JPH108492A

JPH108492A - 建設機械の領域制限掘削制御装置

Info

Publication number: JPH108492A
Application number: JP16711896A
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: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-13
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: JP3497950B2

Abstract

(57)【要約】【課題】建設機械の領域制限掘削制御装置において、フ
ロント装置の動作速度や操作レバー装置の操作状態に係
わらず、領域を制限した掘削を能率良く円滑に行えるよ
うにする。【解決手段】フロント装置１Ａが動き得る領域を予め設
定しておき、アームの予想動作速度からバケットが設定
領域の境界の外に出ないようにするためのブーム指令の
制限値を計算し、バケットが設定領域の境界に近づくに
従ってブームを上げ、減速方向変換制御を行う。この
時、アーム操作信号を減少させ、アームを減速すると共
に、減速量調整器７０のＮｏ．１〜５の調整ボタン７１
〜７５の操作でその減少量を調整できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建設機械の領域制限
掘削制御装置に係わり、特に、多関節型のフロント装置
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が行える領域制限掘削
制御装置に関する。

【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
動操作レバー装置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。

【０００３】そこで、掘削作業を容易にするため、国際
公開公報ＷＯ９５／３００５９号公報の提案がある。こ
の提案では、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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、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、設定領域の境界
に沿った方向には動けるようにしているので、領域を制
限した掘削を能率良く円滑に行える。しかし、当該制御
は速度制御であるため、操作レバー装置の指令値が大き
くフロント装置の速度が極端に大きかったり、急激に操
作レバーを動かした場合には、油圧回路上の遅れなど制
御上の応答遅れやフロント装置にかかる慣性力などによ
りフロント装置が設定領域からはみ出す可能性があっ
た。

【０００５】本発明の目的は、フロント装置の動作速度
や操作レバー装置の操作状態に係わらず、領域を制限し
た掘削を能率良く円滑に行える建設機械の領域制限掘削
制御装置を提供することである。

【０００６】

【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、多関節型
のフロント装置を構成する上下方向に回動可能な複数の
フロント部材を含む複数の被駆動部材と、前記複数の被
駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ
と、前記複数の被駆動部材の動作を指示する複数の操作
手段と、前記複数の操作手段の操作信号に応じて駆動さ
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備えた建設機械の
領域制限掘削制御装置において、前記フロント装置の動
き得る領域を設定する領域設定手段と；前記フロント装
置の位置と姿勢に関する状態量を検出する第１検出手段
と；前記第１検出手段からの信号に基づき前記フロント
装置の位置と姿勢を計算する位置・姿勢演算手段と；前
記位置・姿勢演算手段の演算値に基づき、前記フロント
装置が前記設定領域内でその境界近傍にあるときに、前
記複数の操作手段のうち少なくとも第１の特定のフロン
ト部材に係わる操作手段の操作信号を減じる信号減速制
御手段と、前記信号減速制御手段で補正された操作信号
と前記位置・姿勢演算手段の演算値に基づき、前記フロ
ント装置が前記設定領域内でその境界近傍にあるとき
に、前記フロント装置が前記設定領域の境界に沿った方
向には動き、前記設定領域の境界に接近する方向には移
動速度が減じられるよう前記複数の操作手段のうち少な
くとも第２の特定のフロント部材に係わる操作手段の操
作信号を補正する減速方向変換制御手段と；オペレータ
により操作される手動操作部を有し、この手動操作部の
操作により前記信号減速制御手段における操作信号の減
少量を調整する信号減少量調整手段とを備えるものとす
る。

【０００７】以上のように構成した本発明においては、
前記減速方向変換制御手段が、フロント装置が設定領域
内でその境界近傍にあるときに、フロント装置が設定領
域の境界に沿った方向には動き、設定領域の境界に接近
する方向には移動速度が減じられるよう第２の特定のフ
ロント部材に係わる操作手段の操作信号を補正すること
により、設定領域の境界に近づく速度を減じながらフロ
ント装置を設定領域の境界に沿って動かす減速方向変換
制御が行われる。このため、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。

【０００８】また、上記減速方向変換制御に際して、当
該制御は速度制御であるため、フロント装置の速度が極
端に大きかったり、設定領域の境界近傍で急激に操作手
段を操作した場合には、油圧回路上の遅れなど制御上の
応答遅れやフロント装置にかかる慣性力などによりフロ
ント装置が設定領域からはみ出す可能性がある。

【０００９】このようなとき、本発明においては、信号
減速制御手段が第１の特定のフロント部材に係わる操作
手段の操作信号を減じることにより、フロント装置の速
度が極端に大きかったり、急激に操作手段を操作した場
合でも、設定領域の境界近傍でのフロント装置の動きは
緩やかとなり、制御上の応答遅れの影響が少なくなり、
かつフロント装置の慣性が抑えられる。このため、フロ
ント装置の設定領域外への侵入量は減じられ、フロント
装置を設定領域の境界に沿って滑らかに動かし、円滑な
作業を行うことができる。

【００１０】一方、作業現場によって、要求される掘削
の精度・速度はさまざまである。掘削精度は多少悪くて
もよいから、作業速度を上げたい場合もあれば、速度は
極端に遅くても、精度を要求する場合もある。

【００１１】本発明では、上記のように信号減少量調整
手段を設け、手動操作部の操作により信号減速制御手段
による操作信号の減少量を調整できるようにしている。
このため、あらゆる作業現場に対して最適な減少量を設
定することが容易にでき、作業効率を向上することがで
きる。

【００１２】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記信号減速制御手段は、前記フロント装置と前記設定
領域の境界との距離が小さくなるにしたがって前記第１
の特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信号の減
少量が大きくなるように当該操作信号を補正する第１補
正演算手段を含み、前記信号減少量調整手段は、前記手
動操作部の操作により前記フロント装置と設定領域の境
界との距離の減少量に対する前記信号の減少量の割合を
変更する手段である。

【００１３】このように信号減速制御手段で、フロント
装置と設定領域の境界との距離が小さくなるにしたがっ
て第１の特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信
号の減少量が大きくなるように当該操作信号を補正する
ことにより、フロント装置の速度が極端に大きかった
り、急激に操作手段を操作した場合でも、設定領域の境
界近傍でのフロント装置の動きは緩やかとなるため、制
御上の応答遅れの影響が少なくなりかつフロント装置の
慣性が抑えられ、フロント装置を設定領域の境界に沿っ
て滑らかに動かすことができる。また、フロント装置が
設定領域の境界に近づくにしたがってフロント装置の速
度が減じられるため、フロント装置が設定領域の境界近
傍に近づいたときに急激に操作感が変わることなく、円
滑な操作が行える。

【００１４】また、信号減少量調整手段で、フロント装
置と設定領域の境界との距離の減少量に対する信号の減
少量の割合を変更することにより、上記第１補正演算手
段による信号減速制御に際して操作信号の減少量を調整
できる。

【００１５】（３）また、上記（２）において、好まし
くは、前記信号減速制御手段は、前記第１の特定のフロ
ント部材に係わる操作手段の操作信号にローパスフィル
タ処理を施す第２補正演算手段を更に含む。

