JPH108491A

JPH108491A - 建設機械のフロント制御装置

Info

Publication number: JPH108491A
Application number: JP8166378A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Fujishima; 一雄藤島; Hiroshi Watanabe; 洋渡邊; Masakazu Haga; 正和羽賀; Takashi Nakagawa; 高志中川
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1998-01-13
Anticipated expiration: 2016-06-26
Also published as: EP0816579A2; DE69722312D1; CN1169494A; KR980002499A; KR100230561B1; CN1066231C; DE69722312T2; US5887365A; JP3455369B2; EP0816579A3; EP0816579B1

Abstract

(57)【要約】【課題】建設機械のフロント制御装置において、作動油
の温度が低い場合にも、フロント制御を精度良く安全に
行えるようにする。【解決手段】油温検出演算部９ｐでは、油温を最も低い
第１領域ａ、やや低い第２領域ｂ、通常温度の第３領域
ｃの３つの領域に分けるしきい値Ｔ₁，Ｔ₂が予め設定さ
れており、油温が第１領域ａにあるときは、警報ランプ
１４を連続点灯させ、油温が第２領域ｂにあるときは、
警報ランプ１４を点滅させ、油温が第３領域ｃにあると
きは、警報ランプ１４を消灯する処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多関節型のフロント
装置を備えた建設機械、特にアーム、ブーム、バケット
等のフロント部材からなるフロント装置を備えた油圧シ
ョベル等の建設機械において、フロント装置の動き得る
領域を制限した掘削を行う領域制限掘削制御等、フロン
ト制御を行うフロント制御装置及びこのフロント制御装
置における油温表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の代表例に油圧ショベルがあ
る。油圧ショベルではオペレータがフロント装置を構成
するブーム、アームなどのフロント部材をそれぞれの手
動操作レバーによって操作している。これらフロント部
材はそれぞれが関節部によって連結され回動運動を行う
ものであるため、これらフロント部材を操作して所定の
領域を掘削したり、所定の平面を掘削することは、非常
に困難な作業である。また、市街地などで作業をする場
合は、フロント装置が周囲の電線、壁等の物体に干渉し
ないように注意しなければならない。

【０００３】そこで、掘削作業を容易にしたりフロント
と周囲の物体との干渉を防止するための種々の提案がな
されている。

【０００４】例えば、特開平４−１３６３２４号公報で
は、侵入不可領域の手前に減速領域を設定し、フロント
装置の一部、例えばバケットが減速領域に侵入すると、
操作レバーの操作信号を小さくしてフロント装置を減速
し、バケットが侵入不可領域の境界に達すると停止する
ようにしている。

【０００５】また、国際公開公報ＷＯ９５／３００５９
号公報では、掘削可能領域を設定し、フロント装置の一
部、例えばバケットが掘削可能領域の境界に近づくとバ
ケットの当該境界に向かう方向の動きのみを減速し、バ
ケットが掘削可能領域の境界に達するとバケットは掘削
可能領域の外には出ないが掘削可能領域の境界に沿って
は動けるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、油圧によっ
て駆動する機械では一般に、作動油の温度が低いと粘性
が上がるため、機械の応答性が下がるという傾向があ
る。これは上述のフロント制御装置でも例外ではなく、
作動油の温度が極端に低下すると油圧機器の応答遅れの
ため、制御精度の低下につながる。特に、上記のような
フロント制御を行うものでは、バケット先端が設定領域
の境界近傍に位置する時、操作レバーを急激に操作する
と、バケット先端が設定領域の境界を越え、侵入しては
ならない領域に侵入してしまう。

【０００７】本発明の目的は、作動油の温度が低い場合
にも、フロント制御を精度良く安全に行える建設機械の
フロント制御装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（１）上記目的を達成するために、本発明は、上下方向
に回動可能な複数のフロント部材により構成される多関
節型のフロント装置と、前記複数のフロント部材を駆動
する複数の油圧アクチュエータと、複数の操作手段から
の信号により駆動され、前記複数の油圧アクチュエータ
に供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御弁と
を有する建設機械に備えられ、前記フロント装置を予め
設定された領域内で動くよう制御する建設機械のフロン
ト制御装置において、作動油の温度を検出する油温検出
手段と、前記油温検出手段で検出された作動油の温度
が、第１油温領域と、第１油温領域よりも高い第２油温
領域、第２油温領域よりも高い第３油温領域の少なくと
も３つの油温領域のいずれにあるかを判断し、作動油の
温度が第１及び第２油温領域にあるときは、第１油温領
域と第２油温領域とでは異なる態様で警報を発する警報
手段とを備えるものとする。

【０００９】以上によりオペレータは、建設機械の操作
をする上で重要な要素である油温が低いか否か、またど
の程度低いかを認識しながら作業を行うことができる。
即ち、油温が第２油温領域にある場合（やや低い場合）
は応答性が低いことが予見されるので、建設機械の操作
を丁寧に行うよう意識するため、フロント制御の向上が
図れる。また、油温が第１油温領域にある場合（相当低
い場合）はフロント制御に適しないので、フロント制御
は利用せず、通常の操作手段の操作通りの作業を行う。
これにより、作動油の温度が低い場合にも、フロント制
御を精度良く安全に行うことができる。

