JPH11303127A - ３関節型掘削機の操作制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】３関節型掘削機の操作制御装置において、３関
節型作業フロントの先端を所望の一方向に容易に移動し
て作業が行え、３関節型掘削機の広い作業範囲を有効に
活用し効率よく操作できると共に、作業フロント先端の
あらゆる移動方向に対応できるソフトの製作が簡単で容
易に実施可能とする。 【解決手段】コントローラ１３１の演算部１３４で、操
作レバー１１ａ，１２ａの操作による作業フロント先端
のＸ，Ｙ軸方向の速度指令ベクトルＶｘ，Ｖｙの信号１
３２，１３３から作業フロント先端の速度指令ベクトル
Ｖｘｙを求め、演算部１３５でＶｘｙを仮想の２関節型
作業フロントの先端の指令値として与えたときの仮想の
第１、第２アーム１３，１４の角速度指令値ωｂｒ，ω
ａｒを求め、演算部１３６でωｂｒ，ωａｒより第１、
第２、第３アーム３，４，５の角速度指令値ω１，ω
２，ω３を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３関節型掘削機、
すなわち作業具を除いて３個の関節とアームとを有する
作業フロントを備えた掘削機の操作制御装置に係わり、
特に作業具取付け部分である作業フロントの先端を所望
の一方向に移動して作業を行うに適した３関節型掘削機
の操作制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な掘削機の構造を図１３に
示す。作業フロント１００はブーム１０１及びアーム１
０２の２つで構成され、掘削作業を行うバケット１０３
がこの先端に設けられている。作業の主体であるバケッ
ト１０３の位置決めが、ブーム１０１、アーム１０２と
いう回動可能な２つの構造要素によって行われているの
で、作業フロント１００を２関節型作業フロントと呼
び、この作業フロント１００を備えた掘削機を２関節型
の掘削機と称する。

【０００３】これに対し、近年２ピースブーム型と呼ば
れる掘削機が使われている。これを図１４に示す。２ピ
ースブーム型の掘削機は、図１３に示した一般的な掘削
機に対して、作業フロント１００Ａのブーム１０１を２
分割して第１ブーム１０４及び第２ブーム１０５とした
もので、バケット１０３の位置決めに関与する関節の数
から作業フロント１００Ａを３関節型作業フロントと呼
び、この作業フロント１００Ａを備えた掘削機を３関節
型の掘削機と呼ぶ。

【０００４】３関節型の掘削機は、２関節型の掘削機で
は難しかった掘削機の足元の作業を行えるという利点を
持っている。即ち、２関節型の掘削機でも、図１３に示
すような姿勢をとることで足元迄バケット１０３を持っ
てくることが可能であるが、このようにアーム１０２が
水平になった状態では掘削作業はできない。これに対
し、３関節型の掘削機では、図１４に示すようにアーム
１０２をほぼ垂直にした状態でバケット１０３を足元に
持ってくることができ、これによって足元の作業が可能
となる。また、足元から遠く離れた位置の作業に対して
も、第１ブーム１０４と第２ブーム１０５とを直線に近
く伸ばすことによって、２関節型の掘削機に比べてより
遠くまで作業することが可能である。

【０００５】次に、従来の操作方式について述べる。図
１５に、一般的な２関節型の掘削機の操作レバーの例を
示す。通常の掘削作業においては、ブーム・アーム・バ
ケット・旋回の４動作が頻繁に、かつ複合的に操作され
る。これらの４動作が２本の操作レバー１０７，１０８
に２動作ずつ割り当てられており、オペレータは左右の
手でそれぞれのレバーを操作することで掘削作業を行
う。この他の操作レバーとして、（図示しない）走行用
のレバー（通常ペダルも付加されている）がある。走行
用のレバーは、他のレバー１０７，１０８とは独立に使
用されることが多く、ここでは考慮しない。

【０００６】図１６は、３関節型の掘削機の操作レバー
の例である。前述したように、３関節型の掘削機では、
遠くから足元まで広範囲の作業が可能であるが、これを
実現するためには２関節型掘削機のブーム１０１に相当
する第１ブーム１０４の他に、更に第２ブーム１０５を
操作しなければならない。既に２本の操作レバー１０
７，１０８には４動作が割り当てられていることから、
シーソー型のペダル１０９を新設して第２ブーム１０５
の操作を行っている。

【０００７】また、３関節型掘削機の操作制御装置とし
て特開平９−９５９６６号公報の提案がある。この提案
では、２本の操作レバーのうち、従来、ブーム用として
使用していたレバーの操作で、第１ブームと第２ブーム
のうちの一方を選択して駆動するようにしたものであ
る。これにより第２ブームを操作するために新たな操作
レバー若しくはペダル等の操作装置を設けることなく、
１本のブーム用の操作レバーで第１及び第２ブームを操
作できる。なお、第１ブームと第２ブームのどちらを選
択して駆動するかは、第１ブームの本体に対する角度及
び第１ブームと第２ブームのなす角度が所定の角度に到
達したかどうかにより決定する。

【０００８】３関節型掘削機の操作制御装置として国際
出願公開ＷＯ９８／０６９０９号公報の提案もある。こ
の提案では、第１ブーム用の操作レバーの操作信号が示
す速度指令値に第１補助ゲインを乗じて第１の値を求
め、アーム用の操作レバーの操作信号が示す速度指令値
に第２補助ゲインを乗じて第２の値を求め、その第１の
値と第２の値との演算値、例えば加算値を第２ブームの
速度指令値とし、この速度指令値を信号に変換して第２
ブームのアクチュエータを動作させるようにしたもので
ある。これにより２関節型掘削機と同様の操作をするだ
けで、バケットは２関節型の掘削機とほぼ同様の動作を
し、かつ第２ブームもオペレータの意志に沿った方向に
バケットが向かうように伸縮するので、３関節型掘削機
の特徴である広い作業範囲を従来の２関節型の掘削機と
同等の操作感覚で連続的に操作することが可能となる。

