JPH111937A - 建設機械のフロントアタッチメントの角度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 建設機械のフロントアタッチメントの角度制
御装置に関し、より簡単な構成で建設機械の損耗防止及
び作業能率の向上が図れるようにする。 【解決手段】 バケット角偏差算出手段２４は、各種セ
ンサ１０〜１２，１４が検出した姿勢及び目標バケット
角設定手段２３に記憶された目標バケット角Ａｔに基づ
き、そのときのバケット角θと目標バケット角Ａｔとの
偏差ΔＡｔを求める。バケット角偏差増大抑止手段２５
は、偏差ΔＡｔの大きさの増大を抑止する第１の制御信
号Ｄａ及びＤｂを生成する。バケット角偏差減少制御手
段２６は、偏差ΔＡｔの大きさを減少させる第２の制御
信号Ｒａ及びＲｂをそのときの偏差ΔＡｔの大きさに応
じて生成する。演算手段Ｓａ及びＳｂは、これらの第１
及び第２の制御信号を加算した制御信号Ｔａ及びＴｂ
を、パイロット圧を減圧する電磁比例減圧弁に出力す
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フロント
アタッチメントの角度制御装置に係り、特に、建設機械
の姿勢の変化に応じてフロントアタッチメントの角度制
御を行う建設機械のフロントアタッチメントの角度制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建設機械のフロントアタッチメン
トの角度、例えば油圧ショベルのバケットの傾斜角をこ
の油圧ショベルの姿勢の変化に応じて自動的に制御する
技術のひとつとして、特開昭６３−２３６８２７号公報
に記載の「掘削機の制御装置」が知られている。

【０００３】図１５は、この従来の建設機械の制御装置
における油圧回路の構成の一例を示す図である。同図
中、アームレバー３２をＢ方向に操作すると、アーム操
作弁３３の可変減圧弁３３ａが作動され、その二次側か
らレバー操作量に応じたパイロット圧がパイロット管路
３４ａに導かれ、アーム制御弁３４が右位置に切り替え
られるとともに、主油圧源６からの圧油がアームシリン
ダ３１のヘッド側油室に導かれ、アームシリンダ３１が
伸ばされるので、このアームシリンダ３１に接続された
図示しないアームが車体側に回動される。このとき、コ
ントローラ５において、あらかじめ設定された目標値V₀
と、バケット４の傾斜角検出手段４８によって検出され
たバケット４の実際の傾斜角信号V₁との偏差が演算さ
れ、この偏差に応じた出力信号Ｖ₀₁が演算される。

【０００４】また、上記アームレバー３２の操作と同時
にその操作量が操作量検出手段３５により検出されてコ
ントローラ５に入力され、このアームレバー３２の操作
によって予測されるアーム３の回動に対応したバケット
４の要補正傾斜角が演算される。すなわち、アームレバ
ー３２が中立の時（傾斜角の自動制御開始直前）にバケ
ット傾斜角検出手段４８により検出されてコントローラ
５に入力されたバケット４の傾斜角信号V₃と、アームレ
バー３２の操作量に応じて予測されるアーム３の回動量
に対応したバケット４の傾斜角信号V₂との偏差である要
補正傾斜角が演算され、この要補正傾斜角に応じた出力
信号Ｖ₀₂が演算される。

【０００５】次いで、上述した出力信号Ｖ₀₁と出力信号
Ｖ₀₂とを加算してバケット制御信号V_cが求められ、この
バケット制御信号V_cが図示しない増幅器により増幅され
て電磁比例減圧弁４５に出力される。ここで、従来の制
御装置は、バケット制御信号V_c≧０のとき電磁選択弁４
６ａにＯＮ信号が出力され、バケット制御信号V_c＜０の
とき電磁選択弁４６ａにＯＦＦ信号が出力される構成と
してあり、このバケット制御信号V_cに応じたパイロット
圧が、電磁比例減圧弁４５の二次側に出力される。

【０００６】上述のようにアーム３を車体側に回動させ
る操作を行った場合、電磁選択弁４６ａはＯＦＦされて
図示の左位置に保持される。このため、上述した電磁比
例減圧弁４５の二次側に出力されるパイロット圧は、管
路６５ａ及び高圧選択弁４６ｂを経て管路４４ａに導か
れ、このパイロット圧によってバケット制御弁４４は左
位置に切り替えられる。そして、主油圧源６からの圧油
はバケットシリンダ４１のロッド側油室に導かれ、バケ
ットシリンダ４１は縮められ、バケット４が図示しない
アーム３の回動方向（車体側）の逆方向に回動され、バ
ケット４の傾斜角αが一定となるように制御される。

【０００７】一方、アーム３を車体側から遠ざける方向
への操作を行った場合、電磁選択弁４６ａはＯＮされて
図示の右位置に切り替えられる。このため、上述した電
磁比例減圧弁４５の二次側に出力されるパイロット圧
は、管路６５ｂ及び高圧選択弁４６ｃを経て管路４４ｂ
に導かれ、このパイロット圧によってバケット制御弁４
４は右位置に切り替えられる。そして、主油圧源６から
の圧油はバケットシリンダ４１のヘッド側油室に導か
れ、バケットシリンダ４１は伸ばされ、バケット４が図
示しないアーム３の回動方向（車体側から遠ざけられる
方向）の逆方向に回動され、バケット４の傾斜角αが一
定となるように制御される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の制御装置
は、図１５に示すように、高圧選択弁を多数用いた回路
構成となっている。このため、高圧選択弁そのものや油
圧回路の配管系が複雑化するとともに、装置の構成に必
要な部品数がかなり多くなってしまうという問題点があ
った。

