JPH10259618A

JPH10259618A - 建設機械の制御装置

Info

Publication number: JPH10259618A
Application number: JP6511397A
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: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】建設機械の制御装置に関し、操作部材を非動
作位置にしたときの作業部材のオーバーシュートなどを
防止して、作業部材の制御精度を向上できるようにす
る。【解決手段】操作部材の操作位置が非動作位置であっ
て、且つ、フィードバック制御系の制御偏差が所定値以
上という第１条件を満たす場合には、比例動作要素Ｐ，
微分動作要素Ｄ及び積分動作要素Ｉによるフィードバッ
ク制御を施す一方、上記の第１条件を満たさない場合に
は、積分動作要素Ｉによるフィードバック制御を禁止し
て上記の比例動作要素Ｐ及び微分動作要素Ｄによるフィ
ードバック制御を施すように構成する。

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４００などの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】具体的に、上述の油圧ショベルは、通常、
ブーム２００（油圧シリンダ１２０），スティック３０
０（油圧シリンダ１２１），バケット４００（油圧シリ
ンダ１２２）がそれぞれ電磁弁などを用いて電気的にＰ
ＩＤフィードバック制御されるようになっており、作業
部材の位置と姿勢の制御を適宜補正しながら所望の目標
動作（姿勢）を正確に保て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、上述の油圧
ショベルでは、例えば、掘削した土砂などをバケット４
００に収容したまま運搬する場合など、ブーム２００及
びスティック３００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（バケット角度）が常に
一定に保たれるような制御（バケット角一定制御）が必
要になる場合がある。

【０００６】このとき、バケット４００（油圧シリンダ
１２２）のＰＩＤフィードバック制御系では、ブーム２
００やスティック３００の操作中に、実際のバケット角
度と目標とするバケット角度との偏差が大きくなると、
Ｐ（比例要素），Ｉ（積分要素），Ｄ（微分要素）のう
ちＩ（積分要素）の働きにより、油圧シリンダ１２２へ
の指令値（制御目標値）を大きくして、その偏差を小さ
くするようにするようにしている。

【０００７】ところが、ブーム２００，スティック３０
０及びバケット４００のための操作レバー（操作部材）
を中立位置（非動作位置）にして、バケット４００を停
止させる時、上記の制御系では、停止時までのＩ（積分
要素）の蓄積分により、油圧シリンダ１２２への指令値
がすぐにはゼロにならないので、操作レバーを非動作位
置にしてもバケット４００はすぐに停止せず（オーバー
シュートが発生し）、制御精度を低下させてしまう。

【０００８】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、操作部材を非動作位置にしたときの作業部材
のオーバーシュートを防止して、作業部材の制御精度を
向上できるようにした、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の先端に枢着された作業部材
を、シリンダ式アクチュエータで駆動する際に、操作部
材の操作位置情報から求められる制御目標値に基づい
て、作業部材が所定の姿勢となるように、比例動作要
素，積分動作要素及び微分動作要素を有するフィードバ
ック制御系にて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、操作部材の操作位置が非動
作位置であって、且つ、フィードバック制御系の制御偏
差が所定値以上という第１条件を満たす場合には、上記
の比例動作要素，微分動作要素及び積分動作要素による
フィードバック制御を施す一方、上記の第１条件を満た
さない場合には、積分動作要素によるフィードバック制
御を禁止して上記の比例動作要素及び微分動作要素によ
るフィードバック制御を施すように構成されていること
を特徴としている。