【００１０】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記警報手段は、オペレータが視覚で認識できる警報表
示手段を有し、この警報表示手段を動作させることによ
り警報を発するものである。

【００１１】これにより、オペレータは視覚により油温
が低いか否か、またどの程度低いかを認識することがで
きる。

【００１２】（３）また、上記（１）において、好まし
くは、前記警報手段は、作動油の温度が前記第１油温領
域にあるときには連続的に警報を発し、作動油の温度が
前記第２油温領域にあるときには間欠的に警報を発する
ものである。

【００１３】これによりオペレータは、油温が低い場
合、第１油温領域、第２油温領域のいずれにあるかを区
別して認識することができる。

【００１４】（４）上記（３）において、好ましくは、
前記警報手段は、作動油の温度が前記第２油温領域にあ
るとき、温度が低くなるに従って警報を発する間隔を短
くする。

【００１５】これによりオペレータは、油温がやや低い
第２油温領域にある場合でも、第２油温領域のどの変に
あるかを知ることができる。

【００１６】（５）また、上記（１）において、好まし
くは、前記警報手段は、作動油の温度が前記第１油温領
域にあるとき、警報を発すると同時に前記フロント装置
の制御を強制中止する。

【００１７】これにより油温が相当低い場合は、フロン
ト制御に強制的に入らないようになるので、油温が相当
低いにも係わらず誤ってフロント制御を実施してしまう
ことが防止できる。

【００１８】（６）また、上記目的を達成するために、
本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部材に
より構成される多関節型のフロント装置を予め設定され
た領域内で動くよう制御する建設機械のフロント制御装
置における油温表示装置において、作動油の温度を検出
する油温検出手段と、警報表示手段と、前記油温検出手
段で検出された作動油の温度が、第１油温領域と、第１
油温領域よりも高い第２油温領域、第２油温領域よりも
高い第３油温領域の少なくとも３つの油温領域のいずれ
にあるかを判断し、作動油の温度が前記第１及び第２油
温領域にあるときは、第１油温領域と第２油温領域とで
異なる態様で前記警報表示手段に警報を発生させる警報
制御手段とを備えるものとする。

【００１９】（６）更に、上記目的を達成するために、
本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部材に
より構成される多関節型のフロント装置を予め設定され
た領域内で動くよう制御する建設機械のフロント制御装
置における油温表示装置において、作動油の温度を検出
する油温検出手段と、前記油温検出手段からの信号を入
力し、所定の演算処理を行う警報制御手段と、前記警報
制御手段からの信号により動作し、第１油温領域と、第
１油温領域よりも高い第２油温領域、第２油温領域より
も高い第３油温領域の少なくとも３つの油温領域に対し
て、作動油の温度が第１及び第２油温領域にあるとき
は、第１油温領域と第２油温領域とで異なる態様で警報
を発する警報表示手段とを備えるものとする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を油圧ショベルの領
域制限掘削制御装置に適用した場合の実施形態を図１〜
図１０により説明する。図１において、本発明が適用さ
れる油圧ショベルは、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ
２からの圧油により駆動されるブームシリンダ３ａ、ア
ームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ
３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ，３ｆを含む複数の油圧
アクチュエータと、これら油圧アクチュエータ３ａ〜３
ｆのそれぞれに対応して設けられた複数の操作レバー装
置４ａ〜４ｆと、油圧ポンプ２と複数の油圧アクチュエ
ータ３ａ〜３ｆ間に接続され、操作レバー装置４ａ〜４
ｆの操作信号によって制御され、油圧アクチュエータ３
ａ〜３ｆに供給される圧油の流量を制御する複数の流量
制御弁５ａ〜５ｆと、油圧ポンプ２と流量制御弁５ａ〜
５ｆの間の圧力が設定値以上になった場合に開くリリー
フ弁６とを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を
駆動する油圧駆動装置を構成している。

【００２１】油圧ショベルは、図２に示すように、垂直
方向にそれぞれ回動するブーム１ａ、アーム１ｂ及びバ
ケット１ｃからなる多関節型のフロント装置１Ａと、上
部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅからなる車体１Ｂとで
構成され、フロント装置１Ａのブーム１ａの基端は上部
旋回体１ｄの前部に支持されている。ブーム１ａ、アー
ム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体
１ｅはそれぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３
ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の
走行モータ３ｅ，３ｆによりそれぞれ駆動される被駆動
部材を構成し、それらの動作は上記操作レバー装置４ａ
〜４ｆにより指示される。

【００２２】また、操作レバー装置４ａ〜４ｆは油圧パ
イロット方式であり、それぞれオペレータにより操作さ
れる操作レバー４０ａ〜４０ｆの操作量と操作方向に応
じたパイロット圧を、パイロットライン４４ａ〜４９ｂ
を介して対応する流量制御弁５ａ〜５ｆの油圧駆動部５
０ａ〜５５ｂに供給し、これら流量制御弁を駆動する。

