JPH10252094A

JPH10252094A - 建設機械の制御装置

Info

Publication number: JPH10252094A
Application number: JP5595597A
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: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-22
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: JP3580976B2

Abstract

(57)【要約】【課題】建設機械の制御装置に関し、フィードバック
制御時の制御偏差を考慮してブーム，スティックなどの
アーム部材を制御することにより、常に、フィードバッ
ク偏差情報を無くした理想的な状態でアーム部材を動作
させて所定の作業を高精度に行なえるようにする。【解決手段】一対のアーム部材のそれぞれが、自己以
外の他のアーム部材の制御系１Ａ′（１Ｂ′）における
フィードバック偏差情報に基づいて、自己のアーム部材
の制御系１Ｂ′（１Ａ′）における制御目標値を補正す
べく、相互に連携して制御されるように構成する。

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１４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にて得られた、ブーム２００，スティック３
００，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を適宜そ
れぞれ油圧シリンダ１２０，１２１，１２２で駆動し
て、バケットの進行方向或いはバケットの姿勢を一定に
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、上述の油圧ショベルは、少なくとも
ブーム２００（油圧シリンダ１２０）及びスティック３
００（油圧シリンダ１２１）が電磁弁などを用いてそれ
ぞれ独立した電気制御系（フィードバックループ制御
系）により制御されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に油圧
ショベルでは、例えば、地面を平坦にならす（法面形
成）といった作業を行なうために、バケット４００の歯
先（つまり、スティック３００）を直線的に動かすとい
う動作が必要になるが、上述のような従来のものでは、
ブーム２００及びスティック３００をそれぞれ油圧シリ
ンダ１２０，１２１により独立制御されるようになって
いるため、法面を高精度に仕上げることが非常に困難に
なっている。

【０００６】すなわち、上述のごとくブーム２００及び
スティック３００を電磁弁などを用いて電気的にフィー
ドバック制御する場合、それぞれ対応する油圧シリンダ
１２０，１２１を独立して制御すると、たとえそれぞれ
のフィードバック制御偏差が小さくても、ブーム２０
０，スティック３００の位置（姿勢）によっては、これ
らの制御偏差が無視できなくなり、目標とするバケット
４００の歯先位置（制御目標値）に対する誤差が非常に
大きくなってしまう場合がある。

【０００７】例えば、バケット４００がこれから法面を
形成しようとしている位置にあるときに、上記の制御偏
差のためにスティック３００に対してブーム２００の制
御が遅れると、バケット４００の歯先が地面に食い込む
ことになり、逆に、ブーム２００に対してスティック３
００の制御が遅れると、バケット４００が宙に浮いたま
ま動作する状態となってしまう。

【０００８】このように、ブーム２００及びスティック
３００をそれぞれ完全に独立制御することは、制御目標
値を維持しながらブーム２００及びスティック３００を
動作させることを極めて困難にしてしまっている。本発
明は、このような課題に鑑み創案されたもので、上記フ
ィードバック制御時の制御偏差を考慮してブーム，ステ
ィックなどのアーム部材を制御することにより、常に、
フィードバック偏差情報を無くした理想的な状態でアー
ム部材を動作させて所定の作業を高精度に行なえるよう
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。

【０００９】

【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、建設機械本体に装備
された関節式アーム機構を構成する相互に枢着された少
なくとも一対のアーム部材をシリンダ式アクチュエータ
で駆動する際に、検出された上記の各アーム部材の姿勢
情報に基づいて、上記の各アーム部材が所定の姿勢とな
るように、シリンダ式アクチュエータをフィードバック
制御する建設機械の制御装置において、上記の一対のア
ーム部材のそれぞれが、自己以外の他のアーム部材の制
御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、自己
のアーム部材の制御系における制御目標値を補正すべ
く、相互に連携して制御されるように構成されたことを
特徴としている。

【００１０】上述のごとく構成された本発明の制御装置
では、上記の一対のアーム部材をそれぞれ制御する際、
自己以外の他のアーム部材の制御系におけるフィードバ
ック偏差情報に基づいて、自己のアーム部材の制御系に
おける制御目標値を補正しながら各アーム部材を相互に
連携して制御するので、フィードバック偏差情報を無く
した理想的な状態で各アーム部材を動作させることがで
きる。

【００１１】また、請求項２記載の本発明の建設機械の
制御装置は、建設機械本体と、この建設機械本体に一端
部を枢着され他端側に作業部材を有するとともに、関節
部を介して相互に接続された少なくとも一対のアーム部
材を有する関節式アーム機構と、伸縮動作を行なうこと
により該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と、上
記の各アーム部材の姿勢情報を検出する姿勢検出手段
と、この姿勢検出手段で検出された検出結果に基づい
て、上記の各アーム部材が所定の姿勢となるように、上
記のシリンダ式アクチュエータを制御する制御手段とを
そなえ、この制御手段が、上記一対のアーム部材のうち
の一方のアーム部材のための第１シリンダ式アクチュエ
ータをフィードバック制御する第１制御系と、上記一対
のアーム部材のうちの他方のアーム部材のための第２シ
リンダ式アクチュエータをフィードバック制御する第２
制御系とをそなえるとともに、この第２制御系における
フィードバック偏差情報に基づいて、第１制御系の制御
目標値を補正する第１補正制御系と、第１制御系におけ
るフィードバック偏差情報に基づいて、第２制御系の制
御目標値を補正する第２補正制御系とをそなえて構成さ
れたことを特徴としている。