【０００９】また、自動制御の対象となるバケットなど
のフロントアタッチメントはかなりの重量物であること
から、その回動制御に際して無視できない慣性がある。
また、油圧の応答遅れもあるが、上記従来の制御装置で
は、このことについてあまり配慮されていないため、例
えば目標傾斜角に収束するまでに時間を要し、作業能率
の低下を招くなどの問題点があった。

【００１０】本発明の目的は、少ない部品を用いて簡単
に構成でき、フロントアタッチメントの慣性や油圧の応
答遅れを考慮した当該フロントアタッチメントの角度制
御を実現できる建設機械のフロントアタッチメントの角
度制御装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の建設機械のフロントアタッチメントの角度
制御装置の請求項１に係る発明は、下部走行体及びこの
下部走行体に装着された上部旋回体と、前記上部旋回体
に対し回動可能に連結され、その先端に所定のフロント
アタッチメントを有するフロントと、与えられた操作指
令にしたがって前記フロントアタッチメントの駆動を制
御する方向制御弁とを備えた建設機械に設けられ、前記
フロントの姿勢を検出するフロントセンサと、検出した
前記フロントの姿勢に基づき、前記フロントアタッチメ
ントの傾斜角が所定の目標傾斜角に維持されるように、
前記方向制御弁の切換え制御を行う制御信号を出力する
コントロールユニットとを設けるとともに、前記コント
ロールユニット内に、前記姿勢に基づき、前記フロント
アタッチメントの傾斜角と前記目標傾斜角との偏差を求
める傾斜角偏差算出手段と、前記傾斜角偏差算出手段に
より求められた前記偏差に基づき、前記偏差の大きさの
増大を抑止する第１の制御信号を生成する傾斜角偏差増
大抑止手段を設けたものである。

【００１２】この請求項１に係る発明により、高圧選択
弁や関連する配管系が不要となるので、従来にくらべる
と少ない部品を用いて簡単に構成できるようになる。ま
た、フロントアタッチメントの傾斜角と目標傾斜角との
偏差の大きさの増大が抑止されるので、フロントアタッ
チメントの慣性による目標傾斜角に達するまでの収束性
の劣化などが抑制されるようになる。

【００１３】また、請求項２に係る発明は、上記請求項
１に係る発明において、前記コントロールユニット内
に、前記傾斜角偏差算出手段により求められた前記偏差
に基づき、前記偏差の大きさを減少させる第２の制御信
号を生成する傾斜角偏差減少制御手段を設けるととも
に、前記第１及び第２の制御信号に基づき、前記方向制
御弁への制御信号を演算出力する演算手段を設けたもの
である。

【００１４】この請求項２に係る発明により、フロント
アタッチメントの傾斜角の自動制御に際し、目標傾斜角
への収束に要する時間が短縮される。

【００１５】また、請求項３に係る発明は、上記請求項
１及び請求項２のいずれかに係る発明において、前記下
部走行体及び前記上部旋回体の姿勢を検出する車体傾斜
角センサを設け、前記傾斜角偏差算出手段は、前記フロ
ントセンサ及び前記車体傾斜角センサからの検出信号に
基づき、前記フロントアタッチメントの傾斜角を算出す
るものである。

【００１６】この請求項３に係る発明により、フロント
アタッチメントの傾斜角を水平面に対して算出するとと
もに、目標傾斜角を水平面に対して決めることができ
る。

【００１７】また、請求項４に係る発明は、上記請求項
１〜３のいずれかに係る発明において、前記操作指令の
操作量を検出する操作量検出手段を設けるとともに、前
記傾斜角偏差算出手段は、前記姿勢及び前記操作量に基
づいて前記フロントアタッチメントの傾斜角を算出し、
この算出した傾斜角と前記目標傾斜角との偏差を求める
ものである。

【００１８】この請求項４に係る発明により、与えられ
た操作指令に応じてフロントの姿勢が変化した後のフロ
ントアタッチメントの傾斜角と目標傾斜角との偏差は、
実際にフロントの姿勢が変化する前に求められ、この偏
差に基づいて傾斜角偏差増大抑止手段及び傾斜角偏差減
少制御手段により制御信号が生成される。

【００１９】また、請求項５に係る発明は、上記請求項
１〜４のいずれかに係る発明において、前記方向制御弁
を、所定の油圧源から前記操作指令に応じて与えられる
パイロット圧によって切換え制御するとともに、前記制
御信号にしたがって前記パイロット圧の減圧を行う減圧
制御部を設けたものである。

【００２０】また、請求項６に係る発明は、上記請求項
５に係る発明において、前記減圧制御部は、前記フロン
トを所定の一方向に回動する第１のパイロット圧の減圧
を行う第１の減圧弁と、前記フロントを前記一方向と異
なる他の方向に回動する第２のパイロット圧の減圧を行
う第２の減圧弁とからなるものである。

