JPH06200537A - 油圧ショベル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサーの精度や分解能やセンサーの取り付
け精度が高くなくてもバケットの位置と姿勢の制御を正
確に且つ安定して行い得る油圧ショベルを提供する事。 【構成】 本発明による油圧ショベルは、ブーム油圧シ
リンダーの端部間の距離の伸縮変位を測定するブームセ
ンサーと、スティック油圧シリンダーの端部間の距離の
伸縮変位を測定するスティックセンサーと、バケット油
圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を測定するバケ
ットセンサーとを有し、測定された油圧シリンダーの端
部間の距離の伸縮変位が、所望の油圧シリンダーの端部
間の距離の伸縮変位と等しくなるまで、油圧シリンダー
の端部間の距離を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地面を掘削する油圧シ
ョベルに関し、特に、バケットの進行方向或いはバケッ
トの姿勢を一定に保って掘削する油圧ショベルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベルのフロントショベルではマ
スターシリンダ等を用いて機械的に水平掘削（水平押出
し）を行う装置はあったが、部品点数が多い、掘削方向
に角度を持たせることが困難である等の理由により、バ
ックホーには利用されていない。一方、バックホーにお
いては電子制御による直線掘削装置が提案されているが
いずれもフロントリンケージの節点回転部に回転角度を
センサーを取付けフィードバックの制御するものであ
る。しかし角度センサーを用いる場合、取付けピン毎に
センサーの較正をしなくてはならず、又、角度センサー
を関節部のピンに取付けるための取付具やカバー類に高
い精度と頑強性が要求される等の問題もあった。さら
に、シリンダのフィードバック制御においては、シリン
ダと角度センサーの間にリンケージが介在するため、制
御演算が複雑化し、これが制御精度を悪化させる要因の
ひとつとなっていた。油圧制御に関してはポンプ斜板を
制御してシリンダ速度を調整する方法や、サーボ弁ある
いは圧力補償弁を用いてシリンダ負荷の影響を受けにく
い油圧システムとしてシリンダの位置制御を行う手法は
提案されているが、コストが高くなるという欠点があっ
た。又、手動操作時における操作感覚が従来の油圧シス
テムと大きく異なる等の問題もあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、セン
サーの精度や分解能やセンサーの取り付け精度が高くな
くてもバケットの位置と姿勢の制御を正確に且つ安定し
て行い得る油圧ショベルを提供する事である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による油圧ショベ
ルは、油圧ショベル本体と、油圧ショベル本体に対して
一端が回転可能に接続されるブームと、ブームに対して
一端が回転可能に接続されるスティックと、スティック
に対して一端が回転可能に接続され先端が地面を掘削し
内部に土砂を収容可能なバケットと、油圧ショベル本体
に対して一端が回転可能に接続されブームに対して他の
一端が回転可能に接続され端部間の距離が伸縮してブー
ムを油圧ショベル本体に対して回転させるブーム油圧シ
リンダーと、ブームに対して一端が回転可能に接続され
スティックに対して他の一端が回転可能に接続され端部
間の距離が伸縮してスティックをブームに対して回転さ
せるスティック油圧シリンダーと、スティックに対して
一端が回転可能に接続されバケットに対して他の一端が
回転可能に接続され端部間の距離が伸縮して、バケット
をスティックに対して回転させるバケット油圧シリンダ
ーとを有しており、更に、ブーム油圧シリンダーの端部
間の距離の伸縮変位を測定するブームセンサーと、ステ
ィック油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を測定
するスティックセンサーと、バケットと油圧シリンダー
の端部間の距離の伸縮変位を測定するバケットセンサー
とを有し、測定された油圧シリンダーの端部間の距離の
伸縮変位が、所望の油圧シリンダーの端部間の距離の伸
縮変位と等しくなるまで、油圧シリンダーの端部間の距
離を変化させる。