【００１２】上述のごとく構成された本発明の制御装置
では、制御手段（第１，第２制御系）が姿勢検出手段で
検出された検出結果に基づいて各アーム部材が所定の姿
勢となるように上記の各（第１，第２）アクチュエータ
を制御する際、第１，第２補正制御系がそれぞれ第２，
第１制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて
自己（第１，第２）の制御系の制御目標値を補正するの
で、各アクチュエータの制御状態を相互に考慮した制御
目標値の補正が行なわれ、各アーム部材はフィードバッ
ク偏差情報を無くした理想的な状態で動作する。

【００１３】さらに、請求項３記載の本発明の建設機械
の制御装置は、上記請求項２記載の構成において、姿勢
検出手段が、シリンダ式アクチュエータの伸縮変位情報
を検出する伸縮変位検出手段として構成されたことを特
徴としている。これにより、本制御装置では、各アーム
部材の姿勢情報を、シリンダ式アクチュエータの伸縮変
位情報を検出することによって簡便に検出することがで
きる。

【００１４】また、請求項４記載の本発明の建設機械の
制御装置は、上記請求項２記載の構成において、第１補
正制御系に、第２制御系におけるフィードバック偏差情
報から第１制御系の制御目標値を補正するための第１補
正値を発生する第１補正値発生部が設けられるととも
に、第２補正制御系に、第１制御系におけるフィードバ
ック偏差情報から第２制御系の制御目標値を補正するた
めの第２補正値を発生する第２補正値発生部が設けれら
たことを特徴としている。

【００１５】これにより、本制御装置では、第１補正制
御系に第１補正値発生部を設け、第２補正制御系に第２
補正値発生部を設けるという簡素な構成で、第１制御系
の制御目標値を補正するための第１補正値，第２制御系
の制御目標値を補正するための第２補正値をそれぞれ発
生して、確実に、制御目標値の補正を行なうことができ
る。

【００１６】さらに、請求項５記載の本発明の建設機械
の制御装置は、上記請求項４記載の構成において、第１
補正制御系に、上記の第１補正値に対して第１重み係数
を付加する第１重み係数付加部が設けられたことを特徴
としている。これにより、第１補正制御系では、第１制
御系の制御目標値を補正するための第１補正値を必要に
応じて可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟
に行なうことができる。

【００１７】また、請求項６記載の本発明の建設機械の
制御装置は、上記請求項４記載の構成において、第２補
正制御系に、上記の第２補正値に対して第２重み係数を
付加する第２重み係数付加部が設けられたことを特徴と
している。これにより、第２補正制御系でも、第２制御
系の制御目標値を補正するための第２補正値を必要に応
じて可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟に
行なうことができる。

【００１８】さらに、請求項７記載の本発明の建設機械
の制御装置は、建設機械本体と、この建設機械本体に対
して、一端が回動可能に接続されるブームと、このブー
ムに対して一端が関節部を介して回動可能に接続される
とともに、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容可能な
バケットを他端に枢着されるスティックと、上記の建設
機械本体とブームとの間に介装され、端部間の距離が伸
縮することによりブームを建設機械本体に対して回転さ
せるブーム油圧シリンダと、上記のブームとスティック
との間に介装され、端部間の距離が伸縮することによ
り、スティックをブームに対して回転させる、スティッ
ク油圧シリンダと、ブームの姿勢情報を検出するブーム
姿勢検出手段と、スティックの姿勢情報を検出するステ
ィック姿勢検出手段と、ブーム姿勢検出手段の検出結果
に基づいて、ブーム油圧シリンダをフィードバック制御
するブーム制御系と、スティック姿勢検出手段の検出結
果に基づいて、スティック油圧シリンダをフィードバッ
ク制御するスティック制御系と、このスティック制御系
におけるフィードバック偏差情報に基づいて、ブーム制
御系の制御目標値を補正するブーム補正制御系と、ブー
ム制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、
スティック制御系の制御目標値を補正するスティック補
正制御系とをそなえて構成されたことを特徴としてい
る。

【００１９】上述のごとく構成された本発明の建設機械
の制御装置では、ブーム／スティック制御系が対応する
ブーム／スティック姿勢検出手段で検出された検出結果
に基づいてブーム／スティック油圧シリンダをフィード
バック制御する際、ブーム／スティック補正制御系がそ
れぞれスティック／ブーム制御系におけるフィードバッ
ク偏差情報に基づいて自己の制御系の制御目標値を補正
するので、常に、各油圧シリンダの制御状態を相互に考
慮した制御目標値の補正が行なわれ、ブーム，スティッ
クはそれぞれフィードバック偏差情報の無い理想的な状
態で動作する。

【００２０】また、請求項８記載の本発明の建設機械の
制御装置は、上記請求項７記載の構成において、ブーム
姿勢検出手段が、ブーム油圧シリンダの伸縮変位情報を
検出するブーム油圧シリンダ伸縮変位検出手段として構
成されるとともに、スティック姿勢検出手段が、スティ
ック油圧シリンダの伸縮変位情報を検出するスティック
油圧シリンダ伸縮変位検出手段として構成されたことを
特徴としている。

【００２１】これにより、本制御装置では、ブーム／ス
ティックの姿勢情報を、ブーム／スティック油圧シリン
ダの伸縮変位情報を検出することによって簡便に検出す
ることができる。さらに、請求項９記載の本発明の建設
機械の制御装置は、上記請求項７記載の構成において、
ブーム補正制御系に、スティック制御系におけるフィー
ドバック偏差情報からブーム制御系の制御目標値を補正
するたためのブーム補正値を発生するブーム補正値発生
部が設けられるとともに、上記のスティック補正制御系
に、ブーム制御系におけるフィードバック偏差情報から
スティック制御系の制御目標値を補正するたためのステ
ィック補正値を発生するスティック補正値発生部が設け
られたことを特徴としている。

