JP3775687B2 - ３関節型掘削機の操作制御装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、３関節型、すなわち掘削用バケットを除いて３個の関節とアームとを有する掘削機の操作制御装置に係わり、特に、従来の２関節型の掘削機と同様の操作手段を用いて、３関節型掘削機としての利点を利用可能な操作制御装置に関する。
背景技術
従来の一般的な掘削機の構造を図１４に示す。作業フロント１００はブーム１０１及びアーム１０２の２つで構成され、掘削作業を行うバケット１０３がこの先端に設けられている。作業の主体であるバケット１０３の位置決めが、ブーム１０１、アーム１０２という回動可能な２つの構造要素によって行われているので、２関節型の掘削機と称する。
これに対し、近年２ピースブーム型と呼ばれる掘削機が使われている。これを図１５に示す。２ピースブーム型の掘削機は、図１４に示した一般的な掘削機に対して、作業フロント１００Ａのブーム１０１を２分割して第１ブーム１０４及び第２ブーム１０５としたもので、バケット１０３の位置決めに関与する関節の数から３関節型の掘削機と呼ぶこととする。
３関節型の掘削機は、２関節型の掘削機では難しかった掘削機の足元の作業を行えるという利点を持っている。即ち、２関節型の掘削機でも、図１４に示すような姿勢をとることで足元迄バケット１０３を持ってくることが可能であるが、このようにアーム１０２が水平になった状態では掘削作業はできない。これに対し、３関節型の掘削機では、図１５に示すようにアーム１０２をほぼ垂直にした状態でバケット１０３を足元に持ってくることができ、これによって足元の作業が可能となる。また、足元から遠く離れた位置の作業に対しても、第１ブーム１０４と第２ブーム１０５とを垂直に近く伸ばすことによって、２関節型の掘削機に比べてより遠くまで作業することが可能である。
３関節型の掘削機の別の利点として、旋回半径を小さくできることがある。掘削した土砂をダンプカー等に積み込むために上部旋回体１０６を旋回して作業フロント１００Ａの向きを変えるが、この時、２関節型の掘削機ではブーム１０１の全長がネックとなって旋回に必要な半径を小さくすることが難しい。３関節型の掘削機の場合には、第１ブーム１０４をほぼ垂直に起こし、第２ブーム１０５をほぼ水平に寝かせることで、旋回に必要な半径を小さくすることが可能で、狭溢な工事現場での作業に有利となる。
次に、従来の操作方式について述べる。図１６に、一般的な２関節型の掘削機の操作レバーの例を示す。通常の掘削作業においては、ブーム・アーム・バケット・旋回の４動作が頻繁に、かつ複合的に操作される。これらの４動作が２本の操作レバー１０７，１０８に２動作ずつ割り当てられており、オペレータは左右の手でそれぞれのレバーを操作することで掘削作業を行う。この他の操作レバーとして、（図示しない）走行用レバー（通常ペダルも付加されている）がある。走行用のレバーは、他のレバー１０７，１０８とは独立に使用されることが多く、ここでは考慮しない。
図１７は、３関節型の掘削機の操作レバーの例である。前述したように、３関節型の掘削機では、遠くから足元まで広範囲の作業が可能であるが、これを実現するためには２関節型掘削機のブーム１０１に相当する第１ブーム１０４の他に、更に第２ブーム１０５を操作しなければならない。既に２本の操作レバー１０７，１０８には４動作が割り当てられていることから、シーソー型のペダル１０９を新設して第２ブーム１０５の操作を行っている。例えば、特開昭６２−３３９３７号公報の第４図参照。
また、３関節型の掘削機の制御装置として特開平７−１８０１７３号公報の提案がある。この提案では、２本の操作レバーをバケット先端のＸ方向及びＹ方向の移動速度をそれぞれ指示するものとし、これらの移動速度を合成した速度ベクトル信号に基づき所定の演算処理を行い、水平引き作業を行う際に、バケット先端の移動を幅広い範囲にわたって連続して制御でき、しかも所望の軌跡に沿って精度良くバケットを移動させることができるようにしている。
発明の開示
前述のように構成された３関節型掘削機の操作系では、３関節化することによって広い作業領域が得られたけれども、この領域を連続的に操作することが難しいという不具合がある。つまり、第２ブーム１０５の操作をペダル１０９によって足で行っているために、レバーを手で操作するような微妙な調整が難しく、他の第１ブーム１０４やアーム１０２、バケット１０３の操作と協調して動作させることができない。従って、ほとんどの場合、遠くの作業を行う時には第２ブーム１０５を伸ばした状態に固定し、また、近くの作業を行う時には第２ブーム１０５を縮めた状態に固定して作業を行っているのが通常である。
また、特開平７−１８０１７３号公報の制御装置では、２本の操作レバーで３関節型掘削機の第１ブーム、第２ブーム、アーム、バケットを操作せきるようにしているが、操作レバーはバケット先端のＸ方向及びＹ方向の移動速度をそれぞれ指示する特殊なものとなっており、通常の操作レバーとは大幅に操作性が異なる。このため、従来の方式に慣れているオペレータには扱いにくい。
本発明の目的は、３関節型掘削機の持つ広い作業領域を、オペレータの通常の技量の範囲で従来の２関節型の掘削機と同等の操作感覚で連続的に操作可能とする３関節型掘削機の操作制御装置を提供することである。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、掘削機本体と、掘削機本体に回動可能に取り付けられた第１アームと、第１アームに回動可能に取り付けられた第２アームと、第２アームに回動可能に取り付けられた第３アームと、第３アームに回動可能に取り付けられた掘削用バケットと、第１アームを駆動する第１アームシリンダ、第２アームを駆動する第２アームシリンダ、第３アームを駆動する第３アームシリンダ、掘削用バケットを駆動するバケットシリンダを含む油圧駆動回路とを有する３関節型掘削機に設けられ、第１操作レバーを有しその操作に応じた第１アームの速度を指令する第１アーム操作手段と、第２操作レバーを有しその操作に応じた第３アームの速度を指令する第３アーム操作手段とを備え、前記第１アーム操作手段及び第３アーム操作手段のそれぞれからの操作信号に基づいて前記油圧駆動回路の第１アームシリンダ及び第３アームシリンダを駆動する３関節型掘削機の操作制御装置において、前記第１アーム操作手段からの操作信号が示す速度指令値に第１アーム補助ゲインを乗じた第１の値と前記第３アーム操作手段からの操作信号が示す速度指令値に第３アーム補助ゲインを乗じた第２の値との演算値を第２アームの速度指令値とする第２アーム指令手段と、この第２アームの速度指令値を信号に変換する出力手段とを備え、この出力手段からの信号に基づいて前記油圧駆動回路の第２アームシリンダを駆動するものとする。
まず、従来技術について、ブームを２分割した２ピースブーム型の掘削機を例に記述を進めてきたが、アームを２分割した場合にも３関節型掘削機としての機能は同一である。そこで、説明を一般化する意味で、本願明細書中では３個の関節でそれぞれ回動する部材を、第１アーム、第２アーム、第３アームと呼ぶこととする。
本発明は、上記のように、３関節型掘削機の持つ広い作業領域を、オペレータの通常の技量の範囲で連続的に操作可能な３関節型掘削機の操作制御装置を提案するものであり。これを可能にするために、本発明では２関節症の掘削機と同様の２つの操作レバーだけで、３つの関節を操作できるようにするものである。
すなわち、３関節型掘削機においては、第１アームを上げる動作に対して第２アームを上げる動作がバケットの移動方向に関してほぼ同様の効果を持ち、また、第１アームを下げる動作に対して第２アームを下げる動作がバケットの移動方向に関してほぼ同様の効果を持つ。同様に、第３アームをダンプする動作（押し出す動作）に対して第２アームを上げる動作がバケットの移動方向に関してほぼ同様の効果を持ち、また、第３アームをクラウドする動作（引き込む動作）に対して第２アームを下げる動作がバケットの移動方向に関してほぼ同様の効果を持つ。
本発明は、この点に着目してなされたもので、従来の２関節型の掘削機と同様に、第１アームと第３アーム用の操作レバー（第１及び第２操作レバー）だけを持ち、第２アームは、第１アーム及び第３アームを補助するように働くと位置づけて、第１アーム及び第３アームの操作量にそれぞれの補助の強さを表すゲインを乗じたものの演算値、例えばそれらの和をもって第２アームの操作量としている。
このように構成することで、２関節型の掘削機と同様の操作をするだけで、バケットは２関節型の掘削機とほぼ同様の動作をし、かつ第２アームもオペレータの意志に沿った方向にバケットが向かうように伸縮するので、３関節型掘削機の特徴である広い作業範囲を従来の２関節型の掘削機と同等の操作感覚で連続的に操作することが可能となる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第２アーム指令手段は、前記第２アームの速度指令値となる演算値として、前記第１の値と第２の値の和を求める加算手段を有する。
（３）また、上記（１）において、前記第２アーム指令手段は、前記第２アームの速度指令値となる演算値として、前記第１の値と第２の値の絶対値の最大値を求める選択手段を有してもよい。
（４）上記（１）において、好ましくは、掘削機本体の置かれた面に対する第１アームの回動角度を検出する手段を更に有し、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、第１アームが掘削機本体の置かれた面に対して垂直に近づいたときに、第３アーム補助ゲインを小さくする。
第１アームが垂直に近づいた場合には、第２アームはバケットを上下に動作させることになり、操作者が第３アームを操作している時に意図している前後の動きにならない。そこで、本発明では、第１アームが垂直に近づくと、第３アーム補助ゲインを下げることで、第３アームを操作しても第２アームが動きにくくなり、これにより操作者に違和感を与えないようになる。
（５）また、上記（１）において、好ましくは、掘削機本体の置かれた面に対する第１アームの回動角度を検出する手段を更に有し、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、第１アームが掘削機本体の置かれた面に対して水平に近づいたときに、第１アーム補助ゲインを小さくする。
第１アームが水平に近づいた場合には、第２アームはバケットを前後に動作させることになり、操作者が第１アームを操作している時に意図している上下の動きにならない。そこで、本発明では、第１アームが水平に近づくと、第１アーム補助ゲインを下げることで、第１アームを操作しても第２アームが動きにくくなり、これにより操作者に違和感を与えないようになる。