【００２１】また、請求項７に係る発明は、上記請求項
５及び請求項６のいずれかに係る発明において、前記建
設機械が油圧ショベルであって、前記フロントを、前記
上部旋回体に対して回動可能に連結されたブーム及び前
記ブームに対して回動可能に連結されたアームとすると
ともに、前記アームの先端に、前記フロントアタッチメ
ントとしてバケットを設けたものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の建設機械のフロン
トアタッチメントの角度制御装置の実施の形態を図面を
用いて詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明の建設機械のフロントアタ
ッチメントの角度制御装置の一実施形態が適用される建
設機械である油圧ショベルの一例を示す側面図である。
同図中、１は油圧ショベルの下部走行体、２は下部走行
体１に旋回機構を介して装着された上部旋回体、２ａは
オペレータが油圧ショベルの運転を行うため上部旋回体
２に設けられる運転室である。３は上部旋回体２に回動
可能に連結されたブーム、４はこのブーム３の先端部に
回動可能に連結されたアーム、５はこのアーム４の先端
部に設けられたフロントアタッチメントである回動可能
に連結されたバケットであって、これらのブーム３，ア
ーム４，バケット５によってフロント６が構成されてい
る。７はブーム３を駆動するブームシリンダ、８はアー
ム４を駆動するアームシリンダ、９はバケットを駆動す
るバケットシリンダであって、これらのブームシリンダ
７，アームシリンダ８，バケットシリンダ９は、運転室
２ａ内に配置した後述する操作レバーにオペレータが行
う操作量に応じて出力されるパイロット圧にしたがって
動作する。１０は上部旋回体２とブーム３との接続部近
傍に設けられ、上部旋回体２とブーム３がなす相対角度
を検出するブーム角度センサ、１１はブーム３とアーム
４との接続部近傍に設けられ、ブーム３とアーム４がな
す相対角度を検出するアーム角度センサ、１２はバケッ
トシリンダ９に設けられ、バケットシリンダ９のストロ
ークを検出するバケットシリンダストロークセンサであ
って、これらのブーム角度センサ１０，アーム角度セン
サ１１，バケットシリンダストロークセンサ１２によ
り、フロント６の姿勢を求めるフロントセンサ１３が構
成される。１４は水平面または地面に対する車体すなわ
ち下部走行体１及び上部旋回体２の姿勢を求める車体傾
斜角センサである。また、図１中の角度θは、本実施形
態によって制御されるフロントアタッチメントの傾斜
角、すなわち、水平線Ｈに対してバケット５の所定の基
準面Ｌがなすバケット角である。

【００２４】図２は、本発明の一実施形態に備えられる
油圧回路の概略的な構成を示す図である。同図中、１５
はオペレータがバケットシリンダ９の駆動を指示する操
作指令を与えるためのバケット操作レバー、１６は操作
指令に応じた油圧信号すなわちパイロット圧を生成する
バケット操作弁、１６ａ及び１６ｂはバケット操作弁１
６を構成する一対の減圧弁、１７はパイロット圧の生成
に必要な圧油を供給するパイロット油圧源、１７ａ及び
１７ｂはバケット操作弁１６で生成されたパイロット圧
を伝える一対のパイロット管路、１８はパイロット管路
１７ａ及び１７ｂを介して供給されるパイロット圧に応
じて作動し、バケットシリンダ９に供給される圧油の流
れを制御する方向制御弁すなわちバケット制御弁、１９
は主油圧源、２０ａ及び２０ｂは管路１７ａ及び１７ｂ
から伝えられるパイロット圧を後述する制御信号Ｔａ及
びＴｂにしたがって減圧する減圧制御部である一対の電
磁比例減圧弁、２１はバケット角θが所定の目標傾斜角
である目標バケット角Ａｔに維持されるように制御信号
Ｔａ及びＴｂを出力する後述するコントロールユニッ
ト、２１ａ及び２１ｂはコントロールユニット２１から
出力された制御信号Ｔａ及びＴｂを電磁比例減圧弁２０
ａ及び２０ｂにそれぞれ伝える信号線、２２は目標バケ
ット角Ａｔをオペレータが指示する目標バケット角指示
手段である。

【００２５】図３は、図２中のコントロールユニット２
１の構成を示す図である。同図中、２３は目標バケット
角指示手段２２から指示された目標バケット角Ａｔを記
憶させておく目標バケット角設定手段、２４はフロント
センサ１３が検出したフロント６の姿勢と車体傾斜角セ
ンサ１４が検出した下部走行体１及び上部旋回体２の姿
勢とに基づき、バケット５の現実のバケット角θと目標
バケット角Ａｔとの偏差ΔＡｔを算出するバケット角偏
差算出手段、２５はバケット角偏差算出手段２４により
算出された偏差ΔＡｔに基づき、この偏差ΔＡｔの大き
さの増大を抑止する第１の制御信号Ｄａ及びＤｂを生成
する傾斜角偏差増大抑止手段、すなわちバケット角偏差
増大抑止手段、２６はバケット角偏差算出手段２４によ
り算出された偏差ΔＡｔに基づき、この偏差ΔＡｔの大
きさを減少させる第２の制御信号Ｒａ及びＲｂを生成す
る傾斜角偏差減少制御手段、すなわちバケット角偏差減
少制御手段、Ｓａ及びＳｂは上述した第１の制御信号Ｄ
ａ，Ｄｂ及び第２の制御信号Ｒａ，Ｒｂをそれぞれ加算
する演算を行ｅ、この演算で求められた制御信号Ｔａ，
Ｔｂを電磁比例減圧弁２０ａ，２０ｂにそれぞれ出力す
る演算手段である。後述するように、バケット５の回動
方向には、バケット角θがより大きくなる方向と、バケ
ット角θがより小さくなる方向の２種類がある。このた
め、バケット角偏差増大抑止手段２５が生成する第１の
制御信号Ｄａ，Ｄｂ、バケット角偏差減少制御手段２６
が生成する第２の制御信号Ｒａ，Ｒｂ、演算手段Ｓａ，
Ｓｂが出力する加算した制御信号Ｔａ，Ｔｂは、バケッ
ト角θがより大きくなる方向についての信号Ｄａ，Ｒ
ａ，Ｔａと、バケット角θがより小さくなる方向につい
ての信号Ｄｂ，Ｒｂ，Ｔｂの異なる２種類の系統が同時
に出力される。

