JPH10252095A - 建設機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 建設機械の制御装置に関し、アーム部材の実
際の位置（姿勢）を考慮しながらアーム部材の動作を制
御することにより、所定の建設作業を高精度に行なえる
ようにする。 【解決手段】 自己及び自己以外の他のアーム部材の実
際の姿勢情報から自己のアーム部材のための制御系１
Ａ′の実制御目標値を求め、この実制御目標値と演算制
御目標値とから合成制御目標値を求めて、この合成制御
目標値に基づいて、一対のアーム部材のうちの所望のア
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１２０を制御すべく構成する。

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（建設機械本体）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３０
０，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】ここで、このような油圧ショベルによる建
設作業においては、地面の水平均し（法面形成）など、
バケット４００の歯先を直線的に動かす動作（バケット
歯先直線掘削モードと呼ばれる）が必要な場合がある。
この場合、油圧ショベルの制御装置では、ブーム２００
（油圧シリンダ１２０），スティック３００（油圧シリ
ンダ１２１）をそれぞれ電磁弁などを用いて電気的に独
立してフィードバック制御することにより上記の動作を
実現している。

【０００５】具体的には、例えば、スティック３００用
の操作レバー（以下、スティック操作レバーという）の
操作位置から得られる目標バケット歯先位置に基づいて
各油圧シリンダ１２０，１２１の目標位置（制御目標
値）を所定の演算により求め、得られた目標値に基づい
て各油圧シリンダ１２０，１２１をそれぞれ独立してフ
ィードバック制御する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の油圧ショベルの制御装置では、目標バケット
歯先位置から得られた制御目標値に基づいて、各油圧シ
リンダ１２０，１２１をそれぞれ独立してフィードバッ
ク制御するので、例えば、バケット４００が建設機械本
体１００に対して遠方に位置した状態からスティック３
００を建設機械本体１００側へ引いてバケット４００の
歯先を直線的に動かそうとする場合に、ブーム２００の
位置偏差が小さく（遅れが少ない）、スティック３００
の位置偏差が大きい（遅れが多い）と、実際のバケット
４００の歯先位置が目標位置（目標法面）より上方へず
れた状態となってしまい、結果として法面の仕上げ精度
が大幅に低下してしまうという課題がある。

【０００７】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、アーム部材（ブームあるいはスティック）の
実際の位置（姿勢）を考慮しながらアーム部材の動作を
制御することにより、所定の建設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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、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、アーム機構操作部材の操作位置情報から得られた演
算制御目標値に基づいて、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制御す
る建設機械の制御装置において、自己及び自己以外の他
のアーム部材の実際の姿勢情報から自己のアーム部材の
ための制御系の実制御目標値を求め、実制御目標値と演
算制御目標値とから合成制御目標値を求めて、この合成
制御目標値に基づいて、上記一対のアーム部材のうちの
所望の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制御すべく構成されたことを特徴と
している。

【０００９】このような構成により、本発明の建設機械
の制御装置では、アーム機構操作部材の操作位置情報か
ら演算により得られる理想とする演算制御目標値（アー
ム部材を目標とする姿勢に制御するための理想的な目標
値）と、各アーム部材の実際の姿勢から求めた実際の姿
勢を考慮した実制御目標値とを合成した目標値（合成制
御目標値）に基づいて、所望のアーム部材の姿勢を制御
するので、常に、実際のアーム部材の姿勢を自動的に考
慮しながらアーム部材の姿勢を制御することができる
（請求項１）。

【００１０】また、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、アーム機構操作部材
の操作位置情報から演算制御目標値を求める演算制御目
標値設定手段と、この演算制御目標値設定手段で得られ
た演算制御目標値に基づいて、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制
御する制御手段とをそなえ、さらに、この制御手段が、
一対のアーム部材のうちの所望のアーム部材について、
自己及び自己以外の他のアーム部材の実際の姿勢情報か
ら自己のアーム部材のための制御系の実制御目標値を求
める実制御目標値演算手段と、この実制御目標値演算手
段で得られた実制御目標値と演算制御目標値設定手段で
得られた演算制御目標値とから合成制御目標値を求める
合成制御目標値演算手段と、この合成制御目標値演算手
段で得られた合成制御目標値に基づいて、上記所望のア
ーム部材が所定の姿勢となるように、シリンダ式アクチ
ュエータを制御する制御系とをそなえて構成されたこと
を特徴としている。

【００１１】このような構成により、本発明の建設機械
の制御装置では、アーム機構操作部材の操作位置情報か
ら演算により得られる理想とする演算制御目標値（アー
ム部材を目標とする姿勢に制御するための理想的な目標
値）と、各アーム部材の実際の姿勢から求めた実際の姿
勢を考慮した実制御目標値とを合成した目標値（合成制
御目標値）に基づいて、所望のアーム部材のためのシリ
ンダ式アクチュエータを制御するので、常に、実際のア
ーム部材の姿勢を自動的に考慮しながら、且つ、簡便に
アーム部材の姿勢を制御することができる（請求項
２）。

【００１２】ここで、上記の制御系は、上記の合成制御
目標値演算手段で得られた合成制御目標値とアーム部材
姿勢検出手段にて検出された上記各アーム部材の姿勢情
報とに基づいて、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
制御するように構成すれば、簡素な構成で、上記の制御
を実現できる（請求項３）。

【００１３】また、上記のアーム部材姿勢検出手段は、
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すれば、簡便且つ正確にアー
ム部材の実際の姿勢を検出することができる（請求項
４）。さらに、上記の合成制御目標値演算手段は、実制
御目標値及び演算制御目標値に所定の重み情報を付加し
て合成制御目標値を求めるように構成すれば、状況（ア
ーム部材の実際の姿勢）に応じて実制御目標値及び演算
制御目標値のいずれを重視して制御を行なうかを変更す
ることができる（請求項５）。

【００１４】また、上記シリンダ式アクチュエータのた
めの流体圧回路が、シリンダ式アクチュエータの伸縮変
位速度がシリンダ式アクチュエータに作用する負荷に依
存するようなオープンセンタ型回路である場合には、シ
リンダ式アクチュエータに作用する負荷に応じてシリン
ダ式アクチュエータの伸縮変位速度が変化するので、上
述のごとくアーム部材の実際の姿勢を考慮してシリンダ
式アクチュエータを制御することが特に有効となる（請
求項６）。

