JPH11140913A - 建設機械の領域制限掘削制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】建設機械の領域制限掘削制御で、特定のフロン
ト部材でフロント装置の動作を補正するよう制御すると
きに、演算上の特異点で不当演算が生じることを防止す
る。 【解決手段】補正用目標ブームシリンダ速度演算部９ｆ
では、演算部９ｅで求めた補正速度ベクトルＶｃｙａ′
からブームシリンダ３ａの補正用目標シリンダ速度を演
算する。このとき、Ｖｃｙａ′からＶｃｙａ′＝Ｌ・Ω
ｂによりブームの角速度Ωを計算し、このΩからブーム
シリンダ速度を求める。特異点処理演算部９ｇは、Ｌ
（＝Ｐｘ・ｃｏｓαｓ＋Ｐｙ・ｓｉｎαｓ）の値が次第
に小さくなってきたら、その値に応じてアームの速度を
減速させ、Ｌが０となる直前でアーム動作を停止させ
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
削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の代表例として油圧ショベルが
ある。この油圧ショベルは、下部走行体と下部走行体に
旋回可能に設けられた上部旋回体とで作業機本体を構成
すると共に、上部旋回体に上下方向に回転可能に連結さ
れたブームやアーム、バケット等のフロント部材でフロ
ント装置を構成し、各フロント部材を操作することによ
り、掘削や積み込み等の種々の作業を行うようになって
いる。ところが、これら各フロント部材はそれぞれが関
節部によって連結され回転運動を行うものであるため、
複数のフロント部材を操作して、法面の直線掘削、配管
埋設のための深さ制限掘削等、所定の領域を掘削するこ
とは、非常に困難な作業である。

【０００３】このような作業を容易にするために、特開
平８−３３３７６８号公報では、アームの操作信号から
アームによるバケット先端の速度ベクトルを演算し、フ
ロント装置が設定領域内でその近傍にあるとき、その速
度ベクトルの設定領域の境界に接近する方向のベクトル
成分を減じる補正速度ベクトルを求め、この補正速度ベ
クトルから特定のフロント部材、例えばブームのアクチ
ュエータ（ブームシリンダ）の目標動作量を演算し、こ
の目標動作量からブームのバルブ指令値を計算し出力す
ることにより、アームによるフロント装置の動きをブー
ムで補正し、フロント装置が設定領域外にあるときに
は、フロント装置を設定領域に戻す補正速度ベクトルを
求め、同様にブームのバルブ指令値を求め出力すること
により、アームによるフロント装置の動きをブームで補
正し、このようなブームの補正動作により領域を制限し
た掘削を能率良く円滑に行える領域制限掘削制御装置を
提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−３３３７６８号公報に記載の従来技術には次のよう
な問題がある。

【０００５】この従来技術では、アームによるフロント
装置の動きをブーム（特定のフロント部材）で補正して
フロント装置の動きを制御しており、そのためにアーム
によるバケット先端の速度ベクトルに対する補正速度ベ
クトルを求め、この補正速度ベクトルからブームシリン
ダの目標動作量を演算する処理を行っている。この演算
処理では、補正速度ベクトルを一旦ブームの目標角速度
に変換し、このブームの角速度からブームシリンダの目
標動作量を演算する必要がある。

【０００６】ところで、領域制限掘削制御が行われる作
業例として、例えば水平引きの場合、アームクラウドに
対してブームの上げまたは下げ量を制御することにより
フロント装置の動作を補正し、水平引きが行われる。垂
直にバケットをかきおろす作業や、傾斜した法面をかき
おろす作業でも、同様である。このような制御では、バ
ケット先端の位置がブームの付け根（回動中心）から目
標掘削面に降ろした垂線と目標掘削面との交点と等しく
なると、演算上ブームの目標角速度が無限大となり、特
異点となる。このような状態でブームシリンダの目標動
作量が演算されると、０割り等の不当演算が生じ、制御
が中断してしまう。その結果、所望の制御動作と異なる
動きをし、オペレータに不安感を与える。また、制御を
再開するためにリセット（制御の再立ち上げ）が必要と
なる。

【０００７】本発明の目的は、特定のフロント部材でフ
ロント装置の動作を補正する制御を行うときに、不当演
算により制御が中断することを防止し、円滑な制御が行
える建設機械の領域制限掘削制御装置を提供することに
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、前記複数のフロント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からの指令信号に
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し、
前記フロント装置の位置と姿勢に関する情報を用いてフ
ロント装置の動作を制御する建設機械の領域制限掘削制
御装置において、前記複数の操作手段からの指令信号と
前記フロント装置の位置と姿勢に関する情報とに基づき
前記フロント装置の指令信号による速度ベクトルを演算
すると共に、前記フロント装置が所定の動きをするよう
前記速度ベクトルを補正する補正速度ベクトルを求め、
更にこの補正速度ベクトルが得られるよう対応するフロ
ント部材の油圧アクチュエータの目標動作量を演算する
演算手段と、この演算手段によって演算された目標動作
量が得られるよう前記油圧アクチュエータに係わる油圧
制御弁を駆動する制御手段と、前記演算手段で第２の目
標速度ベクトルから前記油圧アクチュエータの目標動作
量を演算するとき、前記フロント装置の位置と姿勢が演
算上の特異点に近づいたかどうかを監視し、演算上の特
異点に近づくとその特異点での不当演算を回避する処理
を行う特異点処理手段とを備えるものとする。

【０００９】このように特異点処理手段を設け、演算手
段での関連する油圧アクチュエータの目標動作量の演算
に際して、演算上の特異点に近づくとその特異点による
不当演算を回避する処理を行うことにより、不当演算に
より制御が中断することが防止され、円滑な制御が行え
る。

【００１０】（２）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第１及び第２のフロン
ト部材を含む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、前記複数のフロント
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
圧制御弁とを有し、前記フロント装置の位置と姿勢に関
する情報を用いてフロント装置の動作を制御する建設機
械の領域制限掘削制御装置において、前記複数の操作手
段のうちの少なくとも前記第１のフロント部材に係わる
操作手段からの信号と前記フロント装置の位置と姿勢に
関する情報とに基づき前記フロント装置の第１のフロン
ト部材による速度ベクトルを演算する第１演算手段と、
この第１演算手段で演算した第１のフロント部材による
速度ベクトルと前記フロント装置の位置と姿勢に関する
情報とに基づき、前記フロント装置が所定の動きをする
よう前記第１のフロント部材による速度ベクトルを補正
する補正速度ベクトルを求める第２演算手段と、この補
正速度ベクトルが得られるよう前記第２のフロント部材
の油圧アクチュエータの目標動作量を演算する第３演算
手段と、この第３演算手段によって演算された目標動作
量が得られるよう前記第２のフロント部材の油圧アクチ
ュエータに係わる油圧制御弁を駆動する制御手段と、前
記第３演算手段で第２の目標速度ベクトルから前記油圧
アクチュエータの目標動作量を演算するとき、前記フロ
ント装置の位置と姿勢が演算上の特異点に近づいたかど
うかを監視し、演算上の特異点に近づくとその特異点で
の不当演算を回避する処理を行う特異点処理手段とを備
えるものとする。