（６）更に、上記（１）において、好ましくは、掘削機本体の置かれた面に対する第２アームの回動角度を検出する手段を更に有し、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、第２アームが掘削機本体の置かれた面に対して水平に近づいたときに、第３アーム補助ゲインを小さくする。
第２アームが水平に近づいた場合には、第２アームはバケットを上下に動作させることになり、操作者が第３アームを操作している時に意図している前後の動きにならない。そこで、本発明では、第２アームが水平に近づくと、第３アーム補助ゲインを下げることで、第３アームを操作しても第２アームが動きにくくなり、これにより操作者に違和感を与えないようになる。
（７）また、上記（１）において、好ましくは、第１アームシリンダのストロークを検出する手段を更に有し、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、第１アームシリンダがストロークエンドに達したとき、又はストロークエンドに近づいたときに第１アーム補助ゲインを大きくする。
このように構成した本発明では、第１アームシリンダがストロークエンドに達したとき又はストロークエンドに近づくと、第２アームが速く動くようになり、これにより第１アームシリンダのストロークエンドでバケットが急減速することを防ぎ、操作者に違和感を与えないようになる。
（８）更に、上記（１）において、好ましくは、第３アームシリンダのストロークを検出する手段を更に有し、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、第３アームシリンダがストロークエンドに達したとき、又はストロークエンドに近づいたときに第３アーム補助ゲインを大きくする。
このように構成した本発明では、第３アームシリンダがストロークエンドに達したとき又はストロークエンドに近づくと、第２アームが速く動くようになり、これはより第３アームシリンダのストロークエンドでバケットが急減速することを防ぎ、操作者に違和感を与えないようになる。
（９）また、上記（１）において、前記油圧駆動回路は前記第１アームシリンダ、第２アームシリンダ、第３アームシリンダに供給される油圧の流量をそれぞれ制御する第１流量制御弁、第２流量制御弁、第３流量制御弁を有するものである場合、好ましくは、前記第１、第２、第３流量制御弁のそれぞれに操作用のパイロット圧を導くパイロット回路を更に備え、このパイロット回路は、前記第２流量制御弁に操作パイロット圧を導く１対のパイロットラインと、この１対のパイロットラインにそれぞれ配置され、前記出力手段からの出力信号により作動する１対の比例減圧弁とを有するものとする。
このようにパイロットラインに比例減圧弁を設け、この比例減圧弁を作動させることにより、出力手段からの信号により容易に第２アームシリンダを駆動できる。
（１０）更に、上記（１）において、前記第１アーム操作手段及び第３アーム操作手段は前記操作信号として電気信号を出力する電気レバー方式である場合、好ましくは、前記第２アーム指令手段は、前記第１アーム操作手段及び第３アーム操作手段の電気信号を入力し、これらの電気信号から前記速度指令値を求める。
（１１）また、上記（１）において、前記第１アーム操作手段及び第３アーム操作手段は前記操作信号としてパイロット圧を出力する油圧パイロット方式である場合、好ましくは、前記第１アーム操作手段及び第３アーム操作手段のそれぞれのパイロット圧を検出する手段を更に備え、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、これらの信号から前記速度指令値を求める。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の適用対象である３関節型掘削機の構造を説明する図である。
図２は、本発明の一実施形態による３関節型掘削機の操作制御装置のシステム構成を油圧回路と共に示す図である。
図３は、本発明の一実施形態による３関節型掘削機の操作制御装置の操作レバー装置の操作方法を説明する図である。
図４は、本発明の一実施形態による３関節型掘削機の操作制御装置のコントローラの機能を示すブロック線図である。
図５は、補助ゲインを可変にする本発明の他の実施形態の図４と同様なブロック線図である。
図６は、補助ゲインを可変にする本発明の更に他の実施形態の図４と同様なブロック線図である。
図７は、補助ゲインを可変にする本発明の更に他の実施形態の図４と同様なブロック線図である。
図８は、補助ゲインを可変にする本発明の更に他の実施形態の図４と同様なブロック線図である。
図９は、加算器の代わりに最大値選択器を用いる本発明の他の実施形態の図４と同様なブロック線図である。
図１０は、図９に示す最大値選択器の詳細を示すブロック線部である。
図１１は、油圧パイロット方式の操作レバー装置を持つ掘削機に本発明を適用した実施形態を示す図２と同様な図である。
図１２は、図１１に示すコントローラの機能を示す図４と同様なブロック線図である。
図１３は、圧力計の代わりに差圧計を用いた実施形態を示すブロック線図である。
図１４は、従来の２関節型掘削機の構造を説明する図である。
図１５は、従来の３関節型掘削機の一例としての、２ピースブーム型掘削機の構造を説明する図である。
図１６は、従来の２関節型掘削機の操作系を説明する図である。
図１７は、従来の２ピースブーム型掘削機の操作レバー装置の操作方法を説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図４により説明する。
図１において、掘削機１の持つ作業フロント２は、それぞれ上下方向に回動可能に取り付けられた第１アーム３、第２アーム４、第３アーム５からなる３関節型であり、その基端は掘削機本体１３（上部旋回体）に支持され、その先端に掘削用バケット６が上下方向に回動可能に取り付けられている。第１アーム３は第１アームシリンダ７、第２アーム４は第２アームシリンダ８、第３アーム５は第３アームシリンダ９でそれぞれ駆動され、バケット６はバケットシリンダ１０で駆動される。
図２に油圧回路の一例を示す。図中、６０は第１アームシリンダ７、第２アームシリンダ８、第３アームシリンダ９、バケットシリンダ１０を含む油圧駆動回路であり、油圧ポンプ２０から吐出された作動油は流量制御弁２１，２２，２３，２４を介して、第１アームシリンダ７、第２アームシリンダ８、第３アームシリンダ９、バケットシリンダ１０に供給される。この他に、図示しない旋回用油圧モータ、走行用油圧モータがあり、これらも同様に接続されている。ここでは、第１アームシリンダ７について動作を説明するが、他のシリンダについても同様に動作する。
また、６１は流量制御弁２１，２２，２３，２４に操作用のパイロット圧力を導くパイロット回路であり、パイロット油圧源６２と、流量制御弁２１に設けられた１対のパイロットライン６３ａ，６３ｂ及び流量制御弁２２，２３，２４に設けられた同様なパイロットライン６４ａ，６４ｂ；６５ａ，６５ｂ；６６ａ，６６ｂ（一部のみ図示）と、パイロットライン６３ａ，６３ｂに配置された比例減圧弁２９，３０及びパイロットライン６４ａ，６４ｂ；６５ａ，６５ｂ；６６ａ，６６ｂに設けられた同様な比例減圧弁（図示せず）とで構成される。
流量制御弁２１は、非作動時にはスプリング２７，２８に支えられて中立位置にあり、各ポートはブロックされるので、第１アームシリンダ７は動かない。比例減圧弁２９，３０によって調整されたパイロット圧力が流量制御弁２１のパイロット圧力室２５，２６に導かれており、いずれかにパイロット圧力がたつと、この圧力による力とスプリング２７，２８との釣り合いの位置に弁体は変位し、その変位量に応じた流量が第１アームシリンダ７に送られ、第１アームシリンダ７は伸縮する。流量制御弁２２，２３，２４についても同様である。
比例減圧弁２９，３０及び図示しない他の比例減圧弁はコントローラ３１からの信号によって調整され、更にコントローラ３１には操作レバー装置１１，１２からの操作信号が入力されている。操作レバー装置１１，１２は操作信号として電気信号を出力する電気レバー方式であり、操作レバー装置１１，１２の操作レバー１１ａ，１２ａが操作されると、その操作量に応じて第１アームシリンダ７、第２アームシリンダ８、第３アームシリンダ９、バケットシリンダ１０を任意の速度で駆動することができる。
操作レバー装置１１，１２の操作方法の詳細を図３に示す。
図３において、バケット及び旋回に関する操作は従来の掘削機と全く同じで、右側に配置された操作レバー装置１１の操作レバー１１ａを右（ａ）方向に操作すると、操作量に応じた速度でバケット６はダンプ側（開く側）に動作する。同様に、操作レバー１１ａのを左（ｂ）方向に操作すると、操作量に応じた速度でバケット６はクラウド側（掻き込む側）に動作する。本体１３を構成する上部旋回体の旋回動作に対しては、左側に配置された操作レバー装置１２の操作レバー１２ａを前（ｇ）又は後（ｈ）を操作することで、操作量に応じた速度で上部旋回体は右旋回又は左旋回を行う。
従来、第１アーム３だけを動作させていた操作レバー装置１１の操作レバー１１ａの前後方向（ｃ，ｄ方向）は、本発明では、その操作量に応じた速度で第１アーム３を上下させるだけでなく、その操作量に第１アーム補助ゲインＫ１を乗じた値に応じた速度で第２アーム４をも動作させる。
また、従来、第３アーム５だけを動作させていた操作レバー装置１２の操作レバー１２ａの左右方向（ｆ，ｅ方向）は、本発明では、その操作量に応じた速度で第３アーム５をダンプ又はクラウドさせるだけでなく、その操作量に第３アーム補助ゲインＫ３を乗じた値に応じた速度で第２アーム４をも動作させる。
つまり、第１アーム３への速度指令値Ｘ１は操作レバー１１ａのｃ，ｄ方向の操作量によって決まり、第１アームを上げる側（ｄ側）を正、下げる側（ｃ側）を負として、第１アームの定格速度に対応するフルレバー操作時の速度指令値を１とすれば、Ｘ１は、
−１＜Ｘ１＜１
となる。
また、第３アーム５への速度指令値Ｘ３は操作レバー１２ａのｅ，ｆ方向の操作量によって決まり、第３アームのダンプ側（ｆ側）を正、クラウド側（ｅ側）を負として、第３アームの定格速度に対応するフルレバー操作時の速度指令値を１とすれば、Ｘ３は、
−１＜Ｘ３＜１
となる。
このとき、第２フレーム４に対する速度指令値Ｘ２は、第２アームの上げ側を正とすれば、
Ｘ２＝Ｋ１×Ｘ１＋Ｋ３×Ｘ３
として与えられる。
上記の動作を、コントローラ３１の機能を表現したブロック線図として示したのが図４である。
図４において、操作レバー装置１１で与えられる第１アーム３への操作信号、及び操作レバー装置１２で与えられる第３アーム５への操作信号は、それぞれコントローラ３１に設けられた速度指令値関数３２，３３に導かれ、第１アーム及び第３アームの速度指令値Ｘ１，Ｘ３に変換される。速度指令関数３２，３３は主に中立付近に不感帯を与えたり、操作レバー１１ａ，１１ｂの操作量とアクチュエータの速度指令値との間に直線的でない関係を付与するためのものであり、場合によっては省略できる。