【００１５】さらに、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、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、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、アーム機構操
作部材の操作位置情報からスティック制御のためのステ
ィック制御目標値を求めるスティック制御目標値設定手
段と、このスティック制御目標値設定手段で得られたス
ティック制御目標値に基づいて、スティック油圧シリン
ダを制御するスティック制御系とをそなえるとともに、
アーム機構操作部材の操作位置情報からブーム制御のた
めのブーム制御目標値を求めるブーム制御目標値設定手
段と、ブーム及びスティックの実際の姿勢情報からブー
ム制御のための実ブーム制御目標値を求める実ブーム制
御目標値演算手段と、この実ブーム制御目標値演算手段
で得られた実ブーム制御目標値とブーム制御目標値設定
手段で得られたブーム制御目標値とから合成ブーム制御
目標値を求める合成ブーム制御目標値演算手段と、この
合成ブーム制御目標値演算手段で得られた合成ブーム制
御目標値に基づいて、ブームが所定の姿勢となるよう
に、ブーム油圧シリンダを制御するブーム制御系とをそ
なえて構成されたことを特徴としている。

【００１６】このような構成により、本発明の建設機械
の制御装置では、アーム機構操作部材の操作位置情報か
ら演算により得られる理想とするスティック制御目標
値，ブーム制御目標値（スティック，ブームをそれぞれ
目標とする姿勢に制御するための理想的な目標値）と、
スティック及びブームの実際の姿勢から求めた実際の姿
勢を考慮したブーム制御のための目標値（実ブーム制御
目標値）とを合成した目標値（合成ブーム制御目標値）
に基づいて、ブーム油圧シリンダを制御するので、常
に、実際のブーム及びスティックの姿勢を自動的に考慮
しながら、且つ、簡便にブームの姿勢を制御することが
できる（請求項７）。

【００１７】ここで、上記のスティック制御系を、ステ
ィック制御目標値とスティック姿勢検出手段にて検出さ
れたスティックの姿勢情報とに基づいて、スティック油
圧シリンダをフィードバック制御するように構成すると
ともに、上記のブーム制御系を、合成ブーム制御目標値
とブーム姿勢検出手段にて検出されたブームの姿勢情報
とに基づいて、ブームが所定の姿勢となるように、ブー
ム油圧シリンダをフィードバック制御するように構成す
れば、簡素な構成で、上記の制御を実現できる（請求項
８）。

【００１８】また、上記のスティック姿勢検出手段を、
スティック油圧シリンダ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するとともに、上記のブーム姿
勢検出手段を、ブーム油圧シリンダ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すれば、簡便且つ正
確にスティック及びブームの実際の姿勢を検出すること
ができる（請求項９）。

【００１９】さらに、上記の実ブーム制御目標値演算手
段は、上記ブーム及びスティックの実際の姿勢情報から
バケットの歯先位置情報を演算するバケット歯先位置演
算部と、このバケット歯先位置演算手段で得られたバケ
ットの歯先位置情報から実ブーム制御目標値を求める実
ブーム制御目標値演算部とをそなえて構成すれば、バケ
ットの歯先位置が所定の姿勢（位置）となるようにブー
ム（ブーム油圧シリンダ）を制御することができる（請
求項１０）。

【００２０】また、上記の合成ブーム制御目標値演算手
段は、実ブーム制御目標値及びブーム制御目標値に所定
の重み情報を付加して合成ブーム制御目標値を求めるよ
うに構成すれば、状況（ブーム及びスティックの実際の
姿勢）に応じて実ブーム制御目標値及びブーム制御目標
値のいずれを重視して制御を行なうかを変更することが
できる（請求項１１）。

【００２１】なお、上記の合成ブーム制御目標値演算手
段で付加される重み情報が、０以上１以下の数値をとる
ように設定すれば、実ブーム制御目標値及びブーム制御
目標値のいずれを重視するかを簡便に変更することがで
きる（請求項１２）。また、上記の合成ブーム制御目標
値演算手段は、上記のブーム制御目標値に第１重み係数
を付加するとともに、上記の実ブーム制御目標値に第２
の重み係数を付加して、合成ブーム制御目標値を求める
ように構成すれば、各目標値の重み係数をブーム及びス
ティックの実際の姿勢に応じて個別に変更することがで
きる（請求項１３）。

【００２２】このとき、上記の合成ブーム制御目標値演
算手段で付加される上記の第１重み係数及び第２重み係
数が、共に０以上１以下の数値をとるように設定すれ
ば、各目標値を簡便に変更することができる（請求項１
４）。また、このとき、上記の第１重み係数及び第２重
み係数の和が１となるように設定すれば、いずれかの重
み係数を設定するだけで、実ブーム制御目標値及びブー
ム制御目標値のいずれを重視するかを設定することがで
きる（請求項１５）。

【００２３】なお、上記の合成ブーム制御目標値演算手
段で付加される第１重み係数を、スティック油圧シリン
ダの伸長量が大きくなるほど小さくなるように設定すれ
ば、スティック油圧シリンダの伸長量が大きくなるほど
実ブーム制御目標値を重視した制御が行なわれる（請求
項１６）。また、上記のブーム油圧シリンダ及びスティ
ック油圧シリンダのための油圧回路が、各シリンダの伸
縮変位速度がシリンダに作用する負荷に依存するような
オープンセンタ型回路である場合には、油圧シリンダに
作用する負荷に応じてシリンダ式アクチュエータの伸縮
変位速度が変化するので、上述のごとくブーム及びステ
ィックの実際の姿勢を考慮して油圧シリンダを制御する
ことが特に有効となる（請求項１７）。

【００２４】

【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。

【００２５】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、この
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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。なお、本実施形態では、この油圧回路に、各シ
リンダ１２０〜１２２の伸縮変位速度がシリンダ１２０
〜１２２に作用する負荷に依存する（例えば、掘削作業
時に地面から受ける力に応じて伸縮変位速度がが遅くな
る）ようなオープンセンタ型のものが適用されている。

【００３２】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。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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】さらに、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。

【００４１】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。

【００４２】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
（吐出量）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２０〜２２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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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の姿勢を検出す
る第１角度センサ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
サとして機能するものである。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
出手段を構成する。

【００４７】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（バケットの姿勢情報）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。

【００４８】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伸縮変位検出
手段が構成されている。

【００４９】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１２０〜１２２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２６
Ｂ，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。

【００５０】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）。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】目標法面角設定器付きモニタパネル１０
（以下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６
００内に設けられる。

【００５８】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。また、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。

【００５９】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１２０〜１２２の目標速度を演算する。なお、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。

【００６０】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。また、閉ループ制御（図４参照）内の補償構
成は、各制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃ（図３，４参照）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
成となっている。

【００６１】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。

【００６２】なお、上記のゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐ
ｉ，Ｋｆの値は、ゲインスケジューラ７０によって可変
しうるようになっている。また、非線形除去テーブル７
１が、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。

【００６３】ところで、本実施形態では、コントローラ
１にて上述のごとくブームシリンダ１２０，スティック
シリンダ１２１の目標速度を演算する際には、特に、法
面掘削モードでのバケット歯先１１２の直線動作を高精
度に行なえるように、実際のブーム２００及びスティッ
ク３００の姿勢を考慮してブームの目標速度を決定する
ようになっている。