【００１６】このように第１の特定のフロント部材に係
わる操作手段の操作信号にローパスフィルタ処理を施す
ことにより、設定領域の境界近傍で操作手段を急激に操
作したときの立ち上がり時の操作信号が減じられる。こ
れにより、急激に操作手段を操作した場合でもフロント
装置はゆっくりと動きだし、制御上の応答遅れの影響が
少なくなり、かつフロント装置の慣性が抑えられる。

【００１７】（４）更に、前記複数の操作手段のうち少
なくとも前記第１及び第２の特定のフロント部材に係わ
る操作手段は前記操作信号としてパイロット圧を出力す
る油圧パイロット方式であり、この油圧パイロット方式
の操作手段を含む操作システムが対応する油圧制御弁を
駆動するものである場合は、上記（１）において、好ま
しくは、前記信号減速制御手段は、前記フロント装置と
前記設定領域の境界との距離が小さくなるにしたがって
小さくなる目標パイロット圧を計算し、前記第１の特定
のフロント部材に係わる油圧制御弁に与えられるパイロ
ット圧が前記目標パイロット圧以下となるよう前記第１
の特定のフロント部材に係わる操作手段から出力された
パイロット圧を補正する手段であり、前記信号減少量調
整手段は、前記フロント装置と設定領域の境界との距離
の減少量に対する前記目標パイロット圧の減少量の割合
を変更する手段である。

【００１８】これにより、操作手段が油圧パイロット方
式の場合でも、上記（１）のように信号減速制御が行え
る。

【００１９】また、上記の信号減速制御に対して信号減
少量の調整が行える。

【００２０】（５）また、上記（４）において、好まし
くは、前記操作システムは前記第１の特定のフロント部
材に係わる油圧制御弁にパイロット圧を導くパイロット
ラインを含み、前記信号減速制御手段は、前記目標パイ
ロット圧に対応する電気信号を出力する手段と、前記パ
イロットラインに設置され前記電気信号により駆動され
る電気油圧変換手段とを含む。

【００２１】（６）更に、上記（１）において、好まし
くは、前記第１の特定のフロント部材は油圧ショベルの
アームであり、前記第２の特定のフロント部材は油圧シ
ョベルのブームである。

【００２２】（７）また、上記目的を達成するために、
本発明は、多関節型のフロント装置を構成する上下方向
に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動部
材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の
油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動作を
指示する複数の操作手段と、前記複数の操作手段の操作
信号に応じて駆動され、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
を備えた建設機械の領域制限掘削制御装置において、前
記フロント装置の動き得る領域を設定する領域設定手段
と；前記フロント装置の位置と姿勢に関する状態量を検
出する第１検出手段と；前記第１検出手段からの信号に
基づき前記フロント装置の位置と姿勢を計算する位置・
姿勢演算手段と；前記位置・姿勢演算手段の演算値に基
づき、前記フロント装置が前記設定領域内でその境界近
傍にあるときに、前記複数の操作手段のうち少なくとも
第１の特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信号
を減じる信号減速制御手段と、前記信号減速制御手段で
補正された操作信号と前記位置・姿勢演算手段の演算値
に基づき、前記フロント装置が前記設定領域内でその境
界近傍にあるときに、前記フロント装置が前記設定領域
の境界に沿った方向には動き、前記設定領域の境界に接
近する方向には移動速度が減じられるよう前記第１の特
定のフロント部材とは異なる第２の特定のフロント部材
に係わる操作手段の操作信号を補正する減速方向変換制
御手段とを備えるものとする。

【００２３】これにより、第１の特定のフロント部材に
係わる操作手段の操作信号を用いて第１の特定のフロン
ト部材とは異なる第２の特定のフロント部材に係わる操
作信号を補正し、減速方向変換制御を行うものにおい
て、上記（１）のように、第１の特定のフロント部材に
係わる操作手段の操作信号が減じられることとなり、フ
ロント装置の設定領域外への侵入量は減じられ、フロン
ト装置を設定領域の境界に沿って滑らかに動かし、円滑
な作業を行うことができる。

【００２４】（８）上記（７）において、本発明の領域
制限掘削制御装置は、好ましくは、オペレータにより操
作される手動操作部を有し、この手動操作部の操作によ
り前記信号減速制御手段における操作信号の減少量を調
整する信号減少量調整手段を更に備える。

【００２５】これにより、上記（１）のように、あらゆ
る作業現場に対して最適な減少量を設定することが容易
にでき、作業効率を向上することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を油圧ショベルに適
用した場合の実施形態を図面を用いて説明する。まず、
本発明の第１の実施形態を図１〜図１６により説明す
る。

【００２７】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〜３ｆ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〜４
ｆ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〜４ｆの操作信
号によって制御され、油圧アクチュエータ３ａ〜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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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
を指示する領域設定スイッチ７ａ及び領域制限掘削制御
の開始を指示する制御開始スイッチ７ｂを有する設定器
７と、レバー信号減速制御（後述）の操作信号の減少量
の変更を指示する減速量調整器７０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，８
ｂ，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、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、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４
３からのパイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁１
０ａ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５ａ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及びアーム用の操作レバー装置４ａ，４ｂのパイ
ロットライン４５ａ，４５ｂに設置され、それぞれ電気
信号に応じてそれぞれのパイロットライン内のパイロッ
ト圧を減圧して出力する比例電磁弁１０ｂ，１１ａ，１
１ｂと、比例電磁弁１１ａ，１１ｂの一次ポート側にお
いてパイロットライン４５ａ，４５ｂに設置され、操作
レバー装置４ｂの操作量としてそれぞれのパイロット圧
を検出する圧力検出器６１ａ，６１ｂと、比例電磁弁１
１ａ，１１ｂの二次ポート側においてパイロットライン
４５ａ、４５ｂに設置され、比例電磁弁１１ａ，１１ｂ
から流量制御弁５ｂの油圧駆動部５１ａ，５１ｂに与え
られるパイロット圧を検出する圧力検出器６１ｃ，６１
ｄと、操作レバー装置４ａ〜４ｆの操作信号、領域設定
スイッチ７ａ、制御開始スイッチ７ｂ及び減速量調整器
７０の指示信号、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと傾斜角
検出器８ｄの検出信号、圧力検出器６１ａ，６１ｂ，６
１ｃ，６１ｄ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，１１ａ，１１ｂに出力
する制御ユニット９とから構成されている。

【００３１】設定器７は、操作パネルあるいはグリップ
上に設けられ、領域設定スイッチ７ａを押すことで制御
ユニット９に掘削領域の設定を指示するとともに、制御
開始スイッチ７ｂを押すことで領域制限掘削制御の開始
を指示するものである。設定器７上には表示装置等、他
の補助手段があってもよい。また、掘削領域の設定の指
示は、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。

【００３２】減速量調整器７０も例えば操作パネル上に
設けられており、図３に示すように、Ｎｏ．１〜５の調
整ボタン７１〜７５と、これに対応するＬＥＤ７６〜８
１とを有している。制御開始時は、Ｎｏ．３の位置のア
ーム速度が設定されており、ＬＥＤも３の位置のＬＥＤ
７９が点灯している。Ｎｏ．４，５の位置の調整ボタン
７４，７５を押すに従いレバー信号減速制御（後述）の
操作信号の減少量が少なくなり、減速領域（後述）での
アーム速度は速くなり、Ｎｏ．２，１の調整ボタン７
２，７１を押すに従いレバー信号減速制御の操作信号の
減少量が多くなり、減速領域でのアーム速度は遅くな
る。ＬＥＤ７６〜８１は押したボタンに対応して点灯す
る。