【００２３】以上のような油圧ショベルに本実施形態に
よる領域制限掘削制御装置が設けられている。この制御
装置は、予め作業に応じてフロント装置の所定部位、例
えばバケット１ｃの先端が動き得る掘削可能領域の設定
を指示する設定器７と、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバ
ケット１ｃのそれぞれの回動支点に設けられ、フロント
装置１Ａの位置と姿勢に関する状態量としてそれぞれの
回動角を検出する角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと、車体
１Ｂの前後方向の傾斜角を検出する傾斜角検出器８ｄ
と、作動油の流れる管路に接続され、作動油の温度に応
じた電気信号を出力する油温検出器１３と、アーム用の
操作レバー装置４ｂのパイロットライン４５ａ，４５ｂ
に設けられ、操作レバー装置４ｂの操作量としてパイロ
ット圧を検出する圧力検出器６１ａ，６１ｂと、警報ラ
ンプ１４と、一次ポート側がパイロットポンプ４３に接
続され電気信号に応じてパイロットポンプ４３からのパ
イロット圧を減圧して出力する比例電磁弁１０ａと、ブ
ーム用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ａ
と比例電磁弁１０ａの二次ポート側に接続され、パイロ
ットライン４４ａ内のパイロット圧と比例電磁弁１０ａ
から出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁５
ａの油圧駆動部５０ａに導くシャトル弁１２と、ブーム
用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ｂに設
置され、電気信号に応じてパイロットライン４４ｂ内の
パイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁１０ｂと、
設定器７の設定信号、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと傾
斜角検出器８ｄの検出信号、油温検出器１３の検出信
号、圧力検出器６１ａ，６１ｂの検出信号を入力し、バ
ケット１ｃの先端が動き得る掘削可能領域を設定すると
共に、領域を制限した掘削制御を行うための操作信号の
補正を行う電気信号を比例電磁弁１０ａ、１０ｂに出力
し、更に作動油の温度が低下すると警報ランプ１４を点
灯させ警報を発生させる制御ユニット９とから構成され
ている。

【００２４】設定器７は、操作パネルあるいはグリップ
上に設けられたスイッチ等の操作手段により設定信号を
制御ユニット９に出力し掘削領域の設定を指示するもの
で、操作パネル上には表示装置等、他の補助手段があっ
てもよい。また、ＩＣカードによる方法、バーコードに
よる方法、レーザによる方法、無線通信による方法等、
他の方法を用いてもよい。

【００２５】制御ユニット９の制御機能を図３に示す。
制御ユニット９Ａは、フロント姿勢演算部９ａ、領域設
定演算部９ｂ、バケット先端速度の制限値演算部９ｃ、
アームシリンダ速度演算部９ｄ、アームによるバケット
先端速度演算部９ｅ、ブームによるバケット先端速度の
制限値演算部９ｆ、ブームシリンダ速度の制限値演算部
９ｇ、ブームパイロット圧の制限値演算部９ｈ、油温検
出演算部９ｐ、ＬＥＤ制御演算部９ｑ、領域制限制御の
切り換え演算部９ｒ、ブーム用バルブ指令演算部９ｉの
各機能を有している。

【００２６】フロント姿勢演算部９ａでは、角度検出器
８ａ〜８ｃ及び傾斜角検出器８ｄで検出したブーム、ア
ーム、バケットの回動角及び車体１Ｂの前後の傾斜角に
基づきフロント装置１Ａの位置と姿勢を演算する。

【００２７】領域設定演算部９ｂでは、設定器７からの
指示でバケット１ｃの先端が動き得る掘削領域の設定演
算を行う。その一例を図４を用いて説明する。

【００２８】図４において、オペレータの操作でバケッ
ト１ｃの先端を点Ｐの位置に動かした後、設定器７から
の指示でそのときのバケット１ｃの先端位置を計算し、
更に設定器７で指示された傾斜角ζにより制限領域の境
界Ｌを設定する。

【００２９】ここで、制御ユニット９の記憶装置にはフ
ロント装置１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法が記憶されてお
り、領域設定演算部９ｂはフロント姿勢演算部９ａにて
これらのデータと、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃで検出
した回動角及び傾斜角検出器８ｄで検出した車体１ｂの
傾斜角を用いて点Ｐの位置を計算する。このとき、点Ｐ
の位置は例えばブーム１ａの回動支点を原点としたＸＹ
座標系の座標値として求める。ＸＹ座標系は本体１Ｂに
固定した垂直面内にある直交座標系である。

【００３０】そして、点Ｐの位置と設定器７で指示され
た傾斜角ζにより制限領域の境界Ｌの直線式を立て、当
該直線上に原点を持ち当該直線を一軸とする直交座標
系、例えば点Ｐを原点とするＸａＹａ座標系を立て、Ｘ
Ｙ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを求める。

【００３１】バケット先端速度の制限値演算部９ｃで
は、バケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに基づき、バケ
ット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａを計算す
る。これは制御ユニット９の記憶装置に図５に示すよう
な関係を記憶しておき、この関係を読み出して行う。

