JP4628306B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業装置の駆動を指令する操作レバーなどの操作に対して操作反力を付与する機能をもつ建設機械に関する。

油圧ショベルなどの建設機械においては、運転席からバケットの位置を目視しにくい状態で掘削を行うことがある。このような状況の下、角度センサ等によりバケットの位置を検出し、操作レバーの操作に対してバケットの位置に応じた操作反力を付与するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。これらの技術によれば、予めバケットの制限作業領域を設定し、バケットがこの制限作業領域の境界に近づくに従って操作反力を増加させるような制御を行っている。
特開平１１−１５８９３０号公報 特開平１１−２１００１５号公報

しかしながら、上記の特許文献に記載の技術では、例えば、２軸操作（本願でいう２軸操作とは、１本の操作桿で２つの操作対象を操作可能な２自由度操作のことを指し、ある１軸とはある１つの操作対象を操作するため操作方向軸を指す）が可能な操作レバー（操作桿）のある１軸にのみ反力（操作反力）を与えた場合に、このように、ある１軸に対してのみ反力を与えたことによって、オペレータは、反力を与えていないもう一方の軸の方が操作し易くなるため、オペレータの意図に関係なく誤って反力を与えていない方の軸を操作してしまう虞がある。油圧ショベルなどの操作装置では、２軸操作の操作レバーに割り当たられるアクチュエータは、例えば、油圧ショベルのブーム用アクチュエータとバケット用アクチュエータといったように、全く異なるアクチュエータの動作に割り当てられるため、上述したように、オペレータの意図に関係なく誤って操作してしまうことは、好ましくない。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、操作レバーなどの操作部の操作に対して操作反力を付与する機能をもつ建設機械において、オペレータの誤操作を防止できるようにすることにある。

本発明による建設機械の操作装置は、上記した目的を達成するため、
複数の作業部材駆動用のアクチュエータに対応して設けられ、これらの各アクチュエータの駆動をそれぞれ指令する複数の操作方向軸を有する操作部材と、
前記操作部材の操作による駆動指令に応じて、対応する前記アクチュエータをそれぞれ駆動する駆動手段と、
前記作業部材で実施される作業の領域のうちの特定領域を反力制御領域として記憶する記憶手段と、
前記作業部材の先端部が前記記憶手段で記憶される前記反力制御領域にあるときに、前記操作部材の前記複数の操作方向軸のうちのある１軸による操作に対して、前記反力制御領域の限界面である目標面と前記作業部材の前記先端部との距離が短くなるに従って大きくなる操作反力を付与可能な反力付与手段と、
前記操作部材の前記１軸による操作に対して、前記操作反力を付与するように前記反力付与手段を制御する反力制御手段と、
前記操作部材の前記１軸に付与された前記操作反力に応じて、前記操作部材の前記複数の操作方向軸のうちの他の軸にも誤操作防止のための操作反力を付与する制御を行う誤操作防止用反力制御手段とを、
備える。

本発明によれば、同じ回動支点をもつ複数軸の操作部材のある１軸に付与された操作反力に応じて、他の軸にも誤操作防止のための操作反力を付与するようにしているので、操作がし易い方向へ誤って操作することを防止できて、誤操作による事故発生をなくすことができ、また、誤操作がなくなるので作業効率も向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図１６は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）による油圧ショベルに係り、図１は、本実施形態の油圧ショベルが掘削を行っている様子を示す油圧ショベルの外観斜視図である。

図１に示すように、油圧ショベルは、それぞれ地面に対する垂直面内で回動するブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃを備えたフロント作業装置１Ａと、上部旋回体１ｄ、下部走行体１ｅを備えた車体１Ｂとにより構成されている。

フロント作業装置１Ａのブーム１ａは、上部旋回体１ｄの前部にブームシリンダ３ａを回動駆動源として回動可能に支持され、アーム１ｂは、ブーム１ａの先端部にアームシリンダ３ｂを回動駆動源として回動可能に支持され、バケット１ｃは、アーム１ｂの先端部にバケットシリンダ３ｃを回動駆動源として回動可能に支持されている。ブーム１ａの基端部には、上部旋回体１ｄに対するブーム角度αを検出する角度検出器８ａが設けられ、アーム１ｂの基端部には、ブーム１ａに対するアーム角度βを検出する角度検出器８ｂが設けられ、バケット１ｃの基端部には、アーム１ｂに対するバケット角度γを検出する角度検出器８ｃが設けられている。