【００１０】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関節
式アーム機構を介して取り付けられた作業部材と、伸縮
動作を行なうことにより作業部材を駆動するシリンダ式
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、操作部材の操作位置情報から制御目標値を求める制
御目標値設定手段と、作業部材の姿勢情報を検出する姿
勢検出手段と、制御目標値設定手段で得られた制御目標
値と姿勢検出手段で検出された作業部材の姿勢情報とに
基づいて、作業部材が所定の姿勢となるように、比例動
作要素，積分動作要素及び微分動作要素を有するフィー
ドバック制御系にてシリンダ式アクチュエータを制御す
る制御手段と、操作部材の操作位置が非動作位置である
かどうかを検出する操作位置検出手段と、フィードバッ
ク制御系の制御偏差が所定値以上であるかどうかを検出
する制御偏差検出手段とをそなえ、制御手段が、操作位
置検出手段によって検出された操作部材の操作位置が非
動作位置であって、且つ、制御偏差検出手段によって検
出されたフィードバック制御系の制御偏差が所定値以上
という第１条件を満たす場合には、上記の比例動作要
素，微分動作要素及び積分動作要素によるフィードバッ
ク制御を施す第１制御手段と、上記の第１条件を満たさ
ない場合には、積分動作要素によるフィードバック制御
を禁止して、上記の比例動作要素及び微分動作要素によ
るフィードバック制御を施す第２制御手段とをそなえて
構成されていることを特徴としている。

【００１１】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。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、関節
式アーム機構が、相互に関節部を介して枢着されたブー
ム及びスティックからなり、且つ、作業部材が、スティ
ックに枢着されるとともに、先端が地面を掘削し内部に
土砂を収容可能なバケットとして構成されたことを特徴
としている。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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、さらに、信号変換器２６とバケット姿勢検出手段
としてのレゾルバ２２とでバケット油圧シリンダ伸縮変
位検出手段が構成されている。

【００３７】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。

【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 λst＝（Ｌ₁₀₃₁₀₄ ²＋Ｌ₁₀₄₁₀₅ ²−２Ｌ₁₀₃₁₀₄・Ｌ₁₀₄₁₀₅ｃｏｓθst）^1/2 λbk＝（Ｌ₁₀₆₁₀₇ ²＋Ｌ₁₀₇₁₀₉ ²−２Ｌ₁₀₆₁₀₇・Ｌ₁₀₇₁₀₉ｃｏｓθbk）^1/2 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）。

【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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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、ブーム制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃとも、基本的に、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、操作レバー６，８の操作位置情報からシリンダ１２
０，１２１，１２２の目標速度（制御目標値）を求める
目標シリンダ速度設定手段８０とをそなえて構成されて
いる。

【００５０】すなわち、操作レバー（アーム機構操作部
材）６，８の操作位置情報から目標シリンダ速度設定部
（制御目標値設定手段）８０にて目標速度（制御目標
値）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６２参照）を掛けるルート（微
分動作要素Ｄ）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（比例動作要素Ｐ）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（積分動作要素Ｉ）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。

【００５１】つまり、本実施形態の制御部１Ａ，１Ｂ，
１Ｃは、与えられた目標速度とレゾルバ２０〜２２で検
出されたブーム２００，スティック３００，バケット４
００の姿勢情報（ここでは、レゾルバ２０，２１，２２
によって検出されるそれぞれのシリンダ１２０，１２
１，１２２の伸縮変位情報）とに基づいて、ブーム２０
０，スティック３００，バケット４００が所定の姿勢と
なるように、比例動作要素Ｐ，積分動作要素Ｉおよび微
分動作要素Ｄを有するＰＩＤフィードバック制御系に
て、油圧シリンダ１２０，１２１，１２２をそれぞれ制
御するようになっている。

【００５２】なお、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。

【００５３】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。ただし、本実施形
態では、特に、バケット角制御モードにおけるバケット
４００のオーバーシュートを防止するために、バケット
制御系である制御部１Ｃは、図６，図７に示すように、
目標シリンダ速度設定手段８０が目標バケットシリンダ
長演算手段８０′として構成されるとともに、制御偏差
検出手段８１，ＡＮＤゲート（論理積回路）８２及びス
イッチ８３をそなえて構成されている。なお、図６，図
７において図５中に示す符号と同一符号を付したものは
それぞれ図５により前述したものと同様のものである。

【００５４】ここで、目標バケットシリンダ長演算手段
８０′は、実際のブーム角θｂｍ′（図８参照）と実際
のスティック角θｓｔ′（図８参照）から目標となるバ
ケットシリンダ１２２の長さ（制御目標値）を所定の演
算により求めるもので、本制御部１Ｃでは、この演算手
段８０′により得られた制御目標値を微分した値（速度
情報）に基づいてＰＩＤフィードバック制御が行なわれ
るようになっている。