【００３２】図５において、横軸はバケット先端の境界
Ｌからの距離Ｄを示し、縦軸はバケット先端速度の境界
Ｌに垂直な成分の制限値ａを示し、横軸の距離Ｄ及び縦
軸の速度制限値ａはＸａＹａ座標系と同じくそれぞれ設
定領域外から設定領域内に向かう方向を（＋）方向とし
ている。この距離Ｄと制限値ａの関係は、バケット先端
が設定領域内にあるときには、その距離Ｄに比例した
（−）方向の速度をバケット先端速度の境界Ｌに垂直な
成分の制限値ａとし、バケット先端が領域外にあるとき
には、その距離Ｄに比例した（＋）方向の速度をバケッ
ト先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａとするよう
に定められている。したがって、設定領域内では、バケ
ット先端速度の境界Ｌに垂直な成分が（−）方向で制限
値を越えた場合だけ減速され、設定領域外では、バケッ
ト先端が（＋）方向に増速されるようになる。

【００３３】なお、バケット先端と設定領域の境界Ｌと
の距離Ｄとバケット先端速度の制限値ａとの関係は直線
的に比例する関係としたが、これに限らず種々の設定が
可能である。

【００３４】アームシリンダ速度演算部９ｄでは、圧力
検出器６１ａ，６１ｂで検出した流量制御弁５ｂへの指
令値（パイロット圧）と、アームの流量制御弁５ｂの流
量特性により、アームシリンダ速度を推定する。

【００３５】アームによるバケット先端速度演算部９ｅ
では、アームシリンダ速度とフロント姿勢演算部９ａで
求めたフロント装置１Ａの位置と姿勢によりアームによ
るバケット先端速度ｂを演算する。

【００３６】ブームによるバケット先端速度の制限値演
算部９ｆでは、演算部９ｅで求めたアームによるバケッ
ト先端速度ｂを領域設定演算部９ｂで求めた変換データ
を用いてＸＹ座標系からＸａＹａ座標系へ変換し、アー
ムによるバケット先端速度（ｂｘ，ｂｙ）を演算し、演
算部９ｃで求めたバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成
分の制限値ａとそのアームによるバケット先端速度の境
界Ｌに垂直な成分ｂｙにより、ブームによるバケット先
端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ｃを演算する。こ
れを図６を用いて説明する。

【００３７】図６において、バケット先端速度の制限値
演算部９ｃで求められるバケット先端速度の境界Ｌに垂
直な成分の制限値ａとアームによるバケット先端速度演
算部９ｅで求められるアームによるバケット先端速度ｂ
の境界Ｌに垂直な成分ｂｙの差（ａ−ｂｙ）がブームに
よるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ｃ
であり、ブームによるバケット先端速度の制限値演算部
９ｆではｃ＝ａ−ｂｙの式より制限値ｃを計算する。

【００３８】制限値ｃの意味について、バケット先端が
設定領域内にある場合、境界上にある場合、設定領域外
にある場合に分けて説明する。

【００３９】バケット先端が設定領域内の場合には、バ
ケット先端速度は、バケット先端の境界Ｌからの距離Ｄ
に比例してバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制
限値ａに制限され、これよりブームによるバケット先端
速度の境界Ｌに垂直な成分はｃ（＝ａ−ｂｙ）に制限さ
れ、バケット先端速度ｂの境界Ｌに垂直な成分ｂｙがこ
れを越えた場合にはｃに減速される。

【００４０】バケット先端が設定領域の境界Ｌ上にある
場合には、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制
限値ａは０となり、設定領域外に向かうアームによるバ
ケット先端速度ｂは速度ｃのブーム上げによる補正動作
によってキャンセルされ、バケット先端速度の境界Ｌに
垂直な成分ｂｙも０となる。

【００４１】バケット先端が領域外の場合には、バケッ
ト先端速度の境界Ｌに垂直な成分はバケット先端の境界
Ｌからの距離Ｄに比例した上向きの速度ａに制限される
ことにより、常に設定領域内に復元するように速度ｃの
ブーム上げによる補正動作が行われる。

【００４２】ブームシリンダ速度の制限値演算部９ｇで
は、ブームによるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成
分の制限値ｃとフロント装置１Ａの位置と姿勢に基づ
き、上記変換データを用いた座標変換によりブームシリ
ンダ速度の制限値を演算する。

【００４３】ブームパイロット圧の制限演算部９ｈで
は、ブームの流量制御弁５ａの流量特性に基づき、演算
部９ｇで求めたブームシリンダ速度の制限値に対応する
ブームパイロット圧の制限値を求める。

【００４４】油温検出演算部９ｐでは、予め設定されて
いるテーブルにより、油温検出器１３からの信号を油温
に変換する。また、図７に示すように、油温を最も低い
第１油温領域ａ、やや低い第２油温領域ｂ、通常温度の
第３油温領域ｃの３つの油温領域に分けるしきい値
Ｔ₁，Ｔ₂が予め設定されており、この油温のしきい値Ｔ
₁，Ｔ₂と、検出された油温とを比較して、警報制御処理
を行う。

【００４５】図８に警報制御処理の詳細をフローチャー
トで示す。図８において、検出された油温が第１油温領
域ａにあるときは、警報ランプ１４を連続点灯する処理
を行い（スッテプ１００→１１０→１２０）、油温が第
２油温領域ｂにあるときは、警報ランプ１４を点滅する
処理を行い（スッテプ１００→１１０→１３０→１４
０）、油温が第３油温領域ｃにあるときは、警報ランプ
１４を消灯する処理を行う（スッテプ１００→１１０→
１３０→１５０）。

