JPH08134950A - 土羽打ち作業装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操作手段の操作による困難なバケットの打ち
着け強さの調整操作の必要がなく、未熟練操作者であっ
ても出来栄えにムラが無く、高品質の土羽打ち面を形成
することができる土羽打ち作業装置を提供する。 【構成】 操作者が土羽打ちモードスイッチを押下した
後、新たに設けた操作レバーを前方に操作すると、コン
トローラーはブームシリンダー８を最大速度で駆動して
ブーム５を下降させる駆動制御信号を出力する。マイク
ロコンピューターは作業機４の関節部に設置されたポテ
ンショメーターで検知された関節角データに基づいて、
バケット７の背面の参照点Ｐのｘ−ｚ座標（ＰX ，ＰZ
）を演算し、それが減速開始高さｄまで下降したか否
かを判断し、可ならば、仮想的な下降停止面Ｓm からの
高さの比Ｋを減速係数として、操作レバーの操作信号に
乗算させ、ブームシリンダー８を減速下降させる。その
際、操作者が所定の操作レバーを後方に操作すると、コ
ントローラーからは当該操作レバーの操作量に応じてブ
ームシリンダー８の下降速度を減速させる駆動制御信号
が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は操作手段の操作により、
連設された複数のアームの先端部に取り付けられたバケ
ットを下降させて、その背面を作業域の地面に打ち着け
て土羽打ち作業を行う油圧ショベル等の建設機械に代表
される土羽打ち作業装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベルは上部旋回体の前部に取り
付けられたブームと、このブームの先端部に取り付けら
れたアームと、このアームの先端部に取り付けられたバ
ケットにより構成された作業機を有しており、この作業
機の屈折作業運動により掘削・積込作業等の土木建設作
業を行うようになっている。ところで、土木作業におい
て、地面を水平に均す均し作業、法面を形成する際等に
行われる仕上げ作業として、地面を叩いて締め固めを行
う土羽打ち作業を行う場合がある。土羽打ち作業は作業
員が羽子板を用いて地面を叩く人力作業により行われる
場合もあるが、通常は油圧ショベルの操作によりバケッ
トの背面で地面を叩く動力作業により行われる。油圧シ
ョベルの操作により土羽打ち作業を行う場合には、通常
はバケット背面と、例えば、傾斜した地面が平行になる
ようにバケット背面の角度を調整した後、アームとバケ
ットの角度を一定に保ったままブームの上下動によりバ
ケット背面を地面に打ち着ける。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】油圧ショベルの操作に
より土羽打ち作業を行う場合に、バケット背面を地面に
打ち着ける時の強さは土羽打ち面の出来栄えの善し悪し
を決める重要な要素になる。例えば、柔らかい地面にバ
ケット背面をあまり強く打ち着けると、土砂が飛散して
大きな窪みができてしまうことがあるので、土砂が飛散
しない程度の強さで何度も土羽打ち作業を繰り返さなけ
ればならない。逆に、固い地面にバケット背面を強く打
ち着けると、打ち当たった時の衝撃で油圧ショベルの前
部が破損する虞がある。従って、油圧ショベルの操作に
より土羽打ち作業を行う場合には、何度も操作レバーを
操作してバケットの下降操作を繰り返すと共に、バケッ
ト背面を地面に打ち着ける毎にバケットの打ち着け強さ
を加減しながら作業を進めなければならないため、未熟
練操作者は勿論、長年の経験により最も効率よく締め固
めできる打ち着け強さを習得した熟練操作者でも良い出
来栄えの土羽打ち面を形成するのは容易でなく、土羽打
ち作業は困難で苦痛な作業となっていた。本発明は従来
技術におけるかかる課題を解決すべく成されたものであ
り、操作手段の操作による困難なバケットの打ち着け強
さの調整操作の必要がなく、未熟練操作者であっても出
来栄えにムラが無く、高品質の土羽打ち面を形成するこ
とができる土羽打ち作業装置を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、目標とする土羽打ち面の情報を設定する土
羽打ち面設定手段と、減速下降動作の開始位置の情報を
設定する減速開始位置設定手段と、作業機の基体に関節
部を介して連設されたアームを最大速度で下降させる操
作情報を入力するための最速下降指令入力手段と、アー
ムの関節部における回動角を検知する回動角検知手段が
検知した回動角等の情報に基づいて、下降するバケット
が減速開始位置設定手段により設定された減速下降動作
の開始位置に到達したか否かを判断する減速域到達判断
手段と、バケットが減速下降動作の開始位置に到達した
と前記減速域到達判断手段が判断した時、バケットの減
速下降動作の開始位置からの距離に応じた減速指令信号
を、操作手段の操作量に対応して回動駆動機構を制御す
る制御手段に出力してバケットの下降の速度を減速制御
させる減速指令手段とを有したものである。

