JP6692568B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、操作装置を操作してブーム及びアームを動作させる建設機械に関する。

下記の特許文献１に、建設機械の軌跡制御装置が開示されている。この軌跡制御装置では、ブームシリンダ及びアームシリンダのストロークエンドで、それぞれブーム及びアームの回転運動が自動停止するように、ブーム角速度及びアーム角速度が補正される。これにより、ブームシリンダ及びアームシリンダのストロークエンド近傍においても、円滑な連続した動作が可能である。

特開平１０−１２１５０７号公報

一般的な油圧ショベルにおいては、操作レバーの操作角に応じて、ブーム及びアームの角速度が決まる。バケットの先端の上下方向及び前後方向に関する移動速度は、ブーム及びアームの角速度に対して非線形の関係を有する。一例として、ブーム及びアームの角速度に対するバケット先端の上下方向の速度の比を機械的速度ゲインと定義する。この機械的速度ゲインは、ブーム及びアームの姿勢に依存する。例えば、バケットがブームの基部に近づくと、機械的速度ゲインが低下する。機械的速度ゲインが低下すると、操作レバーの操作量に対するバケットの上下方向への動きが緩慢になる。

機械的速度ゲインが異なる領域にまたがる目標軌跡に沿ってバケットを移動させる作業が行われる場合がある。機械的速度ゲインが小さな領域で、バケットの位置が目標軌跡からずれると、目標軌跡まで戻す操作の操作量を大きくしなければならない。このように、バケットを目標軌跡に戻すための操作量が変動するため、バケットを目標軌跡に沿って移動させることが困難である。

本発明の目的は、作業部品の作用点を目標軌跡に沿って移動させることが容易な建設機械を提供することである。

本発明の一観点によると、
走行体と、
前記走行体に旋回可能に設けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられたブーム、及び前記ブームに取り付けられたアームを含む作業アタッチメントと、
前記作業アタッチメントの操作装置と、
油圧ポンプから前記作業アタッチメントのシリンダへの作動油の流れを調整する制御弁と、
前記制御弁を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記操作量に基づいて速度要求値を生成し、
前記作業アタッチメントの先端部の位置に依存して前記操作装置の操作量と前記作業アタッチメントの移動速度との関係を変化させるように、前記速度要求値に対して補正演算を行うことにより速度指令値を生成し、
前記速度指令値に基づいて前記作業アタッチメントの移動を制御する建設機械が提供される。

一般的に、作用点（例えば、作業アタッチメントの先端部）がブームの基部に近づくと、操作装置の操作量に対するブームの角速度の比（機械的速度ゲイン）が低下する。作業アタッチメントの先端部の位置に依存する補正演算により生成された速度指令値に基づいて作業アタッチメントの移動が制御されるため、操縦者が作業アタッチメントの先端部を目標軌跡に沿って容易に移動させることを可能にすることができる。

図１は、実施例による建設機械の側面図である。 図２は、実施例による建設機械の油圧制御系の概略図である。 図３は、作業部品の姿勢を定義する座標系及び各種パラメータの定義を説明するための図である。 図４Ａは、通常の操縦者が操縦した場合の作用点ＡＰの軌跡の一例を示すグラフであり、角度θ１の時間変化を示すグラフであり、図４Ｃは、機械的速度ゲインの時間変化を示すグラフである。 図５Ａは、ブームに関する機械的速度ゲインの前後方向位置依存性を示すグラフであり、図５Ｂは、アームに関する機械的速度ゲインの上下方向位置依存性を示すグラフである。 図６は、実施例による建設機械の作業部品を駆動する機能を示すブロック図である。 図７は、他の実施例による建設機械の建設機械の作業部品を駆動する機能を示すブロック図である。 図８は、さらに他の実施例による建設機械の建設機械の作業部品を駆動する機能を示すブロック図である。 図９は、さらに他の実施例による建設機械の建設機械の作業部品を駆動する機能を示すブロック図である。

図１に、実施例による建設機械の側面図を示す。下部走行体１０に、旋回機構１１を介して上部旋回体１２が旋回可能に搭載されている。上部旋回体１２にブーム１３、アーム１５、及びバケット１７等の作業部品が連結されている。作業部品は、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８等の油圧シリンダにより油圧駆動される。ブーム１３、アーム１５、及びバケット１７により、掘削用のアタッチメントが構成される。なお、掘削用のアタッチメントの他に、破砕用のアタッチメント、リフティングマグネット用のアタッチメント等を連結することも可能である。

