JPH0953259A - 建設機械の領域制限掘削制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】油圧ショベルの領域制限掘削制御装置におい
て、領域を制限した掘削を能率良く円滑に行えるように
し、更に、オペレータの意志で精度優先の作業モードと
速度優先の作業モードとを選択できるようにする。 【解決手段】フロント装置１Ａが動き得る領域を予め設
定しておき、モードスイッチ２０がＯＮのときはフロン
ト装置が設定領域内でその境界近傍にあると操作レバー
装置４ａ〜４ｃの操作信号を減じた信号に基づき、モー
ドスイッチ２０がＯＦＦのときは、操作信号をそのまま
用いて、フロント装置の目標速度ベクトルを設定領域の
境界に接近する方向の成分を減じるように補正し、フロ
ント装置が設定領域外にあるときにはフロント装置が設
定領域に戻るように目標速度ベクトルを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建設機械の領域制限
掘削制御装置に係わり、特に、多関節型のフロント装置
を備えた油圧ショベル等の建設機械においてフロント装
置の動き得る領域を制限した掘削が行える領域制限掘削
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の代表例として油圧ショベルが
ある。油圧ショベルは垂直方向にそれぞれ回動可能なブ
ーム、アーム及びバケットからなるフロント装置と、上
部旋回体及び下部走行体からなる車体とで構成され、フ
ロント装置のブームの基端は上部旋回体の前部に支持さ
れている。このような油圧ショベルではブームなどのフ
ロント部材をそれぞれの手動操作レバーによって操作し
ているが、これらフロント部材はそれぞれが関節部によ
って連結され回動運動を行うものであるため、これらフ
ロント部材を操作して所定の領域を掘削することは、非
常に困難な作業である。そこで、このような作業を容易
にするための領域制限掘削制御装置が特開平４−１３６
３２４号公報に提案されている。この領域制限掘削制御
装置は、フロント装置の姿勢を検出する手段と、この検
出手段からの信号によりフロント装置の位置を演算する
手段と、フロント装置の侵入を禁止する侵入不可領域を
教示する手段と、フロント装置の位置と教示した侵入不
可領域の境界線との距離ｄを求め、この距離ｄがある値
より大のときは１で、それより小のときは０から１の間
の値をとるように距離ｄによって決まる関数をレバー操
作信号に乗じたものを出力するレバーゲイン演算手段
と、このレバーゲイン演算手段からの信号によりアクチ
ュエータの動きを制御するアクチュエータ制御手段とを
備えている。この提案の構成によれば、侵入不可領域の
境界線までの距離に応じてレバー操作信号が絞られるた
め、オペレータが誤って侵入不可領域にバケット先端を
移動しようとしても、自動的に境界上で滑らかに停止
し、また、その途中でオペレータがフロント装置の速度
の減少から侵入不可領域に近づいていることを判断して
バケット先端を戻すことが可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。

【０００４】特開平４−１３６３２４号公報に記載の従
来技術では、レバーゲイン演算手段においてレバー操作
信号にそのまま距離ｄによって決まる関数を乗じたもの
をアクチュエータ制御手段に出力するため、侵入不可領
域の境界に近づくと徐々にバケット先端の速度は遅くな
り、侵入不可領域の境界上で停止する。このため、侵入
不可領域にバケット先端を移動しようとしたときのショ
ックは回避される。しかし、この従来技術では、バケッ
ト先端の速度を遅くするとき、バケット先端の移動方向
に係わらずそのまま速度を遅くしている。このため、侵
入不可領域の境界に沿って掘削をする場合、アームを操
作して侵入不可領域に近づくにつれて侵入不可領域の境
界に沿った方向の掘削速度も遅くなり、その度にブーム
レバーを操作してバケット先端を侵入不可領域から離
し、掘削速度が遅くなるのを防止しなければならない。
その結果、侵入不可領域に沿って掘削する場合には、極
端に能率が悪くなる。また、能率を上げるには侵入不可
領域から離れた距離を掘削しなければならず、所定の領
域を掘削することができなくなる。

【０００５】本発明の第１の目的は、領域を制限した掘
削を能率良く円滑に行える建設機械の領域制限掘削制御
装置を提供することである。

【０００６】本発明の第２の目的は、操作手段を急激に
操作したときでも領域を制限した掘削を正確に行える建
設機械の領域制限掘削制御装置を提供することである。

【０００７】本発明の第３の目的は、領域を制限した掘
削を行うとき、オペレータの意志で精度優先の作業モー
ドと速度優先の作業モードとを選択できる建設機械の領
域制限掘削制御装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（１） 上記第１〜第３の目的を達成するため、本発明
は次の構成を採用する。すなわち、多関節型のフロント
装置を構成する上下方向に回動可能な複数のフロント部
材を含む複数の被駆動部材と、前記複数の被駆動部材を
それぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複
数の被駆動部材の動作を指示する複数の操作手段と、前
記複数の操作手段の操作信号に応じて駆動され、前記複
数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御
する複数の油圧制御弁とを備えた建設機械の領域制限掘
削制御装置において、前記フロント装置の動き得る領域
を設定する領域設定手段と；前記フロント装置の位置と
姿勢に関する状態量を検出する第１検出手段と；前記第
１検出手段からの信号に基づき前記フロント装置の位置
と姿勢を計算する第１演算手段と；前記第１演算手段の
演算値に基づき、前記フロント装置が前記設定領域内で
その境界近傍にあるとき、前記複数の操作手段のうち少
なくとも第１の特定のフロント部材に係わる操作手段の
操作信号を減じる処理を行う第１信号補正手段と；前記
第１信号補正手段による操作手段の操作信号を減じる処
理を行うかどうかを選択するモード選択手段と；前記モ
ード選択手段で前記第１信号補正手段による処理を行う
ことを選択した場合は、前記第１信号補正手段で減じる
処理を行われた操作信号と前記第１演算手段の演算値に
基づき、前記モード選択手段で前記第１信号補正手段に
よる処理を行わないことを選択した場合は、前記操作手
段の操作信号と前記第１演算手段の演算値に基づき、そ
れぞれ、前記フロント装置が前記設定領域内でその境界
近傍にあるとき、前記フロント装置が前記設定領域の境
界に沿った方向には動き、前記設定領域の境界に接近す
る方向には移動速度が減じられるよう前記複数の操作手
段のうち少なくとも第２の特定のフロント部材に係わる
操作手段の操作信号を補正する第２信号補正手段と；を
備える構成とする。

【０００９】以上の本発明において、フロント装置が設
定領域内でその境界近傍にあるときに、フロント装置が
設定領域の境界に沿った方向には動き、設定領域の境界
に接近する方向には移動速度が減じられるよう、第２信
号補正手段が第２の特定のフロント部材に係わる操作手
段の操作信号を補正することにより、特願平６−９２３
６７号及び特願平６−９２３６８号の基本発明と同様、
設定領域の境界に対して接近する方向のフロント装置の
動きを減速する方向変換制御が行われ、設定領域の境界
に沿ってフロント装置を動かすことができる。このた
め、領域を制限した掘削を能率良く円滑に行うことがで
きる。

【００１０】また、操作手段の操作信号を減じる処理を
行う第１信号補正手段と、この第１信号補正手段の処理
を行うかどうかを選択するモード選択手段を設けること
により、モード選択手段で第１信号補正手段の処理を行
うことを選択したときは、第１信号補正手段で減じる処
理を行われた操作手段の操作信号と第１演算手段の演算
値に基づき第２信号補正手段は上記のように第２の特定
のフロント部材に係わる操作手段の操作信号を補正し、
モード選択手段で第１信号補正手段の処理を行わないこ
とを選択したときは、操作手段のそのままの操作信号と
第１演算手段の演算値に基づき第２信号補正手段は上記
のように第２の特定のフロント部材に係わる操作手段の
操作信号を補正し、それぞれ上記の方向変換制御がなさ
れる。

【００１１】ここで、上記基本発明による方向変換制御
に際しては、当該制御は速度制御であるため、フロント
装置の速度が極端に大きかったり、急激に操作手段を操
作した場合には、油圧回路上の遅れなど制御上の応答遅
れやフロント装置にかかる慣性力などによりフロント装
置が設定領域から大きくはみ出す可能性がある。

【００１２】本発明では、モード選択手段で第１信号補
正手段の処理を行うことを選択することにより、特願平
７−１２２８５３号の発明と同様、第１信号補正手段で
減じる処理を行われた操作手段の操作信号に基づき方向
変換制御がなされるので、急激に操作手段を操作した場
合でもフロント装置はゆっくりと動きだし、制御上の応
答遅れの影響が少なくなり、かつフロント装置の慣性が
抑えられる。このため、フロント装置の設定領域外への
侵入量は減じられ、フロント装置を設定領域の境界に沿
って正確に動かすことができる。

【００１３】一方、第１信号補正手段で処理された操作
信号に基づき方向変換制御を行う場合は、フロント装置
を速く動かしたい場合でもフロント装置の急激な移動を
抑えるため、作業効率が落ちることが考えられる。本発
明では、モード選択手段で第１信号補正手段の処理を行
うことを選択した場合は、特願平７−１２２８５３号の
発明のように設定領域外への侵入量を少なくしてフロン
ト装置を動かせるが、モード選択手段で第１信号補正手
段の処理を行わないことを選択した場合は、操作手段の
そのままの操作信号に基づき方向変換制御がなされるの
で、操作信号の大きさに応じて作業効率を落とさずフロ
ント装置を動かすことができる。

【００１４】したがって本発明では、領域を制限した掘
削を行うとき、オペレータの意志で設定領域外への侵入
量の少ない精度優先の作業モードとフロント装置を速く
動かせる速度優先の作業モードとを選択して作業を行う
ことができる。

【００１５】（２） 好ましくは、前記第１信号補正手
段は、前記フロント装置と前記設定領域の境界との距離
が小さくなるにしたがって前記第１の特定のフロント部
材に係わる操作手段の操作信号の減少量が大きくなるよ
うに当該操作信号を減じる処理を行う手段である。この
ように操作信号を減じる処理を行うことにより、フロン
ト装置の速度が極端に大きい場合にもフロント装置が設
定領域の境界に近づくとフロント装置の速度が減じられ
るため、制御上の応答遅れの影響が少なくなりかつフロ
ント装置の慣性が抑えられ、フロント装置を設定領域の
境界に沿って滑らかに動かすことができる。また、フロ
ント装置が設定領域の境界に近づくにしたがってフロン
ト装置の速度が減じられるため、フロント装置が設定領
域の境界近傍に近づいたときに急激に操作感が変わるこ
となく、円滑な操作が行える。

【００１６】（３） また、前記第１信号補正手段は、
前記第１の特定のフロント部材に係わる操作手段の操作
信号にローパスフィルタ処理を施すことにより当該操作
信号を減じる処理を行う手段であってもよい。このよう
に操作信号を減じる処理を行うことにより、操作手段を
急激に操作したときの立ち上がり時の操作信号が減じら
れる。これにより上記のように、急激に操作手段を操作
した場合でもフロント装置はゆっくりと動きだし、制御
上の応答遅れの影響が少なくなり、かつフロント装置の
慣性が抑えられる。