油圧ショベルは、ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃの回動により、図１に示すように、地面を掘削する。ここで、例えば地下に埋設物がある場合には、埋設物を損傷しないように、掘削深さを制限する必要がある。そこで、本実施形態では、目標掘削深さ（以下、これを目標面と記す）を作業領域の境界面として設定し、バケット１ｃの先端が目標面に近づくと、操作方向と逆向きに操作反力を付与することにより、オペレータにバケット１ｃの目標面への接近状態を体感させるようになっている。

図２は、本実施形態の油圧ショベルにおける油圧アクチュエータの駆動回路図である。図２に示すように、油圧ショベルには、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の他に、上部旋回体１ｄを旋回させる旋回モータ３ｄ、下部走行体１ｅを走行駆動する左右１対の走行モータ３ｅ、３ｆなどの油圧アクチュエータが設けられている。これら油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆには、それぞれ電磁式方向制御・流量制御弁（以下、流量制御弁と記す）５ａ〜５ｆを介して油圧ポンプ２からの駆動圧油が供給される。なお、油圧ポンプ２の最高圧はリリーフ弁６により規制される。

流量制御弁５ａ〜５ｆは、それぞれ操作量に応じた操作信号を発生する操作レバー部（電気レバー）４ａ〜４ｆの操作量に応じて駆動される。すなわち、制御ユニット９に操作レバー部４ａ〜４ｆの操作信号がそれぞれ入力され、操作信号に応じた制御信号が制御ユニット９から流量制御弁５ａ〜５ｆのソレノイドに出力される。この制御信号により流量制御弁５ａ〜５ｆがそれぞれ切り換わり、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆへの圧油の流れが制御されて、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆが駆動される。

ここで、上記の操作レバー部４ａ、４ｃは、２軸操作可能な１本の操作レバー（操作桿）で構成され（１本の操作レバーで２つの操作対象を操作可能な２自由度操作タイプの操作レバーで構成され）、操作レバー部４ａはブーム操作用のレバー部であり、操作レバー部４ｃはバケット操作用のレバー部である。同様に、操作レバー部４ｂ、４ｄも、２軸操作可能な１本の操作レバーで構成され、操作レバー部４ｂはアーム操作用のレバー部であり、操作レバー４ｄは上部旋回体操作用のレバー部である。なお、操作レバー部４ｅ、４ｆについては、それぞれが１軸操作の１本の操作レバーで構成され、操作レバー部４ｅは例えば右走行系操作用の操作レバーであり、操作レバー部４ｆは例えば左走行系操作用の操作レバーである。

また、制御ユニット９には、角度検出器８ａ〜８ｃからの信号、設定器７からの信号もそれぞれ入力される。設定器７は、操作パネルあるいは操作レバーのグリップ上に設けられるスイッチ７ａ、７ｂを有し、スイッチ７ａの操作により反力制御の開始／終了の指示を行い、スイッチ７ｂの操作により後記するように目標面の設定の指示を行う。

本実施形態の操作レバー部４ａ〜４ｆには、それぞれ操作レバー部４ａ〜４ｆの操作に対して操作反力を付与する反力発生部４０ａ〜４０ｄ（後記の図３参照）が付設されている。反力発生部４０ａ〜４０ｄは、例えば操作レバー部４ａ〜４ｄの回動軸に設けられた電磁アクチュエータであり、この電磁アクチュエータに出力する制御信号に応じて、任意の大きさの操作反力を発生させる。なお、電磁アクチュエータの代わりに、例えば、反力シリンダ（油圧シリンダ）と反力シリンダの駆動を制御する電磁比例弁とにより反力発生部４０ａ〜４０ｄを構成し、油圧により操作反力を発生させることもできる。