【００３３】制御ユニット９の制御機能を図４に示す。
制御ユニット９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９
ｇ、ブームパイロット圧の制限値演算部９ｈ、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、レバー信号減速制御演算部９ｍ、レバー信号減少
量調整演算部９ｎ、レバー信号減速制御の切り換え演算
部９ｓ、アーム用バルブ指令演算部９ｋの各機能を有し
ている。

【００３４】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。その
一例を図５により説明する。この例はフロント装置１Ａ
のバケットの爪先（先端）Ｐ₁の位置を計算する場合の
ものであり、説明の簡略化のため傾斜角検出器８ｄの検
出値は省略する。

【００３５】図５において、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、フロント姿勢演算部９ａではこれらのデータ
と、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃで検出した回動角α，
β，γの各値を用いてバケット先端Ｐ₁の位置を計算す
る。このときＰ₁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（Ｘ，Ｙ）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
直行座標系である。ブーム１ａの回動支点とアーム１ｂ
の回動支点との距離をＬ₁、アーム１ｂの回動支点とバ
ケット１ｃの回動支点の距離をＬ₂、バケット１ｃの回
動支点とバケット１ｃの先端との距離をＬ₃とすれば、
回動角α，β，γからＸＹ座標系の座標値（Ｘ，Ｙ）
は、下記の式より求まる。

【００３６】Ｘ＝Ｌ₁ｓｉｎα＋Ｌ₂ｓｉｎ（α+β）＋
Ｌ₃ｓｉｎ（α＋β＋γ）Ｙ＝Ｌ₁ｃｏｓα＋Ｌ₂ｃｏｎ（α+β）＋Ｌ₃ｃｏｓ（α
＋β＋γ）領域設定演算部９ｂでは、設定器７の制御開始スイッチ
７ａがＯＮすると（押されると）、掘削可能領域の境界
Ｌの初期値として、バケットが届かないくらい深い位置
の値を設定する。これにより、制御開始スイッチ７ａを
ＯＮした直後では、フロント装置１Ａはそれが動作し得
る範囲で自由に動くことができ、その動作範囲内でダイ
レクトティーチにより掘削可能領域を自由に設定するこ
とができる。一例として、初期値はＹ＝−２０ｍとして
おく。

【００３７】また、領域設定演算部９ｂでは、領域設定
スイッチ７ｂからの指示で、ダイレクトティーチによ
り、バケット１ｃの先端が動き得る掘削可能領域の設定
演算を行う。その一例を図５を用いて説明する。この例
は、掘削可能領域の境界Ｌを深さｈ１のＸ軸に平行な直
線として設定する場合のものである。

【００３８】図５において、オペレータの操作でバケッ
ト１ｃの先端点Ｐ₁を目的位置に動かした後、領域設定
スイッチ７ｂを押す。領域設定演算部９ｂは、領域設定
スイッチ７ｂが押されると、その時のフロント姿勢演算
部９ａで計算されたバケット先端Ｐ１のＹ座標値の値Ｙ
＝Ｙ₁を用いて、設定値＝Ｙ座標値Ｙ₁ と掘削可能領域の境界Ｌを設定する。そして、このよう
に掘削可能領域の境界Ｌを設定した後、設定した掘削可
能領域の境界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ＸａＹａ座標系を立
て、ＸＹ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを求
める。

【００３９】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６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。

【００４０】図６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。

【００４１】アームシリンダ速度演算部９ｄでは、圧力
検出器６１ｃ，６１ｄ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、制御用のアームシリンダ速度を推定す
る。

【００４２】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。

【００４３】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７を用いて説明する。

【００４４】図７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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】領域制限制御の切り換え演算部９ｒでは、
制御開始スイッチ７ｂがＯＮで（押されており）領域制
限掘削制御の開始が指示されている場合は、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
まま出力し、制御開始スイッチ７ｂがＯＦＦ（押され
ておらず）で領域制限掘削制御の開始が指示されていな
い場合は、ブームパイロット圧の制限値として最大値を
出力する。

【００５２】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制限し、ブーム
下げ側の比例電磁弁１０ｂに０の電圧を出力する。ま
た、制限値が負の場合には、ブーム下げ側の比例電磁弁
１０ｂに制限値に対応する電圧を出力し、流量制御弁５
ａの油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を当該制限値に制
限し、ブーム上げ側の比例電磁弁１０ａには０の電圧を
出力する。

【００５３】レバー信号減速制御演算部９ｍでは、フロ
ント装置１Ａのアーム用の操作レバー装置４ｂの操作信
号（パイロット圧）を減じるレバー信号減速処理を行
う。

【００５４】図８にレバー信号減速制御部９ｍの処理内
容をフローチャートで示す。まず、手順１１０におい
て、フロント姿勢演算部９ｂで得たＸＹ座標系でのバケ
ット１ｃの先端位置を領域設定演算部９ａで求めた変換
データを用いてＸａＹａ座標系の値に変換し、そのＹａ
座標値から設定領域内における当該先端位置と設定領域
の境界との距離Ｄを求める。次いで、手順１３０におい
て、図９に示すようなバケット１ｃの先端との距離Ｄと
時定数ｔｇとの関係を用いて時定数ｔｇを計算するとと
もに、図１０に示すような距離Ｄとレバー信号減速係数
ｈｇとの関係を用いて減速係数ｈｇを計算する。

【００５５】ここで、図９に示す距離Ｄと時定数ｔｇと
の関係は制御ユニット９の記憶装置に記憶されている。
この距離Ｄと時定数ｔｇとの関係は、距離Ｄが距離Ｙａ
１よりも大きいときはｔｇ＝０であり、ＤがＹａ１より
も小さくなると、距離Ｄが減少するにしたがって時定数
ｔｇが増大し、距離Ｄ＝０でｔｇ＝ｔｇｍａｘとなるよ
うに設定されている。

【００５６】また、図１０に示す距離Ｄとレバー信号減
速係数ｈｇとの関係はレバー信号減少量調整演算部９ｎ
より与えられる。この距離Ｄと減速係数ｈｇとの関係
は、距離Ｄが距離Ｙａ１よりも大きいときはｈｇ＝１で
あり、ＤがＹａ１よりも小さくなると、距離Ｄが減少す
るにしたがって減速係数ｈｇが下記の式、ｈｇ＝Ｃｓｉｎ（θｇ）・Ｄ＋ｈｇｍｉｎにしたがって小さくなり、距離Ｄ＝０でｈｇ＝ｈｇｍｉ
ｎとなるように設定されている。ここで、Ｃは減速係数
の傾き、ｈｇｍｉｎは減速係数の切辺の値であり、それ
ぞれ調整可能な定数である（後述）。また、θｇは図５
に示すようにバケット１ｃの先端とアーム１ｂの回動中
心であるアームピン（角度検出器８ｂが取り付けられて
いる箇所）とを結ぶ線分が掘削領域の境界とのなす角で
ある。

