JPH10183670A

JPH10183670A - 建設機械の制御装置

Info

Publication number: JPH10183670A
Application number: JP34223196A
Authority: JP
Inventors: Shoji Tozawa; 祥二戸澤; Tomoaki Ono; 智昭小野
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-07-14
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: JP3426887B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、油圧ショベル等の建設機械の制御
装置に関し、アクチュエータに負荷変動等が生じても安
定した制御を行なえるようにする。【解決手段】機体側に支持されたアーム及びアームに
支持された作業部材をシリンダ式アクチュエータにより
動作させる建設機械において、作業部材付きアームの目
標動作情報を設定する目標値設定手段８０と、作業部材
付きアームの動作情報を検出する動作情報検出手段９１
及び建設機械の運転状態を検出する運転状態検出手段９
０を有する検出手段９３と、動作情報検出手段９１と目
標値設定手段８０とからの情報を入力として、目標の動
作状態となるようにアクチュエータを制御する制御パラ
メータ可変型の制御手段１とをそなえ、制御手段１に、
運転状態検出手段９０で検出された運転状態に応じて制
御パラメータを変更しうる制御パラメータ用スケジュー
ラ７０を設けるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地面を掘削する油
圧ショベル等の建設機械に関し、特にかかる建設機械の
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル等の建設機械は、図１６に
示すように、無限軌条部５００Ａを有する下部走行体５
００上に、運転操作室（キャビン）６００付きの上部旋
回体１００をそなえており、更にこの上部旋回体１００
に、ブーム２００，スティック３００，バケット４００
からなる関節式アーム機構を装備した構成となってい
る。

【０００３】そして、ストロークセンサ２１０，２２
０，２３０等により得られたブーム２００，スティック
３００，バケット４００の各伸縮変位情報に基づき、ブ
ーム２００，スティック３００，バケット４００をそれ
ぞれ油圧シリンダ１２０，１２１，１２２により適宜駆
動して、バケット４００の進行方向或いはバケット４０
０の姿勢を一定に保って掘削できるようになっており、
これにより、バケット４００のごとき作業部材の位置と
姿勢の制御を正確に且つ安定して行ない得るようになっ
ている。

【０００４】なお、油圧シリンダ１２０〜１２２は、通
常は運転室６００内に設けられた操作レバー（図示省
略）により操作されるようになっている。ところで、こ
のような建設機械において、ブーム２００，スティック
３００，バケット４００等が、予め設定された一連の動
作を行なうように設定しておき、このように設定された
動作となるように油圧シリンダ１２０，１２１，１２２
をそれぞれ制御するようにした半自動制御システムが提
案されている。

【０００５】ここで、上記の半自動制御のモードとして
は、スティック３００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）が常に一定に保持されるようなバケット角制
御モードや、バケット４００の歯先１１２が直線的に移
動するような法面掘削モード（又は、バケット歯先直線
掘削モード、レイキングモード）や、法面掘削モードと
バケット角制御モードとを組み合わせたスムージングモ
ード等が考えられる。

【０００６】ところで、このような半自動制御モード時
には、油圧シリンダ１２０〜１２２の作動を制御するた
めの操作レバーは、スティック３００やブーム２００に
対して目標移動速度を設定するための部材として機能す
る。すなわち、半自動制御モード時には、操作レバーの
操作量に応じて、スティック３００やブーム２００の移
動速度が決定されるのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな半自動制御のうち、法面掘削モードによりバケット
歯先位置を直線的に移動させる作業（水平均し作業等）
では、地面の形状や掘削量等により掘削作業中の油圧シ
リンダ１２０〜１２２の負荷が変動してしまうことが考
えられ、このような場合には、従来のＰＩＤ制御では、
油圧シリンダ１２０〜１２２の位置決め精度やバケット
歯先位置の軌跡精度を悪化させてしまうという課題があ
る。

【０００８】また、油圧シリンダ１２０〜１２２に対し
てフィードバック制御を行なう場合、作動油の温度変化
にともなう制御対象（例えば油圧シリンダ１２０〜１２
２や油圧回路内に設けられた電磁弁）の動特性の変動が
閉ループの制御性能に影響を与えてしまい、制御系の安
定性が低下することも考えられる。このような事態を回
避するためには、閉ループの制御ゲインを小さくし、ゲ
イン余裕や位相余裕を大きくすればよいが、このように
すると、結果として油圧シリンダ１２０〜１２２の位置
決め精度やバケット歯先位置の軌跡精度を悪化させてし
まうという課題がある。

【０００９】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、各油圧シリンダの負荷変動や作動油の温度変
化に対して安定した制御を行なえるようにした、建設機
械の制御装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の建設機械の制御装置は、機体側にアームを揺
動自在に支持するともに該アームの先端部に作業部材を
揺動自在に支持し、該アーム及び該作業部材の揺動をシ
リンダ式アクチュエータの伸縮動作によりそれぞれ行な
うように構成された建設機械において、上記の作業部材
付きアームの目標動作情報を操作レバーの位置に応じて
設定する目標値設定手段と、上記の作業部材付きアーム
の動作情報を検出する動作情報検出手段及び該建設機械
の運転状態を検出する運転状態検出手段を少なくとも有
する検出手段と、該動作情報検出手段からの検出結果と
該目標値設定手段で設定された該目標動作情報とを入力
として、上記の作業部材付きアームが目標とする動作状
態となるように、該アクチュエータを制御する制御パラ
メータ可変型の制御手段とをそなえ、該制御手段に、該
運転状態検出手段で検出された該建設機械の運転状態に
応じて該制御パラメータを変更しうる制御パラメータ用
スケジューラが設けられていることを特徴としている。

【００１１】また、請求項２記載の本発明の建設機械の
制御装置は、請求項１記載の構成に加えて、該制御手段
が、制御パラメータ可変のフィードバックループ式補償
手段と、制御パラメータ可変のフィードフォワード式補
償手段とをそなえて構成されていることを特徴としてい
る。また、請求項３記載の本発明の建設機械の制御装置
は、請求項１記載の構成に加えて、該制御パラメータ用
スケジューラが、該アクチュエータの位置に応じて該制
御パラメータを変更しうるように構成されていることを
特徴としている。

【００１２】また、請求項４記載の本発明の建設機械の
制御装置は、請求項１記載の構成に加えて、該制御パラ
メータ用スケジューラが、該アクチュエータの負荷に応
じて該制御パラメータを変更しうるように構成されてい
ることを特徴としている。また、請求項５記載の本発明
の建設機械の制御装置は、請求項１記載の構成に加え
て、該制御パラメータ用スケジューラが、該アクチュエ
ータに関連する温度に応じて該制御パラメータを変更し
うるように構成されていることを特徴としている。

【００１３】また、請求項６記載の本発明の建設機械の
制御装置は、請求項５記載の構成に加えて、該アクチュ
エータに関連する温度が、該アクチュエータの作動用油
の温度あるいは制御用油の温度であることを特徴として
いる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明する。本実施形態にかかる建設機械
としての油圧ショベルは、図１に示すように、左右に無
限軌条部５００Ａを有する下部走行体５００上に、運転
操作室６００付き上部旋回体（建設機械本体）１００が
水平面内で回転自在に設けられている。