【００１７】（４） 更に、一例として、前記第１の特
定のフロント部材は例えば油圧ショベルの少なくともア
ームを含み、前記第２の特定のフロント部材は例えば油
圧ショベルの少なくともブームを含む。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を油圧ショベルに適
用した場合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１０により説明す
る。図１において、本発明が適用される油圧ショベル
は、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２からの圧油によ
り駆動されるブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３
ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の
走行モータ３ｅ，３ｆを含む複数の油圧アクチュエータ
と、これら油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆのそれぞれに
対応して設けられた複数の操作レバー装置１４ａ〜１４
ｆと、油圧ポンプ２と複数の油圧アクチュエータ３ａ〜
３ｆ間に接続され、操作レバー装置１４ａ〜１４ｆの操
作信号Ｓa〜Ｓfによって制御され、油圧アクチュエータ
３ａ〜３ｆに供給される圧油の流量を制御する複数の流
量制御弁１５ａ〜１５ｆと、油圧ポンプ２と流量制御弁
１５ａ〜１５ｆの間の圧力が設定値以上になった場合に
開くリリーフ弁６とを有し、これらは油圧ショベルの被
駆動部材を駆動する油圧駆動装置を構成している。本実
施形態では、操作レバー装置１４ａ〜１４ｆは操作信号
Ｓa〜Ｓfとして電気信号を出力する電気レバー方式であ
り、流量制御弁１５ａ〜１５ｆは両端に電気油圧変換手
段、例えば比例電磁弁を備えた電磁駆動部３０ａ，３０
ｂ〜３５ａ，３５ｂを有し、オペレータの操作量と操作
方向に応じて操作レバー装置１４ａ〜１４ｆから対応す
る電気信号Ｓa〜Ｓfが流量制御弁１５ａ〜１５ｆの電磁
駆動部３０ａ，３０ｂ〜３５ａ，３５ｂに供給される。

【００１９】油圧ショベルは、図２に示すように、垂直
方向にそれぞれ回動するブーム１ａ、アーム１ｂ及びバ
ケット１ｃからなる多関節型のフロント装置１Ａと、上
部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅからなる車体１Ｂとで
構成され、フロント装置１Ａのブーム１ａの基端は上部
旋回体１ｄの前部に支持されている。ブーム１ａ、アー
ム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体
１ｅはそれぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３
ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の
走行モータ３ｅ，３ｆによりそれぞれ駆動される被駆動
部材を構成し、それらの動作は上記操作レバー装置１４
ａ〜１４ｆにより指示される。

【００２０】以上のような油圧ショベルに本実施形態に
よる領域制限掘削制御装置が設けられている。この制御
装置は、予め作業に応じてフロント装置の所定部位、例
えばバケット１ｃの先端が動き得る掘削領域の設定を指
示する設定器７と、速度優先の作業モードにするか精度
優先の作業モードにするかを選択するモードスイッチ２
０と、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃのそれ
ぞれの回動支点に設けられ、フロント装置１Ａの位置と
姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検出する
角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと、操作レバー装置１４ａ
〜１４ｆの操作信号Ｓa〜Ｓf、設定器７の設定信号、モ
ードスイッチ２０の選択信号及び角度検出器８ａ，８
ｂ，８ｃの検出信号を入力し、バケット１ｃの先端が動
き得る掘削領域を設定すると共に操作信号Ｓa〜Ｓfの補
正を行う制御ユニット９Ａとから構成されている。

【００２１】設定器７は、操作パネルあるいはグリップ
上に設けられたスイッチ等の操作手段により設定信号を
制御ユニット９Ａに出力し掘削領域の設定を指示するも
ので、操作パネル上には表示装置等、他の補助手段があ
ってもよい。また、ＩＣカードによる方法、バーコード
による方法、レーザによる方法、無線通信による方法
等、他の方法を用いてもよい。

【００２２】モードスイッチ２０は例えばオペレータの
操作で選択的にＯＮ・ＯＦＦするオルタネートのスイッ
チ（切り換え後の状態を保持するスイッチ）であり、Ｏ
ＦＦのときは速度優先の作業モードが選択され、ＯＮに
すると精度優先の作業モードが選択される。

【００２３】制御ユニット９Ａは領域設定部と領域制限
掘削制御部とを有し、領域設定部では、設定器７からの
指示でバケット１ｃの先端が動き得る掘削領域の設定演
算を行う。その一例を図３を用いて説明する。なお、本
実施形態は垂直面内に掘削領域を設定するものである。

【００２４】図３において、オペレータの操作でバケッ
ト１ｃの先端を点Ｐ１の位置に動かした後、設定器７か
らの指示でそのときのバケット１ｃの先端位置を計算
し、次に設定器７を操作してその位置からの深さｈ１を
入力して深さにより設定すべき掘削領域の境界上の点Ｐ
１＊を指定する。次に、バケット１ｃの先端を点Ｐ２の
位置に動かした後、設定器７からの指示でそのときのバ
ケット１ｃの先端位置を計算し、同様に設定器７を操作
してその位置からの深さｈ２を入力して深さにより設定
すべき掘削領域の境界上の点Ｐ２＊を指定する。そし
て、Ｐ１＊，Ｐ２＊の２点を結んだ線分の直線式を計算
して掘削領域の境界とする。

【００２５】制御ユニット９Ａの記憶装置にはフロント
装置１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法が記憶されており、領
域設定部はこれらのデータと、角度検出器８ａ，８ｂ，
８ｃで検出した回動角α、β、γの値を用いて２点Ｐ
１，Ｐ２の位置を計算する。このとき、２点Ｐ１，Ｐ２
の位置は例えばブーム１ａの回動支点を原点としたＸＹ
座標系の座標値（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）として求
める。ＸＹ座標系は本体１Ｂに固定した直交座標系であ
り、垂直面内にあるとする。回動角α、β、γからＸＹ
座標系の座標値（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）は、ブー
ム１ａの回動支点とアーム１ｂの回動支点との距離をＬ
１、アーム１ｂの回動支点とバケット１ｃの回動支点と
の距離をＬ２、バケット１ｃの回動支点とバケット１ｃ
の先端との距離をＬ３とすれば、下記の式より求まる。

【００２６】Ｘ＝Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）
＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ） Ｙ＝Ｌ１ｃｏｓα＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ
（α＋β＋γ） 領域設定部では、掘削領域の境界上の２点Ｐ１＊，Ｐ２
＊の座標値を、それぞれ、Ｙ座標の下記の計算、 Ｙ１＊＝Ｙ１−ｈ１ Ｙ２＊＝Ｙ２−ｈ２ を行うことにより求める。また、Ｐ１＊，Ｐ２＊の２点
を結んだ線分の直線式は下記の式により計算する。

【００２７】Ｙ＝（Ｙ２＊−Ｙ１＊）Ｘ／（Ｘ２−Ｘ
１）＋（Ｘ２Ｙ１＊−Ｘ１Ｙ２＊）／（Ｘ２−Ｘ１） そして、上記直線上に原点を持ち当該直線を一軸とする
直交座標系、例えば点Ｐ２＊を原点とするＸａＹａ座標
系を立て、ＸＹ座標系から当該直交座標系への変換デー
タを求める。

【００２８】以上は１本の直線で掘削領域の境界を設定
した例であるが、複数本の直線を組み合わせることによ
り垂直面内で任意の形状の掘削領域を設定できる。図７
はその一例を示すもので、３本の直線Ａ１，Ａ２，Ａ３
を用いて掘削領域を設定している。この場合も、各直線
Ａ１，Ａ２，Ａ３について上記と同様の操作及び演算を
行うことにより掘削領域の境界を設定できる。

【００２９】以上のように設定した領域（以下適宜、設
定領域という）に関して、制御ユニット９Ａの領域制限
掘削制御部では図５に示すフローチャートによりフロン
ト装置１Ａの動き得る領域を制限する制御を行う。以
下、図５に示すフローチャートにより領域制限掘削制御
部の制御機能を明らかにしつつ、本実施形態の動作を説
明する。

【００３０】まず、手順２００において、操作レバー装
置１４ａ〜１４ｆの操作信号Ｓa〜Ｓfを入力し、手順２
１０において、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃにより検出
したブーム１ａ，アーム１ｂ及びバケット１ｃの回動角
を入力する。次に手順２５０において、検出した回動角
α，β，γと制御ユニット９Ａの記憶装置に記憶してあ
るフロント装置１Ａの各部寸法とに基づき、フロント装
置１Ａの所定部位の位置、例えばバケット１ｃの先端位
置を計算する。このとき、バケット１ｃの先端位置は、
まず上記領域設定部と同様な方法でＸＹ座標系の値とし
て計算し、次にこの値を領域設定部で求めた変換データ
を用いてＸａＹａ座標系の値へ変換することにより、Ｘ
ａＹａ座標系の値として求める。

【００３１】次に手順２５５において、バケット１ｃの
先端が上記のように設定した図６に示すような設定領域
内の境界近傍の領域である減速領域にあるか否かを判定
し、減速領域にある場合には手順２５７に進み、モード
スイッチ２０がＯＮかＯＦＦを判断し、ＯＮの場合は手
順２６０に進み、ＯＦＦの場合は手順２７０に進む。

【００３２】手順２６０では、フロント装置１Ａ用の操
作レバー装置１４ａ〜１４ｃの操作信号Ｓa〜Ｓcを減じ
る処理（以下、適宜「レバー信号減速処理」という）を
行い、手順２７０に進む。

【００３３】手順２７０では、手順２６０で減速処理さ
れた操作レバー装置１４ａ〜１４ｃの操作信号Ｓa〜Ｓc
が指令するバケット１ｃの先端の目標速度ベクトルＶｃ
を計算する。ここで、制御ユニット９Ａの記憶装置に
は、更に操作レバー装置１４ａ〜１４ｃの操作信号Ｓa
〜Ｓcと流量制御弁１５ａ〜１５ｃの供給流量との関係
が記憶されており、操作レバー装置１４ａ〜１４ｃの操
作信号Ｓa〜Ｓcから対応する流量制御弁１５ａ〜１５ｃ
の供給流量を求め、この供給流量の値から油圧シリンダ
３ａ〜３ｃの目標駆動速度を求め、この目標駆動速度と
フロント装置１Ａの各部寸法を用いてバケット先端の目
標速度ベクトルＶｃを演算する。このとき、目標速度ベ
クトルＶｃは、手順２５０でのバケット先端位置の計算
と同様、まずＸＹ座標軸の値として計算し、次いでこの
値を領域設定部で求めた変換データを用いてＸａＹａ座
標系の値へ変換することにより、ＸａＹａ座標系の値と
して求める。ここで、ＸａＹａ座標系での目標速度ベク
トルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘは目標速度ベクトルＶｃの
設定領域の境界に平行な方向のベクトル成分となり、Ｙ
ａ座標値Ｖｃｙは目標速度ベクトルＶｃの設定領域の境
界に垂直な方向のベクトル成分となる。

【００３４】次に手順２８０において、フロント装置１
Ａの減速を行うよう目標速度ベクトルＶｃを補正し、手
順２９０に進む。また、手順２５５において、バケット
１ｃの先端が減速領域にないと判定されたときも、手順
２７０Ａで操作レバー装置１４ａ〜１４ｃの元の操作信
号Ｓa〜Ｓcが指令するバケット１ｃの先端の目標速度ベ
クトルＶｃを計算した後、手順２９０に進む。手順２７
０Ａでの目標速度ベクトルＶｃの計算は、操作レバー装
置１４ａ〜１４ｃの操作信号として減速処理されていな
い元の操作信号Ｓa〜Ｓcを用いる点を除いて手順２７０
と同じである。