【００５７】手順１３０では、手順１１０で求めた距離
Ｄと図９及び図１０に示す関係とからそのときの時定数
ｔｇと減速係数ｈｇを計算する。このとき、係数ｈｇは
上記のようにバケット１ｃの先端とアーム１ｂの回動中
心とを結ぶ線分が掘削領域の境界とのなす角θｇの関数
であるので、係数ｈｇを計算するにはまずこの角度θｇ
を求める。角度θｇは、検出した回動角α，β，γと制
御ユニット９の記憶装置に記憶してあるフロント装置１
Ａの各部寸法とに基づきバケット１ｃの先端位置とアー
ム１ｂの回動中心の位置を求め、この位置の値と上記領
域設定部で求めた設定領域の境界Ｌの直線式とから求め
る。

【００５８】次いで、圧力検出器６１ａ，６１ｂで検出
したアーム操作信号としてのパイロット圧をＰａ，Ｐｂ
とすると、手順１４０で、上記時定数ｔｇを用いてその
パイロット圧Ｐａ，Ｐｂに対してローパスフィルタ処理
を行い補正パイロット圧Ｐａ１，Ｐｂ１を生成する。

【００５９】ここで、手順１４０で行われるローパスフ
ィルタ処理の計算式は以下のようである。

【００６０】出力＝ｘ_n-1＋（１−ｅ^-aT）（ｘ_n−ｘ_n-1）ただし、ｘ_n：今回のサンプリングタイムで入力した操
作信号ｘ_n-1：前回のサンプリングタイムでの出力値ａ＝１／ｔｇＴ＝刻み時間このように手順１４０においてパイロット圧Ｐａ，Ｐｂ
に対してローパスフィルタ処理を行うことは、図１１に
示すようにステップ状の信号入力に対して信号の立ち上
がりを遅くすることであり、見かけ上、レバー操作はゆ
っくり行われたことになる。また、ローパスフィルタ処
理を行う際の時定数ｔｇを距離Ｄが減少するにしたがっ
て大きくすることは、バケット１ｃの先端が掘削領域の
境界Ｌに近づくにつれて信号（パイロット圧）の立ち上
がりを遅くすることであり、バケット１ｃの先端が掘削
領域の境界Ｌに近づくにしたがって信号の立ち上がり時
の減少量は大きくなる。次ぎに、手順１５０において、
図１２に示すアームの流量制御弁５ｂのシリンダ速度
特性により補正パイロット圧Ｐａ１，Ｐｂ１に対応する
アームシリンダ３ｂの速度ＶＡＣ１，ＶＡＤ１を計算す
る。

【００６１】次ぎに、手順１６０において、制御ユニッ
ト９の記憶装置に記憶してある図１２に示すようなアー
ムシリンダ３ｂのクラウド側のシリンダ速度の最大値Ｖ
ＡＣｍａｘとダンプ側のシリンダ速度の最小値ＶＡＤｍ
ｉｎ（絶対値の最大値）に上記の減速係数ｈｇを掛けて
アームシリンダ速度の補正最大値ＶＡＣ２及び補正最小
値ＶＡＤ２を生成する。

【００６２】次いで、手順１７０において、ＶＡＣ１，
ＶＡＣ２の最小値をアームシリンダ３ｂのクラウド側の
目標シリンダ速度ＶＡＣとし、ＶＡＤ１，ＶＡＤ２の最
大値（ＶＡＤ１，ＶＡＤ２の絶対値の最小値）をアーム
シリンダ３ｂのダンプ側の目標シリンダ速度ＶＡＤとす
る。すなわち、ＶＡＣ１＞ＶＡＣ２、ＶＡＤ１＜ＶＡＤ
２のときはＶＡＣ２，ＶＡＤ２が選択され、目標シリン
ダ速度ＶＡＣ，ＶＡＤの最大値及び最小値がそれぞれ補
正最大値ＶＡＣ２及び補正最小値ＶＡＤ２に制限され
る。

【００６３】ここで、手順１６０においてシリンダ速度
の最大値ＶＡＣｍａｘ及び最小値ＶＡＤｍｉｎに減速係
数ｈｇを掛けてシリンダ速度の補正最大値ＶＡＣ２及び
補正最小値ＶＡＤ２を生成することは、ｈｇが距離Ｄが
減少するにしたがって小さくなる値であるので、バケッ
ト１ｃの先端が掘削領域の境界に近づくにしたがって補
正最大値ＶＡＣ２及び補正最小値ＶＡＤ２の絶対値が小
さくなることである。また、ｈｇは上記のようにバケッ
ト１ｃの先端とアーム１ｂの回動中心とを結ぶ線分が掘
削領域の境界とのなす角θｇのｓｉｎ関数であり、θｇ
が小さくなるにしたがってｈｇは小さくなるので、フロ
ント装置１Ａが伸びるにしたがって補正最大値ＶＡＣ２
及び補正最小値ＶＡＤ２の絶対値は小さくなる。

【００６４】したがって、手順１７０において目標シリ
ンダ速度ＶＡＣ，ＶＡＤとしてＶＡＣ２，ＶＡＤ２が選
択されているときは、バケット１ｃの先端が掘削領域の
境界に近づくにしたがってかつフロント装置１Ａが伸び
るにしたがって目標パイロット圧Ｐａ２，Ｐｂ２の減少
量は大きくなる。一方、目標シリンダ速度ＶＡＣ，ＶＡ
ＤとしてＶＡＣ１，ＶＡＤ１が選択されているときは、
上記のようにパイロット圧Ｐａ，Ｐｂに対してローパス
フィルタ処理が行われており、バケット１ｃの先端が掘
削領域の境界Ｌに近づくにしたがって信号の立ち上がり
時の減少量が大きくなる。次いで、手順１８０で目標シ
リンダ速度ＶＡＣ，ＶＡＤからパイロットライン４５
ａ，４５ｂの目標パイロット圧Ｐａ２，Ｐｂ２を演算す
る。これは手順１５０におけるアームシリンダ速度を求
める演算の逆演算である。

【００６５】レバー信号減少量調整演算部９ｎでは、減
速量調整器７０の調整ボタン７１〜７５のどれが押され
たかに応じてレバー信号減速係数ｈｇを設定する。

【００６６】図１３にレバー信号減少量調整演算部９ｎ
の処理内容をフローチャートで示す。まず、手順２５０
において、制御開始スイッチ７ｂが押されると、減速量
調整器７０のＮｏ．３の調整ボタン７３に相当する減速
係数ｈｇが初期値として設定される。次いで、手順２７
０で調整ボタン７１〜７５のどれかが押されたかを判断
し、どれかが押されると手順２８０にて、押された調整
ボタンに相当する減速係数ｈｇを設定する。

【００６７】図１４に調整ボタン７１〜７５が押された
ときに設定されるそれぞれの減速係数を示す。「１」は
調整ボタン７１が押されたときの減速係数ｈｇ、「２」
は調整ボタン７２が押されたときの減速係数ｈｇ、
「３」は調整ボタン７３が押されたときの減速係数ｈ
ｇ、「４」は調整ボタン７４が押されたときの減速係数
ｈｇ、「５」は調整ボタン７５が押されたときの減速係
数ｈｇであり、それぞれ、次のように設定される。

