JPH10183668A - バックホウ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平掘削でバケットを円滑に作動させる。 【解決手段】 バケット６の移動時にアームセンサ５Ｓ
で計測されるアーム５の角速度に基づいて、直線軌跡Ｈ
Ｌ上にバケット爪６Ｎの先端が位置する状態での移動を
行うために必要とするブーム４の角速度を制御目標に設
定し、この制御目標を得るようブーム４に対する制御弁
の開度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機台に対してブー
ム、アーム、バケットを一連に連結し、ブームを駆動す
るブームシリンダ、アームを駆動するアームシリンダ、
バケットを駆動するバケットシリンダ夫々を備えると共
に、バケットを機台の水平方向と平行となる姿勢の直線
軌跡に沿って移動させる水平掘削を行うように機台に対
するブームの揺動角を計測するブームセンサと、ブーム
に対するアームの揺動角を計測するアームセンサとから
の計測値に基づいて前記ブームシリンダと、前記アーム
シリンダとを制御する制御装置を備えたバックホウの改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のように構成されたバックホ
ウでは、水平掘削を開始する際には掘削を開始する位置
にバケットを設定して水平掘削を行う制御を開始するこ
とで、そのバケットの特定部位を基準にして水平姿勢の
直線軌跡が設定されると共に、水平掘削の開始後には短
い時間周期毎にブームセンサ、アームセンサからの計測
結果を制御装置に入力してバケットの特定部位と直線軌
跡との偏差を求め、この偏差が小さくなるようブームシ
リンダ、バケットシリンダの作動量を調節する制御形態
となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように短い時間
周期でバケットの位置をサンプリングし、制御目標とす
る水平軌跡との偏差を求めて制御量を得る形態の制御で
は、基本的にフィードバック制御であるのでサンプリン
グ周期を短くしても制御遅れが常に発生するものであ
り、例えば、バケットの移動速度を高めた場合には精度
の高い制御を行い難い面もある。特に、ブームとアーム
との姿勢に基づいてバケットが直線軌跡上に位置するよ
うブームとアームとの姿勢を制御するものでは、バケッ
トが直線軌跡上から外れた状態において極端な場合には
ブーム、アームの一方の作動が殆ど停止した状態で他方
のみが作動する現象も起こり得ることからショックの発
生に繋がることもある。

【０００４】又、ブームとアームとの姿勢を計測してバ
ケットが直線軌跡上に位置するようブームとアームとの
姿勢を制御するものでは、バケットの特定位置を求める
際にも、ブームとアームとの目標姿勢を求める際にも、
ブームの姿勢の基準にしたアームの姿勢を求める演算形
態となることから複雑な処理プログラムを必要とするも
のである。特に円滑な制御を行おうとすれば、ブームと
アームとの姿勢のサンプリング周期を短くして、この短
い時間周期の間にブームとアームとの目標姿勢を演算し
て求める必要があることから高速の演算を行う処理系が
必要とする点で改善の余地がある。

【０００５】本発明の目的は、円滑で精度の高い水平掘
削制御が可能なバックホウを合理的に構成する点にあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴（請
求項１）は冒頭に記したように、バケットを機台の水平
方向と平行となる姿勢の直線軌跡に沿って移動させる水
平掘削を行うように機台に対するブームの揺動角を計測
するブームセンサと、ブームに対するアームの揺動角を
計測するアームセンサとからの計測値に基づいて前記ブ
ームシリンダと、前記アームシリンダとを制御する制御
装置を備えたバックホウにおいて、前記バケットを前記
直線軌跡上を移動させる際に、人為操作具の操作量に対
応した目標速度でバケットを移動させる速度制御手段を
前記制御装置に備えている点にあり、その作用は次の通
りである。

【０００７】本発明の第２の特徴（請求項２）は請求項
１において、前記速度設定手段が、前記バケットの移動
時におけるアームセンサの計測値の単位時間内の変化量
に基づいて、前記直線軌跡上にバケットが位置する状態
での移動を行うために必要とするブームセンサの計測値
の単位時間内の変化量を制御目標に設定し、この制御目
標を得るようブームに対する制御弁を制御する制御動作
が設定されている点にあり、その作用は次の通りであ
る。

【０００８】本発明の第３の特徴（請求項３）は請求項
１又は２において、前記直線軌跡上に前記バケットが位
置するために必要なブームセンサの計測値とアームセン
サの計測値との関係を求め、前記速度制御手段による制
御時において所定時間間隔毎に前記ブームセンサの計測
値とアームセンサの計測値とが前記関係を維持する状態
にあるかを判別し、この関係が崩れている場合には関係
を維持するようブーム、あるいは、アームの作動速度を
制御する補正手段を前記制御装置に備えている点にあ
り、その作用は次の通りである。