【００３５】次に手順２９０において、バケット１ｃの
先端が上記のように設定した図６に示すような設定領域
外にあるか否かを判定し、設定領域外にある場合には手
順３００に進み、バケット１ｃの先端が設定領域に戻る
ように目標速度ベクトルＶｃを補正し、設定領域外にな
いときには手順２１０に進む。次に手順３１０におい
て、手順２８０または３００で得た補正後の目標速度ベ
クトルＶｃａに対応する流量制御弁１５ａ〜１５ｃの操
作信号Ｓa〜Ｓcを計算する。これは、手順２６０におけ
る目標速度ベクトルＶｃの計算の逆演算である。

【００３６】次に手順３２０において、手順２００で入
力した操作信号Ｓa〜Ｓfまたは手順３１０で計算した操
作信号Ｓa〜Ｓcと手順２００で入力した操作信号Ｓd〜
Ｓfを出力し、はじめに戻る。

【００３７】ここで、手順２５５における減速領域にあ
るか否かの判定、手順２６０における操作信号Ｓa〜Ｓc
の減速処理、手順２８０における減速制御のための目標
速度ベクトルＶｃの補正について、図７〜図１２を用い
て説明する。

【００３８】制御ユニット９Ａの記憶装置には、減速領
域の範囲を設定する値として図６に示すような設定領域
の境界からの距離Ｙａ１が記憶されている。手順２５５
では、手順２５０で得たバケット１ｃの先端位置のＹａ
座標値から設定領域内における当該先端位置と設定領域
の境界との距離Ｄ１を求め、この距離Ｄ１が距離Ｙａ１
より小さくなると減速領域に侵入したと判定する。

【００３９】また、制御ユニット９Ａの記憶装置には、
図７に示すようなバケット１ｃの先端との距離Ｄ１と時
定数ｔｇとの関係及び図８に示すような距離Ｄ１とレバ
ー信号減速係数ｈｇとの関係が記憶されている。この距
離Ｄ１と時定数ｔｇとの関係は、距離Ｄ１が距離Ｙａ１
よりも大きいときはｔｇ＝０であり、Ｄ１がＹａ１より
も小さくなると、距離Ｄ１が減少するにしたがって時定
数ｔｇが増大し、距離Ｄ１＝０でｔｇ＝ｔｇｍａｘとな
るように設定されている。また、距離Ｄ１と減速係数ｈ
ｇとの関係は、距離Ｄ１が距離Ｙａ１よりも大きいとき
はｈｇ＝１であり、Ｄ１がＹａ１よりも小さくなると、
距離Ｄ１が減少するにしたがって減速係数ｈｇが下記の
式、 ｈｇ＝Ｃｓｉｎ（θｇ）・Ｄ１＋ｈｇｍｉｎ にしたがって小さくなり、距離Ｄ１＝０でｈｇ＝ｈｇｍ
ｉｎとなるように設定されている。ここで、Ｃは定数で
あり、θｇは図３に示すようにバケット１ｃの先端とア
ーム１ｂの回動中心であるアームピン（角度検出器８ｂ
が取り付けられている箇所）とを結ぶ線分が掘削領域の
境界とのなす角である。

【００４０】手順２６０では、図９に示すように、ま
ず、手順２６１において、手順２５５で求めた距離Ｄ１
と図７及び図８に示す関係とからそのときの時定数ｔｇ
と減速係数ｈｇを計算する。このとき、係数ｈｇは上記
のようにバケット１ｃの先端とアーム１ｂの回動中心と
を結ぶ線分が掘削領域の境界とのなす角θｇの関数であ
るので、係数ｈｇを計算するにはまずこの角度θｇを求
める。角度θｇは、検出した回動角α，β，γと制御ユ
ニット９Ａの記憶装置に記憶してあるフロント装置１Ａ
の各部寸法とに基づきバケット１ｃの先端位置とアーム
１ｂの回動中心の位置を求め、この位置の値と上記領域
設定部で求めたＰ１＊，Ｐ２＊の２点を結んだ線分の直
線式とから求める。

【００４１】次いで手順２６２で、時定数ｔｇを用いて
操作信号Ｓa〜Ｓcに対してローパスフィルタ処理を行い
第１減速操作信号Ｓa1〜Ｓc1を生成し、手順２６３にお
いて、 第１減速操作信号Ｓa1〜Ｓc1に減速係数ｈｇを
掛けて第２減速操作信号Ｓa2〜Ｓc2を生成する。

【００４２】ここで、手順２６２で行われるローパスフ
ィルタ処理の計算式は以下のようである。

【００４３】 出力＝ｘ_n-1＋（１−ｅ^-aT）（ｘ_n−ｘ_n-1） ただし、ｘ_n：今回のサンプリングタイムで入力した操
作信号 ｘ_n-1：前回のサンプリングタイムでの出力値 ａ＝１／ｔｇ Ｔ＝刻み時間 このように手順２６２において操作信号Ｓa〜Ｓcに対し
てローパスフィルタ処理を行うことは、図１０に示すよ
うにステップ状の操作信号Ｓa〜Ｓcの入力に対して第１
減速操作信号Ｓa1〜Ｓc1の立ち上がりを遅くすることで
あり、見かけ上、レバー操作はゆっくり行われたことに
なる。また、ローパスフィルタ処理を行う際の時定数ｔ
ｇを距離Ｄ１が減少するにしたがって大きくすること
は、バケット１ｃの先端が掘削領域の境界に近づくにつ
れて第１減速操作信号Ｓa1〜Ｓc1の立ち上がりを遅くす
ることであり、バケット１ｃの先端が掘削領域の境界に
近づくにしたがって操作信号Ｓa〜Ｓcの立ち上がり時の
減少量は大きくなる。また、手順２６３において第１減
速操作信号Ｓa1〜Ｓc1に減速係数ｈｇを掛けることは、
ｈｇが距離Ｄ１が減少するにしたがって小さくなる値で
あるので、バケット１ｃの先端が掘削領域の境界に近づ
くにしたがって第２減速操作信号Ｓa2〜Ｓc2が小さくな
ることであり、この場合もバケット１ｃの先端が掘削領
域の境界に近づくにしたがって操作信号Ｓa〜Ｓcの減少
量は大きくなる。更に、ｈｇは上記のようにバケット１
ｃの先端とアーム１ｂの回動中心とを結ぶ線分が掘削領
域の境界とのなす角θｇのｓｉｎ関数であり、θｇが小
さくなるにしたがってｈｇは小さくなるので、フロント
装置１Ａが伸びるにしたがって第２減速操作信号Ｓa2〜
Ｓc2は小さくなり操作信号Ｓa〜Ｓcの減少量は大きくな
る。このため、バケット１ｃ先端の速度ベクトルの掘削
領域の境界に向かう方向の成分が大きくフロント先端が
掘削領域の外に出やすいフロント装置１Ａが伸びた状態
での操作でより大きく操作信号Ｓa〜Ｓcが減じられる。

【００４４】また、制御ユニット９Ａの記憶装置には、
図１１に示すようなバケット１ｃの先端との距離Ｄ１と
減速ベクトル係数ｈとの関係が記憶されている。この距
離Ｄ１と係数ｈとの関係は、距離Ｄ１が距離Ｙａ１より
も大きいときはｈ＝０であり、Ｄ１がＹａ１よりも小さ
くなると、距離Ｄ１が減少するにしたがって減速ベクト
ル係数ｈが増大し、距離Ｄ１＝０でｈ＝１となるように
設定されている。

【００４５】手順２８０では、手順２６０で計算したバ
ケット１ｃの先端の目標速度ベクトルＶｃの設定領域の
境界に接近する方向のベクトル成分である設定領域の境
界に対し垂直方向のベクトル成分、すなわちＸａＹａ座
標系におけるＹａ座標値Ｖｃｙを減じるように目標速度
ベクトルＶｃを補正する。具体的には、制御ユニット９
Ａの記憶装置に記憶した図１１に示す関係から手順２５
５で求めた距離Ｄ１に対応する減速ベクトル係数ｈを計
算し、この減速ベクトル係数ｈを目標速度ベクトルＶｃ
のＹａ座標値（垂直方向のベクトル成分）Ｖｃｙに乗
じ、更に−１を乗じて減速ベクトルＶＲ（＝−ｈＶｃ
ｙ）を求め、ＶｃｙにＶＲを加算する。ここで、減速ベ
クトルＶＲはバケット１ｃの先端と設定領域の境界との
距離Ｄ１がＹａ１より小さくなるにしたがって大きくな
り、Ｄ１＝０でＶＲ＝−ＶｃｙとなるＶｃｙの逆方向の
速度ベクトルである。このため、減速ベクトルＶＲを目
標速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙに
加算することにより、距離Ｄ１がＹａ１より小さくなる
にしたがって垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙの減少量が
大きくなるようベクトル成分Ｖｃｙが減じられ、目標速
度ベクトルＶｃは目標速度ベクトルＶｃａに補正され
る。

【００４６】バケット１ｃの先端が上記のような補正後
の目標速度ベクトルＶｃａの通りに減速制御されたとき
の軌跡の一例を図８に示す。目標速度ベクトルＶｃが斜
め下方に一定であるとすると、その平行成分Ｖｃｘは一
定となり、垂直成分Ｖｃｙはバケット１ｃの先端が設定
領域の境界に近づくにしたがって（距離Ｄ１がＹａ１よ
り小さくなるにしたがって）小さくなる。補正後の目標
速度ベクトルＶｃａはその合成であるので、軌跡は図８
のように設定領域の境界に近づくにつれて平行となる曲
線状となる。また、Ｄ１＝０でｈ＝１、ＶＲ＝−Ｖｃｙ
となるので、設定領域の境界上での補正後の目標速度ベ
クトルＶｃａは平行成分Ｖｃｘに一致する。

【００４７】このように手順２８０における減速制御で
は、バケット１ｃの先端の設定領域の境界に接近する方
向の動きが減速されることにより、結果としてバケット
１ｃの先端の移動方向が設定領域の境界に沿った方向に
変換され、この意味で手順２８０の減速制御は方向変換
制御ということもできる。

【００４８】次ぎに、手順２９０における設定領域外に
あるか否かの判定及び手順３００における設定領域外で
の復元制御のための目標速度ベクトルＶｃの補正につい
て、図１３及び図１４を用いて説明する。

【００４９】手順２９０では、手順２５０で得たバケッ
ト１ｃの先端位置のＹａ座標値から設定領域外における
当該先端位置と設定領域の境界との距離Ｄ２を計算し、
この距離Ｄ２の値が負から正に変わったら設定領域外に
侵入したと判断する。

【００５０】また、制御ユニット９Ａの記憶装置には、
図１３に示すような設定領域の境界とバケット１ｃの先
端との距離Ｄ２と復元ベクトルＡＲとの関係が記憶され
ている。この距離Ｄ２と復元ベクトルＡＲとの関係は、
距離Ｄ２が減少するにしたがって復元ベクトルＡＲが増
大するように設定されている。

【００５１】手順３００では、手順２６０で計算したバ
ケット１ｃの先端の目標速度ベクトルＶｃの設定領域の
境界に対し垂直方向のベクトル成分、すなわちＸａＹａ
座標系のＹａ座標値Ｖｃｙが設定領域の境界に接近する
方向の垂直成分に変わるよう目標速度ベクトルＶｃを補
正する。具体的には、垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙを
キャンセルするようにＶｃｙの逆方向ベクトルＡｃｙを
加算して、平行成分Ｖｃｘを抽出する。この補正によっ
てバケット１ｃの先端は設定領域外を更に進もうとする
動作が阻止される。そして次に、記憶装置に記憶した図
１３に示す関係からそのときの設定領域の境界とバケッ
ト１ｃの先端との距離Ｄ２に相当する復元ベクトルＡＲ
を計算し、この復元ベクトルＡＲを目標速度ベクトルＶ
ｃの垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙａとする。ここで、
復元ベクトルＡＲはバケット１ｃの先端と設定領域の境
界との距離Ｄ２が小さくなるにしたがって小さくなる逆
方向の速度ベクトルである。このため、復元ベクトルＡ
Ｒを目標速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分Ｖ
ｃｙａとすることにより、距離Ｄ２が小さくなるにした
がって垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙａが小さくなる目
標速度ベクトルＶｃａに補正される。