【００６８】１：ｈｇ＝Ｃ_１ｓｉｎ（θｇ）・Ｄ＋ｈｇｍｉｎ₁ ２：ｈｇ＝Ｃ₂ｓｉｎ（θｇ）・Ｄ＋ｈｇｍｉｎ₂ ３：ｈｇ＝Ｃ₃ｓｉｎ（θｇ）・Ｄ＋ｈｇｍｉｎ₃ ４：ｈｇ＝Ｃ₄ｓｉｎ（θｇ）・Ｄ＋ｈｇｍｉｎ₄ ５：ｈｇ＝Ｃ₅ｓｉｎ（θｇ）・Ｄ＋ｈｇｍｉｎ₅ Ｃ₁〜Ｃ₅，ｈｇｍｉｎ₁〜ｈｇｍｉｎ₅は予め制御ユニッ
ト９の記憶装置に記憶しておく。

【００６９】このように調整ボタン７１〜７５により減
速係数ｈｇを選択して設定することにより、レバー信号
減速制御演算部９ｍで減速係数ｈｇから計算される操作
信号の減少量を調整でき、レバー信号減速制御における
アーム速度を調整できる。

【００７０】レバー信号減速制御切り換え演算部９ｓで
は、バケット１ｃの先端が減速領域にあるか否かに応じ
て、また制御開始スイッチ７ｂのＯＮ・ＯＦＦに応じて
演算部９ｍで計算した値を切り換え出力する。この詳細
を図１５にフローチャートで示す。

【００７１】図１５において、まず手順３００におい
て、制御開始スイッチ７ｂが押されたかどうかを判断
し、押されていれば手順３１０に進む。手順３１０で
は、バケット１ｃの先端が減速領域に浸入したかどうか
を判断する。制御ユニット９の記憶装置には、減速領域
の範囲を設定する値として図７に示すような設定領域の
境界Ｌからの距離Ｙａ１が記憶されている。手順３１０
では、レバー信号減速制御演算部９ｍの手順１１０で求
めた距離Ｄが距離Ｙａ１より小さくなると減速領域に侵
入したと判定する。手順３１０において、バケット１ｃ
の先端が減速領域に浸入したと判断されると、手順３２
０に進み、アームパイロット圧の制限値として演算部９
ｍで計算した値をそのまま出力する。なお、距離Ｄが負
の値になると、Ｄ＝０で計算された目標パイロット圧を
アームパイロット圧の制限値として出力し続ける。一
方、手順３００で制御開始スイッチ７ｂが押されていな
い場合、又は手順３１０で距離Ｄが距離Ｙａ１より大き
く、バケット１ｃの先端位置が減速領域に侵入していな
いときは手順３３０に進み、アームパイロット圧の制限
値として最大値を出力する。

【００７２】アーム用バルブ指令演算部９ｋでは、演算
部９ｓからのアームパイロット圧の制限値を入力し、こ
の値が正の場合には、アームクラウド側の比例電磁弁１
１ａに制限値に対応する電圧を出力し、流量制御弁５ｂ
の油圧駆動部５１ａのパイロット圧を当該制限値にし、
アームダンプ側の比例電磁弁１１ｂに０の電圧を出力す
る。また、制限値が負の場合には、アームダンプ側の比
例電磁弁１１ｂに制限値に対応する電圧を出力し、流量
制御弁５ｂの油圧駆動部５１ｂのパイロット圧を当該制
限値にし、アームクラウド側の比例電磁弁１１ａには０
の電圧を出力する。

【００７３】以上のように構成した本実施形態の動作を
説明する。この説明は、制御開始スイッチ７ｂをＯＮ
し、領域制限掘削制御を行う場合についてのものであ
る。また、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。

【００７４】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６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
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、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。

【００７５】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。

【００７６】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６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。

【００７７】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、比例電磁弁１１ａから出力されたパイ
ロット圧（後述）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。

【００７８】一方、これと同時に、流量制御弁５ｂの油
圧駆動部５１ａに与えられパイロット圧（比例電磁弁１
１ａの出力圧）が圧力検出器６１ｃ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９ｅ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６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。これにより流量制御弁５ｂの油圧駆動部５１ａに与
えられたパイロット圧に応じてアームが手前方向に動か
される。

【００７９】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
１６に示すような減速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。

【００８０】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６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１７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。

【００８１】また、以上のアームクラウド操作におい
て、アーム用操作レバー装置４ｂの指令値であるパイロ
ット圧は圧力検出器６１ａで検出され、その信号がレバ
ー信号減速制御演算部９ｍに入力されレバー信号減速制
御用の目標パイロット圧が演算される。このとき、バケ
ット先端が設定領域の境界Ｌから遠く、Ｄ≧Ｙａ１のと
きは、レバー信号減速制御の切り換え演算部９ｓはアー
ムパイロット圧の制限値として演算部９ｍで演算した目
標パイロット圧ではなく、最大値を出力し、バルブ指令
演算部９ｋでは対応する電圧をアームクラウド側の比例
電磁弁１１ａに出力し、比例電磁弁１１ａの開度を最大
にする。このため、操作レバー装置４ｂからのパイロッ
ト圧はそのまま流量制御弁５ｂのアームクラウド側の油
圧駆動部５１ａに与えられ、アームは操作レバー装置４
ｂの操作通りに手前方向に下がるよう動かされる。

【００８２】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に近づき、Ｄ＜Ｙａ１になると、
レバー信号減速制御の切り換え演算部９ｓでは演算部９
ｍで計算されたレバー信号減速制御用の目標パイロット
圧をアームパイロット圧の制限値として出力し、バルブ
指令演算部９ｋではアームクラウド側の比例電磁弁１１
ａに制限値に対応する電圧を出力し、流量制御弁５ｂの
油圧駆動部５１ａのパイロット圧を当該制限値に制限す
る。このため、アームは設定領域の境界Ｌに近づくに従
って減速される。また、このときの減速量は減速量調整
器７０の調整ボタン７１〜７５の操作で自由に調整可能
である。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】更に、上記アームクラウド操作時の減速方
向変換制御は速度制御であるため、フロント装置１Ａを
極端に速く動かしていたり、急激に操作レバー装置４ｂ
などを操作した場合には、油圧回路上の遅れなど制御上
の応答遅れやフロント装置１Ａにかかる慣性力などによ
りフロント装置１Ａが設定領域からはみ出す可能性があ
る。

【００８７】本実施形態では、レバー信号減速制御演算
部９においてローパスフィルタ処理（図８の手順１４
０）及びレバー信号減速処理（図８の手順１６０）にて
バケット１ｃの先端位置と掘削領域の境界との距離Ｄに
応じてアーム用の操作レバー装置４ｂのパイロット圧を
減じることにより、フロント装置１Ａの速度が極端に大
きくてもバケット１ｃの先端が設定領域の境界に近づく
にしたがってフロント装置１Ａの急激な移動が抑えられ
る。また、減速領域内で操作レバー装置４ｂが急激に操
作されてもアームは滑らかに動き出し、しかも動き出し
てからの速度も遅くなる。このため、油圧回路上の遅れ
など制御上の応答遅れの影響や慣性の影響が軽減され、
上記減速方向変換制御でのフロント装置１Ａの設定領域
外への侵入量は大幅に減じられ、フロント装置１Ａの動
作速度や操作レバー装置の操作状態に係わらず、領域を
制限した掘削を能率良く円滑に行える。