図３は、本実施形態の油圧ショベルの制御回路系の構成を示すブロック図である。制御ユニット９は、角度検出器８ａ〜８ｃ、操作レバー部４ａ〜４ｆ、設定器７のスイッチ７ａ、７ｂからの各信号をそれぞれ取り込んでデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９１と、後述する制御プログラムを実行するＣＰＵ９２と、制御プログラムや制御に必要な各種定数を格納するＲＯＭ９３と、演算結果あるいは演算途中の数値を一時的に記憶するＲＡＭ９４と、流量制御弁５ａ〜５ｆおよび反力発生部４０ａ〜４０ｄへの制御信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器９５とを含むシングルチップマイコン９６、および、フロント作業装置１Ａと車体１Ｂの各寸法データ（ブーム長さやアーム長さ等）を記憶する不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９７、および、反力発生部４０ａ〜４０ｄへの制御信号を増幅するアンプ９８を含んで構成される。

制御ユニット９では、設定器７からの指示により、例えば以下のようにバケット先端部の目標深さ（目標面）を設定する。図４は、目標面の設定による演算処理の内容を説明するための図である。操作レバー部４ａ〜４ｃを操作して、図４に示すようにバケット先端部Ｐ１を目標面まで移動し、スイッチ７ｂを１回押し操作する。このスイッチ７ｂの操作により、制御ユニット９に目標面演算指令信号が入力され、制御ユニット９は角度検出器８ａ〜８ｃからの信号を読み込んで、バケット先端部Ｐ１の位置を演算する。

図４に示した例の場合、バケット先端部Ｐ１の位置は、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）として、次の（１式）、（２式）により求まる。
Ｘ１＝Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ） （１式）
Ｙ１＝Ｌ１ｃｏｓα＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ（α＋β＋γ） （２式）
なお、（１式）、（２式）において、Ｌ１はブーム１ａの回動支点とアーム１ｂの回動支点との間の距離（ブーム長さ）、Ｌ２はアーム１ｂの回動支点とバケット１ｃの回動支点との間の距離（アーム長さ）、Ｌ３はバケット１ｃの回動支点とバケット１ｃの先端との間の距離（バケット長さ）であり、これらは制御ユニット９の不揮発性メモリ９７に予め記憶されている。制御ユニット９のＲＡＭ９４には、バケット先端部Ｐ１のＹ座標であるＹ１が目標面として記憶される。

制御ユニット９は、上記の目標面Ｙ１に基づき、以下のように反力制御を行う。図５は、反力制御処理の１例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１０において、設定器７のスイッチ（反力制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ）７ａがオンか否か、すなわち、反力制御を行う設定状態となっているか否かを判定する。ステップＳ１１０でＮｏ（否）判定されるとステップＳ２５０に進んで、操作レバー部４ａ〜４ｆからの操作信号を読み込み、ステップＳ２４０で操作信号に対応した制御信号を流量制御弁５ａ〜５ｆのソレノイドにそれぞれ出力する。この場合は、反力発生部４０ａ〜４０ｄへの信号は出力されず、操作反力は発生しない。

一方、ステップＳ１１０でＹｅｓ（肯定）判定されるとステップＳ１２０に進んで、操作レバー部４ａ〜４ｆからの操作信号を読み込み、ステップＳ１３０で角度検出器８ａ〜８ｃからの信号を読み込む。次いで、ステップＳ１４０において、検出した角度α、β、γと予め記憶されたフロント作業装置１Ａの各部寸法（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に基づき、前記（１式）、（２式）によって、バケット先端部Ｐ１の現在位置（Ｘ，Ｙ）を演算する。

次いで、ステップＳ１９０において、作業部材先端部すなわちバケット先端部Ｐ１が反力制御領域にあるか否かを判定する。ここで、反力制御領域とは、バケット１ｃを介して行われる作業の領域のうちの反力制御が実施される特定の領域であって、図６に示すように、バケット先端部Ｐ１と、反力制御領域の限界面である前述の目標面との距離Ｄが所定値Ｄａ以内にある領域であり、ステップＳ１９０では、この距離Ｄを演算して所定値Ｄａと比較することで、反力制御領域内か否かを判定する。なお、所定値Ｄａは、記憶手段、すなわち不揮発性メモリ９７あるいはＲＡＭ９４に予め記憶されている。ステップＳ１９０でＹｅｓ判定されるとステップＳ２００に進み、操作レバー部４ａ〜４ｃに付与する操作反力の大きさを演算する。

