JPH10245865A

JPH10245865A - 油圧ショベル

Info

Publication number: JPH10245865A
Application number: JP4910797A
Authority: JP
Inventors: Sadahisa Tomita; ▲禎▼久冨田; Kazuo Fujishima; 一雄藤島
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】油圧ショベルに関し、あらかじめ設定した地
中の傾斜面に一致するよう自動的に掘削する。【解決手段】掘削深さ設定手段２３に、基準点Ｏから
地中の傾斜した掘削設定域Ｓｔまでの掘削深さＬ_Stを設
定し、基準域設定手段２０に、基準点Ｏが含まれる地表
の傾斜した基準域Ｓｃを設定しておく。バケット位置算
出手段２１は、フロントセンサ１３で求められるフロン
ト６の姿勢情報に基づき、上部旋回体２に対するバケッ
ト５の位置を示す位置情報を算出する。換算手段２２
は、この位置情報を換算して基準域Ｓｃからバケット５
までの距離Ｌ_Snを求める。判定手段２４は、この距離Ｌ
_Snと上述の掘削深さＬ_Stに基づき、バケット５が掘削設
定域Ｓｔに達しているか否か判定する。バケット５が掘
削設定域Ｓｔに達している場合、指令制御部２５は、バ
ケット５が掘削設定域Ｓｔを超えて掘削しないようパイ
ロット圧信号を抑制する指令制御を行う。（図３，図
４）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧ショベルに係
り、特に、所定の深さに一致するよう掘削することが可
能な油圧ショベルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧ショベルでは、ブーム角度セ
ンサ，アーム角度センサ，バケットシリンダストローク
センサなどのフロントセンサを用いることにより、車体
に対するバケットの位置の算出が可能である。そこで、
あらかじめ油圧ショベルのオペレータが所望の深さの掘
削設定面を設定した上で、上述のフロントセンサにより
求められるバケットの現在位置に基づき、この掘削設定
面を目標として地面を掘削する油圧ショベルが実現され
ている。そして、このような油圧ショベルを傾斜地上で
用いる場合には、水平面に対する車体の傾斜角度を求め
る傾斜角センサを備え、この傾斜角センサにより検出さ
れる現在の車体の傾斜角度に応じて、現にバケットで掘
削しつつある地面すなわち掘削面が上記掘削設定面に一
致するように自動掘削の制御を行っている。このため、
油圧ショベルが載置されている地面がどのような状態で
あっても、その影響を受けることなく上記掘削設定面を
目標とする掘削を進めることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の油圧ショベルによる自動掘削の制御は、常に水平面
に平行な掘削設定面が設定されることを前提とし、水平
面に対して意図的に傾斜させた掘削設定面が設定される
ことには配慮されていなかった。このため、油圧ショベ
ルのオペレータが、水平面に対して意図的に傾斜させた
面を目標として、手動操作で掘削を進める場合、掘削さ
れた地面の状態を適切に測定してオペレータと連絡し合
う補助作業員が必要となり、上述した自動補正の場合に
くらべると掘削の作業効率が低下してしまうという問題
があった。

【０００４】また、上述した補助作業員を伴った手動操
作の掘削は、補助作業員とオペレータとがお互いに協力
し合って行うので、例えば補助作業員とオペレータとの
間の連絡が不徹底であれば、目標とする面を越えて余分
に掘削を進めてしまうこともある。したがって、必ずし
も所定の深さに一致するよう掘削できるとは限らないと
いう掘削精度上の問題があった。

【０００５】本発明は上記従来技術による問題点に鑑み
てなされたもので、その目的は、補助作業員を必要とす
ることなく、水平面に対して意図的に傾斜させた所定の
深さの面に一致するよう掘削できる油圧ショベルを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係る油圧ショベルは、下部走行
体及びこの下部走行体に装着された上部旋回体と、前記
上部旋回体に対し回動可能に連結され、その先端にバケ
ットを有するフロントと、前記フロントの姿勢情報を求
めるフロントセンサと、前記姿勢情報に基づき、外部か
ら供給される操作信号を制御し、駆動信号として出力す
るコントロールユニットと、前記コントロールユニット
から出力された前記駆動信号に応じて前記フロントの駆
動制御を行う駆動制御部とを備えた油圧ショベルにおい
て、前記コントロールユニットに、前記下部走行体が載
置された接地域の所定の基準点から所定の掘削設定域ま
での掘削深さをあらかじめ設定しておく掘削深さ設定手
段と、前記基準点が含まれる所定の基準域をあらかじめ
設定しておく基準域設定手段と、前記フロントセンサで
求められる前記姿勢情報に基づき、前記上部旋回体に対
する前記バケットの位置を示す位置情報を算出するバケ
ット位置算出手段と、前記位置情報を換算して前記基準
域から前記バケットまでの距離を求める換算手段と、前
記換算手段により得られた前記距離及び前記掘削深さ設
定手段に設定された前記掘削深さに基づき、前記バケッ
トが前記掘削設定域に達しているか否か判定する判定手
段と、前記バケットが前記掘削設定域に達していないと
き、供給された前記操作信号に相応する駆動信号を前記
駆動制御部に与える指令制御を行い、前記バケットが前
記掘削設定域に達しているとき、前記バケットが前記掘
削設定域を超えて掘削しないよう抑制した駆動信号を前
記駆動制御部に与える指令制御を行う指令制御部とを設
ける構成としたものである。