【００１５】そして、この上部旋回体１００に対して、
一端が回動可能に接続されるブーム（アーム部材）２０
０が設けられ、更にブーム２００に対して、一端が関節
部を介して回動可能に接続されるスティック（アーム部
材）３００が設けられている。さらに、スティック３０
０に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続さ
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（作業部材）４００がが設けられている。

【００１６】このように、本実施形態では、ブーム２０
０，スティック３００及びバケット４００により、関節
式アーム機構が構成される。即ち、上部旋回体１００に
一端部を枢着され他端側にバケット４００を有するとと
もに、関節部を介して相互に接続された一対のアーム部
材（ブーム２００，スティック３００）を少なくとも有
する関節式アーム機構が構成されることになる。

【００１７】また、シリンダ式アクチュエータとしての
ブーム油圧シリンダ１２０，スティック油圧シリンダ１
２１，バケット油圧シリンダ１２２（以下、ブーム油圧
シリンダ１２０をブームシリンダ１２０又は単にシリン
ダ１２０ということがあり、スティック油圧シリンダ１
２１をスティックシリンダ１２１又は単にシリンダ１２
１ということがあり、バケット油圧シリンダ１２２をバ
ケットシリンダ１２２又は単にシリンダ１２２というこ
とがある）が設けられている。

【００１８】ここで、ブームシリンダ１２０は、その一
端が上部旋回体１００に対して回動可能に接続されると
ともに、他端がブーム２００に対して回動可能に接続さ
れている。即ち、ブームシリンダ１２０は、上部旋回体
１００とブーム２００との間に介装されて、端部間の距
離が伸縮することにより、ブーム２００を上部旋回体１
００に対して回動させることができるものである。

【００１９】また、スティックシリンダ１２１は、その
一端がブーム２００に対して回動可能に接続されるとと
もに、他端がスティック３００に対して回動可能に接続
されている。即ち、スティックシリンダ１２１は、ブー
ム２００とスティック３００との間に介装されて、端部
間の距離が伸縮することにより、スティック３００をブ
ーム２００に対して回動させることができるものであ
る。

【００２０】さらに、バケットシリンダ１２２は、その
一端がスティック３００に対して回動可能に接続される
とともに、他端がバケット４００に対して回動可能に接
続されている。即ち、バケットシリンダ１２２は、ステ
ィック３００とバケット４００との間に介装されて、端
部間の距離が伸縮することにより、バケット４００をス
ティック３００に対して回動させることができるもので
ある。なお、バケット油圧シリンダ１２２の先端部に
は、リンク機構１３０が設けられている。

【００２１】このように上記の各シリンダ１２０〜１２
２で、伸縮動作を行なうことによりアーム機構を駆動す
る複数のシリンダ式アクチュエータを有するシリンダ式
アクチュエータ機構が構成される。なお、図示しない
が、左右の無限軌条部５００Ａをそれぞれ駆動する油圧
モータや、上部旋回体１００を旋回駆動する旋回モータ
も設けられている。

【００２２】ところで、図２に示すように、シリンダ１
２０〜１２２や上記の油圧モータや旋回モータのための
油圧回路が設けられており、この油圧回路には、エンジ
ンＥによって駆動されるポンプ５１，５２や主制御弁
（メインコントロールバルブ）１３，１４，１５等が介
装されている。また、主制御弁１３，１４，１５を制御
するために、パイロット油圧回路が設けられており、こ
のパイロット油圧回路には、エンジンＥによって駆動さ
れるパイロットポンプ５０，電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３
Ｃ，電磁切替弁４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，セレクタ弁１８Ａ，
１８Ｂ，１８Ｃ等が介装されている。

【００２３】ところで、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃを
介して、主制御弁１３，１４，１５を制御することによ
り、制御したいモードに応じて、ブーム２００，スティ
ック３００，バケット４００が所望の伸縮変位となるよ
うに制御するコントローラ（制御手段）１が設けられて
いる。なお、このコントローラ１は、マイクロプロセッ
サ，ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ，適宜の入出力インタフ
ェースなどで構成される。

【００２４】そして、このコントローラ１へは種々のセ
ンサからの検出信号（設定信号を含む）が入力されるよ
うになっており、コントローラ１は、これらのセンサか
らの検出信号に基づき、上記の制御を実行するようにな
っている。なお、このようなコントローラ１による制御
を半自動制御という。上記の半自動制御のモードとして
は、バケット角制御モード（図１１参照），法面掘削モ
ード（バケット歯先直線掘削モード又はレイキングモー
ド）（図１２参照），法面掘削モードとバケット角制御
モードとを組み合わせたスムージングモード（図１３参
照），バケット角自動復帰モード（オートリターンモー
ド）（図１４参照）等がある。

【００２５】ここで、バケット角制御モードは、図１１
に示すように、スティック３００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で、
このモードは、図２に示すディスプレイスイッチパネ
ル、又は目標法面角設定器付きモニタパネル（以下、単
にモニタパネルという）１０上のバケット角制御スイッ
チをＯＮにすると、実行される。なお、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４００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。

【００２６】法面掘削モードは、図１２に示すように、
バケット４００の歯先１１２が直線的に動くモードであ
る。但し、バケットシリンダ１２２は作動せず、したが
って、バケット４００の移動に伴い、バケット角φ（法
面に対するバケット４００の歯先１１２の角度）が変化
する。法面掘削モード＋バケット角制御モード（スムー
ジングモード）は、図１３に示すように、バケット４０
０の歯先１１２が直線的に動くモードであり、バケット
角φも掘削中一定に保たれる。

【００２７】バケット自動復帰モードは、図１４に示す
ように、バケット角が予め設定された角度に自動的に復
帰するモードであり、復帰バケット角はモニタパネル１
０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が予め設定された
角度まで復帰した時点でこのモードは解除される。

【００２８】さらに、上記の法面掘削モード，スムージ
ングモードは、モニタパネル１０上の半自動制御スイッ
チをＯＮにし、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
た時に、これらのモードに入るようになっている。な
お、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。

【００２９】また、法面掘削モード，スムージングモー
ドでは、スティック操作レバー８の操作量により目標法
面角に対して平行方向のバケット歯先移動速度が設定さ
れ、ブーム操作レバー６の操作量により目標法面角に対
して垂直方向のバケット歯先移動速度が設定されるよう
になっている。したがって、スティック操作レバー８を
操作すると、目標法面角に沿って、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。

【００３０】また、スティック操作レバー８とブーム操
作レバー６とを同時に操作した場合は設定斜面（法面）
に対して、平行及び垂直方向の合成ベクトルによりバケ
ット歯先１１２の移動方向とその速度が決定されること
になる。また、法面掘削モード，スムージングモードで
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ほか、目標法面高さも変更
することができる。すなわち、この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
さの微調整を行なうことができるのである。

