rate control valve 5b is input.AFurther, the velocity Va of the arm cylinder 3b is calculated from the discharge flow rate. The control unit 9 has a pilot pressure P as shown in FIG.AC, PADAnd the discharge flow rate V of the flow control valve 5bAAnd the arm cylinder speed calculation unit 9c uses this relationship to discharge the discharge flow rate V of the flow control valve 5b.AAsk for. The pilot pressure P calculated in advance in the control unit 9AC, PADAnd the relationship between the arm cylinder speed Va and the pilot pressure PAC, PADThe arm cylinder speed Va may be obtained directly from the above.
[0033]
In the speed vector calculation unit 9d by the arm, the tip position of the bucket obtained by the front posture calculation unit 9b, the arm cylinder speed obtained by the arm cylinder speed calculation unit 9c, and the previous L1, L2, stored in the control unit 9 The velocity vector Vc at the tip of the bucket 1c by the arm is obtained from the dimensions of each part such as L3. At this time, the velocity vector Vc is first obtained as a value in the XY coordinate system shown in FIG. 4, and then this value is converted into the XaYa coordinate system using the conversion data to the XaYa coordinate system previously obtained by the area setting calculation unit 9a. By converting, it is obtained as a value in the XaYa coordinate system. Here, the Xa coordinate value Vcx of the velocity vector Vc in the XaYa coordinate system is a vector in a direction parallel to the boundary of the setting region of the velocity vector Vc, and the Ya coordinate value Vcy is a direction perpendicular to the boundary of the setting region of the velocity vector Vc. Vector component of.
[0034]
In the direction conversion control correction speed vector calculation unit 9e, when the tip of the bucket 1c is in the vicinity of the boundary of the setting region, the arm 1 so that the tip of the bucket 1c moves along the boundary of the setting region while approaching the boundary of the setting region. A corrected velocity vector Vcya ′ for correcting the component in the direction approaching the boundary of the set region of the velocity vector Vc at the bucket tip is calculated.
[0035]
FIG. 6 is a flowchart showing an overall outline of processing contents in the calculation unit 9e. First, in step 90, using the conversion data from the XY coordinate system previously obtained by the region setting computation unit 9a to the XaYa coordinate system, the tip position of the bucket 1c obtained by the front posture computation unit 9b is converted to the XaYa coordinate system. The distance Ya between the tip of the bucket 1c and the boundary of the set area is obtained from the Ya coordinate value. Next, in step 91, whether the distance Ya is positive or negative is determined. Here, when the distance Ya is positive, the bucket tip is in the setting area, so the procedure proceeds to step 92, and the direction conversion control process in the setting area is performed. When the distance Ya is negative, the bucket tip has moved out of the boundary of the setting area, so the procedure proceeds to step 93 to perform the direction change control process outside the setting area.
[0036]
FIG. 7 shows details of the process of the direction change control in the setting area in the procedure 92. In this process, when the velocity vector Vc at the bucket tip by the arm has a component in a direction approaching the boundary of the setting region, a correction velocity vector Vcya ′ for correcting the vector component so as to decrease as it approaches the boundary of the setting region. Is calculated.
[0037]
First, in the procedure 100, the coefficient h is calculated from the distance Ya between the tip of the bucket 1c and the boundary of the set area using the relationship shown in FIG. Here, the coefficient h is 1 when the distance Ya is larger than the set value Ya1, and when the distance Ya becomes smaller than the set value Ya1, the coefficient h becomes smaller as 1 as the distance Ya becomes smaller, and when the distance Ya becomes 0, that is, The value becomes 0 when the bucket tip reaches the boundary of the setting area, and the control unit 9 stores such a relationship between h and Ya.
[0038]
Next, in step 101, the component perpendicular to the boundary of the setting area of the velocity vector Vc, that is, whether the Ya coordinate value Vcy in the XaYa coordinate system is positive or negative is determined. Since the velocity vector is in the direction approaching the boundary, the process proceeds to step 102, where the Ya coordinate value Vcy of the velocity vector Vc is multiplied by a coefficient h, and this value is used as the corrected vertical vector component Vcya.
[0039]
If Vcy is positive, the speed vector is in the direction in which the bucket tip moves away from the boundary of the setting area, so the procedure proceeds to step 104, and the corrected vertical direction is obtained by multiplying the Ya coordinate value Vcy of the speed vector Vc by the coefficient -h. Vector component Vcya.
[0040]
Next, in step 106, Vcya '= Vcya-Vcy is calculated to obtain a corrected velocity vector Vcya' for obtaining Vcya. Here, when Vcy is negative, the corrected velocity vector Vcya ′ is a positive value (the velocity vector in the direction in which the bucket tip is away from the boundary of the setting area), and when Vcy is positive, the corrected velocity vector Vcya ′ is a negative value. (Velocity vector in the direction in which the bucket tip approaches the boundary of the set area).