【００１１】このように特異点処理手段を設け、第３演
算手段での油圧アクチュエータの目標動作量の演算に際
して、演算上の特異点に近づくとその特異点による不当
演算を回避する処理を行うことにより、上記（１）と同
様に不当演算により制御が中断することが防止され、円
滑な制御が行える。

【００１２】（３）上記（２）において、好ましくは、
前記特異点処理手段は、前記フロント装置の位置と姿勢
が演算上の特異点に達する直前で前記第１のフロント部
材の油圧アクチュエータの目標動作量を０にすること
で、特異点での不当演算を回避する。

【００１３】このように第１のフロント部材の油圧アク
チュエータの目標動作量を０にすることにより、第２の
フロント部材が演算上の特異点に達する前に第１のフロ
ント部材は強制的に停止され、特異点で不当演算が生じ
ることが回避される。

【００１４】（４）また、上記（２）において、好まし
くは、前記特異点処理手段は、前記フロント装置の位置
と姿勢が演算上の特異点に近づくと前記第１のフロント
部材の油圧アクチュエータの目標動作量を減じ、その後
０にすることで、特異点での不当演算を回避する。

【００１５】このように第１のフロント部材の油圧アク
チュエータの目標動作量を０にすることにより、上記
（３）で述べたように第１のフロント部材は強制的に停
止して特異点で不当演算が生じることが回避されると共
に、停止前に第１のフロント部材の油圧アクチュエータ
の目標動作量を減じることにより、第１のフロント部材
は減速しながら滑らかに停止し、停止時の衝撃が緩和さ
れる。

【００１６】また、演算上の特異点に近づくと目標動作
量を減じ、第１のフロント部材を減速することにより、
演算上の特異点に近づいたことがオペレータに分かるの
で、オペレータの操作でフロント装置を特異点から遠ざ
けることにより事前に特異点での不当演算を回避する操
作を行うことができる。

【００１７】（５）更に、上記（２）において、好まし
くは、前記特異点処理手段は、前記フロント装置の位置
と姿勢が演算上の特異点に近づくと警報を発し、その後
前記第１のフロント部材の油圧アクチュエータの目標動
作量を０にすることで、特異点による不当演算を回避す
る。

【００１８】このように第１のフロント部材の油圧アク
チュエータの目標動作量を０にすることにより、上記
（３）で述べたように第１のフロント部材は強制的に停
止して特異点で不当演算が生じることが回避される。

【００１９】また、停止前に警報を発することにより演
算上の特異点に近づいたことがオペレータに分かるの
で、オペレータの操作でフロント装置を特異点から遠ざ
けることにより事前に特異点での不当演算を回避する操
作を行うことができる。

【００２０】（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第１及び第２のフロン
ト部材を含む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、前記複数のフロント
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
圧制御弁とを有し、前記フロント装置の位置と姿勢に関
する情報を用いてフロント装置の動作を制御する建設機
械の領域制限掘削制御装置において、前記複数の操作手
段のうちの少なくとも前記第１のフロント部材に係わる
操作手段からの信号と前記フロント装置の位置と姿勢に
関する情報とに基づき前記フロント装置の第１のフロン
ト部材による速度ベクトルを演算する第１演算手段と、
この第１演算手段で演算した第１のフロント部材による
速度ベクトルと前記フロント装置の位置と姿勢に関する
情報とに基づき、前記フロント装置が所定の動きをする
よう前記第１のフロント部材による速度ベクトルを補正
する補正速度ベクトルを求める第２演算手段と、この補
正速度ベクトルが得られるよう前記第２のフロント部材
の油圧アクチュエータの目標動作量を演算する第３演算
手段と、この第３演算手段によって演算された目標動作
量が得られるよう前記第２のフロント部材の油圧アクチ
ュエータに係わる油圧制御弁を駆動する制御手段と、前
記第３演算手段で第２の目標速度ベクトルから前記油圧
アクチュエータの目標動作量を演算するとき、前記フロ
ント部材の位置と姿勢が演算上の特異点に近づいたかど
うかを監視し、演算上の特異点に近づくと特異点に近づ
いたことをオペレータに知らせる処理を行う特異点処理
手段とを備えるものとする。

【００２１】このように特異点処理手段を設け、第３演
算手段での油圧アクチュエータの目標動作量の演算に際
して、演算上の特異点に近づくとそのことをオペレータ
に知らせることにより、オペレータの操作でフロント装
置を特異点から遠ざけることにより事前に特異点での不
当演算を回避する操作を行うことができる。このため、
不当演算により制御が中断することが防止され、円滑な
制御が行える。

【００２２】（７）上記（６）において、好ましくは、
前記特異点処理手段は、前記第２のフロント部材の動作
が演算上の特異点に近づくと前記第１のフロント部材の
油圧アクチュエータの目標動作量を減じることで、オペ
レータに演算上の特異点に近づいたことを知らせる。

【００２３】（８）また、上記（６）において、前記特
異点処理手段は、前記第２のフロント部材の動作が演算
上の特異点に近づくと警報を発することで、オペレータ
に演算上の特異点に近づいたことを知らせてもよい。

【００２４】

【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１〜図１７により説明する。

【００２５】図１において、本発明が適用される油圧シ
ョベルの油圧回路は、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、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
〜４ｆと、油圧ポンプ２と複数の油圧アクチュエータ３
ａ〜３ｆ間に接続され、操作レバー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１５ａ〜１５ｆ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
とを有している。

【００２６】本実施形態では、操作レバー４ａ〜４ｆは
パイロットポンプ４３のパイロット圧により対応する流
量制御弁５ａ〜５ｆを駆動する油圧パイロット方式であ
り、それぞれ図２に示すように、オペレータにより操作
される操作レバー４０と、操作レバー４０の操作量と操
作方向に応じたパイロット圧を生成する一対の減圧弁４
１，４２とより構成され、減圧弁４１，４２の一次ポー
トはパイロットポンプ４３に接続され、二次ポートはパ
イロットライン４４ａ，４４ｂ；４５ａ，４５ｂ；４６
ａ，４６ｂ；４７ａ，４７ｂ；４８ａ，４８ｂ；４９
ａ，４９ｂを介して対応する流量制御弁の油圧駆動部５
０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂ；５２ａ，５２ｂ；５３
ａ，５３ｂ；５４ａ，５４ｂ；５５ａ，５５ｂに接続さ
れている。