【０００９】本発明の第４の特徴（請求項４）は請求項
１において、前記人為操作具の操作開始時には、前記ブ
ームシリンダ、アームシリンダに対する制御弁の開度を
予め設定された増加特性で増大させて前記ブームシリン
ダ、アームシリンダに供給する作動油の増大を図るよう
前記制御装置の制御動作を設定してある点にあり、その
作用は次の通りである。

【００１０】〔作用〕上記第１の特徴によると、直線軌
跡上でバケットを目標速度で移動させるためにブームと
アームとを同時に作動させる制御形態となるので、従来
のようにブーム、アームのうちの一方の速度が極端に低
下することもなく、バケットの移動速度を高めた場合で
もブームとアームとを最適な相対速度を維持した状態で
バケットを直線軌跡上を移動させ得るものとなる。

【００１１】上記第２の特徴によると、アームセンサの
計測値の単位時間内の変化量、即ち、アームの角速度に
基づいて、直線軌跡上にバケットが位置する状態での移
動を行うために必要とするブームセンサの計測値の単位
時間内の変化量、即ち、ブームの角速度を制御目標に設
定し、この制御目標を得るようにブームに対する制御弁
を制御するので、アームの作動速度を調節することでバ
ケットの移動速度を任意に調節できるものとなる。

【００１２】上記第３の特徴によると、ブームとアーム
とを作動させた状態で負荷の影響等によってバケットが
直線軌跡上から外れた場合でも、補正手段がブーム、あ
るいは、アームの速度を制御するので、バケットの作動
速度を大きく変化させることなくバケットを直線軌跡上
に維持して作動を継続できるものとなる。

【００１３】人為操作具の操作を開始した際には、ブー
ムシリンダ、アームシリンダに対する制御弁が人為操作
具の操作位置に対応する開度に達するまで開度を増大さ
せる特性が一定でないことが多いものであるが、上記第
４の特徴によると、この操作の開始時には予め設定され
た特性で制御弁の開度の増大を図ることで急激な作動、
あるいは、脈動的に作動速度が変化する現象を回避し得
るものとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１に示すように、ドーザ装置１
を有したゴムクローラ式の走行装置２に対して縦向き姿
勢の軸芯Ｙ周りに旋回自在に機台３を備え、この機台３
を旋回操作する油圧式の旋回モータＭを備えると共に、
機台３の前部位置にブーム４、アーム５、バケット６夫
々を一連に連結して成るバックホウ装置Ｂを備え、又、
機台３にエンジン７を有した原動部Ｅ、及び、運転座席
８、キャビン９を有した運転部Ｆを備えてバックホウを
構成する。

【００１５】前記ドーザ装置１はドーザシリンダＣ１で
駆動昇降自在に構成され、前記バックホウ装置Ｂはブー
ム４を基端部材４Ｅ、中間部材４Ｆ、先端部材４Ｇとの
３つの部材を縦向き姿勢の軸芯周りで平行４連リンク式
に揺動自在に連結することで基端部材４Ｅに対して先端
部材４Ｇを横方向に平行移動自在となるよう構成され、
機台３に対してブーム４を揺動駆動する油圧式のブーム
シリンダＣ４、ブーム４に対してアーム５を揺動駆動す
る油圧式のアームシリンダＣ５、アーム５に対してバケ
ット６を揺動駆動する油圧式のバケットシリンダＣ６を
備え、又、ブーム４の基端部材４Ｅに対して先端部材４
Ｇの横方向へ移動駆動する油圧式のオフセットシリンダ
Ｃ４Ｇを備えている。

【００１６】又、ブーム４の機台３に対する揺動量を計
測するポテンショメータ型のブームセンサ４Ｓ、ブーム
４に対するアーム５の揺動量を計測するポテンショメー
タ型のアームセンサ５Ｓ夫々を備えると共に、ブーム４
の基端部材４Ｅに対して先端部材４Ｇの横方向へのオフ
セット量を計測するポテンショメータ型のオフセットセ
ンサ４ＧＳ夫々を備えている。