【００５２】バケット１ｃの先端が上記のような補正後
の目標速度ベクトルＶｃａの通りに復元制御されたとき
の軌跡の一例を図１４に示す。目標速度ベクトルＶｃが
斜め下方に一定であるとすると、その平行成分Ｖｃｘは
一定となり、また復元ベクトルＡＲは距離Ｄ２に比例す
るので垂直成分はバケット１ｃの先端が設定領域の境界
に近づくにしたがって（距離Ｄ２が小さくなるにしたが
って）小さくなる。補正後の目標速度ベクトルＶｃａは
その合成であるので、軌跡は図１０のように設定領域の
境界に近づくにつれて平行となる曲線状となる。

【００５３】このように、手順３００における復元制御
では、バケット１ｃの先端が設定領域に戻るように制御
されるため、設定領域外に復元領域が得られることにな
る。また、この復元制御でも、バケット１ｃの先端の設
定領域の境界に接近する方向の動きが減速されることに
より、結果としてバケット１ｃの先端の移動方向が設定
領域の境界に沿った方向に変換され、この意味でこの復
元制御も方向変換制御ということができる。

【００５４】以上において、操作レバー装置１４ａ〜１
４ｆは複数の被駆動部材であるブーム１ａ、アーム１
ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅ
の動作を指示する複数の操作手段を構成し、設定器７と
制御ユニット９Ａの領域設定部の機能はフロント装置１
Ａの動き得る領域を設定する領域設定手段を構成し、角
度検出器８ａ〜８ｃはフロント装置１Ａの位置と姿勢に
関する状態量を検出する第１検出手段を構成し、図５の
手順２５０はフロント装置１Ａの位置と姿勢に関する状
態量を検出する第１検出手段である角度検出器８ａ〜８
ｃからの信号に基づきフロント装置１Ａの位置と姿勢を
計算する第１演算手段を構成し、手順２５５及び２６０
は、第１演算手段２５０の演算値に基づき、フロント装
置１Ａが設定領域内でその境界近傍にあるとき、複数の
操作レバー装置１４ａ〜１４ｆのうち少なくとも第１の
特定のフロント部材であるアーム１ｂに係わる操作レバ
ー装置１４ｂの操作信号Ｓbを減じる処理を行う第１信
号補正手段を構成し、モードスイッチ２０及び図５の手
順２５７は第１信号補正手段による操作レバー装置１４
ｂの操作信号Ｓbを減じる処理を行うかどうかを選択す
るモード選択手段を構成し、手順２５５，２７０，２８
０は、モードスイッチ２０で第１信号補正手段による処
理を行うことを選択した場合は、第１信号補正手段で減
じる処理を行われた操作信号Ｓb2と上記第１演算手段２
５０の演算値に基づき、モードスイッチ２０で第１信号
補正手段による処理を行わないことを選択した場合は、
操作レバー装置１４ｂの操作信号Ｓbと上記第１演算手
段２５０の演算値に基づき、それぞれ、フロント装置１
Ａが設定領域内でその境界近傍にあるとき、フロント装
置１Ａが設定領域の境界に沿った方向には動き、設定領
域の境界に接近する方向には移動速度が減じられるよう
複数の操作レバー装置１４ａ〜１４ｆのうち少なくとも
第２の特定のフロント部材であるブーム１ａに係わる操
作レバー装置１４ａの操作信号Ｓaを補正する第２信号
補正手段を構成する。

【００５５】以上のように構成した本実施形態では、バ
ケット１ｃの先端が設定領域の境界から離れているとき
は、手順２７０Ａにおいて目標速度ベクトルＶｃは補正
されず、通常作業と同じように作業できるとともに、バ
ケット１ｃの先端が設定領域内でその境界近傍に近づく
と、手順２８０において目標速度ベクトルＶｃの設定領
域の境界に接近する方向のベクトル成分（境界対して垂
直方向のベクトル成分）を減じるように補正されるの
で、設定領域の境界に対して垂直方向の動きが減速制御
され、設定領域の境界に沿った方向の速度成分は減じら
れず、このため図１２に示すように設定領域の境界に沿
ってバケット１ｃの先端を動かすことができる。このた
め、バケット１ｃの先端の動き得る領域を制限した掘削
を能率良く行うことができる。

【００５６】また、モードスイッチ２０で精度優先の作
業モードを選択したときは、手順２６０においてローパ
スフィルタ処理及びレバー信号減速処理にてバケット１
ｃの先端位置と掘削領域の境界との距離に応じて操作レ
バー装置１４ａ〜１４ｃの操作信号Ｓa〜Ｓc自体を減じ
る処理が行われ、この処理の行われた操作信号Ｓa2〜Ｓ
2cを用いて手順２８０において上記のように操作信号を
補正し、モードスイッチ２０で速度優先の作業モードを
選択したときは、操作レバー装置１４ａ〜１４ｃの操作
信号Ｓa〜Ｓcをそのまま用いて手順２８０において上記
のように操作信号を補正し、それぞれ上記の減速制御
（方向変換制御）がなされる。

【００５７】ここで、手順２８０での方向変換制御は速
度制御であるため、フロント装置１Ａの速度が極端に大
きかったり、急激に操作レバー装置１ｂなどを操作した
場合には、油圧回路上の遅れなど制御上の応答遅れやフ
ロント装置１Ａにかかる慣性力などによりフロント装置
１Ａが設定領域から大きくはみ出す可能性がある。

【００５８】本実施形態では、モードスイッチ２０をＯ
Ｎにして精度優先の作業モードを選択することにより、
手順２６０でローパスフィルタ処理及びレバー信号減速
処理の行われた操作信号Ｓa2〜Ｓc2を用いて手順２８０
で方向変換制御がなされるので、フロント装置１Ａの速
度が極端に大きくてもバケット１ｃの先端が設定領域の
境界に近づくにしたがってフロント装置１Ａの急激な移
動が抑えられる。また、操作レバー装置１４ａ〜１４ｃ
が急激に操作されても油圧アクチュエータ３ａ〜３ｃは
滑らかに動き出し、しかも動き出してからの速度も遅く
なる。このため、油圧回路上の遅れなど制御上の応答遅
れの影響や慣性の影響が軽減され、上記手順２８０での
減速制御に際してのフロント装置１Ａの設定領域外への
侵入量は減じられ、フロント装置１Ａを設定領域の境界
に沿って正確に動かすことができる。

【００５９】一方、手順２６０においてローパスフィル
タ処理及びレバー信号減速処理の行われた操作信号Ｓa2
〜Ｓc2を用いて手順２８０で方向変換制御を行う場合
は、フロント装置１Ａを速く動かしたい場合でもフロン
ト装置１Ａの急激な移動を抑えるため、作業効率が落ち
ることが考えられる。本実施形態では、モードスイッチ
２０をＯＮにして精度優先の作業モードを選択した場合
は、上記のように設定領域外への侵入量を少なくしてフ
ロント装置１を動かせるが、モードスイッチ２０をＯＦ
Ｆにして速度優先の作業モードを選択した場合は、操作
レバー装置１４ａ〜１４ｃの操作信号Ｓa〜Ｓcをそのま
ま用いて手順２８０で方向変換制御を行うので、操作信
号Ｓa〜Ｓcの大きさに応じて作業効率を落とさずフロン
ト装置１Ａを動かすことができる。

【００６０】したがって本実施形態では、領域を制限し
た掘削を行うとき、モードスイッチ２０を切り換えるこ
とにより、オペレータの意志で設定領域外への侵入量の
少ない精度優先の作業モードとフロント装置１Ａを速く
動かせる速度優先の作業モードとを選択して作業を行う
ことができる。

【００６１】また、上記の手順２８０における方向変換
制御に際して、仮にバケット１ｃの先端が設定領域外に
ある程度侵入したとしても、本実施形態では、手順３０
０においてバケット１ｃの先端が設定領域に戻るように
目標速度ベクトルＶｃが補正されるので、侵入後速やか
に設定領域に戻るよう制御される。このため、領域を制
限した掘削を一層正確に行うことができる。

【００６２】また、このとき、モードスイッチ２０で精
度優先の作業モードが選択されていた場合は、手順２６
０においてローパスフィルタ処理及びレバー信号減速処
理にて操作レバー装置１４ａ〜１４ｃの操作信号Ｓa〜
Ｓc自体が減じられているので、設定領域外への侵入量
が減じられ、設定領域に戻るときのショックが大幅に緩
和される。このため、フロント装置１Ａを速く動かした
ときでもバケット１ｃの先端を設定領域の境界に沿って
滑らかに動かすことができ、領域を制限した掘削を円滑
に行うことができる。

【００６３】更に、本実施形態では、バケット１ｃの先
端が設定領域に戻るよう制御されるとき、目標速度ベク
トルＶｃの設定領域の境界に垂直なベクトル成分を補正
し設定領域の境界に接近する方向のベクトル成分に変え
るので、設定領域の境界に沿った方向の速度成分は減じ
られず、設定領域外においてもバケット１ｃの先端を設
定領域の境界に沿って滑らかに動かすことができる。ま
た、そのとき、バケット１ｃの先端と設定領域の境界と
の距離Ｄ２が小さくなるにしたがって設定領域の境界に
接近する方向のベクトル成分を小さくするように補正す
るので、図１０に示すように補正後の目標速度ベクトル
Ｖｃａによる復元制御の軌跡は設定領域の境界に近づく
につれて平行となる曲線状となり、このため設定領域か
ら戻るときの動きが一層滑らかとなる。

【００６４】本発明の第２の実施形態を図１５〜図２５
により説明する。図中、図１に示す部材と同等の部材に
は同じ符号を付している。

【００６５】図１５において、本実施形態に係わる油圧
ショベルに備えられる油圧駆動装置は、油圧アクチュエ
ータ３ａ〜３ｆのそれぞれに対応して設けられた複数の
操作レバー装置４ａ〜４ｆと、油圧ポンプ２と複数の油
圧アクチュエータ３ａ〜３ｆ間に接続され、操作レバー
装置４ａ〜４ｆの操作信号によって制御され、油圧アク
チュエータ３ａ〜３ｆに供給される圧油の流量を制御す
る複数の流量制御弁５ａ〜５ｆとを有している。

【００６６】操作レバー装置４ａ〜４ｆはパイロット圧
により対応する流量制御弁５ａ〜５ｆを駆動する油圧パ
イロット方式であり、それぞれ、図１６に示すように、
オペレータにより操作される操作レバー４０と、操作レ
バー４０の操作量と操作方向に応じたパイロット圧を生
成する１対の減圧弁４１，４２とより構成され、減圧弁
４１，４２の一次ポートはパイロットポンプ４３に接続
され、二次ポートはパイロットライン４４ａ，４４ｂ；
４５ａ，４５ｂ；４６ａ，４６ｂ；４７ａ，４７ｂ；４
８ａ，４８ｂ；４９ａ，４９ｂを介して対応する流量制
御弁の油圧駆動部５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂ；５
２ａ，５２ｂ；５３ａ，５３ｂ；５４ａ，５４ｂ；５５
ａ，５５ｂに接続されている。