第２アームの速度指令値Ｘ２は、第１アーム及び第３アームの速度指令値Ｘ１，Ｘ３とコントローラ３１に予め記憶してあるブロック５０，５１に示す第１アーム補助ゲインＫ１及び第３アーム補助ゲインＫ３とから、乗算器４０，４１と加算器４２とによって、上述した考え方によって、
Ｘ２＝Ｋ１×Ｘ１＋Ｋ３×Ｘ３
として得られる。
３４〜３９は、飽和関数である。第１アーム３の動作に関して飽和関数３４，３５の働きを説明する。
第１アーム速度指令値Ｘ１は、コントローラ３１の内部では、上げ側を正、下げ側を負とする１つの値で表している。これに対し実際の油圧回路では、第１アーム上げの場合には比例減圧弁３０を励磁し、下げの場合には比例減圧弁２９を励磁する必要がある。この変換を行うために飽和関数が使われる。即ち、第１アーム速度指令値Ｘ１が正の場合、飽和関数３４はその指令値をそのまま比例減圧弁３０に送出するが、飽和関数３５によって、比例減圧弁２９には信号が送出されない（０が送出される）。
また、第１アーム速度指令値Ｘ１が負の場合、飽和関数３５はその指令値の正負は反転させるが、大きさはそのまま比例減圧弁２９に送出する。この時、飽和関数３４によって、比例減圧弁３０には信号が送出されない（０が送出される）。
飽和関数３６，３７；３８，３９についても同様であり、それぞれ第２アーム速度指令値Ｘ２，第３アーム速度指令値Ｘ３の正負に応じて比例減圧弁６７又は６９；６９又は７０に信号が送出される。比例減圧弁６７又は６８；６９又は７０は図２に示すパイロットライン６４ａ，６４ｂ；６５ａ，６５ｂに配置される、図２には図示しなかった比例減圧弁である。
以上のように構成した本実施形態の動作を説明する。以下の動作では、例えば、Ｋ１＝Ｋ２＝０．５が設定されている場合を考える。
第１アーム３を上げようとして操作レバー１１ａをｄ方向にフル操作すると、Ｘ１＝１となり、第１アーム３が上げ方向に定格速度で動作するとともに、第２アーム４の指令値がＸ２＝０．５となるので、これを補助するように第２アーム４も上げ方向に定格速度の半分の速度で動くことになる。第１アーム３を下げようとして操作レバー１１ａがｃ方向にフル操作された場合には、Ｘ１＝−１、Ｘ２＝−０．５となるので、第１アームが定格速度で下がるのを補助するように、第２アーム４も定格速度の半分の速度で下げ方向に動く。
次に、第３アーム５をダンプしようとして操作レバー１２ａをｆ方向にフル操作すると、Ｘ３＝１となり、第３アーム５がダンプ方向に定格速度で動作するとともに、第２アーム４の指令値がＸ２＝０．５となるので、これを補助するように第２アーム４も上げ方向に定格速度の半分の速度で動くことになる。第３アーム５をクラウドさせようとして操作レバー１２ａがｅ方向にフル操作された場合には、Ｘ３＝−１、Ｘ２＝−０．５となるので、第３アーム５が定格速度でクラウドするのを補助するように、第２アーム５も定格速度の半分の速度で下げ方向に動く。
更に、第１アーム３の上げ及び第３アーム５のダンプを行う操作レバー１１ａのｄ方向のフル操作及び操作レバー１２ａのｆ方向のフル操作が同時に行われた場合には、Ｘ１＝１、Ｘ３＝１となるので、Ｘ２＝１となり、全てのアームが関節を開く方向に定格速度で動くことになる。
また、第１アーム３の上げ及び第３アーム５のクラウドを行う操作レバー１１ａのｄ方向のフル操作及び操作レバー１２ａのｅ方向のフル操作が同時に行われた場合には、Ｘ１＝１、Ｘ３＝−１となるので、Ｘ２＝０となり、この場合には第２アーム４は動かない。これは、第１アーム３には関節を開く方向に指示が出されているのに対し、第３アーム５には関節を閉じるように指示が出されたために、双方を補助しようとする第２アーム４の動作が相殺されてしまうからである。
以上のように、本実施形態によれば、３関節型の掘削機に対して、従来の２関節型の掘削機と同様の２本の操作レバー１１ａ，１２ａで第２アーム４を含む３関節を、オペレータに違和感を与えずに動作させることが可能であり、３関節型の掘削機の特徴である広い作業範囲を従来の２関節型の掘削機と同等の操作感覚で連続的に操作することができる。
なお、以上では、補助ゲインＫ１，Ｋ３が０．５の場合を説明したが、この値は作業の状況やオペレータの好みによって任意の値をとることができる。例えば補助ゲインが大きいほど広い作業領域内を機敏に動作できるし、逆に補助ゲインが小さいほど従来の掘削機の操作感覚に近い操作を行うことができる。
また、この例では第１アーム補助ゲインＫ１と第３アーム補助ゲインＫ３とが等しい場合を説明したが、掘削機の使われ方やオペレータの好みによっては異なった値をとっても良い。例えば、第３アーム側が従来の動きに近い動作をして欲しいならば、第３アーム補助ゲインＫ３を小さく設定したり、その逆も可能である。
更に、第１アーム補助ゲインＫ１と第３アーム補助ゲインＫ３の設定の方法については、以下に述べるように、変化する値とすることも可能である。
従来、一般的に使われている、図１４に示すような２関節型の掘削機では、その構造から、ブーム１０１は、バケット１０３の位置を上下に移動させたい時に使う場合が多い。また、アーム１０２は、バケット１０３の位置を前後（手前／遠ざける）に移動させたいときに使う場合が多い。このような使い方に対する違和感をより少なくする方法として、作業フロントの姿勢に応じて補助ゲインＫ１，Ｋ３を変化させることも有効である。
図５に、補助ゲインＫ３を可変にした実施形態を示す。第１アーム３と本体１３との間の回動支点にポテンショメータからなる第１アーム角度検出センサ４３を設けて（図１参照）、この信号をコントローラ３１Ａに導き（図２参照）、関数４４によって、例えば通常０．５程度に設定してある第３アーム補助ゲインＫ３を掘削機本体１３が置かれた面に対する第１アーム３の角度が９０度に近づくにしたがって徐々に小さくなるようにし、これをブロック５１Ａの値とする。
このように構成された実施形態では、第１アーム３が垂直に近づくと、第３アーム５を操作しても第２アーム４が動きにくくなる。これは、第３アーム５は２関節型掘削機のアーム１０２の操作レバーを操作したのと同様に動作するようにするためであり、つまり、バケット位置を前後に動作させようという操作者の意志を反映した動作をさせるためである。つまり、第１アーム３が垂直に近づいた場合には、第２アーム４はバケット６を上下に動作させることになり、操作者が第３アーム５を操作している時に意図している前後の動きにならないので、ゲインＫ３を下げることでその動作を抑制し、操作者に違和感を与えないようにするものである。
第１アーム角度検出センサ４３は、第１アーム３と本体１３との間の回動支点にポテンションメータを設け、第１アーム角度を検出するとしたが、第１アームシリンダ７のストロークを検出する位置検出装置を設け、幾何学的関係から所望の角度を演算してもよい。
図６は、補助ゲインＫ１を可変にした実施形態を示す。図５の実施形態と同様に第１アーム角度検出センサ４３を設けて、この信号をコントローラ３１Ｂに導き（図２参照）、関数４５によって、例えば通常０．５程度に設定してある第１アーム補助ゲインＫ１を掘削機本体１３が置かれた面に対する第１アーム３の角度が０度に近づくにしたがって徐々に小さくなるようにし、これをブロック５０Ａの値とする。
このように構成された実施形態では、第１アーム３が水平に近づくと、第１アーム３を操作しても第２アーム４が動きにくくなる。これは、第１アーム３は２関節型掘削機のブーム１０１の操作レバーを操作したのと同様に動作するようにするためであり、つまり、バケット位置を上下に動作させようという操作者の意志を反映した動作をさせるためである。つまり、第１アーム３が水平に近づいた場合には、第２アーム４はバケット６を前後に動作させることになり、操作者が第１アーム３を操作している時に意図している上下の動きにならないので、ゲインＫ１を下げることでその動作を抑制し、操作者に違和感を与えないようにするものである。
図７は、補助ゲインＫ３を可変にした別の実施形態を示す。図５の実施形態と同様に第１アーム角度検出センサ４３を設けるとともに、第１アーム３と第２アーム４との間の回動支点に第１アーム３に対する第２アーム４の相対角度を検出するポテンショメータからなる角度検出センサ４６を設けて（図１参照）、これらの信号をコントローラ３１Ｃに導き（図２参照）、第２アーム絶対角度演算部４７によって掘削機本体１３に対する第２アーム４の絶対角度を演算する。この第２アームの絶対角度は関数４５に導かれる。関数４５では、例えば通常０．５程度に設定してある第３アーム補助ゲインＫ３を掘削機本体１３が置かれた面に対する第２アーム４の角度（第２アーム絶対角度）が０度に近づいた時に徐々に小さくなるようにし、これをブロック５１Ａの値とする。
このように構成された実施形態では、第２アーム４が水平に近づくと、第３アーム５を操作しても第２アーム４が動きにくくなる。これは、第３アーム５は２関節型掘削機のアーム１０２の操作レバーを操作したのと同様に動作するようにするためであり、つまり、バケット位置を前後に動作させようという操作者の意志を反映した動作をさせるためである。つまり、第２アーム４が水平に近づいた場合には、第２アーム４はバケット６を上下に動作させることになり、操作者が第３アーム５を操作している時に意図している前後の動きにならないので、ゲインＫ３を下げることでその動作を制御し、操作者に違和感を与えないようにするものである。
第２アームの絶対角度は、第１アーム３と本体１３との間の相対角度と、第２アームと第１アームとの相対角度を検出して、幾何学的関係から演算手段で求める方式を示したが、第２アーム４に傾斜センサを設けて、直接、対地角度を検出してもよい。
図８は、補助ゲインＫ１を可変にした別の実施形態を示す。第１アームシリンダ７のストロークを検出するセンサ４８を設けて（図１参照）、この信号をコントローラ３１Ｄに導き（図２参照）、関数４９によって、例えば通常０．５程度に設定してある第１アーム補助ゲインＫ１を、第１アームシリンダ７が最長または最短のストロークエンドに近づいた時に急に大きくなるようにし、これをブロック５０Ａの値とする。
このように構成された実施形態では、第１アームシリンダ７がスロトークエンドに近づくと、急に第２アーム４が速く動くようになる。これは、操作レバー１１ａを操作して第１アーム３が指令値Ｘ１の速度で動作しかつ第３アーム４が指令値Ｘ１に第１アーム補助ゲインＫ１を乗じた速度で動作している時に、第１アームシリンダ７がストロークエンドに達して急停止した場合に、バケット６の動作は急減速するが、このような操作者が意図しないような動作を緩和させるためである。つまり、第１アームシリンダ７がストロークエンドで停止した場合には、ゲインＫ１を大きくして第２アーム４を加速することで、バケット６が急減速することを防ぎ、操作者に違和感を与えないようにするものである。
第１アームシリンダ７のストロークを検出するセンサ４８は、シリンダの長さを検出するセンサを設けることを想定して説明したが、第１アーム３と本体１３との間の回動支点に図１に示したようにポテンショメータ４３を設けて角度を検出して、幾何学的関係からそのときのストロークを演算してもよい。