【００１７】前記キャビン９は運転部Ｆは前面と右側面
とに透明樹脂、透明ガラス等の透明壁面と天井面とを有
し、図２に示すように、前記運転部Ｆには運転座席８の
前方位置に左右一対の走行制御レバー１０Ｌ，１０Ｒ
と、人為操作具としての左右一対の操作レバー１１Ｌ，
１１Ｒとを備え、又、運転部Ｆのステップ１２にはオフ
セットペダル１３を備え、運転座席８の右側位置にドー
ザ昇降レバー１４とエンジン７の回転数を設定するアク
セルレバー１５とを備えたパネル１６が配置されてい
る。前記走行制御レバー１０Ｌ，１０Ｒは、前後方向へ
の揺動操作によって、走行装置２の左右のクローラベル
トの駆動速度を独立して調節して走行速度の設定と操向
制御とを行い、右側の操作レバー１１Ｒは前方への操作
でブームシリンダＣ４を上げ側に制御し、後方への操作
でブームシリンダＣ４を下げ側に制御し、左方への操作
でバケットシリンダＣ６を掻込み側に制御し、右方への
操作でバケットシリンダＣ６を排出側に制御し、又、左
側の操作レバー１１Ｌは前方への操作でアームシリンダ
Ｃ５を排出側に制御し、後方への操作でアームシリンダ
Ｃ５を掻込み側に制御し、右方への操作で旋回モータＭ
を右旋回側に制御し、左方への操作で旋回モータＭを左
旋回側に制御し、図８に仮想線で示すように、オフセッ
トペダル１３は右方への踏込み操作でオフセットシリン
ダＣ４Ｇを右オフセット側に制御し、左方への踏込み操
作でオフセットシリンダＣ４Ｇを左オフセット側に制御
するものとなっている。

【００１８】該バックホウの油圧図系は図３に示すよう
に構成され、同図に示すようにエンジン７で駆動される
可変容量型の作動油ポンプ１８とパイロット油ポンプ１
９とを備えると共に、作動油ポンプ１８から作動油路Ｐ
１を介して供給される作動油はバケットシリンダＣ６に
対するバケット制御弁Ｖ６、ブームシリンダＣ４に対す
るブーム制御弁Ｖ４、走行装置２の右側のクローラベル
トを駆動する油圧モータ２０Ｒに対する右モータ制御弁
Ｖ２０Ｒ、左側のクローラを駆動する油圧モータ２０Ｌ
に対する左モータ制御弁Ｖ２０Ｌ、アームシリンダＣ５
に対するアーム制御弁Ｖ５、該バックホウに油圧機器を
別途備えた場合に使用されるサービス制御弁ＶＳ、オフ
セットシリンダＣ４Ｇに対するオフセット制御弁Ｖ４
Ｇ、ドーザシリンダＣ１に対するドーザ制御弁Ｖ１、旋
回モータＭに対する旋回制御弁Ｖ２夫々に対して作動油
を供給する作動油路が形成されている。

【００１９】又、バケット制御弁Ｖ６、ブーム制御弁Ｖ
４、アーム制御弁Ｖ５、オフセット制御弁Ｖ４Ｇ、旋回
制御弁Ｖ２夫々は作用するパイロット圧に対応した開度
を得るパイロット操作型に構成され、右モータ制御弁Ｖ
２０Ｒ、左モータ制御弁Ｖ２０Ｌ、サービス制御弁Ｖ
Ｓ、ドーザ制御弁Ｖ１は機械操作型に構成され、又、前
記左右の操作レバー１１Ｌ，１１Ｒは非操作時に略垂直
となる中立姿勢に復帰するようバネ付勢され、前記オフ
セットペダル１３は非操作時にはその操作面が略水平と
なる中立姿勢に復帰するようバネ付勢され、パイロット
操作型の制御弁の操作系は次のように構成されている。

【００２０】図４に示す如く左側の操作レバー１１Ｌの
基端部には、左右方向への操作に基づいて前記パイロッ
ト油ポンプ１９からパイロット油路Ｐ２を介して作用す
る圧を制御するパイロット制御手段としての一対のパイ
ロット弁２１，２１と、前後方向への操作に基づいて前
記パイロット油ポンプ１９からパイロット油路Ｐ２を介
して作用する圧を制御する一対のパイロット弁２１，２
１とを備え、夫々のパイロット弁２１，２１からのパイ
ロット圧に基づいて旋回制御弁Ｖ２、アーム制御弁Ｖ５
夫々を制御するパイロット油路ＰＬ，ＰＬが形成されて
いる。又、図５に示す如く右側の操作レバー１１Ｒの基
端部には、左右方向への操作に基づいて前記パイロット
油ポンプ１９からパイロット油路Ｐ２を介して作用する
圧を制御する一対のパイロット弁２１，２１と、前後方
向への操作に基づいて前記パイロット油ポンプ１９から
パイロット油路Ｐ１を介して作用する圧を制御する一対
のパイロット弁２１，２１とを備え、夫々のパイロット
弁２１，２１からのパイロット圧に基づいてバケット制
御弁Ｖ６、ブーム制御弁Ｖ４夫々を制御するパイロット
油路ＰＬ，ＰＬが形成されている。又、図６に示す如く
オフセットペダル１３の基端部には左右方向への踏込み
操作に基づいてパイロット油ポンプ１９からパイロット
油路Ｐ２を介して作用する圧を制御する一対のパイロッ
ト弁２１，２１を備え、このパイロット弁２１，２１か
らのパイロット圧に基づいてオフセット制御弁Ｖ４Ｇを
制御するパイロット油路ＰＬ，ＰＬが形成されている。