【００６７】以上のような油圧ショベルに設けられる本
実施形態の領域制限掘削制御装置は、設定器７、モード
スイッチ２０、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃに加えて、
車体１Ｂの前後方向の傾斜角θを検出する傾斜角検出器
８ｄと、一次ポート側がパイロットポンプ４３に接続さ
れ電気信号に応じてパイロットポンプ４３からのパイロ
ット圧を減圧して出力する比例電磁弁１０ａと、ブーム
用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ａと比
例電磁弁１０ａの二次ポート側に接続され、パイロット
ライン４４ａ内のパイロット圧と比例電磁弁１０ａから
出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁５ａの
油圧駆動部５０ａに導くシャトル弁１２と、ブーム用の
操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ｂ及びアー
ム用の操作レバー装置４ａ，４ｂのパイロットライン４
５ａ，４５ｂに設置され、それぞれ電気信号に応じてそ
れぞれのパイロットライン内のパイロット圧を減圧して
出力する比例電磁弁１０ｂ，１１ａ，１１ｂと、シャト
ル弁１２の入力側及び比例電磁弁１０ｂ，１０ｃ，１０
ｄの一次ポート側においてパイロットライン４４ａ，４
４ｂ；４５ａ，４５ｂに設置され、操作レバー装置４
ａ，４ｂの操作量としてそれぞれのパイロット圧を検出
する圧力検出器６０ａ，６０ｂ；６１ａ，６１ｂと、比
例電磁弁１１ａ，１１ｂの二次ポート側においてパイロ
ットライン４５ａ、４５ｂに設置され、比例電磁弁１１
ａ，１１ｂから流量制御弁５ｂの油圧駆動部５１ａ，５
１ｂに与えられるパイロット圧を検出する圧力検出器６
１ｃ，６１ｄと、設定器７の設定信号、モードスイッチ
２０の選択信号、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃ及び傾斜
角検出器８ｄの検出信号及び圧力検出器６０ａ，６０
ｂ；６１ａ，６１ｂ；６１ｃ，６１ｄの検出信号を入力
し、比例電磁弁１０ａ〜１０ｄに電気信号を出力する制
御ユニット９とを備えている。

【００６８】制御ユニット９の制御機能を図１７に示
す。制御ユニット９は、領域設定演算部９ａ、フロント
姿勢演算部９ｂ、目標シリンダ速度演算部９ｃ、目標先
端速度ベクトル演算部９ｄ、方向変換制御部９ｅ、補正
後目標ブームシリンダ速度演算部９ｆ、復元制御演算部
９ｇ、補正後目標ブームシリンダ速度演算部９ｈ、目標
シリンダ速度選択部９ｉ、目標パイロット圧演算部９
ｊ、バルブ指令演算部９ｋ、レバー信号減速処理部９ｍ
の各機能を有している。

【００６９】領域設定演算部９ａは、設定器７からの指
示でバケット１ｃの先端が動き得る掘削領域の設定演算
を行うものである。その内容は図３を用いて説明した第
１の実施形態の領域設定部と同じであり、ＸＹ座標系か
ら設定領域の境界上に原点と一軸を持つＸａＹａ座標系
への変換データを求める（図３参照）。

【００７０】また、図１８に示すように車体１Ｂが傾い
たときは、バケットと先端と地面との相対位置関係が変
化するので、掘削領域の設定が正しく行えなくなる。そ
こで本実施形態では、車体１Ｂの傾斜角θを傾斜角検出
器８ｄで検出し、フロント姿勢演算部９ｂでその傾斜角
θの値を入力し、ＸＹ座標系を角度θ回転させたＸｂＹ
ｂ座標系でバケット先端の位置を計算する。これによ
り、車体１Ｂが傾いていても正しい領域設定が行える。
なお、車体が傾いたときには車体の傾きを修正してから
作業するとか、車体が傾斜しないような作業現場で用い
る場合には、必ずしも傾斜角検出器は必要としない。

【００７１】フロント姿勢演算部９ｂでは、制御ユニッ
ト９の記憶装置に記憶したフロント装置１Ａ及び車体１
Ｂの各部寸法と、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃで検出し
た回動角α，β，γの値を用いてフロント装置１Ａの所
定部位の位置をＸＹ座標系の値として演算する。

【００７２】レバー信号減速制御部９ｍではバケット１
ｃの先端が領域設定演算部９ａで設定した図６に示すよ
うな設定領域内の境界近傍の領域である減速領域にある
か否かを判定し、減速領域にある場合には、モードスイ
ッチ２０が精度優先の作業モードを選択しているとき、
フロント装置１Ａ用のアーム用の操作レバー装置１４ｂ
の操作信号（パイロット圧）を減じるレバー信号減速処
理を行う。

【００７３】図１９にレバー信号減速制御部９ｍの処理
内容をフローチャートで示す。まず、手順１５０におい
てバケット１ｃの先端が減速領域に浸入したかどうかを
判断する。制御ユニット９の記憶装置には、減速領域の
範囲を設定する値として図６に示すような設定領域の境
界からの距離Ｙａ１が記憶されている。手順１５０で
は、フロント姿勢演算部９ｂで得たＸＹ座標系でのバケ
ット１ｃの先端位置を領域設定演算部９ａで求めた変換
データを用いてＸａＹａ座標系の値に変換し、そのＹａ
座標値から設定領域内における当該先端位置と設定領域
の境界との距離Ｄ１を求め、この距離Ｄ１が距離Ｙａ１
より小さくなると減速領域に侵入したと判定する。手順
１５０において、バケット１ｃの先端が減速領域に浸入
したと判断されると手順１５２に進み、モードスイッチ
２０がＯＮかＯＦＦを判断し、ＯＮの場合は手順１６０
に進む。

【００７４】手順１６０では、時定数ｔｇと減速係数ｈ
ｇを計算する。このｔｇとｈｇの計算は第１の実施形態
と同じであるので、ここでは説明しない。

【００７５】次いで手順１６１に進む。圧力検出器６１
ａ，６１ｂで検出したアーム操作信号としてのパイロッ
ト圧をＰａ，Ｐｂとすると、手順１６１では、時定数ｔ
ｇを用いてそのパイロット圧Ｐａ，Ｐｂに対してローパ
スフィルタ処理を行い補正パイロット圧Ｐａ１，Ｐｂ１
を生成する。このローパスフィルタ処理の計算も第１の
実施形態と同じであるので、ここでは説明しない。

【００７６】次ぎに、手順１６２において、 補正パイ
ロット圧Ｐａ１，Ｐｂ１に対応するアーム用流量制御弁
５ｂの吐出流量を求め、更にこの吐出流量からアームシ
リンダ３ｂの速度ＶＡＣ１，ＶＡＤ１を計算する。制御
ユニット９の記憶装置には図２０に示すようなパイロッ
ト圧力ＰＢＵ，ＰＢＤ，ＰＡＣ，ＰＡＤと流量制御弁５
ａ，５ｂの吐出流量ＶＢ，ＶＡとの関係が記憶されてお
り、手順１６２ではこの関係を用いて流量制御弁５ｂの
吐出流量を求め、アームシリンダ速度ＶＡＣ１，ＶＡＤ
１を計算する。なお、制御ユニット９の記憶装置に事前
に計算したパイロット圧とシリンダ速度との関係を記憶
しておき、パイロット圧から直接シリンダ速度を求めて
もよい。

【００７７】次ぎに、手順１６３において、図２０に示
す関係からアームシリンダ３ｂのクラウド側のシリンダ
速度の最大値ＶＡＣｍａｘとダンプ側のシリンダ速度の
最小値ＶＡＤｍｉｎ（絶対値の最大値）を求め、この最
大値ＶＡＣｍａｘ及び最小値ＶＡＤｍｉｎに減速係数ｈ
ｇを掛けてアームシリンダ速度の補正最大値ＶＡＣ２及
び補正最小値ＶＡＤ２を生成する。

【００７８】次いで、手順１６４において、ＶＡＣ１，
ＶＡＣ２の最小値をアームシリンダ３ｂのクラウド側の
目標シリンダ速度ＶＡＣとし、ＶＡＤ１，ＶＡＤ２の最
大値（ＶＡＤ１，ＶＡＤ２の絶対値の最小値）をアーム
シリンダ３ｂのダンプ側の目標シリンダ速度ＶＡＤとす
る。すなわち、ＶＡＣ１＞ＶＡＣ２、ＶＡＤ１＜ＶＡＤ
２のときはＶＡＣ２，ＶＡＤ２が選択され、目標シリン
ダ速度ＶＡＣ，ＶＡＤの最大値及び最小値がそれぞれ補
正最大値ＶＡＣ２及び補正最小値ＶＡＤ２に制限され
る。

【００７９】次いで、手順１６５で目標シリンダ速度Ｖ
ＡＣ，ＶＡＤからパイロットライン４５ａ，４５ｂの目
標パイロット圧Ｐａ２，Ｐｂ２を演算する。これは手順
１６２におけるアームシリンダ速度の演算の逆演算であ
る。

【００８０】そして、手順１６６において、手順１６５
で計算した目標パイロット圧Ｐａ２，Ｐｂ２からそのパ
イロット圧を得るための比例電磁弁１１ａ，１１ｂの指
令値を演算する。この指令値は増幅器で増幅され、電気
信号として比例電磁弁１１ａ，１１ｂに出力される。

【００８１】一方、手順１５０において、距離Ｄ１が距
離Ｙａ１より大きく、バケット１ｃの先端位置が減速領
域に侵入していないと判断された場合、手順１５２にお
いてモードスイッチ２０がＯＦＦと判断された場合は、
手順１７０に進み、比例電磁弁１１ａ，１１ｂの開度を
最大とするバルブ指令値を出力する。

【００８２】ここで、手順１６１においてパイロット圧
Ｐａ，Ｐｂに対してローパスフィルタ処理を行うこと
は、第１の実施形態と同様、図１０に示すようにステッ
プ状のパイロット圧Ｐａ，Ｐｂの入力に対して補正パイ
ロット圧Ｐａ１，Ｐｂ１の立ち上がりを遅くすることで
あり、見かけ上、レバー操作はゆっくり行われたことに
なる。また、ローパスフィルタ処理を行う際の時定数ｔ
ｇを距離Ｄ１が減少するにしたがって大きくすること
は、バケット１ｃの先端が掘削領域の境界に近づくにつ
れて補正パイロット圧Ｐａ１，Ｐｂ１の立ち上がりを遅
くすることであり、バケット１ｃの先端が掘削領域の境
界に近づくにしたがってパイロット圧Ｐａ，Ｐｂの減少
量は大きくなる。また、手順１６３においてシリンダ速
度の最大値ＶＡＣｍａｘ及び最小値ＶＡＤｍｉｎに減速
係数ｈｇを掛けてシリンダ速度の補正最大値ＶＡＣ２及
び補正最小値ＶＡＤ２を生成することは、ｈｇが距離Ｄ
１が減少するにしたがって小さくなる値であるので、バ
ケット１ｃの先端が掘削領域の境界に近づくにしたがっ
て補正最大値ＶＡＣ２及び補正最小値ＶＡＤ２の絶対値
が小さくなることである。また、ｈｇは上記のようにバ
ケット１ｃの先端とアーム１ｂの回動中心とを結ぶ線分
が掘削領域の境界とのなす角θｇのｓｉｎ関数であり、
θｇが小さくなるにしたがってｈｇは小さくなるので、
フロント装置１Ａが伸びるにしたがって補正最大値ＶＡ
Ｃ２及び補正最小値ＶＡＤ２の絶対値は小さくなる。し
たがって、手順１６４において目標シリンダ速度ＶＡ
Ｃ，ＶＡＤとしてＶＡＣ２，ＶＡＤ２が選択されている
ときは、バケット１ｃの先端が掘削領域の境界に近づく
にしたがってかつフロント装置１Ａが伸びるにしたがっ
て目標パイロット圧Ｐａ２，Ｐｂ２の減少量は大きくな
る。