図２に、実施例による建設機械の油圧制御系の概略図を示す。油圧回路が、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８に作動油を供給する。さらに、この油圧回路は、油圧モータ１９、２０、及び２１にも作動油を供給する。油圧モータ１９、２０は、それぞれ下部走行体１０（図１）の２本のクローラを駆動する。油圧モータ２１は、上部旋回体１２（図１）を旋回させる。

油圧回路は、油圧ポンプ２６及び制御弁２５を含む。動力発生装置３５によって油圧ポンプ２６が駆動される。動力発生装置３５には、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。油圧ポンプ２６は、制御弁２５に高圧の作動油を供給する。制御弁２５には、方向切換弁２５１、流量調整弁２５２、回生弁２５３等が含まれる。方向切換弁２５１は、油圧シリンダ及び油圧モータに供給する作動油の流れの方向を切り替える。流量調整弁２５２は、油圧シリンダ及び油圧モータに供給する作動油の流量を調整する。方向切換弁２５１及び流量調整弁２５２は、油圧シリンダごと、及び油圧モータごとに準備される。回生弁２５３は、ブーム１３またはアーム１５の下降時にブームシリンダ１４またはアームシリンダ１６からタンクに戻る戻り油を、それぞれアームシリンダ１６またはブームシリンダ１４に流入させる。これにより、アームシリンダ１６またはブームシリンダ１４への作動油の流量がブーストされる。

ブームシリンダ１４のボトム室及びロッド室が、それぞれ油圧ライン１４１及び油圧ライン１４２を介して、制御弁２５に接続されている。アームシリンダ１６のボトム室及びロッド室が、それぞれ油圧ライン１６１及び油圧ライン１６２を介して、制御弁２５に接続されている。バケットシリンダ１８のボトム室及びロッド室が、それぞれ油圧ライン１８１及び油圧ライン１８２を介して、制御弁２５に接続されている。

圧力センサ２７１、２７２が、それぞれブームシリンダ１４のボトム室及びロッド室に供給される作動油、またはボトム室及びロッド室から排出される作動油の圧力を測定する。圧力センサ２７３、２７４が、それぞれアームシリンダ１６のボトム室及びロッド室に供給される作動油、またはボトム室及びロッド室から排出される作動油の圧力を測定する。圧力センサ２７５、２７６が、それぞれバケットシリンダ１８のボトム室及びロッド室に供給される作動油、またはボトム室及びロッド室から排出される作動油の圧力を測定する。圧力センサ２７１〜２７６の測定結果が、制御装置３０に入力される。

操作装置３１が、操縦者によって操作される操作レバー３１１を含む。操作装置３１は、操作レバー３１１の操作量ＯＡに応じたパイロット圧または電気信号を発生する。操作量ＯＡに応じたパイロット圧または電気信号が制御装置３０に入力される。

制御装置３０は、操作装置３１から入力される操作量ＯＡに基づいて、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８からなる油圧シリンダを駆動するための指令値ＣＶを生成する。さらに、制御装置３０は、操作量ＯＡに基づいて、油圧モータ１９〜２１を駆動するための指令値ＣＶを生成する。指令値ＣＶに応じたパイロット圧または電気信号が制御弁２５に与えられる。一部の制御弁２５にパイロット圧が与えられ、他の制御弁２５に電気信号が与えられる構成としてもよい。例えば、方向切換弁２５１に油圧式の弁を用い、流量調整弁２５２に電磁式の弁を用いてもよい。指令値ＣＶに基づいて制御弁２５が制御されることにより、油圧シリンダ、及び油圧モータ１９〜２１が動作する。

制御装置３０は、さらに、動力発生装置３５の回転数、油圧ポンプ２６の斜板傾斜角を制御する。これにより、油圧ポンプ２６からの作動油の吐出量が制御される。

図３を参照して、作業部品の姿勢を定義する座標系について説明する。上部旋回体１２（図１）にブーム１３が連結されている。ブーム１３の先端にアーム１５が連結され、アーム１５の先端にバケット１７が連結されている。建設機械を水平面上に配置したとき、ブーム１３の上部旋回体１２への連結点を原点とし、水平方向の前方をｘ軸の正の向きとし、鉛直上方をｚ軸の正の向きとするｘｚ直交座標系を定義する。