【００２２】これにより、本制御装置では、ブーム補正
制御系にブーム補正値発生部を設け、スティック補正制
御系にスティック補正値発生部を設けるという簡素な構
成で、ブーム制御系の制御目標値を補正するためのブー
ム補正値，スティック制御系の制御目標値を補正するた
めのスティック補正値をそれぞれ発生して、確実に、制
御目標値の補正を行なうことができる。

【００２３】また、請求項１０記載の本発明の建設機械
の制御装置は、上記請求項９記載の構成において、ブー
ム補正制御系に、上記のブーム補正値に対してブーム重
み係数を付加するブーム重み係数付加部が設けられたこ
とを特徴としている。これにより、ブーム補正制御系で
は、ブーム制御系の制御目標値を補正するためのブーム
補正値を必要に応じて可変にすることができ、制御目標
値の補正を柔軟に行なうことができる。

【００２４】さらに、請求項１１記載の本発明の建設機
械の制御装置は、上記請求項９記載の構成において、ス
ティック補正制御系に、上記のスティック補正値に対し
てスティック重み係数を付加するスティック重み係数付
加部が設けられたことを特徴としている。これにより、
スティック補正制御系でも、スティック制御系の制御目
標値を補正するためのスティック補正値を必要に応じて
可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟に行な
うことができる。

【００２５】

【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。

【００２６】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。なお、図１
において符号１１２で示すものはバケット４００の歯先
である。

【００２７】このように、ブーム２００，スティック３
００，バケット４００で、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として
のブーム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。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１２１，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１
２０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１２１をスティックシリンダ１２１又
は単にシリンダ１２１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。

【００２８】ここで、ブームシリンダ１２０は、上部旋
回体１００に対して一端が回動可能に接続されるととも
に、ブーム２００に対して他の一端が回動可能に接続さ
れ、即ち上部旋回体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２
００を上部旋回体１００に対して回動させることができ
るものである。

【００２９】また、スティックシリンダ１２１は、ブー
ム２００に対して一端が回動可能に接続されるととも
に、スティック３００に対して他の一端が回動可能に接
続され、即ちブーム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。

【００３０】さらに、バケットシリンダ１２２は、ステ
ィック３００に対して一端が回動可能に接続されるとと
もに、バケット４００に対して他の一端が回動可能に接
続され、即ちスティック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１
２２の先端部には、リンク機構１３０が設けられてい
る。

【００３１】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。

【００３２】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，主制御弁
（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，３Ｃ，電
磁切替弁４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，セレクタ弁１８Ａ，１８
Ｂ，１８Ｃ等が介装されている。

【００３３】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。

【００３４】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が、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
調整は可能である。

【００３５】上記の半自動制御モードとしては、バケッ
ト角制御モード（図９参照），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１０
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１１参照），バケッ
ト角自動復帰モード（オートリターンモード）（図１２
参照）等がある。

【００３６】ここで、バケット角制御モードは、図９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、モニタパネル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４０
０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。

【００３７】法面掘削モードは、図１０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は動かない。また、
バケット４００の移動に伴いバケット角φ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１１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り、バケット角φも
掘削中一定に保たれる。

【００３８】なお、本実施形態では、後述するように、
法面掘削モードにおいてバケット４００の歯先１１２
（スティック３００）を精度高く直線的に動かすことが
できるよう、従来のようにブーム２００，スティック３
００を完全に独立したフィードバック制御系により制御
するのではなく、相互に連携して制御するようになって
いる。

【００３９】バケット自動復帰モードは、図１２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。このモードはブーム／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。

【００４０】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／バケット操作レバー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。

【００４１】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の操作量が目標法面角
に対して平行方向のバケット歯先移動速度を与え、ブー
ム／バケット操作レバー６の操作量が垂直方向のバケッ
ト歯先移動速度を与えるようになっている。従って、ス
ティック操作レバー８を動かすと、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／バケット操作レバー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。

【００４２】また、法面掘削モード，スムージングモー
ドでは、ブーム／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。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。

【００４３】また、半自動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。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１６，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，ＯＮ−ＯＦＦスイッチ７，
９，目標法面角設定器付きモニタパネル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。

【００４４】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及びポンプ５１，５２の傾転角を
制御するもので、コントローラ１との間で協調情報を遣
り取りできるようになっている。又、レゾルバ２０〜２
２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。

【００４５】圧力センサ１９は、スティック３００の伸
縮用，ブーム２００の上下用の各操作レバー６，８から
主制御弁１３，１４，１５に接続されているパイロット
配管に取り付けられて、パイロット配管内のパイロット
油圧を検出するものであるが、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。

【００４６】圧力センサ２８Ａ，２８Ｂはブームシリン
ダ１２０，スティックシリンダ１２１の伸長伸縮状態を
検出するものである。なお、スティック操作レバー８は
設定された掘削斜面に対して平行方向のバケット歯先移
動速度を決定するものとして使用され、ブーム／バケッ
ト操作レバー６は設定斜面に対して垂直方向のバケット
歯先移動速度を決定するものとして使用される。従っ
て、スティック操作レバー８とブーム／バケット操作レ
バー６の同時操作時は設定斜面に対して平行及び垂直方
向の合成ベクトルにてバケット歯先の移動方向とその速
度が決定されることになる。

【００４７】圧力スイッチ１６は、ブーム２００，ステ
ィック３００，バケット４００のための操作レバー６，
８用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、操作レバー６，８が中立か否かを検出するた
めに使用される。即ち、操作レバー６，８が中立状態の
時、圧力スイッチ１６の出力がＯＦＦとなり、操作レバ
ー６，８が使用されると、圧力スイッチ１６の出力がＯ
Ｎとなる。なお、中立検出用圧力スイッチ１６は上記圧
力センサ１９の異常検出及び手動／半自動モードの切替
用としても利用される。