また、第１アームシリンダ７のストロークエンドのみを検出するリミットスイッチを設けて、スイッチが切り替わった時に第１補助ゲインを大きくしてもよい。
更に、図８の実施形態では、第１アームシリンダ７がストロークエンドに近づいたとき又はストロークエンドに達したときにゲインＫ１を大きくし第２アーム４を加速する場合について説明したが、第２アームシリンダ９のストロークを検出する同様なセンサ４９を設け（図１参照）、第３アームシリンダ９がストロークエンドに近づいたとき又はストロークエンドに達したときにゲインＫ３を大きくし第２アーム４を加速することで、バケット６の急減速を防止するようにしても良い。
図９及び図１０は指令値Ｘ１に補助ゲインＫ１を乗じた値と指令値Ｘ３に補助ゲインＫ３を乗じた値から第２アーム４の指令値Ｘ２を算出するのに加算器４２を用いない実施形態を示す。
乗算器４０，４１の出力は最大値選択器４２Ａに与えられる。最大値選択器４２Ａは、図１０に示すように、スイッチ切換部７５とスイッチ７６，７７と加算器７８とで構成され、スイッチ切換部７５は、絶対値演算器７５ａ，７５ｂと減算器７５ｃと切換信号演算器７５ｄ，７５ｅとからなっている。乗算器４０，４１で計算された値Ｋ１Ｘ１，Ｋ３Ｘ３はそれぞれ演算器７５ａ，７５ｂで絶対値｜Ｋ１Ｘ１｜及び｜Ｋ３Ｘ３｜が取られ、減算器７５ｃでΔＫＸ＝｜Ｋ１Ｘ１｜−｜Ｋ３Ｘ３｜を計算し、ΔＫＸが０又は正の時は演算器７５ｄよりＯＮ信号がスイッチ７６に与えられ、ΔＫＸが負の時は演算器７５ｅよりＯＮ信号がスイッチ７７に与えられる。これにより、｜Ｋ１Ｘ１｜≧｜Ｋ３Ｘ３｜の時はスイッチ７６、加算器７８により第２アームの速度指令値Ｘ２がＸ２＝Ｋ１Ｘ１として得られ、｜Ｋ１Ｘ１｜＜｜Ｋ３Ｘ３｜の時はスイッチ７７、加算器７８により第２アームの速度指令値Ｘ２がＸ２＝Ｋ３Ｘ３として得られる。
このように第２アームの速度指令値として、｜Ｋ１Ｘ１｜及び｜Ｋ３Ｘ３｜の最大値を求めることによってもＫ１Ｘ１とＫ３Ｘ３の和を演算するのとほぼ同様の動きが得られ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図１１及び図１２は油圧パイロット方式の操作レバー装置を持つ掘削器に本発明を適用した実施形態を示す。図中、図２〜図４に示す部材又は機能と同等のものには同じ符号を付している。
図１１において、１１Ａ，１１Ｂは流量制御弁２１，２３に対する操作信号としてパイロット圧Ｐｃ，Ｐｄ；Ｐｆ，Ｐｅを出力する油圧パイロット方式の操作レバー装置であり、操作レバー装置１１Ａ，１１Ｂより出力されたパイロット圧Ｐｃ，Ｐｄ；Ｐｆ，Ｐｅはパイロットライン６３ａ又は６３ｂ，６５ａ又は６５ｂを介して流量制御弁２１，２３のパイロット圧力室２５，２６に導かれ、流量制御弁２１，２３を切り換え操作する。流量制御弁２４のパイロットライン６６ａ，６６ｂにも同様な油圧パイロット方式の操作レバー装置（図示せず）が設けられている。また、パイロットライン６３ａ，６３ｂ；６５ａ，６５ｂには第１の実施形態のような比例減圧弁は設けられておらず、第２アーム４用のパイロットライン６４ａ，６４ｂのみに比例減圧弁６７，６８が設けられている。
操作レバー装置１１Ａ，１１Ｂの操作方法は図３に示した第１の実施形態のものと同じであり、操作レバー１１ａのｃ方向が第１アーム下げ及び第２アーム下げ、ｄ方向が第１アーム上げ及び第２アーム上げであり、操作レバー１２ａのｆ方向が第３アームダンプ及び第２アーム上げ、ｅ方向が第３アームクラウド及び第２アーム下げである。
パイロットライン６３ａ，６３ｂ；６５ａ，６５ｂには圧力センサ８０，８１，８２，８３が接続され、コントローラ３１Ｅにはこれら圧力センサからの検出信号が入力されている。
コントローラ３１Ｅの処理機能を図１２に示す。圧力センサ８０，８１及び８２，８３からの検出信号はそれぞれ減算器８４，８５を介して乗算器４０，４１に導かれる。減算器８４，８５はそれぞれ圧力センサ８０，８１及び８２，８３の検出信号から第１の実施形態の第１アーム速度指令値Ｘ１、第３アームの速度指令値Ｘ３と等価な指令値を得るためのである。即ち、圧力センサ８０で検出された第１アーム下げ側（ｃ側）のパイロット圧Ｐｃは減算器８４により負の値として取り込まれ、圧力センサ８１で検出された第１アーム上げ側（ｄ）のパイロット圧Ｐｄは減算器８４により正の値として取り込まれ、第１アーム上げ方向を正、下げ方向を負とした速度指令値Ｘ１が得られる。また、圧力センサ８２により検出された第３アームのダンプ側（ｆ側）のパイロット圧Ｐｆは減算器８５により正の値として取り込まれ、圧力センサ８３により検出された第３アームのクラウド側（ｅ側）のパイロット圧Ｐｅは減算器８５により負の値として取り込まれ、第３アームのダンプ方向を正、クラウド方向を負とした速度指令値Ｘ３が得られる。
なお、圧力センサ８０，８１及び８２，８３に代え図１３に示す差圧センサ８６，８７を用いてもよく、この場合は差圧センサ８６，８７の検出信号をそのまま第１アーム速度指令値Ｘ１、第３アームの速度指令値Ｘ３として使用できる。
乗算器４０，４１以降の処理は図４に示した第１の実施形態と同じである。即ち、第２アームの速度指令値Ｘ２は、第１アーム及び第３アームの速度指令値Ｘ１，Ｘ３とコントローラ３１Ｅに予め記憶してあるブロック５０，５１に示す第１アーム補助ゲインＫ１及び第３アーム補助ゲインＫ３とから、乗算器４０，４１と加算器４２とによって、
Ｘ２＝Ｋ１×Ｘ１＋Ｋ３×Ｘ３
として得られる。
第２アーム速度指令値Ｘ２が正の場合、飽和関数３６はその指令値をそのまま比例減圧弁６７に送出するが、飽和関数３７によって、比例減圧弁６８には信号が送出されない（０が送出される）。第２アーム速度指令値Ｘ２が負の場合、飽和関数３７はその指令値の正負を反転させるが、大きさはそのままに比例減圧弁６８に送出する。この時、飽和関数３６によって、比例減圧弁６７には信号が送出されない（０が送出される）。
以上のように構成した本実施形態の動作は、第１アーム３用の流量制御弁２１、第３アーム５用の流量制御弁２３が油圧パイロット方式の操作レバー装置１１Ａ，１２Ａより出力されたパイロット圧で直接駆動される点を除いて、第１の実施形態と同じである。従って、本実施形態によっても、３関節型の掘削機に対して、従来の２関節型の掘削機と同様の２本の操作レバー１１ａ，１２ａで第２アーム４を含む３関節を、オペレータに違和感を与えずに動作させることが可能であり、３関節型の掘削機の特徴である広い作業範囲を従来の２関節型の掘削機と同等の操作感覚で連続的に操作することができる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、３関節型の掘削機に対して、従来の２関節型の掘削機と同様の２本の操作レバーで第２アームを含む３関節を、オペレータに違和感を与えずに動作させることが可能であり、３関節型の掘削機の特徴である広い作業範囲を従来の２関節型の掘削機と同等の操作感覚で連続的に操作することができる。
本発明は、３関節型、すなわち掘削用バケットを除いて３個の関節とアームとを有する掘削機の操作制御装置に係わり、特に、従来の２関節型の掘削機と同様の操作手段を用いて、３関節型掘削機としての利点を利用可能な操作制御装置に関する。
背景技術
従来の一般的な掘削機の構造を図１４に示す。作業フロント１００はブーム１０１及びアーム１０２の２つで構成され、掘削作業を行うバケット１０３がこの先端に設けられている。作業の主体であるバケット１０３の位置決めが、ブーム１０１、アーム１０２という回動可能な２つの構造要素によって行われているので、２関節型の掘削機と称する。
これに対し、近年２ピースブーム型と呼ばれる掘削機が使われている。これを図１５に示す。２ピースブーム型の掘削機は、図１４に示した一般的な掘削機に対して、作業フロント１００Ａのブーム１０１を２分割して第１ブーム１０４及び第２ブーム１０５としたもので、バケット１０３の位置決めに関与する関節の数から３関節型の掘削機と呼ぶこととする。
３関節型の掘削機は、２関節型の掘削機では難しかった掘削機の足元の作業を行えるという利点を持っている。即ち、２関節型の掘削機でも、図１４に示すような姿勢をとることで足元迄バケット１０３を持ってくることが可能であるが、このようにアーム１０２が水平になった状態では掘削作業はできない。これに対し、３関節型の掘削機では、図１５に示すようにアーム１０２をほぼ垂直にした状態でバケット１０３を足元に持ってくることができ、これによって足元の作業が可能となる。また、足元から遠く離れた位置の作業に対しても、第１ブーム１０４と第２ブーム１０５とを垂直に近く伸ばすことによって、２関節型の掘削機に比べてより遠くまで作業することが可能である。
３関節型の掘削機の別の利点として、旋回半径を小さくできることがある。掘削した土砂をダンプカー等に積み込むために上部旋回体１０６を旋回して作業フロント１００Ａの向きを変えるが、この時、２関節型の掘削機ではブーム１０１の全長がネックとなって旋回に必要な半径を小さくすることが難しい。３関節型の掘削機の場合には、第１ブーム１０４をほぼ垂直に起こし、第２ブーム１０５をほぼ水平に寝かせることで、旋回に必要な半径を小さくすることが可能で、狭溢な工事現場での作業に有利となる。
次に、従来の操作方式について述べる。図１６に、一般的な２関節型の掘削機の操作レバーの例を示す。通常の掘削作業においては、ブーム・アーム・バケット・旋回の４動作が頻繁に、かつ複合的に操作される。これらの４動作が２本の操作レバー１０７，１０８に２動作ずつ割り当てられており、オペレータは左右の手でそれぞれのレバーを操作することで掘削作業を行う。この他の操作レバーとして、（図示しない）走行用レバー（通常ペダルも付加されている）がある。走行用のレバーは、他のレバー１０７，１０８とは独立に使用されることが多く、ここでは考慮しない。
図１７は、３関節型の掘削機の操作レバーの例である。前述したように、３関節型の掘削機では、遠くから足元まで広範囲の作業が可能であるが、これを実現するためには２関節型掘削機のブーム１０１に相当する第１ブーム１０４の他に、更に第２ブーム１０５を操作しなければならない。既に２本の操作レバー１０７，１０８には４動作が割り当てられていることから、シーソー型のペダル１０９を新設して第２ブーム１０５の操作を行っている。例えば、特開昭６２−３３９３７号公報の第４図参照。
また、３関節型の掘削機の制御装置として特開平７−１８０１７３号公報の提案がある。この提案では、２本の操作レバーをバケット先端のＸ方向及びＹ方向の移動速度をそれぞれ指示するものとし、これらの移動速度を合成した速度ベクトル信号に基づき所定の演算処理を行い、水平引き作業を行う際に、バケット先端の移動を幅広い範囲にわたって連続して制御でき、しかも所望の軌跡に沿って精度良くバケットを移動させることができるようにしている。