原点から、ブーム１３とアーム１５との連結点に向かうブームベクトル１３０と、ｚ軸の正の向きとのなす角度をθ１で表す。ブーム１３とアーム１５との連結点から、アーム１５とバケット１７との連結点に向かうアームベクトル１５０と、ブームベクトル１３０とのなす角度をθ２で表す。アーム１５とバケット１７との連結点から、バケット１７の先端である作用点ＡＰに向かうバケットベクトル１７０と、アームベクトル１５０とのなす角度をθ３で表す。ブーム１３とアーム１５との連結点から、作用点ＡＰに向かう作用点ベクトル１５１と、ブームベクトル１３０とのなす角度をθ４で表す。

角度センサ２９１が角度θ１を測定し、角度センサ２９２が角度θ２を測定し、角度センサ２９３が角度θ３を測定する。角度θ４は、角度θ２、角度θ３、アームベクトル１５０の長さ、及びバケットベクトル１７０の長さから、角度θ４を算出することができる。アーム１５とバケット１７との相対位置関係が固定された状態、すなわち角度θ３が一定の状態で作業を行う場合、角度θ２の測定値から角度θ４を算出することができる。角度センサ２９１、２９２、２９３で測定された角度θ１、θ２、θ３から、作業部品の姿勢が特定される。角度センサ２９１、２９２、２９３をまとめて、姿勢センサ２９ということとする。

作用点ＡＰの位置（ｘ，ｚ）は、角度θ１、角度θ４、ブームベクトル１３０の長さ、及び作用点ベクトル１５１の長さにより一意に決定される。言い換えると、角度θ１及びθ４は、作用点ＡＰの位置（ｘ，ｚ）から求められる。従って、角度θ１及び角度θ４は、関数Ａ及び関数Ｂを用いて以下の式で表すことができる。

角度θ３が一定である場合、アーム１５の角速度は、作用点ベクトル１５１の角速度に等しい。このため、ブームの角速度Ｗｂ及びアームの角速度Ｗａは、以下の式で表される。

図４Ａ〜図４Ｃを参照して、比較例による建設機械によって、作用点ＡＰ（図３）を水平面に沿って手前に移動させる動作（水平引き動作）を行う例について説明する。水平引き動作中、角度θ３（図３）は一定であり、角度θ１及び角度θ２（図３）が変化すると仮定する。すなわち、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１６（図２）が動作し、バケットシリンダ１８（図２）は動作しない。

図４Ａは、一般的な熟練度の操縦者が操縦した場合の作用点ＡＰの軌跡の一例を示す。作用点ＡＰの実際の軌跡Ｌを実線で示す。操縦者は、ｚ＝０の直線に沿って作用点ＡＰが移動するように操作したにも関わらず、作用点ＡＰがブーム１３の基部に近い領域において、作用点ＡＰの軌跡Ｌが目標とする軌跡から大きく外れていることがわかる。

図４Ｂは、角度θ１の時間変化を示す。横軸は操作開始からの経過時間を表し、縦軸はブーム１３の角度θ１を表す。実際の角度θ１の変化Ａ１を太い実線で示す。参考のために、ｚ＝０の直線に沿って作用点ＡＰを移動させるための理想的なブーム１３の角度θ１の変化Ａ２を細い実線で示す。経過時間がｔ１を超えたときに、角度θ１を、変化Ａ２で示すように急激に小さくしなければならないにも関わらず、実際の操作による角度θ１の減少は変化Ａ１のように緩やかである。

図４Ｃに、機械的速度ゲインの時間変化を示す。横軸は操作開始からの経過時間を表し、縦軸は機械的速度ゲインを表す。機械的速度ゲインとは、ブーム及びアームの角速度に対する作用点ＡＰの速度の比を意味する。機械的速度ゲインには、作用点ＡＰの上下方向の速度に関するものと、前後方向の速度に関するものとが含まれる。図４Ｃでは、ブームの角速度に対する作用点ＡＰのｚ方向（上下方向）の速度の比が、機械的速度ゲインとして示されている。

経過時間がｔ２よりも前の時間帯では、機械的速度ゲインはほぼ一定である。ところが、経過時間がｔ２よりも後の時間帯では、経過時間の増加に伴って機械的速度ゲインが徐々に低下している。これは、操縦者による操作装置の操作量に対して、作用点ＡＰのｚ方向への動きが緩慢になることを意味する。このため、図４Ａに示したように、ブーム１３の基部の近傍において、作用点ＡＰが目標の軌跡から逸脱しても、操縦者は、目標とする軌跡に迅速に戻せなかったと考えられる。