【００４６】ＬＥＤ制御演算部９ｑでは、油温検出演算
部９ｐでの処理結果に基づき、検出された油温が第１油
温領域ａにあるときは、警報ランプ１４を連続点灯さ
せ、油温が相当低いことをオペレータに知らせ、油温が
第２油温領域ｂにあるときは、警報ランプ１４を点滅さ
せ、油温がやや低いことをオペレータに知らせ、油温が
第３油温領域ｃにあるときは、警報ランプ１４を消灯
し、油温が常温であることをオペレータに知らせる。

【００４７】また、検出した油温が第２油温領域ｂにあ
るときは、更に第２油温領域の油温の範囲内で警報ラン
プ１４の点滅間隔を変える処理を行う。これは、油温検
出値をＴとし（Ｔ₁＜Ｔ＜Ｔ₂）、第１油温領域ａに隣接
する油温時の点滅周期をｔ₁、第３油温領域ｃに隣接す
る油温時の点滅周期をｔ₂、目標点滅周期をｔとする
と、ｔ＝（（Ｔ−Ｔ₁）／（Ｔ₂−Ｔ₁））（ｔ₂−ｔ₁）＋ｔ₁ により、ｔを求めればよい。

【００４８】これにより、オペレータは警報ランプ１４
の点滅の間隔により、油温が同じ第２油温領域ｂの範囲
内でも高温側に位置するのか低温側に位置するのかを予
測することができる。

【００４９】領域制限制御の切り換え演算部９ｒでは、
油温が第１油温領域ａにある場合は、ブームパイロット
圧の制限値として最大値を出力し、油温が第２油温領域
ｂ及び第３油温領域ｃにある場合は、ブームパイロット
圧の制限値として演算部９ｈで計算した値をそのまま出
力する。ここで、ブームパイロット圧の制限値を最大値
にすることは、領域制限制御を中止することである。

【００５０】ブーム用バルブ指令演算部９ｉでは、演算
部９ｒからのパイロット圧の制限値を入力し、この値が
正の場合には、ブーム上げ側の比例電磁弁１０ａに制限
値に対応する電圧を出力し、流量制御弁５ａの油圧駆動
部５０ａのパイロット圧を当該制限値にし、ブーム下げ
側の比例電磁弁１０ｂに０の電圧を出力して流量制御弁
５ａの油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を０にする。ま
た、制限値が負の場合には、ブーム下げ側の流量制御弁
の油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を制限するように制
限値に対応する電圧を比例電磁弁１０ｂに出力し、ブー
ム上げ側の比例電磁弁１０ａには０の電圧を出力し流量
制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパイロット圧を０にす
る。

【００５１】以上のように構成した本実施形態の動作を
説明する。作業例として、バケット先端の位置決めを行
おうとしてブーム用操作レバー装置４ａの操作レバーを
ブーム下げ方向に操作してブームを下げる場合（ブーム
下げ動作）と、手前方向に掘削しようとしてアーム用操
作レバー装置４ｂの操作レバーをアームクラウド方向に
操作してアームクラウドする場合（アームクラウド操
作）について説明する。

【００５２】バケット先端の位置決めを行おうとしてブ
ーム用操作レバー装置４ａの操作レバーをブーム下げ方
向に操作するとその操作レバー装置４ａの指令値である
パイロット圧がパイロットライン４４ｂを介して流量制
御弁５ａのブーム下げ側の油圧駆動部５０ｂに与えられ
る。一方、これと同時に、演算部９ｃでは図７に示す関
係からバケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに
比例したバケット先端速度の制限値ａ（＜０）が計算さ
れ、演算部９ｆではブームによるバケット先端速度の制
限値ｃ＝ａ（＜０）が計算され、ブームパイロット圧の
制限値演算部９ｈでは制限値ｃに応じた負のブーム指令
の制限値が計算され、バルブ指令演算部９ｉではブーム
下げ側の流量制御弁の油圧駆動部５０ｂのパイロット圧
を制限するように制限値に対応する電圧を比例電磁弁１
０ｂに出力し、ブーム上げ側の比例電磁弁１０ａには０
の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパ
イロット圧を０にする。このとき、バケット先端が設定
領域の境界Ｌから遠いときは演算部９ｈで求めたブーム
パイロット圧の制限値の絶対値は大きく、これより操作
レバー装置４ａのパイロット圧の方が小さいので、比例
電磁弁１０ｂは操作レバー装置４ａのパイロット圧をそ
のまま出力し、これにより操作レバー装置４ａのパイロ
ット圧に応じてブームが下がって行く。

【００５３】上記のようにブームが下がり、バケット先
端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて演算部９ｆで計
算されるブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ
（＜０）は大きくなり（｜ａ｜又｜ｃ｜は小さくな
り）、演算部９ｈで求めた対応するブーム指令の制限値
（＜０）の絶対値は小さくなる。そして、この制限値の
絶対値が操作レバー装置４ａの指令値よりも小さくな
り、バルブ指令演算部９ｉから比例電磁弁１０ｂに出力
される電圧がそれに応じて小さくなると、比例電磁弁１
０ｂは操作レバー装置４ａのパイロット圧を減圧して出
力し、流量制御弁５ａのブーム下げ側の油圧駆動部５０
ｂに与えられるパイロット圧を制限値ｃに応じて徐々に
制限する。これにより、設定領域の境界Ｌに近づくにつ
れてブーム下げ速度が徐々に制限され、バケット先端が
設定領域の境界Ｌに到達するとブームは停止する。した
がって、バケット先端の位置決めが簡単に滑らかにでき
る。