【００６４】このため、本実施形態のコントローラ１
は、例えば図６に示すように、目標バケット歯先位置検
出部３１，演算目標スティック位置設定部３２，演算目
標ブーム位置設定部３３，実ブーム制御目標値演算部３
４および合成目標ブーム位置演算部３５をそなえて構成
されている。なお、閉ループ制御部１Ａ，１Ｂは、それ
ぞれ、図３〜図５により前述したものと同様のものであ
る。

【００６５】ここで、目標バケット歯先位置検出部３１
は、ブーム／スティック操作レバー（アーム機構操作部
材）６の操作位置情報を検出するものであり、演算目標
スティック位置設定部（スティック制御目標値設定手
段）３２は、この目標バケット歯先位置検出部３１で検
出された操作位置情報からスティック制御のための目標
スティック位置（スティック制御目標値）を所定の演算
により求めるものである。

【００６６】具体的に、この演算目標スティック位置設
定部３２では、以下に示す演算処理により、目標バケッ
ト歯先位置検出部３１で得られる操作レバー６の操作位
置情報としての目標バケット歯先位置（ｘ₁₁₅ ，
ｙ₁₁₅ ）から演算目標スティック位置（スティックシリ
ンダ長）λ_103/105 を求める（図８参照）。なお、Ｌ
_i/j は固定長、λ_i/j は可変長、Ａ_i/j/k は固定角、θ
_i/j/k は可変角を表し、Ｌの添字ｉ／ｊは節点ｉ，ｊ間
を表し、Ａ，θの添字ｉ／ｊ／ｋは節点ｉ，ｊ，ｋをｉ
→ｊ→ｋの順に結ぶことを表す。従って、例えばＬ
_101/102 は節点１０１と節点１０２との距離を表し、θ
_103/104/105 は節点１０３〜１０５を節点１０３→節点
１０４→節点１０５の順に結んだときにできる角度を表
す。また、ここでも、図８に示すように節点１０１をｘ
ｙ座標の原点と仮定する。

【００６７】まず、演算目標スティック位置λ_103/105
は、余弦定理より、次式（４）のように表される。 λ_103/105 ＝（Ｌ_103/104 ²＋Ｌ_104/105 ²−２Ｌ_103/104 ・Ｌ_104/105 ・ｃｏｓ θ_103/104/105 ）^1/2 ・・・（４） ここで、上記のＬ_103/104 ，Ｌ_104/105 は、それぞれ既
知の固定値であるので、θ_103/104/105 を求めればステ
ィック位置λ_103/105 を求めることができる。図８より
θ_103/104/105 は、 θ_103/104/105 ＝２π−Ａ_105/104/108 −Ａ_101/104/103 −θ_101/104/115 − θ_108/104/115 ・・・（５） と表すことができる。今、上記のＡ_105/104/108 ，Ａ
_101/104/103 はそれぞれ固定角であるので、θ
_101/104/115 ，θ_108/104/115 をそれぞれ求めればよ
い。

【００６８】まず、θ_101/104/115 は、余弦定理より、 θ_101/104/115 ＝ｃｏｓ^-1〔（Ｌ_101/104 ²＋Ｌ_104/108 ²−λ_101/115 ²）／２Ｌ _101/104 ・Ｌ_104/108 〕 ・・・（６） と表すことができる。ここで、λ_101/115 ＝（ｘ₁₁₅ ²＋
ｙ₁₁₅ ²）^1/2 で、ｘ₁₁₅，ｙ₁₁₅ はそれぞれバケット歯
先位置検出部３１で得られた既知の値であるから上記の
式（６）によりθ_101/104/115 が確定する。

【００６９】一方、θ_108/104/115 は、余弦定理より、 θ_108/104/115 ＝ｃｏｓ^-1〔Ｌ_104/108 ²＋λ_104/115 ²−Ｌ_108/115 ²）／２Ｌ_{10 4/108} ・λ_104/115 〕 ・・・（７） と表すことができる。ここで、上記のλ_104/115 は、 λ_104/115 ＝（Ｌ_104/108 ²＋Ｌ_108/115 ²−２Ｌ_104/108 ・Ｌ_108/115 ・ｃｏｓ θ_104/108/115 ）^1/2 ・・・（８） と表される。さらに、この式（８）におけるθ
_104/108/115 は、 θ_104/108/115 ＝２π−Ａ_110/108/115 −Ａ_104/108/107 −θ_107/108/110 ・・・（９） と表され、この式（９）におけるθ_107/108/110 は、 θ_107/108/110 ＝θ_107/108/109 ＋θ_109/108/110 ・・・（１０） と表される。そして、この式（１０）におけるθ
_107/108/109 ，θ_109/108/110は、それぞれ余弦定理よ
り、 θ_107/108/109 ＝ｃｏｓ^-1〔Ｌ_107/108 ²＋λ_108/109 ²−Ｌ_107/109 ²）／２Ｌ_{10 7/108} ・λ_108/109 〕 ・・・（１１） θ_109/108/110 ＝ｃｏｓ^-1〔Ｌ_108/110 ²＋λ_108/109 ²−Ｌ_109/110 ²）／２Ｌ_{10 8/110} ・λ_108/109 〕 ・・・（１２） と表すことができる。ここで、これらの式（１１），式
（１２）におけるλ_{108/ 109} は、余弦定理より、 λ_108/109 ＝（Ｌ_107/109 ²＋Ｌ_107/108 ²−２Ｌ_107/109 ・Ｌ_107/108 ・ｃｏｓ θ_108/107/109 ）^1/2 ・・・（１３） と表され、この式（１３）におけるθ_108/107/109 は図
８から分かるようにバケット角であるので、バケット角
センサとしての機能を果たす前述のレゾルバ２２で検出
される角度情報をこのθ_108/107/109 とすれば、上記の
式（１３）〜式（７）により未知の値が順次確定し、こ
れにより式（６）におけるθ_108/104/115が確定する。

【００７０】従って、式（５）で示されるθ
_103/104/105 が確定し最終的に式（４）で示される演算
目標スティック位置λ_103/105 が確定する。なお、本実
施形態では、レゾルバ２２で検出される角度情報をバケ
ットシリンダ１２２の伸縮変位情報に信号変換器２６に
おいて変換しているので、角度情報の代わりにバケット
シリンダ長から上式（１３）におけるθ_108/107/109 を
求めることもできる。この場合、図８より、θ
_108/107/109 は、 θ_108/107/109 ＝２π−Ａ_105/107/108 −Ａ_105/107/106 −θ_106/107/109 ・・・（１４） と表される。ここで、この式（１４）におけるθ
_106/107/109 は、余弦定理より、 θ_106/107/109 ＝ｃｏｓ^-1〔Ｌ_106/107 ²＋Ｌ_107/109 ²−λ_106/109 ²）／２Ｌ_{10 6/107} ・λ_107/109 〕 ・・・（１５） と表すことができる。この式（１５）におけるλ
_106/109 がバケットシリンダ１２２の伸縮変位情報から
得られるバケットシリンダ長であるので、式（１４）で
示すθ_108/107/109 が確定し、その後は同様に、式（１
３）〜式（４）により演算目標スティック位置λ
_103/105 が求められる。