目標とする軌跡に沿って作用点ＡＰを移動させるためには、図４Ｂに示したように、経過時間がｔ１を超えたときに、ブームの角度θ１を急激に小さくしなければならない。ところが、図４Ｂに示した例では、角度θ１の減少が、理想的な変化に比べて緩やかである。これは、作用点ＡＰの動きが緩慢になったことに操縦者が気付かず、操作レバーの操作量を緩やかに変化させたことを意味する。

図５Ａに、ブームに関する機械的速度ゲインの前後方向位置依存性を示す。横軸は前後方向の位置（ｘ座標）を表し、縦軸は、ブームの角速度Ｗｂに対する作用点ＡＰのｚ方向の速度Ｖｚの比を表す。ｘ座標が小さくなるに従って、すなわち、作用点ＡＰがブーム１３の基部に近づくに従って、ブームに関する機械的速度ゲインが低下していることがわかる。ブームに関する機械的速度ゲインの上下方向位置（ｚ座標）依存性は、前後方向位置依存性よりも小さい。

図６に、実施例による建設機械の作業部品を駆動する機能のブロック図を示す。図６を参照して、バケット１７の角度θ３（図３）は一定値に保持され、ブーム１３の角度θ１（図３）及びアーム１５の角度θ２（図３）を変化させる作業を行う例について説明する。

操作装置３１から、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８（図２）ごとの操作量ＯＡが、制御装置３０に入力される。姿勢センサ２９が、ブーム１３、アーム１５、及びバケット１７からなる作業部品２３の姿勢を検出し、検出結果が制御装置３０に入力される。姿勢センサ２９は、角度センサ２９１、２９２、２９３（図３）を含み、作業部品２３の姿勢の検出結果は、角度θ１、θ２、及びθ３を含む。角度θ１、θ２、及びθ３に基づいて、作用点ＡＰのｘ座標及びｚ座標を算出することができる。

駆動装置３３が、制御装置３０から制御されることにより、作業部品２３を駆動する。駆動装置３３は、動力発生装置３５（図２）、油圧回路３４、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８を含む。油圧回路３４は、油圧ポンプ２６、制御弁２５（図２）等を含む。

制御装置３０からのブーム用の制御信号ＳＣｂ及びアーム用の制御信号ＳＣａに応じて、油圧回路３４が動作する。これにより、制御信号ＳＣｂで指令された流量の作動油がブームシリンダ１４に供給され、制御信号ＳＣａで指令された流量の作動油が、アームシリンダ１６に供給される。本実施例では、バケットシリンダ１８は駆動されないため、バケットシリンダ１８の制御については、説明を省略する。

作用点ＡＰ（図３）がブーム１３の基部に近いほど、操作装置３１の操作量ＯＡに対するブーム１３の角速度Ｗｂの比が高くなるように、制御装置３０が駆動装置３３を制御する。これにより、図５に示した作用点ＡＰの位置による機械的速度ゲインの変化を補償することができる。操作量ＯＡに対する作用点ＡＰの速度の比を、「入出力速度ゲイン」ということとする。入出力速度ゲインにも、機械的速度ゲインと同様に、作用点ＡＰの上下方向の速度に関するものと、前後方向に関するものとが含まれる。制御装置３０は、入出力速度ゲインが作用点ＡＰの位置によらず均一になるように、操作装置３１の操作量ＯＡに対するブーム１３の角速度の比を、作用点ＡＰの位置に応じて変化させる。

上下方向に関する入出力速度ゲインが均一になると、操作量ＯＡの大きさと、作用点ＡＰの上下方向の移動速度との関係が、作用点ＡＰの位置に依存しなくなる。このため、作用点ＡＰがブーム１３の基部に近づいても、作用点ＡＰを目標とする軌跡に沿って移動させることが容易になる。

図５Ａでは、機械的速度ゲインとして、ブーム１３の角速度Ｗｂに対する作用点ＡＰのｚ方向の速度Ｖｚの比（ブームに関する上下方向の機械的速度ゲイン）を示したが、アーム１５の角速度Ｗａに対する作用点ＡＰの速度の比（アームに関する機械的速度ゲイン）も、作用点ＡＰの位置に依存して変化する。