【０００５】

【作用】本発明によれば、油圧ショベルが、ブーム油圧
シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を測定するブーム
センサーと、スティック油圧シリンダーの端部間の距離
の伸縮変位を測定するスティックセンサーと、バケット
油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を測定するバ
ケットセンサーとを有し、測定された油圧シリンダーの
端部間の距離の伸縮変位が、所望の油圧シリンダーの端
部間の距離の伸縮変位と等しくなるまで、油圧シリンダ
ーの端部間の距離を変化させるので、油圧ショベル本体
に対してのブーム回転角度と、ブームに対してのスティ
ックの回転角度と、スティックに対してのバケットの回
転角度とは、実際の回転角度に基づいて制御されるので
はなく、各シリンダーの端部間の距離の測定された伸縮
変位に基づいて制御される。各シリンダーの制御を実際
の回転角度に基づいて行う場合、角度センサーの精度や
分解能やセンサーの取り付け精度や予め測定される機構
寸法の精度が高くないと、各シリンダーの実際の伸縮変
位と角度センサーにより測定された角度に基づいて予測
される各シリンダーの伸縮変位とが正確に対応せず、不
必要なシリンダーの変位をもたらし、各シリンダーの伸
縮変位の正確な制御ができない。更に、機構の剛性が低
かったり機構にガタ等の非線型変位要素がある場合に
は、制御系が安定せずに好ましくない振動を発生する。
角度センサーの精度や分解能やセンサーの取り付け精度
を高める事は、シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を
測定するリニアセンサーの精度や分解能やセンサーの取
り付け精度を高める事に比して一般的に困難であり、更
に機構の重量を上昇させる事無く機構の剛性を上げたり
機構のガタ等の非線型変位量を耐久性と低い滑動抵抗を
保ちながら低く維持する事は一般的に困難であり、本発
明による従来技術に対する利点は一層格別なものとな
る。

【０００６】油圧ショベルの各油圧シリンダーを制御す
る場合、各シリンダーの端部間の距離の測定された伸縮
変位に基づいて制御を行えば、センサーの精度及び分解
能や取り付け精度が低くても各シリンダーの端部間の距
離の制御を正確に行う事ができ、更に各シリンダーの動
作は機構の剛性が低かったり機構にガタ等の非線型変位
要素があっても安定している。

【０００７】

【実施例】本発明によるシステムにおいては、従来のパ
イロット油圧ラインに圧力センサー１９及び圧力スイッ
チ１６を組込み操作レバー６，８の操作量を検出し、シ
リンダー変位、速度、加速度センサー２０，２１，２２
を用いてフィードバック制御を行い、制御は各シリンダ
ー１２０，１２１，１２２毎に独立した多自由度フィー
ドバック制御としている。（圧力補償弁等の油器の追加
は不要。）車両傾斜角センサー２４を用いて車両本体１
００の傾斜による影響は補正され、コントローラ１から
の電気信号にてシリンダー１２０，１２１，１２２を駆
動するために電磁比例弁３を利用している。手動／半自
動モード切替スイッチによりオペレータは任意にモード
の選択ができる。目標法面角を設定するための設定器を
設けている。圧力センサー１９はスティック３００の伸
縮、ブーム２００の上下の操作レバー６，８から主制御
弁１３，１４，１５に接続されているパイロット配管に
取付けられる。このパイロット油圧は、操作レバー６，
８の操作量によって変化するためこの油圧を計測するこ
とで操作レバー６，８の操作量を推定することができ
る。スティック操作レバー８は設定された掘削斜面に対
して平行方向の、ブーム操作レバー６は設定斜面に対し
て垂直方向の、バケット歯先移動速度を決定するものと
して使用される。従って、スティック操作レバー８とブ
ーム操作レバー６の同時操作時は設定斜面に対して平行
及び垂直方向の合成ベクトルにてバケット歯先の移動方
向とその速度が決定される。

【０００８】圧力スイッチ１６は、ブーム、スティッ
ク、バケットの操作レバー６，８のパイロット配管にセ
レクタ１７を介して取付けられる。この圧力スイッチ１
６は、操作レバー６，８が中立か否かを検出するために
使用される。すなわち、操作レバー６，８が中立状態の
時圧力スイッチの出力はＯＦＦであり、操作レバー６，
８が使用されると圧力スイッチの出力がＯＮとなる。こ
れらの中立検出用圧力スイッチ１６は上記圧力センサー
１９の異常検出及び手動／半自動モードの切替用として
利用される。

【０００９】シリンダー変位、速度、加速度センサー２
０，２１，２２は、各シリンダー毎に取付けられ、フィ
ードバック制御に利用される他、変位信号はバケット歯
先の位置計測／表示用の座標を計測するためにも利用さ
れる。半自動システムにおけるバケット歯先位置は油圧
ショベルの上部旋回体１のある１点を原点として演算さ
れるが、上部旋回体１がフロントリンケージ方向に傾斜
した時、制御演算上の座標系を車両傾斜分だけ回転する
ことが必要になる。傾斜センサー２４はこの座標系の回
転分を補正するために使用される。