図７にステップＳ２００の処理の詳細を示す。まず、ステップＳ２０１において、操作レバー部４ａ〜４ｃの各操作に対応した、バケット先端部Ｐ１の動作速度ベクトルの方向と大きさをそれぞれ演算する。ここで、操作レバー部４ａの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルの方向はブーム１ａの回動方向に等しく、ブーム１ａの回動支点とバケット先端部Ｐ１とを結ぶ線分に対して垂直な方向である。同様に、操作レバー部４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルの方向は、アーム１ｂの回動支点とバケット先端部Ｐ１とを結ぶ線分に対して垂直な方向であり、操作レバー部４ｃの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルの方向は、バケット１ｃの回動支点とバケット先端部Ｐ１とを結ぶ線分に対して垂直な方向である。

また、操作レバー部４ａの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルの大きさは、操作レバー部４ａの操作速度とブームシリンダ３ａの動作特性により求まり、同様に、操作レバー部４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルの大きさは、操作レバー部４ｂの操作速度とアームシリンダ３ｂの動作特性により求まり、操作レバー部４ｃの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトルの大きさは、操作レバー部４ｃの操作速度とバケットシリンダ３ｃの動作特性により求まる。なお、シリンダ３ａ〜３ｃの動作特性とは、それぞれ操作レバー部４ａ〜４ｃの操作速度に対するシリンダ３ａ〜３ｃの駆動速度の関係であり、これらはフロント作業装置１Ａに固有の値として、予め不揮発性メモリ９７に記憶されている。

次いで、ステップＳ２０２において、操作レバー部４ａ〜４ｃの操作による速度ベクトルに基づき、操作レバー部４ａ〜４ｃ毎に、所定時間後のバケット先端部Ｐ１と目標面との距離Ｄｅａ〜Ｄｅｃ（推定距離）を演算する（図１０〜図１２参照）。次いで、ステップＳ２０３において、推定距離Ｄｅａ〜Ｄｅｃのいずれかが、前記ステップＳ１９０で演算したバケット先端部Ｐ１の現在位置と目標面との距離Ｄより短いか否かを判定する。ステップＳ２０３でＹｅｓ判定されるとステップＳ２０４に進み、ステップＳ２０３でＮｏ判定されると、ステップＳ２０４、２０５をパスして、図５のステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２０４では、予め設定された図８の特性に基づき、推定距離Ｄｅａ〜Ｄｅｃに応じた目標操作反力Ｔａ〜Ｔｃを、各操作レバー部４ａ〜４ｃ毎にそれぞれ演算する。なお、図８の特性によれば、Ｄ＞Ｄａのときは目標操作反力Ｔは０であり、Ｄ≦Ｄａでは距離Ｄが減少するに従い目標操作反力Ｔが増加し、Ｄ＝０のときに目標操作反力Ｔが最大（Ｔｍａｘ）となる。

次いで、ステップＳ２０５において、上述した手法によって、目標面との接近度合いに応じて操作反力を与えたある１軸の操作レバー部４ａまたは４ｂまたは４ｃと異なる、いま一方の軸の操作レバー部４ｃまたは４ｄまたは４ａへ、誤操作防止のために（操作がし易い方向へ誤って操作することを防止するために）与える目標操作反力Ｔｃ’、Ｔｄ’、Ｔａ’を、目標操作反力Ｔａ〜Ｔｃを求めた手法と同様の手法で演算する。

以上のように、目標操作反力Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔａ’、Ｔｃ’、Ｔｄ’が演算されると、図のステップＳ２１０において、目標操作反力Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔａ’、Ｔｃ’、Ｔｄ’に対応する制御信号を演算する。この場合、不揮発性メモリ９７には、予め図９に示すように、目標操作反力Ｔの増加に対し出力電圧Ｖが比例的に増加するような関係が定められており、ステップＳ２１０では、この関係を用いて目標操作反力Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔａ’、Ｔｃ’、Ｔｄ’に対応する出力電圧Ｖを演算し、反力発生部４０ａ〜４０ｄに出力する。次いで、ステップＳ２４０で、ステップＳ１２０の操作信号に対応した制御信号を、流量制御弁５ａ〜５ｆのソレノイドにそれぞれ出力する。