【０００７】すなわち、この油圧ショベルでは、コント
ロールユニットの掘削深さ設定手段に下部走行体が載置
された接地域の所定の基準点から所定の掘削設定域まで
の掘削深さをあらかじめ設定するとともに、コントロー
ルユニットの基準域設定手段に基準点が含まれる所定の
基準域をあらかじめ設定しておく。コントロールユニッ
トのバケット位置算出手段は、フロントセンサで求めら
れる姿勢情報に基づいて上部旋回体に対するバケットの
位置を示す位置情報を算出し、コントロールユニットの
換算手段は、この位置情報を換算して基準域からバケッ
トまでの距離を求める。コントロールユニットの判定手
段は、換算手段により得られた距離及び掘削深さ設定手
段に設定された掘削深さに基づき、バケットが掘削設定
域に達しているか否か判定する。この判定の結果、バケ
ットが掘削設定域に達していないとき、コントロールユ
ニットの指令制御部は、供給された操作信号に相応する
駆動信号を駆動制御部に与える指令制御を行う。このた
め、この駆動信号に応じて駆動制御部が行うフロントの
駆動制御により、先端にバケットを有するフロントは、
外部から供給される操作信号の通りに駆動する。これに
対して、バケットが掘削設定域に達しているとき、コン
トロールユニットの指令制御部は、バケットが掘削設定
域を超えて掘削しないよう強制的に抑制した駆動信号を
駆動制御部に与える指令制御を行う。このため、この駆
動信号に応じて駆動制御部が行うフロントの駆動制御に
より、先端にバケットを有するフロントは、外部から供
給される操作信号の通りではなく、バケットが掘削設定
域を超えて掘削しないように駆動する。

【０００８】したがって、基準域設定手段にあらかじめ
設定しておいた基準域と平行な所定の掘削深さの掘削設
定域に一致するよう確実に掘削でき、水平域に対して意
図的に傾斜させた面を基準域とすれば、掘削された地面
の状態を適切に測定してオペレータと連絡し合う補助作
業員を必要とすることなく、この基準域に平行な所定の
深さの面に一致するよう掘削することができる。

【０００９】また、本発明の請求項２に係る油圧ショベ
ルは、上記請求項１に係る発明において、前記基準域設
定手段に、前記基準点が含まれる鉛直線に直交する水平
域及び前記基準点が含まれる前記接地域のいずれか一方
を前記基準域として設定する基準域指示手段を設ける構
成としたものである。すなわち、この基準域指示手段に
よって、上述した基準域を水平域及び接地域のいずれか
一方に簡単に切り替え設定することができる。

【００１０】また、本発明の請求項３に係る油圧ショベ
ルは、上記請求項１及び２のいずれかに係る発明におい
て、前記上部旋回体の前記水平域に対する傾斜角を求め
る傾斜角センサを設ける構成とし、前記換算手段は、前
記傾斜角センサにより得られる前記傾斜角に基づき、常
に鉛直線と所定の相対角度をなす前記基準域から前記バ
ケットまでの距離を求めるものである。すなわち、掘削
にともなって上部旋回体がどのように傾いても、そのと
きの上部旋回体の水平域に対する傾斜角に基づき、常に
鉛直線と所定の相対角度をなす基準域からバケットまで
の距離が換算手段によって求められるので、下部走行体
の移動による上部旋回体の傾きの変化に影響されること
なく、基準域と平行な掘削設定域に対して一致するよう
掘削することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の油圧ショベルの実
施の形態を図面を用いて詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明の油圧ショベルの一実施形
態の基本構造を示す図である。同図中、１は油圧ショベ
ルの下部走行体、２は下部走行体１に旋回機構を介して
装着された上部旋回体、２ａはオペレータが油圧ショベ
ルの運転を行うため上部旋回体２に設けられる運転室で
ある。３は上部旋回体２に回動可能に連結されたブー
ム、４はこのブーム３の先端部に回動可能に連結された
アーム、５はこのアーム４の先端部に回動可能に連結さ
れたバケットであって、これらのブーム３，アーム４，
バケット５によってフロント６が構成されている。７は
ブーム３を駆動するブームシリンダ、８はアーム４を駆
動するアームシリンダ、９はバケットを駆動するバケッ
トシリンダであって、これらのブームシリンダ７，アー
ムシリンダ８，バケットシリンダ９は、運転室２ａ内に
配置された後述する図２中の操作レバーに対してオペレ
ータが行った操作量に応じて出力されるパイロット圧信
号などの操作信号にしたがって動作する。１０は上部旋
回体２とブーム３との接続部近傍に設けられ、上部旋回
体２とブーム３がなす相対角度を検出するブーム角度セ
ンサ、１１はブーム３とアーム４との接続部近傍に設け
られ、ブーム３とアーム４がなす相対角度を検出するア
ーム角度センサ、１２はバケットシリンダ９の伸縮部近
傍に設けられ、バケットシリンダ９の長さを検出するバ
ケットシリンダストロークセンサであって、これらのブ
ーム角度センサ１０，アーム角度センサ１１，バケット
シリンダストロークセンサ１２により、フロント６の姿
勢を示す姿勢情報を求めるフロントセンサ１３が構成さ
れる。

【００１３】図２は、図１の油圧ショベルの駆動制御を
行う油圧系統を示す図である。同図中、７ａはブーム３
の動きを指示する図１中の運転室２ａに備えられたブー
ム用パイロットバルブ、８ａはアーム４の動きを指示す
る図１中の運転室２ａに備えられたアーム用パイロット
バルブであって、これらのパイロットバルブは操作レバ
ーを有する。１５は後述する基準域の設定を切り替える
ために図１中の運転室２ａに備えられた基準域指示手段
である例えば切替スイッチ、１６は掘削の目標とする後
述の設定域までの掘削深さの具体的な値を指示する図１
中の運転室２ａに備えられた指示手段である例えばモニ
タボックス、１７は後述するように各パイロットバルブ
７ａ，８ａからの一次側パイロット圧信号P_7a1〜P_8b1を
制御するための処理を行う例えばマイクロコンピュータ
からなるコントロールユニット、１８はコントロールユ
ニット１７からの駆動信号に応じて作動して一次側パイ
ロット圧信号P_7a1〜P_8b1を制御し、これを二次側パイロ
ット圧信号P_7a2〜P_8b2として出力する電磁比例弁である
ソレノイドバルブユニット、１９はソレノイドバルブユ
ニット１８から出力される二次側パイロット圧信号P_7a2
〜P_8b2に応じてフロント６を駆動させる圧油の流れを制
御するコントロールバルブである。本実施形態では、ソ
レノイドバルブユニット１８及びコントロールバルブ１
９により駆動制御部が形成される。なお、図２では、ブ
ーム用パイロットバルブ７ａ及びアーム用パイロットバ
ルブ８ａのみを記載してあるが、実際には、操作レバー
に連動してバケット５の動きを指示するバケット用パイ
ロットバルブなども運転室２ａに設けてある。