【００３１】なお、このシステムでは、手動モードも可
能であるが、この手動モードでは、従来の油圧ショベル
と同等の操作が可能となるほかに、バケット歯先１１２
の座標表示が可能である。また、半自動制御システム全
体のサービス・メンテナンスを行なうためのサービスモ
ードも用意されており、このサービスモードはコントロ
ーラ１に外部ターミナル２を接続することによって行な
われる。そして、このサービスモードによって、制御ゲ
インの調整や各センサの初期化等が行なわれる。

【００３２】ところで、コントローラ１に接続される各
種センサとして、図２に示すように、圧力スイッチ１
６，圧力センサ１９，２８Ａ，２８Ｂ，レゾルバ（角度
センサ）２０〜２２，傾斜角センサ２４等が設けられて
おり、更にコントローラ１には、エンジンポンプコント
ローラ２７やＯＮ−ＯＦＦスイッチ７，９やモニタパネ
ル１０が接続されている。なお、外部ターミナル２は、
制御ゲインの調整や各センサの初期化時等に、コントロ
ーラ１に接続される。

【００３３】なお、エンジンポンプコントローラ２７
は、エンジン回転数センサ２３からのエンジン回転数情
報を受けてエンジンＥを制御するもので、コントローラ
１との間で協調情報を相互にやり取りできるようになっ
ている。又、レゾルバ２０〜２２での検出信号は、信号
変換器（変換手段）２６を介してコントローラ１へ入力
されるようになっている。

【００３４】圧力センサ１９は、スティック３００用の
操作レバー６及びブーム２００用の操作レバー８から主
制御弁１３，１４，１５に接続されたパイロット配管に
取り付けられており、パイロット配管内のパイロット油
圧を検出するセンサである。かかるパイロット配管内の
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の操作量を推定できるようになっている。

【００３５】圧力センサ２８Ａ，２８Ｂはブームシリン
ダ１２０及びスティックシリンダ１２１に供給される油
圧を検出することで、各シリンダ１２０，１２１の伸縮
状態を検出するものである。圧力スイッチ１６は、操作
レバー６，８のパイロット配管にセレクタ１７等を介し
て取り付けられており、操作レバー６，８の操作位置が
中立か否かを検出するための中立検出用スイッチとして
設けられている。そして、操作レバー６，８が中立状態
の時には、圧力スイッチ１６の出力がＯＦＦとなり、操
作レバー６，８が操作される（非中立状態の時）と、圧
力スイッチ１６の出力がＯＮとなるようになっている。
なお、この圧力スイッチ１６は上記圧力センサ１９の異
常検出や手動／半自動制御モードの切替用としても利用
される。

【００３６】レゾルバ２０は、ブーム２００の建設機械
本体１００への枢着部（関節部）に設けられ、ブーム２
００の姿勢を検出する（モニタする）第１角度センサと
して機能するものである。また、レゾルバ２１は、ステ
ィック３００のブーム２００への枢着部（関節部）に設
けられ、スティック３００の姿勢を検出する（モニタす
る）第２角度センサとして機能するものである。また、
レゾルバ２２は、リンク機構枢着部に設けられてバケッ
ト４００の姿勢を検出する（モニタする）第３角度セン
サとして機能するもので、これらのレゾルバ２０〜２２
により、アーム機構の姿勢を角度情報で検出する角度検
出手段が構成される。

【００３７】信号変換器（変換手段）２６は、レゾルバ
２０で得られた角度情報をブームシリンダ１２０の伸縮
変位情報に変換し、レゾルバ２１で得られた角度情報を
スティックシリンダ１２１の伸縮変位情報に変換し、レ
ゾルバ２２で得られた角度情報をバケットシリンダ１２
２の伸縮変位情報に変換するもの、即ち、レゾルバ２０
〜２２で得られた角度情報を対応するシリンダ１２０〜
１２２の伸縮変位情報に変換するもので、このため、こ
の信号変換器２６は、各レゾルバ２０〜２２からの信号
を受ける入力インタフェース２６Ａ，各レゾルバ２０〜
２２で得られた角度情報に対応するシリンダ１２０〜１
２２の伸縮変位情報を記憶するルークアップテーブル２
６Ｂ−１を含むメモリ２６Ｂ，各レゾルバ２０〜２２で
得られた角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の
伸縮変位情報を求めシリンダ伸縮変位情報をコントロー
ラ１に通信しうる主演算装置（ＣＰＵ）２６Ｃ，主演算
装置（ＣＰＵ）２６Ｃからのシリンダ伸縮変位情報を送
出する出力インタフェース２６Ｄ等をそなえて構成され
ている。

【００３８】ところで、各レゾルバ２０〜２２で得られ
た角度情報θbm，θst，θbkに対応するシリンダ１２０
〜１２２の伸縮変位情報λbm，λst，λbkは余弦定理を
用いて次式で求めることができる。 λbm＝〔Ｌ₁₀₁₁₀₂ ²＋Ｌ₁₀₁₁₁₁ ² −２Ｌ₁₀₁₁₀₂・Ｌ₁₀₁₁₁₁ｃｏｓ( θbm＋Ａxbm ）〕^1/2 ・・・・（１） λst＝〔Ｌ₁₀₃₁₀₄ ²＋Ｌ₁₀₄₁₀₅ ²−２Ｌ₁₀₃₁₀₄・Ｌ₁₀₄₁₀₅ｃｏｓθst〕^1/2 ・・・・（２） λbk＝〔Ｌ₁₀₆₁₀₇ ²＋Ｌ₁₀₇₁₀₉ ²−２Ｌ₁₀₆₁₀₇・Ｌ₁₀₇₁₀₉ｃｏｓθbk〕^1/2 ・・・・（３）ここで、上式において、Ｌ_ijは固定長、Ａxbm は固定角
を表し、Ｌの添字ｉｊは節点ｉ，ｊ間の情報を有する。
例えばＬ₁₀₁₁₀₂は節点１０１と節点１０２との距離を表
す。なお、ここでは、節点１０１の位置をｘｙ座標の原
点とする（図１０参照）。

【００３９】もちろん、各レゾルバ２０〜２２で角度情
報θbm，θst，θbkが得られる毎に、上式を演算手段
（例えばＣＰＵ２６Ｃ）で演算してもよい。この場合
は、ＣＰＵ２６Ｃが、各レゾルバ２０〜２２で得られた
角度情報から角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２
２の伸縮変位情報を演算により求める演算手段を構成す
ることになる。

【００４０】なお、信号変換器２６で変換された信号
は、半自動制御時のフィードバック制御用に利用される
ほか、バケット歯先１１２の位置計測／表示用座標を計
測するためにも利用される。また、半自動制御モードに
おけるバケット歯先１１２の位置は、油圧ショベルの上
部旋回体１００のある１点を原点として演算されるが、
上部旋回体１００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補正すること
が必要になる。傾斜センサ２４は、この座標系を補正す
るために設けられている。