[0041]
When the tip of the bucket 1c approaches the boundary of the set area by correcting the vertical vector component Vcy of the speed vector Vc of the bucket tip by the arm to Vcya using the corrected velocity vector Vcy 'described above, FIG. As shown, the velocity vector Vc is corrected to Vca so that the amount of decrease in the vertical vector component Vcy increases as the distance Ya decreases. As a result, the movement trajectory of the bucket tip by Vca becomes a curved shape that becomes parallel as it approaches the boundary of the setting area, and the corrected velocity vector Vca on the boundary of the setting area matches the parallel component Vcx.
[0042]
When the tip of the bucket 1c moves away from the boundary of the set area, as shown in FIG. 9B, the velocity vector Vc is set so that the amount of decrease in the minus direction of the vertical vector component Vcy decreases as the distance Ya decreases. Is corrected to Vca, and the locus of the bucket tip by Vca becomes a curved shape that becomes parallel as it approaches the boundary of the set area.
[0043]
FIG. 10 shows details of the process of setting area outward direction conversion control in step 93. This process is for correcting the movement of the bucket tip so that the bucket tip returns to the setting region in relation to the distance from the setting region boundary when the tip of the bucket 1c goes outside the border of the setting region. The corrected velocity vector Vcya 'is calculated.
[0044]
First, in step 110, a component perpendicular to the boundary of the set region of the velocity vector Vc at the bucket tip by the arm, that is, whether the Ya coordinate value Vcy in the XaYa coordinate system is positive or negative is determined. Since the tip is a velocity vector in a direction away from the boundary of the setting region, the process proceeds to step 111, where a value obtained by multiplying the distance Ya between the bucket tip and the boundary of the setting region by a coefficient −K is obtained, and this is corrected in the vertical direction Vector component Vcya. Here, the coefficient K is an arbitrary value determined from the control characteristics, and -KVcy is a reverse speed vector that decreases as the distance Ya decreases.
[0045]
If Vcy is positive, the speed vector is in the direction in which the bucket tip approaches the boundary of the setting area, so proceed to step 112 to obtain a value obtained by multiplying the distance Ya between the bucket tip and the boundary of the setting area by a coefficient K, This is the corrected vector component Vcya in the vertical direction.
[0046]
Next, in step 113, Vcya '= Vcya is calculated to obtain a corrected velocity vector Vcya' for obtaining Vcya.
[0047]
By correcting the vector component Vcy in the vertical direction of the velocity vector Vc at the bucket tip by the arm to Vcya using the above corrected velocity vector Vcya ′, the distance Ya is reduced as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). Accordingly, the velocity vector Vc is corrected to Vca so that the vertical vector component Vcy becomes smaller.
[0048]
That is, when the tip of the bucket 1c is in a direction away from the boundary of the set region, assuming that the velocity vector Vc at the bucket tip by the arm is constant obliquely downward, the parallel component Vcx is constant and the corrected velocity vector Vcya ′ = Since Vcya (= one KYa) is proportional to the distance Ya, it decreases as the tip of the bucket 1c approaches the boundary of the setting area (as the distance Ya decreases). Since the corrected target velocity vector Vca is a combination of them, the movement trajectory of the bucket tip becomes a curve that becomes parallel as it approaches the boundary of the set region as shown in FIG.
[0049]
Even in the direction in which the tip of the bucket 1c approaches the boundary of the setting area, the corrected velocity vector Vcya ′ = Vcya (= KYa) becomes smaller as the tip of the bucket 1c approaches the boundary of the setting area (the distance Ya becomes smaller). Therefore, the movement trajectory of the bucket tip based on the corrected target speed vector Vca becomes a curved line that becomes parallel as it approaches the boundary of the set area as shown in FIG.
[0050]
In the correction target boom cylinder speed calculation unit 9f, the boom cylinder 3a for obtaining the correction speed vector Vcya 'from the correction speed vector Vcya' obtained by the calculation unit 9e and the tip position of the bucket obtained by the front posture calculation unit 9b. Calculate the target cylinder speed for correction. This is an inverse calculation of the speed vector calculation unit 9d by the arm except that the arm is changed to a boom. When the correction speed vector Vcya 'is a positive value, the speed vector is in the direction in which the bucket tip moves away from the boundary of the setting area. Therefore, the target cylinder speed in the boom raising direction (the boom ascending target cylinder speed) When the correction speed vector Vcya 'is a negative value, the speed of the bucket approaches the boundary of the set area. As the target cylinder speed, a target cylinder speed in the boom lowering direction (a target cylinder speed in the contraction direction of the boom cylinder 3a) is calculated.
[0051]
  Valve command calculator9gThen, when the correction target cylinder speed of the boom cylinder 3a obtained by the calculating unit 9b is in the boom raising direction, the boom raising target flow rate of the flow control valve 5a is obtained, and when the boom cylinder 3a is in the boom lowering direction, the boom is lowered. The lower target flow rate is obtained, and the command values (command currents) of the proportional solenoid valves 10a and 10b are calculated from these target flow rates.