【００８８】また、作業現場によって、要求される掘削
の精度・速度はさまざまである。掘削精度は多少悪くて
もよいから、作業速度を上げたい場合もあれば、速度は
極端に遅くても、精度を要求する場合もある。

【００８９】本実施形態では、上記のように減速量調整
器７０の調整ボタン７１〜７５のいずれかを選択して押
すことにより、レバー信号減速制御によるアームのパイ
ロット圧の減少量を自由に調整できる。このため、あら
ゆる作業現場に対して最適な減少量を設定することが容
易にでき、作業効率を向上することができる。

【００９０】本発明の第２の実施形態を図１８〜図２２
により説明する。本実施形態は、操作レバー装置として
電気式を用いた油圧ショベルに本発明を適用したもので
ある。

【００９１】図１８において、本実施形態が適用される
油圧ショベルは、油圧パイロット方式の操作レバー装置
４ａ〜４ｆの代わりに電気式の操作レバー装置１４ａ〜
１４ｆを備えている。操作レバー装置１４ａ〜１４ｆは
操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧を電気信号
として出力し、この電気信号を制御ユニットＡを介して
流量制御弁１５ａ〜１５ｆの両端に設けられた電気油圧
変換手段、例えば比例電磁弁を備えた電磁駆動部３０
ａ，３０ｂ〜３５ａ，３５ｂの対応するものへ供給す
る。

【００９２】設定器７及び減速量調整器７０は第１の実
施形態のものと同じである。

【００９３】制御ユニット９Ａの制御機能を図１９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９
ｃ、アームシリンダ速度演算部９Ａｄ、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、ブーム指令の制限値演算部９Ａｈ、領域制
限制御の切り換え演算部９Ａｒ、ブーム用バルブ指令演
算部９Ａｉ、レバー信号減速制御演算部９Ａｍ、レバー
信号減少量調整演算部９Ａｎ、レバー信号減速制御の切
り換え演算部９Ａｓ、アーム用バルブ指令演算部９Ａｋ
の各機能を有している。

【００９４】アームシリンダ速度演算部９Ａｄでは、角
度検出器８ｂにより検出したアームの回動角を用い、座
標変換によりアームシリンダ変位を求め、それを微分し
て直接アームシリンダ速度を求める。なお、アームの操
作レバー装置４ｂの操作信号を用いてアームシリンダ速
度を求めてもよい。

【００９５】ブーム指令の制限演算部９Ａｈでは、ブー
ムの流量制御弁１５ａ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
指令値の制限値を求める。

【００９６】領域制限制御の切り換え演算部９Ａｒで
は、演算部９Ａｈで求めたブーム指令の制限値と操作レ
バー装置１４ａの指令値の大小、及び制御開始スイッチ
７ｂのＯＮ・ＯＦＦに応じてブーム指令値を切り換え出
力する。この詳細を図２０にフローチャートで示す。

【００９７】図２０において、まず手順４００におい
て、制御開始スイッチ７ｂが押されたかどうかを判断
し、押されていれば手順４１０に進む。手順４１０で
は、演算部９Ａｈで求めたブーム指令の制限値と操作レ
バー装置１４ａの指令値とを比較し、指令値が制限値よ
りも大きいと手順４２０に進み、アーム指令値として演
算部９Ａｈで計算した制限値を出力する。一方、手順４
００で制御開始スイッチ７ｂｇａ押されていない場合、
又は手順４１０で操作レバー装置１４ａの指令値が演算
部９Ａｈで求めた制限値より小さい場合は手順４３０に
進み、操作レバー装置１４ａの指令値をそのまま出力す
る。

【００９８】ここで、操作レバー装置１４ａの指令値は
ＸａＹａ座標系と同じく、設定領域外から設定領域内に
向かう方向（ブーム上げ方向）を（＋）方向としてい
る。また、演算部９Ａｒでブーム指令の制限値と操作レ
バー装置１４ａの指令値の大きい方を出力することは、
バケット先端が設定領域内の場合には制限値ｃが（−）
であることから両者の絶対値の小さい方を出力すること
であり、バケット先端が領域外の場合には制限値ｃが
（＋）であることから、両者の絶対値の大きい方を出力
することである。

【００９９】ブーム用バルブ指令演算部９Ａｉでは、演
算部９Ａｒからの指令値を入力し、その値が正の場合に
は流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａに対応す
る電圧を出力し、ブーム下げ駆動部３０ｂには０の電圧
を出力し、指令値が負の場合には逆にする。

【０１００】一方、レバー信号減速制御演算部９Ａｍで
は、フロント装置１Ａのアーム用の操作レバー装置４ｂ
の操作信号を減じるレバー信号減速処理を行う。

【０１０１】図２１にレバー信号減速制御部９Ａｍの処
理内容をフローチャートで示す。まず、手順５００にお
いて、フロント姿勢演算部９ｂで得たＸＹ座標系でのバ
ケット１ｃの先端位置を領域設定演算部９ａで求めた変
換データを用いてＸａＹａ座標系の値に変換し、そのＹ
ａ座標値から設定領域内における当該先端位置と設定領
域の境界との距離Ｄを求める。次いで、手順５１０にお
いて、図９に示すようなバケット１ｃの先端との距離Ｄ
と時定数ｔｇとの関係を用いて時定数ｔｇを計算すると
ともに、図１０に示すような距離Ｄとレバー信号減速係
数ｈｇとの関係を用いて減速係数ｈｇを計算する。

【０１０２】次いで手順５２０で、時定数ｔｇを用いて
アーム用の操作信号Ｓ_bに対してローパスフィルタ処理
を行い第１減速操作信号Ｓ_b1を生成し、手順５３０にお
いて、第１減速操作信号Ｓ_b1に減速係数ｈｇを掛けて
第２減速操作信号Ｓ_b2を生成する。

【０１０３】ここで、手順５２０で行われるローパスフ
ィルタ処理の計算及び操作信号Ｓ_bに対してローパスフ
ィルタ処理を行う意味、手順５３０において更に減速係
数ｈｇを掛ける意味は、第１の実施形態で説明したのと
同じである。

【０１０４】レバー信号減速制御切り換え演算部９Ａｓ
では、バケット１ｃの先端が減速領域にあるか否かに応
じて、また制御開始スイッチ７ｂのＯＮ・ＯＦＦに応じ
てアーム指令値を切り換え出力する。この詳細を図２２
にフローチャートで示す。