【０００９】更に、３関節型掘削機の操作制御装置とし
て特開平７−１８０１７３号公報の提案もある。この提
案では、２本の操作レバーをバケット先端のＸ方向及び
Ｙ方向の移動速度をそれぞれ指示するものとし、これら
の移動速度を合成した速度ベクトル信号に基づき制御装
置で所定の演算処理を行い、水平引き作業を行う際に、
バケット先端の移動を幅広い範囲にわたって連続して制
御でき、しかも所望の軌跡に沿ってバケットを移動させ
ることができるようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の３関節型掘削機の操作制御装置には次のような問題
がある。

【００１１】油圧ショベルで行う作業には作業フロント
の先端を一方向に移動して行う作業があり、その代表例
として水平引き作業がある。しかし、作業フロントの構
成要素であるブームやアームは回転運動をするため、水
平引き作業等バケット先端を一方向に移動させる作業で
は、それらの作業部材を協調して動作させる必要があ
り、熟練を要する。

【００１２】３関節型掘削機では上記のように広範囲の
作業が可能であるので、水平引き作業でも広い作業範囲
を確保できる可能性がある。しかし、３関節型掘削機で
広い作業範囲を連続して操作するためには上記のように
第２ブームも同時に操作する必要があり、第２ブーム用
の操作手段としてペダルを設けた一般的な３関節型掘削
機で両手の操作レバーと足のペダルを協調させて操作
し、作業フロント先端を一方向に動かす作業を行うこと
は、困難を極める。

【００１３】特開平９−９５９６６号公報や国際出願公
開ＷＯ９８／０６９０９号公報及び特開平７−１８０１
７３号公報に提案されている操作制御装置では、いずれ
も２本の操作レバーで３つの作業部材を操作できるよう
にしている。

【００１４】しかし、特開平９−９５９６６号公報の操
作制御装置では、従来、ブームを駆動するために使用し
ていた操作レバーで第１ブーム、第２ブームのどちらか
一方を選択して駆動するようにしており、上下方向への
作業範囲の拡大に対しては比較的有利であるが、水平引
き作業等作業フロント先端を上下方向以外の方向に動か
して行う作業では、作業範囲を拡大することができな
い。

【００１５】国際出願公開ＷＯ９８／０６９０９号公報
の操作制御装置では、従来の２関節型油圧ショベルと同
等な作業性を確保しつつ、広い作業範囲を連続して作業
することはできるが、水平引き作業等バケット先端を一
方向に移動させる作業では、従来の２関節型油圧ショベ
ルと同等な操作を超えた使い易さというものではないた
め、熟練を要することには変わりはない。

【００１６】特開平７−１８０１７３号公報の操作制御
装置では、２本の操作レバーでバケット先端のＸ方向及
びＹ方向の移動速度をそれぞれ指示し、作業部材を動か
すので、水平引き作業等バケット先端を特定の方向に移
動させる作業が容易に行える。この従来技術では、制御
装置で行う所定の演算処理の原理として、バケット先端
の特定の一方向の移動軌跡を複数の区画に分け、それぞ
れの区画で３つの作業部材の中から同時に使用可能な２
つの作業部材の異なる組み合わせを選択し、その選択さ
れた２つの作業部材を動かすことによりバケット先端を
特定の一方向に動かす、という方法を採用している。し
かし、バケット先端を動かしたい方向は水平方向だけで
なく任意の方向があり、このような全ての方向に上記原
理を用いて対応しようとすると、全ての方向で条件分け
をして２つの作業部材の異なる組み合わせを決定し、方
向毎にこれら組み合わせのマップを作る必要があり、ソ
フトの製作に多大の手間暇を要する。また、ソフトで用
いるマップの量も膨大となり、制御装置のメモリ容量に
限度のある掘削機では実現が困難である。

【００１７】本発明の目的は、３関節型作業フロントの
先端を所望の一方向に容易に移動して作業が行え、３関
節型掘削機の広い作業範囲を有効に活用し効率良く操作
できると共に、作業フロント先端のあらゆる移動方向に
対応できるソフトの製作が簡単であり、容易に実施でき
る３関節型掘削機の操作制御装置を提供することであ
る。

【００１８】なお、従来技術について、３関節型掘削機
としてブームを２分割した２ピースブーム型の掘削機を
例に記述を進めてきたが、アームを２分割した場合にも
３関節型掘削機としての機能は同一である。そこで、説
明を一般化する意味で、以下の説明では３個の関節でそ
れぞれ回動する部材を、第１アーム、第２アーム、第３
アームと呼ぶこととする。

【００１９】

【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、掘削機本体と、掘削機本体に回動
可能に取付けられた第１アーム、第１アームに回動可能
に取付けられた第２アーム、第２アームに回動可能に取
付けられた第３アームを有する３関節型作業フロント
と、第１アーム、第２アーム、第３アームをそれぞれ駆
動する複数のアクチュエータを含む油圧駆動装置とを有
する３関節型掘削機の操作制御装置において、前記作業
フロントの回動方向を含む平面上の直交２軸のそれぞれ
の方向の動作指令により前記作業フロント先端の動作を
指令する少なくとも１つの操作手段と、仮想の第１アー
ム及び仮想の第２アームを有する２関節型作業フロント
を仮想的に設け、この仮想の第２アームと前記実際の第
３アームとの動きの関係を予め定めておき、前記操作手
段を前記仮想の２関節型作業フロントの先端の動作を指
令する操作手段として機能させたときの仮想の第２アー
ムの動きに対応した動きが実際の第３アームの動きとし
て得られるよう、前記実際の第１アーム、第２アーム及
び第３アームのそれぞれの指令値を求め、前記油圧駆動
装置に出力する指令演算手段とを備えるものとする。

【００２０】このように操作手段と指令演算手段を設
け、操作手段で指令した直交２軸のそれぞれの方向の動
作指令を指令演算手段で演算処理し、第１アーム、第２
アーム及び第３アームのそれぞれの指令値を求めること
により、３関節型作業フロントの先端を所望の一方向に
容易に移動して作業が行え、３関節型掘削機の広い作業
範囲を有効に活用し効率良く操作できる。

【００２１】また、指令演算手段では、２関節型作業フ
ロントを仮想的に設け、仮想の第２アームと実際の第３
アームとの動きの関係を予め定めておき、操作手段を仮
想の２関節型作業フロントの先端の動作を指令する操作
手段として機能させたときの仮想の第２アームの動きに
対応した動きが実際の第３アームの動きとして得られる
よう、実際の第１アーム、第２アーム及び第３アームの
それぞれの指令値を求めるので、作業フロント先端のあ
らゆる移動方向に対して１つのアルゴリズムで対応で
き、ソフトの製作が簡単で容易に実施できる。