【０００５】

【作用】土羽打ち作業に先立って、操作者が土羽打ち面
設定手段に目標とする土羽打ち面の情報を設定し、減速
開始位置設定手段に減速下降動作の開始位置の情報を設
定する。操作者が最速下降指令入力手段を操作して土羽
打ち作業を開始させると、作業機の基体に関節部を介し
て連設されたアームが最大速度で下降し、減速域到達判
断手段は回動角検知手段が検知した回動角等の情報に基
づいて、下降するバケットが減速開始位置設定手段によ
り設定された減速下降動作の開始位置に到達したか否か
を判断する。バケットが減速下降動作の開始位置に到達
したと減速域到達判断手段が判断した時、減速指令手段
はバケットの減速下降動作の開始位置からの距離に応じ
た減速指令信号を制御手段に出力してバケットの下降の
速度を減速制御させる。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。図２は本発明の実施例に係る油圧ショベ
ルの側面図である。同図において、１は油圧ショベル、
２は下部走行体、３は下部走行体２上に旋回自在に設置
された上部旋回体、４は上部旋回体３の前部に装着され
た作業機である。作業機４はブーム５、アーム６、バケ
ット７および、これらのそれぞれの回動駆動手段である
ブームシリンダー８、アームシリンダー９、バケットシ
リンダー１０等で構成されている。ブーム５、アーム６
およびバケット７はそれぞれピン結合部１１，１２，１
３で上部旋回体３の前部、ブーム５の先端部およびアー
ム６の先端部に回動自在に支持されている。そして、各
ピン結合部１１〜１３にはそれぞれの回動角を検知する
ためのポテンショメーターが配設されている。即ち、ピ
ン結合部１１，１２，１３にはそれぞれブーム用ポテン
ショメーター１４、アーム用ポテンショメーター１５お
よびバケット用ポテンショメーター１６が取り付けられ
ている。運転席１７には３つの操作レバー３２，３３，
３４が設けられていて、通常の作業においては操作者が
操作レバー３２，３３を操作することにより油圧ショベ
ル１の運転が行われる。操作レバー３３は土羽打ち作業
時にのみ操作される土羽打ち作業専用の操作レバーであ
る。なお、バケット７の背面の動きを記述するためにバ
ケット７の背面の中心部に参照点Ｐを設定した。作業機
４を構成する各部の寸法は同図に示すように、アーム長
ＬA 、ブーム長ＬB はそれぞれピン結合部１２とピン結
合部１３間のアーム結合部間隔およびピン結合部１１と
ピン結合部１２間のブーム結合部間隔であり、刃先方向
距離ＬV1、刃先垂直方向距離ＬV2はそれぞれピン結合部
１３から参照点Ｐまでのバケット７の刃先方向に平行な
距離および刃先方向に垂直な方向の距離である。また、
アーム角αA 、ブーム角αB 、バケット角αV はそれぞ
れピン結合部１１，１２間を結ぶ線分とピン結合部１
２，１３を結ぶ線分との成す角度、ピン結合部１１，１
２間を結ぶ線分と水平方向の成す角度およびピン結合部
１２，１３を結ぶ線分とピン結合部１３とバケット７の
刃先を結ぶ線分との成す角度を表す。なお、座標の原点
は下部走行体２の接地面中央部に、油圧ショベル１の前
進方向をｘ軸、垂直上方をｚ軸に設定している。

【０００７】図１は油圧ショベル１の駆動機構を構成す
る各シリンダーおよび油圧モーターの駆動を制御する駆
動制御回路図である。操作レバー３２，３３，３４は電
気レバーで構成されていて、同図に示すように、操作レ
バー３２，３３の操作によりそれぞれ４チャンネルずつ
の操作信号、即ち、上部旋回体３の左右の旋回動作、ア
ーム６の屈伸動作およびブーム５の上下動動作、バケッ
ト７の屈伸動作の操作信号が、また、操作レバー３４の
操作により２チャンネルのデジタル操作信号がそれぞれ
コントローラー１８に出力される。コントローラー１８
にはこれらの操作信号の外に、土羽打ち面の設定を行う
ための設定器３７、動作速度減速開始位置を上下に調整
する設定を行うための減速位置調整ボタンを具えた設定
器３６から出力される設定信号と、マイクロコンピュー
ター（ＭＰＵ）３５から出力される減速信号および土羽
打ちモードを設定するための土羽打ちモードスイッチ３
８からのオンオフ信号が入力される。また、ＭＰＵ３５
にはブーム用、アーム用、バケット用の各ポテンショメ
ーター１４，１５，１６で検知された角度検知信号が入
力される。操作レバー３２〜３４の具体的な操作は同図
で操作レバー３２の矢印Ｖ₁ ，Ｖ₂ 方向の操作により操
作信号ｖ₁ ，ｖ₂ が出力されてバケットシリンダー１０
への流量と流出方向が、矢印Ｂ₁ ，Ｂ₂ 方向の操作によ
り操作信号ｂ₁ ，ｂ₂ が出力されてブームシリンダー８
への流量と流出方向が制御される。また、操作レバー３
３の矢印Ａ₁ ，Ａ₂ 方向の操作により操作信号ａ₁ ，ａ
₂ が出力されてアームシリンダー９への流量と流出方向
が、矢印Ｓ₁ ，Ｓ₂ 方向の操作により操作信号ｓ₁ ，ｓ
₂ が出力されて旋回モーター１９への流量と流出方向が
制御される。さらに、操作レバー３４の矢印Ｂ₁ ′，Ｂ
₂ ′方向の操作により土羽打ちモードスイッチ３８がオ
ン操作されている時だけ有効となる操作信号ｂ₁ ′，ｂ
₂ ′が出力される。操作レバー３４が操作された後、操
作レバー３２が操作されると、出力された操作信号
ｂ₁ ，ｂ₂ は操作レバー３４の操作による操作信号
ｂ₁ ′，ｂ₂ ′の働きを抑制するように作用する。