【００２６】図４は、現実のバケット角θを目標バケッ
ト角Ａｔに一致させる制御を説明する図である。同図
中、Ａｔは上述した目標バケット角、Ｌｔは現実のバケ
ット角θが目標バケット角Ａｔと一致するときのバケッ
ト５の基準面である目標基準面、Ｌs₁及びＬs₂はバケッ
ト角θが目標バケット角Ａｔと異なるときのバケット５
の基準面である偏基準面であって、偏基準面Ｌs₁にある
ときのバケット角θは目標バケット角Ａｔより大きく、
偏基準面Ｌs₂にあるときのバケット角θは目標バケット
角Ａｔより小さいものとする。

【００２７】この場合、現実のバケット角θが目標バケ
ット角Ａｔより大きく、バケット５の基準面が偏基準面
Ｌs₁の状態にあれば、バケット５が図中のＭ₁₊方向に回
動してバケット角θがより大きくなると上述した偏差Δ
Ａｔの大きさは増大し、バケット５が図中のＭ_1-方向に
回動してバケット角θがより小さくなると偏差ΔＡｔの
大きさは減少することになる。これに対し、現実のバケ
ット角θが目標バケット角Ａｔより小さく、バケット５
の基準面が偏基準面Ｌs₂の状態にあれば、バケット５が
図中のＭ₂₊方向に回動してバケット角θがより大きくな
ると偏差ΔＡｔの大きさは減少し、バケット５が図中の
Ｍ_2-方向に回動してバケット角θが小さくなると偏差Δ
Ａｔの大きさは増大することになる。

【００２８】以下、本実施形態の動作について詳細に説
明する。

【００２９】図５は、図３中のバケット角偏差算出手段
２４による処理の流れを示すフローチャートである。同
図中、バケット角偏差算出手段２４は、図１中のフロン
トセンサ１３（ブーム角度センサ１０，アーム角度セン
サ１１，バケットシリンダストロークセンサ１２）が検
出した姿勢及び車体角センサ１４が検出した姿勢を入力
する（ステップ５０１）。そして、入力した姿勢に基づ
き、バケット５の現実のバケット角θ、すなわち図１に
示した水平線Ｈに対してバケット５の所定の基準面Ｌが
なす角度θを算出する（ステップ５０２）。このバケッ
ト角θの算出は、例えば、ブーム角度センサ１０，アー
ム角度センサ１１，車体角センサ１４により検出された
それぞれの角度の値に、バケットシリンダストロークセ
ンサ１２により検出されたバケットシリンダ９のストロ
ークを所定の換算式にしたがって換算して得た角度の値
を加えることによって行う。次に、バケット角偏差算出
手段２４は、目標バケット角設定手段２３から、あらか
じめ記憶させておいた目標バケット角Ａｔを読み出す
（ステップ５０３）。この目標バケット角Ａｔは、目標
バケット角指示手段２２、例えば図１に示した運転室２
ａに設けられる図示しない数値入力装置からオペレータ
があらかじめ入力することによって目標バケット角設定
手段２３に記憶されるものである。続いて、上述のよう
に入力した現実のバケット角θから目標バケット角Ａｔ
を減算して、両者の偏差ΔＡｔを算出する（ステップ５
０４）。最後に、算出した偏差ΔＡｔをバケット角偏差
増大抑止手段２５及びバケット角偏差減少制御手段２６
に出力する（ステップ５０５）。バケット角偏差算出手
段２４は、以上ステップ５０１〜５０５の処理を繰り返
し実行する。

【００３０】図６は、図３中のバケット角偏差増大抑止
手段２５による処理の流れを示すフローチャートであ
る。同図中、バケット角偏差増大抑止手段２５は、上述
の処理によってバケット角偏差算出手段２４から出力さ
れた偏差ΔＡｔを入力する（ステップ６０１）。次に、
入力した偏差ΔＡｔの値の正負に応じて処理を分岐する
（ステップ６０２）。すなわち、偏差ΔＡｔの値が正の
値であった場合（ステップ６０２＝Ｙｅｓ）、バケット
５の基準面の状態は、図４に示すように、目標基準面Ｌ
ｔに対して偏基準面Ｌs₁の状態となっている。この場
合、偏差ΔＡｔの大きさがこれ以上増大しないように、
言い替えれば、バケット５が図４中のＭ₁₊方向に回動し
てバケット角θがさらに大きくならないように、偏差Δ
Ａｔの大きさの増大を抑止する第１の制御信号Ｄａを生
成し、演算手段Ｓａに出力する（ステップ６０３ａ）。
これに対して、偏差ΔＡｔの値が負の値であった場合
（ステップ６０２＝Ｎｏ）、バケット５の基準面の状態
は、図４に示すように、目標基準面Ｌｔに対して偏基準
面Ｌs₂の状態となっている。この場合、偏差ΔＡｔの大
きさがこれ以上増大しないように、言い替えれば、バケ
ット５が図４中のＭ_2-方向に回動してバケット角θがさ
らに小さくならないように、偏差ΔＡｔの大きさの増大
を抑止する第１の制御信号Ｄｂを生成し、演算手段Ｓｂ
に出力する（ステップ６０３ｂ）。バケット角偏差増大
抑止手段２５は、以上の処理を繰り返し実行する。