図５Ｂに、アームに関する機械的速度ゲインの上下方向位置依存性を示す。横軸は上下方向位置（ｚ座標）を表し、縦軸は、アームに関する前後方向の機械的速度ゲインを表す。ｚ座標が小さくなるに従って、すなわち、作用点ＡＰの位置が低くなるに従って、アームに関する前後方向の機械的速度ゲインが低下していることがわかる。従って、作用点ＡＰの位置が低いほど、アーム１５の操作量ＯＡに対するアーム１５の角速度Ｗａの比が高くなるように、駆動装置３３を制御することが好ましい。この制御を行うことにより、前後方向に関する入出力速度ゲインを、作用点ＡＰの高さによらず均一に近づけることができる。アームに関する前後方向の機械的速度ゲインの前後方向位置（ｘ座標）依存性は、上下方向位置（ｚ座標）依存性よりも小さい。

作用点ＡＰを前後方向に移動させる場合には、上下方向に関する入出力速度ゲインを補正して均一に近づけ、作用点ＡＰを上下方向に移動させる場合には、前後方向に関する入出力速度ゲインを補正して均一に近づけることが好ましい。これにより、目標とする軌跡からの作用点ＡＰのずれを迅速に修正することができる。

上下方向に関する入出力速度ゲインを補正するのか、前後方向に関する入出力速度ゲインを補正するのかの選択は、操作装置３１に設けた選択スイッチで行うことができる。その他に、制御装置３０に、作用点ＡＰの移動方向を検知する機能を持たせてもよい。この場合には、作用点ＡＰの移動方向の検知結果に基づいて、制御装置３０が、上下方向に関する入出力速度ゲインを補正するのか、前後方向に関する入出力速度ゲインを補正するのかを自動的に選択する。

次に、制御装置３０で実行される処理について、より詳細に説明する。制御装置３０は、図６に示すように操作量検出部３０１、位置検出部３０２、速度要求値補正部３０３、補正係数決定部３０４、及び駆動部３０５を含む。各部の機能は、例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ）がコンピュータプログラムを実行することにより、実現される。さらに、制御装置３０の記憶装置に、位置−補正係数対応表３０６が格納されている。位置−補正係数対応表３０６には、作用点ＡＰの位置と、補正係数との対応関係が定義されている。位置−補正係数対応表３０６によって、作用点ＡＰの現在位置から、補正係数を求めることができる。位置−補正係数対応表３０６の代わりに、作用点ＡＰの位置から補正係数を求める関数を定義してもよい。

操作量検出部３０１は、操作装置３１から入力される操作量ＯＡに基づいて、ブーム角速度要求値ＷＲｂ及びアーム角速度要求値ＷＲａを生成する。一例として、ブーム角速度要求値ＷＲｂ及びアーム角速度要求値ＷＲａは、それぞれブーム１３に対する操作量ＯＡ及びアーム１５に対する操作量ＯＡに比例する。

位置検出部３０２は、姿勢センサ２９で検出された角度θ１、θ２、θ３から、作用点ＡＰのｘ座標及びｚ座標を算出する。作用点ＡＰのｘ座標及びｚ座標が、補正係数決定部３０４に入力される。

補正係数決定部３０４は、作用点ＡＰの位置に基づいて、位置−補正係数対応表３０６を参照し、ブーム用の補正係数ＣＦｂ及びアーム用の補正係数ＣＦａを生成する。生成された補正係数ＣＦｂ及びＣＦａが、速度要求値補正部３０３に入力される。

速度要求値補正部３０３は、ブーム角速度要求値ＷＲｂ及びアーム角速度要求値ＷＲａを、補正係数ＣＦｂ、ＣＦａに基づいて補正演算を行うことにより、ブーム角速度指令値ＷＣｂ及びアーム角速度指令値ＷＣａを生成する。具体的には、以下の計算式により、ブーム角速度指令値ＷＣｂ及びアーム角速度指令値ＷＣａが求まる。

駆動部３０５は、ブーム角速度指令値ＷＣｂ及びアーム角速度指令値ＷＣａに基づいて、それぞれブーム用の制御信号ＳＣｂ及びアーム用の制御信号ＳＣａを駆動装置３３に送信する。駆動装置３３の方向切換弁２５１及び流量調整弁２５２が、制御信号ＳＣｂ、ＳＣａに基づいて動作することにより、ブーム角速度指令値ＷＣｂ及びアーム角速度指令値ＷＣａに応じた流量の作動油が、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１６に供給される。その結果、ブーム１３の角速度Ｗｂ及びアーム１５の角速度Ｗｃが、それぞれブーム角速度指令値ＷＣｂ及びアーム角速度指令値ＷＣａにほぼ一致する。