【０１０５】図２２において、まず手順６００におい
て、制御開始スイッチ７ｂが押されたかどうかを判断
し、押されていれば手順６１０に進む。手順６１０で
は、バケット１ｃの先端が減速領域に浸入したかどうか
を判断する。制御ユニット９Ａの記憶装置には、減速領
域の範囲を設定する値として図７に示すような設定領域
の境界Ｌからの距離Ｙａ１が記憶されている。手順６１
０では、レバー信号減速制御演算部９Ａｍの手順５００
で求めた距離Ｄが距離Ｙａ１より小さくなると減速領域
に侵入したと判定する。手順６１０において、バケット
１ｃの先端が減速領域に浸入したと判断されると、手順
６２０に進み、アーム指令値として演算部９Ａｍで計算
した制限値を出力する。なお、距離Ｄが負の値になる
と、Ｄ＝０で計算された目標パイロット圧をアーム指令
値の制限値として出力し続ける。一方、手順６００で制
御開始スイッチ７ｂｇａ押されていない場合、又は手順
６１０で距離Ｄが距離Ｙａ１より大きく、バケット１ｃ
の先端位置が減速領域に侵入していないときは手順６３
０に進み、操作レバー装置１４ｂの指令値をそのまま出
力する。

【０１０６】アーム用バルブ指令演算部９Ａｋでは、演
算部９Ａｓからのアーム指令値を入力し、当該指令値が
正の場合には流量制御弁１５ｂのアームクラウド駆動部
３１ａに対応する電圧を出力し、アームダンプ駆動部３
１ｂには０の電圧を出力し、指令値が負の場合には逆に
する。

【０１０７】その他の機能は第１の実施形態と同じであ
る。

【０１０８】以上のように構成した本実施形態では、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１４ａ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１４ａの指令値が領域制限制御
の切り換え演算部９Ａｒに入力される。一方、これと同
時に、演算部９ｃでは図６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、ブーム指令の制限値演算部９Ａｈ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９Ａｈで求めたブーム指令の制限値より操作レ
バー装置１４ａの指令値の方が大きいので、領域制限制
御の切り換え演算部９Ａｒでは操作レバー装置１４ａの
指令値が選択され、この指令値は負であるで、バルブ指
令演算部９Ａｉでは流量制御弁１５ａのブーム下げ駆動
部３０ｂに対応する電圧を出力し、ブーム上げ駆動部３
０ａには０の電圧を出力し、これにより操作レバー装置
１４ａの指令値に応じてブームが下がって行く。

【０１０９】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９Ａｈで求めた対応するブーム指令の制限
値が操作レバー装置１４ａの指令値よりも大きくなる
と、領域制限制御の切り換え演算部９Ａｒでは当該制限
値が選択され、バルブ指令演算部９Ａｉでは制限値ｃに
応じて流量制御弁１５ａのブーム下げ駆動部３０ｂに出
力する電圧を徐々に制限する。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。

【０１１０】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６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９Ａｉでは制限値ｃに応
じた電圧を流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａ
に出力する。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。

【０１１１】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１４ｂの操作レバーをアームクラウド
方向に操作すると、制御ユニット７のバルブ指令演算部
９Ａｋから出力された電気信号（後述）が流量制御弁１
５ｂのアームクラウド側の駆動部３１ａに与えられ、ア
ームは手前方向に下がるよう動かされる。

【０１１２】一方、これと同時に、操作レバー装置１４
ｂの指令値が演算部９Ａｄに入力されてアームシリンダ
速度が計算され、演算部９ｅ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６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−ｂｙ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、領域制限制御の切り換え演算部９Ａｒでは操作レバ
ー装置１４ａの指令値（＝０）が選択され、バルブ指令
演算部９Ａｉでは流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部
３０ａ及びブーム下げ駆動部３０ｂに０の電圧を出力す
る。これにより流量制御弁１５ｂの駆動部３１ａに与え
られた電気信号に応じてアームが手前方向に動かされ
る。

【０１１３】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、領域制限制御の切り換
え演算部９Ａｒでは演算部９Ａ９ｈで計算された制限値
が選択され、バルブ指令演算部９Ａｉでは制限値ｃに応
じた電圧を流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａ
に出力する。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１６に示すような減速方向変
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。

【０１１４】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６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９Ａｉから流量制御弁
１５ａのブーム上げ駆動部３０ａ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１７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。

【０１１５】また、以上のアームクラウド操作におい
て、アーム用操作レバー装置１４ｂの指令値は制御ユニ
ット９Ａのレバー信号減速制御演算部９Ａｍ及びレバー
信号減速制御の切り換え演算部９Ａｓに入力され、レバ
ー信号減速制御演算部９Ａｍでは減速操作信号Ｓ_b2が演
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、Ｄ≧Ｙａ１のときは、レバー信号減速制御の
切り換え演算部９Ａｓはアーム指令として演算部９Ａｍ
で演算した減速操作信号Ｓ_b2ではなく、アーム用操作レ
バー装置１４ｂの指令値を出力し、バルブ指令演算部９
Ａｋでは対応する電圧を流量制御弁１５ｂのアームクラ
ウド側の駆動部３１ａに出力する。このため、アームは
操作レバー装置１４ｂの操作通りに手前方向に下がるよ
う動かされる。

【０１１６】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に近づき、Ｄ＜Ｙａ１になると、
レバー信号減速制御の切り換え演算部９Ａｓでは演算部
９Ａｍで計算された減速操作信号Ｓ_b2を出力し、バルブ
指令演算部９Ａｋでは流量制御弁１５ｂのアームクラウ
ド側の駆動部３１ａに減速操作信号Ｓ_b2に対応する電圧
を出力する。このため、アームは設定領域の境界Ｌに近
づくに従って減速される。また、このときの減速量は減
速量調整器７０の調整ボタン７１〜７５の操作で自由に
調整可能である。

【０１１７】以上のように本実施形態によれば、操作レ
バー装置として電気式を採用したものにおいて、第１の
実施形態と同様の領域制限掘削制御が行える。

【０１１８】また、レバー信号減速制御及びそのレバー
信号減少量調整についても、第１の実施形態と同じ効果
が得られる。

【０１１９】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。

【０１２０】例えば、上記実施形態では、レバー信号減
速制御において減速係数ｈｇを用いる減速処理と時定数
ｔｇを用いるローパスフィルタ処理との両方を行った
が、そのいずれか一方のみを行ってもよい。

【０１２１】また、バケット先端と設定領域の境界との
距離と減速ベクトルとの関係、時定数ｔｇ及び減速係数
ｈｇとの関係及び復元ベクトルとの関係は上記実施例の
設定に限らず、種々の設定が可能である。

【０１２２】また、上記実施形態では、減速量調整器７
０の調整ボタンはＮｏ．１〜５の５種類としたが、この
数は自由に選べる。また、押しボタン式としたが、ロー
タリーダイヤルでポテンショメータを動かすことで、無
段階に調整できるようにしても良い。この場合はＡ／Ｄ
変換器が必要となる。更に、アップダウンキーを用いて
も良い。また、テンキーユニットで任意の数値を入力
し、予め設定してある計算式より入力値に応じた減少量
を演算するようにしても良い。

【０１２３】更に、上記実施形態では、フロント装置１
Ａの位置と姿勢に関する状態量を検出する手段として回
動角を検出する角度計を用いたが、シリンダのストロー
クを検出してもよい。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】