【００３１】ここで、上述した第１の制御信号Ｄａの出
力レベルＬＶ_Daの値は偏差ΔＡｔの値によらない定数値
Ｃd₁，第１の制御信号Ｄｂの出力レベルＬＶ_Dbの値は偏
差ΔＡｔの値によらない定数値Ｃd₂としてある。そし
て、定数値Ｃd₁は、この出力レベルの制御信号を入力さ
れた電磁比例減圧弁２０ａが、バケット制御弁１８を左
位置に切り換えるパイロット管路１７ａ内のパイロット
圧を最大限に減圧するように決めてあり、定数値Ｃd
₂は、この出力レベルの制御信号を入力された電磁比例
減圧弁２０ｂが、バケット制御弁１８を右位置に切り換
えるパイロット管路１７ｂ内のパイロット圧を最大限に
減圧するように決めてある。

【００３２】図７は、図６の処理によって生成される第
１の制御信号の特性の一例を示すグラフであって、図７
（ａ）は上述した偏差ΔＡｔに応じて図３中の演算手段
Ｓａに出力される第１の制御信号Ｄａの出力レベルＬＶ
_Daの特性を、図７（ｂ）は上述した偏差ΔＡｔに応じて
図３中の演算手段Ｓｂに出力される第１の制御信号Ｄｂ
の出力レベルＬＶ_Dbの特性を、それぞれ示す。図７
（ａ）及び図７（ｂ）において、横軸を偏差ΔＡｔの
値、縦軸を第１の制御信号Ｄａ及びＤｂの出力レベルと
して、それぞれグラフを描いてある。

【００３３】図８は、図３中のバケット角偏差減少制御
手段２６による処理の流れを示すフローチャートであ
る。同図中、バケット角偏差減少制御手段２６は、上述
の処理によってバケット角偏差算出手段２４から出力さ
れた偏差ΔＡｔを入力する（ステップ８０１）。次に、
入力した偏差ΔＡｔの値の正負に応じて処理を分岐する
（ステップ８０２）。すなわち、偏差ΔＡｔの値が負の
値であった場合（ステップ８０２＝Ｙｅｓ）、バケット
５の基準面の状態は、図４に示すように、目標基準面Ｌ
ｔに対して偏基準面Ｌs₂の状態となっている。この場
合、バケット５の基準面が目標基準面Ｌｔに近付くほど
バケット５を回動する駆動力が小さくなるように、言い
替えれば、偏差ΔＡｔの大きさが小さくなるほどバケッ
ト５を図４中のＭ₂₊方向に回動する駆動力が減少するよ
うに、偏差ΔＡｔの大きさを減少させる第２の制御信号
Ｒａを偏差ΔＡｔの大きさに応じて生成し、演算手段Ｓ
ａに出力する（ステップ８０３ａ）。これに対して、偏
差ΔＡｔの値が正の値であった場合（ステップ８０２＝
Ｎｏ）、バケット５の基準面の状態は、図４に示すよう
に、目標基準面Ｌｔに対して偏基準面Ｌs₁の状態となっ
ている。この場合、バケット５の基準面が目標基準面Ｌ
ｔに近付くほどバケット５を回動する駆動力が小さくな
るように、言い替えれば、偏差ΔＡｔの大きさが小さく
なるほどバケット５を図４中のＭ_1-方向に回動する駆動
力が減少するように、偏差ΔＡｔの大きさを減少させる
第２の制御信号Ｒｂを偏差ΔＡｔの大きさに応じて生成
し、演算手段Ｓｂに出力する（ステップ８０３ｂ）。バ
ケット角偏差減少制御手段２６は、以上の処理を繰り返
し実行する。

【００３４】ここで、上述した第２の制御信号Ｒａの出
力レベルＬＶ_Raの値は偏差ΔＡｔの値に応じて増減する
関数値Ｖr₁，第２の制御信号Ｒｂの出力レベルＬＶ_Rbの
値は偏差ΔＡｔの値に応じて増減する関数値Ｖr₂として
ある。そして、関数値Ｖr₁は上述した定数値Ｃd₁と所定
の方向係数Ｃr₁を用いて、関数値Ｖr₂は上述した定数値
Ｃd₂と所定の方向係数Ｃr₂を用いて、それぞれ次の（式
１）及び（式２）にしたがって偏差ΔＡｔの値から求め
る。 Ｖr₁ ＝ Ｃr₁×ΔＡｔ ＋ Ｃd₁ …………（式１） Ｖr₂ ＝ Ｃr₂×ΔＡｔ ＋ Ｃd₂ …………（式２） 上述した方向係数Ｃr₁及びＣr₂の値は、バケット角の自
動制御の精度や操作指令に対する油圧系統の反応性など
に応じた適切な値をあらかじめ決めてある。

【００３５】図９は、図８の処理によって生成される第
２の制御信号の特性の一例を示すグラフであって、図９
（ａ）は上述した偏差ΔＡｔに応じて図３中の演算手段
Ｓａに出力される第２の制御信号Ｒａの出力レベルＬＶ
_Raの特性を、図９（ｂ）は上述した偏差ΔＡｔに応じて
図３中の演算手段Ｓｂに出力される第２の制御信号Ｒｂ
の出力レベルＬＶ_Rbの特性を、それぞれ示す。図９
（ａ）及び図９（ｂ）において、横軸を偏差ΔＡｔの
値、縦軸を第２の制御信号Ｒａ及びＲｂの出力レベルと
して、それぞれグラフを描いてある。

【００３６】図１０は、図８の処理によって生成される
第２の制御信号の特性の他の例を示すグラフである。図
１０に示す特性は、図９に示す特性に比べて、上述した
方向係数Ｃr₁及びＣr₂の値をより大きい値にしてある。