次に、本実施形態の動作を、より具体的に説明する。
予め、バケット先端部Ｐ１の目標面をセットした後、設定器７のスイッチ７ａをオンにし、ブーム用操作レバー部４ａとアーム用操作レバー部４ｂを同時に操作すると、その操作量に応じて流量制御弁５ａ、５ｂがそれぞれ駆動され、ブームシリンダ３ａとアームシリンダ３ｂが伸縮する。

ここで例えば、操作レバー部４ａ、４ｂを複合操作して、掘削作業に対応したブーム下げ動作およびアーム引き動作を行うと、各操作レバー部４ａ、４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトル４Ａ、４Ｂは、それぞれ図１０に示すようになる。図１０では、バケット先端部Ｐ１は反力制御領域内にあり、速度ベクトル４Ａ、４Ｂは双方とも目標面に向いている。このため、操作レバー部４ａ、４ｂの操作による所定時間後のバケット先端部Ｐ１と目標面との推定距離Ｄｅａ、Ｄｅｂ（ステップＳ２０２）は、バケット先端部Ｐ１と目標面との距離Ｄよりも短く、操作レバー部４ａ、４ｂの複合操作（速度ベクトル４Ａ、４Ｂの合成）によりバケット先端部Ｐ１が目標面に近づく。

図１０の例では、速度ベクトル４Ａが目標面に向かう大きさは、速度ベクトル４Ｂが目標面に近づく大きさより大きく、操作レバー部４ｂの操作よりも操作レバー部４ａの操作による方が、バケット先端部Ｐ１の目標面への接近度合いが大きい。この場合、推定距離Ｄｅａ、Ｄｅｂに応じた目標操作反力Ｔａ、Ｔｂが、図８の特性により演算されるが、図８では推定距離Ｄｅａ、Ｄｅｂが小さいほど目標操作反力Ｔが大きいため、操作レバー部４ａの操作に対する操作反力Ｔａは、操作レバー部４ｂの操作に対する操作反力Ｔｂよりも大きい。これにより、オペレータは、操作レバー部４ａ、４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の目標面への接近の度合いを体感することができ、操作レバー部４ａ、４ｂの適切な操作が可能となる。

一方、バケット先端部Ｐ１が反力制御領域内にあるときに、例えば、操作レバー部４ａ、４ｂを複合操作して、放土作業に対応したブーム下げ動作およびアーム上げ動作を行うと、各操作レバー部４ａ、４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトル４Ａ、４Ｂは、それぞれ図１１に示すようになる。この場合、速度ベクトル４Ａは目標面に向いているのに対し、速度ベクトル４Ｂは目標面の反対側に向いている。このため、Ｄｅａ＜Ｄ、Ｄｅｂ＞Ｄとなり、操作レバー部４ａの操作によりバケット先端部Ｐ１は目標面に近づき、操作レバー部４ｂの操作によりバケット先端部Ｐ１は目標面から離れる。

この際には、操作レバー部４ａの操作に対してのみ、すなわち、バケット先端部Ｐ１を目標面に接近させる操作に対してのみ、推定距離Ｄｅａに応じた操作反力Ｔａが付与される（ステップＳ２０３→ステップＳ２０４）。これにより、オペレータは、操作レバー部４ａの操作によってバケット先端部Ｐ１が目標面に接近状態にあることを認識することができる。この場合、速度ベクトル４Ａが大きいほど推定距離Ｄｅａは短く、操作反力Ｔａは大きくなるため、オペレータは、バケット先端部Ｐ１の目標面への接近の程度を良好に体感することができる。

図１２に示すように、バケット先端部Ｐ１が反力制御領域の外側にあるときは、操作レバー部４ａ、４ｂの操作により推定距離Ｄｅａ、Ｄｅｂが距離Ｄより短くなったとしても、操作レバー部４ａ、４ｂに操作反力は付与されない（ステップＳ１９０→ステップＳ２４０）。これにより、バケット先端部Ｐ１が目標面に接近状態にない場合には、操作レバー部４ａ、４ｂを少ない操作力でスムーズに操作することができ、良好な操作性が得られる。スイッチ７ａをオフしたときも同様に、操作レバー部４ａ、４ｂに操作反力は付与されない。したがって、目標面を設定する必要がない場合にはスイッチ７ａをオフすることで、良好な操作性を確保できる。