【００１０】コントローラ１からの電気信号によって電
磁比例弁３はパイロットポンプ５０から供給される油圧
を制御し、シリンダー１２０，１２１，１２２の目標速
度が得られる様に主制御弁１３，１４，１５のスプール
位置を制御する。制御された油圧は切替弁４又はセレク
タ弁１８を通して主制御弁１３，１４，１５に伝わる。
切替弁４を手動モード側にすることにより手動にてシリ
ンダーを制御することができる。ブーム及びスティック
合流調整比例弁１１，１２は目標シリンダー速度に応じ
た油量を得るために２つのポンプ５１，５２の合流度合
を調整するものである。

【００１１】スティック操作レバー８にはＯＮ−ＯＦＦ
スイッチ（法面掘削スイッチ）９が取付けられており、
オペレータがこのスイッチを操作することによって半自
動モードが選択又は非選択される。半自動モードが選択
されるとバケット歯先を直線的に動かすことができる様
になる。バケット操作レバー６にはＯＮ−ＯＦＦスイッ
チ（バケット自動復帰スタートスイッチ）７が取付けら
れており、運転手がこのスイッチをＯＮすることによっ
てバケットがあらかじめ設定された角に自動復帰する。

【００１２】安全弁５は上記比例弁３に供給されるパイ
ロット圧を断続するためのもので安全弁５がＯＮ状態の
時のみパイロット圧が電磁比例弁３に供給される。従っ
て半自動制御上何らかの故障があった場合、あるいは危
険な状態となり得る場合はこの安全弁をＯＦＦ状態にす
ることによりすみやかにリンケージの自動制御を停止す
ることができる。

【００１３】エンジンの回転速度はオペレータが設定し
たエンジンスロットルの位置によって異なる。又、エン
ジンスロットルが一定であっても負荷によってエンジン
回転速度は変化する。ポンプ５０，５１，５２はエンジ
ンに直結されているためエンジン回転速度が変化する
と、ポンプ吐出量も変化するため、主制御弁１３，１
４，１５のスプール位置が一定であってもシリンダー速
度はエンジン回転速度の変化に応じて変化してしまう。
これを補正するためにエンジン回転速度センサー２３が
取付けられている。すなわちエンジン回転速度が低い時
はバケット歯先の目標移動速度を遅くする。

【００１４】目標法面角設定器付きモニタパネル１０
（以下モニタパネルと呼ぶ）は目標法面角、バケット復
帰角の設定器として使用される他、バケット歯先の座
標、計測された法面角、計測された２点座標間距離の表
示器としても使用される。

【００１５】従来の手動制御のシステムに比し、本発明
によるシステムは、以下の半自動制御の機能を追加して
いる。圧力センサー１９を用いてパイロット圧の変化に
より操作レバー７，８の操作量を求めている。従来のオ
ープンセンタバルブ油圧システムをそのまま利用してい
る。（圧力補償弁等の追加を必要としない）目標法面角
設定器付モニタ１０でバケット歯先座標をリアルタイム
に表示する。掘削深さ及び距離を計測する。整形された
法面角を計測する。リンケージ２００，３００，４００
の移動量センサーとしてシリンダー変位、速度、加速度
センサー２０，２１，２２を利用している。（ピンジョ
イント部に角度センサーを用いていない。）主制御弁１
３，１４，１５のスプールを電磁比例弁３を用いて制御
している。フィードバック制御ループが各シリンダー１
２０，１２１，１２２毎に独立している。制御アルゴリ
ズムが変位、速度、加速度およびフィードフォワードの
多自由制御としている。安全弁５を用いることによりシ
ステムの異常時における暴走を防止している。ブーム２
００及びスティック３００の合成移動量は掘削速度に合
わせて自動調整される電子油圧システムとしている。油
圧機器の非線形性をテーブルルックアップ手法により高
速に線形化し制御精度を向上している。半自動掘削モー
ドにおいても（掘削中に）手動にてバケット角及び目標
法面高さの微調整が可能である。バケット４００を自動
的にあらかじめ設定されているバケット角に復帰する
（バケット自動復帰）の機能がある。外部ターミナルを
用いてゲイン調整等のメインテナンスができる。車両傾
斜センサー２４により車両傾斜の影響を補正している。
エンジン回転速度を読み込むことにより、エンジンスロ
ットルの位置及び負荷変動による制御精度の悪化を補正
している。