【００４８】レゾルバ２０は、ブーム２００の姿勢をモ
ニタしうるブーム２００の建設機械本体１００への枢着
部（関節部）に設けられてブーム２００の姿勢（姿勢情
報）を検出する第１角度センサ（ブーム姿勢検出手段）
として機能するものであり、レゾルバ２１は、スティッ
ク３００の姿勢をモニタしうるスティック３００のブー
ム２００への枢着部（関節部）に設けられてスティック
３００の姿勢を検出する第２角度センサ（スティック姿
勢検出手段）として機能するものである。

【００４９】また、レゾルバ２２は、バケット４００の
姿勢をモニタしうる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で、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
ている。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（ブームの姿勢情報）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（スティックの姿勢情報）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１２２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ある。

【００５０】つまり、本実施形態では、信号変換器２６
とブーム姿勢検出手段としてのレゾルバ２０とで、ブー
ム油圧シリンダ１２０の伸縮変位情報を検出するブーム
油圧シリンダ伸縮変位検出手段が構成され、信号変換器
２６とスティック姿勢検出手段としてのレゾルバ２１と
で、スティック油圧シリンダ１２１の伸縮変位情報を検
出するスティック油圧シリンダ伸縮変位検出手段が構成
されている。

【００５１】このため、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２６
Ａ，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の伸縮変位情報を記憶するル
ークアップテーブル２６Ｂ−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（Ｃ
ＰＵ）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。

【００５２】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。尚、節点１０１をｘｙ座標の原点とする（図８参
照）。

【００５３】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。

【００５４】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、半自動システムにお
けるバケット歯先位置は油圧ショベルの上部旋回体１０
０のある１点を原点として演算されるが、上部旋回体１
００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回転することが必要にな
る。傾斜センサ２４はこの座標系の回転分を補正するた
めに使用される。

【００５５】前述のごとく、コントローラ１からの電気
信号によって、電磁比例弁３Ａ〜３Ｃはパイロットポン
プ５０から供給される油圧を制御し、制御された油圧を
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、
シリンダ目標速度が得られるように、主制御弁１３，１
４，１５のスプール位置を制御することが行なわれる
が、切替弁４Ａ〜４Ｃを手動モード側にすれば、手動に
てシリンダを制御することができる。

【００５６】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、半自動モード
が選択又は非選択される。そして、半自動モードが選択
されると、バケット歯先を直線的に動かすことができる
ようになる。

【００５７】さらに、ブーム／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５は電磁比例弁３Ａ〜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。従って、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、速やかにリンケージの
自動制御を停止することができる。

【００５８】また、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。これを補正するため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、バケット歯先の目標移動速度を
遅くするようになっている。

【００５９】目標法面角設定器付きモニタパネル１０
（以下、単に「モニタパネル」と呼ぶ場合がある）は、
目標法面角α（図８，１１参照），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。

【００６０】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い、制御は各シリンダ１２０，
１２１，１２２毎に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。ただし、本実施形態では、後述する
ように各シリンダ１２０，１２１は連携制御されるよう
になっている。

【００６１】また、本実施形態にかかるシステムは、車
両傾斜角センサ２４を用いて、上部旋回体１００の傾斜
による影響を補正し、コントローラ１からの電気信号に
て、シリンダ１２０，１２１，１２２を駆動するために
電磁比例弁３Ａ〜３Ｃを利用した構成にもなっている。
なお、手動／半自動モード切替スイッチ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。

【００６２】つぎに、コントローラ１にて行なわれる半
自動システムの制御アルゴリズムについて述べるが、こ
のコントローラ１に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は概
略図４に示すようになっている。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１２
０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、その情報を基に各シリ
ンダ１２０，１２１，１２２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
決定するとき必要となる。

【００６３】また、コントローラ１は、図３，４に示す
ように、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に制御部
１Ａ，１Ｂ，１Ｃをそなえており、各制御は、図４に示
すように、制御フィードバックループとして構成されて
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。

【００６４】すなわち、目標速度が与えられると、フィ
ードバックループ処理に関しては、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６
２参照）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）を施すルートによる処理がなされ、更にフィードフ
ォワードループ処理に関しては、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る処理がな
されるようになっている。

【００６５】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、この動作情報検出手段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２０
０等のアーム部材及び作業部材（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。

【００６６】なお、動作情報検出手段９１は、具体的に
は、ブーム２００，スティック３００の姿勢を検出する
上述した姿勢情報検出手段８３であるが、この姿勢情報
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９０とにより、検出手段
９３が構成されている。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。なお、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。

【００７０】また、図５に示すように、非線形除去テー
ブル７１が、電磁比例弁３Ａ〜３Ｃや主制御弁１３〜１
５等の非線形性を除去するために設けられているが、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。ところで、本実施
形態では、図４に示すように、ブーム制御系（第１制御
系）１Ａ′にスティック制御系（第２制御系）１Ｂ′に
おけるフィードバック制御偏差（フィードバック偏差情
報）が供給されるとともに、スティック制御系１Ｂ′に
ブーム制御系１Ａ′におけるフィードバック制御偏差が
供給され、各制御系１Ａ′，１Ｂ′においてこのフィー
ドバック制御偏差に基づいてブーム／シリンダの制御目
標値（位置，速度）の補正を行なうようになっている。