なお、上述では、図４に示すように目標面が水平な場合について説明したが、図１３に示すように、目標面が水平面に対して角度θで傾斜している場合にも、同様に操作反力制御を行うことができる。この場合、ブーム基端部から鉛直方向下方の目標面までの距離（または、ブーム基端部から鉛直方向下方の目標面の仮想延長面までの距離）をＬθとすると、目標面とバケット先端部Ｐ１との距離Ｄは、次の（３式）で求まる。
Ｄ＝│−Ｘ１ｔａｎθ＋Ｙ１−Ｌθ│×ｃｏｓθ （３式）

目標面が傾斜した状態で掘削作業を行うと、例えば図１４に示すように、操作レバー部４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトル４Ｂの方向が、目標面と平行になる（Ｄｅｂ＝Ｄ）。これにより、上述した図１０の場合と異なり、操作レバー部４ａのみに操作反力Ｔａが付与される。すなわち、目標面の傾斜角θに応じて、操作レバー部４ａ、４ｂの操作に対し異なる操作反力が付与され、オペレータは適切な掘削作業を行うことができる。

なお、上述の例では、バケット先端部Ｐ１の高さ（深さ）方向の移動を制限するように目標面を設定するようにしたが、バケットやアームやブームの高さ方向、幅方向、前後方向の移動を制限するように、目標面を設定してもよい。したがって、操作レバー部４ａ、４ｂ、４ｃを単独ないし複合操作する以外にも、操作レバー部４ａ〜４ｄを単独ないし複合操作する際にも、操作に応じた操作反力を付与するようもできる。

次に、図７のステップＳ２０５について、図１５、図１６を用いて具体的に説明する。図１５は、２軸操作可能な１本の操作レバー（操作桿）で構成された操作レバー部４ａ、４ｃと、操作レバー部４ｂ、４ｄとを示す図で、１本の操作レバーは前後左右（２自由度）の傾動で、２つの油圧アクチュエータへの動作を指令することが可能となっており、操作レバー部４ａ〜４ｄの図中矢印方向の操作で、図中に文字で示した操作が行われるようになっている。

図１６は、ステップＳ２０５の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２０６では、操作レバー部４ａと４ｃにおいて、ステップＳ２０４にて目標操作反力が計算された操作レバー部が、操作レバー部４ａのみか、操作レバー部４ｃのみか、操作レバー部４ａ、４ｃの両者かを判断する。ステップＳ２０４で目標操作反力が操作レバー部４ａ（ある１軸）のみに加わる場合には、ステップＳ２０６ａに進み、操作レバー部４ａと同じ回動支点をもつ操作レバー（操作桿）のもう一方の操作レバー部（もう一方の軸）４ｃに対し、誤操作防止のための目標操作反力を演算し、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０４で目標操作反力が操作レバー部４ｃ（ある１軸）のみに加わる場合には、ステップＳ２０６ｂに進み、操作レバー部４ｃと同じ回動支点をもつ操作レバー（操作桿）のもう一方の操作レバー部（もう一方の軸）４ａに対し、誤操作防止のための目標操作反力を演算し、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０４で目標操作反力が操作レバー部４ａと４ｃとに加わる場合には、誤操作防止のための目標操作反力の演算は行わず、そのままステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、操作レバー部４ｂと４ｄとにおいて、ステップＳ２０４にて目標操作反力が計算された操作レバー部が、操作レバー部４ｂのみか、操作レバー部４ｄのみか、操作レバー部４ｂ、４ｄの両者かを判断する。ステップＳ２０４で目標操作反力が操作レバー部４ｂ（ある１軸）のみに加わる場合には、ステップＳ２０７ａに進み、操作レバー部４ｂと同じ回動支点をもつ操作レバー（操作桿）のもう一方の操作レバー部（もう一方の軸）４ｄに対し、誤操作防止のための目標操作反力を演算し、図５のステップＳ２１０に進む。ステップＳ２０４で目標操作反力が操作レバー部４ｄ（ある１軸）のみに加わる場合には、ステップＳ２０７ｂに進み、操作レバー部４ｄと同じ回動支点をもつ操作レバー（操作桿）のもう一方の操作レバー部（もう一方の軸）４ｂに対し、誤操作防止のための目標操作反力を演算し、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２０４で目標操作反力が操作レバー部４ｂと４ｄとに加わる場合には、誤操作防止のための目標操作反力の演算は行わず、そのままステップＳ２１０に進む。