発明の開示
前述のように構成された３関節型掘削機の操作系では、３関節化することによって広い作業領域が得られたけれども、この領域を連続的に操作することが難しいという不具合がある。つまり、第２ブーム１０５の操作をペダル１０９によって足で行っているために、レバーを手で操作するような微妙な調整が難しく、他の第１ブーム１０４やアーム１０２、バケット１０３の操作と協調して動作させることができない。従って、ほとんどの場合、遠くの作業を行う時には第２ブーム１０５を伸ばした状態に固定し、また、近くの作業を行う時には第２ブーム１０５を縮めた状態に固定して作業を行っているのが通常である。
また、特開平７−１８０１７３号公報の制御装置では、２本の操作レバーで３関節型掘削機の第１ブーム、第２ブーム、アーム、バケットを操作せきるようにしているが、操作レバーはバケット先端のＸ方向及びＹ方向の移動速度をそれぞれ指示する特殊なものとなっており、通常の操作レバーとは大幅に操作性が異なる。このため、従来の方式に慣れているオペレータには扱いにくい。
本発明の目的は、３関節型掘削機の持つ広い作業領域を、オペレータの通常の技量の範囲で従来の２関節型の掘削機と同等の操作感覚で連続的に操作可能とする３関節型掘削機の操作制御装置を提供することである。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、掘削機本体と、掘削機本体に回動可能に取り付けられた第１アームと、第１アームに回動可能に取り付けられた第２アームと、第２アームに回動可能に取り付けられた第３アームと、第３アームに回動可能に取り付けられた掘削用バケットと、第１アームを駆動する第１アームシリンダ、第２アームを駆動する第２アームシリンダ、第３アームを駆動する第３アームシリンダ、掘削用バケットを駆動するバケットシリンダを含む油圧駆動回路とを有する３関節型掘削機に設けられ、第１操作レバーを有しその操作に応じた第１アームの速度を指令する第１アーム操作手段と、第２操作レバーを有しその操作に応じた第３アームの速度を指令する第３アーム操作手段とを備え、前記第１アーム操作手段及び第３アーム操作手段のそれぞれからの操作信号に基づいて前記油圧駆動回路の第１アームシリンダ及び第３アームシリンダを駆動する３関節型掘削機の操作制御装置において、前記第１アーム操作手段からの操作信号が示す速度指令値に第１アーム補助ゲインを乗じた第１の値と前記第３アーム操作手段からの操作信号が示す速度指令値に第３アーム補助ゲインを乗じた第２の値との演算値を第２アームの速度指令値とする第２アーム指令手段と、この第２アームの速度指令値を信号に変換する出力手段とを備え、この出力手段からの信号に基づいて前記油圧駆動回路の第２アームシリンダを駆動するものとする。
まず、従来技術について、ブームを２分割した２ピースブーム型の掘削機を例に記述を進めてきたが、アームを２分割した場合にも３関節型掘削機としての機能は同一である。そこで、説明を一般化する意味で、本願明細書中では３個の関節でそれぞれ回動する部材を、第１アーム、第２アーム、第３アームと呼ぶこととする。
本発明は、上記のように、３関節型掘削機の持つ広い作業領域を、オペレータの通常の技量の範囲で連続的に操作可能な３関節型掘削機の操作制御装置を提案するものであり。これを可能にするために、本発明では２関節症の掘削機と同様の２つの操作レバーだけで、３つの関節を操作できるようにするものである。
すなわち、３関節型掘削機においては、第１アームを上げる動作に対して第２アームを上げる動作がバケットの移動方向に関してほぼ同様の効果を持ち、また、第１アームを下げる動作に対して第２アームを下げる動作がバケットの移動方向に関してほぼ同様の効果を持つ。同様に、第３アームをダンプする動作（押し出す動作）に対して第２アームを上げる動作がバケットの移動方向に関してほぼ同様の効果を持ち、また、第３アームをクラウドする動作（引き込む動作）に対して第２アームを下げる動作がバケットの移動方向に関してほぼ同様の効果を持つ。
本発明は、この点に着目してなされたもので、従来の２関節型の掘削機と同様に、第１アームと第３アーム用の操作レバー（第１及び第２操作レバー）だけを持ち、第２アームは、第１アーム及び第３アームを補助するように働くと位置づけて、第１アーム及び第３アームの操作量にそれぞれの補助の強さを表すゲインを乗じたものの演算値、例えばそれらの和をもって第２アームの操作量としている。
このように構成することで、２関節型の掘削機と同様の操作をするだけで、バケットは２関節型の掘削機とほぼ同様の動作をし、かつ第２アームもオペレータの意志に沿った方向にバケットが向かうように伸縮するので、３関節型掘削機の特徴である広い作業範囲を従来の２関節型の掘削機と同等の操作感覚で連続的に操作することが可能となる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第２アーム指令手段は、前記第２アームの速度指令値となる演算値として、前記第１の値と第２の値の和を求める加算手段を有する。
（３）また、上記（１）において、前記第２アーム指令手段は、前記第２アームの速度指令値となる演算値として、前記第１の値と第２の値の絶対値の最大値を求める選択手段を有してもよい。
（４）上記（１）において、好ましくは、掘削機本体の置かれた面に対する第１アームの回動角度を検出する手段を更に有し、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、第１アームが掘削機本体の置かれた面に対して垂直に近づいたときに、第３アーム補助ゲインを小さくする。
第１アームが垂直に近づいた場合には、第２アームはバケットを上下に動作させることになり、操作者が第３アームを操作している時に意図している前後の動きにならない。そこで、本発明では、第１アームが垂直に近づくと、第３アーム補助ゲインを下げることで、第３アームを操作しても第２アームが動きにくくなり、これにより操作者に違和感を与えないようになる。
（５）また、上記（１）において、好ましくは、掘削機本体の置かれた面に対する第１アームの回動角度を検出する手段を更に有し、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、第１アームが掘削機本体の置かれた面に対して水平に近づいたときに、第１アーム補助ゲインを小さくする。
第１アームが水平に近づいた場合には、第２アームはバケットを前後に動作させることになり、操作者が第１アームを操作している時に意図している上下の動きにならない。そこで、本発明では、第１アームが水平に近づくと、第１アーム補助ゲインを下げることで、第１アームを操作しても第２アームが動きにくくなり、これにより操作者に違和感を与えないようになる。
（６）更に、上記（１）において、好ましくは、掘削機本体の置かれた面に対する第２アームの回動角度を検出する手段を更に有し、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、第２アームが掘削機本体の置かれた面に対して水平に近づいたときに、第３アーム補助ゲインを小さくする。
第２アームが水平に近づいた場合には、第２アームはバケットを上下に動作させることになり、操作者が第３アームを操作している時に意図している前後の動きにならない。そこで、本発明では、第２アームが水平に近づくと、第３アーム補助ゲインを下げることで、第３アームを操作しても第２アームが動きにくくなり、これにより操作者に違和感を与えないようになる。
（７）また、上記（１）において、好ましくは、第１アームシリンダのストロークを検出する手段を更に有し、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、第１アームシリンダがストロークエンドに達したとき、又はストロークエンドに近づいたときに第１アーム補助ゲインを大きくする。
このように構成した本発明では、第１アームシリンダがストロークエンドに達したとき又はストロークエンドに近づくと、第２アームが速く動くようになり、これにより第１アームシリンダのストロークエンドでバケットが急減速することを防ぎ、操作者に違和感を与えないようになる。
（８）更に、上記（１）において、好ましくは、第３アームシリンダのストロークを検出する手段を更に有し、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、第３アームシリンダがストロークエンドに達したとき、又はストロークエンドに近づいたときに第３アーム補助ゲインを大きくする。
このように構成した本発明では、第３アームシリンダがストロークエンドに達したとき又はストロークエンドに近づくと、第２アームが速く動くようになり、これはより第３アームシリンダのストロークエンドでバケットが急減速することを防ぎ、操作者に違和感を与えないようになる。
（９）また、上記（１）において、前記油圧駆動回路は前記第１アームシリンダ、第２アームシリンダ、第３アームシリンダに供給される油圧の流量をそれぞれ制御する第１流量制御弁、第２流量制御弁、第３流量制御弁を有するものである場合、好ましくは、前記第１、第２、第３流量制御弁のそれぞれに操作用のパイロット圧を導くパイロット回路を更に備え、このパイロット回路は、前記第２流量制御弁に操作パイロット圧を導く１対のパイロットラインと、この１対のパイロットラインにそれぞれ配置され、前記出力手段からの出力信号により作動する１対の比例減圧弁とを有するものとする。
このようにパイロットラインに比例減圧弁を設け、この比例減圧弁を作動させることにより、出力手段からの信号により容易に第２アームシリンダを駆動できる。
（１０）更に、上記（１）において、前記第１アーム操作手段及び第３アーム操作手段は前記操作信号として電気信号を出力する電気レバー方式である場合、好ましくは、前記第２アーム指令手段は、前記第１アーム操作手段及び第３アーム操作手段の電気信号を入力し、これらの電気信号から前記速度指令値を求める。
（１１）また、上記（１）において、前記第１アーム操作手段及び第３アーム操作手段は前記操作信号としてパイロット圧を出力する油圧パイロット方式である場合、好ましくは、前記第１アーム操作手段及び第３アーム操作手段のそれぞれのパイロット圧を検出する手段を更に備え、前記第２アーム指令手段は、前記検出手段からの信号を入力し、これらの信号から前記速度指令値を求める。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の適用対象である３関節型掘削機の構造を説明する図である。
図２は、本発明の一実施形態による３関節型掘削機の操作制御装置のシステム構成を油圧回路と共に示す図である。
図３は、本発明の一実施形態による３関節型掘削機の操作制御装置の操作レバー装置の操作方法を説明する図である。
図４は、本発明の一実施形態による３関節型掘削機の操作制御装置のコントローラの機能を示すブロック線図である。