【００５５】具体的に、この目標バケットシリンダ長演
算手段８０′では、以下に示す演算式（１）〜（７）を
用いて、目標バケットシリンダ長さを求めるようになっ
ている。なお、以下において、Ｌ_i/jは固定長、Ｒ_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１０
３〜１０５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。

【００５６】また、ここでは、図８に示すように、節点
１０１をｘｙ座標の原点と仮定するとともに、原点，節
点１０４を結ぶ直線とｘ軸とのなす角（ブーム角）をθ
ｂｍ′、原点，節点１０４を結ぶ直線と節点１０４，１
０７を結ぶ直線とのなす角（スティック角）をθｓ
ｔ′、節点１０４，１０７を結ぶ直線とバケット４００
とのなす角をθｂｋ′とする。ただし、図８中に示す角
度は、いずれも、反時計回りを正としており、このた
め、各角度θｓｔ′，θｂｋ′はそれぞれ負の値をと
る。

【００５７】まず、目標バケットシリンダ長さ（Ｒ
_106/109）は余弦定理より次のように表される。Ｒ_106/109＝（Ｌ_106/107 ²＋Ｌ_107/109 ²−２Ｌ_106/107・Ｌ_107/109・ｃｏｓ２π−Ａ_104/107/106−Ａ_104/107/108−θ_109/107/108）^1/2 ・・・（１）ここで、この式（１）におけるθ_109/107/108は、 θ_109/107/108＝θ_109/107/110＋θ_108/107/110 ・・・（２）と表され、さらに、この式（２）おける
θ_109/107/110，θ_108/107/110はそれぞれ余弦定理に
より以下のように表される。

【００５８】 θ_109/107/110＝ｃｏｓ^-1〔（Ｌ_107/109 ²＋Ｒ_107/110 ²−Ｌ_109/110 ²）／２Ｌ _107/109 ・Ｒ_107/110〕・・・（３） θ_108/107/110＝ｃｏｓ^-1〔（Ｌ_107/108 ²＋Ｒ_107/110 ²−Ｌ_108/110 ²）／２Ｌ _107/108 ・Ｒ_107/110〕・・・（４）ここで、上記の式（３），（４）において、Ｌ
_107/108 ，Ｌ_107/109，Ｌ_108/ ₁₁₀及びＬ_109/110はい
ずれも既知の固定値であるので、Ｒ_107/110を求めれ
ば、式（３），（４）を式（２）に代入しさらに式
（２）を式（１）に代入すれば目標バケットシリンダ長
さＲ_106/109を求めることができる。Ｒ_107/110は、余
弦定理より、Ｒ_107/110＝（Ｌ_107/108 ²＋Ｌ_108/110 ²−２Ｌ_107/108・Ｌ_108/110・ｃｏｓ θ_107/108/110）^1/2 ・・・（５）と表すことができ、さらに、この式（５）におけるθ
_107/108/110は、 θ_107/108/110＝π−Ａ_104/108/107−Ａ_110/108/115−θｂｋ′ ・・・（６）と表すことができる。そして、この式（６）におけるθ
ｂｋ′は、次のようにバケット角φ（制御目標値）と実
際のブーム角θｂｍ′，スティック角θｓｔ′との関数
として表すことができる。

【００５９】 θｂｋ′＝φ−π−θｂｍ′−θｓｔ′ ・・・（７）従って、実際のブーム角θｂｍ′，スティック角θｓ
ｔ′がレゾルバ２０，２１で得られれば、上記の式
（７）を式（６）に代入し、さらに式（６）を式（５）
に代入することで、上記のＲ_107/110が求まり、最終的
に、式（１）〜（４）により目標バケットシリンダ長さ
Ｒ_106/109が求められる。