【００７１】次に、上述の演算目標ブーム位置設定部
（ブーム制御目標値設定手段）３３は、目標バケット歯
先位置検出部３１で検出された操作位置情報からブーム
制御のための演算目標ブーム位置（ブーム制御目標値）
を所定の演算により求めるもので、ここでは、次のよう
な演算処理により、演算目標ブーム位置（ブームシリン
ダ長）λ_102/111 （図８参照）を求めるようになってい
る。

【００７２】演算目標ブーム位置λ_102/111 は、 λ_102/111 ＝（Ｌ_101/102 ²＋Ｌ_101/111 ²−２Ｌ_101/102 ・Ｌ_101/111 ・ｃｏｓ θ_102/101/111 ）^1/2 ・・・（１６） と表すことができる。ここで、この式（１６）における
θ_102/101/111 は、 θ_102/101/111 ＝Ａｘｂｍ＋Ａ_102/101/104 ＋θｂｍ ・・・（１７） と表すことができ、この式（１７）におけるθｂｍは、 θｂｍ＝θ_104/101/115 ＋ｔａｎ^-1（ｙ₁₁₅ ／ｘ₁₁₅ ） ・・・（１８） と表すことができ、さらに、この式（１８）におけるθ
_104/101/115 は、 θ_104/101/115 ＝ｃｏｓ^-1〔Ｌ_101/104 ²＋Ｌ_101/115 ²−λ_104/115 ²）／２Ｌ_{10 1/104} ・λ_101/115 〕 ・・・（１９） と表すことができる。ここで、この式（１９）における
λ_101/115 は、 λ_101/115 ＝（ｘ₁₁₅ ²＋ｙ₁₁₅ ² ）^1/2 ・・・（２０） と表され、この式（２０）におけるｘ₁₁₅ ，ｙ₁₁₅ に、
目標バケット歯先位置検出部３１で検出された操作位置
情報としての目標バケット歯先位置（ｘ₁₁₅ ，ｙ ₁₁₅ ）
を代入すれば、式（１９）〜式（１６）より、演算目標
ブーム位置λ_{102/ 111} が求められる。なお、λ_104/115
は、上記式（８）より求めた値を使用する。

【００７３】また、上述の実ブーム制御目標値演算部３
４は、ブーム２００及びスティック３００の実際の姿勢
情報からブーム制御のための実目標ブーム位置（実ブー
ム制御目標値）を求めるもので、このために、実バケッ
ト歯先位置演算部３４Ａと実目標ブーム位置演算部３４
Ｂとを有して構成されている。ここで、実バケット歯先
位置演算部３４Ａは、実際のブームシリンダ１２０，ス
ティックシリンダ１２１及びバケットシリンダ１２２の
位置（各シリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報）、つ
まり、ブーム２００及びスティック３００の実際の姿勢
情報から実際のバケット４００の歯先位置（実バケット
歯先位置）を演算により求めるもので、ここでは、次の
ような演算処理により、実際のブームシリンダ位置（λ
_102/111 ），スティックシリンダ位置（λ_103/105 ）か
ら実バケット歯先位置（ｘ₁₁₅ ，ｙ₁₁₅ ：図８参照）を
求めるようになっている。

【００７４】まず、ｘ₁₁₅ ，ｙ₁₁₅ は、それぞれ、 ｘ₁₁₅ ＝λ_101/105 ・ｃｏｓθｂｔ ・・・（２１） ｙ₁₁₅ ＝λ_101/105 ・ｓｉｎθｂｔ ・・・（２２） と表すことができるので、これらの式（２１），式（２
２）におけるθｂｔを求めれば実際のバケット歯先位置
を求めることができる。ここで、このθｂｔは、 θｂｔ＝θｂｍ−θ_104/101/115 ・・・（２３） と表すことができるので、θｂｍ，θ_104/101/115 をそ
れぞれ求めればよいことになる。そこで、まず、θ
_104/101/115 を求める。このθ_104/101/115 は図８よ
り、 θ_104/101/115 ＝ｃｏｓ^-1〔Ｌ_101/104 ²＋λ_101/115 ²−λ_104/115 ²）／２Ｌ_{10 1/104} ・λ_101/115 〕 ・・・（２４） と表すことができる。そして、この式（２４）における
λ_101/115 は、 λ_101/115 ＝（Ｌ_101/104 ²＋λ_104/115 ²−２Ｌ_104/115 ・λ_104/115 ・ｃｏｓ θ_101/104/115 ）^1/2 ・・・（２５） と表すことができ、さらに、この式（２５）におけるθ
_101/104/115 は、 θ_101/104/115 ＝２π−Ａ_101/104/103 −Ａ_105/104/108 −θ_108/104/115 − θ_103/104/105 ・・・（２６） と表すことができる。なお、上記の式（２５）における
λ_104/115 は前記の式（８）より求められ、上記の式
（２６）におけるθ_108/104/115 は前記の式（７）より
求められる。そして、上記の式（２６）において未知で
あるθ_103/104/105は、 θ_103/104/105 ＝ｃｏｓ^-1〔Ｌ_103/104 ²＋Ｌ_104/105 ²−λ_103/105 ²）／２Ｌ_{10 3/104} ・Ｌ_104/105 〕 ・・・（２７） と表すことができる。ここで、図８より上記のλ
_103/105 は、スティックシリンダ長（実スティックシリ
ンダ位置）であることが分かるので、レゾルバ２１で得
られる実際のスティック３００の角度情報を信号変換器
２６で変換した伸縮変位情報からこのスティックシリン
ダ長を求めれば、式（２７）によりθ_{103/104/10 5} が確
定し、この結果、順次、式（２６）〜式（２５）の各未
知数が確定し、式（２４）で表されるθ_104/101/115 が
確定する。