図５は、補助ゲインを可変にする本発明の他の実施形態の図４と同様なブロック線図である。
図６は、補助ゲインを可変にする本発明の更に他の実施形態の図４と同様なブロック線図である。
図７は、補助ゲインを可変にする本発明の更に他の実施形態の図４と同様なブロック線図である。
図８は、補助ゲインを可変にする本発明の更に他の実施形態の図４と同様なブロック線図である。
図９は、加算器の代わりに最大値選択器を用いる本発明の他の実施形態の図４と同様なブロック線図である。
図１０は、図９に示す最大値選択器の詳細を示すブロック線部である。
図１１は、油圧パイロット方式の操作レバー装置を持つ掘削機に本発明を適用した実施形態を示す図２と同様な図である。
図１２は、図１１に示すコントローラの機能を示す図４と同様なブロック線図である。
図１３は、圧力計の代わりに差圧計を用いた実施形態を示すブロック線図である。
図１４は、従来の２関節型掘削機の構造を説明する図である。
図１５は、従来の３関節型掘削機の一例としての、２ピースブーム型掘削機の構造を説明する図である。
図１６は、従来の２関節型掘削機の操作系を説明する図である。
図１７は、従来の２ピースブーム型掘削機の操作レバー装置の操作方法を説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図４により説明する。
図１において、掘削機１の持つ作業フロント２は、それぞれ上下方向に回動可能に取り付けられた第１アーム３、第２アーム４、第３アーム５からなる３関節型であり、その基端は掘削機本体１３（上部旋回体）に支持され、その先端に掘削用バケット６が上下方向に回動可能に取り付けられている。第１アーム３は第１アームシリンダ７、第２アーム４は第２アームシリンダ８、第３アーム５は第３アームシリンダ９でそれぞれ駆動され、バケット６はバケットシリンダ１０で駆動される。
図２に油圧回路の一例を示す。図中、６０は第１アームシリンダ７、第２アームシリンダ８、第３アームシリンダ９、バケットシリンダ１０を含む油圧駆動回路であり、油圧ポンプ２０から吐出された作動油は流量制御弁２１，２２，２３，２４を介して、第１アームシリンダ７、第２アームシリンダ８、第３アームシリンダ９、バケットシリンダ１０に供給される。この他に、図示しない旋回用油圧モータ、走行用油圧モータがあり、これらも同様に接続されている。ここでは、第１アームシリンダ７について動作を説明するが、他のシリンダについても同様に動作する。
また、６１は流量制御弁２１，２２，２３，２４に操作用のパイロット圧力を導くパイロット回路であり、パイロット油圧源６２と、流量制御弁２１に設けられた１対のパイロットライン６３ａ，６３ｂ及び流量制御弁２２，２３，２４に設けられた同様なパイロットライン６４ａ，６４ｂ；６５ａ，６５ｂ；６６ａ，６６ｂ（一部のみ図示）と、パイロットライン６３ａ，６３ｂに配置された比例減圧弁２９，３０及びパイロットライン６４ａ，６４ｂ；６５ａ，６５ｂ；６６ａ，６６ｂに設けられた同様な比例減圧弁（図示せず）とで構成される。
流量制御弁２１は、非作動時にはスプリング２７，２８に支えられて中立位置にあり、各ポートはブロックされるので、第１アームシリンダ７は動かない。比例減圧弁２９，３０によって調整されたパイロット圧力が流量制御弁２１のパイロット圧力室２５，２６に導かれており、いずれかにパイロット圧力がたつと、この圧力による力とスプリング２７，２８との釣り合いの位置に弁体は変位し、その変位量に応じた流量が第１アームシリンダ７に送られ、第１アームシリンダ７は伸縮する。流量制御弁２２，２３，２４についても同様である。
比例減圧弁２９，３０及び図示しない他の比例減圧弁はコントローラ３１からの信号によって調整され、更にコントローラ３１には操作レバー装置１１，１２からの操作信号が入力されている。操作レバー装置１１，１２は操作信号として電気信号を出力する電気レバー方式であり、操作レバー装置１１，１２の操作レバー１１ａ，１２ａが操作されると、その操作量に応じて第１アームシリンダ７、第２アームシリンダ８、第３アームシリンダ９、バケットシリンダ１０を任意の速度で駆動することができる。
操作レバー装置１１，１２の操作方法の詳細を図３に示す。
図３において、バケット及び旋回に関する操作は従来の掘削機と全く同じで、右側に配置された操作レバー装置１１の操作レバー１１ａを右（ａ）方向に操作すると、操作量に応じた速度でバケット６はダンプ側（開く側）に動作する。同様に、操作レバー１１ａのを左（ｂ）方向に操作すると、操作量に応じた速度でバケット６はクラウド側（掻き込む側）に動作する。本体１３を構成する上部旋回体の旋回動作に対しては、左側に配置された操作レバー装置１２の操作レバー１２ａを前（ｇ）又は後（ｈ）を操作することで、操作量に応じた速度で上部旋回体は右旋回又は左旋回を行う。
従来、第１アーム３だけを動作させていた操作レバー装置１１の操作レバー１１ａの前後方向（ｃ，ｄ方向）は、本発明では、その操作量に応じた速度で第１アーム３を上下させるだけでなく、その操作量に第１アーム補助ゲインＫ１を乗じた値に応じた速度で第２アーム４をも動作させる。
また、従来、第３アーム５だけを動作させていた操作レバー装置１２の操作レバー１２ａの左右方向（ｆ，ｅ方向）は、本発明では、その操作量に応じた速度で第３アーム５をダンプ又はクラウドさせるだけでなく、その操作量に第３アーム補助ゲインＫ３を乗じた値に応じた速度で第２アーム４をも動作させる。
つまり、第１アーム３への速度指令値Ｘ１は操作レバー１１ａのｃ，ｄ方向の操作量によって決まり、第１アームを上げる側（ｄ側）を正、下げる側（ｃ側）を負として、第１アームの定格速度に対応するフルレバー操作時の速度指令値を１とすれば、Ｘ１は、
−１＜Ｘ１＜１
となる。
また、第３アーム５への速度指令値Ｘ３は操作レバー１２ａのｅ，ｆ方向の操作量によって決まり、第３アームのダンプ側（ｆ側）を正、クラウド側（ｅ側）を負として、第３アームの定格速度に対応するフルレバー操作時の速度指令値を１とすれば、Ｘ３は、
−１＜Ｘ３＜１
となる。
このとき、第２フレーム４に対する速度指令値Ｘ２は、第２アームの上げ側を正とすれば、
Ｘ２＝Ｋ１×Ｘ１＋Ｋ３×Ｘ３
として与えられる。
上記の動作を、コントローラ３１の機能を表現したブロック線図として示したのが図４である。
図４において、操作レバー装置１１で与えられる第１アーム３への操作信号、及び操作レバー装置１２で与えられる第３アーム５への操作信号は、それぞれコントローラ３１に設けられた速度指令値関数３２，３３に導かれ、第１アーム及び第３アームの速度指令値Ｘ１，Ｘ３に変換される。速度指令関数３２，３３は主に中立付近に不感帯を与えたり、操作レバー１１ａ，１１ｂの操作量とアクチュエータの速度指令値との間に直線的でない関係を付与するためのものであり、場合によっては省略できる。
第２アームの速度指令値Ｘ２は、第１アーム及び第３アームの速度指令値Ｘ１，Ｘ３とコントローラ３１に予め記憶してあるブロック５０，５１に示す第１アーム補助ゲインＫ１及び第３アーム補助ゲインＫ３とから、乗算器４０，４１と加算器４２とによって、上述した考え方によって、
Ｘ２＝Ｋ１×Ｘ１＋Ｋ３×Ｘ３
として得られる。
３４〜３９は、飽和関数である。第１アーム３の動作に関して飽和関数３４，３５の働きを説明する。
第１アーム速度指令値Ｘ１は、コントローラ３１の内部では、上げ側を正、下げ側を負とする１つの値で表している。これに対し実際の油圧回路では、第１アーム上げの場合には比例減圧弁３０を励磁し、下げの場合には比例減圧弁２９を励磁する必要がある。この変換を行うために飽和関数が使われる。即ち、第１アーム速度指令値Ｘ１が正の場合、飽和関数３４はその指令値をそのまま比例減圧弁３０に送出するが、飽和関数３５によって、比例減圧弁２９には信号が送出されない（０が送出される）。
また、第１アーム速度指令値Ｘ１が負の場合、飽和関数３５はその指令値の正負は反転させるが、大きさはそのまま比例減圧弁２９に送出する。この時、飽和関数３４によって、比例減圧弁３０には信号が送出されない（０が送出される）。
飽和関数３６，３７；３８，３９についても同様であり、それぞれ第２アーム速度指令値Ｘ２，第３アーム速度指令値Ｘ３の正負に応じて比例減圧弁６７又は６９；６９又は７０に信号が送出される。比例減圧弁６７又は６８；６９又は７０は図２に示すパイロットライン６４ａ，６４ｂ；６５ａ，６５ｂに配置される、図２には図示しなかった比例減圧弁である。
以上のように構成した本実施形態の動作を説明する。以下の動作では、例えば、Ｋ１＝Ｋ２＝０．５が設定されている場合を考える。
第１アーム３を上げようとして操作レバー１１ａをｄ方向にフル操作すると、Ｘ１＝１となり、第１アーム３が上げ方向に定格速度で動作するとともに、第２アーム４の指令値がＸ２＝０．５となるので、これを補助するように第２アーム４も上げ方向に定格速度の半分の速度で動くことになる。第１アーム３を下げようとして操作レバー１１ａがｃ方向にフル操作された場合には、Ｘ１＝−１、Ｘ２＝−０．５となるので、第１アームが定格速度で下がるのを補助するように、第２アーム４も定格速度の半分の速度で下げ方向に動く。
次に、第３アーム５をダンプしようとして操作レバー１２ａをｆ方向にフル操作すると、Ｘ３＝１となり、第３アーム５がダンプ方向に定格速度で動作するとともに、第２アーム４の指令値がＸ２＝０．５となるので、これを補助するように第２アーム４も上げ方向に定格速度の半分の速度で動くことになる。第３アーム５をクラウドさせようとして操作レバー１２ａがｅ方向にフル操作された場合には、Ｘ３＝−１、Ｘ２＝−０．５となるので、第３アーム５が定格速度でクラウドするのを補助するように、第２アーム５も定格速度の半分の速度で下げ方向に動く。
更に、第１アーム３の上げ及び第３アーム５のダンプを行う操作レバー１１ａのｄ方向のフル操作及び操作レバー１２ａのｆ方向のフル操作が同時に行われた場合には、Ｘ１＝１、Ｘ３＝１となるので、Ｘ２＝１となり、全てのアームが関節を開く方向に定格速度で動くことになる。
また、第１アーム３の上げ及び第３アーム５のクラウドを行う操作レバー１１ａのｄ方向のフル操作及び操作レバー１２ａのｅ方向のフル操作が同時に行われた場合には、Ｘ１＝１、Ｘ３＝−１となるので、Ｘ２＝０となり、この場合には第２アーム４は動かない。これは、第１アーム３には関節を開く方向に指示が出されているのに対し、第３アーム５には関節を閉じるように指示が出されたために、双方を補助しようとする第２アーム４の動作が相殺されてしまうからである。
以上のように、本実施形態によれば、３関節型の掘削機に対して、従来の２関節型の掘削機と同様の２本の操作レバー１１ａ，１２ａで第２アーム４を含む３関節を、オペレータに違和感を与えずに動作させることが可能であり、３関節型の掘削機の特徴である広い作業範囲を従来の２関節型の掘削機と同等の操作感覚で連続的に操作することができる。