次に、作用点ＡＰの位置と、補正係数ＣＦｂ、ＣＦａとの関係について説明する。図４Ａに示したように、水平引き動作において、作用点ＡＰのｚ方向へのずれを補正する必要があるため、作用点ＡＰのｚ方向の速度に着目する。式（２）において、拘束条件として、ｘ方向の速度をゼロとおく。式（２）のｄｘ／ｄｔ＝ｄｚ／ｄｔ＝０とすると、以下の式が得られる。

ブーム１３の角速度Ｗｂ及びアーム１５の角速度Ｗａに関する機械的速度ゲインＭＧｂ及びＭＧａは、式（４）に基づいて、以下の式で表される。

補正係数ＣＦｂ、ＣＦａは、以下の式を満たすように決定される。

ここで、Ｃｂ及びＣａは定数である。

ブーム１３の角速度Ｗｂ及びアーム１５の角速度Ｗａが、それぞれブーム角速度指令値ＷＣｂ及びアーム角速度指令値ＷＣａに一致するようにブームシリンダ１４及びアームシリンダ１６が動作するため、Ｗｂ＝ＷＣｂ、Ｗａ＝ＷＣａが満足されると仮定することができる。この条件の下で、作用点ＡＰのｚ方向の速度は、式（５）、（３）、（６）に基づいて、以下の式で表される。

式（７）から分かるように、作用点ＡＰのｚ方向の速度Ｖｚは、ブーム角速度要求値ＷＲｂ及びアーム角速度要求値ＷＲａに比例する。補正係数ＣＦｂ、ＣＦａは、式（５）及び式（６）に基づいて決定することができる。式（５）の右辺の関数ｇｂ（ｘ，ｚ）及びｇａ（ｘ，ｚ）が作用点ＡＰの位置（ｘ，ｚ）の関数であるため、補正係数ＣＦｂ、ＣＦａは、作用点ＡＰの位置に依存する。

ブーム角速度要求値ＷＲｂ及びアーム角速度要求値ＷＲａは、それぞれブーム１３の操作量ＯＡｂ及びアーム１５の操作量ＯＡａに応じて生成され、操作量ＯＡｂ及びＯＡａに比例する。従って、ブーム角速度要求値ＷＲｂ及びアーム角速度要求値ＷＲａは、以下の式で表すことができる。

ここで、Ｃ１ａ、Ｃ１ｂは、比例定数である。式（７）及び式（８）から、作用点ＡＰの速度は、以下の式で表される。

式（９）の定数Ｃｂ×Ｃ１ｂ、及び定数Ｃａ×Ｃ１ａが、入出力速度ゲインに相当する。すなわち、入出力速度ゲインは一定値である。このように、操作量ＯＡに対する作用点ＡＰの移動速度の比で定義される入出力速度ゲインを、作用点ＡＰの位置に依存する補正係数ＣＦｂ、ＣＦａを用いて補正することにより、入出力速度ゲインを一定値に近づけることができる。

上記実施例では、入出力速度ゲインとして、操作量ＯＡに対する作用点ＡＰのｚ方向（上下方向）の速度の比を用いた。この入出力速度ゲインを一定値に近づけることにより、水平引き動作において、作用点ＡＰの目標とする軌跡からのずれを小さくすることができる。水平方向以外の軌跡に沿って作用点ＡＰを移動させる場合には、入出力速度ゲインの基礎となる作用点ＡＰの速度の方向として、ｚ方向以外の方向を採用してもよい。例えば、作用点ＡＰを上下方向に移動させる場合には、入出力速度ゲインとして、操作量ＯＡに対する作用点ＡＰのｘ方向（前後方向）の速度の比を用いることが好ましい。

上記実施例では、バケット１７に関する角度θ３（図３）を一定に保った条件の下で、作用点ＡＰを移動させたが、動作中に角度θ３を変化させる場合もある。作用点ＡＰを水平方向または上下方向に移動させる際に、バケットシリンダ１８（図１）を動作させて角度θ３を変化させてもよい。

バケットシリンダ１８を動作させる場合、入出力速度ゲインには、ブームの操作量に対する作用点ＡＰの移動速度の比で定義される第１の入出力速度ゲインと、アームの操作量に対する作用点ＡＰの移動速度の比で定義される第２の入出力速度ゲインと、バケットの操作量に対する作用点ＡＰの移動速度の比で定義される第３の入出力速度ゲインとが含まれる。制御装置３０は、指令値ＣＶに基づいて、第１の入出力速度ゲイン、第２の入出力速度ゲイン、及び第３の入出力速度ゲインの少なくとも１つを、作用点ＡＰの位置に基づいて補正する。一例として、作用点ＡＰの位置によって最も大きく変動する入出力速度ゲイン（補正前）を補正対象とすることが好ましい。これにより、補正対象の入出力速度ゲインを、作用点ＡＰの位置によらず均一に近づけることができる。