【００７５】一方、上記の式（２３）におけるθｂｍ
は、図８より、 θｂｍ＝θ_102/101/111 −Ａ_102/101/104 −Ａｘｂｍ ・・・（２８） と表すことができ、さらに、この式（２８）におけるθ
_102/101/111 は、余弦定理により、 θ_102/101/111 ＝ｃｏｓ^-1〔Ｌ_101/102 ²＋Ｌ_101/111 ²−λ_102/111 ²）／２Ｌ_{10 1/102} ・Ｌ_101/111 〕 ・・・（２９） と表すことができる。ここで、この式（２９）における
λ_102/111 はブームシリンダ長（実ブームシリンダ位
置）であるので、レゾルバ２０で得られる実際のブーム
２００の角度情報を信号変換器２６で変換した伸縮変位
情報からこのブームシリンダ長を求めれば、式（２９）
によりθ_102/101/111 が確定し、この結果、式（２８）
で表されるθｂｍが確定する。

【００７６】これにより、式（２３）におけるθｂｍ，
θ_104/101/115 がそれぞれ確定し、最終的に、式（２
１），式（２２）より、実バケット歯先位置（ｘ₁₁₅ ，
ｙ₁₁₅）が求められる。さらに、上述の実目標ブーム位
置演算部（実ブーム制御目標値演算部）３４Ｂは、この
実バケット歯先位置演算部３４Ａで得られたバケット４
００の歯先位置情報から上記の実目標ブーム位置を求め
るものである。なお、この実目標ブーム位置は、実バケ
ット歯先位置演算部３４Ａで得られた実バケット歯先位
置を用いて、演算目標ブーム位置設定部３３と同様の演
算処理〔式（１６）〜式（２０）参照〕を行なうことに
より求められるようになっている。

【００７７】また、合成目標ブーム位置演算部（合成ブ
ーム制御目標値演算手段）３５は、この実目標ブーム位
置演算部３４Ｂで得られた実目標ブーム位置と演算目標
ブーム位置設定部３３で得られた演算目標ブーム位置と
から合成目標ブーム位置（合成ブーム制御目標値）を求
めるものである。そして、本実施形態では、この合成目
標ブーム位置演算部３５で得られた合成目標ブーム位置
に基づいて、制御部１Ａ，ブームシリンダ１２０からな
るブーム制御系１Ａ′によって、ブーム２００が所定の
姿勢となるように、ブームシリンダ１２０をフィードバ
ック制御するようになっている。

【００７８】つまり、本実施形態では、スティック制御
系１Ｂ′が、目標スティック位置とスティック姿勢検出
手段としてのレゾルバ２１にて検出されたスティック３
００の伸縮変位情報（姿勢情報）とに基づいて、スティ
ックシリンダ１２１をフィードバック制御するととも
に、ブーム制御系１Ａ′が、合成目標ブーム位置とブー
ム姿勢検出手段としてのレゾルバ２０にて検出されたブ
ーム２００の伸縮変位情報（姿勢情報）とに基づいて、
ブーム２００が所定の姿勢となるように、ブームシリン
ダ１２０をフィードバック制御するようになっている。

【００７９】ただし、各フィードバック制御では、図５
により前述したように速度情報を入力としているので、
上記のバケット歯先位置，スティック／ブーム位置など
の各位置情報は微分処理を施すなどして速度情報に変換
して用いられるようになっている。これにより、コント
ローラ１は、ブーム／スティック操作レバー６の操作位
置情報から演算により得られる理想とする演算目標ステ
ィック位置，演算目標ブーム位置（ブーム２００，ステ
ィック３００をそれぞれ目標とする姿勢に制御するため
の理想的な目標値）と、ブーム２００及びスティック３
００の実際の姿勢から求めた実際の姿勢を考慮した実目
標ブーム位置とを合成した合成目標ブーム位置に基づい
て、ブームシリンダ１２０を制御することができ、常
に、実際のブーム２００及びスティック３００の姿勢を
自動的に考慮しながら、且つ、簡便にブーム２００の姿
勢を制御することができる。

【００８０】ここで、具体的に、上述の合成目標ブーム
位置演算部３６は、実目標ブーム位置演算部３４Ｂで得
られた実目標ブーム位置及び演算目標ブーム位置設定部
３３で得られたブーム制御目標値に所定の重み情報を付
加して合成目標ブーム位置を求めるようになっており、
ここでは、図６中に示すように、演算目標ブーム位置に
重み係数“Ｗｅｉｇｈｔ”（第１係数：ただし、０≦Ｗ
ｅｉｇｈｔ≦１）を付加（乗算）し、実目標ブーム位置
に重み係数“１−Ｗｅｉｇｈｔ”（第２係数）を付加
（乗算）することにより、合成目標ブーム位置を求める
ようになっている。

【００８１】つまり、上記の各重み係数は、ここでは、
それぞれ共に０以上１以下の数値をとるように設定さ
れ、且つ、その和が１となるように設定されているので
ある。従って、演算目標ブーム位置及び実目標ブーム位
置のいずれを重視するかを簡便に変更することができる
とともに、一方の重み係数“Ｗｅｉｇｈｔ”を設定する
だけで、演算目標ブーム位置及び実目標ブーム位置のい
ずれを重視するかを設定することができるようになる。

【００８２】なお、上記の重み係数“Ｗｅｉｇｈｔ”と
しては、本実施形態では、例えば図７に模式的に示すよ
うに、スティックシリンダ１２１の長さが長くなる（伸
長量が大きくなる）、つまり、スティック３００が建設
機械本体１００に近づくほど小さくなるように設定され
ており、これにより、合成目標ブーム位置演算部３６
は、スティック３００が建設機械本体１００から離れる
ほど、実目標ブーム位置を重視して合成目標ブーム位置
を求めることになる。

【００８３】従って、例えば法面掘削モードにおいてバ
ケット４００の歯先１１２を直線的に動かすべく、バケ
ット４００（スティック３００）が建設機械本体１００
に近づくにつれてブーム２００を徐々に下方に下げると
いう動作を行なうときには、実際のバケット４００の歯
先位置（ブーム２００及びスティック３００の実際の姿
勢）を考慮した実目標ブーム位置を重視してブーム制御
が行なわれることになり、ブーム２００がその重量のた
めに演算目標ブーム位置より速く下がってしまってバケ
ット４００の歯先位置の動きが乱れるといった現象を確
実に防止できる。

【００８４】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、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。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。

【００８５】ただし、本実施形態では、このとき、図６
により前述したように、実際のブーム２００及びスティ
ック３００の姿勢を考慮してブームの目標速度（目標位
置）を決定する。すなわち、操作レバー６の操作位置情
報から理想とする演算目標スティック位置，演算目標ブ
ーム位置を求めるとともに、ブーム２００及びスティッ
ク３００の実際の姿勢を考慮して実目標ブーム位置を求
め、これらの各位置情報を合成して合成目標ブーム位置
を求める。そして、コントローラ１は、この合成目標ブ
ーム位置に基づいて、ブームシリンダ１２０をフィード
バック制御する。

【００８６】なお、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、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おり、互いに干渉し合うこと
はない。また、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。