【００４１】また、前述したように、電磁比例弁３Ａ〜
３Ｃは、コントローラ１からの制御信号を受けて、パイ
ロットポンプ５０から供給される油圧を制御するように
なっており、この油圧を切替弁４Ａ〜４Ｃ又はセレクタ
弁１８Ａ〜１８Ｃを通して主制御弁１３，１４，１５に
作用させることにより、主制御弁１３，１４，１５のス
プール位置が制御され、目標シリンダ速度が得られるよ
うになっている。

【００４２】また、切替弁４Ａ〜４Ｃを手動モード側に
すれば、手動にて各シリンダ１２０〜１２１を制御する
ことができる。なお、スティック合流調整比例弁１１は
目標シリンダ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。また、
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が取り付けられており、オペレ
ータがこのスイッチを操作することによって、半自動制
御モードの選択又は非選択が実行される。そして、半自
動制御モードが選択されると、上述したようにバケット
歯先１１２を直線的に動かすことができるようになるの
である。

【００４３】さらに、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が取り付けられており、オペレータがこのスイッ
チ７をＯＮすることによって、バケット４００を予め設
定された角度に自動復帰させることができるようになっ
ている。安全弁（セーフティバルブ）５は電磁比例弁３
Ａ〜３Ｃに供給されるパイロット圧を断続するためのも
ので、この安全弁５がＯＮ状態の時のみパイロット圧が
電磁比例弁３Ａ〜３Ｃに供給されるようになっている。
したがって、半自動制御上、何らかの故障があった場合
等は、この安全弁５をＯＦＦ状態にすることにより、速
やかに半自動制御を停止することができる。

【００４４】ところで、エンジンＥ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
り、更に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Ｅに直結されているので、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１３，１４，１５のスプール位置が一定であって
も、シリンダ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。そこで、これを補正すべくエンジンＥに
エンジン回転速度センサ２３が取り付けられているので
ある。すなわち、エンジン回転速度が低い時は、バケッ
ト歯先１１２の目標移動速度を遅くするようになってい
る。

【００４５】モニタパネル１０は、目標法面角α（図１
０，図１５参照）やバケット復帰角の設定器として使用
されるほか、バケット歯先４００の座標や計測された法
面角あるいは計測された２点座標間距離の表示器として
も使用されるようになっている。なお、このモニタパネ
ル１０は、操作レバー６，８とともに運転操作室６００
内に設けられる。

【００４６】すなわち、本実施形態にかかるシステムに
おいては、従来のパイロット油圧ラインに圧力センサ１
９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、レゾルバ２０，２１，２２を用いてフ
ィードバック制御を行なうものであり、かかる制御は、
各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立した多自由
度フィードバック制御ができるような構成となってい
る。これにより、圧力補償弁等の油器の追加が不要とな
る。なお、上部旋回体１００の傾斜による影響は車両傾
斜角センサ２４により補正される。また、切替スイッチ
９によりオペレータは任意にモードを選択できるように
なっているほか、目標法面角を設定することもできるよ
うになっているのである。

【００４７】つぎに、コントローラ１において行なわれ
る半自動制御モード（バケット自動復帰モードを除く）
の制御アルゴリズムについて図４，図５を用いて説明す
るとコントローラ１内には、目標値設定手段８０が設け
られており（図５参照）、操作レバー６，８の位置に応
じてブーム２００やバケット４００等の目標速度（目標
動作情報）が設定されるようになっている。

【００４８】すなわち、最初に、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１２１及びブームシリンダ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、これらの情報に基づいて、各シリンダ１２
０，１２１，１２２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、シリンダ速度の上限を決定す
るためのパラメータとなる。

【００４９】また、コントローラ１は、図３，図４に示
すように、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立
した制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃをそなえており、各制御
は、図４に示すように、独立した制御フィードバックル
ープとして構成され、互いに干渉し合うことがないよう
になっている。ここで、本発明の建設機械の制御装置の
要部について説明すると、図４に示す閉ループ制御内の
補償構成は、各制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃとも、図５に示
すように、変位，速度について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なってお
り、制御ゲイン（制御パラメータ）可変のフィードバッ
クループ式補償手段７２と、制御ゲイン（制御パラメー
タ）可変のフィードフォワード式補償手段７３とをそな
えて構成されている。

【００５０】すなわち、目標速度が与えられると、フィ
ードバックループ式補償手段７２において、目標速度と
速度フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｖｐ
（符号６２参照）を掛けるルートと、目標速度を一旦積
分して（図５の積分要素６１参照）、この目標速度積分
情報と変位フィードバック情報との偏差に所定のゲイン
Ｋｐｐ（符号６３参照）を掛けるルートと、上記目標速
度積分情報と変位フィードバック情報との偏差にＩゲイ
ン係数（符号６４ａ参照）や所定のゲインＫｐｉ（符号
６４参照）を掛け更に積分（符号６６参照）を施すルー
トによりフィードバックループ処理がなされ、更に、フ
ィードフォワード式補償手段７３においては、目標速度
に所定のゲインＫｆ（符号６５参照）を掛けるルートに
よりフィードフォワードループ処理がなされるようにな
っている。

【００５１】このうち、フィードバックループ処理につ
いてもう少し詳しく説明すると、本装置には、図５に示
すように、シリンダ１２０〜１２２の動作情報を検出す
る動作情報検出手段９１が設けられており、コントロー
ラ１では、動作情報検出手段９１からの検出情報と、目
標値設定手段８０で設定された目標動作情報（例えば、
目標移動速度）とを入力情報として、ブーム２００等の
アーム及び作業部材（バケット）４００が目標とする動
作状態となるように制御信号を設定する。

【００５２】また、動作情報検出手段９１は、具体的に
は、各油圧シリンダ１２０〜１２２の位置を検出しうる
シリンダ位置検出手段８３であって、本実施形態では、
このシリンダ位置検出手段８３は、上述したレゾルバ２
０〜２２と信号変換器２６とから構成されている。ま
た、このシリンダ位置検出手段８３は、後述する運転状
態検出手段９０としての機能を兼ね備えており、このよ
うな動作情報検出手段９１と後述の運転状態検出手段９
０とにより、検出手段９３が構成されている。

【００５３】一方、上記のゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐ
ｉ，Ｋｆの値は、それぞれゲインスケジューラ（制御パ
ラメータ用スケジューラ）７０によって変更可能に構成
されており、このようにゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐ
ｉ，Ｋｆの値を変更，補正することで、ブーム２００や
バケット４００等を目標とする動作状態に制御するよう
になっているのである。

【００５４】すなわち、本装置には、図５に示すよう
に、作動油の油温を検出する油温検出手段８１と、各シ
リンダ１２０〜１２２の負荷を検出するシリンダ負荷検
出手段８２と、各シリンダの位置情報を検出するシリン
ダ位置検出手段８３とをそなえた運転状態検出手段９０
が設けられており、上記ゲインスケジューラ７０は、こ
の運転状態検出手段９０からの検出情報（即ち、建設機
械の運転情報）に基づいて、各ゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，
Ｋｐｉ，Ｋｆを変更するように構成されているのであ
る。