【００７１】このため、コントローラ１は、図６に示す
ように、上記のブーム制御系１Ａ′，スティック制御系
１Ｂ′のほかに、スティック制御系１Ｂ′におけるフィ
ードバック制御偏差に基づいてブーム制御系１Ａ′の制
御目標値を補正するブーム（第１）補正制御系１１Ａと
して、ブーム（第１）補正値発生部１１１Ａとブーム
（第１）重み係数付加部１１２Ａとをそなえるととも
に、ブーム制御系１Ａ′におけるフィードバック制御偏
差に基づいてスティック制御系１Ｂ′の制御目標値を補
正するスティック（第２）補正制御系１１Ｂとして、ス
ティック（第２）補正値発生部１１１Ｂとブーム（第
２）重み係数付加部１１２Ｂとを有している。

【００７２】ここで、上記のブーム補正値発生部１１１
Ａは、スティック制御系１Ｂ′におけるフィードバック
制御偏差（以下、単に制御偏差ということがある）から
ブーム制御系１Ａ′におけるブームシリンダ１２０の制
御目標値を補正するためのブーム補正値（ブーム修正
量）を発生するもので、ここでは、この図６中に示すよ
うに、他の制御系であるスティック制御系１Ｂ′からの
制御偏差の大きさに略比例してブーム補正値を大きくす
るように設定されている。

【００７３】また、ブーム補正値発生部１１１Ｂは、ブ
ーム制御系１Ａ′における制御偏差からスティック制御
系１Ｂ′におけるスティックシリンダ１２１の制御目標
値を補正するためのブーム補正値を発生するもので、上
述のブーム補正値発生部１１１Ａと同様に、他の制御系
であるブーム制御系１Ａ′からの制御偏差の大きさに略
比例してブーム補正値を大きくするように設定されてい
る。

【００７４】さらに、ブーム重み係数付加部１１２Ａ，
スティック重み係数付加部１１２Ｂは、それぞれ対応す
るブーム補正値発生部１１１Ａ，スティック補正値発生
部１１１Ｂで発生したブーム補正値，スティック補正値
に対して重み係数を付加するもので、ここでは、例えば
図７に示すように、ブーム補正値にはブーム重み係数付
加部１１２Ａにより実線で示すような特性（バケット４
００の歯先位置と建設機械本体１００との距離に応じて
付加する係数の正負が入れ代わるような特性）を有する
ブーム重み係数がかけられる一方、スティック補正値に
はスティック重み係数付加部１１２Ｂにより破線で示す
ような特性（上記ブーム重み係数と略逆特性）を有する
スティック重み係数がかけられるようになっている。

【００７５】これにより、各補正制御系１１Ａ，１１Ｂ
では、各制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値を補
正するための補正値が可変になり、制御目標値の補正を
柔軟に行なうことができるようになる。なお、上述のよ
うな重み係数付加部１１２Ａ（１１２Ｂ）は各補正制御
系１１Ａ，１１Ｂのいずれか一方のみに設けてもよい
が、ここでは、このように各補正制御系１１Ａ，１１Ｂ
の両方に設けることで、後述する制御偏差の相殺を高速
に行なえるようにしている。

【００７６】以下、上述のごとく構成されたコントロー
ラ１での制御目標値の補正処理について説明する。例え
ば、法面掘削モード（バケット歯先直線掘削モード）に
おいて、バケット４００の歯先位置が建設機械本体１０
０に近い場所に位置するときに、ブーム２００（ブーム
シリンダ１２０）の制御がスティック３００（スティッ
クシリンダ１２１）の制御に対して遅れると、スティッ
ク３００の動作速度が相対的に増加し、スティック制御
系１Ｂ′において制御偏差が生じる。

【００７７】この制御偏差はブーム補正制御系１１Ａの
ブーム補正値発生部１１１Ａに入力され、ブーム補正値
発生部１１１Ａは、受けた制御偏差の大きさに応じて、
ブームシリンダ１２０の制御目標値を上げるためのブー
ム補正値を発生するが、今、バケット４００の歯先位置
が建設機械本体１００に近い場所に位置するので、この
ブーム補正値にはブーム重み係数付加部１１２Ａにおい
てその値を大きくするような正の重み係数がかけられる
（図７中の実線参照）。

【００７８】そして、このように重み係数をかけられた
ブーム補正値はブームシリンダ１２０の目標値と加算さ
れ、この結果、ブームシリンダ１２０の動作速度が増加
する。一方、このとき、ブーム制御系１Ａ′で生じた制
御偏差がスティック補正制御系１１Ｂのスティック補正
値発生部１１１Ｂに入力されており、スティック補正値
発生部１１１Ｂは、受けた制御偏差の大きさに応じて、
上述のブーム補正値発生部１１１Ａとは逆に、スティッ
クシリンダ１２１の制御目標値を減少させるためのステ
ィック補正値を発生するが、今、上述バケット４００の
歯先位置が建設機械本体１００に近い場所に位置するの
で、このスティック補正値にはスティック重み係数付加
部１１２Ｂにおいてその値を小さくするような負の重み
係数がかけられる（図７中の破線参照）。

【００７９】そして、このように重み係数をかけられた
スティック補正値はスティックシリンダ１２１の目標値
と加算され、この結果、スティックシリンダ１２１の動
作速度が減少する。これにより、ブーム制御系１Ａ′に
おける制御偏差とスティック制御系１Ｂ′における制御
偏差とが相互に相殺されることになり、ブーム２００，
スティック３００は法面掘削モード（バケット歯先直線
掘削モード）での直線的な掘削作業を安定して高精度に
行なうことができる。