【００８７】さらに、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。

【００８８】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。

【００８９】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からバケット歯先位置１１２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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】以上のように、本実施形態にかかるシステ
ムでは、コントローラ１にて、理想とする演算目標ブー
ム／スティック位置と、スティック２００及びブーム３
００の実際の姿勢を考慮した実目標ブーム位置とを合成
した合成目標ブーム位置に基づいて、ブームシリンダ１
２０を制御するので、常に、実際のブーム２００及びス
ティック３００の姿勢を自動的に考慮しながら、且つ、
簡便にブームの姿勢を制御することができる。

【００９５】従って、少なくともブームシリンダ１２０
を制御すればよいから制御系１Ａ′，１Ｂを簡易な構成
にしながら、あらゆる建設作業（特に、法面掘削作業）
を極めて容易且つ高精度に行なうことができ、法面の仕
上げ精度を大幅に向上させることができる。また、本実
施形態では、スティック制御系１Ｂ′が、演算目標ステ
ィック位置とスティックの姿勢情報（スティックシリン
ダ長）とに基づいて、スティックシリンダ１２１をフィ
ードバック制御するとともに、ブーム制御系１Ａ′が、
合成目標ブーム位置とブームの姿勢情報（ブームシリン
ダ長）とに基づいて、ブーム２００が所定の姿勢となる
ように、ブームシリンダ１２０をフィードバック制御す
るので、簡素な構成で、上記の制御を実現でき、本装置
の低コスト化にも寄与する。

【００９６】また、このときスティックシリンダ１２１
の伸縮変位情報からスティック３００の姿勢情報を検出
し、ブームシリンダ１２０の伸縮変位情報からブーム２
００の姿勢情報を検出するので、簡便且つ正確にスティ
ック３００及びブーム２００の実際の姿勢を検出するこ
とができ、極めて簡素な構成でブーム２００及びスティ
ック３００の姿勢検出精度を向上させることができる。

【００９７】さらに、上述の実ブーム制御目標値演算部
３４では、実バケット歯先位置演算部３４Ａにて、ブー
ム２００及びスティック３００の実際の姿勢情報からバ
ケット歯先位置を演算し、実目標ブーム位置演算部３４
Ｂにて、この実バケット歯先位置演算部３４Ａで得られ
たバケット歯先位置から実目標ブーム位置を求めるの
で、バケット歯先位置が正確に所望の位置となるように
ブームシリンダ１２０を制御することができ、法面掘削
時などにおいては極めて高精度に法面を形成することが
可能になる。

【００９８】また、合成目標ブーム位置演算部３５で
は、演算目標ブーム位置に重み係数“Ｗｅｉｇｈｔ（０
≦Ｗｅｉｇｈｔ≦１）”（図６参照）を付加するととも
に、実目標ブーム位置に重み係数“１−Ｗｅｉｇｈｔ”
を付加して、合成目標ブーム位置を求めるので、演算目
標ブーム位置及び実目標ブーム位置のいずれを重視する
かを簡便に変更することができるとともに、一方の重み
係数“Ｗｅｉｇｈｔ”を設定するだけで、演算目標ブー
ム位置及び実目標ブーム位置のいずれを重視するかを設
定することができ、各目標値の合成処理を極めて高速に
行なうことができる。

【００９９】さらに、上記の重み係数“Ｗｅｉｇｈｔ”
は、スティックシリンダ１２１の伸長量が大きくなるほ
ど小さくなるように設定されているので（図７参照）、
スティックシリンダ１２１の伸長量が大きくなるほど実
目標ブーム位置を重視した制御が行なわれ、これによ
り、例えば、スティックシリンダ１２１の伸長量が大き
くなるにつれてブーム２００の高重量のために生じる理
想の姿勢からの誤差を効果的に抑制して、ブーム２００
を所定の姿勢に高精度に制御できる。

【０１００】また、本実施形態では、ブームシリンダ１
２０及びスティックシリンダ１２１のための油圧回路が
オープンセンタ型のもので、油圧シリンダに作用する負
荷に応じてシリンダ式アクチュエータの伸縮変位速度が
変化するが、上述のごとくブーム２００及びスティック
３００の実際の姿勢を考慮してシリンダ１２０を制御す
ることは非常に有効となり、建設作業精度を大幅に向上
させることが可能になる。

【０１０１】なお、本実施形態では、実目標ブーム位
置，演算目標ブーム位置から求めた合成目標ブーム位置
に基づいて、一対のアーム部材としてのブーム２００，
スティック３００のうちのブーム２００（ブームシリン
ダ１２０）を制御しているが、逆に、実目標スティック
位置，演算目標スティック位置から合成目標スティック
位置を求めて、この合成目標スティック位置に基づい
て、スティック３００（スティックシリンダ１２１）を
制御するようにしてもよい。

【０１０２】一方、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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】なお、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。

【０１０７】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。

【０１０８】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、本発明は上記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。

【０１０９】

【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、理想とする演算制御目標値（アー
ム部材を目標とする姿勢に制御するための理想的な目標
値）と、アーム部材の実際の姿勢を考慮した実制御目標
値とを合成した目標値（合成制御目標値）に基づいて、
所望のアーム部材の姿勢を制御することにより、常に、
実際のアーム部材の姿勢を自動的に考慮しながらアーム
部材の姿勢を制御することができるので、あらゆる建設
作業（特に、法面掘削作業）を高精度に行なうことがで
きる（請求項１）。

【０１１０】また、本発明の建設機械の制御装置によれ
ば、理想とする演算制御目標値（アーム部材を目標とす
る姿勢に制御するための理想的な目標値）と、アーム部
材の実際の姿勢を考慮した実制御目標値とを合成した目
標値（合成制御目標値）に基づいて、所望のアーム部材
のためのシリンダ式アクチュエータを制御することによ
り、常に、実際のアーム部材の姿勢を自動的に考慮しな
がら、且つ、簡便にアーム部材の姿勢を制御することが
できるので、あらゆる建設作業（特に、法面掘削作業）
を極めて容易且つ高精度に行なうことができる（請求項
２）。

【０１１１】ここで、上記の制御系は、上記の合成制御
目標値演算手段で得られた合成制御目標値とアーム部材
姿勢検出手段にて検出された上記各アーム部材の姿勢情
報とに基づいて、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
制御するように構成すれば、簡素な構成で、上記の制御
を実現できるので、本制御装置の低コスト化に寄与する
（請求項３）。

【０１１２】また、上記のアーム部材姿勢検出手段は、
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すれば、簡便且つ正確にアー
ム部材の実際の姿勢を検出することができるので、簡素
な構成でアーム部材の姿勢検出精度を向上させることが
できる（請求項４）。さらに、上記の合成制御目標値演
算手段は、実制御目標値及び演算制御目標値に所定の重
み情報を付加して合成制御目標値を求めるように構成す
れば、状況（アーム部材の実際の姿勢）に応じて実制御
目標値及び演算制御目標値のいずれを重視して制御を行
なうかを変更することができるので、常に、その状況に
応じた最適な制御を柔軟に行なうことができる（請求項
５）。