【００３７】図１１は、図２中の電磁比例減圧弁２０
ａ，２０ｂに入力される加算された制御信号Ｔａ，Ｔｂ
の特性の一例を示すグラフであって、図１１（ａ）は図
７（ａ）に示した第１の制御信号Ｄａと図９（ａ）に示
した第２の制御信号Ｒａとを加算して得られる制御信号
Ｔａの出力レベルＬＶ_Taの特性を、図１１（ｂ）は図７
（ｂ）に示した第２の制御信号Ｄｂと図９（ｂ）に示し
た第２の制御信号Ｒｂとを加算して得られる制御信号Ｔ
ｂの出力レベルＬＶ_Tbの特性を、それぞれ示す。図１１
（ａ）及び図１１（ｂ）において、横軸を偏差ΔＡｔの
値、縦軸を加算された制御信号Ｔａ及びＴｂの出力レベ
ルとして、それぞれグラフを描いてある。

【００３８】図１２は、図１１の制御信号Ｔａ，Ｔｂに
応じて減圧されたパイロット圧の特性の一例を示すグラ
フであって、図１２（ａ）は上述した制御信号Ｔａに応
じて減圧されたパイロット管路１７ａ側のパイロット圧
Ｐａの特性を、図１２（ｂ）は上述した制御信号Ｔｂに
応じて減圧されたパイロット管路１７ｂ側のパイロット
圧Ｐｂの特性を、それぞれ示す。図１２（ａ）及び図１
２（ｂ）において、横軸を偏差ΔＡｔの値、縦軸を減圧
されたパイロット圧Ｐａ及びＰｂの大きさとして、それ
ぞれグラフを描いてある。また、図中に斜線を付して示
す領域は、バケット操作レバー１５にオペレータが行な
った操作指令の操作量がそのままバケット５の動作に反
映される領域である。すなわち、偏差ΔＡｔ及びバケッ
ト角θが斜線領域内にある場合、バケット操作レバー１
５によってバケット操作弁１６に与えた操作指令に応じ
たパイロット圧がそのままバケット制御弁１８に供給さ
れるので、オペレータは、バケット操作レバー１５に操
作指令を与えることによりバケット５に所望の回動を行
わせることができる。これに対して、偏差ΔＡｔ及びバ
ケット角θが斜線領域外にある場合、図２に示したコン
トロールユニット２１から出力される制御信号Ｔａ及び
Ｔｂによるパイロット圧の減圧の方が優先されるので、
オペレータがバケット操作レバー１５に操作指令を与え
ても、バケット５はこれに応じて回動しない。

【００３９】以下、図２及び図３に示した構成図と、図
７，図９，図１１，図１２に示したグラフとに基づき、
本実施形態によるバケット角θの自動制御の制御信号及
びパイロット圧について説明する。

【００４０】バケット５のバケット角θが目標バケット
角Ａｔより大きくなった場合、すなわち、図３に示した
バケット角偏差算出手段２４から出力される偏差ΔＡｔ
の値が正の値になった場合、図７（ａ）に示す特性の第
１の制御信号Ｄａがバケット角偏差増大抑止手段２５か
ら演算手段Ｓａに出力されるとともに、図９（ｂ）に示
す特性の第２の制御信号Ｒｂがバケット角偏差減少制御
手段２６から演算手段Ｓｂに出力される。そして、図２
に示すように、第１の制御信号Ｄａは、そのまま制御信
号Ｔａとして信号線２１ａ経由で電磁比例減圧弁２０ａ
に伝えられ、第２の制御信号Ｒｂは、そのまま制御信号
Ｔｂとして信号線２１ｂ経由で電磁比例減圧弁２０ｂに
伝えられる。電磁比例減圧弁２０ａは、伝えられた制御
信号Ｔａ、すなわち図１１（ａ）に示す偏差ΔＡｔ＞０
の領域の出力レベルが一定値Ｃd₁の制御信号Ｔａに応じ
て、パイロット管路１７ａ側のパイロット圧を最大限に
減圧する。したがって、図１２（ａ）に示す偏差ΔＡｔ
＞０の領域において、バケット制御弁１８を左位置に切
り換えるパイロット圧のバケット制御弁１８への供給は
抑止され、バケット５がバケット角Ａｔを超えて回動す
る駆動力が生じなくなる。一方、電磁比例減圧弁２０ｂ
は、伝えられた制御信号Ｔｂ、すなわち図１１（ｂ）に
示す偏差ΔＡｔ＞０の領域の制御信号Ｔｂに応じて、パ
イロット管路１７ｂ側のパイロット圧をΔＡｔがゼロに
近付くほど大きく減圧し、ΔＡｔ＝０のとき最大限に減
圧する。したがって、図１２（ｂ）に示す偏差ΔＡｔ＞
０の領域において、バケット制御弁１８を右位置に切り
換えるパイロット圧のバケット制御弁１８への供給は、
ΔＡｔがゼロに近付くに連れて少しずつ抑制され、バケ
ット５を回動する駆動力が弱められていき、バケット角
θが目標バケット角Ａｔに一致すれば駆動力が生じなく
なってバケット５の回動が停止する。