【発明の効果】本発明によれば、フロント装置の動作速
度や操作レバー装置の操作状態に係わらず、領域を制限
した掘削を能率良く円滑に行える。

【０１２７】また、本発明によれば、あらゆる作業現場
に対して最適なレバー減速制御の減少量を調整すること
が容易にでき、作業効率を向上することができる。

【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】減速量調整器の外観を示す図である。

【図４】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５】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６】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７】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８】レバー信号減速制御演算部の処理内容を示すフ
ローチャートである。

【図９】バケットの先端と設定領域の境界との距離と時
定数との関係を示す図である。

【図１０】バケットの先端と設定領域の境界との距離と
減速係数との関係を示す図である。

【図１１】ローパスフィルタ処理によるレバー入力の変
化を示す図である。

【図１２】アーム用流量制御弁のシリンダ速度特性を示
す図である。

【図１３】レバー信号減少量調整演算部の処理内容を示
すフローチャートである。

【図１４】レバー信号減少量の調整演算の説明図であ
る。

【図１５】レバー信号減速制御の切り換え演算部の処理
内容を示すフローチャートである。

【図１６】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１７】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。

【図１８】本発明の第２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１９】制御ユニットの制御機能を示す図である。

【図２０】領域制限制御の切り換え演算部の処理内容を
示すフローチャートである。

【図２１】レバー信号減速制御演算部の処理内容を示す
フローチャートである。

【図２２】レバー信号減速制御の切り換え演算部の処理
内容を示すフローチャートである。

【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；１４ａ〜１４ｆ操作レバー装置５ａ〜５ｆ；１５ａ〜１５ｆ流量制御弁７設定器７ａ領域設定スイッチ７ｂ制御介開始スイッチ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９ｋバルブ指令演算部９ｒ領域制限制御の切り換え演算部９ｍレバー信号減速制御演算部９ｎレバー信号減少量調整演算部９ｓレバー減速制御の切り換え演算部１０ａ，１０ｂ比例電磁弁１２シャトル弁５０ａ〜５５ｂ油圧駆動部６１ａ，６１ｂ圧力検出器７０減速量調整器７１〜７５調整ボタン

───────────────────────────────────────────────────── 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】多関節型のフロント装置を構成する上下方
向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動
部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数
の油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動作
を指示する複数の操作手段と、前記複数の操作手段の操
作信号に応じて駆動され、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
とを備えた建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記フロント装置の動き得る領域を設定する領域設定手
段と；前記フロント装置の位置と姿勢に関する状態量を
検出する第１検出手段と；前記第１検出手段からの信号
に基づき前記フロント装置の位置と姿勢を計算する位置
・姿勢演算手段と；前記位置・姿勢演算手段の演算値に
基づき、前記フロント装置が前記設定領域内でその境界
近傍にあるときに、前記複数の操作手段のうち少なくと
も第１の特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信
号を減じる信号減速制御手段と、前記信号減速制御手段で補正された操作信号と前記位置
・姿勢演算手段の演算値に基づき、前記フロント装置が
前記設定領域内でその境界近傍にあるときに、前記フロ
ント装置が前記設定領域の境界に沿った方向には動き、
前記設定領域の境界に接近する方向には移動速度が減じ
られるよう前記複数の操作手段のうち少なくとも第２の
特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信号を補正
する減速方向変換制御手段と；オペレータにより操作さ
れる手動操作部を有し、この手動操作部の操作により前
記信号減速制御手段における操作信号の減少量を調整す
る信号減少量調整手段を更に備えることを特徴とする建
設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項２】請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制
御装置において、前記信号減速制御手段は、前記フロン
ト装置と前記設定領域の境界との距離が小さくなるにし
たがって前記第１の特定のフロント部材に係わる操作手
段の操作信号の減少量が大きくなるように当該操作信号
を補正する第１補正演算手段を含み、前記信号減少量調
整手段は、前記手動操作部の操作により前記フロント装
置と設定領域の境界との距離の減少量に対する前記信号
の減少量の割合を変更する手段であることを特徴とする
建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項３】請求項２記載の建設機械の領域制限掘削制
御装置において、前記信号減速制御手段は、前記第１の
特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信号にロー
パスフィルタ処理を施す第２補正演算手段を更に含むこ
とを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項４】前記複数の操作手段のうち少なくとも前記
第１及び第２の特定のフロント部材に係わる操作手段は
前記操作信号としてパイロット圧を出力する油圧パイロ
ット方式であり、この油圧パイロット方式の操作手段を
含む操作システムが対応する油圧制御弁を駆動する請求
項１記載の建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記信号減速制御手段は、前記フロント装置と前記設定
領域の境界との距離が小さくなるにしたがって小さくな
る目標パイロット圧を計算し、前記第１の特定のフロン
ト部材に係わる油圧制御弁に与えられるパイロット圧が
前記目標パイロット圧以下となるよう前記第１の特定の
フロント部材に係わる操作手段から出力されたパイロッ
ト圧を補正する手段であり、前記信号減少量調整手段は、前記フロント装置と設定領
域の境界との距離の減少量に対する前記目標パイロット
圧の減少量の割合を変更する手段であることを特徴とす
る建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項５】請求項４記載の建設機械の領域制限掘削制
御装置において、前記操作システムは前記第１の特定の
フロント部材に係わる油圧制御弁にパイロット圧を導く
パイロットラインを含み、前記信号減速制御手段は、前
記目標パイロット圧に対応する電気信号を出力する手段
と、前記パイロットラインに設置され前記電気信号によ
り駆動される電気油圧変換手段とを含むことを特徴とす
る建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項６】請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制
御装置において、前記第１の特定のフロント部材は油圧
ショベルのアームであり、前記第２の特定のフロント部
材は油圧ショベルのブームであることを特徴とする建設
機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項７】多関節型のフロント装置を構成する上下方
向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動
部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数
の油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動作
を指示する複数の操作手段と、前記複数の操作手段の操
作信号に応じて駆動され、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
とを備えた建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記フロント装置の動き得る領域を設定する領域設定手
段と；前記フロント装置の位置と姿勢に関する状態量を
検出する第１検出手段と；前記第１検出手段からの信号
に基づき前記フロント装置の位置と姿勢を計算する位置
・姿勢演算手段と；前記位置・姿勢演算手段の演算値に
基づき、前記フロント装置が前記設定領域内でその境界
近傍にあるときに、前記複数の操作手段のうち少なくと
も第１の特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信
号を減じる信号減速制御手段と、前記信号減速制御手段で補正された操作信号と前記位置
・姿勢演算手段の演算値に基づき、前記フロント装置が
前記設定領域内でその境界近傍にあるときに、前記フロ
ント装置が前記設定領域の境界に沿った方向には動き、
前記設定領域の境界に接近する方向には移動速度が減じ
られるよう前記第１の特定のフロント部材とは異なる第
２の特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信号を
補正する減速方向変換制御手段とを備えることを特徴と
する建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項８】請求項７記載の建設機械の領域制限掘削制
御装置において、オペレータにより操作される手動操作
部を有し、この手動操作部の操作により前記信号減速制
御手段における操作信号の減少量を調整する信号減少量
調整手段を更に備えることを特徴とする建設機械の領域
制限掘削制御装置。