【０１１３】また、上記シリンダ式アクチュエータのた
めの流体圧回路が、シリンダ式アクチュエータの伸縮変
位速度がシリンダ式アクチュエータに作用する負荷に依
存するようなオープンセンタ型回路である場合には、シ
リンダ式アクチュエータに作用する負荷に応じてシリン
ダ式アクチュエータの伸縮変位速度が変化することか
ら、上述のごとくアーム部材の実際の姿勢を考慮してシ
リンダ式アクチュエータを制御することが特に有効とな
り、オープンセンタ型回路を有する建設機械の建設作業
精度を大幅に向上させることが可能になる（請求項
６）。

【０１１４】さらに、本発明の建設機械の制御装置によ
れば、理想とするスティック／ブーム制御目標値と、ス
ティック及びブームの実際の姿勢を考慮したブーム制御
のための目標値（実ブーム制御目標値）とを合成した目
標値（合成ブーム制御目標値）に基づいて、ブーム油圧
シリンダを制御することにより、常に、実際のブーム及
びスティックの姿勢を自動的に考慮しながら、且つ、簡
便にブームの姿勢を制御することができるので、制御系
を簡易な構成にしながら（少なくともブーム油圧シリン
ダを制御すればよいから）、あらゆる建設作業（特に、
法面掘削作業）を極めて容易且つ高精度に行なうことが
できる（請求項７）。

【０１１５】ここで、上記のスティック制御系を、ステ
ィック制御目標値とスティック姿勢検出手段にて検出さ
れたスティックの姿勢情報とに基づいて、スティック油
圧シリンダをフィードバック制御するように構成すると
ともに、上記のブーム制御系を、合成ブーム制御目標値
とブーム姿勢検出手段にて検出されたブームの姿勢情報
とに基づいて、ブームが所定の姿勢となるように、ブー
ム油圧シリンダをフィードバック制御するように構成す
れば、簡素な構成で、上記の制御を実現できるので、本
制御装置の低コスト化に寄与する（請求項８）。

【０１１６】また、上記のスティック姿勢検出手段を、
スティック油圧シリンダ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するとともに、上記のブーム姿
勢検出手段を、ブーム油圧シリンダ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すれば、簡便且つ正
確にスティック及びブームの実際の姿勢を検出すること
ができるので、極めて簡素な構成でブーム及びスティッ
クの姿勢検出精度を向上させることができる（請求項
９）。

【０１１７】さらに、上記の実ブーム制御目標値演算手
段は、上記ブーム及びスティックの実際の姿勢情報から
バケットの歯先位置情報を演算するバケット歯先位置演
算部と、このバケット歯先位置演算手段で得られたバケ
ットの歯先位置情報から実ブーム制御目標値を求める実
ブーム制御目標値演算部とをそなえて構成すれば、バケ
ットの歯先位置が所定の姿勢（位置）となるようにブー
ム（ブーム油圧シリンダ）を制御することができるの
で、法面掘削時などにおいては極めて高精度に法面を形
成することが可能になる（請求項１０）。

【０１１８】また、上記の合成ブーム制御目標値演算手
段は、実ブーム制御目標値及びブーム制御目標値に所定
の重み情報を付加して合成ブーム制御目標値を求めるよ
うに構成すれば、状況（ブーム及びスティックの実際の
姿勢）に応じて実ブーム制御目標値及びブーム制御目標
値のいずれを重視して制御を行なうかを変更することが
できるので、その状況に応じた最適な制御を柔軟に行な
うことができる（請求項１１）。

【０１１９】なお、上記の合成ブーム制御目標値演算手
段で付加される重み情報が、０以上１以下の数値をとる
ように設定すれば、実ブーム制御目標値及びブーム制御
目標値のいずれを重視するかを簡便に変更することがで
きるので、各目標値の合成処理を極めて高速に行なうこ
とができる（請求項１２）。また、上記の合成ブーム制
御目標値演算手段は、上記のブーム制御目標値に第１重
み係数を付加するとともに、上記の実ブーム制御目標値
に第２の重み係数を付加して、合成ブーム制御目標値を
求めるように構成すれば、各目標値の重み係数をブーム
及びスティックの実際の姿勢に応じて個別に変更するこ
とができるので、より最適な制御を柔軟に行なうことが
できる（請求項１３）。

【０１２０】このとき、上記の合成ブーム制御目標値演
算手段で付加される上記の第１重み係数及び第２重み係
数が、共に０以上１以下の数値をとるように設定すれ
ば、各目標値を簡便に変更することができるので、各目
標値の合成処理を極めて高速に行なうことができる（請
求項１４）。また、このとき、上記の第１重み係数及び
第２重み係数の和が１となるように設定すれば、いずれ
かの重み係数を設定するだけで、実ブーム制御目標値及
びブーム制御目標値のいずれを重視するかを設定するこ
とができるので、さらに各目標値の合成処理を極めて高
速に行なうことができる（請求項１５）。

【０１２１】さらに、上記の合成ブーム制御目標値演算
手段で付加される第１重み係数を、スティック油圧シリ
ンダの伸長量が大きくなるほど小さくなるように設定す
れば、スティック油圧シリンダの伸長量が大きくなるほ
ど実ブーム制御目標値を重視した制御が行なわれるの
で、スティック油圧シリンダの伸長量が大きくなるにつ
れて生じる理想の姿勢からの誤差を効果的に抑制して、
ブームを所定の姿勢に高精度に制御できる（請求項１
６）。

【０１２２】また、上記のブーム油圧シリンダ及びステ
ィック油圧シリンダのための油圧回路が、各シリンダの
伸縮変位速度がシリンダに作用する負荷に依存するよう
なオープンセンタ型回路である場合には、油圧シリンダ
に作用する負荷に応じてシリンダ式アクチュエータの伸
縮変位速度が変化するので、上述のごとくブーム及びス
ティックの実際の姿勢を考慮して油圧シリンダを制御す
ることが特に有効となるので、オープンセンタ型回路を
有する建設機械の建設作業精度を大幅に向上させること
が可能になる（請求項１７）。

【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の設定例
を示す図である。

【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′ ブーム制御系 １Ｂ′ スティック制御系 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 １３ ブーム用主制御弁（コントロールバルブ） １４ スティック用主制御弁（コントロールバルブ） １５ バケット用主制御弁（コントロールバルブ） 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 ３１ 目標バケット歯先位置検出部 ３２ 演算目標スティック位置設定部（スティック制御
目標値設定手段） ３３ 演算目標ブーム位置設定部（ブーム制御目標値設
定手段） ３４ 実ブーム制御目標値演算部 ３４Ａ 実バケット歯先位置演算部 ３４Ｂ 実目標ブーム位置演算部（実ブーム制御目標値
演算部） ３５ 合成目標ブーム位置演算部（合成ブーム制御目標
値演算手段） 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） １１２ 歯先 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 (17)