【００５５】このうち、油温検出手段８１は、電磁比例
弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃの近傍に設けられた温度センサであ
り、ゲインスケジューラ７０では、油圧シリンダ１２０
〜１２２に関連する温度に応じて各ゲインを補正するよ
うになっている。ここで、油圧シリンダ１２０〜１２２
に関連する温度とは、例えば、制御用油（パイロットオ
イル）の温度であり、ここでは、パイロットオイルの温
度が作動油の温度を代表する代表油温として検出される
ようになっている。

【００５６】また、ゲインスケジューラ７０には、図６
に示すような特性を有するマップが記憶されており、油
温検出手段８１により検出された代表油温情報を用いて
各ゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆが補正されるの
である。ここで、図６に示すゲイン補正の特性について
簡単に説明すると、このゲイン補正特性は、基本的に
は、パイロットオイルの油温の上昇にともなって各ゲイ
ンを低下させるような特性に設定されている。これは、
作動油の温度変化にともなう油圧シリンダ１２０〜１２
２や電磁弁３Ａ〜３Ｃ等の制御対象の動特性の変動によ
り、閉ループの制御性能が低下するのを防止するためで
あり、制御系の安定性を保つためである。

【００５７】なお、このような代表油温は、上記のパイ
ロットオイルの温度に限定されるものではなく、制御に
用いられるメインの作動油（各シリンダ１２０〜１２２
の油室に給排される作動油）の温度を代表油温として用
いてもよい。この場合は、温度センサを作動油タンク内
に設けるのが好ましい。また、パイロットオイルの温度
と制御用のメインの作動油の温度（以下、このようなメ
インの作動油温度をタンク油温という）との両方を用い
て、各ゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆを補正する
ようにしてもよく、この場合には、例えば下式（４）に
より代表油温を算出する。

【００５８】代表油温＝タンク油温×Weight＋パイロット油温×（１−Weight）・・・・・（４）上式（４）において、Weightは、代表油温としてタンク
油温とパイロット油温とのどちらを優先して考慮するか
の重み付けを行なう係数であり、０≦Weight≦１の範囲
に設定されており、Weightが１に近いほどタンク油温を
優先的に考慮した代表油温となり、逆にWeightが０に近
いほどパイロット油温を考慮した代表油温となる。

【００５９】また、この重み付け係数Weightは、図７に
示すような特性に設定されており、電磁弁３Ａ〜３Ｃに
対する指令値（電磁弁の駆動電流）が小さくなるほどWe
ightが０に近づき、大きくなるほどWeightが１に近づく
ように設定されている。これは、電磁弁３Ａ〜３Ｃに対
する指令値が小さい時、即ち、電磁弁３Ａ〜３Ｃや油圧
シリンダ１２０〜１２２を比較的ゆっくりと作動させる
ような場合には、パイロット油温の変化が制御系の動特
性に大きな影響を与えるからである。また、電磁弁３Ａ
〜３Ｃの開度が微小なときにはパイロット油温の及ぼす
影響が大きいという理由もある。

【００６０】なお、上述のように、パイロット油温とタ
ンク油温との両方を用いて、各ゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，
Ｋｐｉ，Ｋｆを補正する場合には、図７に示すようなマ
ップを油温検出手段８１内にそなえるように構成し、ゲ
インスケジューラ７０へは、この油温検出手段８１内で
演算された代表油温の情報のみが入力されるように構成
される。

【００６１】次に、運転状態検出手段９０を構成するシ
リンダ負荷検出手段８２について説明すると、このシリ
ンダ負荷検出手段８２は、各シリンダ１２０，１２１の
負荷を検出するものであり、ゲインスケジューラ７０で
は、このシリンダ１２０，１２１の負荷情報も取り入れ
て、比例ゲインＫｐｐ，Ｋｆを補正するようになってい
る。

【００６２】また、シリンダ負荷検出手段８２は、具体
的には、図２に示す圧力センサ２８Ａ，２８Ｂ等により
構成されており、これらの圧力センサ２８Ａ，２８Ｂ等
からの情報に基づいて、各油圧シリンダ１２０〜１２２
の負荷を検出するようになっている。また、ゲインスケ
ジューラ７０には、図８に示すような特性を有するマッ
プが記憶されており、ゲインスケジューラ７０では、シ
リンダ負荷検出手段８２により検出された各シリンダ１
２０〜１２２の負荷情報と、図８に示すマップとを用い
てゲインＫｐｐ，Ｋｆを補正するようになっている。

【００６３】なお、ゲインＫｖｐ，Ｋｐｉの補正を行な
う場合には、ノイズの発生等が考えられるため、本実施
形態では、シリンダ負荷に基づくゲインＫｖｐ，Ｋｐｉ
の補正は行なわない。ここで、図８に示すマップの特性
について簡単に説明すると、この比例ゲインＫｐｐ，Ｋ
ｆの補正マップでは、シリンダ負荷の上昇にともなって
徐々に比例ゲインＫｐｐ，Ｋｆを増加させるようになっ
ている。即ち、このように油圧シリンダ１２０，１２１
に作用する負荷が高い場合には、ダンピングが大きくな
るためゲインを増加させるのである。

【００６４】そして、このようにブーム２００，スティ
ック３００，バケット４００それぞれのシリンダ負荷に
応じて、ＰＩＤフィードバック式補償手段７２及びフィ
ードフォワード式補償手段７３の制御ゲインＫｐｐ，Ｋ
ｆを補正（スケジューリング）することで、制御偏差を
低減することができ、ブーム２００，スティック３０
０，バケット４００の正確な制御を実現することができ
るのである。

【００６５】次に、運転状態検出手段９０を構成するシ
リンダ位置検出手段８３について説明すると、このシリ
ンダ位置検出手段８３は、ブームシリンダ１２０，ステ
ィックシリンダ１２１の実際のシリンダ位置を検出する
ものであり、レゾルバ２０〜２２及び信号変換器２６に
より構成されている。ここで、本実施形態では、レゾル
バ２０〜２２により検出された角度情報を信号変換器２
６に取り込んで、この信号変換器２６内において角度情
報をシリンダ変位情報に変換することで、シリンダ位置
を検出するようになっている。

【００６６】そして、ゲインスケジューラ７０では、こ
れらの油圧シリンダ１２０，１２１の位置情報も取り入
れて、ブーム２００やスティック３００の比例ゲインＫ
ｐｐ，Ｋｆを補正するようになっている。なお、このよ
うなシリンダ位置に基づく比例ゲインＫｐｐ，Ｋｆの補
正は、主にブームシリンダ１２０及びスティックシリン
ダ１２１について施すようになっているが、これは、上
述のような半自動制御モードにおける作業に加わる負荷
は、ほとんどがブームシリンダ１２０及びスティックシ
リンダ１２１に作用するからである。