【００４１】バケット５のバケット角θが目標バケット
角Ａｔより小さくなった場合、すなわち、図３に示した
バケット角偏差算出手段２４から出力される偏差ΔＡｔ
の値が負の値になった場合、図７（ｂ）に示す特性の第
１の制御信号Ｄｂがバケット角偏差増大抑止手段２５か
ら演算手段Ｓｂに出力されるとともに、図９（ａ）に示
す特性の第２の制御信号Ｒａがバケット角偏差減少制御
手段２６から演算手段Ｓａに出力される。そして、図２
に示すように、第１の制御信号Ｄｂは、そのまま制御信
号Ｔｂとして信号線２１ｂ経由で電磁比例減圧弁２０ｂ
に伝えられ、第２の制御信号Ｒａは、そのまま制御信号
Ｔａとして信号線２１ａ経由で電磁比例減圧弁２０ａに
伝えられる。電磁比例減圧弁２０ｂは、伝えられた制御
信号Ｔｂ、すなわち図１１（ｂ）に示す偏差ΔＡｔ＜０
の領域の出力レベルが一定値Ｃd₂の制御信号Ｔｂに応じ
て、パイロット管路１７ｂ側のパイロット圧を最大限に
減圧する。したがって、図１２（ｂ）に示す偏差ΔＡｔ
＜０の領域において、バケット制御弁１８を右位置に切
り換えるパイロット圧のバケット制御弁１８への供給は
抑止され、バケット５がバケット角Ａｔを超えて回動す
る駆動力が生じなくなる。一方、電磁比例減圧弁２０ａ
は、伝えられた制御信号Ｔａ、すなわち図１１（ａ）に
示す偏差ΔＡｔ＜０の領域の制御信号Ｔａに応じて、パ
イロット管路１７ａ側のパイロット圧をΔＡｔがゼロに
近付くほど大きく減圧し、ΔＡｔ＝０のとき最大限に減
圧する。したがって、図１２（ａ）に示す偏差ΔＡｔ＜
０の領域において、バケット制御弁１８を左位置に切り
換えるパイロット圧のバケット制御弁１８への供給は、
ΔＡｔがゼロに近付くに連れて少しずつ抑制され、バケ
ット５を回動する駆動力が弱められていき、バケット角
θが目標バケット角Ａｔに一致すれば駆動力が生じなく
なってバケット５の回動が停止する。

【００４２】以上のように本実施形態によれば、図１５
に示した高圧選択弁や関連する配管系が不要となるの
で、従来にくらべると少ない部品を用いて簡単に構成で
きるようになり、建設機械の製造コストの低減及び信頼
性の向上が図れる。また、バケット角偏差増大抑止手段
２５によって、バケット５のバケット角θと目標傾斜角
Ａｔとの偏差ΔＡｔの大きさの増大が抑止されるので、
バケット５の慣性によるオーバーシュート量（行き過ぎ
量）などが抑制され、油圧系統に無用な負荷をかけずに
バケット角θを目標バケット角Ａｔに速やかに収束させ
ることができる。さらに、バケット角偏差減少制御手段
２６によっても、バケット角θの自動制御に際し、目標
バケット角Ａｔへの収束に要する時間が短縮されるの
で、作業能率の向上が図れる。

【００４３】図１３は、本発明の他の実施形態に備えら
れる油圧回路の概略的な構成を示す図、図１４は、図１
３中のコントロールユニットの構成を示す図である。図
１３及び図１４において、２７は図示しないブーム操作
レバーにオペレータが行なった操作指令の操作量を検出
するブーム操作量検出手段、２８は図示しないアーム操
作レバーにオペレータが行なった操作指令の操作量を検
出するアーム操作量検出手段、２９はバケット操作レバ
ー１５にオペレータが行なった操作指令の操作量を検出
するバケット操作量検出手段であり、これらブーム操作
量検出手段２７，アーム操作量検出手段２８，バケット
操作量検出手段２９が、操作量検出手段を構成する。そ
して、この実施形態のバケット角偏差算出手段２４は、
ブーム角度センサ１０，アーム角度センサ１１，バケッ
トシリンダストロークセンサ１２，車体傾斜角センサ１
４により検出される姿勢と、ブーム操作量検出手段２
７，アーム操作量検出手段２８，バケット操作量検出手
段２９により検出される操作指令の操作量とに基づいて
所定時間経過後、例えば０．５秒経過後のバケット角θ
を予測し、この予測したバケット角θから目標バケット
角Ａｔとの偏差ΔＡｔを求める。このようにすれば、オ
ペレータから与えられた操作指令に応じてフロント６の
姿勢が変化した後のバケット５のバケット角θと目標バ
ケット角Ａｔとの偏差ΔＡｔが、実際にフロント６の姿
勢が変化する前に求められ、この偏差ΔＡｔに基づいて
バケット角偏差増大抑止手段２５及びバケット角偏差減
少制御手段２６により制御信号が生成されるので、操作
指令がフロント６の姿勢に反映されるまでのタイムラグ
に起因するバケットの無駄な回動を最小限に抑えられ、
無駄のない精密な作業を進めることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の建
設機械のフロントアタッチメントの角度制御装置によれ
ば、高圧選択弁や関連する配管系が不要となるので、従
来にくらべると少ない部品を用いて簡単に構成できるよ
うになり、建設機械の製造コストの低減及び信頼性の向
上が図れる。

【００４５】また、特に請求項２に係る発明によれば、
フロントアタッチメントの傾斜角の自動制御に際し、目
標傾斜角への収束に要する時間が短縮されるので、作業
能率の向上が図れる。

【００４６】また、特に請求項４に係る発明によれば、
操作指令がフロントの姿勢に反映されるまでのタイムラ
グに起因するフロントアタッチメントの無駄な回動を最
小限に抑えられ、無駄のない精密な作業を進めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の建設機械のフロントアタッチメントの
角度制御装置の一実施形態が適用される建設機械である
油圧ショベルの一例を示す側面図である。