例えば、図１０を用いて説明した例のように、操作レバー部４ａと操作レバー部４ｂとに操作反力を加える場合、ステップＳ２０６からステップＳ２０６ａに進んで、操作レバー部４ａと同じ回動支点をもつ操作レバー部４ｃに誤操作防止用の操作反力を与え、次いで、ステップＳ２０７からステップＳ２０７ａに進んで、操作レバー部４ｂと同じ回動支点をもつ操作レバー部４ｄに誤操作防止用の操作反力を与える。

これは、操作反力を操作レバー部４ａ、４ｂのみに与えると、操作反力を与えない操作レバー部４ｃ、４ｄの操作力が相対的に軽くなり、オペレータが誤って操作してしまうことを防ぐためである。つまり、２軸操作可能な１本の操作レバー（操作桿）のある１軸に対してのみ操作反力を与える演算をステップＳ２０４で行った場合には、同じ回動支点をもついま一方の軸に対しても同様の操作反力を与え、２つの軸（２つの操作レバー部）の操作力を変更する。なお、ステップＳ２０４までの過程で、２軸操作可能な１本の操作レバー（操作桿）の２つの軸（２つの操作レバー部）に操作反力を与えないとした場合には、誤操作防止用の操作反力も与えない。また、ステップＳ２０４で、２軸操作可能な１本の操作レバー（操作桿）の２つの軸（２つの操作レバー部）の双方に対して操作反力を与える演算を行った場合にも、誤操作防止用の操作反力も与えない。

なおまた、誤操作防止用の操作反力の大きさは、ステップＳ２０４で演算した操作反力と同等のものでも、誤操作を防止できる範囲であれば、ステップＳ２０４で演算した操作反力以下の値であってもよい。

以上の本実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）例えば、操作レバー部４ａ、４ｂの各操作によるバケット先端部Ｐ１の速度ベクトル４Ａ、４Ｂをそれぞれ求め、この速度ベクトル４Ａ、４Ｂにより、各操作レバー部４ａ、４ｂの操作に応じたバケット先端部Ｐ１の目標面への接近度合いをそれぞれ求め、接近度合いに応じた操作反力Ｔａ、Ｔｂを操作レバー部４ａ、４ｂの操作に対しそれぞれ付与するようにしている。したがって、これにより、オペレータは、操作レバー部４ａ、４ｂの操作によるバケット先端部Ｐ１の目標面への接近度合いの違いを、操作反力を介して覚知することができ、適切な複合操作を行うことができる。

（２）また例えば、バケット先端部Ｐ１の現在位置と操作レバー部４ａ、４ｂの操作速度により、各操作レバー部４ａ、４ｂの操作による所定時間後のバケット先端部Ｐ１の位置と目標面との推定距離Ｄｅａ、Ｄｅｂをそれぞれ演算し、推定距離Ｄｅａ、Ｄｅｂが短いほど操作反力が大きくなるようにしている。このように、所定時間後のバケット先端部Ｐ１の位置を予測して操作反力を付与するため、目標面への接近速度に応じた適切な操作反力付与の制御を行うことができる。

（３）また、バケット先端部Ｐ１の位置が反力制御領域内（目標面からの距離がＤａ以内）にあるときのみ、操作反力を付与するようにしたので、操作反力の付与を必要最小限に抑えることができる。

（４）反力制御を行うか否かを指令するスイッチ７ａを設け、スイッチ７ａがオフのときには操作反力の付与を停止するようにしたので、目標面の設定が不要な作業ではスイッチ７ａをオフとしておくことで、操作性が向上する。

（５）２軸操作可能な１本の操作レバー（操作桿）のある１軸（操作レバー部）に対してのみ操作反力を与える演算をステップＳ２０４で行った場合には、同じ回動支点をもついま一方の軸（いま一方の操作レバー部）に対しても同様の操作反力を与えるようにしたので、操作がし易い方向へ誤って操作することを防止することができ、作業効率および操作性が向上する。