【０００８】例えば、ブームシリンダー８の制御に関し
ては操作レバー３２の操作により出力された操作信号ｂ
₁ ，ｂ₂ 、操作レバー３４の操作により出力された操作
信号ｂ₁ ′，ｂ₂ ′およびＭＰＵ３５から出力された減
速信号ｘに基づいてコントローラー１８は比例減圧弁ユ
ニット３１の一対の比例減圧弁３１１，３１２に２チャ
ンネルの駆動制御信号ｒ₁ ，ｒ₂ を出力する。一対の比
例減圧弁３１１，３１２からはそれぞれ駆動制御信号ｒ
₁ ，ｒ₂ の大きさに対応したパイロット圧油が方向切替
弁２３のパイロット圧受部に出力され、これらの油圧に
応じて方向切替弁２３に流入する圧油の流出方向と流量
が制御される。ブームシリンダー８は駆動制御信号
ｒ₁ ，ｒ₂ に応じて方向切替弁２３から流出した圧油に
より短縮または伸長する。比例減圧弁ユニット３１は８
チャンネルの駆動制御信号ｒ_i (i=1,2, …8)に対応して
８個の比例減圧弁３１１，３１２……を具えていて、こ
れらの比例減圧弁３１１，３１２……がパイロット油圧
ポンプ３０から８系統に分岐して供給されたパイロット
圧油の圧力を制御して方向切替弁２２〜２５のパイロッ
ト圧受部に供給する。方向切替弁２２〜２５は比例減圧
弁ユニット３１から供給されたパイロット圧油によって
駆動制御され、原動機２８に連結された油圧ポンプ２９
から供給された圧油の流出方向と流量を制御する。方向
切替弁２２〜２５からはそれぞれ流量および方向制御さ
れた圧油がブームシリンダー８、アームシリンダー９、
バケットシリンダー１０および旋回モーター１９に供給
される。方向切替弁２６，２７には運転席１７に設置さ
れた図示しない走行用操作レバーの操作によって供給制
御されるパイロット圧油によって駆動され、油圧ポンプ
２９から供給された圧油を方向および流量制御してそれ
ぞれ左右の走行モーター２０，２１に供給する。

【０００９】次に、本実施例の動作を説明する。まず、
土羽打ちモードが選択されていない時は土羽打ちモード
スイッチ３８は押下られていないので、操作レバー３４
の操作により操作信号ｂ₁ ′，ｂ₂ ′が出力されてもコ
ントローラー１８はこれらの信号を受け付けない。従っ
て、操作者が運転席１７内で操作レバー３２，３３を操
作すると、それぞれの操作レバー３２，３３の操作方
向、傾きに応じた操作信号ｂ₁ ，ｂ₂ ，ｖ₁ ，ｖ₂ ，ａ
₁ ，ａ₂ ，ｓ₁ ，ｓ₂ がコントローラー１８に出力され
て受信される。そして、コントローラー１８からこれら
の操作信号に対応した駆動制御信号ｒ_i が比例減圧弁ユ
ニット３１に出力される。そして、比例減圧弁ユニット
３１から出力されるパイロット圧油によって制御された
方向切替弁２２〜２５は切替動作により駆動制御信号ｒ
_i に対応した圧油をアームシリンダー９、ブームシリン
ダー８、バケットシリンダー１０および旋回モーター１
９に供給することにより、作業機４の姿勢、即ち、バケ
ット７の姿勢と運動方向および速度を変化させたり、上
部旋回体３を旋回させる、通常のレバー操作による油圧
ショベル１の土木建設作業が行われる。同様に、操作者
が運転席１７内で走行用操作レバーを操作すると、方向
切替弁２６，２７は切替動作により走行用操作レバーの
傾きに応じた操作信号に対応する圧油を左右の走行モー
ター２０，２１に供給し、左右の走行モーター２０，２
１を走行用操作レバーの傾きに応じた速度で回転させ
る。一方、土羽打ちモードスイッチ３８が押下られ、土
羽打ちモードが選択された後、操作レバー３４が矢印Ｂ
₁ ′方向に操作された時は、コントローラー１８は一対
の比例減圧弁３１１，３１２にブーム５を最大速度で下
降させる駆動制御信号ｒ₁ ，ｒ₂ を出力する。これによ
って、ブーム５、従って、バケット７が最大速度で下降
する。一方、ブーム用、アーム用、バケット用の各ポテ
ンショメーター１４，１５，１６で検知されたブーム角
αB 、アーム角αA 、バケット角αVの各角度検知信号
がＭＰＵ３５に入力される。ＭＰＵ３５はこれらの角度
検知信号に基づいてバケット７の背面の参照点Ｐの座標
を演算すると共に、設定器３７で設定された土羽打ち面
の位置の情報に基づいて動作速度減速開始位置を演算す
る。さらに、設定器３６から出力された動作速度減速開
始位置を上下に調整する設定信号により動作速度減速開
始位置を補正した後、参照点Ｐの座標と比較し、参照点
Ｐが動作速度減速開始位置より下にあれば、その結果に
基づいてその空間点におけるブームシリンダー８の下降
速度を減速させる減速信号ｘをコントローラー１８に出
力する。操作レバー３２，３３が操作されていない時
は、コントローラー１８は減速信号ｘと操作レバー３４
の操作による操作信号ｂ₁ ′に基づいてブーム５を下降
させる駆動制御信号ｒ₁ ，ｒ₂ を生成し、比例減圧弁ユ
ニット３１の一対の比例減圧弁３１１，３１２に出力す
る。比例減圧弁３１１，３１２は駆動制御信号ｒ₁，ｒ
₂ に応じたパイロット油圧を方向切替弁２３に供給す
る。ブームシリンダー８は最大下降速度から減速信号ｘ
に応じた減速を受けた下降速度を指令する駆動制御信号
ｒ₁ ，ｒ₂ に応じて下降する。