【００２７】また、油圧ショベルは、図３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１
ｂ及びバケット１ｃからなる多関節型のフロント装置１
Ａ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１
ａ、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によりそれぞれ駆動さ
れ、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。

【００２８】以上のような油圧ショベルに本実施形態の
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１
ｃのそれぞれの回動文点に設けられ、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θを検出する傾斜角検出器８ｄ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４ａ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５０
ａ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、アーム用の操作レバ
ー装置４ｂのパイロットライン４５ａ，４５ｂにそれぞ
れ設置され、電気信号に応じてパイロットライン４５
ａ，４５ｂ内のパイロット圧を減圧して出力する比例電
磁弁１１ａ，１１ｂと、パイロットライン４４ｂ；４５
ａ，４５ｂに設置され、操作レバー装置４ａ，４ｂの操
作量としてそのパイロット圧を検出する圧力検出器６０
ｂ，６１ａ，６１ｂと、設定器７の設定信号及ぴ角度検
出器８ａ，８ｂ，８ｃの検出信号及び圧力検出器６０
ｂ，６１ａ，６１ｂの検出信号を入力し、比例電磁弁１
０ａ，１０ｂに信号を出力する制御ユニット９とを備え
ている。

【００２９】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。

【００３０】制御ユニット９は設定器７からの指示信号
でバケット１ｃの先端が動き得る掘削領域の設定を行
う。その一例を図４を用いて説明する。なお、本実施例
は垂直面内に掘削領域を設定するものである。

【００３１】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Ｐ１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、次に設定器７を操作してその位置からの深さｈ１を
入力して、深さにより設定すべき掘削領域の境界上の点
Ｐ１＊を指定する。次に、バケット１ｃの先端をＰ２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、同様に設定器７を操作
してその位置からの深さｈ１２を入力して、深さにより
設定すべき掘削領域の境界上の点Ｐ２＊を指定する。そ
して、Ｐ１＊，Ｐ２＊の２点を結んだ直線式を計算して
掘削領域の境界とする。

【００３２】制御ユニット９のメモリにはフロント装置
１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法が記憶されており、制御ユ
ニット９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の値を用いて２点Ｐ
１，Ｐ２の位置を計算する。このとき２点Ｐ１，Ｐ２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（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）として求
める。ＸＹ座標系は本体１Ｂに固定した直交座標系であ
り、垂直面内にあるとする。ＸＹ座標系の座標値（Ｘ１
・Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）は、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から下記の式より求まる。

【００３３】Ｘ＝Ｌ１ｓｉｎα十Ｌ２ｓｉｎ（α十β）
十Ｌ３ｓｉｎ（α十β十γ） Ｙ＝Ｌ１ｃｏｓα十Ｌ２ｃｏｓ（α十β）十Ｌ３ｃｏｓ
（α十β十γ） 制御ユニット９では、掘削領域の境界上の２点Ｐ１＊，
Ｐ２＊の座標値を、それぞれ、Ｙ座標の下記の計算、 Ｙ１＊＝Ｙ１−ｈ１ Ｙ２＊＝Ｙ２−ｈ２ を行うことにより求める。また、Ｐ１＊，Ｐ２＊の２点
を結んだ直線式は下記の式により計算する。

【００３４】Ｙ＝（Ｙ２＊一Ｙ１＊）Ｘ／（Ｘ２−Ｘ
１）十（Ｘ２Ｙ１＊一Ｘ１Ｙ２＊）／（Ｘ２−Ｘ１） 更に、上記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Ｐ２＊を原点とするＸａＹａ座標系
をたて、ＸＹ座標系から当該直交座標への変換データを
求める。

【００３５】制御ユニット９の処理機能の全体を図５に
示す。制御ユニット９は、領域設定演算部９ａ、フロン
ト姿勢演算部９ｂ、アームシリンダ速度演算部９ｃ、ア
ームによる速度ベクトル演算部９ｄ、方向変換制御補正
速度ベクトル演算部９ｅ、補正用目標ブームシリンダ速
度演算部９ｆ、特異点処理演算部９ｇ、目標パイロット
圧演算部９ｈ、バルブ指令演算部９ｉの各機能を有して
いる。

【００３６】領域設定演算部９ａでは、前述したよう
に、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。

【００３７】フロント姿勢演算部９ｂでは、前述したよ
うに、制御ユニット９のメモリに記憶したフロント装置
１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法と、角度検出器８ａ，８
ｂ，８ｃで検出した回動角α，β，γの値を用いてフロ
ント装置１Ａの所定部位の位置をＸＹ座標系の値として
演算する。

【００３８】また、車体１Ｂが傾いたときは、車体１Ｂ
の傾斜角θを傾斜角検出器８ｄで検出し、ＸＹ座標系を
角度θ回転させたＸｂＹｂ座標系でバケット先端の位置
を計算する。これにより、車体１Ｂが傾いていても正し
い領域設定が行える。

【００３９】アームシリンダ速度演算部９ｃでは、圧力
検出器６１ａ，６１ｂで検出したパイロット圧の値を入
力し、流量制御弁５ｂの吐出流量Ｖ_Aを求め、更にこの
吐出流量からアームシリンダ３ｂの速度Ｖａを計算す
る。制御ユニット９のメモリには、図６（ａ）に示すよ
うなパイロット圧Ｐ_AC，Ｐ_ADと流量制御弁５ｂの吐出流
量Ｖ_Aとの関係が記憶されており、アームシリンダ速度
演算部９ｃはこの関係を用いて流量制御弁５ｂの吐出流
量Ｖ_Aを求める。なお、制御ユニット９のメモリに事前
に計算したパイロット圧Ｐ_AC，Ｐ_ADとアームシリンダ速
度Ｖａとの関係を記憶しておき、パイロット圧Ｐ_AC，Ｐ
_ADから直接アームシリンダ速度Ｖａを求めてもよい。

【００４０】アームによる速度ベクトル演算部９ｄで
は、フロント姿勢演算部９ｂで求めたバケットの先端位
置及びアームシリンダ速度演算部９ｃで求めたアームシ
リンダ速度と、制御ユニット９のメモリに記憶してある
先のＬ１，Ｌ２，Ｌ３等の各部寸法とからアームによる
バケット１ｃの先端の速度ベクトルＶｃを求める。この
とき、速度ベクトルＶｃは、まず図４に示すＸＹ座標系
の値として求め、次にこの値を領域設定演算部９ａで先
に求めたＸａＹａ座標系への変換データを用いてＸａＹ
ａ座標系に変換することにより、ＸａＹａ座標系の値と
して求める。ここで、ＸａＹａ座標系での速度ベクトル
ＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘは速度ベクトルＶｃの設定領域
の境界に平行な方向のベクトルとなり、Ｙａ座標値Ｖｃ
ｙは速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に垂直な方向の
ベクトル成分となる。