なお、各操作レバー４ａ〜４ｃの操作によるバケット先端部Ｐ１の目標面への接近度合いに応じて操作反力を付与するのであれば、反力制御手段としての制御ユニット９における処理は上述したものに限るものではない。また、目標操作反力Ｔを図８の特性により演算したが、操作反力を付与することでバケット先端部Ｐ１が目標面に近づいたことをオペレータに覚知させることができるのであれば、操作反力の算出手法は上述の手法に限るものではない。例えば、速度ベクトル４Ａ、４Ｂの目標面に対する垂直成分、すなわち、目標面に垂直に近づく成分をそれぞれ求め、この速度成分に比例する操作反力を付与するようにしてもよい。その他、本発明の精神を逸脱しない範囲での変形は種々考えられるところである。

本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、油圧アクチュエータの駆動回路図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、制御回路系の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、目標面の設定による演算処理の理解を補佐するための説明図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、制御ユニットによる処理の１例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、反力制御領域を示す説明図である。 図５中のステップＳ２００の処理の詳細を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、目標操作反力の特性の例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、目標操作反力と出力電圧との関係を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、操作例と速度ベクトルとの関係などを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、操作例と速度ベクトルとの関係などを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、操作例と速度ベクトルとの関係などを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、目標面の設定による演算処理の理解を補佐するための説明図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、操作例と速度ベクトルとの関係などを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る油圧ショベルにおける、２軸操作可能な１本の操作レバー（操作桿）で構成された操作レバー部４ａ、４ｃと、操作レバー部４ｂ、４ｄとを示す説明図である。 図７中のステップＳ２０５の処理の詳細を示すフローチャートである。

符号の説明

１Ａ フロント作業装置
１Ｂ 車体
１ａ ブーム
１ｂ アーム
１ｃ バケット
１ｄ 上部旋回体
１ｅ 下部走行体
２ 油圧ポンプ
３ａ ブームシリンダ
３ｂ アームシリンダ
３ｃ バケットシリンダ
３ｄ 旋回モータ
３ｅ、３ｆ 走行モータ
４ａ〜４ｆ 操作レバー部
５ａ〜５ｆ 流量制御弁
６ リリーフ弁
７ 設定器
７ａ、７ｂ スイッチ
８ａ〜８ｃ 角度検出器
９ 制御ユニット
４０ａ〜４０ｄ 反力発生部
９１ Ａ／Ｄ変換器
９２ ＣＰＵ
９３ ＲＯＭ
９４ ＲＡＭ（記憶手段）
９５ Ｄ／Ａ変換器
９６ シングルチップマイコン
９７ 不揮発性メモリ（記憶手段）
９８ アンプ
Ｐ１ バケット先端部

Claims (2)

1. 複数の作業部材駆動用のアクチュエータに対応して設けられ、これらの各アクチュエータの駆動をそれぞれ指令する複数の操作方向軸を有する操作部材と、
   前記操作部材の操作による駆動指令に応じて、対応する前記アクチュエータをそれぞれ駆動する駆動手段と、
   前記作業部材で実施される作業の領域のうちの特定領域を反力制御領域として記憶する記憶手段と、
   前記作業部材の先端部が前記記憶手段で記憶される前記反力制御領域にあるときに、前記操作部材の前記複数の操作方向軸のうちのある１軸による操作に対して、前記反力制御領域の限界面である目標面と前記作業部材の前記先端部との距離が短くなるに従って大きくなる操作反力を付与可能な反力付与手段と、
   前記操作部材の前記１軸による操作に対して、前記操作反力を付与するように前記反力付与手段を制御する反力制御手段と、
   前記操作部材の前記１軸に付与された前記操作反力に応じて、前記操作部材の前記複数の操作方向軸のうちの他の軸にも誤操作防止のための操作反力を付与する制御を行う誤操作防止用反力制御手段とを、
   備えることを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械の操作装置において、
   前記操作部材の前記１軸の操作に対する前記反力付与手段による操作反力の付与、及び前記操作部材の前記他の軸に対する前記誤操作防止用反力制御手段による操作反力の付与を行うか否かを選択する選択スイッチを備えることを特徴とする建設機械。

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