【００６７】また、ゲインスケジューラ７０には、この
シリンダ位置検出手段８３からの検出情報に基づいてゲ
インＫｐｐ，Ｋｆを変更するためのマップ（図９参照）
が設けられている。図９に示すように、このマップに
は、ブーム２００，スティック３００の各ゲインＫｐ
ｐ，Ｋｆについてそれぞれ独立した特性が設定されてお
り、また、ブーム２００，スティック３００のそれぞれ
のゲインについて、スティックイン，スティックアウト
時でそれぞれ異なる補正を行なうようになっている。

【００６８】ここで、スティックインとは、スティック
３００を手前側に移動させている時の動作をいい、ステ
ィックアウトとは、スティック３００を反対側に移動さ
せている時の動作をいうものである。また、図９に示す
マップの横軸はスティックシリンダ１２１の変位であ
り、スティックシリンダ１２１の変位が小さいときは、
バケット４００の歯先１１２が遠方にあるときであっ
て、スティックシリンダ１２１の変位が大きいときは、
バケット４００の歯先１１２が手前側にあるときであ
る。

【００６９】まず、スティックアウト時の比例ゲインＫ
ｐｐ，Ｋｆの補正特性について説明すると、スティック
アウト時には、線に示すように、ブーム２００は、ス
ティックシリンダ１２１の変位が所定の中間位置になる
とゲインの補正値が最小となるように設定され、この所
定の中間位置よりも伸長又は縮小した場合には、略２次
曲線的な曲線を描きながらゲインの補正値が増大するよ
うに設定されている。

【００７０】また、スティック３００の比例ゲインＫｐ
ｐ，Ｋｆは、線に示すように、スティックシリンダ１
２１が所定変位以上となると、徐々に増大するような特
性に設定されている。

【００７１】また、スティックイン時におけるブーム２
００の比例ゲインＫｐｐ，Ｋｆの補正特性は、線に示
すように、スティックアウト時の特性（線）と略同様
の特性となっている。これは、スティックシリンダ１２
１の変位が小さいときは、スティック３００が延びてバ
ケット４００の歯先１１２が遠方にあるため、ブームシ
リンダ１２１やスティックシリンダ１２２に加わる負荷
が大きく、このため、ゲインを大きくする必要があるか
らである。ただし、ゲインの補正量を大きくしすぎる
と、制御系全体が不安定になることが考えられ、制御精
度（歯先位置の精度）が低下することを考慮して、所定
以上の大きな補正は行なわないようになっている。

【００７２】また、スティックシリンダ１２１の変位が
所定の中間位置近傍となると、ゲインを下げることで、
制御精度の安定性を確保しているのである。さらに、ス
ティックシリンダ１２１の変位が大きいときは、バケッ
ト４００の歯先１１２が手前側にあり、ブーム２００，
スティック３００とも、比較的立ち上がった姿勢となる
ため、油圧シリンダ１２０，１２１の作動する方向に対
して平行方向の分力が不足しがちになる。このため、ス
ティックシリンダ１２１の変位が大きいときは、ゲイン
を増大させるような補正を行なうのである。なお、この
場合においても、上述のシリンダ変位が小さいときと同
様に、ゲインの補正量を大きくしすぎると、制御系全体
が不安定になることが考えられるため、制御精度（歯先
位置の精度）の低下を考慮して、所定以上の大きな補正
は行なわないようになっている。

【００７３】これに対して、スティックイン時における
スティック３００の比例ゲインＫｐｐ，Ｋｆの補正特性
は、線に示すように、スティックシリンダ１２１の変
位が小さいときには、ゲインを大きく設定し、スティッ
クシリンダ１２１が所内変位よりも伸長すると略一定と
なるように設定されている。これは、スティックイン時
には、バケット４００の歯先１１２が手前側に移動して
くる動作であり、このような方向への移動時には、歯先
１１２側が進行方向となるため、バケット４００の歯先
１１２の位置が手前側の近くにあるときには、スティッ
クシリンダ１２１は比較的小さな力で作業を行なうこと
ができるからである。

【００７４】ところで、本装置のコントローラ１には、
上述したように油温検出手段８１と、シリンダ負荷検出
手段８２と、シリンダ位置検出手段８３とからなる運転
状態検出手段９０を設け、ゲインスケジューラ７０で
は、それぞれの検出手段８１〜８３により検出された情
報に基づいて制御ゲインを補正するように構成されてい
るが、それぞれの検出手段８１〜８３からの検出情報が
同時にゲインスケジューラ７０に入力され、それぞれの
検出情報に基づいて１つのゲイン（例えば比例ゲインＫ
ｐｐ）について複数のの補正値が設定された場合には、
ゲインスケジューラ７０では、各補正量を合計したもの
を最終的な補正ゲインとして出力するようになってい
る。

【００７５】この場合には、制御系の安定性を考慮し
て、ゲインスケジューラ７０には、ゲイン補正量の上限
値，下限値がそれぞれ設定されており、上限値を上回る
補正量又は下限値を下回る補正値が設定された場合に
は、それぞれ上限値又は下限値を限度として補正を行な
うようになっている。なお、図５に示すように、電磁比
例弁３Ａ〜３Ｃや主制御弁１３〜１５等の非線形性を除
去するために非線形除去テーブル７１が設けられている
が、この非線形除去テーブル７１を用いた処理は、テー
ブルルックアップ手法を用いることにより、コンピュー
タにて高速に行なわれるようになっている。

【００７６】本発明の一実施形態としての建設機械の制
御装置は、上述のように構成されているので、油圧ショ
ベルを用いて、図１５に示すような目標法面角αの法面
掘削作業を半自動制御により行なう際に、従来の手動制
御のシステムに比し、ブーム２００及びスティック３０
０の合成移動量を掘削速度に合わせて自動調整する電子
油圧システムにより、上記のような半自動制御機能を実
現することができるのである。

【００７７】すなわち、油圧ショベルに搭載されたコン
トローラ１へ種々のセンサからの検出信号（目標法面角
の設定情報を含む）が入力されると、このコントローラ
１では、これらのセンサからの検出信号（信号変換器２
６を介したレゾルバ２０〜２２での検出信号も含む）に
基づいて、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃに対する制御信
号を設定する。

【００７８】そして、主制御弁１３，１４，１５が、上
記電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃからのパイロット油圧に
応じて作動することで、ブーム２００，スティック３０
０，バケット４００が所望の伸縮変位となるように制御
され、これにより、上記のような半自動制御が実行され
るのである。また、この半自動制御に際しては、まず、
目標法面設定角，スティックシリンダ１２１及びブーム
シリンダ１２０を制御するパイロット油圧，車両傾斜
角，エンジン回転速度等の情報によりバケット歯先１１
２の移動速度及び方向を求め、この情報に基づいて各シ
リンダ１２０，１２１，１２２の目標速度を演算するの
である。この時エンジン回転速度の情報は、シリンダ速
度の上限を決定する時必要となる。また、このような制
御は、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立した
フィードバックループとして構成されているので、互い
に干渉し合うことはない。