なお、以上では、補助ゲインＫ１，Ｋ３が０．５の場合を説明したが、この値は作業の状況やオペレータの好みによって任意の値をとることができる。例えば補助ゲインが大きいほど広い作業領域内を機敏に動作できるし、逆に補助ゲインが小さいほど従来の掘削機の操作感覚に近い操作を行うことができる。
また、この例では第１アーム補助ゲインＫ１と第３アーム補助ゲインＫ３とが等しい場合を説明したが、掘削機の使われ方やオペレータの好みによっては異なった値をとっても良い。例えば、第３アーム側が従来の動きに近い動作をして欲しいならば、第３アーム補助ゲインＫ３を小さく設定したり、その逆も可能である。
更に、第１アーム補助ゲインＫ１と第３アーム補助ゲインＫ３の設定の方法については、以下に述べるように、変化する値とすることも可能である。
従来、一般的に使われている、図１４に示すような２関節型の掘削機では、その構造から、ブーム１０１は、バケット１０３の位置を上下に移動させたい時に使う場合が多い。また、アーム１０２は、バケット１０３の位置を前後（手前／遠ざける）に移動させたいときに使う場合が多い。このような使い方に対する違和感をより少なくする方法として、作業フロントの姿勢に応じて補助ゲインＫ１，Ｋ３を変化させることも有効である。
図５に、補助ゲインＫ３を可変にした実施形態を示す。第１アーム３と本体１３との間の回動支点にポテンショメータからなる第１アーム角度検出センサ４３を設けて（図１参照）、この信号をコントローラ３１Ａに導き（図２参照）、関数４４によって、例えば通常０．５程度に設定してある第３アーム補助ゲインＫ３を掘削機本体１３が置かれた面に対する第１アーム３の角度が９０度に近づくにしたがって徐々に小さくなるようにし、これをブロック５１Ａの値とする。
このように構成された実施形態では、第１アーム３が垂直に近づくと、第３アーム５を操作しても第２アーム４が動きにくくなる。これは、第３アーム５は２関節型掘削機のアーム１０２の操作レバーを操作したのと同様に動作するようにするためであり、つまり、バケット位置を前後に動作させようという操作者の意志を反映した動作をさせるためである。つまり、第１アーム３が垂直に近づいた場合には、第２アーム４はバケット６を上下に動作させることになり、操作者が第３アーム５を操作している時に意図している前後の動きにならないので、ゲインＫ３を下げることでその動作を抑制し、操作者に違和感を与えないようにするものである。
第１アーム角度検出センサ４３は、第１アーム３と本体１３との間の回動支点にポテンションメータを設け、第１アーム角度を検出するとしたが、第１アームシリンダ７のストロークを検出する位置検出装置を設け、幾何学的関係から所望の角度を演算してもよい。
図６は、補助ゲインＫ１を可変にした実施形態を示す。図５の実施形態と同様に第１アーム角度検出センサ４３を設けて、この信号をコントローラ３１Ｂに導き（図２参照）、関数４５によって、例えば通常０．５程度に設定してある第１アーム補助ゲインＫ１を掘削機本体１３が置かれた面に対する第１アーム３の角度が０度に近づくにしたがって徐々に小さくなるようにし、これをブロック５０Ａの値とする。
このように構成された実施形態では、第１アーム３が水平に近づくと、第１アーム３を操作しても第２アーム４が動きにくくなる。これは、第１アーム３は２関節型掘削機のブーム１０１の操作レバーを操作したのと同様に動作するようにするためであり、つまり、バケット位置を上下に動作させようという操作者の意志を反映した動作をさせるためである。つまり、第１アーム３が水平に近づいた場合には、第２アーム４はバケット６を前後に動作させることになり、操作者が第１アーム３を操作している時に意図している上下の動きにならないので、ゲインＫ１を下げることでその動作を抑制し、操作者に違和感を与えないようにするものである。
図７は、補助ゲインＫ３を可変にした別の実施形態を示す。図５の実施形態と同様に第１アーム角度検出センサ４３を設けるとともに、第１アーム３と第２アーム４との間の回動支点に第１アーム３に対する第２アーム４の相対角度を検出するポテンショメータからなる角度検出センサ４６を設けて（図１参照）、これらの信号をコントローラ３１Ｃに導き（図２参照）、第２アーム絶対角度演算部４７によって掘削機本体１３に対する第２アーム４の絶対角度を演算する。この第２アームの絶対角度は関数４５に導かれる。関数４５では、例えば通常０．５程度に設定してある第３アーム補助ゲインＫ３を掘削機本体１３が置かれた面に対する第２アーム４の角度（第２アーム絶対角度）が０度に近づいた時に徐々に小さくなるようにし、これをブロック５１Ａの値とする。
このように構成された実施形態では、第２アーム４が水平に近づくと、第３アーム５を操作しても第２アーム４が動きにくくなる。これは、第３アーム５は２関節型掘削機のアーム１０２の操作レバーを操作したのと同様に動作するようにするためであり、つまり、バケット位置を前後に動作させようという操作者の意志を反映した動作をさせるためである。つまり、第２アーム４が水平に近づいた場合には、第２アーム４はバケット６を上下に動作させることになり、操作者が第３アーム５を操作している時に意図している前後の動きにならないので、ゲインＫ３を下げることでその動作を制御し、操作者に違和感を与えないようにするものである。
第２アームの絶対角度は、第１アーム３と本体１３との間の相対角度と、第２アームと第１アームとの相対角度を検出して、幾何学的関係から演算手段で求める方式を示したが、第２アーム４に傾斜センサを設けて、直接、対地角度を検出してもよい。
図８は、補助ゲインＫ１を可変にした別の実施形態を示す。第１アームシリンダ７のストロークを検出するセンサ４８を設けて（図１参照）、この信号をコントローラ３１Ｄに導き（図２参照）、関数４９によって、例えば通常０．５程度に設定してある第１アーム補助ゲインＫ１を、第１アームシリンダ７が最長または最短のストロークエンドに近づいた時に急に大きくなるようにし、これをブロック５０Ａの値とする。
このように構成された実施形態では、第１アームシリンダ７がスロトークエンドに近づくと、急に第２アーム４が速く動くようになる。これは、操作レバー１１ａを操作して第１アーム３が指令値Ｘ１の速度で動作しかつ第３アーム４が指令値Ｘ１に第１アーム補助ゲインＫ１を乗じた速度で動作している時に、第１アームシリンダ７がストロークエンドに達して急停止した場合に、バケット６の動作は急減速するが、このような操作者が意図しないような動作を緩和させるためである。つまり、第１アームシリンダ７がストロークエンドで停止した場合には、ゲインＫ１を大きくして第２アーム４を加速することで、バケット６が急減速することを防ぎ、操作者に違和感を与えないようにするものである。
第１アームシリンダ７のストロークを検出するセンサ４８は、シリンダの長さを検出するセンサを設けることを想定して説明したが、第１アーム３と本体１３との間の回動支点に図１に示したようにポテンショメータ４３を設けて角度を検出して、幾何学的関係からそのときのストロークを演算してもよい。
また、第１アームシリンダ７のストロークエンドのみを検出するリミットスイッチを設けて、スイッチが切り替わった時に第１補助ゲインを大きくしてもよい。
更に、図８の実施形態では、第１アームシリンダ７がストロークエンドに近づいたとき又はストロークエンドに達したときにゲインＫ１を大きくし第２アーム４を加速する場合について説明したが、第２アームシリンダ９のストロークを検出する同様なセンサ４９を設け（図１参照）、第３アームシリンダ９がストロークエンドに近づいたとき又はストロークエンドに達したときにゲインＫ３を大きくし第２アーム４を加速することで、バケット６の急減速を防止するようにしても良い。
図９及び図１０は指令値Ｘ１に補助ゲインＫ１を乗じた値と指令値Ｘ３に補助ゲインＫ３を乗じた値から第２アーム４の指令値Ｘ２を算出するのに加算器４２を用いない実施形態を示す。
乗算器４０，４１の出力は最大値選択器４２Ａに与えられる。最大値選択器４２Ａは、図１０に示すように、スイッチ切換部７５とスイッチ７６，７７と加算器７８とで構成され、スイッチ切換部７５は、絶対値演算器７５ａ，７５ｂと減算器７５ｃと切換信号演算器７５ｄ，７５ｅとからなっている。乗算器４０，４１で計算された値Ｋ１Ｘ１，Ｋ３Ｘ３はそれぞれ演算器７５ａ，７５ｂで絶対値｜Ｋ１Ｘ１｜及び｜Ｋ３Ｘ３｜が取られ、減算器７５ｃでΔＫＸ＝｜Ｋ１Ｘ１｜−｜Ｋ３Ｘ３｜を計算し、ΔＫＸが０又は正の時は演算器７５ｄよりＯＮ信号がスイッチ７６に与えられ、ΔＫＸが負の時は演算器７５ｅよりＯＮ信号がスイッチ７７に与えられる。これにより、｜Ｋ１Ｘ１｜≧｜Ｋ３Ｘ３｜の時はスイッチ７６、加算器７８により第２アームの速度指令値Ｘ２がＸ２＝Ｋ１Ｘ１として得られ、｜Ｋ１Ｘ１｜＜｜Ｋ３Ｘ３｜の時はスイッチ７７、加算器７８により第２アームの速度指令値Ｘ２がＸ２＝Ｋ３Ｘ３として得られる。
このように第２アームの速度指令値として、｜Ｋ１Ｘ１｜及び｜Ｋ３Ｘ３｜の最大値を求めることによってもＫ１Ｘ１とＫ３Ｘ３の和を演算するのとほぼ同様の動きが得られ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図１１及び図１２は油圧パイロット方式の操作レバー装置を持つ掘削器に本発明を適用した実施形態を示す。図中、図２〜図４に示す部材又は機能と同等のものには同じ符号を付している。
図１１において、１１Ａ，１１Ｂは流量制御弁２１，２３に対する操作信号としてパイロット圧Ｐｃ，Ｐｄ；Ｐｆ，Ｐｅを出力する油圧パイロット方式の操作レバー装置であり、操作レバー装置１１Ａ，１１Ｂより出力されたパイロット圧Ｐｃ，Ｐｄ；Ｐｆ，Ｐｅはパイロットライン６３ａ又は６３ｂ，６５ａ又は６５ｂを介して流量制御弁２１，２３のパイロット圧力室２５，２６に導かれ、流量制御弁２１，２３を切り換え操作する。流量制御弁２４のパイロットライン６６ａ，６６ｂにも同様な油圧パイロット方式の操作レバー装置（図示せず）が設けられている。また、パイロットライン６３ａ，６３ｂ；６５ａ，６５ｂには第１の実施形態のような比例減圧弁は設けられておらず、第２アーム４用のパイロットライン６４ａ，６４ｂのみに比例減圧弁６７，６８が設けられている。
操作レバー装置１１Ａ，１１Ｂの操作方法は図３に示した第１の実施形態のものと同じであり、操作レバー１１ａのｃ方向が第１アーム下げ及び第２アーム下げ、ｄ方向が第１アーム上げ及び第２アーム上げであり、操作レバー１２ａのｆ方向が第３アームダンプ及び第２アーム上げ、ｅ方向が第３アームクラウド及び第２アーム下げである。
パイロットライン６３ａ，６３ｂ；６５ａ，６５ｂには圧力センサ８０，８１，８２，８３が接続され、コントローラ３１Ｅにはこれら圧力センサからの検出信号が入力されている。