【００５４】また、バケット先端が設定領域の境界Ｌか
らはみ出した場合は、演算部９ｃでは図７に示す関係か
らバケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例
したバケット先端速度の制限値ａ（＝ｃ）が正の値とし
て計算され、バルブ指令演算部９ｉでは制限値ｃに応じ
た電圧を比例電磁弁１０ａに出力し、ブーム上げ側の流
量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａに制限値ａに応じたパ
イロット圧を与える。これにより、ブームは距離Ｄに比
例した速度で領域内に復元するように上げ方向に動かさ
れ、バケット先端が設定領域の境界Ｌまで戻ると停止す
る。したがって、バケット先端の位置決めが更に滑らか
に行える。

【００５５】また、手前方向に掘削しようとしてアーム
用操作レバー装置４ｂの操作レバーをアームクラウド方
向に操作するとその操作レバー装置４ｂの指令値である
パイロット圧が流量制御弁５ｂのアームクラウド側の油
圧駆動部５１ａに与えられ、アームは手前方向に下がる
よう動かされる。一方、これと同時に、操作レバー装置
４ｂのパイロット圧が圧力検出器６１ａで検出され、演
算部９ｄに入力されてアームシリンダ速度が計算され、
演算部ｅでアームによるバケット先端速度ｂが演算され
る。また、演算部９ｃでは図７に示す関係からバケット
先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケッ
ト先端速度の制限値ａ（＜０）が計算され、演算部９ｆ
ではブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−ｂ
ｙが計算される。このとき、バケット先端が設定領域の
境界Ｌから遠く、ａ＜ｂｙ（｜ａ｜＞｜ｂｙ｜）のとき
は制限値ｃは負の値として計算され、バルブ指令演算部
９ｉではブーム下げ側の流量制御弁の油圧駆動部５０ｂ
のパイロット圧を制限するように制限値に対応する電圧
を比例電磁弁１０ｂに出力し、ブーム上げ側の比例電磁
弁１０ａには０の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆
動部５０ａのパイロット圧を０にする。このとき、操作
レバー装置４ａは操作されていないので、流量制御弁５
ａの油圧駆動部５０ｂにはパイロット圧は出力されな
い。これにより操作レバー装置４ｂのパイロット圧に応
じてアームが手前方向に動かされる。

【００５６】上記のようにアームが手前方向に動かさ
れ、バケット先端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて
演算部９ｃで計算されるバケット先端速度の制限値ａは
大きくなり（｜ａ｜は小さくなり）、この制限値ａが演
算部９ｅで計算されるアームによるバケット先端速度ｂ
の境界Ｌに垂直な成分ｂｙよりも大きくなると、演算部
９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度の制限
値ｃ＝ａ−ｂｙは正の値となり、バルブ指令演算部９ｉ
ではブーム上げ側の比例電磁弁１０ａに制限値に対応す
る電圧を出力し、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａの
パイロット圧を当該制限値にし、ブーム下げ側の比例電
磁弁１０ｂに０の電圧を出力して流量制御弁５ａの油圧
駆動部５０ｂのパイロット圧を０にする。これにより、
バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分がバケット先端
と境界Ｌからの距離Ｄに比例して徐々に制限されるよう
に、ブーム上げによる補正動作が行われ、アームによる
バケット先端速度の補正されていない境界Ｌに平行な成
分ｂｘとこの制限値ｃによる補正された速度により、図
９に示すような方向変換制御が行われ、設定領域の境界
Ｌに沿った掘削が行える。

【００５７】また、バケット先端が設定領域の境界から
はみ出した場合は、演算部９ｃでは図７に示す関係から
バケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例し
たバケット先端速度の制限値ａが正の値として計算さ
れ、演算部９ｆで計算されるブームによるバケット先端
速度の制限値ｃ＝ａ−ｂｙ（＞０）は制限値ａに比例し
て大きくなり、バルブ指令演算部９ｉからブーム上げ側
の比例電磁弁１０ａに出力される電圧は制限値ｃに応じ
て増大する。これにより、設定領域外では距離Ｄに比例
したバケット先端速度で領域内に復元するように、ブー
ム上げによる補正動作が行われ、アームによるバケット
先端速度の補正されていない境界Ｌに平行な成分ｂｘと
この制限値ｃにより補正された速度により、図１０に示
すように設定領域の境界Ｌに沿って徐々に戻りながらの
掘削が行える。したがって、アームをクラウドするだけ
で滑らかに設定領域の境界Ｌに沿った掘削が行える。