【特許請求の範囲】
1. 【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、ア
   ーム機構操作部材の操作位置情報から得られた演算制御
   目標値に基づいて、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建
   設機械の制御装置において、 自己及び自己以外の他のアーム部材の実際の姿勢情報か
   ら自己のアーム部材のための制御系の実制御目標値を求
   め、該実制御目標値と該演算制御目標値とから合成制御
   目標値を求めて、該合成制御目標値に基づいて、該一対
   のアーム部材のうちの所望の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べく
   構成されたことを特徴とする、建設機械の制御装置。
2. 【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、 アーム機構操作部材の操作位置情報から演算制御目標値
   を求める演算制御目標値設定手段と、 該演算制御目標値設定手段で得られた該演算制御目標値
   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所望のアーム部材につい
   て、自己及び自己以外の他のアーム部材の実際の姿勢情
   報から自己のアーム部材のための制御系の実制御目標値
   を求める実制御目標値演算手段と、 該実制御目標値演算手段で得られた該実制御目標値と該
   演算制御目標値設定手段で得られた該演算制御目標値と
   から合成制御目標値を求める合成制御目標値演算手段
   と、 該合成制御目標値演算手段で得られた該合成制御目標値
   に基づいて、上記所望の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。
3. 【請求項３】 該制御系が、該合成制御目標値演算手段
   で得られた該合成制御目標値とアーム部材姿勢検出手段
   にて検出された上記各アーム部材の姿勢情報とに基づい
   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よ
   うに構成されていることを特徴とする、請求項２記載の
   建設機械の制御装置。
4. 【請求項４】 該アーム部材姿勢検出手段が、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３
   記載の建設機械の制御装置。
5. 【請求項５】 該合成制御目標値演算手段が、該実制御
   目標値及び該演算制御目標値に所定の重み情報を付加し
   て該合成制御目標値を求めるように構成されていること
   を特徴とする、請求項２記載の建設機械の制御装置。
6. 【請求項６】 該シリンダ式アクチュエータのための流
   体圧回路が、該シリンダ式アクチュエータの伸縮変位速
   度が該シリンダ式アクチュエータに作用する負荷に依存
   するようなオープンセンタ型回路であることを特徴とす
   る、請求項１または請求項２に記載の建設機械の制御装
   置。
7. 【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該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、 アーム機構操作部材の操作位置情報からスティック制御
   のためのスティック制御目標値を求めるスティック制御
   目標値設定手段と、 該スティック制御目標値設定手段で得られた該スティッ
   ク制御目標値に基づいて、該スティック油圧シリンダを
   制御するスティック制御系とをそなえるとともに、 該アーム機構操作部材の操作位置情報からブーム制御の
   ためのブーム制御目標値を求めるブーム制御目標値設定
   手段と、 該ブーム及び該スティックの実際の姿勢情報からブーム
   制御のための実ブーム制御目標値を求める実ブーム制御
   目標値演算手段と、 該実ブーム制御目標値演算手段で得られた該実ブーム制
   御目標値と該ブーム制御目標値設定手段で得られた該ブ
   ーム制御目標値とから合成ブーム制御目標値を求める合
   成ブーム制御目標値演算手段と、 該合成ブーム制御目標値演算手段で得られた該合成ブー
   ム制御目標値に基づいて、該ブームが所定の姿勢となる
   ように、該ブーム油圧シリンダを制御するブーム制御系
   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。
8. 【請求項８】 該スティック制御系が、該スティック制
   御目標値とスティック姿勢検出手段にて検出された該ス
   ティックの姿勢情報とに基づいて、該スティック油圧シ
   リンダをフィードバック制御するように構成されるとと
   もに、 該ブーム制御系が、該合成ブーム制御目標値とブーム姿
   勢検出手段にて検出された該ブームの姿勢情報とに基づ
   いて、該ブームが所定の姿勢となるように、該ブーム油
   圧シリンダをフィードバック制御するように構成されて
   いることを特徴とする、請求項７記載の建設機械の制御
   装置。
9. 【請求項９】 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伸縮変位検
   出手段として構成されるとともに、 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８記載の建設機械の制御装
   置。
10. 【請求項１０】 該実ブーム制御目標値演算手段が、上
    記ブーム及びスティックの実際の姿勢情報から該バケッ
    トの歯先位置情報を演算するバケット歯先位置演算部
    と、該バケット歯先位置演算部で得られた該バケットの
    歯先位置情報から該実ブーム制御目標値を求める実ブー
    ム制御目標値演算部とをそなえ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。
11. 【請求項１１】 該合成ブーム制御目標値演算手段が、
    該実ブーム制御目標値及び該ブーム制御目標値に所定の
    重み情報を付加して該合成ブーム制御目標値を求めるよ
    うに構成されていることを特徴とする、請求項７または
    請求項１０に記載の建設機械の制御装置。
12. 【請求項１２】 該合成ブーム制御目標値演算手段で付
    加される該重み情報が、０以上１以下の数値をとるよう
    に設定されていることを特徴とする、請求項１１記載の
    建設機械の制御装置。
13. 【請求項１３】 該合成ブーム制御目標値演算手段が、
    該ブーム制御目標値に第１重み係数を付加するととも
    に、該実ブーム制御目標値に第２の重み係数を付加し
    て、該合成ブーム制御目標値を求めるように構成されて
    いることを特徴とする、請求項１１記載の建設機械の制
    御装置。
14. 【請求項１４】 該合成ブーム制御目標値演算手段で付
    加される上記の第１重み係数及び第２重み係数が、共に
    ０以上１以下の数値をとるように設定されていることを
    特徴とする、請求項１３記載の建設機械の制御装置。
15. 【請求項１５】 上記の第１重み係数及び第２重み係数
    の和が１となるように設定されていることを特徴とす
    る、請求項１３記載の建設機械の制御装置。
16. 【請求項１６】 該合成ブーム制御目標値演算手段で付
    加される該第１重み係数が、該スティック油圧シリンダ
    の伸長量が大きくなるほど小さくなるように設定されて
    いることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれかに
    記載の建設機械の制御装置。
17. 【請求項１７】 該ブーム油圧シリンダ及びスティック
    油圧シリンダのための油圧回路が、各シリンダの伸縮変
    位速度がシリンダに作用する負荷に依存するようなオー
    プンセンタ型回路であることを特徴とする、請求項７記
    載の建設機械の制御装置。