【００４１】方向変換制御補正速度ベクトル演算部９ｅ
では、バケット１ｃの先端が設定領域の境界近傍にある
場合、バケット１ｃの先端が設定領域の境界に近づきな
がら設定領域の境界に沿って動くように、アームによる
バケット先端の速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に接
近する方向の成分を補正する補正速度ベクトルＶｃｙ
ａ′を計算する。

【００４２】図７に演算部９ｅでの処理内容の全体概要
をフローチャートで示す。まず、手順９０において、領
域設定演算部９ａで先に求めたＸＹ座標系からＸａＹａ
座標系への変換データを用いて、フロント姿勢演算部９
ｂで求めたバケット１ｃの先端位置をＸａＹａ座標系に
変換し、そのＹａ座標値からバケット１ｃの先端と設定
領域の境界との距離Ｙａを求める。次いで、手順９１で
距離Ｙａの正負を判定する。ここで、距離Ｙａが正の場
合、バケット先端が設定領域内にあるので手順９２に進
み、設定領域内の方向変換制御の処理をする。距離Ｙａ
が負の場合はバケット先端が設定領域の境界の外に出た
ので、手順９３に進み、設定領域外の方向変換制御の処
理をする。

【００４３】手順９２の設定領域内方向変換制御の処理
の詳細を図８に示す。この処理は、アームによるバケッ
ト先端の速度ベクトルＶｃが設定領域の境界に接近する
方向の成分を持つ場合、そのベクトル成分を設定領域の
境界に近づくにつれて減じるように補正するための補正
速度ベクトルＶｃｙａ′を演算するものである。

【００４４】まず、手順１００において、バケット１ｃ
の先端と設定領域の境界との距離Ｙａから図９に示す関
係を用いて係数ｈを計算する。ここで、係数ｈは、距離
Ｙａが設定値Ｙａ１より大きいときは１であり、距離Ｙ
ａが設定値Ｙａ１より小さくなると、距離Ｙａが小さく
なるに従って１より小さくなり、距離Ｙａが０になる
と、即ちバケット先端が設定領域の境界上に達すると０
となる値であり、制御ユニット９のメモリにはこのよう
なｈとＹａの関係が記憶されている。

【００４５】次いで、手順１０１において、速度ベクト
ルＶｃの設定領域の境界に対して垂直な成分、即ちＸａ
Ｙａ座標系でのＹａ座標値Ｖｃｙの正負を判定し、Ｖｃ
ｙが負の場合は、バケット先端が設定領域の境界に接近
する方向の速度ベクトルであるので、手順１０２に進
み、速度ベクトルＶｃのＹａ座標値Ｖｃｙに係数ｈを乗
じ、この値を補正後の垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙａ
とする。

【００４６】Ｖｃｙが正の場合はバケット先端が設定領
域の境界から離れる方向の速度ベクトルであるので、手
順１０３に進み、バケット１ｃの先端を設定領域に沿っ
て動くよう制御するか否かを決める。即ち、圧力検出器
６０ｂで検出したブーム下げのパイロット圧の値ＰBDを
入力し、この値ＰBDが予め定めておいたＰBD0より大き
い場合、バケット１ｃの先端を設定領域に沿って動くよ
うに制御する意志があるとみなし、手順１０４に進み、
速度ベクトルＶｃのＹａ座標値Ｖｃｙに係数−ｈを乗じ
た値を補正後の垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙａとす
る。ブーム下げのパイロット圧の値ＰBDが予め定めてお
いたＰBD0より小さい場合、バケット１ｃの先端を設定
領域に沿って動くように制御する意志がないとみなし、
手順１０５に進み、速度ベクトルＶｃのＹａ座標値Ｖｃ
ｙをそのまま補正後の垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙａ
とする。

【００４７】ここで、バケット１ｃの先端を設定領域に
沿って動くように制御する意志があるということを確実
に認識するため、ＰBD0はパイロットポンプ４３の最大
吐出圧を少々下回る値にしておく。

【００４８】次いで手順１０６において、Ｖｃｙａ′＝
Ｖｃｙａ−Ｖｃｙを計算し、Ｖｃｙａを得るための補正
速度ベクトルＶｃｙａ′を求める。

【００４９】以上の補正速度ベクトルＶｃｙａ′により
アームによるバケット先端の速度ベクトルＶｃの垂直方
向のベクトル成分ＶｃｙをＶｃｙａに補正することによ
り、バケット１ｃの先端が設定領域の境界に近づく場合
は、図１０（ａ）に示すように、距離Ｙａが小さくなる
に従って垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙの減少量が大き
くなるよう、速度ベクトルＶｃはＶｃａに補正される。

【００５０】即ち、図１０（ａ）において、アームによ
るバケット先端の速度ベクトルＶｃが斜め下方に一定で
あるとすると、その平行成分Ｖｃｘは一定となり、垂直
成分はＶｃｙはＶｃｙａ′で補正され、バケット１ｃの
先端が設定領域の境界に近づくにつれて小さくなる。そ
の結果、Ｖｃａによるバケット先端の移動軌跡は、設定
領域の境界に近づくにつれて平行となる曲線状となる。
また、Ｙａ＝０でｈ＝０とすれば、設定領域の境界上で
の補正後の速度べクトルＶｃａは平行成分Ｖｃｘに一致
する。

【００５１】バケット１ｃの先端が設定領域の境界から
離れる場合は、図１０（ｂ）に示すように、距離Ｙａが
小さくなるに従って垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙの−
方向の減少量が小さくなるよう、速度ベクトルＶｃはＶ
ｃａに補正され、Ｖｃａによるバケット先端の軌跡は、
はやり設定領域の境界に近づくにつれて平行となる曲線
状となる。

【００５２】手順９３の設定領域外方向変換制御の処理
の詳細を図１１に示す。この処理は、バケット１ｃの先
端が設定領域の境界の外に出たとき、設定領域の境界か
らの距離に関係して、バケット先端が設定領域に戻るよ
うにバケット先端の動きを補正するための補正シリンダ
速度Ｖｃｙａ′を演算するものである。