【００１４】図３は、図１及び図２の油圧ショベルによ
る掘削作業を示す図である。同図中、Ｏは油圧ショベル
の下部走行体１が載置されている接地域の基準点、Ｖｃ
はこの基準点Ｏを含む鉛直線、Ｈｃは基準点Ｏを含んで
鉛直線Ｖｃに直交する水平面、Ｓｃは基準点Ｏを含む地
表の傾斜面、θは水平面Ｈｃと傾斜面Ｓｃとのなす角度
である。Ｈｔは水平面Ｈｃに対し一定の深さに掘削する
とき目標にする水平面Ｈｃと平行な地中の仮想的な面、
Ｓｔは傾斜面Ｓｃに対し一定の深さに掘削するとき目標
にする傾斜面Ｓｃと平行な地中の仮想的な面である。本
実施形態の場合、水平面Ｈｃ及び傾斜面Ｓｃのいずれか
一方を上述した基準域として設定可能であり、水平面Ｈ
ｃが基準域とされたとき面Ｈｔが目標の掘削設定域とさ
れ、傾斜面Ｓｃが基準域とされたとき面Ｓｔが目標の掘
削設定域とされるものとする。

【００１５】そして、Ｓｎは傾斜面Ｓｃが基準域とされ
たとき現にバケット５で掘削しつつある地表の面すなわ
ち掘削面、Ｈｎは水平面Ｈｃが基準域とされたとき現に
バケット５で掘削しつつある掘削面であって、Ｌ_Htは水
平面Ｈｃと面Ｈｔとの間の距離、Ｌ_Hnは水平面Ｈｃと掘
削面Ｈｎとの間の距離、Ｌ_Stは傾斜面Ｓｃと面Ｓｔとの
間の距離、Ｌ_Snは傾斜面Ｓｃと掘削面Ｓｎとの間の距離
である。

【００１６】図４は、図１及び図２の油圧ショベルの主
要部分の接続関係を示す図である。

【００１７】同図中のコントロールユニット１７におい
て、２０は水平面Ｈｃ及び傾斜面Ｓｃのいずれか一方を
上述した基準域としてあらかじめ設定しておく基準域設
定手段、２１はフロントセンサ１３で求められるフロン
ト６の姿勢情報に基づいて現在のバケット５の位置を示
す位置情報を算出するバケット位置算出手段、２２はこ
の位置情報を換算して基準域からバケット５までの距離
を求める換算手段、２３は上述した基準点Ｏから掘削設
定域までの掘削深さをあらかじめ設定しておく掘削深さ
設定手段、２４は換算手段２２によって得られた基準域
からバケット５までの距離と掘削深さ設定手段２３に設
定された掘削深さとに基づいてバケット５が掘削設定域
に達しているか否かを判定する判定手段、２５は判定手
段２４の結果に基づいてソレノイドバルブユニット１８
に対する駆動信号について指令制御を行う指令制御部で
ある。この指令制御部２５は、バケット５が掘削設定域
に達していないとき、供給された操作信号、すなわち一
次側パイロット圧信号P_7a1〜P_8b1をそのまま二次側パイ
ロット圧信号P_7a2〜P_8b2としてコントロールバルブ１９
に与えるように指令制御を行い、バケット５が掘削設定
域に達しているとき、バケット５が掘削設定域を超えて
掘削しないよう抑制した二次側パイロット圧信号P_7a2〜
P_8b2をコントロールバルブ１９に与えるように指令制御
を行う。

【００１８】まずはじめに、傾斜面Ｓｃに載置された状
態にある本実施形態の油圧ショベルにより、図３に示す
水平面Ｈｃと平行な地中の仮想的な掘削設定域Ｈｔを目
標として掘削を進める場合について説明する。

【００１９】この場合、油圧ショベルの運転室２ａにい
るオペレータは、掘削を開始する前に、あらかじめ図２
及び図４に示す掘削深さ指示手段１６を操作して、基準
点Ｏから掘削の目標である図３の水平な掘削設定域Ｈｔ
までの掘削深さを掘削深さ設定手段２３に設定するとと
もに、基準域指示手段１５を操作することにより、図３
の基準点Ｏを含む水平面Ｈｃを基準域として基準域設定
手段２０に設定しておく。そして、図２に示したブーム
用パイロットバルブ７ａ及びアーム用パイロットバルブ
８ａの操作レバーを適切に操作してブーム３及びアーム
４の駆動を指示することにより、地面の掘削を開始す
る。

【００２０】図２に示すように、オペレータによるブー
ム用パイロットバルブ７ａ及びアーム用パイロットバル
ブ８ａの操作で生じた一次側パイロット圧信号P_7a1〜P
_8b1は、ソレノイドバルブユニット１８に供給される。
また、掘削を行っている間、ブーム角度センサ１０は上
部旋回体２とブーム３がなす相対角度を、アーム角度セ
ンサ１１はブーム３とアーム４がなす相対角度を、バケ
ットシリンダストロークセンサ１２はバケットシリンダ
９の長さを、それぞれ常に検出している。これらのフロ
ントセンサ１３で得られるフロント６の姿勢情報（電気
信号）は、図２及び図４に示すように、いずれもコント
ロールユニット１７に入力される。

【００２１】上述したように、図３の水平面Ｈｃを基準
域として基準域設定手段２０に設定してあるとき、この
水平面Ｈｃの設定情報とフロントセンサ１３で得られる
フロント６の姿勢情報がバケット位置算出手段２１に与
えられる。バケット位置算出手段２１は、与えられたフ
ロント６の姿勢情報に基づき、基準点Ｏに対するバケッ
ト５の位置、例えば先端部の位置を示す位置情報を算出
し、水平面Ｈｃの設定情報とともに換算手段２２に与え
る。