【００２２】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記指令演算手段は、前記仮想の第２アームと前記実際
の第３アームが剛体を形成するかのように動くように前
記仮想の第２アームと前記実際の第３アームとの動きの
関係を定め、前記指令値を演算する。

【００２３】このように仮想の第２アームと実際の第３
アームが剛体を形成するかのように動かすと仮想の第２
アームの回転角速度と実際の第３アームの回転角速度は
同じとなるため、仮想の第２アームの回転角速度が実際
の第３アームの回転角速度として与えられることとな
り、操作手段で指令した直交２軸のそれぞれの方向の動
作指令から、仮想の２関節型作業フロントを介在させ
て、第１アーム、第２アーム及び第３アームのそれぞれ
の指令値を求めることができる。

【００２４】（３）また、上記（１）において、好まし
くは、前記操作手段は第１及び第２の２つの操作手段で
あり、第１の操作手段の一方向の操作が前記作業フロン
ト先端の前記直交２軸の一方向の動作指令を与え、第２
の操作手段の一方向の操作が前記作業フロント先端の前
記直交２軸の他方向の動作指令を与える。

【００２５】これにより２関節型掘削機の左右２本の操
作レバーを上記第１及び第２の操作手段とし、左右２本
の操作レバーのブーム操作方向及びアーム操作方向を上
記第１及び第２の操作手段のそれぞれの一方向とするこ
とができ、バケット及び旋回については従来の操作方法
のまま、３関節型作業フロントを２本の操作レバーで動
かせる。

【００２６】（４）更に、上記（１）において、好まし
くは、前記指令演算手段は、前記操作手段で指令された
直交２軸のそれぞれの方向の動作指令を合成して作業フ
ロント先端の動作指令を算出する第１演算手段と、この
第１演算手段で算出した動作指令を前記仮想の２関節型
作業フロントの先端の動作指令として与えたときの前記
仮想の第１アーム及び第２アームの指令値を求める第２
演算手段と、この第２演算手段で求めた指令値で仮想の
第１アーム及び第２アームを操作したときの仮想の第２
アームの動きに対応した動きが実際の第３アームの動き
として得られるよう、前記実際の第１アーム、第２アー
ム及び第３アームのそれぞれの指令値を求める第３演算
手段とを含む。

【００２７】これにより指令演算手段は、操作手段で指
令した直交２軸のそれぞれの方向の動作指令を演算処理
し、第１アーム、第２アーム及び第３アームのそれぞれ
の指令値が求められる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００２９】まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図
１１により説明する。

【００３０】図１において、掘削機１の持つ作業フロン
ト２は、それぞれ第１関節１５、第２関節１６、第３関
節１７にて上下方向に回動可能に取り付けられた第１ア
ーム３、第２アーム４、第３アーム５からなる３関節型
であり、その基端は第１関節１５で掘削機本体９９（上
部旋回体）に支持され、その先端には第４関節（バケッ
ト関節）１８で掘削用バケット６が上下方向に回動可能
に取り付けられている。第１アーム３は第１アームシリ
ンダ７、第２アーム４は第２アームシリンダ８、第３ア
ーム５は第３アームシリンダ９でそれぞれ駆動され、バ
ケット６はバケットシリンダ１０で駆動される。

【００３１】図２に油圧回路の一例を示す。図中、１６
０は第１アームシリンダ７、第２アームシリンダ８、第
３アームシリンダ９、バケットシリンダ１０を含む油圧
駆動回路であり、油圧ポンプ１２０から吐出された作動
油は流量制御弁１２１，１２２，１２３，１２４を介し
て、第１アームシリンダ７、第２アームシリンダ８、第
３アームシリンダ９、バケットシリンダ１０に供給され
る。この他に、図示しない旋回用油圧モータ、走行用油
圧モータがあり、これらも同様に接続されている。ここ
では、第１アームシリンダ７について動作を説明する
が、他のシリンダについても同様に動作する。

【００３２】また、１６１は流量制御弁１２１，１２
２，１２３，１２４に操作用のパイロット圧力を導くパ
イロット回路であり、パイロット油圧源１６２と、流量
制御弁１２１に設けられた１対のパイロットライン１６
３ａ，１６３ｂ及び流量制御弁１２２，１２３，１２４
に設けられた同様なパイロットライン１６４ａ，１６４
ｂ；１６５ａ，１６５ｂ；１６６ａ，１６６ｂ（一部の
み図示）と、パイロットライン１６３ａ，１６３ｂに配
置された比例減圧弁１２９，１３０及びパイロットライ
ン１６４ａ，１６４ｂ；１６５ａ，１６５ｂ；１６６
ａ，１６６ｂに設けられた同様な比例減圧弁（図示せ
ず）とで構成されている。

【００３３】流量制御弁１２１は、非作動時にはスプリ
ング１２７，１２８に支えられて中立位置にあり、各ポ
ートはブロックされるので、第１アームシリンダ７は動
かない。比例減圧弁１２９，１３０によって調整された
パイロット圧力が流量調整弁１２１のパイロット圧力室
１２５，１２６に導かれており、いずれかにパイロット
圧力がたつと、この圧力による力とスプリング１２７，
１２８との釣り合いの位置に弁体は変位し、その変位量
に応じた流量が第１アームシリンダ７に送られ、第１ア
ームシリンダ７は伸縮する。流量制御弁１２２，１２
３，１２４についても同様である。

【００３４】比例減圧弁１２９，１３０及び図示しない
他の比例電磁弁はコントローラ１３１からの駆動指令信
号によって調整され、更にコントローラ１３１には操作
レバー装置１１，１２からの操作信号及び角度検出器１
４２，１４３，１４４からの検出信号が入力されてい
る。操作レバー装置１１，１２は操作信号として電気信
号を出力する電気レバー方式であり、操作レバー装置１
１，１２の操作レバー１１ａ，１２ａが操作されると、
その操作量に応じて第１アームシリンダ７、第２アーム
シリンダ８、第３アームシリンダ９、バケットシリンダ
１０を任意の速度で駆動することができる。角度検出器
１４２，１４３，１４４は第１関節１５、第２関節１
６、第３関節１７にそれぞれ取り付けられ、第１アーム
３、第２アーム４、第３アーム５の回転角度としてそれ
らの関節角度θ₁，θ₂，θ₃を検出する。角度検出器と
しては各関節の角度を直接検出するポテンショメータで
あってもよいし、第１シリンダ７、第２シリンダ８、第
３シリンダ９の変位量を検出し、関節角度を幾何学的に
演算するものであってもよい。