【００５３】まず、手順１１０において、アームによる
バケット先端の速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に対
して垂直な成分、即ちＸａＹａ座標系でのＹａ座標値Ｖ
ｃｙの正負を判定し、Ｖｃｙが負の場合は、バケット先
端が設定領域の境界から離れる方向の速度ベクトルであ
るので、手順１１１に進み、バケット先端と設定領域の
境界との距離Ｙａに係数−Ｋを乗じた値を求め、これを
補正後の垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙａとする。ここ
で、係数Ｋは制御上の特性から決められる任意の値であ
り、−ＫＶｃｙは距離Ｙａが小さくなるに従って小さく
なる逆方向の速度ベクトルとなる。なお、Ｋは上記ｈと
同様、距離Ｙａが小さくなるに従って小さくなる関数で
あっても良く、この場合、−ＫＶｃｙは距離Ｙａが小さ
くなるに従って小さくなる度合いが大きくなる。

【００５４】Ｖｃｙが正の場合はバケット先端が設定領
域の境界に接近する方向の速度ベクトルであるので、手
順１１２に進み、バケット先端と設定領域の境界との距
離Ｙａに係数Ｋを乗じた値を求め、これを補正後の垂直
方向のベクトル成分Ｖｃｙａとする。

【００５５】次いで手順１１３において、Ｖｃｙａ′＝
Ｖｃｙａを計算し、Ｖｃｙａを得るための補正速度ベク
トルＶｃｙａ′を求める。

【００５６】以上の補正速度ベクトルＶｃｙａ′により
アームによるバケット先端の速度ベクトルＶｃの垂直方
向のベクトル成分ＶｃｙをＶｃｙａに補正することによ
り、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、距離Ｙａが
小さくなるに従って垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙが小
さくなるよう、速度ベクトルＶｃはＶｃａに補正され
る。

【００５７】即ち、バケット１ｃの先端が設定領域の境
界から離れる方向の場合は、アームによるバケット先端
の速度ベクトルＶｃが斜め下方に一定であるとすると、
その平行成分Ｖｃｘは一定となり、補正速度ベクトルＶ
ｃｙａ′＝Ｖｃｙａ（＝一ＫＹａ）は距離Ｙａに比例す
るので、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（距離Ｙａが小さくなるにしたがって）小
さくなる。補正後の目標速度ベクトルＶｃａはそれらの
合成であるので、バケット先端の移動軌跡は図１２
（ａ）のように設定領域の境界に近づくにつれて平行と
なる曲線状となる。

【００５８】バケット１ｃの先端が設定領域の境界に接
近する方向の場合も、補正速度ベクトルＶｃｙａ′＝Ｖ
ｃｙａ（＝ＫＹａ）は、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（距離Ｙａが小さくなるに
したがって）小さくなるので、補正後の目標速度ベクト
ルＶｃａによるバケット先端の移動軌跡は図１２（ｂ）
のように設定領域の境界に近づくにつれて平行となる曲
線状となる。

【００５９】補正用目標ブームシリンダ速度演算部９ｆ
では、演算部９ｅで求めた補正速度ベクトルＶｃｙａ′
からブームシリンダ３ａの補正用目標シリンダ速度を演
算する。

【００６０】特異点処理演算部９ｇは補正用目標ブーム
シリンダ速度演算部９ｆの一部であり、ブームシリンダ
３ａの補正用目標シリンダ速度を演算する上で不都合な
条件の場合、方向変換制御が円滑に行われるように補正
用目標ブームシリンダ速度を補正する。

【００６１】補正用目標ブームシリンダ速度演算部９ｆ
での演算内容を説明する。

【００６２】本実施形態では、操作レバー装置に油圧パ
イロット方式を用い、アームによるバケット先端の速度
ベクトルを補正するためブーム上げを自動的に動作させ
ており、補正用目標ブームシリンダ速度演算部９ｆにお
いては、下記の考えでブーム上げの目標ブームシリンダ
速度を演算する。

【００６３】図１３（ａ）はアーム１ｂによるバケット
先端の速度ベクトルをブーム１ａの上げ動作で補正する
状態を示している。目標掘削面は設定領域の境界に相当
し、その傾斜角αｓを目標掘削角と呼ぶ。バケット先端
において、アームによるバケット先端の速度ベクトルを
補正するための速度ベクトルＶｃｙａ′が生じており、
ブームを上げ方向に動作させることによりこの速度ベク
トルを生成する。

【００６４】ここで、角速度ωと線速度ｖの関係は、腕
の長さをｍとすると、一般にｖ＝ｍ・ωで表せる。よっ
て、図１３（ａ）において、速度ベクトルＶｃｙａ′の
延長線上にブームの回動中心から降ろした垂線の長さを
Ｌとし、速度ベクトルＶｃｙａ′を生じるためのブーム
の角速度Ωｂとすると、 Ｖｃｙａ′＝Ｌ・Ωｂ となる。

【００６５】Ｌを求めるには、ＸＹ座標系を掘削角αｓ
だけ掘削角と逆の方向（矢印Ｚ方向）に回転させ、その
ときのバケット先端のＸ座標を取れば良い。従って、回
転変換前のバケット先端のＸＹ座標値を（Ｐｘ，Ｐｙ）
とし、回転変換後のバケット先端のＸＹ座標値を（Ｐ′
ｘ，Ｐ′ｙ）とすると、 Ｌ＝Ｐ′ｘ＝Ｐｘ・ｃｏｓ（−αｓ）−Ｐｙ・ｓｉｎ（−αｓ） ＝Ｐｘ・ｃｏｓαｓ＋Ｐｙ・ｓｉｎαｓ よって、 Ωｂ＝Ｖｃｙａ′／Ｌ ＝Ｖｃｙａ′／（Ｐｘ・ｃｏｓαｓ＋Ｐｚ・ｓｉｎαｓ）…（１） 目標掘削面が水平の場合は、αｓ＝０なので、Ｌ＝Ｐ
ｘ、目標掘削面が垂直の場合は、αｓ＝９０゜なので、
Ｌ＝Ｐｙとなる。

【００６６】ブーム角速度Ωｂを得るためのブームシリ
ンダ速度をＶｃｂとすると、 Ｖｃｂ＝ｆｂ（Ωｂ） …（２） ｆｂ：ブーム角速度とブームシリンダ速度の関係を表す
関数と求まる。