【００２２】換算手段２２は、与えられた位置情報を、
基準域すなわち水平面Ｈｃの設定情報にしたがって換算
して、水平面Ｈｃからバケット５の先端部が位置する掘
削面Ｈｎまでの距離、すなわち図３に示す距離Ｌ_Hnを求
める。判定手段２４は、掘削深さ設定手段２３に設定し
てある掘削深さ、すなわち水平面Ｈｃと掘削設定域であ
る面Ｈｔとの間の距離Ｌ_Htと上述した距離Ｌ_Hnとの比較
判定を行う。そして、距離Ｌ_Ht＞距離Ｌ_Hnのとき、すな
わちバケット５の先端部が水平面Ｈｃと平行な掘削設定
域Ｈｔに達していないとき、指令制御部２５は、ソレノ
イドバルブユニット１８に対し、ブーム用パイロットバ
ルブ７ａ及びアーム用パイロットバルブ８ａから供給さ
れた一次側パイロット圧信号P_7a1〜P_8b1をそのまま二次
側パイロット圧信号P_7a2〜P_8b2としてコントロールバル
ブ１９に与える指令制御を行う。コントロールバルブ１
９は、この二次側パイロット圧信号P_7a2〜P_8b2に応じて
フロント６の駆動制御を行うので、バケット５の先端部
が掘削設定域Ｈｔに達していなければ、そのままオペレ
ータの操作に応じた掘削動作が継続される。

【００２３】一方、距離Ｌ_Ht≦距離Ｌ_Hnのとき、すなわ
ちバケット５の先端部が水平面Ｈｃと平行な掘削設定域
Ｈｔに達しているとき、指令制御部２５は、ソレノイド
バルブユニット１８に対し、バケット５が掘削設定域Ｈ
ｔを超えて掘削しないよう抑制した二次側パイロット圧
信号P_7a2〜P_8b2をコントロールバルブ１９に与える指令
制御を行う。コントロールバルブ１９は、オペレータの
操作にかかわらず、この抑制された二次側パイロット圧
信号P_7a2〜P_8b2に応じて強制的にフロント６の駆動制御
を行うので、バケット５の先端部が掘削設定域Ｈｔに達
していれば、掘削設定域Ｈｔを超えて地面の掘削を進め
る動作は抑止され、掘削設定域Ｈｔに沿った掘削動作の
みが継続される。

【００２４】次に、傾斜面Ｓｃに載置された状態にある
本実施形態の油圧ショベルにより、図３に示す傾斜面Ｓ
ｃと平行な地中の仮想的な掘削設定域Ｓｔを目標として
掘削を進める場合について説明する。

【００２５】この場合、油圧ショベルの運転室２ａにい
るオペレータは、掘削を開始する前に、あらかじめ図２
及び図４に示す掘削深さ指示手段１６を操作して、基準
点Ｏから掘削の目標である図３の傾斜した掘削設定域Ｓ
ｔまでの掘削深さを掘削深さ設定手段２３に設定すると
ともに、基準域指示手段１５を操作することにより、図
３の基準点Ｏを含む傾斜面Ｓｃを基準域として基準域設
定手段２０に設定しておく。そして、図２に示したブー
ム用パイロットバルブ７ａ及びアーム用パイロットバル
ブ８ａの操作レバーを適切に操作してブーム３及びアー
ム４の駆動を指示することにより、地面の掘削を開始す
る。

【００２６】図２に示すように、オペレータによるブー
ム用パイロットバルブ７ａ及びアーム用パイロットバル
ブ８ａの操作で生じた一次側パイロット圧信号P_7a1〜P
_8b1は、ソレノイドバルブユニット１８に供給される。
また、掘削を行っている間、ブーム角度センサ１０は上
部旋回体２とブーム３がなす相対角度を、アーム角度セ
ンサ１１はブーム３とアーム４がなす相対角度を、バケ
ットシリンダストロークセンサ１２はバケットシリンダ
９の長さを、それぞれ常に検出している。これらのフロ
ントセンサ１３で得られるフロント６の姿勢情報（電気
信号）は、図２及び図４に示すように、いずれもコント
ロールユニット１７に入力される。

【００２７】上述したように、図３の傾斜面Ｓｃを基準
域として基準域設定手段２０に設定してあるとき、この
傾斜面Ｓｃの設定情報とフロントセンサ１３で得られる
フロント６の姿勢情報がバケット位置算出手段２１に与
えられる。バケット位置算出手段２１は、与えられたフ
ロント６の姿勢情報に基づき、基準点Ｏに対するバケッ
ト５の位置、例えば先端部の位置を示す位置情報を算出
し、傾斜面Ｓｃの設定情報とともに換算手段２２に与え
る。

【００２８】換算手段２２は、与えられた位置情報を、
基準域すなわち傾斜面Ｓｃの設定情報にしたがって換算
して、傾斜面Ｓｃからバケット５の先端部が位置する掘
削面Ｓｎまでの距離、すなわち図３に示す距離Ｌ_Snを求
める。判定手段２４は、掘削深さ設定手段２３に設定し
てある掘削深さ、すなわち傾斜面Ｓｃと掘削設定域であ
る面Ｓｔとの間の距離Ｌ_Stと上述した距離Ｌ_Snとの比較
判定を行う。そして、距離Ｌ_St＞距離Ｌ_Snのとき、すな
わちバケット５の先端部が傾斜面Ｓｃと平行な掘削設定
域Ｓｔに達していないとき、指令制御部２５は、ソレノ
イドバルブユニット１８に対し、ブーム用パイロットバ
ルブ７ａ及びアーム用パイロットバルブ８ａから供給さ
れた一次側パイロット圧信号P_7a1〜P_8b1をそのまま二次
側パイロット圧信号P_7a2〜P_8b2としてコントロールバル
ブ１９に与える指令制御を行う。コントロールバルブ１
９は、この二次側パイロット圧信号P_7a2〜P_8b2に応じて
フロント６の駆動制御を行うので、バケット５の先端部
が掘削設定域Ｓｔに達していなければ、そのままオペレ
ータの操作に応じた掘削動作が継続される。