【００３５】操作レバー装置１１，１２の操作方法の詳
細を図３に示す。

【００３６】図３において、バケット及び旋回に関する
操作は従来の掘削機と全く同じである。右側に配置され
た操作レバー装置１１の操作レバー１１ａを右（ａ）又
は左（ｂ）方向に操作すると、その操作量に応じた速度
でバケット６はダンプ側（開く側）又はクラウド側（掻
き込む側）に動作する。左側に配置された操作レバー装
置１２の操作レバー１２ａを前（ｇ）又は後（ｈ）方向
に操作すると、その操作量に応じた速度で上部旋回体９
９は右旋回又は左旋回を行う。

【００３７】また、従来、第１ブームを動作させていた
操作レバー装置１１の操作レバー１１ａの前（ｃ）又は
後（ｄ）方向の操作は、本実施形態では、その操作量に
応じた速度で、第３アーム５の先端の第３関節１８（作
業フロント２の先端）をＸ軸方向（後述）に前進（掘削
機本体９９のキャブ９９ａから離れる方向）、又は後退
（キャブ９９ａに近づく方向）させる。また、従来、第
３アーム５を動作させていた操作レバー装置１２の操作
レバー１２ａの右（ｅ）又は左（ｆ）方向の操作は、本
実施形態では、その操作量に応じた速度で、第３アーム
５の先端の第３関節１８（作業フロント２の先端）をＹ
軸方向（後述）に下げ又は上げ動作させる。

【００３８】本発明の制御演算で使用する座標系及び主
要パラメータを図４により説明する。

【００３９】図４において、本発明の制御演算で用いる
絶対座標系は第１アーム３、第２アーム４、第３アーム
５を含む平面を座標平面とし、第１アーム３の回動支点
（第１関節）１５を原点Ｏとした直交座標系であり、そ
のＸ軸は座標平面と原点Ｏを含む車両旋回面との交線で
あり、Ｙ軸は原点Ｏを通り車両旋回面に垂直な直線であ
る。上記操作レバー１１ａの前後方向（ｃ，ｄ方向）の
操作で与えられる作業フロント２の先端の速度指令ベク
トルＶ_xはその直交座標系のＸ軸方向のベクトルであ
り、操作レバー１２ａの左右方向（ｅ，ｆ方向）の操作
で与えられる作業フロント２の先端の速度指令ベクトル
Ｖ_yはそのＹ軸方向のベクトルである。

【００４０】また、図４において、角度検出器１４２に
より検出される関節角度θ₁はＸ軸と第１アーム３との
なす角度であり、角度検出器１４３で検出される関節角
度θ₂は第１アーム３と第２アーム４とのなす角度であ
り、角度検出器１４４で検出される関節角度θ₃は第２
アーム４と第３アーム５とのなす角度である。

【００４１】更に、θ_bは本発明の制御演算で用いる仮
想の２関節型作業フロント２Ｘの仮想の仮想の第１アー
ム１３の回動支点１９を通るＸ軸と平行な直線と仮想の
第１アーム１３とのなす角度であり、θ_aは仮想の第１
アーム１３と仮想の第２アーム１４とのなす角度であ
る。

【００４２】次に、上記のように操作レバー１１ａ，１
２ａを前後方向（ｃ，ｄ方向）及び左右方向（ｅ，ｆ方
向）に操作することにより第１アーム３、第２アーム
４、第３アーム５を動かす本発明の基本原理を説明す
る。

【００４３】上記のように本発明では、操作レバー１１
ａの前後方向（ｃ，ｄ方向）の操作で、作業フロント２
の先端のＸ軸方向の速度指令ベクトルＶ_xを与え、操作
レバー１２ａの左右方向（ｅ，ｆ方向）の操作で、作業
フロント２の先端のＹ軸方向の速度指令ベクトルＶ_yを
与えており、これらの合成ベクトルは、図４に示すよう
に、両者のベクトル和Ｖ_xy＝Ｖ_x＋Ｖ_yとなる。

【００４４】ここで、３関節型作業フロントの場合、第
３アーム先端を特定の位置に位置させたときの第１アー
ム、第２アーム、第３アームの姿勢（傾き）は一義的に
定まらない。これは、３関節型作業フロントが２次元空
間内の位置決めに３つの関節、つまり３つの自由度を持
っているからである。同様に、作業フロント先端の速度
指令ベクトルＶ_xyが定まっても、第１アーム、第２アー
ム、第３アームの指令角速度も一義的に定まらない。

【００４５】これに対し、２関節型作業フロントの場
合、２つの自由度を持っているので、第２アーム先端を
特定の位置に位置させたときの第１アーム及び第２アー
ムの姿勢（傾き）は一義的に定まり、２関節型作業フロ
ントに対して作業フロント先端の速度指令ベクトルＶ_xy
が定まれば、第１アーム及び第２アームの指令角速度も
一義的に定まる。

【００４６】従って、本発明では、仮想の第１アーム１
３及び仮想の第２アーム１４を有する２関節型作業フロ
ント２Ｘを仮想的に設け、この仮想の２関節型作業フロ
ント２Ｘを介在させて第１アーム３、第２アーム４及び
第３アーム５の指令値を求めるものである。

【００４７】また、３関節型作業フロントの場合、３つ
の自由度があるので、もう１つの拘束条件を与えれば、
上記速度指令ベクトルＶ_xyによる第１アーム、第２アー
ム、第３アームの指令角速度は一義的に定まる。そこ
で、上記のように仮想の２関節型作業フロント２Ｘを介
在させて第１アーム３、第２アーム４及び第３アーム５
の指令値を求めるとき、仮想の第２アーム１４と実際の
第３アーム５との動きの関係を予め定めておき、前後方
向（ｃ，ｄ方向）及び左右方向（ｅ，ｆ方向）に操作す
る操作レバー１１ａ及び操作レバー１２ａを仮想の２関
節型作業フロント２Ｘの先端の動作を指令する操作手段
として機能させたときの仮想の第２アーム１４の動きを
求め、上記関係からこの動きに対応した動きを実際の第
３アーム５で求め、これをもう１つの拘束条件として第
１アーム、第２アーム、第３アームの指令値を求めるも
のである。