【００６０】なお、ここでは、上記のように実際のブー
ム角θｂｍ′，スティック角θｓｔ′から目標バケット
シリンダ長さＲ_106/109を求めているが、例えばブーム
シリンダ１２０の長さ，スティックシリンダ１２１の長
さから目標バケットシリンダ長さＲ_106/109を求めても
よい。次に、図６，図７において、制御偏差検出手段８
１は、このフィードバック制御系の制御偏差が所定値以
上であるかどうかを検出するものであり、ＡＮＤゲート
８２は、この制御偏差検出手段８１の出力と全ての操作
レバー６，８が中立位置（非動作位置）にあるときの信
号との論理積をとることにより、全ての操作レバー６，
８が中立位置で、且つ、上記の制御偏差が所定値以上で
ある場合（第１条件とする）に、Ｈパルスを出力するも
のである。

【００６１】そして、スイッチ８３は、上記のＡＮＤゲ
ート８２からＨパルスが出力されたときにＯＮ状態とな
るもので、このスイッチ８３がＯＮ状態のときに、上記
のゲインＫｐｉのフィードバック制御ルートが、上記の
ゲインＫｖｐのフィードバック制御ルートおよびゲイン
Ｋｐｐのフィードバック制御ルートに加えられるように
なっている。

【００６２】つまり、本制御部１Ｃは、上記の第１条件
を満たす場合には、ゲインＫｐｐ，ゲインＫｖｐ及びゲ
インＫｐｉのルート（比例動作要素Ｐ，微分動作要素Ｄ
及び積分動作要素Ｉ）によるＰＩＤフィードバック制御
を施す第１制御系（第１制御手段）と、上記の第１条件
を満たさない場合には、Ｋｐｉのルート（積分動作要素
Ｉ）によるフィードバック制御を禁止してＰＤフィード
バック制御を施す第２制御系（第２制御手段）とをそな
えていることになる。

【００６３】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。

【００６４】ここで、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。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。

【００６５】そして、このとき、本実施形態では、前述
したように、制御部１Ｃにおいて、全ての操作レバー
６，８が中立位置で、且つ、上記の制御偏差が所定値以
上である第１条件を満たす場合に、スイッチ８３がＯＮ
状態となり、ＰＩＤフィードバック制御（上記の第１制
御系によるフィードバック制御）が施され、この第１条
件を満たさない場合には、スイッチ８３がＯＦＦ状態と
なり、積分動作要素によるフィードバック制御が禁止さ
れＰＤフィードバック制御（上記の第２制御系によるフ
ィードバック制御）が施される。

【００６６】これにより、操作レバー６，８が動作位置
にある間（つまり、バケット角φが変化している間）は
積分動作要素によるフィードバック制御が禁止されるの
で、例えば、バケットシリンダ１２２の目標速度に対す
る制御偏差が大きくなったときにこの制御偏差を小さく
するために積分動作要素によりバケットシリンダ１２２
の目標速度が大きくなるといった目標速度の大きな変動
を抑止できる。

【００６７】従って、操作レバー６，８が動作位置にあ
る状態から中立位置になったとき（バケット角φを所望
の角度に保つとき）、制御偏差が有る（所定値以上）の
場合に、上述のごとくスイッチ８３をＯＮにして、積分
動作要素Ｉによるフィードバック制御をＰＤフィードバ
ック制御に加えてＰＩＤフィードバック制御を施すこと
により、ＰＤフィードバック制御では完全にゼロにしき
れなかった制御偏差を、迅速にゼロに近づけてバケット
シリンダ１２２の伸縮変位（つまり、バケット４００の
姿勢）を所望の目標値（バケット角）に素早く制御して
停止させることが可能になる。

【００６８】なお、上述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。

【００６９】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軸とのなす角
（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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】以上のように、本実施形態にかかるシステ
ムでは、操作レバー６，８が中立位置のとき（バケット
４００を停止させようとしたとき）で、且つ、制御偏差
が所定値以上の場合には、制御部１Ｃにおいて、積分動
作要素Ｉによるフィードバック制御をＰＤフィードバッ
ク制御に加えてＰＩＤフィードバック制御を施すので、
ＰＤフィードバック制御のみで完全にゼロにできなかっ
た制御偏差を、極めて迅速にゼロに近づけてバケット４
００を所望の姿勢に素早く正確に制御することが可能に
なり、バケット４００のオーバーシュートなどを確実に
防止して、極めて精度高くバケット４００を制御するこ
とができるようになる。