【００２１】図４、図５及び図６に示すように、アーム
制御弁Ｖ５とブーム制御弁Ｖ４とオフセット制御弁Ｖ４
Ｇに対する一対のパイロット油路ＰＬ，ＰＬ夫々に電磁
操作型の圧力制御弁２２を備え、アーム制御弁Ｖ５に対
する一対のパイロット油路ＰＬ，ＰＬのうちアーム掻込
み側の油路ＰＬの圧力を計測する第１圧力センサＰＳ１
を備え、ブーム制御弁Ｖ４に対する一対のパイロット油
路ＰＬ，ＰＬのうちブーム上げ側の油路ＰＬの圧力を計
測する第２圧力センサＰＳ２を備え、更に、ブーム制御
弁Ｖ４に対する一対のパイロット油路ＰＬ，ＰＬにはブ
ーム上げ側のパイロット油路ＰＬの圧をブーム下げ側の
パイロット油路ＰＬに作用させる電磁操作型の反転操作
弁２３を備えている。

【００２２】夫々のパイロット弁２１，２１は操作レバ
ー１１Ｌ，１１Ｒ、あるいは、オフセットペダル１３の
操作量に応じてパイロット油路ＰＬ，ＰＬに作用するパ
イロット圧を調節するよう構成され、前記パイロット操
作型の制御弁Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ４，Ｖ４Ｇは一対の
圧力作用部の一方に対するパイロット圧の作用で切換作
動してパイロット圧に比例した開度を得るよう構成され
ると共に、一対の圧力作用部に対して圧力が作用しない
状態で中立位置に保持されるよう構成され、圧力制御弁
２２は、その電磁ソレノイドを駆動する電流値に比例し
た開度を得るものであり、制御時には電磁ソレノイドに
対する間歇信号のデューティ比の調節で開度を変更して
制御弁の圧力作用部に対するパイロット圧を調節し得る
よう構成されている。

【００２３】このバックホウでは、バックホウ装置Ｂの
操作時には常に干渉防止制御を行うと共に、水平掘削制
御を選択して行い得るものとなっている。つまり、前記
パネル１６には水平掘削制御を選択する水平掘削モード
スイッチ２５と、このモードが選択されたことを報知す
る水平掘削モードランプ２６と、燃料残量、エンジン回
転数等の各種の表示を行う表示部２７を備え、その制御
系は図９に示すように、マイクロプロセッサを備えた制
御装置２９に対して、水平掘削モードスイッチ２５、ブ
ームセンサ４Ｓ、アームセンサ５Ｓ、オフセットセンサ
４ＧＳ、第１、第２圧力センサＰＳ１，ＰＳ２夫々から
の入力系と、水平モードランプ２６、６つの圧力制御弁
２２の電磁ソレノイド、反転操作弁２３の電磁ソレノイ
ド夫々に対する出力系が形成されている。

【００２４】干渉防止制御は、作業時に運転部Ｆに対し
てバケット６が接近し過ぎる状態を回避する制御であ
り、図７及び図８に示す如く、運転部Ｆのキャビン９の
前面を基準にして所定距離外方位置に停止位置Ｓと、減
速域Ｄとを形成し、又、キャビン９の右側面を基準にし
て所定距離外方位置に停止位置Ｓと、減速域Ｄとを形成
してある。そして、制御時にはアーム５の先端にバケッ
ト６を連結するバケットピン６Ｐの位置をブームセンサ
４Ｓ、アームセンサ５Ｓ、オフセットセンサ４ＧＳから
の信号に基づいて計測すると共に、ブームシリンダＣ
４、アームシリンダＣ５の作動に起因してバケットピン
６Ｐが運転部前方の減速域Ｄの域内に達した際には、バ
ケット６が運転部Ｆの側に接近するほど速度を大きく減
じ、更に接近する作動でバケットピン６Ｐが停止位置Ｓ
に達した際には、バケット６の接近作動を停止させる制
御を行う。これと同様に、オフセットシリンダＣ４Ｇの
作動に起因して運転部側方の減速域Ｄの域内にバケット
ピン６Ｐが達した際には、バケット６が運転部Ｆの側に
接近するほど速度を大きく減じ、更に接近する作動でバ
ケットピン６Ｐが停止位置Ｓに達した際には、バケット
６の接近作動を停止させる制御を行うものとなってい
る。