[0052]
  Here, the control unit 9 includes a boom raising as shown in FIG. 12 as command current-flow characteristics of the proportional solenoid valve 10a and the flow control valve 5a and command current-flow characteristics of the proportional solenoid valve 10b and the flow control valve 5a. The relationship between the command current IBU and the target flow rate QBU, the boom lowering command current IBD and the target flow rate QBD is stored, and the valve command calculation unit9gThen, using this relationship, the command current of the proportional solenoid valves 10a and 10b is calculated.
[0053]
It should be noted that the relationship between the boom raising command current and the target cylinder speed calculated in advance by the control unit 9 and the boom lowering command current and the target cylinder speed may be stored, and the command current may be directly obtained from the target cylinder speed. . Further, the control unit 9 stores the relationship between the target pilot pressure for raising the boom and the target flow rate, and the target pilot pressure for lowering the boom and the target flow rate IBD, and the target pilot is temporarily calculated from the discharge flow rate (target flow rate) of the flow rate control valve 5a. The pressure may be calculated, and the command current of the proportional solenoid valves 10a and 10b may be calculated from the target pilot pressure.
[0054]
In the output unit 9h, when the signal from the region restriction switch 7a instructs selection of the region restriction excavation control mode, the command value calculated by the valve command calculation unit 9g is amplified by an amplifier, and the proportional solenoid valve is used as an electric signal. Output to 10a and 10b. In order to perform the above-described direction change control with high accuracy, it is preferable that the moving speed of the arm cloud or the arm dumper itself is also reduced as the bucket tip approaches the boundary of the excavation region. For this purpose, the arm operating lever device 4b is used. The pilot pressure may be reduced (lever signal deceleration process) (see, for example, JP-A-9-53259). When the control device of this embodiment has such a deceleration processing function, the output unit 9h further outputs an electrical signal for deceleration processing to the proportional solenoid valves 11a and 11b provided in the pilot lines 45a and 45b of the arms. To do. When the signal from the region restriction switch 7a does not instruct the selection of the region restriction excavation control mode, an electric signal for fully opening the proportional solenoid valves 10b, 11a, and 11b is output.
[0055]
As described above, when the operation lever 40 of the operation lever device 4b is operated in the arm cloud direction, the corrected velocity vector Vcya 'is calculated as a positive value when the bucket tip approaches the boundary of the setting region (steps 102 and 106 in FIG. 7). ), The corresponding electric signal is output to the proportional solenoid valve 10a, and the boom is moved in the raising direction. As described with reference to FIG. 9A, the bucket tip becomes parallel as it approaches the boundary of the setting area. And finally move along the boundary of the set area. If the bucket tip exceeds the boundary of the setting region and goes outside the setting region, the correction speed vector Vcya ′ is calculated as a positive value so as to return the bucket tip to the setting region (step 111 in FIG. 10). 113), the corresponding electric signal is output to the proportional solenoid valve 10a, whereby the boom is moved in the raising direction, and as shown in FIG. 11A, the bucket tip becomes parallel as it approaches the boundary of the set region. It is returned while moving to. Thereby, the bucket tip can be moved along the boundary of the setting area.
[0056]
Further, with the bucket tip positioned near the boundary of the setting area, the operating lever 40 of the operating lever device 40a is fully operated in the boom lowering direction and simultaneously the operating lever 40 of the operating lever device 4b is operated in the arm dump direction. In this case, when the bucket tip is going away from the boundary of the set region, the corrected velocity vector Vcya 'is calculated as a negative value (steps 104 and 106 in FIG. 7), and the corresponding electric signal is output to the proportional solenoid valve 10b. As a result, the pilot pressure for full operation in the boom lowering direction is reduced and output, and the boom is moved in the lowering direction. As described with reference to FIG. 9B, the bucket tip approaches the boundary of the setting region. It moves so that it becomes parallel, and finally it moves along the boundary of a setting area | region. If the bucket tip exceeds the boundary of the setting region and goes out of the setting region, the corrected velocity vector Vcya ′ is calculated as a positive value so as to return the bucket tip to the setting region (step 112 in FIG. 10). 113), the corresponding electric signal is output to the proportional solenoid valve 10a, so that the boom is moved in the raising direction, and the bucket tip becomes parallel as the tip of the bucket approaches the boundary of the set region as shown in FIG. It is returned while moving to. Thereby, the bucket tip can be moved along the boundary of the setting area.
[0057]
Note that in the latter direction change control by lowering the boom, the operation of positioning the bucket tip near the boundary of the setting area is performed by the boom lowering range restriction control. In this boom lowering range restriction control, when the operation lever 40 of the operation lever device 40a is operated in the boom lowering direction, the proportional solenoid valve 10b is opened, and when the bucket tip reaches near the boundary of the setting region, the proportional solenoid valve 10b is closed. Stop boom lowering. Since this control is not directly related to the present invention, details are omitted.