【００１６】半自動システムでは半自動制御モード、手
動モード、サービスモードが用意されている。以下各モ
ードについて述べる。 １．半自動制御モード (1) バケット角制御モード スティック３０及びブーム２００を動かしてもバケット
４００の水平方向（垂直方向）に対する角度（バケット
角）が常に一定に保たれるモード（モニタパネル１０上
のバケット角制御スイッチＯＮ）。バケット４００が手
動にて動かされた時、このモードは解除されバケットが
止まった時点でのバケット角が新しいバケット保持角と
して記憶される。 (2) 法面掘削モード バケット４００の歯先１２が直線的に動くモード。但し
バケットシリンダー１２２は動かない。（バケットの移
動に伴いバケット角が変化する。）（図２） (3) 法面掘削モード＋バケット角制御モード バケット４００の歯先１２が直線的に動くモード。バケ
ット角も掘削中一定に保たれる。（図３） (4) バケット自動復帰モード バケット角があらかじめ設定された角度に自動的に復帰
するモード。復帰バケット角はモニタパネル１０によっ
て設定される。このモードはバケット操作レバー６上の
バケット自動復帰スタートスイッチ７をＯＮにすること
で始動する。バケット４００があらかじめ設定された角
度まで復帰した時点でこのモードは解除される。

【００１７】上記(2) 及び(3) はモニタパネル１０上の
半自動制御スイッチＯＮ、かつ、スティック操作レバー
８上の法面掘削スイッチ９をＯＮにし、スティック操作
レバー８とブーム操作レバー６の両方又はどちらか一方
が動かされた時これらのモードに入る。目標法面角はモ
ニタパネル１０上のスイッチ操作にて設定される。これ
らのモードではスティック操作レバー８の操作量が目標
法面角に対して平行方向、ブーム操作レバー６の操作量
は垂直方向のバケット歯先移動速度を与える。従ってス
ティック操作レバー８を動かすと目標法面角に添ってバ
ケット歯先１１２が直線移動を開始し、掘削中にブーム
操作レバー６を動かすことによって手動による目標法面
高さの微調整が可能となる。又、これらのモードではバ
ケット操作レバー６を操作することによって掘削中のバ
ケット角を微調整する他、目標法面高さも変更すること
ができる。

【００１８】２．手動モード 上記１の半自動制御モード以外のモード。このモードで
は従来の油圧ショベルと同等の操作が可能となる他にバ
ケット歯先１１２の座標表示が可能である。

【００１９】３．サービスモード 半自動システム全体のサービス・メンテナンスを行うた
めのモード。このモードはコントローラ１に外部ターミ
ナル２を接続することによって行われる。サービスモー
ドによって制御ゲインの調整及び各センサーの初期化等
が行われる。各モードとスイッチ７，９，１６の操作、
電磁比例弁３、切替弁４、安全弁５の状態を表１に示
す。

【００２０】

【表１】 ○：ＯＮ ×：ＯＦＦ −：ＯＮ又はＯＦＦ

【００２１】次に半自動システムにおける目標法面角及
び復帰角の設定法について述べる。 １．目標法面角の設定法：目標法面角は次の３つの方法
にて設定される。 (1) モニタパネル１０上のスイッチによる数値入力によ
る方法：目標法面角を度、又は％にて数値入力する方法
であり、正と負の両方の値が入力できる。 (2) ２点座標入力法：バケット歯先の座標を２点計測
し、その２点の傾きより目標法面角を計算する方法。具
体的にはオペレータがバケット歯先１１２を被掘削斜面
の下部と上部の２個所に移動し、それぞれの座標を計測
することによって目標法面角を求める。目標法面角θは
次式で求められる。

【００２２】

【数１】 θ＝目標法面角 Ｘ₁ ，Ｙ₁ ：１点目のバケット歯先のＸ，Ｙ座標 Ｘ₂ ，Ｙ₂ ：２点目のバケット歯先のＸ，Ｙ座標

【００２３】(3) バケット角度による入力法：目標法面
設定角となるまでバケット４００を動かし、その時のバ
ケット角度をモニタパネル１０上のスイッチ操作により
記憶する。この角度を目標法面設定角とする。バケット
角はバケット４００を動かしている間中、モニタパネル
１０にてリアルタイム表示される。