【図２】本発明の一実施形態に備えられる油圧回路の概
略的な構成を示す図である。

【図３】図２中のコントロールユニットの構成を示す図
である。

【図４】現実のバケット角を目標バケット角に一致させ
る制御を説明する図である。

【図５】図３中のバケット角偏差算出手段による処理の
流れを示すフローチャートである。

【図６】図３中のバケット角偏差増大抑止手段による処
理の流れを示すフローチャートである。

【図７】図６の処理によって生成される第１の制御信号
の特性の一例を示すグラフである。

【図８】図３中のバケット角偏差減少制御手段による処
理の流れを示すフローチャートである。

【図９】図８の処理によって生成される第２の制御信号
の特性の一例を示すグラフである。

【図１０】図８の処理によって生成される第２の制御信
号の特性の他の例を示すグラフである。

【図１１】図２中の電磁比例減圧弁に入力される加算さ
れた制御信号の特性の一例を示すグラフである。

【図１２】図１１の制御信号に応じて減圧されたパイロ
ット圧の特性の一例を示すグラフである。

【図１３】本発明の他の実施形態に備えられる油圧回路
の概略的な構成を示す図である。

【図１４】図１３中のコントロールユニットの構成を示
す図である。

【図１５】従来の建設機械の制御装置における油圧回路
の構成の一例を示す図である。

【符号の説明】

５ バケット ６ フロント ７ ブームシリンダ ８ アームシリンダ ９ バケットシリンダ １３ フロントセンサ １４ 車体傾斜角センサ １５ バケット操作レバー １６ バケット操作弁 １６ａ，１６ｂ 減圧弁 １７ パイロット油圧源 １８ バケット制御弁 １８ａ，１８ｂ パイロット管路 １９ 主油圧源 ２０ａ，２０ｂ 電磁比例減圧弁 ２１ コントロールユニット ２２ 目標バケット角指示手段 ２３ 目標バケット角設定手段 ２４ バケット角偏差算出手段 ２５ バケット角偏差増大抑止手段 ２６ バケット角偏差減少制御手段 ２７ ブーム操作量検出手段 ２８ アーム操作量検出手段 ２９ バケット操作量検出手段 Ｓａ，Ｓｂ 演算手段 Ｄａ，Ｄｂ 第１の制御信号 Ｒａ，Ｒｂ 第２の制御信号

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部走行体及びこの下部走行体に装着さ
   れた上部旋回体と、 前記上部旋回体に対し回動可能に連結され、その先端に
   所定のフロントアタッチメントを有するフロントと、与
   えられた操作指令にしたがって前記フロントアタッチメ
   ントの駆動を制御する方向制御弁とを備えた建設機械に
   設けられ、前記フロントの姿勢を検出するフロントセン
   サと、 検出した前記フロントの姿勢に基づき、前記フロントア
   タッチメントの傾斜角が所定の目標傾斜角に維持される
   ように、前記方向制御弁の切換え制御を行う制御信号を
   出力するコントロールユニットとを設けるとともに、 前記コントロールユニット内に、 前記姿勢に基づき、前記フロントアタッチメントの傾斜
   角と前記目標傾斜角との偏差を求める傾斜角偏差算出手
   段と、 前記傾斜角偏差算出手段により求められた前記偏差に基
   づき、前記偏差の大きさの増大を抑止する第１の制御信
   号を生成する傾斜角偏差増大抑止手段を設けたことを特
   徴とする建設機械のフロントアタッチメントの角度制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記コントロールユニット内に、 前記傾斜角偏差算出手段により求められた前記偏差に基
   づき、前記偏差の大きさを減少させる第２の制御信号を
   生成する傾斜角偏差減少制御手段を設けるとともに、 前記第１及び第２の制御信号に基づき、前記方向制御弁
   への制御信号を演算出力する演算手段を設けたことを特
   徴とする請求項１記載の建設機械のフロントアタッチメ
   ントの角度制御装置。
3. 【請求項３】 前記下部走行体及び前記上部旋回体の姿
   勢を検出する車体傾斜角センサを設け、 前記傾斜角偏差算出手段は、前記フロントセンサ及び前
   記車体傾斜角センサからの検出信号に基づき、前記フロ
   ントアタッチメントの傾斜角を算出することを特徴とす
   る請求項１または２記載の建設機械のフロントアタッチ
   メントの角度制御装置。
4. 【請求項４】 前記操作指令の操作量を検出する操作量
   検出手段を設けるとともに、 前記傾斜角偏差算出手段は、前記姿勢及び前記操作量に
   基づいて前記フロントアタッチメントの傾斜角を算出
   し、この算出した傾斜角と前記目標傾斜角との偏差を求
   めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   建設機械のフロントアタッチメントの角度制御装置。
5. 【請求項５】 前記方向制御弁を、所定の油圧源から前
   記操作指令に応じて与えられるパイロット圧によって切
   換え制御するとともに、 前記制御信号にしたがって前記パイロット圧の減圧を行
   う減圧制御部を設けたことを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載の建設機械のフロントアタッチメントの
   角度制御装置。
6. 【請求項６】 前記減圧制御部は、前記フロントを所定
   の一方向に回動する第１のパイロット圧の減圧を行う第
   １の減圧弁と、前記フロントを前記一方向と異なる他の
   方向に回動する第２のパイロット圧の減圧を行う第２の
   減圧弁とからなることを特徴とする請求項５記載の建設
   機械のフロントアタッチメントの角度制御装置。
7. 【請求項７】 前記建設機械が油圧ショベルであって、 前記フロントを、前記上部旋回体に対して回動可能に連
   結されたブーム及び前記ブームに対して回動可能に連結
   されたアームとするとともに、 前記アームの先端に、前記フロントアタッチメントとし
   てバケットを設けたことを特徴とする請求項５または６
   に記載の建設機械のフロントアタッチメントの角度制御
   装置。