【００８０】なお、バケット４００の歯先位置が建設機
械本体１００から遠い場所に位置するときに、ブーム２
００（ブームシリンダ１２０）の制御がスティック３０
０（スティックシリンダ１２１）の制御に対して遅れる
と、スティック３００の動作速度も遅れるが、この場合
は、ブーム重み係数付加部１１２Ａにてブーム補正値に
負の重み係数がかけられるとともに、ブーム重み係数付
加部１１２Ｂにてブーム補正値に正の重み係数がかけら
れるので、スティックシリンダ１２１の動作速度が相対
的に増加し制御偏差が相互に相殺されることになる。

【００８１】つまり、上述のコントローラ１は、ブーム
２００，スティック３００をそれぞれ制御する際、自己
以外の制御系１Ｂ′，１Ａ′における制御偏差に基づい
て、自己の制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値を
補正しながらブーム２００，スティック３００を相互に
連携して制御して、常に、各制御系１Ａ′，１Ｂにおけ
る制御偏差を無くした理想的な状態でブーム２００，ス
ティック３００を動作させるようになっているのであ
る。

【００８２】このような構成により、油圧ショベルを用
いて、図１３に示すような目標法面角αの法面掘削作業
を半自動で行なう際に、本発明によるシステムでは、従
来の手動制御のシステムに比して、ブーム２００及びス
ティック３００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。即ち、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、この
コントローラ１が、これらのセンサからの検出信号（信
号変換器２６を介したレゾルバ２０〜２２での検出信号
も含む）に基づき、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、
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な制御を施して、上記のような
半自動制御を実行するのである。

【００８３】そして、この半自動制御に際しては、ま
ず、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、その情報を基に各シリン
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。

【００８４】また、このときの制御は、基本的に、各シ
リンダ１２０，１２１，１２２毎のフィードバックルー
プとしているが、本実施形態では、前述したように、ブ
ーム２００（ブームシリンダ１２０），スティック３０
０（スティックシリンダ１２１）をそれぞれ制御する
際、自己以外の他の制御系１Ｂ′，１Ａ′における制御
偏差に基づいて、自己の制御系１Ａ′，１Ｂ′における
制御目標値をそれぞれ補正制御系１１Ａ，１１Ｂにおい
て補正しながらブーム２００，スティック３００を相互
に連携して制御して、常に、各制御系１Ａ′，１Ｂにお
ける制御偏差を無くした理想的な状態でブーム２００，
スティック３００を動作させる。

【００８５】なお、この半自動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。

【００８６】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及び上記の角度φが決まると求め
られる。

【００８７】スムージングモードでは、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１０８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，ｙ
₁₀₈）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１２１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。

【００８８】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。従って、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。法面掘削モードでは、スムージング
モードと同様の要領の制御でよいが、移動する点が節点
１０８からバケット歯先１１２の位置へ変更され、更に
バケットシリンダ長さが固定されることを考慮した制御
となる。

【００８９】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８における節点１０１を原点としたｘｙ座標系で行
なわれる。従って、車両本体がｘｙ平面に対して傾斜し
た場合、上記ｘｙ座標が回転し、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βだけ回転しているこ
とが検出された場合、βだけ加算した値と置き直すこと
によって補正すればよい。

【００９０】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／バケット操作レバー
６，８の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。

【００９１】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。

【００９２】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、以降と公知の制御手法を使用できるの
である。

【００９３】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へ入力されているので、従来のように、ブ
ーム２００，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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】また、ブーム２００（ブームシリンダ１２
０），スティック３００（スティックシリンダ１２１）
を、従来のようにそれぞれ完全に独立したフィードバッ
ク制御系により制御するのではなく、自己以外の他の制
御系１Ｂ′，１Ａ′における制御偏差に基づいて、自己
の制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値をそれぞれ
補正制御系１１Ａ，１１Ｂにおいて補正しながらブーム
２００，スティック３００を相互に連携して制御して、
常に、各制御系１Ａ′，１Ｂにおける制御偏差を無くし
た理想的な状態でブーム２００，スティック３００を動
作させるので、あらゆる建設作業（特に、バケット歯先
直線掘削モードでの作業）を極めて高精度に行なうこと
ができ、作業の仕上げ精度を大幅に向上することができ
る。

【００９８】さらに、本実施形態では、レゾルバ２０，
２１，信号変換器２６を用いて、ブーム２００，スティ
ック３００の姿勢情報を、それぞれ油圧シリンダ１２
０，１２１２１の伸縮変位情報を検出することによって
簡便に検出することができるので、簡素な構成でブーム
２００，スティック３００の姿勢情報を正確に得ること
ができる。

【００９９】また、図６により前述したように、ブーム
補正制御系１１Ａにブーム補正値発生部１１１Ａを設
け、スティック補正制御系１１Ｂにスティック補正値発
生部１１１Ｂを設けるという簡素な構成で、ブーム制御
系１Ａ′の制御目標値を補正するためのブーム補正値，
スティック制御系１Ｂ′の制御目標値を補正するための
スティック補正値をそれぞれ発生して、確実に、ブーム
シリンダ１２０，スティックシリンダ１２１の制御目標
値の補正を行なうことができるので、補正処理時の信頼
性も向上する。

【０１００】さらに、ブーム補正制御系１１Ａに、ブー
ム重み係数付加部１１２Ａを設けるとともに、スティッ
ク補正制御系１１Ｂに、スティック重み係数付加部１１
２Ｂを設けることにより、各補正値を必要に応じて可変
にすることが可能になっているので、ブームシリンダ１
２０，スティックシリンダ１２１の制御目標値の補正を
柔軟に行なうことができ、ブーム２００，スティック３
００がどのような状態（姿勢）にあっても常に最適な補
正，制御を高速に行なうことができる。なお、このよう
な重み係数付加部１１２Ａ（１１２Ｂ）は各補正制御系
１１Ａ，１１Ｂのいずれか一方のみに設けるようにして
もよい。