【００２９】一方、距離Ｌ_St≦距離Ｌ_Snのとき、すなわ
ちバケット５の先端部が傾斜面Ｓｃと平行な掘削設定域
Ｓｔに達しているとき、指令制御部２５は、ソレノイド
バルブユニット１８に対し、バケット５が掘削設定域Ｓ
ｔを超えて掘削しないよう抑制した二次側パイロット圧
信号P_7a2〜P_8b2をコントロールバルブ１９に与える指令
制御を行う。コントロールバルブ１９は、オペレータの
操作にかかわらず、この抑制された二次側パイロット圧
信号P_7a2〜P_8b2に応じて強制的にフロント６の駆動制御
を行うので、バケット５の先端部が掘削設定域Ｓｔに達
していれば、掘削設定域Ｓｔを超えて地面の掘削を進め
る動作は抑止され、掘削設定域Ｓｔに沿った掘削動作の
みが継続される。

【００３０】このように、本実施形態によれば、フロン
トセンサ１３で求められる姿勢情報と基準域設定手段２
０にあらかじめ設定された基準域の設定情報とに基づ
き、この基準域からバケット５までの距離が、バケット
位置算出手段２１及び換算手段２２によって求められ
る。そして、この距離が、掘削深さ設定手段２３にあら
かじめ設定された掘削深さに達しているか否か、判定手
段２４により比較判定される。この比較判定の結果、基
準域からバケット５までの距離が設定された掘削深さに
達しているとき、指令制御部２５は、バケット５が掘削
設定域を超えて掘削しないよう抑制した二次側パイロッ
ト圧信号P_7a2〜P_8b2をコントロールバルブ１９に与える
指令制御を行う。

【００３１】したがって、鉛直線Ｖｃに直交する水平面
Ｈｃをこの基準域の設定情報として基準域設定手段２０
にあらかじめ設定し、距離Ｌ_Htを掘削深さとして掘削深
さ設定手段２３にあらかじめ設定しておけば、基準域す
なわち水平面Ｈｃからバケット５までの距離Ｌ_Hnが掘削
深さすなわち距離Ｌ_Htに達して以後、コントロールバル
ブ１９に与えられる二次側パイロット圧信号P_7a2〜P_8b2
は、バケット５が掘削設定域すなわち面Ｈｔを超えて掘
削しないよう指令制御部２５によって自動的に抑制され
るため、従来と同様、水平面Ｈｃと平行な掘削深さＬ_Ht
の仮想的な面Ｈｔに一致するよう掘削することができ
る。

【００３２】そしてさらに、地表の傾斜面Ｓｃをこの基
準域の設定情報として基準域設定手段２０にあらかじめ
設定し、距離Ｌ_Stを掘削深さとして掘削深さ設定手段２
３にあらかじめ設定しておけば、基準域すなわち地表の
傾斜面Ｓｃからバケット５までの距離Ｌ_Snが、掘削深さ
すなわち距離Ｌ_Stに達して以後、コントロールバルブ１
９に与えられる二次側パイロット圧信号P_7a2〜P_8b2は、
バケット５が掘削設定域すなわち面Ｓｔを超えて掘削し
ないよう指令制御部２５によって自動的に抑制されるた
め、掘削された地面の状態を適切に測定してオペレータ
と連絡し合う補助作業員を必要とすることなく、地表の
傾斜面Ｓｃと平行な掘削深さＬ_Stの仮想的な面Ｓｔに一
致するよう掘削することができ、従来より掘削の作業効
率を向上させるとともに、常に一定の掘削精度を得るこ
とができる。

【００３３】次に、本発明の油圧ショベルの他の実施形
態について説明する。

【００３４】図５は、本発明の油圧ショベルの他の実施
形態の駆動制御を行う油圧系統を示す図であり、図６
は、この油圧ショベルの主要部分の接続関係を示す図で
あり、図７は、この油圧ショベルによる掘削作業を示す
図である。これらの図５〜図７において、１４は下部走
行体１と上部旋回体２との接続部近傍に設けられ、水平
面に対する前後及び左右方向の上部旋回体２の傾斜角度
を検出する傾斜角センサであり、この傾斜角センサ１４
以外の部分については、図１〜図４に示す最初の実施形
態と構成・符号を同一にしてある。

【００３５】傾斜面Ｓｃに載置された状態にある本実施
形態の油圧ショベルにより、図７に示す掘削設定域Ｈｔ
を目標として掘削を進める場合、地面の掘削を開始する
以前に、最初の実施形態と同様、掘削設定域Ｈｔまでの
掘削深さを掘削深さ設定手段２３に設定し、水平面Ｈｃ
を基準域として基準域設定手段２０に設定する。このと
き、基準域設定手段２０は、水平面Ｈｃを基準域とする
と同時に、傾斜角センサ１４により検出されていた上部
旋回体２の水平面Ｈｃに対するその時点の傾斜角θ（＝
θ_S)を記憶する。

【００３６】図５に示すように、最初の実施形態と同
様、一次側パイロット圧信号P_7a1〜P₈ _b1は、ソレノイド
バルブユニット１８に供給される。また、掘削を行って
いる間、フロントセンサ１３で得られるフロント６の姿
勢情報（電気信号）に加えて、本実施形態に固有の傾斜
角センサ１４により検出される上部旋回体２の水平面Ｈ
ｃに対する現時点の傾斜角θ（＝θ_N)が、コントロール
ユニット１７に入力される。

【００３７】上述したように、図７の水平面Ｈｃを基準
域として基準域設定手段２０に設定してあるとき、この
水平面Ｈｃの設定情報，その設定時点の傾斜角θ（＝θ
_S)，現時点の傾斜角θ（＝θ_N)，フロントセンサ１３で
得られるフロント６の姿勢情報が、すべてバケット位置
算出手段２１に与えられる。バケット位置算出手段２１
は、与えられたフロント６の姿勢情報に基づき、基準点
Ｏに対するバケット５の位置、例えば先端部の位置を示
す位置情報を算出し、水平面Ｈｃの設定情報及び上部旋
回体２の傾斜角θ（＝θ_S,θ_N)とともに換算手段２２に
与える。