【００２５】具体的に、この制御干渉防止制御では前記
ブームセンサ４Ｓ、アームセンサ５Ｓ、オフセットセン
サ４ＧＳからの信号に基づいてアーム５とバケット６と
を連結するバケットピン６Ｐの位置を計測しておき、こ
のバケットピン６Ｐが減速域Ｄに達すると、制御装置２
９が接近操作側の圧力制御弁２２を操作する間歇信号の
デューティ比の調節で制御弁に対するパイロット圧を低
減して、該制御弁の開度を小さくしてバケット６が運転
部Ｆに接近する作動の減速を行うものとなっている。次
に、アーム５、あるいは、ブーム６の作動でバケットピ
ン６Ｐが停止位置Ｓに達した場合には、制御装置２９
が、アーム掻込み側のパイロット油路ＰＬの圧力制御弁
２２を閉じ操作して制御弁を中立位置に復元操作してバ
ケット６の接近作動を停止するものとなっている。

【００２６】これと同様に、ブーム４の中間部材４Ｆ、
先端部材４Ｇのオフセット作動でバケットピン６Ｐが停
止位置Ｓに達した場合には、制御装置２９がブーム４の
中間部材４Ｆ、先端部材４Ｇを接近側に作動させるパイ
ロット油路ＰＬの圧力制御弁２２を閉じ状態に操作し
て、オフセットペダル１３の操作が継続してもバケット
６の移動を停止させるものとなっている。

【００２７】尚、キャビン９の前方側の停止位置Ｓにバ
ケットピン６Ｐが達した状態ではバケット６がどのよう
な姿勢にあってもバケット６の先端が運転部Ｆのキャビ
ン９の前面に接触しない位置に該停止位置Ｓが設定さ
れ、減速域Ｄで人為的に停止させた後、停止位置Ｓで停
止した後に減速域Ｄの域内で運転部Ｆから離間する方向
にバケット６を移動させる場合には運転部Ｆから離間す
るほど圧力制御弁２２の開度を拡大して制御弁に対する
パイロット圧の増大でバケット６の移動速度の増大を図
り、減速域Ｄから外方の域に達した場合に圧力制御弁２
２を開放状態に設定して操作レバー１１Ｌ，１１Ｒ、オ
フセットペダル１３の操作に対応した速度でバケット６
の移動を行うよう制御動作が設定されている。

【００２８】又、水平掘削制御は、図１２に示す如くバ
ケット６を任意の掘削深さに設定した状態で、その掘削
深さを維持した状態で機台２と平行姿勢（クローラベル
トの接地面と平行の姿勢）の直線軌跡ＨＬに沿って自動
的にバケット６を移動させて掘削深さを略一定に維持し
た状態での掘削作業を目的とするものであり、その制御
動作は次のように設定されている。

【００２９】つまり、作業時には図１２（イ）に示すよ
うに、バックホウ装置Ｂの制御でバケット６を任意の掘
削深さに設定し、アーム５に対するバケット６の姿勢を
同図に示す如くアーム５の長手方向の延長上にバケット
爪６Ｎの先端が位置するよう設定した後に、前記水平掘
削モードスイッチ２５をＯＮ操作することで水平掘削制
御が開始されるものであり、この制御では、図１０のフ
ローチャートに示すように、前記水平掘削モードスイッ
チ２５がＯＮ操作されると、制御装置２９は先ず、水平
掘削モードランプ２６を点灯させ、次に、前記ブームセ
ンサ４Ｓ、アームセンサ５Ｓ、オフセットセンサ４ＧＳ
からの信号に基づいてバケット爪６Ｎの先端の位置を計
測し、この計測結果から前記直線軌跡ＨＬを求め、この
バケット爪６Ｎの先端の位置を直線軌跡ＨＬに沿って移
動させた際にブーム４を上げ方向に作動させる形態から
下げ方向に作動させる形態への切換えるための反転座標
を求め、この後に、左側の操作レバー１１Ｌが後方に操
作される（アーム５を掻込み側に作動させる操作形態）
と同時に、右側の操作レバー１１Ｒが前方に操作された
（ブーム４を上げ側に作動させる操作形態）ことが第
１、第２圧力センサＰＳ１，ＰＳ２からの計測結果に基
づいて判別した際に、アーム制御弁Ｖ５のパイロット圧
を予め設定された特性で上昇させる制御を行う（＃１０
１〜＃１０７ステップ）。