【００２４】２．バケット復帰角の設定法 バケット自動復帰モードにおける目標バケット復帰角は
次の２つの方法にて設定される。 (1) モニタパネル上のスイッチによる数値入力による方
法：目標バケット復帰角を数値入力する。 (2) バケット移動による方法：バケット角が目標バケッ
ト復帰角となるまでバケット４００を動かし、その時の
バケット角度をモニタパネル１０上のスイッチ操作にて
記憶する。この角度を目標バケット復帰角とする。バケ
ット角はバケット４００を動かしている間中、モニタパ
ネル１０にてリアルタイム表示される。

【００２５】次に半自動システムの制御アルゴリズムに
ついて述べる。半自動制御モード（バケット自動復帰モ
ードを除く）制御アルゴリズムを図４に示す。先ず、バ
ケット歯先１１２の移動速度及び方向を目標法面設定
角、スティックシリンダー１２１及びブームシリンダー
１２０を制御するパイロット油圧、車両傾斜角、エンジ
ン回転速度の情報より求める。次にその情報を基に各シ
リンダー１２０，１２１，１２２の目標速度を演算す
る。この時エンジン回転速度の情報はシリンダー速度の
上限を決定する時必要となる。制御は各シリンダー１２
０，１２１，１２２毎に独立したフィードバックループ
としており、互いに干渉し合うことはない。閉ループ制
御内の補償器は図５に示すように変位、速度、加速度の
三系統のフィードバックループとフィードフォワードル
ープの多自由度構成としている。特に速度と加速度の内
側のフィードバックループはリンケージ姿勢変化や負荷
変動によるシリンダー速度の補償に役立っている。加速
度信号はコントローラの中で速度信号を微分して求めて
も良い。非線形除去テーブルは電磁比例弁、主制御弁等
の非線形性を除去するためのもので、テーブルルックア
ップ手法を用いることによりマイコンにて高速に処理す
ることができる。

【００２６】各半自動制御モードとその制御法を次に示
す。図６にフロントリンケージを示す。Ｌは固定長Ａは
固定角λはシリンダー長さの可変長θは可変角を示す。
例えばＬ₁₀₁₁₀₄ は節点１０１と節点１０４の距離、λ
₁₀₂₁₁₁はブームシリンダー１２０の長さ、Ａ_102101104
はＬ₁₀₁₁₀₂とＬ₁₀₁₁₀₄ のなす角、θ_102101111 はＬ
₁₀₁₁₀₂とＬ₁₀₁₁₁₁のなす角を示す。尚、節点１０１をｘ
ｙ座標の原点とする。

【００２７】１．バケット角度制御モード バケット４００とｘ軸となす角φを任意の位置で一定と
なる様にバケットシリンダー１２２長さを制御する。バ
ケットシリンダー長さλ₁₀₆₁₀₉はブームシリンダー長さ
λ₁₀₂₁₁₁、スティックシリンダー長さλ₁₀₃₁₀₅及び、φ
が決まると求められる。λ₁₀₂₁₁₁とλ₁₀₃₁₀₅はセンサー
２０，２１によってリアルタイムに求められる。従って
λ₁₀₆₁₀₉の目標値も演算によってリアルタイムに求めら
れ、この目標値に追従する様にバケットシリンダー１２
２が制御される。バケットシリンダー長さλ₁₀₆₁₀₉は次
式にて求められる。