【００１０】油圧ショベル１の土羽打ち動作を具体例に
基づいてさらに詳述する。説明を容易にするために、油
圧ショベル１は水平地面上に位置し、土羽打ち面の向き
も水平面である場合の例について以下に説明する。図３
は油圧ショベル１を側面から見た土羽打ち動作を説明す
るための図、図４および図５は土羽打ち制御動作の流れ
図である。これらの図を参照して油圧ショベル１の土羽
打ち制御動作を説明する。まず、操作者が運転席１７内
に設置された土羽打ちモードスイッチ３８を押下して土
羽打ちモードを選択すると（Ｓ−１）、コントローラー
１８は土羽打ち処理の制御動作を開始する。操作者は土
羽打ちモードモードスイッチ３８の押下に引き続いて、
基準面Ｓo に対する土羽打ち面Ｓb の垂直座標Ｚo 、減
速開始位置調整データΔｄを入力する。これらの値が入
力されたことを確認すると（Ｓ−２）、これらの入力デ
ータをコントローラー１８が内蔵するＲＡＭ内に記憶す
る（Ｓ−３）。次に、土羽打ちモードスイッチ３８が断
路されたか否かを判断し（Ｓ−４）、その結果がＹｅｓ
ならば、この処理を終了し、判断結果がＮｏならば、次
のステップＳ−５で土羽打ち面Ｓb の垂直座標Ｚo 、減
速開始位置調整データΔｄの再設定の入力信号が入力さ
れたか否かを判断する。その結果がＹｅｓならばステッ
プＳ−２に戻り、判断結果がＮｏならば、減速係数Ｋの
値を１に初期化する（Ｓ−６）。次に、操作者の土羽打
ちモードスイッチ３８の押下によって受信可能になった
操作レバー３４の操作によるブーム５を最大下降速度で
降下させる操作信号ｂ₁′を取り込むと共に、操作レバ
ー３２，３３が操作された時には、その操作による操作
信号ａ₁ ，ａ₂ ，ｓ₁ ，ｓ₂ ，ｂ₁ ，ｂ₂ ，ｖ₁ ，ｖ₂
をも取り込む（Ｓ−７，Ｓ−８）。土羽打ち動作を行っ
ている時は、通常は操作レバー３２，３３は操作され
ず、操作レバー３４は一方向きに操作されるので、通常
時は操作信号ａ₁ ，ａ₂ ，ｓ₁ ，ｓ₂ ，ｂ₁ ，ｂ₂ ，ｖ
₁ ，ｖ₂ は何れも０であり、操作信号ｂ₁ ′，ｂ₂ ′は
何れかがハイのパルス信号となっている。操作信号
ｂ₁ ′は操作レバー３４の矢印Ｂ₁ ′の操作方向に対応
するパルス信号であり、ブーム５を最大速度で下降させ
る指令を表す。一方、操作信号ｂ₂ ′は操作レバー３４
の矢印Ｂ₂ ′の操作方向に対応するパルス信号であり、
ブーム５を最大速度で上昇させる指令を表す。なお、操
作信号ｂ₁ ′，ｂ₂ ′がコントローラー１８に入力され
ると、他方の操作信号が入力されない限り保持される。
即ち、ブーム５を最大速度で上昇または下降させる指令
が保持され続ける。