[0058]
The combined operation correction calculation unit 9j performs a learning correction process of the command current-flow rate characteristic shown in FIG. 12 used in the valve command calculation unit 9g in the area limited excavation control by the combined operation of the boom and the arm.
[0059]
First, the concept of the learning correction process of the present invention will be described.
[0060]
The learning correction processing according to the present invention is performed when the control mode is switched to the learning correction mode by the composite operation correction switch 7c in a state where the signal from the region limitation switch 7a instructs selection of the region limitation excavation control mode. It is characterized in that it is performed while performing control (region limited excavation control) for limiting the region where 1A can move. Further, the correction targets are the command current-flow rate characteristic in the boom raising direction and the command current-flow rate characteristic in the boom lowering direction of the boom flow control valve 5a shown in FIG. 12, and the command current of the arm flow control valve 5b- The variation in the flow characteristics is also characterized in that it is absorbed by correcting the boom command current-flow characteristics.
[0061]
Then, as shown in FIGS. 13A and 13B, the boom raising or boom lowering command current-flow rate characteristics to be corrected are approximated by a plurality of lines, for example, four straight lines, and the straight line breaks. The command current-flow rate characteristic is corrected by correcting the points m1 to m8.
[0062]
For example, it is assumed that the break points m1 to m4 of the command current-flow rate characteristic of the boom raising flow control valve 5a shown in FIG. 13A are represented by (x, y) coordinates as follows.
[0063]
m1 → (m1x, m1y)
m2 → (m2x, m2y)
m3 → (m3x, m3y)
m4 → (m4x, m4y)
Furthermore, a straight line between m1 and m2, a straight line between m2 and m3, and a straight line between m3 and m4 are respectively represented by the following expressions.
[0064]
y = a1x + b1
y = a2x + b2
y = a3x + b3
In the conversion from the target flow rate to the command current during the control calculation in the valve command calculation unit 9g, the current value is obtained by using the above linear equation. The same applies to the boom lowering.
[0065]
In order to calculate the error of the control operation based on the command current-flow rate characteristic, the target control range is set with the target excavation surface sandwiched as shown in FIG. Set. This target control range corresponds to an allowable range of control error. The current ranges 1 to 8 are set corresponding to the break points m1 to m8 of the command current-flow rate characteristic.
[0066]
When the bucket tip passes under the target excavation area in the area limited excavation control, the command current in the current range at that time is insufficient. For example, in the current range 3 in FIG. 13A, a large current value is output for the same target flow rate by correcting the m3 point to the right or below. In the present embodiment, m1 to m4 are corrected to the left and right, and correction values for m1x to m4x are dm1x to dm4x.
[0067]
There are several ways to store correction values. For example, there are a method of storing dm1x to dm4x as it is, and a method of newly storing m1x + dm1x to m4x + dm4x as m1x to m4x. In the former, the stored dm1x to dm4x are read out, the x coordinate value of the broken point is corrected to m1x + dm1x to m4x + dm4x, and a1, b1, a2, b2, a3, and b3 are obtained from the corrected coordinate values of the broken points. The command current-flow rate characteristic is corrected by calculating the linear expression. In the latter, the stored currents m1x to m4x are read out to directly obtain a1, b1, a2, b2, a3, and b3, and the linear expression of each straight line is calculated to correct the command current-flow rate characteristics. The valve command calculation unit 9g uses the corrected characteristic for the control calculation.
[0068]
FIG. 15 is a flowchart showing the entire learning correction process in the composite operation correction calculation unit 9j.
[0069]
First, in step 121, it is determined whether or not the control unit 9 is being started up immediately after the power is turned on. If not, the process proceeds to step 122, and the signal from the composite operation correction switch 7c is used to learn composite operation. It is determined whether a correction mode selection is instructed. If the instruction to select the learning correction mode is instructed, the process proceeds to step 123, and the correction value is calculated and stored by the learning correction process. If the instruction to select the learning correction mode is not instructed, the process in the calculation cycle is terminated. To do. If it is determined in step 121 that the control unit 9 is at the time of start-up, the process proceeds to step 124, and the command current-flow rate characteristic correction process is performed using the correction value calculated and stored in step 123.
[0070]
FIG. 16 and FIG. 17 are flowcharts showing details of the correction value calculation / storage process in step 123.
[0071]
First, in step 131, a signal from the pressure detector 61a is input to determine whether or not the arm cloud operation is instructed. If the arm cloud operation is instructed, the process proceeds to step 132 to perform boom raising learning correction processing. If not instructed, a signal from the pressure detector 61b is input in step 133 to determine whether the arm dumping operation is instructed. If the arm dumping operation is instructed, the process proceeds to step 134 to learn how to lower the boom. Perform correction processing.
[0072]
FIG. 17 is a flowchart showing details of learning correction processing for boom raising and boom lowering in steps 132 and 134.