【００７９】特に、本装置では、コントローラ１に、運
転状態検出手段９０で検出された建設機械の運転状態に
応じて制御パラメータ（制御ゲイン）を変更しうるゲイ
ンスケジューラをが設けるとともに、図６〜図９に示す
ような特性を有するマップにより各ゲインを変更，補正
するように構成されているので、作業時の建設機械の運
転状態に応じて制御ゲインが補正されるため、常に安定
した動作で作業を行なうことができるという利点があ
る。

【００８０】また、従来では、油圧シリンダ１２０〜１
２２に対してフィードバック制御を行なう場合、作動油
の温度変化により制御対象（例えば油圧シリンダ１２０
〜１２２や電磁弁３Ａ〜３Ｃ）の動特性の変動が閉ルー
プの制御性能に影響を与えてしまい、制御系の安定性が
低下することも考えられたが、本装置によれば、油圧シ
リンダ１２０〜１２２の位置決め精度やバケット歯先位
置の軌跡精度の悪化を防止することができるのである。

【００８１】また、本発明の建設機械の制御装置によれ
ば、油温検出手段８１により作動油の油温変動を補償
し、且つシリンダ負荷検出手段８２により各シリンダ１
２０〜１２２の負荷変動を補償し、且つシリンダ位置検
出手段８３により各油圧シリンダ１２０〜１２２の位置
偏差を補償しているので、正確な歯先位置制御を実行す
ることができるのである。

【００８２】なお、本実施形態では、ゲインスケジュー
ラ７０による制御ゲインの補正を、作動油の油温変化に
基づく補正と、各シリンダ１２０〜１２２の負荷に基づ
く補正と、各油圧シリンダ１２０〜１２２の位置及び動
作方向による補正とを行なうように構成されているが、
本発明の建設機械の制御装置は、このような態様に限定
されるものではなく、例えば上記３つの補正のうち１つ
の補正（例えば作動油の油温変化に基づく補正）のみを
行なうようにしてもよく、また、上記３つの補正のうち
いずれか２つの補正を組み合わせてもよい。

【００８３】また、この半自動制御システムにおける目
標法面角の設定は、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，２点座標入力法，バケット角度
による入力法によりなされ、同じく半自動制御システム
におけるバケット復帰角の設定は、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，バケット移動に
よる方法によりなされるが、いずれも公知の手法が用い
られる。

【００８４】また、上記各半自動制御モードとその制御
法は、レゾルバ２０〜２２で検出された角度情報を信号
変換器２６でシリンダ伸縮変位情報に変換したものに基
づいて、次のようにして行なわれる。まず、バケット角
度制御モード（図１１参照）では、バケット４００とｘ
軸となす角（バケット角）φを任意の位置で一定となる
ように、バケットシリンダ１２２長さを制御する。この
とき、バケットシリンダ長さλbkは、ブームシリンダ長
さλbm，スティックシリンダ長さλst及び上記のバケッ
ト角度φをパラメータとして求めることができる。

【００８５】スムージングモード（図１３参照）では、
バケット角度φは一定に保たれるから、バケット歯先位
置１１２と節点１０８は平行に移動する。まず、節点１
０８がｘ軸に対して平行に移動する場合（水平掘削）を
考えると、次のようになる。すなわち、この場合は、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）とし、この時のリンケージ姿勢に
おけるブームシリンダ１２０とスティックシリンダ１２
１のシリンダ長さを求め、ｘ₁₀₈が水平に移動するよう
にブーム２００とスティック３００の速度関係を求め
る。なお、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。

【００８６】また、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＋Δ
ｘ，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。したがって、ｘ₁₀₈にΔｘを考慮
することで、Δｔ後の目標ブーム及びスティックシリン
ダの長さが求められる。法面掘削モード（図１２参照）
では、スムージングモードと同様の要領で制御が行なわ
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、更にバケットシリンダ長さλbkが固
定されることを考慮した制御となる。

【００８７】また、車両傾斜センサ２４による仕上げ傾
斜角の補正については、フロントリンケージ位置の演算
は図１０における節点１０１を原点としたｘｙ座標系で
行なわれる。したがって、車両本体がｘｙ平面に対して
傾斜した場合、上記ｘｙ座標が地面（水平面）対して傾
き、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２４を取り付け、こ
の傾斜角センサ２４によって、車両本体がｘｙ平面に対
してある角度（これをβという）だけ傾斜していること
が検出された場合、βだけ加算した値と置き直すことに
よって補正される。

【００８８】エンジン回転速度センサ２３による制御精
度悪化の防止については、以下のとおりである。即ち、
目標バケット歯先速度の補正については、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の操
作位置とエンジン回転速度で決定される。また、油圧ポ
ンプ５１，５２はエンジンＥ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ように目標バケ
ット歯先速度を算出しているのである。

【００８９】また、目標シリンダ速度の最大値の補正に
ついては、目標シリンダ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とと、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
ンダ速度も減少させる必要があることとを考慮した補正
が行なわれる。なお、目標シリンダ速度が最大シリンダ
速度を越えた時は、目標バケット歯先速度を減少して、
目標シリンダ速度が最大シリンダ速度を越えないように
する。

【００９０】以上、種々の制御モードとその制御法につ
いて説明したが、いずれもシリンダ伸縮変位情報に基づ
いて行なう手法で、この手法による制御内容については
公知である。すなわち、本実施形態にかかるシステムで
は、レゾルバ２０〜２２で角度情報を検出したのちに、
角度情報を信号変換器２６でシリンダ伸縮変位情報に変
換しているので、以降は公知の制御手法を使用できるの
である。

【００９１】このようにして、コントローラ１にて、各
種の制御がなされるが、本実施形態にかかるシステムで
は、レゾルバ２０〜２２で検出された角度情報信号が、
信号変換器２６でシリンダ変位情報に変換されて、コン
トローラ１へ入力されるので、従来のように、ブーム２
００，スティック３００，バケット４００用シリンダの
各伸縮変位を検出するための高価なストロークセンサを
使用しなくても、従来の制御系で使用していたシリンダ
伸縮変位を用いた制御を実行することができる。これに
より、コストを低く抑えながら、バケット４００の位置
と姿勢を正確に且つ安定して制御しうるシステムを提供
しうるのである。

【００９２】また、フィードバック制御ループが各シリ
ンダ１２０，１２１，１２２毎に独立しており、制御ア
ルゴリズムが変位、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ので、制御系を簡素化できるほか、
油圧機器の非線型性をテーブルルックアップ手法により
高速に線形化することができるので、制御精度の向上に
も寄与している。

【００９３】さらに、車両傾斜センサ２４により車両傾
斜の影響を補正したり、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ので、より正確な制御
の実現に寄与している。また、外部ターミナル２を用い
てゲイン調整等のメインテナンスもできるので、調整等
が容易であるという利点も得られる。

【００９４】さらに、圧力センサ１９等を用いてパイロ
ット圧の変化により、操作レバー７，８の操作量を求
め、更に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ので、圧力補償弁等の追加を必要と
しない利点があるほか、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こともで
きる。また、安全弁５を用いた構成により、システムの
異常時における異常動作も防止できる。