【００６７】補正用目標ブームシリンダ速度演算部９ｆ
では、具体的には上記演算式（ａ）及び（２）によりブ
ーム上げの目標ブームシリンダ速度Ｖｃｂを演算する。
即ち、 Ωｂ＝Ｖｃｙａ′／（Ｐｘ・ｃｏｓαｓ＋Ｐｙ・ｓｉｎαｓ） Ｖｃｂ＝ｆｂ（Ωｂ） Ｐｘ：ＸＹ座標におけるバケット先端のＸ座標 Ｐｙ：ＸＹ座標におけるバケット先端のＹ座標 αｓ：ＸＹ座標における目標掘削角 ｆｂ：ブーム角速度とブームシリンダ速度の関係を表す
関数 ところで、補正用目標ブームシリンダ速度演算部９ｆで
は、以上のようにΩｂ＝Ｖｃｙａ′／Ｌの式からブーム
角速度Ωｂを計算する。しかし、図１３（ａ）に示すフ
ロント姿勢からアームを手前に引いて行くと、距離Ｌは
徐々に短くなり、図１３（ｂ）に示すように、速度ベク
トルＶｃｙａ′の延長線がブームの回動中心を通る位置
まで来ると、Ｌ＝０となる。これは、Ωｂ＝Ｖｃｙａ′
／Ｌの右辺の分母が０になることであり、Ωｂが計算で
きなくなる。

【００６８】図１４（ａ）及び（ｂ）は目標掘削角αｓ
が９０゜の場合の実際の掘削例を示すものである。この
場合、上記のように演算式（１）の右辺の分母はＬ＝Ｐ
ｙとなる。

【００６９】ブーム下げ方向にブームの操作レバーを操
作しながらアームクラウド方向にアームの操作レバーを
操作すると、図１４（ａ）に示すように、本発明の方向
変換制御によりバケット先端が目標掘削面に侵入しない
ように自動でブームが上がる。この制御が進み、バケッ
ト先端の高さがアームの回動中心の高さと等しくなる
と、今度はブームは下げになる。制御が更に進むと、上
記（１）の演算式の右辺の分母であるＰｙが次第に０に
近くなり、図１４（ｂ）に示すようにバケット先端とブ
ームの回動中心の高さが等しくなる、即ちＰｙ＝０とな
るとΩｂが演算できなくなってしまう。

【００７０】そこで、特異点処理演算部９ｇは、Ｌ（＝
Ｐｘ・ｃｏｓαｓ＋Ｐｙ・ｓｉｎαｓ）の値が次第に小
さくなってきたら、その値に応じてアームの速度を減速
させ、Ｌが０となる直前でアーム動作を停止させる。こ
の制御のフローチャートを図１５に示す。

【００７１】図１５において、まず、手順１２１でＬ
（＝Ｐｘ・ｃｏｓαｓ＋Ｐｙ・ｓｉｎαｓ）が予め設定
しておいた値Ａ１より小さいか否かを判定する。Ａ１は
０より大きい値である。この判定がＹｅｓであれば手順
１２２に進み、Ｎｏであれば手順１２３に進む。手順１
２２では更にＬが予め設定しておいた値Ａ２より小さい
か否かを判定する。Ａ２は図１６に示すように０より大
きくＡ１より小さい値である。この判定がＹｅｓであれ
ば手順１２４に進み、Ｎｏであれば手順１２５に進む。

【００７２】手順１２３では、アームシリンダ速度演算
部９ｃで図６（ａ）の関係から求めたアームシリンダ速
度Ｖａを目標アームシリンダ速度Ｖｃａとする。手順１
２５では、目標アームシリンダ速度ｖｃａがアームシリ
ンダ速度演算部９ｃで求めたアームシリンダ速度Ｖａよ
り小さくなるように、アームシリンダ速度Ｖａに（Ｌ−
Ａ２）／（Ａ１−Ａ２）を乗じ、この値を目標アームシ
リンダ速度ｖｃａとする。手順１２４ではＬが０に近い
ので、目標アームシリンダ速度Ｖｃａ＝０とする。

【００７３】これによりＬが０の近傍の場合、Ｌが０に
近づくにつれて徐々に目標アームシリンダ速度Ｖｃａを
減じ、０の直前でＶｃａ＝０、即ちアームを停止させ
る。このため、Ｌが０となって演算上の特異点に達し、
不当演算を起こすことが防止される。また、Ｌが０に近
づくにつれて徐々に目標アームシリンダ速度Ｖｃａを減
じるので、アームシリンダ（アーム）の減速によりシリ
ンダ停止時の衝撃が緩和される。

【００７４】目標パイロット圧演算部９ｈでは、上記の
ようにして求めた目標ブームシリンダ速度Ｖｃｂ及び目
標アームシリンダ速度Ｖｃａからパイロットライン４４
ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂの目標パイロット圧ＰBU
C，ＰBDC，ＰAUC，ＰADCを演算する。この制御のうち、
ブームの目標パイロット圧ＰBUC，ＰBDCを求めるフロー
チャートを図１７に示す。

【００７５】図１７において、まず、手順１３１で目標
ブームシリンダ速度Ｖｃｂが正の値かどうかを判定し、
Ｙｅｓであれば手順１３２に進み、Ｎｏであれば手順１
３３に進む。手順１３３では更にＶｃｂが０かどうかを
判定し、Ｙｅｓであれば手順１３４に進み、Ｎｏであれ
ば手順１３５に進む。

【００７６】手順１３２では、Ｖｂｃはブーム上げのシ
リンダ速度であるので、図６（ｂ）に示すブーム上げの
シリンダ速度Ｖｃｂとパイロット圧ＰBU′の関係からＶ
ｂｃに対応したＰBU′を計算し、この値ＰBU′をブーム
上げの目標パイロット圧ＰBUCとすると共に、ブーム下
げの目標パイロット圧ＰBDCは０とする。

【００７７】手順１３５では、Ｖｂｃはブーム下げのシ
リンダ速度であるので、図６（ｂ）に示すブーム下げの
シリンダ速度Ｖｃｂとパイロット圧ＰBD′の関係からＶ
ｂｃに対応したＰBD′を計算し、この値ＰBD′をブーム
下げの目標パイロット圧ＰBDCとすると共に、ブーム上
げの目標パイロット圧ＰBUCは０とする。

【００７８】手順１３４では、Ｖｂｃはブームシリンダ
停止の指示なので、ブーム上げの目標パイロット圧ＰBU
C及びブーム下げの目標パイロット圧ＰBDCを共に０にす
る。

【００７９】アームの目標パイロット圧ＰAUC，ＰADC
は、目標アームシリンダ速度Ｖｃａから図６（ｃ）に示
すアームクラウドのシリンダ速度Ｖｃａとパイロット圧
ＰAU′の関係及びアームダンプのシリンダ速度Ｖｃａと
パイロット圧ＰAD′との関係を用いて、ブームの目標パ
イロット圧と同様に求める。また、Ｖｃａ＝０の場合は
同様にＰAUC，ＰADCを共に０にする。

【００８０】バルブ指令演算部９ｉでは、目標パイロッ
ト圧演算部９ｈで計算した目標パイロット圧ＰBUC，ＰB
DC，ＰAUC，ＰADCからそのパイロット圧を得るための比
例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの指令値を演
算する。この指令中は増幅器で僧服され、電気信号とし
て比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂに出力さ
れる。