【００３０】尚、圧力センサ第１、第２ＰＳ１，ＰＳ２
でパイロット圧の上昇が計測されない状態で水平掘削モ
ードスイッチ２５がＯＦＦ操作された場合には制御動作
を停止するものとなっている（＃１０６ステップ）。
又、前述のようにアーム制御弁Ｖ５に対するパイロット
圧を予め設定された特性で上昇させる理由は、このバッ
クホウのようにパイロット圧に基づいて制御弁の開度を
調節する構造のものでは、操作レバー１１Ｌ，１１Ｒの
操作の初期にパイロット弁２１の個体差、あるいは、油
温によって操作レバー１１Ｌ，１１Ｒの操作に追従した
パイロット圧の昇圧を得難いことから、この操作の開始
時には、電気制御で開度の設定が可能な圧力制御弁２２
を電気的に制御することで予め設定された特性でパイロ
ット圧を制御して制御弁の開度の増大を図って急激な作
動、あるいは、脈動的に作動速度が変化する現象を回避
するものとなっている。

【００３１】そして、アーム５の作動が開始されると第
１、第２圧力センサＰＳ１，ＰＳ２で計測されるパイロ
ット圧が解除されるまで水平掘削ルーチンの制御を継続
するものとなっている（＃２００、＃１０８ステッ
プ）。

【００３２】水平掘削ルーチン（＃２００ステップ）は
サブルーチンの形でセットされ、その制御動作は図１１
のフローチャートに示すように、アーム制御弁Ｖ５のパ
イロット圧の上昇でアーム５の作動が開始されるとアー
ムセンサ５Ｓからの信号を継続的に入力して単位時間内
の変化量を経過時間で除する微分処理によってアーム５
の角速度ωａを計測し、この角速度ωａに基づいてバケ
ット爪６Ｎの先端の位置を直線軌跡ＨＬに沿って移動さ
せるために必要なブーム４の目標角速度ωｂを制御装置
２９の内部に予めテーブル等の形態で設定されたデータ
に基づいて求め、更に、このデータに基づき目標角速度
ωｂでブーム４を作動させるために必要なパイロット圧
を得るようにブーム側の圧力制御弁２２を制御し、更
に、ブームセンサ４Ｓからの信号を継続的に入力して単
位時間内の偏位量を経過時間で除する微分処理によって
ブーム４の角速度を計測する（＃２０１〜＃２０４ステ
ップ）。尚、この処理のうち＃２０２ステップで請求項
１の速度制御手段Ｖが構成されている。

【００３３】具体的には図１３の模式図に示すようにア
ーム５の基端部からバケット爪６Ｎの先端までの距離を
Ｌａとし、アーム５の揺動姿勢をθａとし、アーム５の
角速度をωａとし、ブーム４の基端部からバケット爪６
Ｎの先端までの距離をＬｂとし、ブーム４の揺動姿勢を
θｂとし、ブーム４の角速度をωｂと設定すると、バケ
ット爪６Ｎが直線軌跡ＨＬ上で移動するために必要な条
件はアーム５の作動に起因するバケット爪６Ｎの先端の
水平方向への移動速度（ωａ・Ｌａ・ｓｉｎθａ）と、
ブーム４の作動に起因するバケット爪６Ｎの先端の水平
方向への移動速度（ωｂ・Ｌｂ・ｓｉｎθｂ）とが一致
することが必須であるので「ωｂ・Ｌｂ・ｓｉｎθｂ＝
ωａ・Ｌａ・ｓｉｎθａ」の式が成立し、アーム５の角
速度ωａに基づいてこの式を解くとこで、前述したブー
ム４の目標角速度ωｂを得るものとなる。

【００３４】次に、ブームセンサ４Ｓからの信号に基づ
いて計測されたブーム４の角速度とブーム４の目標角速
度ωｂとの比較を行い、この目標角速度ωｂを基準にし
て設定された所定の不感帯の域内にブーム４の角速度が
存在する場合には適正と判断し、不感帯の域外にブーム
４の角速度が存在する場合には適正な角速度を得るよう
にブーム側の圧力制御弁２２を制御してパイロット圧を
補正する処理を行う（＃２０５、＃２０６ステップ）。
尚、このパイロット圧の補正は目標角速度ωｂと比較し
てブーム４の現在の角速度が低速である場合にはパイロ
ット圧の上昇を図り、ブーム４の現在の角速度が高速で
ある場合にはパイロット圧の低減を図るよう、速度差
（偏差）の程度に応じて予め設定されたテーブル等の形
態で設定されたデータに基づいて圧力制御弁２２の開度
を一時的に調節するものとなっている。