【００９５】なお、本発明は上記した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施することができる。

【００９６】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の建設機械の制御装置によれば、制御手段に、該運
転状態検出手段で検出された該建設機械の運転状態に応
じて該制御パラメータを変更しうる制御パラメータ用ス
ケジューラを設けることにより、制御の安定性や作業部
材の位置精度を向上させることができるという利点があ
る。

【００９７】また、請求項２記載の本発明の建設機械の
制御装置によれば、制御手段が、制御パラメータ可変の
フィードバックループ式補償手段と、制御パラメータ可
変のフィードフォワード式補償手段とをそなえるように
構成することで、制御偏差を低減することができ、アク
チュエータの目標速度に対して位置偏差の大きさに関係
なく速度指令値を出力することができるという利点があ
る。

【００９８】また、請求項３記載の本発明の建設機械の
制御装置によれば、制御パラメータ用スケジューラが、
該アクチュエータの位置に応じて該制御パラメータを変
更しうるように構成することで、建設機械の作業姿勢に
応じて制御パラメータの補正を行なうことができ、制御
系の安定性の向上、作業部材位置の精度向上を図ること
ができるという利点がある。

【００９９】また、請求項４記載の本発明の建設機械の
制御装置によれば、制御パラメータ用スケジューラが、
該アクチュエータの負荷に応じて該制御パラメータを変
更しうるように構成することで、建設機械の作業負荷に
応じて制御パラメータの補正を行なうことができ、上述
と同様に、制御系の安定性の向上、作業部材位置の精度
向上を図ることができるという利点がある。

【０１００】また、請求項５記載の本発明の建設機械の
制御装置によれば、制御パラメータ用スケジューラが、
該アクチュエータに関連する温度に応じて該制御パラメ
ータを変更しうるように構成することで、アクチュエー
タに関連する温度の変化を補償することができ、やは
り、制御系の安定性の向上、作業部材位置の精度向上を
図ることができるという利点がある。

【０１０１】また、請求項６記載の本発明の建設機械の
制御装置によれば、アクチュエータに関連する温度が、
該アクチュエータの作動用油の温度あるいは制御用油の
温度であるので、作業時に比較的変化しやすい作動用油
又は制御用油の温度変化を補償することができ、やは
り、制御系の安定性の向上、作業部材位置の精度向上を
図ることができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる制御装置を搭載し
た油圧ショベルの模式図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる制御システム構成
を概略的に示す図である。

【図３】本発明の一実施形態にかかる制御装置の制御系
構成を概略的に示す図である。

【図４】本発明の一実施形態にかかる制御システムの全
体構成を示す図である。

【図５】本発明の一実施形態にかかる要部制御ブロック
図である。

【図６】本発明の一実施形態にかかる制御装置の制御ゲ
インの補正の特性を説明するための図である。

【図７】本発明の一実施形態にかかる制御装置の制御ゲ
インの補正の特性を説明するための図である。

【図８】本発明の一実施形態にかかる制御装置の制御ゲ
インの補正の特性を説明するための図である。

【図９】本発明の一実施形態にかかる制御装置の制御ゲ
インの補正の特性を説明するための図である。

【図１０】本発明による油圧ショベルの動作部分の概略
図である。

【図１１】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略
図である。

【図１２】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略
図である。

【図１３】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略
図である。

【図１４】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略
図である。

【図１５】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略
図である。

【図１６】従来の油圧ショベルの概略構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１コントローラ（制御手段）１Ａ〜１Ｃ制御部２外部ターミナル３Ａ〜３Ｃ電磁比例弁４Ａ〜４Ｃ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１３ブーム用主制御弁１４スティック用主制御弁１５バケット用主制御弁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ブームシリンダ用レゾルバ（第１角度センサ）２１スティックシリンダ用レゾルバ（第２角度セン
サ）２２バケットシリンダ用レゾルバ（第３角度センサ）２３エンジン回転速度センサ２４傾斜角センサ２６信号変換器（変換手段）２６Ａ入力インタフェース２６Ｂメモリ２６Ｂ−１ルークアップテーブル２６Ｃ主演算装置（ＣＰＵ）２６Ｄ出力インタフェース２８Ａ，２８Ｂ圧力センサ５０パイロットポンプ５１，５２ポンプ７０ゲインスケジューラ（制御パラメータ用スケジュ
ーラ）７１非線形除去テーブル７２フィードバックループ式補償手段７３フィードフォワード式補償手段８０目標値設定手段８１油温検出手段８２シリンダ負荷検出手段８３シリンダ位置検出手段９０運転状態検出手段９１動作情報検出手段９３検出手段１００上部旋回体（建設機械本体）１２０ブームシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）１２１スティックシリンダ（シリンダ式アクチュエー
タ）１２２バケットシリンダ（シリンダ式アクチュエー
タ）１３０リンク機構２００ブーム３００スティック４００バケット５００下部走行体５００Ａ無限軌条部６００運転操作室Ｅエンジン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機体側にアームを揺動自在に支持すると
もに該アームの先端部に作業部材を揺動自在に支持し、
該アーム及び該作業部材の揺動をシリンダ式アクチュエ
ータの伸縮動作によりそれぞれ行なうように構成された
建設機械において、上記の作業部材付きアームの目標動作情報を操作レバー
の位置に応じて設定する目標値設定手段と、上記の作業部材付きアームの動作情報を検出する動作情
報検出手段及び該建設機械の運転状態を検出する運転状
態検出手段を少なくとも有する検出手段と、該動作情報検出手段からの検出結果と該目標値設定手段
で設定された該目標動作情報とを入力として、上記の作
業部材付きアームが目標とする動作状態となるように、
該アクチュエータを制御する制御パラメータ可変型の制
御手段とをそなえ、該制御手段に、該運転状態検出手段で検出された該建設
機械の運転状態に応じて該制御パラメータを変更しうる
制御パラメータ用スケジューラが設けられていることを
特徴とする、建設機械の制御装置。
【請求項２】該制御手段が、制御パラメータ可変のフ
ィードバックループ式補償手段と、制御パラメータ可変
のフィードフォワード式補償手段とをそなえて構成され
ていることを特徴とする、請求項１記載の建設機械の制
御装置。
【請求項３】該制御パラメータ用スケジューラが、該
アクチュエータの位置に応じて該制御パラメータを変更
しうるように構成されていることを特徴とする、請求項
１記載の建設機械の制御装置。
【請求項４】該制御パラメータ用スケジューラが、該
アクチュエータの負荷に応じて該制御パラメータを変更
しうるように構成されていることを特徴とする、請求項
１記載の建設機械の制御装置。
【請求項５】該制御パラメータ用スケジューラが、該
アクチュエータに関連する温度に応じて該制御パラメー
タを変更しうるように構成されていることを特徴とす
る、請求項１記載の建設機械の制御装置。
【請求項６】該アクチュエータに関連する温度が、該
アクチュエータの作動用油の温度あるいは制御用油の温
度であることを特徴とする、請求項５記載の建設機械の
制御装置。