【００４８】ここで、仮想の第２アーム１４と実際の第
３アーム５との動きの関係としては、本発明では、仮想
の第２アーム１４と実際の第３アーム５とが剛体を形成
するかのように動くように定める。このように仮想の第
２アームと実際の第３アームとの動きの関係を定めるこ
とにより仮想の第２アームの回転角速度と実際の第３ア
ームの回転角速度は同じとなり、仮想の第２アームの回
転角速度が実際の第３アームの回転角速度として与えら
れる。

【００４９】また、仮想的に設けた２関節型作業フロン
トの仮想の第１アーム１３の基端の回動支点（仮想の第
１関節）１９は車体９９に対して任意の位置に設定可能
であり、図１に示す実施形態では、仮想の第１アーム１
３の基端の回動支点（仮想の第１関節）１９を実際の第
１アーム３の基端の回動支点（第１関節）１５より後方
の位置に設定している。これにより、バケット６を車体
９９に向けて水平方向に引くとき、車体９９に近接した
位置まで第１アームシリンダ７、第２アームシリンダ
８、第３アームシリンダ９のいずれもストロークエンド
に達することなく、各シリンダの有効ストロークを有効
に利用できるようになり、水平引き作業で車体９９に近
接した位置までバケット６を動かすことができ、広い作
業範囲を確保できる。

【００５０】更に、仮想の第１アーム１３の長さ（仮想
の第１関節１９と仮想の第２関節２０とを結ぶ線分の長
さＬ₀）及び仮想の第２アーム１４の長さ（仮想の第２
関節２０と仮想の第３関節（バケット関節）２１を結ぶ
線分の長さＬ₁）も、任意に設定可能であり、本実施形
態では、Ｌ₀，Ｌ₁を通常の２関節型掘削機よりも長くな
るように設定している。これにより、バケット６を車体
９９の近くまで持って来たときに仮想の第２アーム１４
が垂直に近い姿勢を保てるようになり、実際の第３アー
ム５も垂直に近い姿勢となり、良好な作業性が得られ
る。

【００５１】図５に、上記のような原理に基づき動作す
るコントローラ１３１によって処理されるアルゴリズム
を示す。

【００５２】コントローラ１３１は、速度指令ベクトル
演算部１３４、仮想リンク角速度演算部１３５、実リン
ク指令値演算部１３６、仮想リンク角度演算部１３８、
飽和関数演算部１５０〜１５５の各機能を有している。
また、コントローラ１３１には、第１アーム３の長さＭ
₁、第２アーム４の長さＭ₂、第３アーム５の長さＭ₃、
仮想の第１アーム１３の長さＬ₀、仮想の第２アーム１
４の長さＬ₁、仮想の第１アーム１３の基端（仮想の第
１関節）１９の位置情報（Ｘ₀，Ｙ₀）が予め定められ、
記憶されている。

【００５３】まず、コントローラ１３１には、操作レバ
ー１１ａの操作による作業フロント２の先端（第３アー
ム５の先端）のＸ軸方向の速度指令ベクトルＶ_xを指令
するＸ軸方向信号１３２と、操作レバー１２ａによる作
業フロント２の先端（第３アーム５の先端）のＹ軸方向
の速度指令ベクトルＶ_yを指令するＹ軸方向信号１３３
とが入力され、速度指令ベクトル演算部１３４で、作業
フロント２の先端の速度指令ベクトルを両者のベクトル
和Ｖ_xy＝Ｖ_x＋Ｖ_yにより算出する。

【００５４】次いで、仮想リンク角速度演算部１３５で
その速度指令ベクトルＶ_xyを仮想の２関節型作業フロン
トの先端の指令値として与えたときの仮想の第１アーム
１３及び第２アーム１４の角速度指令値ω_br，ω_arを求
める。

【００５５】図６に角速度指令値ω_br，ω_arの求め方を
示す。この図６に示すように、仮想的に設定した２関節
型作業フロント２Ｘは２リンクからなる構成であり、更
に関節可動角度範囲が制限されているので、平面上でリ
ンク構造の先端の一点を定めたときにそのリンクの姿勢
が一意に定まることから、仮想的に設定した第１アーム
１３、第２アーム１４の角速度指令値ω_br，ω_arも一意
に求めることができる。ここで、仮想の第１アーム１３
の角速度指令値ω_brは、速度指令ベクトルＶ_xyの関節１
９，２１を結ぶ直線に垂直な成分Ｖ_b1をその線分の長さ
Ｓ_b1で割った値であり、仮想の第２アーム１４の角速度
指令値ω_arは、速度指令ベクトルＶ_xyの関節２０，２１
を結ぶ直線に垂直な成分Ｖ_a1をその線分の長さ（仮想の
第２アーム１４の長さ）Ｌ₁で割った値である。

【００５６】ベクトル成分Ｖ_b1，Ｖ_a1の計算には仮想の
第１アーム１３及び第２アーム１４のそれぞれの姿勢情
報、即ち、各関節角度θ_b，θ_aが必要である。これは、
仮想リンク角度演算部１３８において、実際の３関節の
各関節角度θ₁，θ₂，θ₃を角度検出器１４２，１４
３，１４４から取り込み、これと第１アーム３と第２ア
ーム４と第３アーム５の長さＭ₁，Ｍ₂，Ｍ₃から実際の
作業フロント２の姿勢と第３アーム５の先端の位置を演
算し、これから仮想の第１アーム１３の長さＬ₁と仮想
の第２アーム１４の長さＬ₂を用いて算出する。

【００５７】次に実リンク指令値演算部１３６で、仮想
の第１アーム１３及び第２アーム１４の角速度指令値ω
_br，ω_arより第１アーム３、第２アーム４、第３アーム
５それぞれの角速度指令値ω₁，ω₂，ω₃を求める。