【００３５】次に、ブームセンサ４Ｓ、アームセンサ５
Ｓからの信号に基づいてバケット爪６Ｎの先端の座標を
求め、この座標が直線軌跡ＨＬ上に存在するかの比較を
行い、この直線軌跡ＨＬを基準に設定された不感帯の域
内にバケット爪６Ｎの先端が位置する場合には適正と判
断し、不感帯の域外にバケット爪６Ｎの先端が位置する
場合には適正な位置にバケット爪６Ｎの先端を直線軌跡
ＨＬの側に戻すためにブーム側の圧力制御弁２２を制御
しでパイロット圧を補正する処理を行う（＃２０７〜＃
２０９ステップ）。尚、この処理のうち＃２０９ステッ
プで請求項３の補正手段Ｗが構成され、このパイロット
圧の補正は図１２（イ）に示すように、例えば、ブーム
４とアーム４とが後述する反転姿勢に達する以前におい
ては、直線軌跡ＨＬと比較してバケット爪６Ｎの先端が
浅い側に外れている場合にはパイロット圧の上昇でアー
ム５の上昇速度の増大を図り、バケット爪６Ｎの先端が
深い側に外れている場合にはパイロット圧の低減でブー
ム４の上昇速度の低下を図るよう、外れ（偏差）の程度
に応じて予め設定されたテーブル等の形態で設定された
データに基づいて圧力制御弁２２の開度を一時的に調節
するものとなっている。

【００３６】次に、ブームセンサ４Ｓ、アームセンサ５
Ｓからの信号に基づいてバケット爪６Ｎの先端が前記＃
１０４ステップで設定された反転座標、つまり、図１２
（ロ）に示すようにアーム５の姿勢が略垂直姿勢に達し
たことが判別されると前記反転操作弁２３を切換え操作
してブーム４を逆方向、つまり、上げ作動から下げ作動
に切り換えてバケット爪６Ｎの先端を直線軌跡ＨＬ上に
位置する制御を継続させるものとなっている（＃２１０
〜＃１１２ステップ）。

【００３７】尚、反転操作弁２３を操作する理由は、こ
の水平掘削制御では図１２（イ）に示す如く掘削作業の
初期にはブーム４は上げ方向に作動させ、アーム５は掻
込み側に作動させるものであるが、ブーム４、アーム５
が図１２（ロ）に示す反転姿勢に達した後にはアーム５
を掻込み側に作動させ乍らブーム４を下げ方向に作動さ
せる必要があることから、ブーム制御弁Ｖ４に対するパ
イロット圧を切換えることでブーム制御弁Ｖ４を切換え
作動させて図１２（ハ）に示すように、ブーム４を逆方
向に作動させる目的からである。

【００３８】このように、このバックホウでは干渉防止
制御時にはブーム４、アーム５の何れによる作動でもバ
ケット６が運転部Ｆのキャビン９の前面に接近して、バ
ケットピン６Ｐが減速域Ｄに達するとブーム４、アーム
５、あるいは、ブーム４のオフセット系の作動速度の減
速によってバケット６の移動速度を減じ、この後、停止
位置Ｓで自動的に停止させるものとなっている。更に、
水平掘削作業時には水平掘削モードスイッチ２５をＯＮ
操作した状態で、作業者が左側の操作レバー１１Ｌを掻
込み側に操作し、右側の操作レバー１１Ｒを上げ側に操
作する形態を維持することでアーム５の作動速度に対応
する速度でブーム４を作動させる制御が開始され、この
操作時には右側の操作レバー１１Ｒ（ブーム４に対する
操作レバー）を限界位置まで操作した状態でも、左側の
操作レバー１１Ｌ（アーム５に対する操作レバー）の操
作量を調節することでアーム５の作動速度に従ってブー
ム４の作動速度を制御する形態での水平掘削制御が継続
されるので操作が簡単になるばかりでなく、バケット爪
６Ｎの先端の座標を周期的にセンシングしてブーム４の
姿勢とアーム５の姿勢とを制御するものと比較すると、
バケット５を円滑に作動させて作業を行えるものとなっ
ており、しかも、この作業時に前述のようにブーム４を
上げ方向から下げ方向へ切換える姿勢に達した場合には
制御装置２９が自動的に切換え作動を行うので、作業者
は特別な操作を行わずとも作業を継続し得るものであ
り、更に、この水平掘削作業を終了する場合でも左右何
れの操作レバー１１Ｌ，１１Ｒの操作を中止することで
済むものとなっている。