【００８３】目標シリンダ速度演算部９ｃでは圧力検出
器６０ａ，６０ｂ，６１ｃ，６１ｄで検出したパイロッ
ト圧の値を入力し、前述した図２０に示す関係から流量
制御弁５ａ，５ｂの吐出流量を求め、更にこの吐出流量
からブームシリンダ３ａ及びアームシリンダ３ｂの目標
速度を計算する。

【００８４】目標先端速度ベクトル演算部９ｄでは、フ
ロント姿勢演算部９ｂで求めたバケットの先端位置及び
目標シリンダ速度演算部９ｃで求めた目標シリンダ速度
と、制御ユニット９の記憶装置に記憶してある先のＬ
１，Ｌ２，Ｌ３等の各部寸法とからバケット１ｃの先端
の目標速度ベクトルＶｃを求める。このとき、目標速度
ベクトルＶｃは、まず図３に示すＸＹ座標系の値として
求め、次にこの値を領域設定演算部９ａで先に求めたＸ
Ｙ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを用いてＸ
ａＹａ座標系に変換することにより、ＸａＹａ座標系の
値として求める。ここで、ＸａＹａ座標系での目標速度
ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘは目標速度ベクトルＶ
ｃの設定領域の境界に平行な方向のベクトル成分とな
り、Ｙａ座標値Ｖｃｙは目標速度ベクトルＶｃの設定領
域の境界に垂直な方向のベクトル成分となる。

【００８５】方向変換制御部９ｅでは、バケット１ｃの
先端が設定領域内でその境界近傍にあり、目標速度ベク
トルＶｃが設定領域の境界に接近する方向の成分を持つ
場合、垂直なベクトル成分を設定領域の境界に近づくに
つれて減じるように補正する。換言すれば、垂直方向の
ベクトル成分Ｖｃｙにそれよりも小さい設定領域から離
れる方向のベクトル（逆方向ベクトル）を加える。

【００８６】図２１に方向変換制御部９ｅでの制御内容
をフローチャートで示す。まず、手順１００において、
目標速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に対して垂直な
成分、すなわちＸａＹａ座標系でのＹａ座標値Ｖｃｙの
正負を判定し、正の場合はバケット先端が設定領域の境
界から離れる方向の速度ベクトルであるので、手順１０
１に進み、目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘ及
びＹａ座標値Ｖｃｙをそのまま補正後のベクトル成分Ｖ
ｃｘａ，Ｖｃｙａとする。負の場合はバケット先端が設
定領域の境界に接近する方向の速度ベクトルであるの
で、手順１０２に進み、方向変換制御のため目標速度ベ
クトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘはそのまま補正後のベク
トル成分Ｖｃｘａとし、Ｙａ座標値Ｖｃｙはこれに係数
ｈを乗じた値を補正後のベクトル成分Ｖｃｙａとする。

【００８７】ここで、係数ｈは図２２に示すように、バ
ケット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａが設定
値Ｙａ１より大きいときは１であり、距離Ｙａが設定値
Ｙａ１より小さくなると、距離Ｙａが小さくなるにした
がって１より小さくなり、距離Ｙａが０になると、すな
わちバケット先端が設定領域の境界上に達すると０とな
る値であり、制御ユニット９の記憶装置にはこのような
ｈとＹａの関係が記憶されている。

【００８８】方向変換制御部９ｅでは、領域設定演算部
９ａで先に求めたＸＹ座標系からＸａＹａ座標系への変
換データを用いて、フロント姿勢演算部９ｂで求めたバ
ケット１ｃの先端の位置をＸａＹａ座標系に変換し、そ
のＹａ座標値からバケット１ｃの先端と設定領域の境界
との距離Ｙａを求め、この距離Ｙａから図２２の関係を
用いて係数ｈを求める。

【００８９】以上のように目標速度ベクトルＶｃの垂直
方向のベクトル成分Ｖｃｙを補正することにより、距離
Ｙａが小さくなるにしたがって垂直方向のベクトル成分
Ｖｃｙの減少量が大きくなるようベクトル成分Ｖｃｙが
減じられ、目標速度ベクトルＶｃは目標速度ベクトルＶ
ｃａに補正される。

【００９０】バケット１ｃの先端が上記のような補正後
の目標速度ベクトルＶｃａの通りに方向変換制御された
ときの軌跡は第１の実施形態で図１２を用いて説明した
のと同じとなる。

【００９１】図２３に方向変換制御部９ｅでの制御の他
の例をフローチャートで示す。この例では、手順１００
において、目標速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に対
して垂直な成分（目標速度ベクトルＶｃのＹａ座標値）
Ｖｃｙが負と判定されると、手順１０２Ａに進み、制御
ユニット９の記憶装置に記憶してある図２４に示すよう
なＶｃｙｆ＝ｆ（Ｙａ）の関数関係からバケット１ｃの
先端と設定領域の境界との距離Ｙａに対応する減速した
Ｙａ座標値Ｖｃｙｆを求め、このＹａ座標値Ｖｃｙｆと
Ｖｃｙの小さい方を補正後のベクトル成分Ｖｃｙａとす
る。このようにすると、バケット１ｃの先端をゆっくり
と動かしているときは、バケット先端が設定領域の境界
に近付いてもそれ以上は減速されず、オペレータの操作
通りの動作が得られるという利点がある。

【００９２】なお、上記のようにバケット先端の目標速
度ベクトルの垂直成分を減じても、流量制御弁、その他
油圧機器の製作公差によるバラツキ等により垂直ベクト
ル成分を垂直方向距離Ｙａ＝０で０にするのは極めて難
しく、バケット先端が設定領域外に侵入することがあ
る。しかし、本実施形態では先に説明したようにレバー
信号減速制御を行いかつ後述する復元制御を併用するの
で、バケット先端はほぼ設定領域の境界上で動作するこ
とになる。また、このようにレバー信号減速制御と復元
制御を併用することから、図１０及び図１３に示す関係
を、垂直方向距離Ｙａ＝０で係数ｈや減速したＹａ座標
値Ｖｃｈｆが少し残るように設定してもよい。

【００９３】また、上記の制御では、目標速度ベクトル
の水平成分（Ｘａ座標値）はそのまま維持したが、必ず
しも維持しなくてもよく、水平成分を増やし増速しても
よいし、水平成分を減らし減速してもよい。

【００９４】補正後目標ブームシリンダ速度演算部９ｆ
では、方向変換制御部９ｅで求めた補正後の目標速度ベ
クトルからブームシリンダ３ａの目標シリンダ速度を演
算する。これは目標先端速度ベクトル演算部９ｄでの演
算の逆演算である。

【００９５】ここで、手前方向に掘削しようとしてアー
ムクラウドをする場合（アームクラウド操作）は、ブー
ム１ａを上げることで目標速度ベクトルＶｃの垂直成分
Ｖｃｙは減じられるので、演算部９ｆではブーム１ａを
上げ方向に動かす目標シリンダ速度を演算する。また、
ブーム下げ・アームダンプの複合操作でバケット先端を
押し方向に操作した場合（アームダンプ複合操作）は、
アームを車体に近い位置（手前の位置）からダンプ操作
する場合に設定領域の外に出る方向の目標ベクトルを与
えることになる。この場合、ブーム下げをブーム上げに
切換えることにより目標速度ベクトルＶｃの垂直成分Ｖ
ｃｙが減じられるので、演算部９ｆではブーム下げをブ
ーム上げに切換える目標シリンダ速度を演算する。

【００９６】復元制御部９ｇでは、バケット１ｃの先端
が設定領域の外に出たとき、設定領域の境界からの距離
に関係して、バケット先端が設定領域に戻るように目標
速度ベクトルを補正する。換言すれば、垂直方向のベク
トル成分Ｖｃｙにそれよりも大きな設定領域に接近する
方向のベクトル（逆方向ベクトル）を加える。

【００９７】図２５に復元制御部９ｇでの制御内容をフ
ローチャートで示す。まず、手順１１０において、バケ
ット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａの正負を
判定する。ここで、距離Ｙａは前述したようにＸＹ座標
系からＸａＹａ座標系への変換データを用いて、フロン
ト姿勢演算部９ｂで求めたフロント先端の位置をＸａＹ
ａ座標系に変換し、そのＹａ座標値から求める。距離Ｙ
ａが正の場合、バケット先端がまだ設定領域内にあるの
で手順１１１に進み、先に説明した方向変換制御を優先
するため目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘ及び
Ｙａ座標値Ｖｃｙをそれぞれ０とする。負の場合はバケ
ット先端が設定領域の境界の外に出たので、手順１１２
に進み、復元制御のため目標速度ベクトルＶｃのＸａ座
標値Ｖｃｘはそのまま補正後のベクトル成分Ｖｃｘａと
し、Ｙａ座標値Ｖｃｙは設定領域の境界との距離Ｙａに
係数−Ｋを乗じた値を補正後のベクトル成分Ｖｃｙａと
する。ここで、係数Ｋは制御上の特性から決められる任
意の値であり、−ＫＶｃｙは距離Ｙａが小さくなるにし
たがって小さくなる逆方向の速度ベクトルとなる。な
お、Ｋは距離Ｙａが小さくなると小さくなる関数であっ
ても良く、この場合、−ＫＶｃｙは距離Ｙａが小さくな
るにしたがって小さくなる度合いが大きくなる。

【００９８】以上のように目標速度ベクトルＶｃの垂直
方向のベクトル成分Ｖｃｙを補正することにより、距離
Ｙａが小さくなるにしたがって垂直方向のベクトル成分
Ｖｃｙが小さくなるよう、目標速度ベクトルＶｃは目標
速度ベクトルＶｃａに補正される。

【００９９】バケット１ｃの先端が上記のような補正後
の目標速度ベクトルＶｃａの通りに復元制御されたとき
の軌跡は第１の実施形態で図１４を用いて説明したのと
同じとなる。このように、復元制御部９ｇではバケット
１ｃの先端が設定領域に戻るように制御されるため、設
定領域外に復元領域が得られることになる。

【０１００】補正後目標ブームシリンダ速度演算部９ｈ
では、復元制御部９ｇで求めた補正後の目標速度ベクト
ルからブームシリンダ３ａの目標シリンダ速度を演算す
る。これは目標先端速度ベクトル演算部９ｄでの演算の
逆演算である。復元制御ではブーム１ａを上げることで
バケット先端を設定領域に戻すため、演算部９ｈではブ
ームを上げ方向に動かす目標シリンダ速度を演算する。

【０１０１】目標シリンダ速度選択部９ｉでは目標ブー
ムシリンダ速度演算部９ｆで得た方向変換制御による目
標ブームシリンダ速度と目標ブームシリンダ速度演算部
９ｈで得た復元制御による目標ブームシリンダ速度の値
の大きい方（最大値）を選択し、出力用の目標ブームシ
リンダ速度とする。