【０１０１】また、上述した実施形態では、本発明を油
圧ショベルに適用した場合について説明しているが、本
発明は、これに限定されるものではなく、シリンダ式ア
クチュエータで駆動される関節式アーム機構を有するト
ラクタ，ローダ，ブルドーザ等の建設機械であれば同様
に適用され、いずれの建設機械においても上述と同様の
作用効果を得ることができる。

【０１０２】また、上述した実施形態では、シリンダ式
アクチュエータを動作させる流体圧回路が油圧回路であ
る場合について説明しているが、本発明は、これに限定
されるものではなく、作動油以外の液体圧や空気圧など
による流体圧回路を用いてもよく、この場合も上述した
実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さら
に、上述した実施形態では、油圧回路に介装されたポン
プ５１，５２が吐出量可変型のものである場合について
説明したが、油圧回路に介装されるポンプは吐出量固定
型（固定容量型）のものでもよく、この場合も上述した
実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【０１０３】また、上述した実施形態では、エンジンＥ
が、例えばディーゼルエンジンである場合について説明
したが、本発明は、流体圧回路に吐出圧を作用させるポ
ンプを駆動することのできる原動機（各種内燃機関等）
であればよく、ディーゼルエンジン等に限定されるもの
ではない。そして、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明とそ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。

【０１０４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の建設機械
の制御装置によれば、建設機械本体に装備された関節式
アーム機構を構成する相互に枢着された少なくとも一対
のアーム部材をそれぞれ制御する際、自己以外の他のア
ーム部材の制御系におけるフィードバック偏差情報に基
づいて、自己のアーム部材の制御系における制御目標値
を補正しながら各アーム部材を相互に連携して制御する
ので、常に、フィードバック偏差情報を無くした理想的
な状態で各アーム部材を動作させることができ、これに
より、あらゆる建設作業を極めて高精度に行なうことが
できる（請求項１）。

【０１０５】また、本発明の建設機械の制御装置によれ
ば、第１／第２（ブーム／スティック）制御系が姿勢検
出手段で検出された検出結果に基づいて第１／第２シリ
ンダ式アクチュエータ（ブーム／スティック油圧シリン
ダ）を制御する際、第１／第２（ブーム／スティック）
補正制御系がそれぞれ第２／第１（スティック／ブー
ム）制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて
自己の制御系の制御目標値を補正するので、常に、各ア
クチュエータ（油圧シリンダ）の制御状態を相互に考慮
した制御目標値の補正が行なわれ、各アーム部材（ブー
ム，スティック）はフィードバック偏差情報の無い理想
的な状態で動作する。従って、この場合も、あらゆる建
設作業を極めて高精度に行なうことができるようになる
（請求項２，７）。

【０１０６】なお、上記の姿勢検出手段は、上記のシリ
ンダ式アクチュエータ（ブーム／スティック油圧シリン
ダ）の伸縮変位情報を検出する（ブーム／スティック）
伸縮変位検出手段として構成すれば、各アーム部材（ブ
ーム，スティック）の姿勢情報を、シリンダ式アクチュ
エータ（油圧シリンダ）の伸縮変位情報を検出すること
によって簡便に検出することができるので、簡素な構成
で各アーム部材（ブーム，スティック）の姿勢情報を正
確に得ることができる（請求項３，８）。

【０１０７】また、本制御装置では、上記の第１（ブー
ム）補正制御系に第１（ブーム）補正値発生部を設け、
第２（スティック）補正制御系に第２（スティック）補
正値発生部を設けるという簡素な構成で、第１（ブー
ム）制御系の制御目標値を補正するための第１（ブー
ム）補正値，第２（スティック）制御系の制御目標値を
補正するための第２（スティック）補正値をそれぞれ発
生して、確実に、制御目標値の補正を行なうことができ
るので、補正処理時の信頼性も向上する（請求項４，
９）。

【０１０８】さらに、上記の第１（ブーム）補正制御系
に、上記の第１（ブーム）補正値に対して第１（ブー
ム）重み係数を付加する第１（ブーム）重み係数付加部
を設ければ、第１（ブーム）補正値を必要に応じて可変
にすることができるので、制御目標値の補正を柔軟に行
なうことができ、アーム部材（ブーム）がどのような状
態（姿勢）にあっても常に最適な補正，制御を行なうこ
とができる（請求項５，１０）。

【０１０９】また、上記の第２（スティック）補正制御
系に、上記の第２（スティック）補正値に対して第２
（スティック）重み係数を付加する第２（スティック）
重み係数付加部を設ければ、第２（スティック）補正値
も必要に応じて可変にすることができるので、この場合
も、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができ、アー
ム部材（スティック）がどのような状態（姿勢）にあっ
ても常に最適な補正，制御を行なうことができる（請求
項６，１１）。