【００５８】この演算には、第１アーム３及び第２アー
ム４の姿勢情報、即ち第１アーム３及び第２アーム４の
関節角度θ₁，θ₂及び仮想的の第１アーム１３の姿勢情
報、即ち関節角度θ_bが必要である。第１アーム３及び
第２アーム４の関節角度θ₁，θ₂は角度検出器１４２，
１４３より取り込む。また、仮想の第１アーム１３の関
節角度θ_bは仮想リンク角度演算部１３８で計算した値
を用いる。

【００５９】第１アーム３、第２アーム４、第３アーム
５の角速度指令値ω₁，ω₂，ω₃が求まれば、それぞれ
角速度指令値通りに回動するように、第１アームシリン
ダ７、第２アームシリンダ８、第３アームシリンダ９を
伸縮させればよい。このため指令値ω₁，ω₂，ω₃は、
それぞれ、飽和関数１５０，１５１，１５２，１５３，
１５４，１５５に入力され、それらの正負に応じた駆動
指令信号（電気信号）が出力される。ここで、指令値ω
₁が正の場合は飽和関数１５０によりω₁に応じた駆動指
令信号（電気信号）が比例減圧弁１３０に出力され、負
の場合は飽和関数１５１によりω₁に応じた駆動指令信
号（電気信号）が比例減圧弁１２９に出力される。指令
値ω₂，ω₃の場合も同様である。

【００６０】実リンク指令値演算部１３６において、仮
想の第１アーム１３及び第２アーム１４の角速度指令値
ω_br，ω_arより第１アーム３、第２アーム４、第３アー
ム５それぞれの角速度指令値ω₁，ω₂，ω₃を求める詳
細を図７〜図１０により説明する。

【００６１】（Ａ）指令値ω _brで仮想の第１アーム１３
を操作する場合 （Ａ１）図７において、仮想の第１アーム１３に与えら
れる指令値ω_brが上げ方向の角速度指令値であるとする
と、仮想の第２アーム１４の角速度指令値ω_arがない場
合、仮想の第２アーム１４は仮想の第１アーム１３と同
じ角速度で仮想の第１関節１９回りを回転するので、仮
想のバケット関節２１（実際のバケット関節１８）が移
動すべき目標の速度ベクトル（以下、単に目標速度とい
う）Ｖ_b1は、仮想の第１関節１９とバケット関節２１を
結ぶ線分（長さＳ_b1）に対して垂直方向に、 Ｖ_b1＝Ｓ_b1×ω_br …（１） の大きさを持つ。

【００６２】また、実際の第３関節１７が移動すべき目
標の速度ベクトル（以下、単に目標速度という）Ｖ
_b2は、仮想の第２アーム１４と実際の第３アーム５とが
剛体（図示斜線部参照）を形成するかのように動くの
で、仮想の第１関節１９と実際の第３関節１７を結ぶ線
分（長さＳ_b2）に対して垂直方向に、 Ｖ_b2＝Ｓ_b2×ω_br …（２） の大きさを持つ。

【００６３】（Ａ２）まず、第３関節１７にＶ_b2の目標
速度を与えるのに必要な第１関節１５回りの回転角速度
及び第２関節１６回りの回転角速度を検討する。

【００６４】（A2-1）図８において、目標速度Ｖ_b2を、
第１関節１５と第３関節１７とを結ぶ線分（長さＳ₁）
に垂直な方向の成分と、第２関節１６と第３関節１７と
を結ぶ線分（長さＭ₂）に垂直な方向の成分とに分解し
て、Ｖ_bs1，Ｖ_bs2を得る。

【００６５】線分Ｓ_b2と線分Ｍ₂とのなす角度をＡ、線
分Ｓ_b2と線分Ｓ₁とのなす角度をＢとすれば、

【００６６】

【数１】

【００６７】

【数２】

【００６８】これにより、第１アーム３の角速度指令ω
_b1と第２アーム４の角速度指令ω_b2は次のように求める
ことができる。

【００６９】なお、第１アーム３の角速度指令ω_b1は上
げ方向を正、第２アーム４の角速度指令ω_b2はダンプ方
向を正としている。

【００７０】

【数３】

【００７１】

【数４】

【００７２】ここで、仮想の第１関節１９を実際の第１
関節１５に一致させた場合は、角度Ｂ＝０、Ｓ₁＝Ｓ_b2
となるため、速度Ｖ_bs1，Ｖ_bs2は、

【００７３】

【数５】

【００７４】

【数６】

【００７５】となる。よって、角速度指令ω_b1，ω
_b2も、

【００７６】

【数７】

【００７７】

【数８】

【００７８】となる。

【００７９】（A2-2）次に、第３アーム５の角速度指令
ω_b3を求める。実際のバケット関節１８と仮想のバケッ
ト関節２１とは一致しているので、仮想のバケット関節
２１に目標速度Ｖ_b1を与えると、実際のバケット関節１
８にも同じ速度Ｖ_b1が与えられる。この目標速度Ｖ_b1は
絶対座標系（第１関節１５を原点としたＸＹ座標系）に
おける値であり、第３関節１７の速度Ｖ_b2を含んでい
る。よって、速度Ｖ_b1を速度Ｖ_b2と、第３関節１７とバ
ケット関節１８を結ぶ線分（長さＭ₃）に垂直な方向の
成分Ｖ_brとに分解する。

【００８０】線分Ｓ_b1と線分Ｓ_b2とのなす角度をＣ、線
分Ｓ_b1と線分Ｍ₃とのなす角度をＤとすれば、

【００８１】

【数９】

【００８２】

【数１０】

【００８３】という関係が得られ、速度Ｖ_brを求めるこ
とができる。

【００８４】また、上式の関係と、３つの線分Ｓ_b1，Ｓ
_b2，Ｍ₃で形成される３角形の関係式、

【００８５】

【数１１】

【００８６】から、速度Ｖ_brは以下のように求められ
る。

【００８７】

【数１２】

【００８８】この速度Ｖ_brを用いて、第３関節１７回り
の第３アーム５の角速度ω_b3rは、

【００８９】

【数１３】

【００９０】となる。即ち、仮想の第１アーム１３に与
えられた指令角速度ω_brで第３アーム５も回転するの
で、結局、その指令角速度ω_brが第３関節１７回りの第
３アーム５の角速度ω_b3rとなる。