【００３９】特に、本発明では、ブーム４の基端部から
バケット爪６Ｎの先端までの距離をＬｂがアーム５の揺
動角によって変化するものの、アーム５の基端部からバ
ケット爪６Ｎの先端までの距離をＬａを定数に設定し、
演算時には、アーム５の揺動姿勢をθａを求め、アーム
５の角速度をωａ求め、距離Ｌｂを求め、ブーム４の揺
動姿勢をθｂを求めて加減、乗除程度の単純な演算で１
つの未知数を求める処理を行うだけでブーム４の目標角
速度をωｂを求め得るものであることから、処理速度が
高速化するばかりで無く、処理を行うプログラムも小さ
なもので済むものとなっている。

【００４０】〔別実施の形態〕本発明は上記実施の形態
以外に、例えば、ブームとアームとの目標角速度を同時
に求め、この角速度を得るように制御動作を設定するこ
とが可能であり、ブームの角速度に基づいてアームの目
標角速度を設定して制御動作を行いように制御動作を設
定することも可能である。又、本発明では水平掘削モー
ドスイッチを操作レバーの上端に備えて実施することも
可能である。

【００４１】

【発明の効果】従って、ブームとアームとを円滑に作動
させて水平掘削制御が可能なバックホウが合理的に構成
された（請求項１）。又、バケットの移動速度の調節時
にはアームの作動に基づいて滑らかに移動速度を変化さ
せ（請求項２）、円滑な速度制御を行い乍ら精度の高い
制御を可能にし（請求項３）、水平掘削制御の開始時に
も滑らかな作動を可能にするものとなった（請求項
４）。

【図面の簡単な説明】

【図１】バックホウの全体側面図

【図２】運転部の平面図

【図３】油圧回路図

【図４】左側の操作レバーで制御される系の油圧回路図

【図５】右側の操作レバーで制御される系の油圧回路図

【図６】オフセットペダルで制御される系の油圧回路図

【図７】キャビンを基準にした減速域、停止位置を示す
側面図

【図８】キャビンを基準にした減速域、停止位置を示す
平面図

【図９】制御系のブロック回路図

【図１０】水平掘削制御の概略のフローチャート

【図１１】水平掘削制御ルーチンのフローチャート

【図１２】水平掘削制御時のブームアームの姿勢を変化
を順次示す側面図

【図１３】水平掘削制御に用いる定数、変数等を表す模
式図

【符号の説明】

３ 機台 ４ ブーム ４Ｓ ブームセンサ ５ アーム ５Ｓ アームセンサ ６ バケット １１ 人為操作具 ２９ 制御装置 Ｃ４ ブームシリンダ Ｃ５ アームシリンダ ＨＬ 直線軌跡 Ｖ 速度制御手段 Ｖ４ 制御弁 Ｖ５ 制御弁 Ｗ 補正手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機台に対してブーム、アーム、バケット
   を一連に連結し、ブームを駆動するブームシリンダ、ア
   ームを駆動するアームシリンダ、バケットを駆動するバ
   ケットシリンダ夫々を備えると共に、バケットを機台の
   水平方向と平行となる姿勢の直線軌跡に沿って移動させ
   る水平掘削を行うように機台に対するブームの揺動角を
   計測するブームセンサと、ブームに対するアームの揺動
   角を計測するアームセンサとからの計測値に基づいて前
   記ブームシリンダと、前記アームシリンダとを制御する
   制御装置を備えたバックホウであって、 前記バケットを前記直線軌跡上を移動させる際に、人為
   操作具の操作量に対応した目標速度でバケットを移動さ
   せる速度制御手段を前記制御装置に備えているバックホ
   ウ。
2. 【請求項２】 前記速度設定手段が、前記バケットの移
   動時におけるアームセンサの計測値の単位時間内の変化
   量に基づいて、前記直線軌跡上にバケットが位置する状
   態での移動を行うために必要とするブームセンサの計測
   値の単位時間内の変化量を制御目標に設定し、この制御
   目標を得るようブームに対する制御弁を制御する制御動
   作が設定されている請求項１記載のバックホウ。
3. 【請求項３】 前記直線軌跡上に前記バケットが位置す
   るために必要なブームセンサの計測値とアームセンサの
   計測値との関係を求め、前記速度制御手段による制御時
   において所定時間間隔毎に前記ブームセンサの計測値と
   アームセンサの計測値とが前記関係を維持する状態にあ
   るかを判別し、この関係が崩れている場合には関係を維
   持するようブーム、あるいは、アームの作動速度を制御
   する補正手段を前記制御装置に備えている請求項１又は
   ２記載のバックホウ。
4. 【請求項４】 前記人為操作具の操作開始時には、前記
   ブームシリンダ、アームシリンダに対する制御弁の開度
   を予め設定された増加特性で増大させて前記ブームシリ
   ンダ、アームシリンダに供給する作動油の増大を図るよ
   う前記制御装置の制御動作を設定してある請求項１記載
   のバックホウ。