【００７７】また、本実施形態では、バケット４００の
姿勢情報をレゾルバ２２，信号変換器２６によりシリン
ダ１２２の伸縮変位情報として検出しているので、簡易
な構成で正確なバケット４００の姿勢情報を検出できる
ようになっている。なお、上述の実施形態では、図６，
図７に示す構成をバケット制御系に適用しているが、ブ
ーム制御系（制御部１Ａ），スティック制御系（制御部
１Ｂ）に適用しても、上述と同様の作用効果が期待でき
る。

【００７８】一方、上述のようにして、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４０
０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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】

【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、操作部材が動作位置にある間は積
分動作要素によるフィードバック制御が禁止されるの
で、積分動作要素に起因してシリンダ式アクチュエータ
の制御目標値が大きく変動することを抑止できる。従っ
て、操作部材が非動作位置で、且つ、制御偏差が所定値
以上の場合に、比例動作要素および微分動作要素による
フィードバック制御に積分動作要素によるフィードバッ
ク制御を加えれば、比例動作要素および微分動作要素に
よるフィードバック制御のみでは完全にゼロにできない
制御偏差を極めて迅速にゼロに近づけることができるの
で、作業部材を素早く正確に所望の姿勢に制御すること
が可能になり、極めて精度高く作業部材を制御すること
ができる。

【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要部制御ブロック
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：
バケット姿勢検出手段）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目標シリンダ速度設定手段８０′ 目標バケットシリンダ長演算手段８１制御偏差検出手段８２ＡＮＤゲート（論理積回路）８３スイッチ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

【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
機構の先端に枢着された作業部材を、シリンダ式アクチ
ュエータで駆動する際に、操作部材の操作位置情報から
求められる制御目標値に基づいて、該作業部材が所定の
姿勢となるように、比例動作要素，積分動作要素及び微
分動作要素を有するフィードバック制御系にて該シリン
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、該操作部材の操作位置が非動作位置であって、且つ、該
フィードバック制御系の制御偏差が所定値以上という第
１条件を満たす場合には、上記の比例動作要素，微分動
作要素及び該積分動作要素によるフィードバック制御を
施す一方、該第１条件を満たさない場合には、該積分動作要素によ
るフィードバック制御を禁止して上記の比例動作要素及
び微分動作要素によるフィードバック制御を施すように
構成さ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】建設機械本体と、該建設機械本体に関節式アーム機構を介して取り付けら
れた作業部材と、伸縮動作を行なうことにより該作業部材を駆動するシリ
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、操作部材の操作位置情報から制御目標値を求める制御目
標値設定手段と、該作業部材の姿勢情報を検出する姿勢検出手段と、該制御目標値設定手段で得られた該制御目標値と該姿勢
検出手段で検出された該作業部材の姿勢情報とに基づい
て、該作業部材が所定の姿勢となるように、比例動作要
素，積分動作要素及び微分動作要素を有するフィードバ
ック制御系にて該シリンダ式アクチュエータを制御する
制御手段と、該操作部材の操作位置が非動作位置であるかどうかを検
出する操作位置検出手段と、該フィードバック制御系の制御偏差が所定値以上である
かどうかを検出する制御偏差検出手段とをそなえ、該制御手段が、該操作位置検出手段によって検出された該操作部材の操
作位置が非動作位置であって、且つ、該制御偏差検出手
段によって検出された該フィードバック制御系の制御偏
差が所定値以上という第１条件を満たす場合には、上記
の比例動作要素，微分動作要素及び該積分動作要素によ
るフィードバック制御を施す第１制御手段と、該第１条件を満たさない場合には、該積分動作要素によ
るフィードバック制御を禁止して、上記の比例動作要素
及び微分動作要素によるフィードバック制御を施す第２
制御手段とをそなえて構成されていることを特徴とす
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】該関節式アーム機構が、相互に関節部を
介して枢着されたブーム及びスティックからなり、且つ、該作業部材が、該スティックに枢着されるととも
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。