[0073]
First, in step 141, it is determined whether or not a predetermined time, for example, 3 seconds has elapsed after the instruction of the arm cloud operation or the arm dump operation. This is to ensure that the bucket tip is controlled to move along the target excavation surface. In the case of the arm dumping operation in which the bucket tip is separated from the target excavation surface, the bucket tip is moved to the target excavation surface by simultaneously operating the operation lever 40 of the operation lever device 4a in the boom lowering direction simultaneously as described above. To be controlled to move along.
[0074]
If it is determined in step 141 that the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step 142, where it is determined whether the bucket tip is below the target control range shown in FIG. Proceed to 143, otherwise proceed to procedure 144. In procedure 144, it is determined whether or not the bucket tip is above the target control range. If the bucket tip is above the target control range, the procedure proceeds to procedure 145.
[0075]
In step 143, it is determined which range in FIG. 13 (a) or (b) the command current value currently output to the proportional solenoid valve 10a or 10b is, and in step 146, the command current range is supported. One of the counters 1 to 8 is added.
[0076]
In step 145, as in step 143, it is determined whether the command current value currently output to the proportional solenoid valve 10a or 10b is within the range in FIG. 13 (a) or (b). One of the counters 1 to 8 corresponding to the command current range is subtracted.
[0077]
In procedure 148, it is determined whether one control operation by one arm cloud operation or arm dump operation is completed. If not completed, the above-mentioned procedures 142 to 147 are repeated.
[0078]
As the learning correction control calculation proceeds in this manner, the control operation ends at a certain point. For example, when the boom is automatically raised by the arm cloud operation, the boom raising operation is terminated when the arm is perpendicular to the target excavation surface, and the boom is lowered by the arm dump operation. When the arm cylinder reaches the stroke end, the operation ends. In step 148, it is determined whether or not one control operation is completed depending on whether or not such a state has been reached. If one control operation is completed, the process proceeds to step 149.
[0079]
In step 149, the correction values in the command current direction of the break points m1 to m8 are calculated according to the final values of the counters 1 to 8. For example, if the counter 1 corresponding to the point m1 is finally +10, the bucket tip is frequently below the target control range in this command current range, so the boom should be raised slightly more in this command current range. It will be necessary. That is, a positive value for the point m1 is used as the correction value. Similarly, for m2 to m8 points, a correction value of + or-is determined according to whether the value of the counters 2 to 8 is + or-. When the counter is 0, there is no need to perform correction, so the correction value is 0. Here, if the correction value is too large, it must be corrected in the reverse direction in the next learning, so it is preferable to set the correction value to a relatively small value. For example, if the command current is about 600 mA at the maximum, the correction value at one time is corrected little by little with a small value of about 2-3 mA. In this case, the correction value may be constant regardless of the counter value, or the correction value may be changed according to the magnitude of the counter value.
[0080]
If the correction value is obtained in this way, the process proceeds to step 150, and the correction of the command current-flow rate characteristic is performed using the correction value as described above.
[0081]
The same control is performed again, and each time a control operation is performed, the command current-flow rate characteristic is corrected little by little, and finally learning correction is performed until the bucket tip is within the target control range in the entire command current range. .
[0082]
When the learning correction of the command current-flow rate characteristic is completed, the correction value is finally stored in the memory 9k of the control unit 9, and the correction value is read out from the memory 9k in step 124 of the flowchart shown in FIG. The boom raising and boom lowering command current-flow rate characteristics shown in FIG. 13 are corrected.
[0083]
In the present embodiment configured as described above, the correction value of the command current-control amount characteristic is obtained by actually controlling the operation of the working device by the combined operation of a plurality of hydraulic actuators. Therefore, the accuracy of the obtained correction value is The operation of the work device can be accurately controlled even when there is a variation in each product of the hydraulic equipment or a mutual interference of hydraulic pressure due to the combined operation of a plurality of hydraulic actuators. Further, since this correction is automatically performed during the normal control operation by turning on the composite operation correction switch 7c, it is not time-consuming and can be performed in a short time. Furthermore, this correction can be applied regardless of the difference in the hydraulic system whether or not pressure compensation is performed.
[0084]
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, members and functions equivalent to those shown in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, the present invention is applied to a hydraulic drive device using an electric lever type operation lever device.
[0085]
In FIG. 18, 104a to 104f are electric lever type operation lever devices provided corresponding to the hydraulic actuators 3a to 3f, respectively, and operation signals (electric signals) from these operation lever devices 104a to 104f are control units. After being input to 9A and subjected to predetermined processing, it is output as a command signal. The flow control valves 105a to 105f are electrohydraulic conversion means for converting electric signals into pilot pressure, for example, electro-hydraulic operation type valves provided with proportional electromagnetic valves 150a, 150b to 155a, 155b at both ends. The output command signal is input to the proportional solenoid valve.