次に、図７を参照して、他の実施例による建設機械の作業部品の制御方法について説明する。以下、図１〜図６に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図７に、建設機械の作業部品を駆動する機能のブロック図を示す。図７に示した実施例による制御装置３０は、速度要求値補正部３０３（図６）に代えて、吐出量補正部３０７を有する。操作量検出部３０１で生成されたブーム角速度要求値ＷＲｂ及びアーム角速度要求値ＷＲａが、駆動部３０５に直接入力される。駆動部３０５は、ブーム角速度要求値ＷＲｂ及びアーム角速度要求値ＷＲａに基づいて、ブーム用の制御信号ＳＣｂ及びアーム用の制御信号ＳＣａを出力する。

吐出量補正部３０７は、作用点ＡＰの位置に依存する補正係数ＣＦｂ、ＣＦａに基づいて、吐出量指令値ＤＱＣを生成する。駆動部３０５は、吐出量指令値ＤＱＣに基づいて、油圧ポンプ２６（図２）からの作動油の吐出量が吐出量指令値ＤＱＣに一致するように、動力発生装置３５の回転数を制御する。

図７に示した実施例では、油圧ポンプ２６からの作動油の吐出量を制御することにより、ブーム１３の角速度Ｗｂ及びアーム１５の角速度Ｗａを調整する。油圧ポンプ２６からの作動油の吐出量は、実際の角速度Ｗｂ及びＷａが、それぞれ図６に示した実施例のブーム角速度指令値ＷＣｂ及びアーム角速度指令値ＷＣａに等しくなるように制御される。これにより、図６に示した実施例と同様に、入出力速度ゲインを作用点ＡＰの位置に依存することなく一定値に近づけることができる。

一例として、機械的速度ゲインが相対的に小さな領域に作用点ＡＰが位置する状態で、吐出量を相対的に多くすることにより、入出力速度ゲインを高めることができる。その結果、入出力速度ゲインを一定値に近づけることが可能になる。

図７に示した実施例では、動力発生装置３５の回転数を制御することにより、作動油の吐出量を調整したが、油圧ポンプ２６（図２）の斜板の傾斜角を変化させることによって、吐出量を調整してもよい。

次に、図８を参照して、さらに他の実施例による建設機械の作業部品の制御方法について説明する。以下、図７に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図８に、建設機械の作業部品を駆動する機能のブロック図を示す。図８に示した実施例による制御装置３０は、吐出量補正部３０７（図７）に代えて、回生流量補正部３０８を有する。

回生流量補正部３０８は、作用点ＡＰの位置に依存する補正係数ＣＦｂ、ＣＦａに基づいて、回生流量指令値ＲＦＣを生成する。駆動部３０５は、回生流量指令値ＲＦＣに基づいて、回生弁２５３（図２）を制御する。例えば、アーム１５が下降する時に、アームシリンダ１６からタンクに戻る戻り油をブームシリンダ１４へ流入させることにより、ブームシリンダ１４をブーストすることができる。これにより、ブーム１３の角速度に対する作用点ＡＰの速度の比で定義される機械的速度ゲインの低下を補うことができる。

逆に、アーム１５の角速度に対する作用点ＡＰの速度の比で定義される機械的速度ゲインの低下を補う必要がある場合には、ブーム１３が下降する時に、ブームシリンダ１４からタンクに戻る戻り油をアームシリンダ１６へ流入させることにより、アームシリンダ１６をブーストすればよい。このように、回生弁２５３を制御して、回生ラインを流れる作動油の方向及び流量を調整することにより、入出力速度ゲインを一定値に近づけることができる。

次に、図９を参照して、さらに他の実施例による建設機械の作業部品の制御方法について説明する。以下、図８に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図９に、建設機械の作業部品を駆動する機能のブロック図を示す。図９に示した実施例では、制御装置３０が負荷判定部３０９を有する。圧力センサ２７１〜２７６（図２）の検出結果が負荷判定部３０９に入力される。