【００５８】また、以上の動作は、作動油の温度が第２
油温領域ｂ及び第３油温領域ｃにあるときのものである
が、作動油の温度が第３油温領域ｃにあるときは、警報
ランプ１４は点灯せず、オペレータは油温が低くないこ
とを認識でき、上記領域制限掘削制御によるブーム下げ
動作及びアームクラウド動作を安心して行うことができ
る。また、作動油の温度が第２油温領域ｂにあるとき
は、警報ランプ１４は点滅し、オペレータに油温がやや
低いことを知らせる。このため、オペレータは油温が低
くて機械の応答性が低いことを認識することができ、予
め応答性が低いことを認識した丁寧な操作をすることが
できるため、上記領域制限掘削制御によるブーム下げ動
作及びアームクラウド動作を精度良く安全に行うことが
できる。更に、警報ランプ１４の点滅の間隔により、油
温が同じ第２油温領域ｂの範囲内でもどの程度低いかを
オペレータに知らせる。このため、オペレータは油温の
変化を知ることができ、油温の程度に応じた操作を行う
ことができ、利便性が向上する。

【００５９】一方、作動油の温度が第１油温領域ａにあ
るときは、警報ランプ１４は連続点灯し、オペレータに
油温が相当低いことを知らせるとともに、領域制限制御
の切り換え演算部９ｒでは、ブームパイロット圧の制限
値として最大値を出力し、領域制限制御を強制中止させ
る。このため、油温が相当低い場合に誤って領域制限掘
削制御が実施されてしまい、油圧機器の応答遅れにより
バケット先端が設定領域の境界を越え、侵入してはなら
ない領域に侵入してしまうことを防止できる。

【００６０】以上のように本実施形態によれば、バケッ
ト先端が設定領域内にある場合は、バケット先端速度の
設定領域の境界Ｌに垂直な成分は、バケット先端の境界
Ｌからの距離Ｄに比例して制限値ａにより制限されるの
で、ブーム下げ動作ではバケット先端の位置決めが簡単
に滑らかにでき、アームクラウド操作では、設定領域の
境界に沿ってバケット先端を動かすことができ、領域を
制限した掘削を能率良く円滑に行うことができる。

【００６１】また、バケット先端が設定領域外では、バ
ケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに比例して制限値ａに
よりフロント装置が設定領域に戻るように制御されるの
で、フロント装置を速く動かしたときでも設定領域の境
界に沿ってフロント装置を動かすことができ、領域を制
限した掘削を正確に行うことができる。

【００６２】また、このとき、上記のように予め方向変
換制御で減速されているので、設定領域外への侵入量は
少なくなり、設定領域に戻るときのショックは大幅に緩
和される。このため、フロント装置を速く動かしたとき
でも領域を制限した掘削を滑らかに行うことができ、領
域を制限した掘削を円滑に行うことができる。

【００６３】更に、本実施形態では、油温検出器１０に
よって油温が検出され、油温が相当低い場合は警報ラン
プ１１が連続点灯するのでオペレータは油温が相当低い
ことを認識できるとともに、領域制限掘削制御を強制中
止させるので、油温が相当低い場合に誤って領域制限制
御を実施してしまうことが防止され、油温がやや低い場
合は警報ランプ１１が点滅するので、オペレータは機械
の応答性が低いことを認識することができ、予め応答性
が低いことを認識した丁寧な操作をすることができ、領
域制限制御による掘削を精度良く安全に行うことができ
る。

【００６４】以上、本発明の代表的な実施形態をいくつ
か説明したが、本発明はこれに限定されず、種々の変形
が可能である。

【００６５】例えば、上記実施形態では、警報ランプを
用いたが、警報ランプの代わりブザーを鳴らしてもよ
い。

【００６６】また、油温が相当低い場合（第１油温領域
にある場合）は領域制限掘削制御を強制的に中止させた
が、警報ランプでその旨を知らせるだけでもよく、この
場合はオペレータの意志で領域制限掘削制御を中止すれ
ばよい。

【００６７】また、上記実施形態は、操作レバー装置と
して油圧パイロット方式を用いたが、電気式の操作レバ
ー装置であってもよい。

【００６８】また、領域制限掘削制御を行うための設定
領域の境界Ｌに対する距離Ｄとしてバケットの先端につ
いて述べたが、簡易的に実施するならばアーム先端ピン
からの距離をとってもよい。また、フロント装置との干
渉を防止し安全性を図るために領域を設定する場合は、
その干渉が起こり得る他の部位であってもよい。

【００６９】更に、適用される油圧駆動装置はクローズ
ドセンタタイプの流量制御弁を有するクローズドセンタ
システムとしたが、オープンセンタータイプの流量制御
弁を用いたオープンセンターシステムであってもよい。

【００７０】また、油圧ショベルのフロント制御として
領域制限掘削制御の例を示したが、フロントと周囲物体
との干渉を防止する干渉防止制御等のその他のフロント
制御に本発明を適用しても良い。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、作動油の温度が低い場
合でも、フロント制御を精度良く安全に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による建設機械のフロ
ント制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図である。