【００９１】ところで、この角速度ω_b3rは、絶対座標
系における第３関節１７回りの第３アーム５の回転角速
度を意味しており、第３アーム５を駆動するための角速
度指令ω_b3を求めるためには、第３関節１７回りの第２
アーム４の回転角速度を考慮する必要がある。この第３
関節１７回りの第２アーム４の回転角速度は、上記で求
めた角速度指令ω_b1，ω_b2を用いてω_b1＋ω_b2で表せる
ことから、第３アーム５の角速度指令ω_b3は、ダンプ方
向を正として、 ω_b3＝ω_b3r−（ω_b1＋ω_b2）＝ω_br−（ω_b1＋ω_b2） …（１０） として求められる。

【００９２】ここで、仮想の第１関節１９を実際の第１
関節１５に一致させた場合は、上記のようにω_b1＝
ω_br、ω_b2＝０であるから、 ω_b3＝０ …（１０′） となる。即ち、指令値ωｂｒのみで仮想の第１アーム１
３を操作する場合は、仮想の第１アーム１３に与えられ
る指令角速度ω_brをそのまま第１アーム３の角速度指令
ω_b1とすればよい。

【００９３】（Ｂ）指令値ω _arで仮想の第２アーム１４
を操作する場合 （Ｂ１）図９において、仮想の第２アーム１４に与えら
れた指令値ω_arが押し出し方向の指令角速度であるとす
ると、仮想のバケット関節２１（実際のバケット関節１
８）が移動すべき目標の速度ベクトル（以下、単に目標
速度という）Ｖ_a1は、仮想の第２関節２０とバケット関
節２１を結ぶ線分（長さＬ₁）に対して垂直方向に、 Ｖ_a1＝Ｌ₁×ω_ar …（１１） の大きさを持つ。

【００９４】また、第３関節１７が移動すべき目標の速
度ベクトル（以下、単に目標速度という）Ｖ_a2は、仮想
の第２アーム１４と実際の第３アーム５とが剛体（図示
斜線部参照）を形成するかのように動くので、仮想の第
２関節２０と第３関節２１を結ぶ線分（長さＬ₂）に対
して垂直方向に、 Ｖ_a2＝Ｌ₂×ω_ar …（１２） の大きさを持つ。

【００９５】（Ｂ２）まず、第３関節１７にＶ_a2の目標
速度を与えるのに必要な第１関節１５回りの回転角速度
及び第２関節１６回りの回転角速度を検討する。

【００９６】（B2-1）図１０において、目標速度Ｖ
_a2を、第１関節１５と第３関節１７とを結ぶ線分（長さ
Ｓ₁）に垂直な方向の成分と、第２関節１６と第３関節
１７とを結ぶ線分（長さＭ₂）に垂直な方向の成分とに
分解して、Ｖ_as1，Ｖ_as2を得る。

【００９７】線分Ｌ₂と線分Ｍ₂とのなす角度をＥ、線分
Ｍ₂と線分Ｓ₁とのなす角度をＦとすれば、

【００９８】

【数１４】

【００９９】

【数１５】

【０１００】これにより、第１アーム３の角速度指令ω
_a1と第２アーム４の角速度指令ω_a2は次のように求める
ことができる。

【０１０１】なお、第１アーム３の角速度指令ω_a1は上
げ方向を正、第２アーム４の角速度指令ω_a2はダンプ方
向を正としている。

【０１０２】

【数１６】

【０１０３】

【数１７】

【０１０４】（B2-2）次に、第３アーム５の角速度指令
ω_a3を求める。実際のバケット関節１８に与えるべき目
標の速度Ｖ_a1は、絶対座標系（第１関節１５を原点とし
たＸＹ座標系）における値であり、この速度Ｖ_a1は第３
関節１７の速度Ｖ_a2を含んでいる。よって、速度Ｖ_a1を
速度Ｖ_a2と、第３関節１７とバケット関節１８を結ぶ線
分（長さＭ₃）に垂直な方向の成分Ｖ_arとに分解する。

【０１０５】線分Ｌ₂と線分Ｌ₁とのなす角度をＧ、線分
Ｌ₁と線分Ｍ₃とのなす角度をＨとすれば、

【０１０６】

【数１８】

【０１０７】

【数１９】

【０１０８】という関係が得られ、速度Ｖ_arを求めるこ
とができる。

【０１０９】また、上式の関係と、３つの線分Ｌ₁，
Ｌ₂，Ｍ₃で形成される３角形の関係式、

【０１１０】

【数２０】

【０１１１】から、速度Ｖ_arは以下のように求められ
る。

【０１１２】

【数２１】

【０１１３】この速度Ｖ_arを用いて、第３関節１７回り
の第３アーム５の角速度ω_a3rは、

【０１１４】

【数２２】

【０１１５】となる。即ち、仮想の第２アーム１４に与
えられた指令角速度ω_arで第３アーム５も回転するの
で、結局、その指令角速度ω_arが第３関節１７回りの第
３アーム５の角速度ω_a3rとなることが分かる。

【０１１６】ところで、この角速度ω_a3rは、絶対座標
系における第３関節１７回りの第３アーム５の回転角速
度を意味しており、第３アーム５を駆動するための角速
度指令ω_a3を求めるためには、第３関節１７回りの第２
アーム４の回転角速度を考慮する必要がある。この第３
関節１７回りの第２アーム４の回転角速度は、上記で求
めた角速度指令ω_a1，ω_a2を用いてω_a1＋ω_a2で表せる
ことから、第３アーム５の角速度指令ω_a3は、ダンプ方
向を正として、ω_a3＝ω_a3r−（ω_a1＋ω_a2）＝ω_ar−
（ω_a1＋ω_a2） …（２０）として求められる。

【０１１７】（Ｃ）各アームの角速度指令値 各アーム３，４，５の角速度指令値ω₁，ω₂，ω₃は、
上記で求めた仮想の第１アーム１３を操作した場合の角
速度指令ω_b1，ω_b2，ω_b3と、仮想の第２アーム１４を
操作した場合の角速度指令ω_a1，ω_a2，ω_a3のそれぞれ
を加えたものとなるから、 ω₁＝ω_b1＋ω_a1 ω₂＝ω_b2＋ω_a2 ω₃＝ω_b3＋ω_a3＝ω_br＋ω_ar−（ω_b1＋ω_b2＋ω_a1＋ω_a2） …（２１） となる。