【００８１】以上のように構成した本実施形態によれ
ば、アームの動きをブームで補正してバケット１ｃの先
端を設定領域の境界に沿って動かすことができ、領域を
制限した掘削を能率良く行うことができると共に、この
ような制御に際して、補正用目標ブームシリンダ速度演
算部ｆで計算されたＬが０の近傍の場合、特異点処理演
算部９ｇにてＬが０に近づくにつれて徐々に目標アーム
シリンダ速度Ｖｃｂを減じ、アームシリンダを強制的に
減速し、更に０の直前でＶｃａ＝０、即ちアームを強制
的に停止させるので、Ｌが０となって演算上の特異点に
達し、不当演算を起こすことが防止される。また、Ｌが
０に近づくにつれてアームシリンダを減速するので、シ
リンダ停止時の衝撃が緩和される。

【００８２】また、アームシリンダ（アーム）が減速さ
れるので、オペレータはアームの動きで演算上の特異点
に近づいたことが分かり、レバー操作でバケット先端を
特異点から遠ざけることにより事前に不当演算を回避す
る操作を行うことができる。

【００８３】本発明の他の実施形態として、特異点処理
演算部９ｇの他の処理例を図１８に示す。

【００８４】図１８において、手順１２１〜１２３まで
は図１６と同様である。手順１２５Ａでは、手順１２５
と同様の演算を行い、かつ図５に想像線で示すブザー７
０を「ピッ、ピッ、ピッ、…」と断続的に鳴らして警報
を発する。手順１２４Ａでも手順１２４と同様の演算を
行い、かつ手順１２４Ａとの違いが分かるようにブザー
７０を「ピー…」と連続的に鳴らて警報を発する。これ
によりＬが０に近づくにつれてブザー音によってもオペ
レータは演算上の特異点に近づいたことを知ることがで
きる。なお、手順１２４、１２５と同様な演算処理を無
くし、ブザーで警報を発するだけでも良い。

【００８５】本実施形態によれば、上記実施形態と同
様、Ｌが０に近づくにつれてアームシリンダを強制的に
減速、停止させるので、演算上の特異点で不当演算を起
こすことが防止され、かつシリンダ停止時の衝撃が緩和
される。

【００８６】また、アームを減速するだけでなくブザー
を鳴らして警報を発するので、オペレータはアームの動
きとその警報で演算上の特異点に近づいたことが確実に
分かり、レバー操作でバケット先端を特異点から遠ざけ
ることにより事前に不当演算を回避する操作を行うこと
ができる。

【００８７】なお、上記実施形態では、Ｌが０の直前で
Ｖｃａ＝０としたが、Ｖｃａ＝０とせずにＬが０に近づ
いたらアームシリンダを減速するか、ブザーを鳴らすだ
けでも良い。この場合も、アームシリンダの減速かつ／
又はブザーの警報は、演算上の特異点に近づいたことを
オペレータに知らせる機能を持つので、上記したよう
に、オペレータがレバー操作でバケット先端を特異点か
ら遠ざけることによって事前に不当演算を回避する操作
を行うことができる。

【００８８】また、上記実施形態では、アームの動きを
ブームで補正する制御に本発明を適用したが、ある特定
のフロント部材の動きを他の特定のフロント部材で補正
する制御であれば、他のフロント部材の組み合わせに対
しても本発明を適用し、同様の効果が得られる。

【００８９】

【発明の効果】本発明によれば、特定のフロント部材で
フロント装置の動作を補正する制御を行うとき、フロン
トの姿勢によって演算上の特異点での不当演算により制
御が中断することが防止され、円滑な領域制限掘削制御
が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による建設機械の領域制限
掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図である。

【図２】油圧パイロット方式の操作レバー装置の詳細を
示す図である。

【図３】本発明が適用される油圧ショベルの外観とその
周囲の設定領域の形状を示す図である。

【図４】本実施形態の領域制限掘削制御で用いる座標系
と領域の設定方法を示す図である。

【図５】制御ユニットの制御機能を示すブロック図であ
る。

【図６】（ａ）はパイロット圧と流量制御弁の吐出流量
との関係を示す図であり、（ｂ）はブームシリンダ速度
とパイロット圧との関係を示す図であり、（ｃ）はアー
ムシリンダ速度とパイロット圧との関係を示す図であ
る。

【図７】方向変換制御補正速度ベクトル演算部における
全体の処理内容を示すフローチャートである。

【図８】方向変換制御補正速度ベクトル演算部における
設定領域内での方向変換制御演算の処理内容を示すフロ
ーチャートである。

【図９】方向変換制御演算におけるバケット先端と設定
領域の境界との距離Ｙａと係数ｈとの関係を示す図であ
る。

【図１０】バケット先端が設定領域内で方向変換制御さ
れたときの軌跡の一例を示す図で、（ａ）がバケット先
端が設定領域の境界に近づく場合、（ｂ）がバケット先
端が設定領域の境界から離れる場合である。

【図１１】方向変換制御補正速度ベクトル演算部におけ
る設定領域外での方向変換制御演算の処理内容を示すフ
ローチャートである。

【図１２】バケット先端が設定領域外で方向変換制御さ
れたときの軌跡の一例を示す図で、（ａ）がバケット先
端が設定領域の境界から離れる場合、（ｂ）がバケット
先端が設定領域の境界に近づく場合である。ある。

【図１３】掘削角αｓの目標掘削面に対しバケット先端
をかきおろす動作を示す図であり、（ａ）が動作の最初
の状態、（ｂ）が演算上の特異点に達した状態を示す。

【図１４】垂直の目標掘削面に対しバケット先端を垂直
にかきおろす動作を示す図であり、（ａ）が動作の最初
の状態、（ｂ）が演算上の特異点に達した状態を示す。

【図１５】特異点処理演算部での処理内容を示すフロー
チャートである。

【図１６】特異点処理演算部で距離Ｌと比較される値Ａ
１，Ａ２を示す図である。

【図１７】目標パイロット圧演算部での処理内容を示す
フローチャートである。

【図１８】本発明の他の実施形態による特異点処理演算
部で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 １ｄ 上部旋回体 １ｅ 下部走行体 ２ 油圧ポンプ ３ａ〜３ｆ 油圧アクチュエータ ４ａ〜４ｆ 操作レバー装置 ５ａ〜５ｆ 流量制御弁 ６ リリーフ弁 ７ 設定器 ８ａ，８ｂ，８ｃ 角度検出器 ８ｄ 傾斜角検出器 ９ 制御ユニット ９ａ 領域設定演算部 ９ｂ フロント姿勢演算部 ９ｃ アームシリンダ速度演算部 ９ｄ アームによる速度ベクトル演算部 ９ｅ 方向変換制御補正速度ベクトル演算部 ９ｆ 補正用目標ブームシリンダ速度演算部 ９ｇ 特異点処理演算部 ９ｈ 目標パイロット圧演算部 ９ｉ バルブ指令演算部 １０ａ，１０ｂ 比例電磁弁 １２ シャトル弁 ６０ｂ〜６１ｂ 圧力検出器