【００３８】換算手段２２は、与えられた位置情報を、
基準域すなわち水平面Ｈｃの設定情報にしたがって換算
して、水平面Ｈｃからバケット５の先端部が位置する掘
削面Ｈｎまでの距離、すなわち図７に示す距離Ｌ_Hnを求
める。このとき、θ_S及びθ_Nが異なっていれば、例えば
下部走行体１の移動のために基準域を設定した後で傾斜
角θが変動しているので、この変動の影響を加味して距
離Ｌ_Hnを求める。判定手段２４は、掘削深さ設定手段２
３に設定してある掘削深さ、すなわち水平面Ｈｃと掘削
設定域である面Ｈｔとの間の距離Ｌ_Htと上述した距離Ｌ
_Hnとの比較判定を行う。そして、距離Ｌ_Ht＞距離Ｌ_Hnの
とき、すなわちバケット５の先端部が水平面Ｈｃと平行
な掘削設定域Ｈｔに達していないとき、指令制御部２５
は、ソレノイドバルブユニット１８に対し、ブーム用パ
イロットバルブ７ａ及びアーム用パイロットバルブ８ａ
から供給された一次側パイロット圧信号P_7a1〜P_8b1をそ
のまま二次側パイロット圧信号P_7a2〜P_8b2としてコント
ロールバルブ１９に与える指令制御を行う。コントロー
ルバルブ１９は、この二次側パイロット圧信号P_7a2〜P
_8b2に応じてフロント６の駆動制御を行うので、バケッ
ト５の先端部が掘削設定域Ｈｔに達していなければ、そ
のままオペレータの操作に応じた掘削動作が継続され
る。

【００３９】一方、距離Ｌ_Ht≦距離Ｌ_Hnのとき、すなわ
ちバケット５の先端部が水平面Ｈｃと平行な掘削設定域
Ｈｔに達しているとき、指令制御部２５は、ソレノイド
バルブユニット１８に対し、バケット５が掘削設定域Ｈ
ｔを超えて掘削しないよう抑制した二次側パイロット圧
信号P_7a2〜P_8b2をコントロールバルブ１９に与える指令
制御を行う。コントロールバルブ１９は、この二次側パ
イロット圧信号P_7a2〜P_8b2に応じてフロント６の駆動制
御を行うので、バケット５の先端部が掘削設定域Ｈｔに
達していれば、掘削設定域Ｈｔを超えて地面の掘削を進
める動作は抑止され、掘削設定域Ｈｔに沿った掘削動作
のみが継続される。

【００４０】これに対して、傾斜面Ｓｃに載置された状
態にある本実施形態の油圧ショベルにより、図７に示す
掘削設定域Ｓｔを目標として掘削を進める場合、地面の
掘削を開始する以前に、最初の実施形態と同様、掘削設
定域Ｓｔまでの掘削深さを掘削深さ設定手段２３に設定
し、傾斜面Ｓｃを基準域として基準域設定手段２０に設
定する。このとき、基準域設定手段２０は、傾斜面Ｓｃ
を基準域とすると同時に、傾斜角センサ１４により検出
されていた上部旋回体２の水平面Ｈｃに対するその時点
の傾斜角θ（＝θ_S)を記憶する。

【００４１】図５に示すように、最初の実施形態と同
様、一次側パイロット圧信号P_7a1〜P₈ _b1は、ソレノイド
バルブユニット１８に供給される。また、掘削を行って
いる間、フロントセンサ１３で得られるフロント６の姿
勢情報（電気信号）に加えて、本実施形態に固有の傾斜
角センサ１４により検出される上部旋回体２の水平面Ｈ
ｃに対する現時点の傾斜角θ（＝θ_N)が、コントロール
ユニット１７に入力される。

【００４２】上述したように、図７の傾斜面Ｓｃを基準
域として基準域設定手段２０に設定してあるとき、この
傾斜面Ｓｃの設定情報，その設定時点の傾斜角θ（＝θ
_S)，現時点の傾斜角θ（＝θ_N)，フロントセンサ１３で
得られるフロント６の姿勢情報が、すべてバケット位置
算出手段２１に与えられる。バケット位置算出手段２１
は、与えられたフロント６の姿勢情報に基づき、基準点
Ｏに対するバケット５の位置、例えば先端部の位置を示
す位置情報を算出し、傾斜面Ｓｃの設定情報及び上部旋
回体２の傾斜角θ（＝θ_S,θ_N)とともに換算手段２２に
与える。

【００４３】換算手段２２は、与えられた位置情報を、
基準域すなわち傾斜面Ｓｃの設定情報にしたがって換算
して、傾斜面Ｓｃからバケット５の先端部が位置する掘
削面Ｓｎまでの距離、すなわち図７に示す距離Ｌ_Snを求
める。このとき、θ_S及びθ_Nが異なっていれば、例えば
下部走行体１の移動のために基準域を設定した後で傾斜
角θが変動しているので、この変動の影響を加味して距
離Ｌ_Snを求める。判定手段２４は、掘削深さ設定手段２
３に設定してある掘削深さ、すなわち傾斜面Ｓｃと掘削
設定域である面Ｓｔとの間の距離Ｌ_Stと上述した距離Ｌ
_Snとの比較判定を行う。そして、距離Ｌ_St＞距離Ｌ_Snの
とき、すなわちバケット５の先端部が傾斜面Ｓｃと平行
な掘削設定域Ｓｔに達していないとき、指令制御部２５
は、ソレノイドバルブユニット１８に対し、ブーム用パ
イロットバルブ７ａ及びアーム用パイロットバルブ８ａ
から供給された一次側パイロット圧信号P_7a1〜P_8b1をそ
のまま二次側パイロット圧信号P_7a2〜P_8b2としてコント
ロールバルブ１９に与える指令制御を行う。コントロー
ルバルブ１９は、この二次側パイロット圧信号P_7a2〜P
_8b2に応じてフロント６の駆動制御を行うので、バケッ
ト５の先端部が掘削設定域Ｓｔに達していなければ、そ
のままオペレータの操作に応じた掘削動作が継続され
る。