負荷判定部３０９は、圧力センサ２７１〜２７６で検出されたブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８の圧力に基づいて、作用点ＡＰに加わる負荷を算出する。さらに、作用点ＡＰに加わる負荷に基づいて、現在の作業が無負荷作業か負荷作業かを判定する。例えば、作用点ＡＰに加わる負荷（または反力）が判定基準値未満の場合、現在の作業は無負荷作業であると判定され、判定基準値以上の場合、現在の作業は負荷作業であると判定される。

現在の作業が無負荷作業である場合には、回生流量補正部３０８で生成された回生流量指令値ＲＦＣが駆動部３０５に入力される。現在の作業が負荷作業である場合には、回生流量補正部３０８で生成された回生流量指令値ＲＦＣが駆動部３０５に入力されない。すなわち、現在の作業が無負荷作業である場合には、入出力速度ゲインを補正する機能が有効にされ、現在の作業が負荷作業である場合には、入出力速度ゲインを補正する機能が無効にされる。

図８に示した実施例では、アームシリンダ１６及びブームシリンダ１４の一方からタンクに戻る戻り油を、回生ラインを通して他方に流入させる。これにより、入出力速度ゲインを作用点ＡＰの位置によらず一定値に近づけることができるが、掘削力が低下してしまう場合がある。

図９に示した実施例では、掘削等の負荷作業中のときに、入出力速度ゲインを補正する機能が無効にされるため、掘削力の低下を防止することができる。水平引き動作等の無負荷作業を行っているときには、入出力速度ゲインを補正する機能が有効にされるため、作用点ＡＰの軌跡と、目標とする軌跡との差を小さくすることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 下部走行体
１１ 旋回機構
１２ 上部旋回体
１３ ブーム
１４ ブームシリンダ
１５ アーム
１６ アームシリンダ
１７ バケット
１８ バケットシリンダ
１９、２０、２１ 油圧モータ
２３ 作業部品
２５ 制御弁
２６ 油圧ポンプ
２９ 姿勢センサ
３０ 制御装置
３１ 操作装置
３３ 駆動装置
３４ 油圧回路
３５ 動力発生装置
１３０ ブームベクトル
１４１、１４２ 油圧ライン
１５０ アームベクトル
１５１ 作用点ベクトル
１６１、１６２ 油圧ライン
１７０ バケットベクトル
１８１、１８２ 油圧ライン
２５１ 方向切換弁
２５２ 流量調整弁
２５３ 回生弁
２７１、２７２、２７３、２７４、２７５、２７６ 圧力センサ
２９１、２９２、２９３ 角度センサ
３０１ 操作量検出部
３０２ 位置検出部
３０３ 速度要求値補正部
３０４ 補正係数決定部
３０５ 駆動部
３０６ 位置−補正係数対応表
３０７ 吐出量補正部
３０８ 回生流量補正部
３０９ 負荷判定部
３１１ 操作レバー
ＡＰ 作用点
ＣＦａ、ＣＦｂ 補正係数
ＣＶ 指令値
ＣＶａ アーム指令値
ＣＶｂ ブーム指令値
ＤＱＣ 吐出量指令値
Ｌ 軌跡
ＭＧａ、ＭＧｂ 機械的速度ゲイン
ＯＡ 操作量
ＯＡａ アームの操作量
ＯＡｂ ブームの操作量
ＲＦＣ 回生流量指令値
ＳＣａ、ＳＣｂ 制御信号
Ｖｚ 作用点のｚ方向の速度
ＷＣａ アーム角速度指令値
ＷＣｂ ブーム角速度指令値
ＷＲａ アーム角速度要求値
ＷＲｂ ブーム角速度要求値
Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ 角速度

Claims (2)

1. 走行体と、
   前記走行体に旋回可能に設けられた上部旋回体と、
   前記上部旋回体に取り付けられたブーム、及び前記ブームに取り付けられたアームを含む作業アタッチメントと、
   前記作業アタッチメントの操作装置と、
   油圧ポンプから前記作業アタッチメントのシリンダへの作動油の流れを調整する制御弁と、
   前記制御弁を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記操作装置の操作量に基づいて速度要求値を生成し、
   前記作業アタッチメントの先端部の位置に依存して前記操作量と前記作業アタッチメントの移動速度との関係を変化させるように、前記速度要求値に対して補正演算を行うことにより速度指令値を生成し、
   前記速度指令値に基づいて前記作業アタッチメントの移動を制御する建設機械。
2. 前記制御装置は、前記速度指令値に基づいて前記制御弁を制御することにより、前記操作量に対する前記作業アタッチメントの移動速度の比で定義される速度ゲインを補正する請求項１に記載の建設機械。
   

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