【手続補正書】

【提出日】平成９年１１月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

フロントページの続き (72)発明者 富田 ▲禎▼久 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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、前記複数のフロント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からの指令信号により駆
   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し、前記フ
   ロント装置の位置と姿勢に関する情報を用いてフロント
   装置の動作を制御する建設機械の領域制限掘削制御装置
   において、 前記複数の操作手段からの指令信号と前記フロント装置
   の位置と姿勢に関する情報とに基づき前記フロント装置
   の指令信号による速度ベクトルを演算すると共に、前記
   フロント装置が所定の動きをするよう前記速度ベクトル
   を補正する補正速度ベクトルを求め、更にこの補正速度
   ベクトルが得られるよう対応するフロント部材の油圧ア
   クチュエータの目標動作量を演算する演算手段と、 この演算手段によって演算された目標動作量が得られる
   よう前記油圧アクチュエータに係わる油圧制御弁を駆動
   する制御手段と、 前記演算手段で第２の目標速度ベクトルから前記油圧ア
   クチュエータの目標動作量を演算するとき、前記フロン
   ト装置の位置と姿勢が演算上の特異点に近づいたかどう
   かを監視し、演算上の特異点に近づくとその特異点での
   不当演算を回避する処理を行う特異点処理手段とを備え
   ることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
2. 【請求項２】上下方向に回動可能な第１及び第２のフロ
   ント部材を含む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、前記複数のフロン
   ト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
   油圧制御弁とを有し、前記フロント装置の位置と姿勢に
   関する情報を用いてフロント装置の動作を制御する建設
   機械の領域制限掘削制御装置において、 前記複数の操作手段のうちの少なくとも前記第１のフロ
   ント部材に係わる操作手段からの信号と前記フロント装
   置の位置と姿勢に関する情報とに基づき前記フロント装
   置の第１のフロント部材による速度ベクトルを演算する
   第１演算手段と、 この第１演算手段で演算した第１のフロント部材による
   速度ベクトルと前記フロント装置の位置と姿勢に関する
   情報とに基づき、前記フロント装置が所定の動きをする
   よう前記第１のフロント部材による速度ベクトルを補正
   する補正速度ベクトルを求める第２演算手段と、 この補正速度ベクトルが得られるよう前記第２のフロン
   ト部材の油圧アクチュエータの目標動作量を演算する第
   ３演算手段と、 この第３演算手段によって演算された目標動作量が得ら
   れるよう前記第２のフロント部材の油圧アクチュエータ
   に係わる油圧制御弁を駆動する制御手段と、 前記第３演算手段で第２の目標速度ベクトルから前記油
   圧アクチュエータの目標動作量を演算するとき、前記フ
   ロント装置の位置と姿勢が演算上の特異点に近づいたか
   どうかを監視し、演算上の特異点に近づくとその特異点
   での不当演算を回避する処理を行う特異点処理手段とを
   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。
3. 【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、前記特異点処理手段は、前記フロント
   装置の位置と姿勢が演算上の特異点に達する直前で前記
   第１のフロント部材の油圧アクチュエータの目標動作量
   を０にすることで、特異点での不当演算を回避すること
   を特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
4. 【請求項４】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、前記特異点処理手段は、前記フロント
   装置の位置と姿勢が演算上の特異点に近づくと前記第１
   のフロント部材の油圧アクチュエータの目標動作量を減
   じ、その後０にすることで、特異点での不当演算を回避
   することを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装
   置。
5. 【請求項５】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、前記特異点処理手段は、前記フロント
   装置の位置と姿勢が演算上の特異点に近づくと警報を発
   し、その後前記第１のフロント部材の油圧アクチュエー
   タの目標動作量を０にすることで、特異点による不当演
   算を回避することを特徴とする建設機械の領域制限掘削
   制御装置。
6. 【請求項６】上下方向に回動可能な第１及び第２のフロ
   ント部材を含む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、前記複数のフロン
   ト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
   油圧制御弁とを有し、前記フロント装置の位置と姿勢に
   関する情報を用いてフロント装置の動作を制御する建設
   機械の領域制限掘削制御装置において、 前記複数の操作手段のうちの少なくとも前記第１のフロ
   ント部材に係わる操作手段からの信号と前記フロント装
   置の位置と姿勢に関する情報とに基づき前記フロント装
   置の第１のフロント部材による速度ベクトルを演算する
   第１演算手段と、 この第１演算手段で演算した第１のフロント部材による
   速度ベクトルと前記フロント装置の位置と姿勢に関する
   情報とに基づき、前記フロント装置が所定の動きをする
   よう前記第１のフロント部材による速度ベクトルを補正
   する補正速度ベクトルを求める第２演算手段と、 この補正速度ベクトルが得られるよう前記第２のフロン
   ト部材の油圧アクチュエータの目標動作量を演算する第
   ３演算手段と、 この第３演算手段によって演算された目標動作量が得ら
   れるよう前記第２のフロント部材の油圧アクチュエータ
   に係わる油圧制御弁を駆動する制御手段と、 前記第３演算手段で第２の目標速度ベクトルから前記油
   圧アクチュエータの目標動作量を演算するとき、前記フ
   ロント装置の位置と姿勢が演算上の特異点に近づいたか
   どうかを監視し、演算上の特異点に近づくと特異点に近
   づいたことをオペレータに知らせる処理を行う特異点処
   理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。
7. 【請求項７】請求項６記載の建設機械の領域制限掘削制
   御装置において、前記特異点処理手段は、前記フロント
   装置の位置と姿勢が演算上の特異点に近づくと前記第１
   のフロント部材の油圧アクチュエータの目標動作量を減
   じることで、オペレータに演算上の特異点に近づいたこ
   とを知らせることを特徴とする建設機械の領域制限掘削
   制御装置。
8. 【請求項８】請求項６記載の建設機械の領域制限掘削制
   御装置において、前記特異点処理手段は、前記フロント
   装置の位置と姿勢が演算上の特異点に近づくと警報を発
   することで、オペレータに演算上の特異点に近づいたこ
   とを知らせることを特徴とする建設機械の領域制限掘削
   制御装置。