【００１１】コントローラー１８にはブーム５の動作に
対する異なる２つの操作信号、即ち、操作レバー３２の
操作による操作信号ｂ₁ ，ｂ₂ と操作レバー３４の操作
による操作信号ｂ₁ ′，ｂ₂ ′が入力され得るので、操
作信号ｂ₁ ，ｂ₂ と操作信号ｂ₁ ′，ｂ₂ ′が共に入力
された時は、操作信号ｂ₁ ，ｂ₂ の信号ベクトル〈ｂ〉
と操作信号ｂ₁ ′，ｂ₂ ′の信号ベクトル〈ｂ′〉の和
を演算する（Ｓ−９）。具体的には、ｂ₁ ・ｂ₂ ＝
ｂ₁ ′・ｂ₂ ′＝０、つまり、操作信号ｂ₁ ，ｂ₂およ
び操作信号ｂ₁ ′，ｂ₂ ′は何れかが０であり、前述の
ように操作信号ｂ₁′，ｂ₂ ′は最大速度を与える操作
指令を表しているので、 ｂ₁ ＝ｂ₁ ＋ｂ₁ ′ ；ｂ₁ ≧ｂ₁ ′ならば、ｂ₁ ＝ｂ₁ ′ …(1) ｂ₂ ＝ｂ₂ ＋ｂ₂ ′ ；ｂ₂ ≧ｂ₂ ′ならば、ｂ₂ ＝ｂ₂ ′ …(2) とおき、最終的にはｂ₁ とｂ₂ の何れかは０でなくては
ならないので、ｂ₁ ＞ｂ₂ ならば、ｂ₁ ＝ｂ₁ −ｂ₂ ＝
ｂ₁ ′−ｂ₂ ：ｂ₂ ＝０ ｂ₁ ＜ｂ₂ ならば、ｂ₂ ＝ｂ₂ −ｂ₁ ＝ｂ₂ ′−ｂ₁ ：
ｂ₁ ＝０ とする。次に、図５に移って、ブーム５の動作は下降方
向か否かを判断する（Ｓ−１０）。判断結果がＮｏなら
ば、即ち、ブーム５が上昇中ならばステップＳ−１６に
移り、判断結果がＹｅｓならば、即ち、ブーム５が下降
中ならばブーム用、アーム用、バケット用の各ポテンシ
ョメーター１４，１５，１６で検知されたアーム角αA
、ブーム角αB 、バケット角αV のデータをＭＰＵ３
５のＲＡＭ内に取り込む（Ｓ−１１）。そして、ＭＰＵ
３５はこれらの関節角データを上記ＲＡＭから読み出し
て、これらのデータに基づいて参照点Ｐのｘ−ｚ座標
（ＰX ，ＰZ ）を演算する（Ｓ−１２）。演算式はＭＰ
Ｕ３５が内蔵するＲＯＭに格納されており、このＲＯＭ
から読み出した演算式のプログラムに従って上記演算が
実行される。上記関節角データとアーム長ＬA 、ブーム
長ＬB 、刃先方向距離ＬV1、刃先垂直方向距離ＬV2に基
づいて参照点Ｐのｘ−ｚ座標（ＰX ，ＰZ ）を演算する
演算式は、ピン結合部１１の中心座標を（ｘ₀ ，ｚ₀ ）
として、次式のようになる。 ＰX ＝ＬV1×cos(αB+αA+αV)＋ＬV2×sin(αB+αA+αV)＋ＬAcos( αB+αA) ＋ＬB ×cos(αB)＋ｘ₀ ……(3) ＰZ ＝−ＬV1×sin(αB+αA+αV)＋ＬV2×cos(αB+αA+αV) −ＬA ×sin(αB+αA)−ＬB sin(αB)＋ｚ₀ ……(4) 上述のように、油圧ショベル１は水平地面（基準面Ｓo
）上に位置し、土羽打ち面Ｓb の向きも水平面である
場合を想定しているので、油圧ショベル１の土羽打ち動
作によってバケット７の背面は水平な土羽打ち面Ｓb に
垂直、即ち、鉛直方向に下降して打ち当たるから、バケ
ット７の背面が土羽打ち面Ｓb に打ち当たる時の速度を
考える場合には、参照点Ｐの垂直位置、即ち、Ｚ座標Ｐ
Z についてだけ考慮すれば良い。なお、コントローラー
１８はバケット７が土羽打ち面Ｓbに打ち当たった時に
バケット７の背面が水平面となるような駆動制御信号ｒ
_i を比例減圧弁ユニット３１に出力し、方向切替弁２４
に供給されるパイロット油圧を対応した値に制御させ
る。本実施例ではバケット７の背面、つまり、参照点Ｐ
が土羽打ち面Ｓb からほぼ所定の高さ（減速開始標準高
さｄo ）に達した時に下降速度の減速を開始し、バケッ
ト７の背面が仮想的な下降停止面Ｓm に到る最大移動距
離ｄmax だけ移動した時、停止するように速度制御され
る。そして、バケット７の下降速度の減速を開始する減
速開始標準高さｄo は所定の範囲で調整可能とし、この
調整値を減速開始位置調整データΔｄ、調整後の減速開
始高さをｄとしている。そこで、ステップＳ−１３では
バケット７の背面が上述の減速領域（Ｚo ≦ＰZ ≦ｄ＋
Ｚo ）まで下降したか否かを判断する。その結果がＹｅ
ｓならば、参照点Ｐの減速領域内の高さに応じた減速係
数Ｋを演算し、その結果を減速係数Ｋに設定し、ＭＰＵ
３５が内蔵するＲＡＭに格納する（Ｓ−１４）。減速係
数Ｋは最大移動距離ｄmax に対する参照点Ｐの仮想的な
下降停止面Ｓm からの高さの比として定義される。即
ち、 Ｋ＝〔ＰZ −｛Ｚo −（ｄmax −ｄo ）＋Δｄ｝〕／ｄmax ＝１−（Ｚo ＋ｄo ＋Δｄ−ＰZ ）／ｄmax （０≦Ｋ≦１） …(5) ステップＳ−１３の判断結果がＮｏならば、ステップＳ
−１５に移る。最大移動距離ｄmax 、減速開始標準高さ
ｄo は作業機４に固有の値であって、減速係数Ｋの演算
式(5) のプログラムと共に、予めＭＰＵ３５が内蔵する
ＲＯＭに格納されている。最大移動距離ｄmax は操作者
が操作レバー３４を矢印Ｂ₁ ′方向に操作してブーム５
を最大速度で下降させている時に、方向切替弁２３を制
御してブームシリンダー８を最大制動力で減速させてバ
ケット７を停止させ得る距離より大きな値として設定さ
れている。演算された減速係数ＫはＭＰＵ３５が内蔵す
るＲＡＭから読み出され、コントローラー１８が内蔵す
るＲＡＭに転送される。上述のように、土羽打ち作業を
行う時は操作者はバケット７の底面を減速領域より上方
に移動させた後、単に操作レバー３４を矢印Ｂ₁ ′方向
に一度操作するだけで、コントローラー１８に入力され
る操作信号ｂ₁ は常に最大速度でブーム５を下降させる
信号になっている。