【００２８】

【数２】

【数３】 θ_106107109 ＝２π−Ａ_104107106 −Ａ_104107108 −θ_109107108

【数４】θ_109107108 ＝θ_109107110 ＋θ_108107110

【数５】

【数６】

【数７】

【数８】 θ_107108110 ＝２π−Ａ_110108112 −φ＋θ_bm ＋θ_st

【数９】 θ_bm＝θ_102101111 −Ａ_102101104 −Ａ_xbm101111

【数１０】

【数１１】

【００２９】２．法面掘削モード＋バケット角度制御モ
ード バケット角度は一定に保たれるからバケット歯先位置１
１２と節点１０８は平行に移動する。先ず節点１０８が
ｘ軸に対して平行に移動する場合（水平掘削）を考え
る。掘削を開始するリンケージ姿勢における節点１０８
の座標を（ｘ₁₀₈，ｙ₁₀₈ ）とする。この時のリンケー
ジ姿勢におけるブームシリンダー１２０とスティックシ
リンダー１２１のシリンダー長さを求め、ｘ₁₀₈ が水平
に移動する様にブーム２００とスティック３００の速度
を求めてやれば良い。節点１０８の移動速度はスティッ
ク操作レバー８の操作量によって決定される。節点１０
８の座標（ｘ₁₀₈ ，ｙ₁₀₈ ）が与えられた時、ブームシ
リンダー長さλ₁₀₂₁₁₁、スティックシリンダー長さλ
₁₀₃₁₀₅は次の様にして求められる。

【００３０】

【数１２】

【数１３】θ_102101111 ＝θ_bm ＋Ａ_xbm101111

【数１４】

【数１５】

【数１６】

【数１７】

【数１８】 θ_103104105 ＝２π−Ａ_101104103 −Ａ_105104108 −θ_101104108

【数１９】

【００３１】マイコンで節点１０８の平行移動を考えた
場合、微小時間Δｔ後の節点１０８の座標は（ｘ₁₀₈ ＋
Δｘ，ｙ₁₀₈ ）で表わされる。Δｘは移動速度によって
決まる微小変位である。従って上式のｘ₁₀₈ の代わりに
ｘ₁₀₈ ＋Δｘを代入することでΔｔ後の目標ブーム及び
スティックシリンダーの長さが求められる。目標シリン
ダー速度は目標シリンダー長さを微分して求めることが
できる。マイコン処理における微分は次式で求められ
る。すなわち

【数２０】 もちろん目標シリンダー速度は節点１０８のｘ座標を微
分した を先に求めて算出しても良い。バケット角度の制御は前
記１の方法で求められるが、ブームシリンダー長さλ
₁₀₂₁₁₁及びスティックシリンダー長さλ₁₀₃₁₀₅は現在の
長さを用いる代わりにΔｔ秒後の目標シリンダー長さを
用いた方が精度は向上する。

【００３２】３．法面掘削モード 前記２と同様に求められるが移動する点が節点１０８か
らバケット歯先位置１１２へ変更され、さらにバケット
シリンダー長さは固定される。従って前記２の中で使用
された（ｘ₁₀₈ ，ｙ₁₀₈ ）を（ｘ₁₁₂ ，ｙ₁₁₂ ）にＬ
₁₀₄₁₀₈をλ₁₀₄₁₁₂にＡ_105104108 をθ_105104112 に代え
てやれば良い。λ₁₀₄₁₁₂とθ_105104112 は次の様にして
求められる。

【００３３】

【数２１】

【数２２】 θ_104108112 ＝２π−Ａ_110108112 −Ａ_104108107 −θ_107108110

【数２３】θ_107108110 ＝θ_107108109 ＋θ_109108110

【数２４】

【数２５】

【数２６】

【数２７】 θ_109107108 ＝２π−Ａ_104107108 −Ａ_104107106 −θ_106107109

【数２８】 λ₁₀₆₁₀₉：バケットシリンダー長さ

【数２９】

【００３４】法面角α≠０の時（斜面を掘削する時）θ
_bmをθ_bm＋αと置き直すことによって角度αの傾斜をも
った直線上をバケット歯先が移動する。すなわち図６に
おけるｘｙ座標をｘ′ｙ′座標に座標変換することと同
等となる。ただしｘ′ｙ′座標はｘｙ座標を原点回りに
αだけ回転したものである。法面掘削モード中にバケッ
ト操作レバーが動かされた場合はバケット歯先１１２、
又、ブーム操作レバー６が動かされた場合は、バケット
歯先１１２及び節点１０８のｙ座標が変化する。従っ
て、これらのｙ座標の変化に共ない目標バケット歯先座
標又は節点１０８の座標をリアルタイムに更新すること
により、手動による微調整が可能となる。尚、各シリン
ダーの制御はこの目標シリンダー長さ及び速度に対して
追従される様にフィードバック制御される。