【００４４】一方、距離Ｌ_St≦距離Ｌ_Snのとき、すなわ
ちバケット５の先端部が傾斜面Ｓｃと平行な掘削設定域
Ｓｔに達しているとき、指令制御部２５は、ソレノイド
バルブユニット１８に対し、バケット５が掘削設定域Ｓ
ｔを超えて掘削しないよう抑制した二次側パイロット圧
信号P_7a2〜P_8b2をコントロールバルブ１９に与える指令
制御を行う。コントロールバルブ１９は、この二次側パ
イロット圧信号P_7a2〜P_8b2に応じてフロント６の駆動制
御を行うので、バケット５の先端部が掘削設定域Ｓｔに
達していれば、掘削設定域Ｓｔを超えて地面の掘削を進
める動作は抑止され、掘削設定域Ｓｔに沿った掘削動作
のみが継続される。

【００４５】このように、本実施形態によれば、フロン
トセンサ１３で求められる姿勢情報と基準域設定手段２
０にあらかじめ設定された基準域の設定情報とに基づ
き、この基準域からバケット５までの距離が、バケット
位置算出手段２１及び換算手段２２によって求められ
る。このとき、下部走行体１が移動したことで基準域設
定時点の傾斜角θ（＝θ_S)と現時点の傾斜角θ（＝θ_N)
とが異なっていれば、この影響を加味して基準域からバ
ケット５までの距離が求められる。そして、この距離
が、掘削深さ設定手段２３にあらかじめ設定された掘削
深さに達しているか否か、判定手段２４により比較判定
される。この比較判定の結果、基準域からバケット５ま
での距離が設定された掘削深さに達しているとき、指令
制御部２５は、バケット５が掘削設定域を超えて掘削し
ないよう抑制した二次側パイロット圧信号P_7a2〜P_8b2を
コントロールバルブ１９に与える指令制御を行う。

【００４６】したがって、鉛直線Ｖｃに直交する水平面
Ｈｃをこの基準域の設定情報として基準域設定手段２０
にあらかじめ設定し、距離Ｌ_Htを掘削深さとして掘削深
さ設定手段２３にあらかじめ設定しておけば、最初の実
施形態と同様、水平面Ｈｃと平行な掘削深さＬ_Htの仮想
的な面Ｈｔに一致するよう掘削することができる。ま
た、本実施形態では特に、掘削中に下部走行体１を移動
させたことによって油圧ショベルの傾きが変化していて
も、この変動の影響を全く受けずに水平面Ｈｃと平行な
掘削深さＬ_Htの仮想的な面Ｈｔに一致するよう掘削する
ことができる。

【００４７】そしてさらに、地表の傾斜面Ｓｃをこの基
準域の設定情報として基準域設定手段２０にあらかじめ
設定し、距離Ｌ_Stを掘削深さとして掘削深さ設定手段２
３にあらかじめ設定しておけば、最初の実施形態と同
様、掘削された地面の状態を適切に測定してオペレータ
と連絡し合う補助作業員を必要とすることなく、地表の
傾斜面Ｓｃと平行な掘削深さＬ_Stの仮想的な面Ｓｔに一
致するよう掘削することができ、従来より掘削の作業効
率を向上させるとともに、常に一定の掘削精度を得るこ
とができる。また、本実施形態では特に、掘削中に下部
走行体１を移動させたことによって油圧ショベルの傾き
が変化していても、この変動の影響を全く受けずに傾斜
面Ｓｃと平行な掘削深さＬ_Stの仮想的な面Ｓｔに一致す
るよう掘削することができる。

【００４８】なお、上述した実施形態はいずれも基準域
指示手段１５を設けることで、水平面Ｈｃと平行な面Ｈ
ｔ及び地表の傾斜面Ｓｃと平行な面Ｓｔのどちらか一方
を掘削設定域として設定するようにして、水平な掘削設
定域Ｈｔ及び傾斜させた掘削設定域Ｓｔのいずれかに一
致するよう掘削する際の油圧ショベルの操作性の向上を
図り、この油圧ショベルを用いる掘削の作業効率をさら
に向上させている場合について説明したが、本発明はこ
れのみに限られるものではなく、例えば、水平面に対す
る前後左右方向のオフセット傾斜角で基準域を表すこと
とし、所望のオフセット傾斜角を基準域設定手段２０に
設定し得るようにすれば、傾斜面Ｓｃ及び水平面Ｈｃの
どちらとも平行でない仮想的な掘削設定域に一致するよ
う掘削することもできる。

【００４９】また、上述した本実施形態は、操作信号を
パイロット圧信号とした場合を例示したが、これ以外に
も、例えば操作信号を電気信号として、この電気信号を
与えることにより、駆動制御部すなわちコントロールバ
ルブ１９を動作させるようにすることも可能である。ま
た、基準域及び掘削設定域として面による設定を例示し
たが、面ではなく線分による設定としてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の油
圧ショベルの請求項１に係る発明によれば、フロントセ
ンサで求められる姿勢情報と基準域設定手段にあらかじ
め設定された基準域の設定情報とに基づき、この基準域
からバケットまでの距離が、バケット位置算出手段及び
換算手段によって求められる。そして、この距離が、掘
削深さ設定手段にあらかじめ設定された掘削深さに達し
ているか否か、判定手段により比較判定される。この比
較判定の結果、基準域からバケットまでの距離が設定さ
れた掘削深さに達しているとき、指令制御部は、バケッ
トが掘削設定域を超えて掘削しないよう抑制したパイロ
ット圧信号をコントロールバルブに与える指令制御を行
う。

【００５１】したがって、鉛直線に直交する水平面をこ
の基準域の設定情報として基準域設定手段にあらかじめ
設定し、この基準域から掘削設定域までの距離を掘削深
さとして掘削深さ設定手段にあらかじめ設定しておけ
ば、水平面からバケットまでの距離が掘削深さに達して
以後、コントロールバルブに与えられるパイロット圧信
号は、バケットが掘削設定域を超えて掘削しないよう指
令制御部によって自動的に抑制されるため、従来と同
様、水平面と平行な掘削深さの仮想的な掘削設定域に一
致するよう掘削することができる。