【００１２】そこで、コントローラー１８は内蔵するＲ
ＡＭから読み出した減速係数Ｋを操作信号ｂ₁ に乗算し
て（Ｓ−１５）、減速係数Ｋに応じた速度でブーム５を
減速下降させる駆動制御信号ｒ₁ ，ｒ₂ を比例減圧弁ユ
ニット３１に出力する（Ｓ−１６）。比例減圧弁ユニッ
ト３１は入力された駆動制御信号ｒ₁ ，ｒ₂ に対応する
パイロット油圧を方向切替弁２３に供給することにより
その開口量を制御し、ブームシリンダー８に供給される
圧油量を制限する（Ｓ−１７）。なお、本実施例ではブ
ーム５の下降動作のみによって作業機４による土羽打ち
動作を行っているので、ブームシリンダー８以外のアク
チュエーターには圧油が供給されず、従って駆動されな
いようになっている。次に、ステップＳ−４に戻り、土
羽打ちモードスイッチ３８が開成されたか否かを判断
し、開成されていなければ、即ち、土羽打ち作業を終了
させる信号が入力されなければ上述の土羽打ち動作を繰
り返す。やがて、減速下降したバケット７が地面に打ち
当たったこと（Ｋ≒０）を確認した操作者が操作レバー
３４を矢印Ｂ₂ ′の操作方向に逆転操作して、ブーム５
を上昇させる操作を行うと、ステップＳ−１０の判断結
果がＮｏになるから、操作信号ｂ₂ ＝ｂ₂ ′、減速係数
Ｋ＝１に従って、即ち、最大速度でブーム５の上昇駆動
が行われる。バケット７が減速領域より上方のほぼ所定
の高さまで上昇したと操作者が判断し、操作レバー３４
を再度矢印Ｂ₁ ′の操作方向に操作すると、操作信号ｂ
₁ ＝ｂ₁ ′、減速係数Ｋ＝１に従って、即ち、最大速度
でブーム５の下降駆動が行われ、やがて、バケット７が
減速領域に到達するとＫ＜１となって、上述のようにブ
ーム５の減速下降による土羽打ち動作が繰り返えされ
る。土羽打ち動作の途中で操作者が突発的な危険や事故
の発生を予見して、操作レバー３２，３３を操作した
時、例えば、操作レバー３２を矢印Ｂ₂ 方向に操作した
時、この操作による操作信号ｂ₂ はそれが操作レバー３
４の矢印Ｂ₁ ′方向の操作による操作信号ｂ₁ ′と逆向
きにブーム５を駆動するものであるから、コントローラ
ー１８は最大速度で下降するブーム５の速度を減速させ
る操作信号として、それらに対応する駆動制御信号
ｒ₁ ，ｒ₂ を比例減圧弁ユニット３１に出力する。従っ
て、土羽打ち動作中に操作者が突発的な危険等を予見し
た時には操作レバー３２を操作することにより、ブーム
５の下降速度を減速させ、またはブーム５を停止させる
ことにより、上記危険等を回避することができる。土羽
打ち動作を終了する時は操作者が土羽打ちモードスイッ
チ３８を開成するから、ステップＳ−４の判断結果がＹ
ｅｓになり、土羽打ち処理動作が終了する。