【００３５】１．車両傾斜センサーによる仕上げ傾斜角
の補正 フロントリンケージ位置の演算は図６における節点１０
１を原点としたｘｙ座標系で行われる。従って車両本体
がｘｙ平面に対して傾斜した場合上記ｘｙ座標が回転
し、地面に対する目標傾斜角が変化してしまう。これを
補正するため車両に傾斜角センサーを取り付け、車両本
体のｘｙ座標の回転角を検出している。すなわち、傾斜
角センサーによって車両本体がｘｙ平面に対してβだけ
回転していることが検出された場合、前記の法面角αを
設定した時と同様にθ_bmをθ_bm＋βと置き直すことによ
って補正することができる。

【００３６】２．エンジン回転速度センサーによる制御
精度悪化の防止 (1) 目標バケット歯先速度の補正 目標バケット歯先速度はスティック及びブーム操作レバ
ー６，８の位置とエンジン回転速度で決定される。油圧
ポンプ５１，５２はエンジンに直結されているためエン
ジン回転速度が低い時ポンプ吐出量も減少し、シリンダ
ー速度が減少してしまう。そのため、エンジン回転速度
を検出しポンプ吐出量の変化に合う様に目標バケット歯
先速度を算出している。すなわち、エンジン回転速度を
Ｖ_e とすると目標バケット歯先速度Ｖ_x ，Ｖ_y は次の様
にして求められる。ただしＶ_x はｘ方向のバケット歯先
速度、Ｖ_y はｙ方向のバケット歯先速度を示す。

【００３７】

【数３０】Ｖ_x ＝Ｃ_x ・Ｖ_e ・Ｐ_x

【数３１】Ｖ_y ＝Ｃ_y ・Ｖ_e ・Ｐ_y Ｃ_x ：目標バケット歯先速度のｘ方向に関する定数 Ｃ_y ： 〃 ｙ 〃 Ｐ_x ：スティック操作レバーの操作量（パイロット油
圧） Ｐ_y ：ブーム 〃

【００３８】(2) 目標シリンダー速度の最大値の補正 目標シリンダー速度はリンケージの姿勢及び目標法面傾
斜角によって変化する。この場合、目標シリンダー速度
の最大値はポンプ吐出量によって決定されるため、ポン
プ吐出量がエンジン回転速度の低下に伴い減少する場
合、最大シリンダー速度も減少させる必要がある。すな
わち、最大シリンダー速度は次式にて求められる。

【数３２】Ｖ_cmaxjj＝Ｖ_cmaxojj ・Ｖ_emax／Ｖ_e Ｖ_cmaxjj ：最大シリンダー速度 Ｖ_cmaxojj ：定格エンジン回転速度時の最大シリンダー
速度 Ｖ_emax ：定格エンジン回転速度 Ｖ_e ：現在のエンジン回転速度 ただし ｊｊは各シリンダーを表わす。すなわち ｊｊ＝ｂｍ：ブームシリンダー ｊｊ＝ｓｔ：スティックシリンダー ｊｊ＝ｂｋ：バケットシリンダー 演算された目標シリンダー速度が最大シリンダー速度を
越えた時は、目標バケット歯先速度を減少して目標シリ
ンダー速度が最大シリンダー速度を越えない様に再演算
される。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、油圧ショベルにおける
直線掘削が操作レバー一本の操作で可能となり、ブーム
・スティックの位置にかかわらずバケット角が一定に保
たれ、積込作業時におけるバケットからの荷こぼれを防
止でき、従来の手動操作の機能を全て生かした状態で半
自動制御の追加が可能であり、バケット歯先位置がモニ
タでき、掘削深さ及び距離を計測でき、整形された法面
の角度を計測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制御システムの概略図。