【０１０２】ここで、バケット先端と設定領域の境界と
の距離Ｙａが正の場合は、図２５の手順１１１で目標速
度ベクトル成分はともには０とされ、図２１の手順１０
１又は１０２における速度ベクトル成分の値の方が常に
大となるので、目標ブームシリンダ速度演算部９ｆで得
た方向変換制御による目標ブームシリンダ速度が選択さ
れ、距離Ｙａが負で目標速度ベクトルの垂直成分Ｖｃｙ
が負の場合は、図２１の手順１０２においてｈ＝０で補
正後の垂直成分Ｖｃｙａは０となり、図２５の手順１１
２における垂直成分の値の方が常に大となるので、目標
ブームシリンダ速度演算部９ｈで得た復元制御による目
標ブームシリンダ速度が選択され、距離Ｙａが負で目標
速度ベクトルの垂直成分Ｖｃｙが正の場合は、図２１の
手順１０１における目標速度ベクトルＶｃの垂直成分Ｖ
ｃｙと図２５の手順１１２における垂直成分ＫＹａの値
の大小に応じて、目標ブームシリンダ速度演算部９ｆ又
は９ｈで得た目標シリンダ速度が選択される。なお、選
択部９ｉでは最大値を選択する代わりに両者の和をとる
など、別の方法であってもよい。

【０１０３】目標パイロット圧演算部９ｊでは、目標シ
リンダ速度選択部９ｉで得た出力用の目標シリンダ速度
からパイロットライン４４ａ，４４ｂの目標パイロット
圧を演算する。これは目標シリンダ速度演算部９ｃでの
演算の逆演算である。

【０１０４】バルブ指令演算部９ｋでは、目標パイロッ
ト圧演算部９ｊで計算した目標パイロット圧からそのパ
イロット圧を得るための比例電磁弁１０ａ，１０ｂの指
令値を演算する。この指令値は増幅器で増幅され、電気
信号として比例電磁弁１０ａ，１０ｂに出力される。

【０１０５】ここで、方向変換制御（減速制御）を行う
場合、先に述べたようにアームクラウド動作ではブーム
上げを行うが、ブーム上げではブーム上げ側のパイロッ
トライン４４ａに係わる比例電磁弁１０ａに電気信号を
出力する。アームダンプ複合操作では、ブーム下げをブ
ーム上げに切換え、アームダンプを減速するが、ブーム
下げをブーム上げに切換えるにはブーム下げ側のパイロ
ットライン４４ｂに設置された比例電磁弁１０ｂへ出力
する電気信号を０にし、比例電磁弁１０ａに電気信号を
出力する。また、復元制御では、ブーム上げ側のパイロ
ットライン４４ａに係わる比例電磁弁１０ａに電気信号
を出力する。なお、それ以外の場合、比例電磁弁１０ｂ
には操作レバー装置４ａからのパイロット圧に応じた電
気信号が出力され、当該パイロット圧をそのまま出力で
きるようにする。

【０１０６】以上において、操作レバー装置４ａ〜４ｆ
は複数の被駆動部材であるブーム１ａ、アーム１ｂ、バ
ケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅの動作
を指示する油圧パイロット方式の複数の操作手段を構成
し、設定器７とフロント領域設定演算部９ａはフロント
装置１Ａの動き得る領域を設定する領域設定手段を構成
し、角度検出器８ａ〜８ｃ及び傾斜角検出器８ｄはフロ
ント装置１Ａの位置と姿勢に関する状態量を検出する第
１検出手段を構成し、フロント姿勢演算部９ｂは第１検
出手段からの信号に基づきフロント装置１Ａの位置と姿
勢を演算する第１演算手段を構成し、レバー信号減速制
御部９ｍ及び比例電磁弁１１ａ，１１ｂは前記第１演算
手段の演算値に基づき、フロント装置１Ａが設定領域内
でその境界近傍にあるときに、複数の操作手段のうち少
なくとも第１の特定のフロント部材１ｂに係わる操作手
段４ｂの操作信号を減じる処理を行う第１信号補正手段
を構成し、モードスイッチ２０及び図１９に示す手順１
５２は第１信号補正手段による操作手段４ｂの操作信号
を減じる処理を行うかどうかを選択するモード選択手段
を構成し、目標シリンダ速度演算部９ｃ、目標先端速度
ベクトル演算部９ｄ、方向変換制御部９ｅ、補正後目標
シリンダ速度演算部９ｆ、目標シリンダ速度選択部９
ｉ、目標パイロット圧演算部９ｊ、バルブ指令演算部９
ｋ、比例電磁弁１０ａ及びシャトル弁１２は、モードス
イッチ２０で第１信号補正手段いよる処理を行うことを
選択した場合は、第１信号補正手段で減じる処理を行わ
れた操作信号と上記第１演算手段の演算値に基づき、モ
ードスイッチ２０で第１信号補正手段による処理を行わ
ないことを選択した場合は、操作手段４ｂの操作信号と
前記第１演算手段の演算値に基づき、それぞれ、フロン
ト装置１Ａが設定領域内でその境界近傍にあるとき、フ
ロント装置１Ａが設定領域の境界に沿った方向には動
き、設定領域の境界に接近する方向には移動速度が減じ
られるよう複数の操作手段のうち少なくとも第２の特定
のフロント部材１ａに係わる操作手段４ａの操作信号を
補正する第２信号補正手段を構成する。

【０１０７】次に、以上のように構成した本実施形態の
動作を説明する。作業例として、先に例示した、手前方
向に掘削しようとしてアームクラウドをする場合（アー
ムクラウド操作）と、ブーム下げ・アームダンプの複合
操作でバケット先端を押し方向に操作した場合（アーム
ダンプ複合操作）について説明する。

【０１０８】手前方向に掘削しようとしてアームクラウ
ドすると、バケット１ｃの先端は徐々に設定領域の境界
に近づく。バケット先端と設定領域の境界との距離がＹ
ａ１より小さくなると、レバー信号減速制御部９ｍにお
いてローパスフィルタ処理及びレバー信号減速処理にて
バケット１ｃの先端位置と掘削領域の境界との距離に応
じてアーム用の流量制御弁５ｂの油圧駆動部５１ａ，５
１ｂに与えられるパイロット圧自体を減じるよう比例電
磁弁１１ａを動作させる。

【０１０９】これと同時に、方向変換制御部９ｅにおい
てバケット先端の目標速度ベクトルＶｃの設定領域の境
界に接近する方向のベクトル成分（境界対して垂直方向
のベクトル成分）を減じるように補正し、バケット先端
の方向変換制御（減速制御）を行う。すなわち、目標ブ
ームシリンダ速度演算部９ｆではブームシリンダ３ａの
伸長方向のシリンダ速度を演算し、目標パイロット圧演
算部９ｊではブーム上げ側のパイロットライン４４ａの
目標パイロット圧を計算し、バルブ指令演算部９ｋでは
比例電磁弁１０ａに電気信号を出力する。このため、比
例電磁弁１０ａは演算部９ｊで演算した目標パイロット
圧に相当する制御圧を出力し、この制御圧がシャトル弁
１２で選択され、ブーム用流量制御弁５ａのブーム上げ
側油圧駆動部５０ａに導かれる。このような比例電磁弁
１０ａの動作により、設定領域の境界に対して垂直方向
の動きが減速制御され、設定領域の境界に沿った方向の
速度成分は減じられず、このため図１２に示すように設
定領域の境界に沿ってバケット１ｃの先端を動かすこと
ができる。このため、バケット１ｃの先端の動き得る領
域を制限した掘削を能率良く行うことができる。

【０１１０】また、上記のようにバケット１ｃの先端が
設定領域内の境界近傍で減速制御されるとき、フロント
装置１Ａの動きが速かったり、急激に操作レバー装置４
ｂを操作したときには、制御上の応答遅れやフロント装
置１Ａの慣性によりバケット１ｃの先端が設定領域の外
にある程度入り込むことがある。このようなとき、本実
施形態では、モードスイッチ２０をＯＮにして精度優先
の作業モードを選択することにより、レバー信号減速制
御部９ｍにおいてアーム用の流量制御弁５ｂの油圧駆動
部５１ａ，５１ｂに与えられるパイロット圧自体が減じ
られる。このため、操作レバー装置４ｂが急激に操作さ
れてもアームシリンダ３ｂは滑らかに動き出し、しかも
動き出してからの速度も遅いので、油圧回路上の遅れの
影響や慣性の影響を軽減できる。このため、上記減速制
御に際してのフロント装置１Ａの設定領域外への侵入量
は減じられ、フロント装置１Ａを設定領域の境界に沿っ
て正確に動かすことができる。

【０１１１】また、モードスイッチ２０をＯＦＦにして
速度優先の作業モードを選択することにより、レバー信
号減速制御部９ｍにおいて比例電磁弁１１ａ，１１ｂの
開度を最大とするバルブ指令値が出力され、アーム用の
流量制御弁５ｂの油圧駆動部５１ａ，５１ｂには操作レ
バー装置４ｂのパイロット圧がそのまま与えられる。こ
のため、パイロット圧の大きさに応じて作業効率を落と
さずフロント装置１Ａを動かすことができる。

【０１１２】このように本実施形態においても、モード
スイッチ２０を切り換えることにより、オペレータの意
志で設定領域外への侵入量の少ない精度優先の作業モー
ドとフロント装置１Ａを速く動かせる速度優先の作業モ
ードとを選択して作業を行うことができる。

【０１１３】また、以上のように方向変換制御を行うと
き、復元制御部９ｇにおける復元制御との組み合わせに
より、第１の実施形態と同様にフロント装置１Ａを速く
動かしたときでも、領域を制限した掘削を正確に行うこ
とができる。

【０１１４】ブーム下げ・アームダンプの複合操作でバ
ケット先端を押し方向に操作する場合、アームを車体側
の位置（手前の位置）からダンプ操作すると設定領域の
外に出る方向の目標ベクトルを与えることになる。この
場合も、モードスイッチ２０をＯＮにして精度優先の作
業モードを選択しておけば、バケット先端と設定領域の
境界との距離がＹａより小さくなると、レバー信号減速
制御部９ｍにおいてローパスフィルタ処理及びレバー信
号減速処理にてバケット１ｃの先端位置と掘削領域の境
界との距離に応じてアーム用の流量制御弁５ｂの油圧駆
動部５１ａ，５１ｂに与えられるパイロット圧自体を減
じるよう比例電磁弁１１ａを動作させる。

【０１１５】これと同時に、方向変換制御部９ｅにおい
て目標速度ベクトルＶｃの補正が行われ、バケット先端
の方向変換制御（減速制御）を行う。すなわち、補正後
目標ブームシリンダ速度演算部９ｆではブームシリンダ
３ａの伸長方向のシリンダ速度を演算し、目標パイロッ
ト圧演算部９ｊでは、ブーム下げ側のパイロットライン
４４ｂの目標パイロット圧は０にする一方、ブーム上げ
側のパイロットライン４４ａの目標パイロット圧を計算
し、バルブ指令演算部９ｋでは比例電磁弁１０ｂの出力
をＯＦＦにし、比例電磁弁１０ａに電気信号を出力す
る。このため、比例電磁弁１０ｂはパイロットライン４
４ｂのパイロット圧力を０に減圧し、比例電磁弁１０ａ
は目標パイロット圧に相当する制御圧をパイロットライ
ン４４ａのパイロット圧として出力する。このような比
例電磁弁１０ａ，１０ｂの動作により、アームクラウド
操作の場合と同様な方向変換制御がなされ、バケット１
ｃの先端を設定領域の境界に沿って速く動かすことがで
き、バケット１ｃの先端の動き得る領域を制限した掘削
を能率良く行うことができる。