【００１３】上述のように、本実施例では土羽打ちモー
ドが選択され、操作レバー３４が矢印Ｂ₁ ′の操作方向
に操作された時にはバケット７の背面が減速領域に到達
するまではバケット７は最大速度で下降するようにした
ので、土羽打ち動作におけるバケット７の背面が地面に
打ち当たる時の速度、即ち、その時の打ち当て強さはほ
ぼ仮想的な下降停止面Ｓm と土羽打ち面Ｓb との間隔
〔Ｚo −（ｄmax −ｄo）＋Δｄ〕のみに依存するか
ら、土羽打ち面Ｓb の垂直座標Ｚo 、減速開始位置調整
データΔｄが変わらない限り、バケット７の背面の地面
への打ち当て強さはほぼ一定になる。従って、操作者は
土羽打ちしようとしている地面の土質、硬度、仕上げ条
件等を考慮して設定器３６の調整ボタンを操作し、減速
開始位置調整データΔｄを設定するだけで土羽打ち強さ
を加減できるから、操作者の熟練度に関係なく常に高品
質の土羽打ち仕上がり面を得ることができる。例えば、
最大移動距離ｄmax と減速開始標準高さｄo がそれぞれ
１．０ｍ，０．７ｍに設定されており、垂直座標Ｚo と
減速開始位置調整データΔｄの設定値をそれぞれ−０．
１ｍ，−０．１ｍに設定した時、バケット７の背面、即
ち、参照点Ｐが０．２ｍの高さまで下降した時の減速係
数Ｋの値は演算式(5) より、 Ｋ＝１−(-0.1 ＋0.7 −0.1 −0.2)／1.0 ＝0.7 となり、基準面Ｓo から２０cmの高さまで下降したバケ
ット７の背面の降下速度は操作レバー３４の操作により
指令された最大降下速度の７０％にまで減速させられ
る。以上、油圧ショベル１は水平地面上に位置し、土羽
打ち面Ｓb の向きも水平面である場合の土羽打ち動作を
説明したが、油圧ショベル１が傾斜地面上に位置する場
合には、油圧ショベル１が具える図示しない傾斜センサ
ーにより油圧ショベル１の姿勢、即ち、下部走行体２の
接地面と水平面との成す角度を検知できるので、その検
知データをＭＰＵ３５に転送して、演算式(3),(4) が補
正された参照点Ｐのｘ−ｚ座標（ＰX ，ＰZ ）を演算す
る演算式により正しい参照点Ｐのｘ−ｚ座標（ＰX ，Ｐ
Z ）を演算すれば良い。また、土羽打ち面Ｓb が水平面
でない場合には図示しない設定器により土羽打ち面Ｓb
の設計傾斜角を入力したり、バケット７を下降させて既
に仕上げた土羽打ち仕上がり面に接触させ、ピン結合部
１３の周りに回動自在にされたバケット７の背面の傾斜
角を各ポテンショメーター１４〜１６で読み取って土羽
打ち面Ｓb を検出し、この土羽打ち面Ｓb と平行な減速
開始面との間に減速領域を設定することにより、上述の
演算式(5) と同様の演算式を用いて土羽打ち動作を行わ
せることができる。

【００１４】本実施例では土羽打ちモードスイッチ３８
の押下と操作レバー３４の矢印Ｂ₁′または矢印Ｂ₂ ′
方向への操作によりブーム５を上下動させ、土羽打ち動
作を行わせるようにしたが、土羽打ちモードスイッチ３
８または操作レバー３４の何れかを省いて、ステップＳ
−１２で演算した参照点Ｐのｚ座標ＰZ が減速領域内で
所定時間一定値を保った時、ブーム５に対する操作信号
ｂ₁ を自動的に反転させてブーム５を上昇駆動し、ブー
ム角αB が所定の値に達したら、ブーム５に対する操作
信号ｂ₂ を再度自動的に反転させてブーム５を下降駆動
させるようにすれば、土羽打ち動作を自動運転させるよ
うにすることができる。また、土羽打ち面Ｓb の垂直座
標Ｚo 、減速開始位置調整データΔｄの設定は設定器３
４，３６の調整ボタンの操作により設定するようにした
が、作業機４による土羽打ち動作を実施した時に経験上
得られた減速開始位置調整データΔｄの設定値をプログ
ラムに組み込んで、土羽打ち作業の当初から自動設定さ
れるようにすれば、作業域の地面の固め締まり状態に応
じた土羽打ち強さが自動設定されるから、土羽打ち作業
の作業性をより向上させることができる。本発明は上述
の実施例に限らず、様々な形式の油圧ショベルに適用で
きる。例えば、操作レバー３２，３３は電気レバーでな
く、パイロット油圧を用いたものでも良く、作業機４の
関節角はポテンショメーター１４〜１６でなく、ロータ
リーエンコーダーやシリンダーストロークセンサーを用
いたものであっても良い。さらに、設定器３４，３６は
単一のもので構成されていても良い。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、土羽打ち動作を行わせる時は、最速下降指令
入力手段の操作により、作業機の基体に関節部を介して
連設されたアームを最大速度で下降させる操作情報を入
力させ、下降するアームの回動角等の情報に基づいて、
下降するバケットが設定された減速下降動作の開始位置
に到達したか否かを判断し、バケットが減速下降動作の
開始位置に到達したと判断した時、バケットの減速下降
動作の開始位置からの距離に応じてバケットの下降速度
を減速制御させるようにしたので、減速下降動作の開始
位置を設定し、最速下降指令入力手段を操作するだけで
常に一定の強さでバケットの背面が地面に打ち当たる土
羽打ち動作が行われるから、バケットの打ち着け強さの
困難な調整操作の必要がなく、未熟練作業員であっても
出来栄えにムラが無く、高品質の土羽打ち面を形成する
ことができる。請求項２記載の発明によれば、最速下降
指令入力手段と共に、作業機の基体に関節部を介して連
設されたアームを上昇させる操作情報を入力するための
上昇指令入力手段が操作された時は、上昇指令入力手段
の操作量に対応して最大下降速度から減速した操作情報
を入力し、最速上昇指令入力手段と共にアームを下降さ
せる下降指令入力手段が操作された時は、下降指令入力
手段の操作量に対応して最大上昇速度から減速した操作
情報を入力するようにしたので、土羽打ち動作の途中で
操作者が突発的な危険や事故の発生を予見した時に上昇
指令入力手段または下降指令入力手段を操作することに
より、アームの下降動作または上昇動作を減速あるいは
停止させることができるから、上記危険等を事前に回避
することができる。請求項３記載の発明によれば、バケ
ットの背面と減速下降動作の開始位置との間の距離と、
土羽打ち面より下方に新たに設定された停止目標位置と
減速下降動作の開始位置との間の距離の比を減速率とす
る減速指令信号を出力するようにしたので、停止目標位
置と減速下降動作の開始位置との間の距離とバケットの
下降速度の減速率が比例するから、バケットを滑らかに
減速下降せることができる。請求項４記載の発明によれ
ば、減速下降動作の開始位置を変更設定できるようにし
たので、作業域の地面の土質や硬度等を判断して減速下
降動作の開始位置を変更設定することにより、バケット
の背面が地面に打ち当たる時の減速率を作業域の地面に
最適なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る油圧ショベルの駆動制御
回路図