[0086]
As shown in FIG. 19, the control unit 9A has functions of a normal calculation unit 90a, a control calculation unit 90b, and an output unit 90c.
[0087]
The normal calculation unit 90a converts the operation signals from the operation lever devices 104a to 104f into command values for the proportional solenoid valves 150a, 150b to 155a, 155b. The control calculation unit 80b performs calculation processing for excavation restriction control described in the first embodiment. The output unit 90c corresponds to the output unit 9h shown in FIG. 3 of the first embodiment. When the signal from the region limit switch 7a does not instruct the selection of the region limit excavation control mode, the normal calculation unit When the command value calculated at 90a is amplified and output and the selection of the area limited excavation control mode is instructed, the command value calculated by the control calculation unit 90b as the command value of the proportional solenoid valves 150a and 150b for the boom Is selected, amplified and output.
[0088]
An outline of the processing function of the control calculation unit 90b is shown in FIG. The processing function of the control calculation unit 90b is that an electric signal from the arm operation lever device 104b is input instead of a signal from the pressure detectors 61a and 61b, and an electric signal from the boom operation lever device 104a is additionally input. The processing function of the control unit 9 shown in FIG. 3 is substantially the same except that the output unit 9h is not provided. However, the arm cylinder speed calculation unit 9c and the composite operation correction calculation unit 9j have a function of recognizing whether it is an arm cloud or an arm dump according to the sign of the electric signal from the operation lever device 104b. Further, the direction conversion control correction speed vector calculation unit 9e performs direction conversion control by lowering the boom at the time of arm dumping only when there is an electric signal for lowering the boom from the operation lever device 104a and an electric signal for arm dump from the operation lever device 104b. The correction speed vector Vcya 'is calculated, and the boom lowering learning correction is performed only when there is an electric signal for boom lowering from the operation lever device 104a and an electric signal for arm dump from the operation lever device 104b in the composite operation correction calculating unit 9j. Process.
[0089]
Also according to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained in the hydraulic drive device using the electric lever type operation lever device.
[0090]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above-described embodiment, the angle detector is used as means for detecting the state quantity related to the position and posture of the front work machine 1A, but a stroke meter that detects the stroke of the cylinder may be used. Further, the command current-flow rate characteristic is approximated by four straight lines, but may be approximated by more or less number of straight lines. Further, although the correction value is obtained depending on whether the counter is + or-, a dead zone may be provided in the counter value, and the correction value may be obtained when the counter value is greater than or less than a certain value.
[0091]
In the above embodiment, the command current-flow rate characteristic is corrected. However, when the command current-actuator speed characteristic is used instead of the command current-flow rate characteristic in the valve command calculation unit 9g, the command current-actuator speed characteristic is corrected. May be. Furthermore, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a hydraulic excavator that performs area limited excavation control. However, the present invention may be applied to a hydraulic excavator that performs other control such as trajectory control.
[0092]
【The invention's effect】
According to the present invention, the correction value of the command current-control amount characteristic is obtained by actually controlling the operation of the working device by a combined operation of a plurality of hydraulic actuators. Even if there is variation among products or mutual interference of hydraulic pressure due to combined operation of a plurality of hydraulic actuators, the operation of the work device can be controlled with high accuracy. In addition, since this correction is automatically performed during a normal control operation, it does not take time and can be performed in a short time. Furthermore, this correction can be applied regardless of the difference in the hydraulic system whether pressure compensation is performed or not, and is excellent in versatility.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a control device for a hydraulic working machine according to an embodiment of the present invention, together with its hydraulic drive device.
FIG. 2 is a diagram showing the appearance of a hydraulic excavator to which the present invention is applied and the shape of a setting region around it.
FIG. 3 is a block diagram showing a control function of a control unit.
FIG. 4 is a diagram illustrating a coordinate system and a region setting method used in region-limited excavation control according to the present embodiment.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between pilot pressure and discharge flow rate of a flow control valve for an arm.
FIG. 6 is a flowchart showing the entire processing contents in a direction conversion control correction speed vector calculation unit.
FIG. 7 is a flowchart showing the processing contents of a direction change control calculation within a set area in a direction change control correction speed vector calculation unit.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a distance Ya between a bucket tip and a boundary of a set region and a coefficient h in a direction change control calculation.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a trajectory when the direction of the bucket tip is controlled to change direction within the setting region, where (a) indicates that the bucket tip approaches the boundary of the setting region; This is the case of leaving the boundary.
FIG. 10 is a flowchart showing the processing contents of the direction change control calculation outside the set area in the direction change control correction speed vector calculation unit.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a trajectory when the direction of the bucket tip is changed outside the setting region. FIG. 11A shows a case where the bucket tip is away from the boundary of the setting region, and FIG. When approaching the boundary.
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a target flow rate for raising the boom and a command current, and a relationship between a target flow rate for lowering the boom and the command current.