コントローラ３１Ｅの処理機能を図１２に示す。圧力センサ８０，８１及び８２，８３からの検出信号はそれぞれ減算器８４，８５を介して乗算器４０，４１に導かれる。減算器８４，８５はそれぞれ圧力センサ８０，８１及び８２，８３の検出信号から第１の実施形態の第１アーム速度指令値Ｘ１、第３アームの速度指令値Ｘ３と等価な指令値を得るためのである。即ち、圧力センサ８０で検出された第１アーム下げ側（ｃ側）のパイロット圧Ｐｃは減算器８４により負の値として取り込まれ、圧力センサ８１で検出された第１アーム上げ側（ｄ）のパイロット圧Ｐｄは減算器８４により正の値として取り込まれ、第１アーム上げ方向を正、下げ方向を負とした速度指令値Ｘ１が得られる。また、圧力センサ８２により検出された第３アームのダンプ側（ｆ側）のパイロット圧Ｐｆは減算器８５により正の値として取り込まれ、圧力センサ８３により検出された第３アームのクラウド側（ｅ側）のパイロット圧Ｐｅは減算器８５により負の値として取り込まれ、第３アームのダンプ方向を正、クラウド方向を負とした速度指令値Ｘ３が得られる。
なお、圧力センサ８０，８１及び８２，８３に代え図１３に示す差圧センサ８６，８７を用いてもよく、この場合は差圧センサ８６，８７の検出信号をそのまま第１アーム速度指令値Ｘ１、第３アームの速度指令値Ｘ３として使用できる。
乗算器４０，４１以降の処理は図４に示した第１の実施形態と同じである。即ち、第２アームの速度指令値Ｘ２は、第１アーム及び第３アームの速度指令値Ｘ１，Ｘ３とコントローラ３１Ｅに予め記憶してあるブロック５０，５１に示す第１アーム補助ゲインＫ１及び第３アーム補助ゲインＫ３とから、乗算器４０，４１と加算器４２とによって、
Ｘ２＝Ｋ１×Ｘ１＋Ｋ３×Ｘ３
として得られる。
第２アーム速度指令値Ｘ２が正の場合、飽和関数３６はその指令値をそのまま比例減圧弁６７に送出するが、飽和関数３７によって、比例減圧弁６８には信号が送出されない（０が送出される）。第２アーム速度指令値Ｘ２が負の場合、飽和関数３７はその指令値の正負を反転させるが、大きさはそのままに比例減圧弁６８に送出する。この時、飽和関数３６によって、比例減圧弁６７には信号が送出されない（０が送出される）。
以上のように構成した本実施形態の動作は、第１アーム３用の流量制御弁２１、第３アーム５用の流量制御弁２３が油圧パイロット方式の操作レバー装置１１Ａ，１２Ａより出力されたパイロット圧で直接駆動される点を除いて、第１の実施形態と同じである。従って、本実施形態によっても、３関節型の掘削機に対して、従来の２関節型の掘削機と同様の２本の操作レバー１１ａ，１２ａで第２アーム４を含む３関節を、オペレータに違和感を与えずに動作させることが可能であり、３関節型の掘削機の特徴である広い作業範囲を従来の２関節型の掘削機と同等の操作感覚で連続的に操作することができる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、３関節型の掘削機に対して、従来の２関節型の掘削機と同様の２本の操作レバーで第２アームを含む３関節を、オペレータに違和感を与えずに動作させることが可能であり、３関節型の掘削機の特徴である広い作業範囲を従来の２関節型の掘削機と同等の操作感覚で連続的に操作することができる。
Claims (11)
- 掘削機本体(13)と、掘削機本体に回動可能に取り付けられた第１アーム(3)と、第１アームに回動可能に取り付けられた第２アーム(4)と、第２アームに回動可能に取り付けられた第３アーム(5)と、第３アームに回動可能に取り付けられた掘削用バケット(6)と、第１アームを駆動する第１アームシリンダ(7)、第２アームを駆動する第２アームシリンダ(8)、第３アームを駆動する第３アームシリンダ(9)、掘削用バケットを駆動するバケットシリンダ(10)を含む油圧駆動回路(60)とを有する３関節型掘削機(1)に設けられ、第１操作レバー(11a)を有しその操作に応じた第１アーム(3)の速度を指令する第１アーム操作手段(11)と、第２操作レバー(12a)を有しその操作に応じた第３アーム(5)の速度を指令する第３アーム操作手段（12)とを備え、前記第１アーム操作手段(11)及び第３アーム操作手段(12)のそれぞれからの操作信号に基づいて前記油圧駆動回路(60)の第１アームシリンダ(7)及び第３アームシリンダ(9)を駆動する３関節型掘削機の操作制御装置において、
前記第１アーム操作手段(11)からの操作信号が示す速度指令値(X1)に第１アーム補助ゲイン(K1)を乗じた第１の値と前記第３アーム操作手段(12)からの操作信号が示す速度指令値(X3)に第３アーム補助ゲイン(K3)を乗じた第２の値との演算値を第２アーム(4)の速度指令値（X2)とする第２アーム指令手段(32,33,40,41,42,50,51)と、この第２アーム(4)の速度指令値(X2)を信号に変換する出力手段(36,37)とを備え、この出力手段からの信号に基づいて前記油圧駆動回路(60)の第２アームシリンダ(8)を駆動することを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。 - 請求項１記載の３関節型掘削機の操作制御装置において、前記第２のアーム指令手段(32,33,40,41,42,50,51)は、前記第２アーム(4)の速度指令値(X2)となる演算値として、前記第１の値と第２の値の和を求める加算手段(42)を有することを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
- 請求項１記載の３関節型掘削機の操作制御装置において、前記第２アーム指令手段(32,33,40,41,42A,50,51)は、前記第２アーム(4)の速度指令値(X2)となる演算値として、前記第１の値と第２の値の絶対値の最大値を求める選択手段(42A)を有することを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
- 請求項１記載の３関節型掘削機の操作制御装置において、前記掘削機本体(13)の置かれた面に対する第１アーム(3)の回動角度を検出する手段(43)を更に有し、前記第２アーム指令手段(32,33,40,41,42,44,50,51A)は、前記検出手段(43)からの信号を入力し、第１アーム(3)が掘削機本体(13)の置かれた面に対して垂直に近づいたときに、第３アーム補助ゲイン(K3)を小さくすることを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
- 請求項１記載の３関節型掘削機の操作制御装置において、前記掘削機本体(13)の置かれた面に対する第１アーム(3)の回動角度を検出する手段(43)を更に有し、前記第２アーム指令手段(32,33,40,41,42,45,50A,51)は、前記検出手段(43)からの信号を入力し、第１アーム(3)が掘削機本体(13)の置かれた面に対して水平に近づいたときに、第１アーム補助ゲイン(K1)を小さくすることを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
- 請求項１記載の３関節型掘削機の操作制御装置において、前記掘削機本体(13)の置かれた面に対する第２アーム(4)の回動角度を検出する手段(43,46,47)を更に有し、前記第２アーム指令手段(32,33,40,41,42,45,50,51A)は、前記検出手段(43,46,47)からの信号を入力し、第２アーム(4)が掘削機本体(13)の置かれた面に対して水平に近づいたときに、第３アーム補助ゲイン(K3)を小さくすることを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
- 請求項１記載の３関節型掘削機の操作制御装置において、前記第１アームシリンダ(7)のストロークを検出する手段(48)を更に有し、前記第２アーム指令手段(32,33,40,41,42,49,50A,51)は、前記検出手段(48)からの信号を入力し、第１アームシリンダ(7)がストロークエンドに達したとき、又はストロークエンドに近づいたときに第１アーム補助ゲイン(K1)を大きくすることを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
- 請求項１記載の３関節型掘削機の操作制御装置において、前記第３アームシリンダ(9)のストロークを検出する手段(49)を更に有し、前記第２アーム指令手段(32,33,40,41,42,50,51)は、前記検出手段(49)からの信号を入力し、第３アームシリンダ(9)がストロークエンドに達したとき、又はストロークエンドに近づいたときに第３アーム補助ゲイン(K3)を大きくすることを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
- 前記油圧駆動回路は前記第１アームシリンダ(7)、第２アームシリンダ(8)、第３アームシリンダ(9)に供給される圧油の流量をそれぞれ制御する第１流量制御弁(21)、第２流量制御弁(22)、第３流量制御弁(23)を有する請求項１記載の３関節型掘削機(1)の操作制御装置において、
前記第１、第２、第３流量制御弁(21,22,23)のそれぞれに操作用のパイロット圧を導くパイロット回路(61)を更に備え、このパイロット回路は、前記第２流量制御弁(8)に操作パイロット圧を導く１対のパイロットライン(64a,64b)と、この１対のパイロットラインにそれぞれ配置され、前記出力手段(36,37)からの出力信号により作動する１対の比例減圧弁(67,68)とを有することを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。 - 前記第１アーム操作手段(11)及び第３アーム操作手段(12)は前記操作信号として電気信号を出力する電気レバー方式である請求項１記載の３関節型掘削機(1)の操作制御装置において、
前記第２アーム指令手段(32,33,40,41,42,50,51)は、前記第１アーム操作手段(11)及び第３アーム操作手段(12)の電気信号を入力し、これらの電気信号から前記速度指令値(X1,X3)を求めることを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。 - 前記第１アーム操作手段(11A)及び第３アーム操作手段(12A)は前記操作信号としてパイロット圧を出力する油圧パイロット方式である請求項１記載の３関節型掘削機(1)の操作制御装置において、
前記第１アーム操作手段(11A)及び第３アーム操作手段（12A)のそれぞれのパイロット圧を検出する手段(80,81,82,83;86.87)を更に備え、
前記第２アーム指令手段(40,41,42,50,51,84,85)は、前記検出手段(80,81,82,83;86,87)からの信号を入力し、これらの信号から前記速度指令値(X1,X3)を求めることを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
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