【図２】本発明の実施例に係る油圧ショベルの側面図

【図３】油圧ショベルを側面から見た時の土羽打ち動作
の説明図

【図４】土羽打ち制御動作の流れ図

【図５】図４に続く土羽打ち制御動作の流れ図

【符号の説明】

１ 油圧ショベル ４ 作業機 ５ ブーム ６ アーム ７ バケット ８ ブームシリンダー １４ ブーム用ポテンショメーター １８ コントローラー ２２〜２７ 方向切替弁 ２９ 油圧ポンプ ３０ パイロット油圧ポンプ ３１ 比例減圧弁ユニット ３２，３３，３４ 操作レバー ３５ マイクロコンピューター（ＭＰＵ） ３６，３７ 設定器 ３８ 土羽打ちモードスイッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機の基体に関節部を介して連設され
   た複数のアームと、先端のアームの先端部に回動自在に
   連設されたバケットと、各前記アームと前記バケットを
   駆動して、それらをそれぞれ回動させる回動駆動機構
   と、操作手段の操作量に対応して前記回動駆動機構を制
   御する制御手段と、少なくとも前記作業機の基体に関節
   部を介して連設されたアームの前記関節部における回動
   角を検知する回動角検知手段を具え、前記操作手段等の
   操作により前記回動駆動機構を駆動させて前記バケット
   の背面を作業域の地面に打ち着けて土羽打ち作業を行う
   土羽打ち作業装置において、目標とする土羽打ち面の情
   報を設定する土羽打ち面設定手段と、減速下降動作の開
   始位置の情報を設定する減速開始位置設定手段と、前記
   作業機の基体に関節部を介して連設されたアームを最大
   速度で下降させる操作情報を入力するための最速下降指
   令入力手段と、前記回動角検知手段が検知した回動角等
   の情報に基づいて、下降する前記バケットが前記減速開
   始位置設定手段により設定された減速下降動作の開始位
   置に到達したか否かを判断する減速域到達判断手段と、
   前記バケットが前記減速下降動作の開始位置に到達した
   と前記減速域到達判断手段が判断した時、前記バケット
   の前記減速下降動作の開始位置からの距離に応じた減速
   指令信号を前記制御手段に出力して前記バケットの下降
   の速度を減速制御させる減速指令手段とを有したことを
   特徴とする土羽打ち作業装置。
2. 【請求項２】 作業機の基体に関節部を介して連設され
   たアームを最大速度で上昇させる操作情報を入力するた
   めの最速上昇指令入力手段を有し、操作手段は前記アー
   ムを任意の速度で上昇させる操作情報を入力するための
   上昇指令入力手段および前記アームを任意の速度で下降
   させる操作情報を入力するための下降指令入力手段を含
   み、最速下降指令入力手段と共に前記上昇指令入力手段
   が操作された時は、最速下降指令入力手段の指令に基づ
   く最大下降速度から前記上昇指令入力手段の操作量に対
   応した速度を減速する操作情報を制御手段に入力させ、
   前記最速上昇指令入力手段と共に前記下降指令入力手段
   が操作された時は、前記最速上昇指令入力手段の指令に
   基づく最大上昇速度から前記下降指令入力手段の操作量
   に対応した速度を減速する操作情報を前記制御手段に入
   力させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の土
   羽打ち作業装置。
3. 【請求項３】 減速指令手段はバケットの背面と減速下
   降動作の開始位置との間の距離と、土羽打ち面設定手段
   が設定した土羽打ち面より下方に新たに設定された停止
   目標位置と前記減速下降動作の開始位置との間の距離の
   比を減速率とする減速指令信号を出力するものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の土羽打ち作業装置。
4. 【請求項４】 減速開始位置設定手段が設定した減速下
   降動作の開始位置を変更設定させる減速開始位置変更手
   段を有したことを特徴とする請求項１記載の土羽打ち作
   業装置。