FIG. 13 is a diagram showing a concept of correction of command current-flow rate characteristics.
FIG. 14 is a diagram showing a target control range used for obtaining a correction value of a command current-flow rate characteristic.
FIG. 15 is a flowchart showing the entire processing content of learning correction processing in the composite operation correction calculation unit.
FIG. 16 is a flowchart showing learning mode processing;
FIG. 17 is a flowchart showing details of learning correction processing for boom raising and boom lowering in learning mode processing;
FIG. 18 is a view similar to FIG. 1, showing a control apparatus for a hydraulic working machine according to another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram illustrating a control function of the control unit.
FIG. 20 is a block diagram illustrating a processing function of a control calculation unit among the control functions of the control unit.
[Explanation of symbols]
1A Front work machine
1B body
1a boom
1b arm
1c bucket
1d Upper swing body
1e Lower traveling body
2 Hydraulic pump
3a-3f Hydraulic actuator
4a-4f Operation lever device
5a-5f Flow control valve
6 Relief valve
7a Area limit switch
7b Setting switch
7c Compound operation correction switch
8a, 8b, 8c Angle detector
9 Control unit

Claims (8)

予め設定した指令電流−制御量特性に従って制御量の目標値から指令電流の値を計算し、この指令電流の値を用いて流量制御弁を切り換え操作し油圧アクチュエータを駆動することにより、その油圧アクチュエータを含む複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する油圧作業機械の制御装置において、
前記複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する時の位置情報から前記作業装置の制御動作の誤差を計算し、この誤差に基づいて前記複合操作における前記指令電流−制御量特性の補正値を求める補正値演算手段と、
前記複数の油圧アクチュエータの複合操作時に前記補正値を用いて前記指令電流−制御量特性を補正する特性補正手段とを備え、
前記作業装置は、建設機械の多関節型のフロント作業機を構成するブーム及びアームを含み、
前記補正値演算手段は、前記複合操作がブーム上げ・アームクラウドによる複合操作であるときは、前記指令電流−制御量特性の補正値として、ブーム用流量制御弁のブーム上げ方向の指令電流−制御量特性の補正値を演算することを特徴とする油圧作業機械の制御装置。By calculating the command current value from the target value of the control amount according to the command current-control amount characteristic set in advance, and switching the flow control valve using this command current value to drive the hydraulic actuator, the hydraulic actuator In a control device for a hydraulic working machine that controls the operation of a working device by combining a plurality of hydraulic actuators including
An error in the control operation of the work device is calculated from position information when the operation of the work device is controlled by performing a composite operation of the plurality of hydraulic actuators, and the command current-control amount characteristic in the composite operation is calculated based on the error. Correction value calculation means for obtaining a correction value of
Characteristic correction means for correcting the command current-control amount characteristic using the correction value during combined operation of the plurality of hydraulic actuators ;
The work device includes a boom and an arm constituting an articulated front work machine of a construction machine,
When the combined operation is a boom raising / armcloud combined operation, the correction value calculating means uses a command current-control in the boom raising direction of the boom flow control valve as a correction value of the command current-control amount characteristic. A control device for a hydraulic working machine, wherein a correction value for a quantity characteristic is calculated . 予め設定した指令電流−制御量特性に従って制御量の目標値から指令電流の値を計算し、この指令電流の値を用いて流量制御弁を切り換え操作し油圧アクチュエータを駆動することにより、その油圧アクチュエータを含む複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する油圧作業機械の制御装置において、By calculating the command current value from the target value of the control amount according to the command current-control amount characteristic set in advance, and switching the flow control valve using this command current value to drive the hydraulic actuator, the hydraulic actuator In a control device for a hydraulic working machine that controls the operation of a working device by combining a plurality of hydraulic actuators including
前記複数の油圧アクチュエータを複合操作して作業装置の動作を制御する時の位置情報から前記作業装置の制御動作の誤差を計算し、この誤差に基づいて前記複合操作における前記指令電流−制御量特性の補正値を求める補正値演算手段と、  An error in the control operation of the work device is calculated from position information when the operation of the work device is controlled by performing a composite operation of the plurality of hydraulic actuators, and the command current-control amount characteristic in the composite operation is calculated based on the error. Correction value calculation means for obtaining a correction value of
前記複数の油圧アクチュエータの複合操作時に前記補正値を用いて前記指令電流−制御量特性を補正する特性補正手段とを備え、  Characteristic correction means for correcting the command current-control amount characteristic using the correction value during combined operation of the plurality of hydraulic actuators;
前記作業装置は、建設機械の多関節型のフロント作業機を構成するブーム及びアームを含み、  The work device includes a boom and an arm constituting an articulated front work machine of a construction machine,