【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要部制御ブロック
図である。

【図７】本発明の一実施形態にかかる重み係数付加部の
特性を説明するための図である。

【図８】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９】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１０】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】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１Ａ′ ブーム（第１）制御系１Ｂ′ スティック（第２）制御系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１１Ａブーム（第１）補正制御系１１Ｂスティック（第２）補正制御系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：ブ
ーム姿勢検出手段）２１スティックシリンダ用レゾルバ（第２角度セン
サ：スティック姿勢検出手段）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２７エンジンポンプコントローラ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ループ式補償手段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姿勢検出手段９０運転状態検出手段９１動作情報検出手段１００上部旋回体（建設機械本体）１１１Ａブーム（第１）補正値発生部１１１Ｂスティック（第２）補正値発生部１１２歯先１１２Ａブーム（第１）重み係数付加部１１２Ｂスティック（第２）重み係数付加部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】建設機械本体に装備された関節式アーム
機構を構成する相互に枢着された少なくとも一対のアー
ム部材をシリンダ式アクチュエータで駆動する際に、検
出された上記の各アーム部材の姿勢情報に基づいて、上
記の各アーム部材が所定の姿勢となるように、該シリン
ダ式アクチュエータをフィードバック制御する建設機械
の制御装置において、該一対のアーム部材のそれぞれが、自己以外の他のアー
ム部材の制御系におけるフィードバック偏差情報に基づ
いて、自己のアーム部材の制御系における制御目標値を
補正すべく、相互に連携して制御されるように構成され
たことを特徴とする、建設機械の制御装置。
【請求項２】建設機械本体と、該建設機械本体に一端部を枢着され他端側に作業部材を
有するとともに、関節部を介して相互に接続された少な
くとも一対のアーム部材を有する関節式アーム機構と、伸縮動作を行なうことにより該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
チュエータ機構と、上記の各アーム部材の姿勢情報を検出する姿勢検出手段
と、該姿勢検出手段で検出された検出結果に基づいて、上記
の各アーム部材が所定の姿勢となるように、該シリンダ
式アクチュエータを制御する制御手段とをそなえ、該制御手段が、該一対のアーム部材のうちの一方のアーム部材のための
第１シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御す
る第１制御系と、該一対のアーム部材のうちの他方のアーム部材のための
第２シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御す
る第２制御系とをそなえるとともに、該第２制御系におけるフィードバック偏差情報に基づい
て、該第１制御系の制御目標値を補正する第１補正制御
系と、該第１制御系におけるフィードバック偏差情報に基づい
て、該第２制御系の制御目標値を補正する第２補正制御
系とをそなえて構成されたことを特徴とする、建設機械
の制御装置。
【請求項３】該姿勢検出手段が、該シリンダ式アクチ
ュエータの伸縮変位情報を検出する伸縮変位検出手段と
して構成されたことを特徴とする、請求項２記載の建設
機械の制御装置。
【請求項４】該第１補正制御系に、該第２制御系にお
けるフィードバック偏差情報から該第１制御系の制御目
標値を補正するための第１補正値を発生する第１補正値
発生部が設けられるとともに、該第２補正制御系に、該第１制御系におけるフィードバ
ック偏差情報から該第２制御系の制御目標値を補正する
ための第２補正値を発生する第２補正値発生部が設けら
れたことを特徴とする、請求項２記載の建設機械の制御
装置。
【請求項５】該第１補正制御系に、該第１補正値に対
して第１重み係数を付加する第１重み係数付加部が設け
られたことを特徴とする、請求項４記載の建設機械の制
御装置。
【請求項６】該第２補正制御系に、該第２補正値に対
して第２重み係数を付加する第２重み係数付加部が設け
られたことを特徴とする、請求項４記載の建設機械の制
御装置。
【請求項７】建設機械本体と、該建設機械本体に対して、一端が回動可能に接続される
ブームと、該ブームに対して一端が関節部を介して回動可能に接続
されるとともに、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容
可能なバケットを他端に枢着されるスティックと、該建設機械本体と該ブームとの間に介装され、端部間の
距離が伸縮することにより該ブームを該建設機械本体に
対して回転させるブーム油圧シリンダと、該ブームと該スティックとの間に介装され、端部間の距
離が伸縮することにより、該スティックを該ブームに対
して回転させる、スティック油圧シリンダと、該ブームの姿勢情報を検出するブーム姿勢検出手段と、該スティックの姿勢情報を検出するスティック姿勢検出
手段と、該ブーム姿勢検出手段の検出結果に基づいて、該ブーム
油圧シリンダをフィードバック制御するブーム制御系
と、該スティック姿勢検出手段の検出結果に基づいて、該ス
ティック油圧シリンダをフィードバック制御するスティ
ック制御系と、該スティック制御系におけるフィードバック偏差情報に
基づいて、該ブーム制御系の制御目標値を補正するブー
ム補正制御系と、該ブーム制御系におけるフィードバック偏差情報に基づ
いて、該スティック制御系の制御目標値を補正するステ
ィック補正制御系とをそなえて構成されたことを特徴と
する、建設機械の制御装置。
【請求項８】該ブーム姿勢検出手段が、該ブーム油圧
シリンダの伸縮変位情報を検出するブーム油圧シリンダ
伸縮変位検出手段として構成されるとともに、該スティ
ック姿勢検出手段が、該スティック油圧シリンダの伸縮
変位情報を検出するスティック油圧シリンダ伸縮変位検
出手段として構成されたことを特徴とする、請求項７記
載の建設機械の制御装置。
【請求項９】該ブーム補正制御系に、該スティック制
御系におけるフィードバック偏差情報から該ブーム制御
系の制御目標値を補正するためのブーム補正値を発生す
るブーム補正値発生部が設けられるとともに、該スティック補正制御系に、該ブーム制御系におけるフ
ィードバック偏差情報から該スティック制御系の制御目
標値を補正するためのスティック補正値を発生するステ
ィック補正値発生部が設けられたことを特徴とする、請
求項７記載の建設機械の制御装置。
【請求項１０】該ブーム補正制御系に、該ブーム補正
値に対してブーム重み係数を付加するブーム重み係数付
加部が設けられたことを特徴とする、請求項９記載の建
設機械の制御装置。
【請求項１１】該スティック補正制御系に、該スティ
ック補正値に対してスティック重み係数を付加するステ
ィック重み係数付加部が設けられたことを特徴とする、
請求項９記載の建設機械の制御装置。