【０１１６】また、レバー信号減速制御部９ｍにおいて
アーム用の流量制御弁５ｂの油圧駆動部５１ａ，５１ｂ
に与えられるパイロット圧自体を減じているため、操作
レバー装置４ｂが急激に操作されてもアームシリンダ３
ｂは滑らかに動き出し、しかも動き出してからの速度も
遅いので、油圧回路上の遅れの影響や慣性の影響を軽減
できる。このため、上記減速制御に際してのフロント装
置１Ａの設定領域外への侵入量は減じられ、フロント装
置１Ａを設定領域の境界に沿って正確に動かすことがで
きる。

【０１１７】また、モードスイッチ２０をＯＦＦにして
速度優先の作業モードを選択することにより、レバー信
号減速制御部９ｍにおいて比例電磁弁１１ａ，１１ｂの
開度を最大とするバルブ指令値が出力され、アーム用の
流量制御弁５ｂの油圧駆動部５１ａ，５１ｂには操作レ
バー装置４ｂのパイロット圧がそのまま与えられる。こ
のため、パイロット圧の大きさに応じて作業効率を落と
さずフロント装置１Ａを動かすことができる。

【０１１８】このように本実施形態においても、モード
スイッチ２０を切り換えることにより、オペレータの意
志で設定領域外への侵入量の少ない精度優先の作業モー
ドとフロント装置１Ａを速く動かせる速度優先の作業モ
ードとを選択して作業を行うことができる。

【０１１９】なお、以上の実施形態では、レバー信号減
速制御において時定数ｔｇを用いたローパスフィルタ処
理と操作信号に減速係数ｈｇを掛ける減速処理の両方を
行ったが、それらの一方のみを行ってもよい。例えば、
ローパスフィルタ処理のみを行った場合、操作信号の立
ち上がりが緩やかになるので、操作レバー装置を急操作
してもフロント装置がゆっくりと動き始め、領域を制限
した掘削を円滑に行うことができる。また、操作信号に
減速係数ｈｇを掛ける減速処理のみを行った場合には、
操作レバー装置を急操作したときの動き始めの減速に加
えて、フロント装置の動きが速い状態で設定領域の境界
近傍に近づいた場合でもフロント装置の動きを遅くし、
領域を制限した掘削を円滑に行うことができる。

【０１２０】また、以上の実施形態では、フロント装置
の所定部位としてバケットの先端について述べたが、簡
易的に実施するならばアーム先端ピンを所定部位として
もよい。また、フロント装置との干渉を防止し安全性を
図るために領域を設定する場合は、その干渉が起こり得
る他の部位であってもよい。

【０１２１】更に、適用される油圧駆動装置はクローズ
ドセンタタイプの流量制御弁１５ａ〜１５ｆを有するク
ローズドセンタシステムとしたが、オープンセンタータ
イプの流量制御弁を用いたオープンセンターシステムで
あってもよい。

【０１２２】また、バケット先端と設定領域の境界との
距離と減速ベクトルとの関係、時定数ｔｇ及び減速係数
ｈｇとの関係及び復元ベクトルとの関係は上記実施形態
の設定に限らず、種々の設定が可能である。

【０１２３】更に、バケット先端が設定領域の境界から
離れているときは、目標速度ベクトルをそのまま出力し
たが、この場合でも別の目的をもって当該目標速度ベク
トルを補正してもよい。

【０１２４】また、目標速度ベクトルの設定領域の境界
に接近する方向のベクトル成分は設定領域の境界に対し
垂直方向のベクトル成分としたが、設定領域の境界に沿
った方向の動きが得られれば、垂直方向からずれていて
もよい。

【０１２５】また、第２の実施形態等、油圧パイロット
方式の操作レバー装置を持つ油圧ショベルに適用した実
施形態では、電気油圧変換手段及び減圧手段として比例
電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂを用いたが、こ
れらは他の電気油圧変換手段であってもよい。

【０１２６】更に、全ての操作レバー装置１４ａ〜１４
ｆ及び流量制御弁１５ａ〜１５ｆを油圧パイロット方式
としたが、少なくともブーム用とアーム用の操作レバー
装置１４ａ，１４ｂ及び流量制御弁１５ａ，１５ｂが油
圧パイロット方式であればよい。

【０１２７】

【発明の効果】本発明によれば、フロント装置が設定領
域に近づくと設定領域の境界に接近する方向の動きが減
速されるので、領域を制限した掘削を能率良く行うこと
ができる。また、操作手段の操作信号自体を減じるの
で、急激に操作手段を操作したときでも領域を制限した
掘削を円滑に行うことができる。更に、領域を制限した
掘削を行うとき、オペレータの意志で精度優先の作業モ
ードと速度優先の作業モードとを選択することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による建設機械の領域
制限掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図であ
る。

【図２】本発明が適用される油圧ショベルの外観とその
周囲の設定領域の形状を示す図である。

【図３】本実施形態の領域制限掘削制御で用いる座標系
と領域の設定方法を示す図である。

【図４】本実施形態で設定される領域の一例を示す図で
ある。

【図５】制御ユニットにおける制御手順を示すフローチ
ャートである。

【図６】本実施形態の減速領域及び復元領域での目標速
度ベクトルの補正方法を示す図である。

【図７】バケットの先端と設定領域の境界との距離と時
定数との関係を示す図である。

【図８】バケットの先端と設定領域の境界との距離と減
速係数との関係を示す図である。

【図９】レバー信号減速制御の詳細を示すフローチャー
トである。

【図１０】ローパスフィルタ処理によるレバー入力の変
化を示す図である。

【図１１】バケットの先端と設定領域の境界との距離と
減速ベクトル係数との関係を示す図である。

【図１２】バケットの先端が方向変換制御されたときの
軌跡の一例を示す図である。

【図１３】バケットの先端と設定領域の境界との距離と
復元ベクトルとの関係を示す図である。

【図１４】バケットの先端が復元制御されたときの軌跡
の一例を示す図である。

【図１５】本発明の第２の実施形態による建設機械の領
域制限掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図で
ある。

【図１６】油圧パイロット方式の操作レバー装置の詳細
を示す図である。

【図１７】制御ユニットの制御機能を示す機能ブロック
図である。

【図１８】傾斜角の補正方法を示す図である。

【図１９】レバー減速制御部の制御内容の詳細を示すフ
ローチャートである。

【図２０】パイロット圧と流量制御弁の吐出流量との関
係を示す図である。

【図２１】方向変換制御部における処理内容を示すフロ
ーチャートである。

【図２２】方向変換制御部におけるバケット先端と設定
領域の境界との距離Ｙａと係数ｈとの関係を示す図であ
る。

【図２３】方向変換制御部における他の処理内容を示す
フローチャートである。

【図２４】方向変換制御部における距離Ｙａと関数Ｖｃ
ｙｆ＝ｆ（Ｙａ）との関係を示す図である。

【図２５】復元制御部における処理内容を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１Ａ フロント装置 １Ｂ 車体 １ａ ブーム（第２の特定のフロント部材） １ｂ アーム（第１の特定のフロント部材） １ｃ バケット ２ 油圧ポンプ ３ａ ブームシリンダ（第２の特定のアクチュエータ） ３ｂ アームシリンダ（第１の特定のアクチュエータ） ４ａ〜４ｆ；１４ａ〜１４ｆ 操作レバー装置 ５ａ〜５ｆ；１５ａ〜１５ｆ 流量制御弁 ７ 設定器（領域設定手段） ８ａ〜８ｃ 角度検出器（第１検出手段） ８ｄ 傾斜角度検出器（第１検出手段） ９；９Ａ 制御ユニット ９ａ 領域設定演算部（領域設定手段） ９ｂ フロント姿勢演算部（第１演算手段） ９ｃ 目標シリンダ速度演算部 ９ｄ 目標先端速度ベクトル演算部 ９ｅ 方向変換制御演算部（第２信号補正手段） ９ｆ 補正後目標ブームシリンダ速度演算部 ９ｇ 復元制御演算部 ９ｈ 補正後目標ブームシリンダ速度演算部 ９ｉ 最大値演算部 ９ｊ 目標ブームパイロット圧演算部 ９ｋ バルブ指令演算部 ９ｍ レバー信号減速制御演算部（第１信号補正手段） １０ａ，１０ｂ 比例電磁弁（第２信号補正手段） １２ シャトル弁 ２０ モードスイッチ ３０ａ〜３５ｆ 電磁駆動部 ５０ａ〜５５ｂ 油圧駆動部 ６１ａ〜６１ｄ 圧力検出器

フロントページの続き (72)発明者 藤島 一雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多関節型のフロント装置を構成する上下
   方向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆
   動部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複
   数の油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動
   作を指示する複数の操作手段と、前記複数の操作手段の
   操作信号に応じて駆動され、前記複数の油圧アクチュエ
   ータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御
   弁とを備えた建設機械の領域制限掘削制御装置におい
   て、 前記フロント装置の動き得る領域を設定する領域設定手
   段と；前記フロント装置の位置と姿勢に関する状態量を
   検出する第１検出手段と；前記第１検出手段からの信号
   に基づき前記フロント装置の位置と姿勢を計算する第１
   演算手段と；前記第１演算手段の演算値に基づき、前記
   フロント装置が前記設定領域内でその境界近傍にあると
   き、前記複数の操作手段のうち少なくとも第１の特定の
   フロント部材に係わる操作手段の操作信号を減じる処理
   を行う第１信号補正手段と；前記第１信号補正手段によ
   る操作手段の操作信号を減じる処理を行うかどうかを選
   択するモード選択手段と；前記モード選択手段で前記第
   １信号補正手段による処理を行うことを選択した場合
   は、前記第１信号補正手段で減じる処理を行われた操作
   信号と前記第１演算手段の演算値に基づき、前記モード
   選択手段で前記第１信号補正手段による処理を行わない
   ことを選択した場合は、前記操作手段の操作信号と前記
   第１演算手段の演算値に基づき、それぞれ、前記フロン
   ト装置が前記設定領域内でその境界近傍にあるとき、前
   記フロント装置が前記設定領域の境界に沿った方向には
   動き、前記設定領域の境界に接近する方向には移動速度
   が減じられるよう前記複数の操作手段のうち少なくとも
   第２の特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信号
   を補正する第２信号補正手段と；を備えることを特徴と
   する建設機械の領域制限掘削制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の建設機械の領域制限掘削
   制御装置において、前記第１信号補正手段は、前記フロ
   ント装置と前記設定領域の境界との距離が小さくなるに
   したがって前記第１の特定のフロント部材に係わる操作
   手段の操作信号の減少量が大きくなるように当該操作信
   号を減じる処理を行う手段であることを特徴とする建設
   機械の領域制限掘削制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の建設機械の領域制限掘削
   制御装置において、前記第１信号補正手段は、前記第１
   の特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信号にロ
   ーパスフィルタ処理を施すことにより当該操作信号を減
   じる処理を行う手段であることを特徴とする建設機械の
   領域制限掘削制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の建設機械の領域制限掘削
   制御装置において、前記第１の特定のフロント部材は油
   圧ショベルの少なくともアームを含み、前記第２の特定
   のフロント部材は油圧ショベルの少なくともブームを含
   むことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。