【図２】本発明が適用される油圧ショベルの外観を示す
図である。

【図３】制御ユニットの制御機能を示す機能ブロック図
である。

【図４】本実施形態の領域制限掘削制御における掘削可
能領域の設定方法を示す図である。

【図５】バケット先端速度の制限値を求めるときの設定
領域の境界からの距離との関係を示す図である。

【図６】バケット先端が設定領域内にある場合と、設定
領域の境界上にある場合と、設定領域外にある場合のブ
ームによるバケット先端速度の補正動作の違いを示す図
である。

【図７】油温検出演算部で油温を３つの油温領域に分け
る概念を示す説明図である。

【図８】油温検出演算部における処理内容を示すフロー
チャートである。

【図９】バケット先端が設定領域内にあるときの補正動
作軌跡の一例を示す図である。

【図１０】バケット先端が設定領域外にあるときの補正
動作軌跡の一例を示す図である。

【符号の説明】

１Ａフロント装置１Ｂ車体１ａブーム１ｂアーム１ｃバケット２油圧ポンプ３ａブームシリンダ３ｂアームシリンダ４ａ〜４ｆ操作レバー装置５ａ〜５ｆ流量制御弁７設定器８ａ〜８ｃ角度検出器８ｄ傾斜角度検出器９制御ユニット９ａフロント姿勢演算部９ｂ領域設定演算部９ｃバケット先端速度の制限値演算部９ｄアームシリンダ速度演算部９ｅアームによるバケット先端速度演算部９ｆブームによるバケット先端速度の制限値演算部９ｇブームシリンダ速度の制限値演算部９ｈブームパイロット圧の演算部９ｉバルブ指令演算部９ｐ油温検出演算部９ｑＬＥＤ制御演算部９ｒ領域制限制御の切り換え演算部１０ａ，１０ｂ比例電磁弁１２シャトル弁１３油温検出器１４警報ランプ５０ａ〜５５ｂ油圧駆動部６１ａ，６１ｂ圧力検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川高志茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下方向に回動可能な複数のフロント部材
により構成される多関節型のフロント装置と、前記複数
のフロント部材を駆動する複数の油圧アクチュエータ
と、複数の操作手段からの信号により駆動され、前記複
数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御
する複数の油圧制御弁とを有する建設機械に備えられ、
前記フロント装置を予め設定された領域内で動くよう制
御する建設機械のフロント制御装置において、作動油の温度を検出する油温検出手段と、前記油温検出手段で検出された作動油の温度が、第１油
温領域と、第１油温領域よりも高い第２油温領域、第２
油温領域よりも高い第３油温領域の少なくとも３つの油
温領域のいずれにあるかを判断し、作動油の温度が第１
及び第２油温領域にあるときは、第１油温領域と第２油
温領域とでは異なる態様で警報を発する警報手段とを備
えることを特徴とする建設機械のフロント制御装置。
【請求項２】請求項１記載の建設機械のフロント制御装
置において、前記警報手段は、オペレータが視覚で認識
できる警報表示手段を有し、この警報表示手段を動作さ
せることにより警報を発するものであることを特徴とす
る建設機械のフロント制御装置。
【請求項３】請求項１記載の建設機械のフロント制御装
置において、前記警報手段は、作動油の温度が前記第１
油温領域にあるときには連続的に警報を発し、作動油の
温度が前記第２油温領域にあるときには間欠的に警報を
発するものであることを特徴とする建設機械のフロント
制御装置。
【請求項４】請求項３記載の建設機械のフロント制御装
置において、前記警報手段は、作動油の温度が前記第２
油温領域にあるとき、温度が低くなるに従って警報を発
する間隔を短くすることを特徴とする建設機械のフロン
ト制御装置。
【請求項５】請求項１記載の建設機械のフロント制御装
置において、前記警報手段は、作動油の温度が前記第１
油温領域にあるとき、警報を発すると同時に前記フロン
ト装置の制御を強制中止することを特徴とする建設機械
のフロント制御装置。
【請求項６】上下方向に回動可能な複数のフロント部材
により構成される多関節型のフロント装置を予め設定さ
れた領域内で動くよう制御する建設機械のフロント制御
装置における油温表示装置において、作動油の温度を検出する油温検出手段と、警報表示手段と、前記油温検出手段で検出された作動油の温度が、第１油
温領域と、第１油温領域よりも高い第２油温領域、第２
油温領域よりも高い第３油温領域の少なくとも３つの油
温領域のいずれにあるかを判断し、作動油の温度が前記
第１及び第２油温領域にあるときは、第１油温領域と第
２油温領域とで異なる態様で前記警報表示手段に警報を
発生させる警報制御手段とを備えることを特徴とする油
温表示装置。
【請求項７】上下方向に回動可能な複数のフロント部材
により構成される多関節型のフロント装置を予め設定さ
れた領域内で動くよう制御する建設機械のフロント制御
装置における油温表示装置において、作動油の温度を検出する油温検出手段と、前記油温検出手段からの信号を入力し、所定の演算処理
を行う警報制御手段と、前記警報制御手段からの信号により動作し、第１油温領
域と、第１油温領域よりも高い第２油温領域、第２油温
領域よりも高い第３油温領域の少なくとも３つの油温領
域に対して、作動油の温度が第１及び第２油温領域にあ
るときは、第１油温領域と第２油温領域とで異なる態様
で警報を発する警報表示手段とを備えることを特徴とす
る油温表示装置。