【図２】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略
図。

【図３】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略
図。

【図４】本発明による制御システムの機能の構成を示す
図。

【図５】本発明による制御システムのフィードバック系
を示す概略図。

【図６】本発明による油圧ショベルの動作部分の概略
図。

【符号の説明】

１ コントローラ ２ 外部ターミナル ３ 電磁比例弁 ４ 電磁切替弁 ５ 安全弁 ６ ブーム、バケット操作レバー ７ バケット自動復帰スタートスイッチ ８ スティック操作レバー ９ 法面掘削スイッチ １０ 目標法面角設定器付モニタパネル １１ スティック合流比例弁 １２ ブーム合流比例弁 １３ ブーム主制御弁 １４ スティック主制御弁 １５ バケット主制御弁 １６ 圧力スイッチ １７ セレクタ弁（操作レバー用） １８ セレクタ弁（手動／半自動モード用） １９ 圧力センサ ２０ ブームシリンダー位置・速度・加速度センサー ２１ スティックシリンダー位置・速度・加速度センサ
ー ２２ バケットシリンダー位置・速度・加速度センサー ２３ エンジン回転速度センサー ２４ 傾斜角センサー １２０ ブームシリンダー １２１ スティックシリンダー １２２ バケットシリンダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード ビー リーグ アメリカ合衆国イリノイ州ピオーリア，ダ ブリュ．エレアノー プレース 820 (72)発明者 戸澤 祥二 東京都港区北青山１丁目２番３号 新キャ タピラー三菱株式会社内 (72)発明者 藤井 敏 東京都港区北青山１丁目２番３号 新キャ タピラー三菱株式会社内 (72)発明者 小野 智昭 東京都港区北青山１丁目２番３号 新キャ タピラー三菱株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ショベルであり、 油圧ショベル本体と、 油圧ショベル本体に対して、一端が回転可能に接続され
   るブームと、 ブームに対して、一端が回転可能に接続されるスティッ
   クと、 スティックに対して、一端が回転可能に接続され、先端
   が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケットと、 油圧ショベル本体に対して一端が回転可能に接続され、
   ブームに対して他の一端が回転可能に接続され、端部間
   の距離が伸縮して、ブームを油圧ショベル本体に対して
   回転させる、ブーム油圧シリンダーと、 ブームに対して一端が回転可能に接続され、スティック
   に対して他の一端が回転可能に接続され、端部間の距離
   が伸縮して、スティックをブームに対して回転させる、
   スティック油圧シリンダーと、 スティックに対して一端が回転可能に接続され、バケッ
   トに対して他の一端が回転可能に接続され、端部間の距
   離が伸縮して、バケットをスティックに対して回転させ
   る、バケット油圧シリンダーと、 ブーム油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を測定
   するブームセンサーと、 スティック油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を
   測定するスティックセンサーと、 バケットと油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を
   測定するバケットセンサーと、を有し、 測定された油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位
   が、所望の油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位と
   等しくなるまで、油圧シリンダーの端部間の距離を変化
   させる油圧ショベル。
2. 【請求項２】 請求項１による油圧ショベルであり、 バケットの水平方向に対する角度を一定に保ったまま、
   バケットの先端が地面を掘削する、油圧ショベル。
3. 【請求項３】 請求項１による油圧ショベルであり、 バケットの先端が水平方向に対して角度を形成する直線
   上を移動して地面を掘削する、油圧ショベル。
4. 【請求項４】 請求項１による油圧ショベルであり、 バケットの先端の移動速度を一定に保ったまま、バケッ
   トの先端が地面を掘削する、油圧ショベル。
5. 【請求項５】 請求項１による油圧ショベルであり、 油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位量を決定する
   のに、油圧シリンダーの端部間の距離の変化速度を制御
   する、油圧ショベル。
6. 【請求項６】 請求項１による油圧ショベルであり、 油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位量を決定する
   のに、油圧シリンダーの端部間の距離の変化の加速度を
   制御する、油圧ショベル。
7. 【請求項７】 請求項１による油圧ショベルであり、 油圧ショベル本体の水平方向に対する傾斜角度を測定す
   る傾斜センサーを更に有して、傾斜センサーにより測定
   された傾斜角度に応じて、油圧シリンダーの端部間の距
   離の伸縮変位量を調節する、油圧ショベル。
8. 【請求項８】 請求項１による油圧ショベルであり、 油圧シリンダーを駆動する油圧を、内燃機関を動力源と
   して発生させ、内燃機関の出力回転数を測定する出力回
   転数センサーを有し、出力回転数センサーにより測定さ
   れた出力回転数に応じて、油圧シリンダーの端部間の距
   離の変化速度を調節する油圧ショベル。
9. 【請求項９】 請求項２による油圧ショベルであり、 バケットの水平方向に対する角度を一定に保ったまま、
   バケットの先端が地面を掘削する際、ブーム油圧シリン
   ダーの端部間の距離の測定された伸縮変位と、スティッ
   ク油圧シリンダーの端部間の距離の測定された伸縮変位
   とに応じて、バケット油圧シリンダーの端部間の距離の
   伸縮変位を制御する、油圧ショベル。