【００５２】そしてさらに、地表の傾斜面をこの基準域
の設定情報として基準域設定手段にあらかじめ設定し、
この基準域から掘削設定域までの距離を掘削深さとして
掘削深さ設定手段にあらかじめ設定しておけば、地表の
傾斜面からバケットまでの距離が掘削深さに達して以
後、コントロールバルブに与えられるパイロット圧信号
は、バケットが掘削設定域を超えて掘削しないよう指令
制御部によって自動的に抑制されるため、掘削された地
面の状態を適切に測定してオペレータと連絡し合う補助
作業員を必要とすることなく、地表の傾斜面と平行な掘
削深さの仮想的な掘削設定域に一致するよう掘削するこ
とができ、従来より掘削の作業効率を向上させるととも
に、常に一定の掘削精度を得ることができる。

【００５３】また、特に請求項２に係る発明によれば、
基準域指示手段を操作することで、上述した基準域を水
平面及び地表の傾斜面のいずれか一方に簡単に切り替え
設定することができるため、水平面及び地表の傾斜面の
いずれかと平行な掘削深さの仮想的な掘削設定域に一致
するよう掘削する際の油圧ショベルの操作性の向上を図
り、この油圧ショベルを用いる掘削の作業効率をさらに
向上させることができる。

【００５４】また、特に請求項３に係る発明によれば、
掘削中に下部走行体を移動させたことによって油圧ショ
ベルの傾きが変化していても、この変動の影響を全く受
けずに基準域と平行な地中の仮想的な掘削設定域に一致
するよう掘削することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の油圧ショベルの一実施形態の基本構造
を示す図である。

【図２】図１の油圧ショベルの駆動制御を行う油圧系統
を示す図である。

【図３】図１及び図２の油圧ショベルによる掘削作業を
示す図である。

【図４】図１及び図２の油圧ショベルの主要部分の接続
関係を示す図である。

【図５】本発明の油圧ショベルの他の実施形態の駆動制
御を行う油圧系統を示す図である。

【図６】図５の油圧ショベルの主要部分の接続関係を示
す図である。

【図７】図５及び図６の油圧ショベルによる掘削作業を
示す図である。

【符号の説明】

１下部走行体２上部旋回体６フロント７ブームシリンダ８アームシリンダ９バケットシリンダ１０ブーム角度センサ１１アーム感度センサ１２バケットシリンダストロークセンサ１３フロントセンサ１４傾斜角センサ１５基準域指示手段１６掘削深さ指示手段１７コントロールユニット１８ソレノイドバルブユニット１９コントロールバルブ２０基準域設定手段２１バケット位置算出手段２２換算手段２３掘削深さ設定手段２４判定手段２５指令制御部Ｏ油圧ショベルの下部走行体１が載置された接地面の
基準位置Ｖｃ基準位置Ｏにおける鉛直線Ｈｃ鉛直線Ｖｃに直交する水平面Ｈｔ水平面Ｈｃと平行な地中の仮想的な設定面Ｓｃ基準位置Ｏにおける地表の傾斜面Ｓｔ傾斜面Ｓｃと平行な地中の仮想的な設定面Ｌ_Hn 水平面Ｈｃから掘削面Ｈｎまでの距離Ｌ_Ht 水平面Ｈｃから面Ｈｔまでの距離Ｌ_Sn 傾斜面Ｓｃから掘削面Ｓｎまでの距離Ｌ_St 傾斜面Ｓｃから面Ｓｔまでの距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部走行体及びこの下部走行体に装着さ
れた上部旋回体と、前記上部旋回体に対し回動可能に連結され、その先端に
バケットを有するフロントと、前記フロントの姿勢情報を求めるフロントセンサと、前記姿勢情報に基づき、外部から供給される操作信号を
制御し、駆動信号として出力するコントロールユニット
と、前記コントロールユニットから出力された前記駆動信号
に応じて前記フロントの駆動制御を行う駆動制御部とを
備えた油圧ショベルにおいて、前記コントロールユニットに、前記下部走行体が載置された接地域の所定の基準点から
所定の掘削設定域までの掘削深さをあらかじめ設定して
おく掘削深さ設定手段と、前記基準点が含まれる所定の基準域をあらかじめ設定し
ておく基準域設定手段と、前記フロントセンサで求められる前記姿勢情報に基づ
き、前記上部旋回体に対する前記バケットの位置を示す
位置情報を算出するバケット位置算出手段と、前記位置情報を換算して前記基準域から前記バケットま
での距離を求める換算手段と、前記換算手段により得られた前記距離及び前記掘削深さ
設定手段に設定された前記掘削深さに基づき、前記バケ
ットが前記掘削設定域に達しているか否か判定する判定
手段と、前記バケットが前記掘削設定域に達していないとき、供
給された前記操作信号に相応する駆動信号を前記駆動制
御部に与える指令制御を行い、前記バケットが前記掘削
設定域に達しているとき、前記バケットが前記掘削設定
域を超えて掘削しないよう抑制した駆動信号を前記駆動
制御部に与える指令制御を行う指令制御部とを設けたこ
とを特徴とする油圧ショベル。
【請求項２】前記基準域設定手段に、前記基準点が含
まれる鉛直線に直交する水平域及び前記基準点が含まれ
る前記接地域のいずれか一方を前記基準域として設定す
る基準域指示手段を設けたことを特徴とする請求項１記
載の油圧ショベル。
【請求項３】前記上部旋回体の前記水平域に対する傾
斜角を求める傾斜角センサを設け、前記換算手段は、前記傾斜角センサにより得られる前記
傾斜角に基づき、常に鉛直線と所定の相対角度をなす前
記基準域から前記バケットまでの距離を求めることを特
徴とする請求項１または２記載の油圧ショベル。
【請求項４】前記駆動制御部はコントロールバルブで
あり、前記操作信号は所定のパイロットバルブに対する
操作に応じたパイロット圧信号であることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか一項記載の油圧ショベル。