前記補正値演算手段は、前記複合操作がブーム下げ・アームダンプによる複合操作であるときは、前記指令電流−制御量特性の補正値として、ブーム用流量制御弁のブーム下げ方向の指令電流−制御量特性の補正値を演算することを特徴とする油圧作業機械の制御装置。  When the composite operation is a boom lowering / arm dumping composite operation, the correction value calculating means uses a command current-control in the boom lowering direction of the boom flow control valve as a correction value of the command current-control amount characteristic. A control device for a hydraulic working machine, wherein a correction value for a quantity characteristic is calculated. 請求項１又は２記載の油圧作業機械の制御装置において、
複合操作補正指示手段を更に備え、
前記補正値演算手段は、前記複合操作補正指示手段からの指令により、前記複数の油圧アクチュエータを複合操作して前記作業装置の動作を制御する時のその作業装置の現在位置と目標制御範囲とを比較し、現在位置が目標制御範囲外にあるかどうかと、その目標制御範囲外のいずれの側にあるかを演算する第１演算手段と、
前記第１演算手段の演算結果に基づき前記指令電流−制御量特性の補正値を演算する第２演算手段とを有することを特徴とする油圧作業機械の制御装置。 In the control apparatus of the hydraulic working machine according to claim 1 or 2 ,
It further comprises a composite operation correction instruction means,
The correction value calculating means is configured to determine a current position of the working device and a target control range when controlling the operation of the working device by performing a combined operation of the plurality of hydraulic actuators according to a command from the combined operation correction instructing means. A first calculating means for calculating whether or not the current position is outside the target control range and which side is outside the target control range;
A control device for a hydraulic working machine, comprising: second calculating means for calculating a correction value of the command current-control amount characteristic based on a calculation result of the first calculating means. 請求項１又は２記載の油圧作業機械の制御装置において、前記補正値演算手段で演算した補正値を記憶する記憶手段を更に備え、前記特性補正手段はこの記憶手段に記憶した補正値を用いて前記指令電流−制御量特性を補正することを特徴とする油圧作業機械の制御装置。A hydraulic working machine control apparatus according to claim 1, further comprising storage means for storing the correction value calculated by said correction value calculating means, said characteristic correction means using the correction value stored in the storage means A control apparatus for a hydraulic working machine, wherein the command current-control amount characteristic is corrected. 請求項１又は２記載の油圧作業機械の制御装置において、前記作業装置の１つの制御動作が終了したことを確認する確認手段を更に備え、前記補正値演算手段はこの確認手段の確認指令があると前記指令電流−制御量特性の補正値を演算することを特徴とする油圧作業機械の制御装置。3. The control apparatus for a hydraulic working machine according to claim 1 , further comprising confirmation means for confirming that one control operation of the work apparatus is completed, wherein the correction value calculation means has a confirmation command for the confirmation means. And a control device for a hydraulic working machine, wherein a correction value of the command current-control amount characteristic is calculated. 請求項３記載の油圧作業機械の制御装置において、前記作業装置が予め設定した掘削領域の境界に沿って動くよう前記制御量の目標値を演算する領域制限掘削制御手段を更に備え、前記第１演算手段は、前記予め設定した掘削領域の境界を挟んだ範囲を前記目標制御範囲とし、その領域制限掘削制御手段で前記作業装置の動作を制御する時のその作業装置の現在位置と目標制御範囲とを比較することを特徴とする油圧作業機械の制御装置。4. The control apparatus for a hydraulic working machine according to claim 3 , further comprising region limited excavation control means for calculating a target value of the control amount so that the work device moves along a predetermined excavation region boundary. The calculation means sets the range sandwiching the boundary of the preset excavation area as the target control range, and the current position of the work apparatus and the target control range when the operation of the work apparatus is controlled by the area limited excavation control means A control device for a hydraulic working machine, characterized in that （旧請求項８）
請求項１又は２記載の油圧作業機械の制御装置において、前記指令電流−制御量特性は前記流量制御弁の指令電流−流量特性であることを特徴とする油圧作業機械の制御装置。(Old claim 8)
3. The hydraulic working machine control device according to claim 1, wherein the command current-control amount characteristic is a command current-flow characteristic of the flow control valve. 4. 請求項１又は２記載の油圧作業機械の制御装置において、  In the control apparatus of the hydraulic working machine according to claim 1 or 2,
前記補正値演算手段は、前記指令電流−制御量特性の指令電流を複数の範囲に分け、前記流量制御弁に出力されている現在の指令電流値が前記複数の範囲のいずれであるかに基づいて前記指令電流の範囲毎に補正値を演算し、  The correction value calculation means divides the command current of the command current-control amount characteristic into a plurality of ranges, and based on which of the plurality of ranges the current command current value output to the flow control valve is To calculate a correction value for each range of the command current,
前記特性補正手段は、前記指令電流の範囲毎の補正値を用いて前記指令電流−制御量特性の関係式を補正することを特徴とする油圧作業機械の制御装置。  The control apparatus for a hydraulic working machine, wherein the characteristic correction unit corrects the relational expression of the command current-control amount characteristic using a correction value for each range of the command current.
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