【０１１８】ここで、仮想の第１関節１９を実際の第１
関節１５に一致させた場合は、上記のようにω_b1＝
ω_br、ω_b2＝０、ω_b3＝０であるから、 ω₁＝ω_br＋ω_a1 ω₂＝ω_a2 ω₃＝ω_a3＝ω_ar−（ω_a1＋ω_a2） …（２１′） となる。

【０１１９】以上のように構成した本実施形態によれ
ば、３関節型作業フロント２の第１、第２、第３アーム
３，４，５の角速度指令を操作レバー１１ａのｃｄ方向
操作と操作レバー１２ａのｅｆ方向操作による作業フロ
ント２の先端（第３アーム５先端）のＸ軸方向の速度指
令ベクトルＶ_x及びＹ軸方向の速度指令ベクトルＶ_yで与
えるので、操作レバー１１ａ，１２ａの操作で作業フロ
ント２の先端を所望の一方向に容易に移動して作業が行
え、水平引き作業など、２関節型掘削機ですら熟練を要
し、３関節型掘削機においては不可能に近かった作業フ
ロントの先端を所望の一方向に移動して行う作業を、容
易に精度良く行うことができ、３関節型掘削機の広い作
業範囲を有効に活用し効率良く操作できる。

【０１２０】また、２関節型作業フロント２Ｘを仮想的
に設け、仮想の第２アーム１４と実際の第３アーム５と
の動きの関係を予め定めておき、操作レバー１１ａ，１
２ａを仮想の２関節型作業フロント２Ｘの先端の動作を
指令する操作手段として機能させたときの仮想の第２ア
ーム１４の動きに対応した動きが実際の第３アーム５の
動きとして得られるよう、実際の第１アーム３、第２ア
ーム４及び第３アーム５のそれぞれの指令値ω₁，ω₂，
ω₃を求めるので、作業フロント先端のあらゆる移動方
向に対して１つのアルゴリズムで対応でき、ソフトの製
作が簡単で容易に実施できる。

【０１２１】また、操作レバー装置１１，１２は、操作
レバー１１ａのｃｄ方向の操作を作業フロント２の先端
（第３アーム５先端）のＸ軸方向の速度指令ベクトルＶ
_xに割り当て、操作レバー１２ａのｅｆ方向の操作を作
業フロント２の先端（第３アーム５先端）のＹ軸方向の
速度指令ベクトルＶ_yに割り当てたので、操作レバー１
１ａのａｂ方向の操作及び操作レバー１２ａのｇｈ方向
の操作は従来通りバケット及び旋回指令に使用でき、バ
ケット及び旋回については従来の操作方法のまま２本の
操作レバー１１ａ，１２ａで動かせる。

【０１２２】本発明の第２の実施形態を図１１により説
明する。図中、図５に示す機能と同等のものには同じ符
号を付している。

【０１２３】本実施形態は動作の精度向上を目的とした
ものであり、コントローラ１３１Ａは、第１の実施形態
と同様に速度指令ベクトル演算部１３４、仮想リンク角
速度演算部１３５、実リンク指令値演算部１３６、飽和
関数演算部１５０〜１５５の各機能を有すると共に、第
１の実施形態であった仮想リンク角度演算部１３８に代
え積分演算部１６０，１６１を有し、更に位置のフィー
ドバック制御演算のため積分演算部１６２，１６３，１
６４及び減算部１６５，１６６，１６７の各機能を有し
ている。

【０１２４】積分演算部１６０，１６１では仮想の第１
アーム１３と仮想の第２アーム１４の各関節角度の情報
θ_b，θ_aを角速度指令値ω_br，ω_arの積分で与え、積分
演算部１６２，１６３，１６４では第１アーム３、第２
アーム４、第３アーム５の各関節角度の情報θ_1t，
θ_2t，θ_3tを角速度指令値ω₁，ω₂，ω₃の積分で与え
る。また、積分演算部１６２，１６３，１６４で計算し
た第１アーム３、第２アーム４、第３アーム５の角速度
指令値の積分値θ_1t，θ_2t，θ_3tを目標角度（位置）と
し、これと角度検出器１４２，１４３，１４４から得た
実際の角度θ_1r，θ_2r，θ_3rを減算部１６５，１６６，
１６７で比較して角度偏差Δθ₁，Δθ₂，Δθ₃を求
め、これを飽和関数演算部１５０〜１５５に入力して目
標角度θ_1t，θ_2t，θ_3tになるように回動制御する。

【０１２５】本実施形態によれば、第１の実施形態と同
様の効果が得られ、更に３関節型作業フロントをより精
度良く動かすことができるという効果が得られる。

【０１２６】なお、上記実施形態では、Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向の動作指令に別々の操作レバー装置１１，１２の２
本の操作レバー１１ａ，１２ａを使用したが、図１２に
示すように１本の操作レバー１１ａでＸ軸方向、Ｙ軸方
向の動作指令を与えてもよい。即ち、右側に配置された
操作レバー装置１１Ａの操作レバー１１ａを右（ａ）又
は左（ｂ）方向に操作すると、その操作量に応じた速度
で、第３アーム５の先端の第３関節１８（作業フロント
２の先端）をＹ軸方向に下げ又は上げ動作させ、操作レ
バー１１ａを前（ｃ）又は後（ｄ）方向に操作すると、
その操作量に応じた速度で、第３アーム５の先端の第３
関節１８（作業フロント２の先端）をＸ軸方向に前進又
は後退させる。一方、左側に配置された操作レバー装置
１２の操作レバー１２ａを右（ｅ）又は左（ｆ）方向に
操作すると、その操作量に応じた速度で、バケット６は
ダンプ側（開く側）又はクラウド側（掻き込む側）に動
作し、操作レバー１２ａを前（ｇ）又は後（ｈ）方向に
操作すると、その操作量に応じた速度で上部旋回体９９
は右旋回又は左旋回を行う。

【０１２７】また、上記実施形態では、仮想の２関節型
作業フロント２Ｘの第１アーム１３及び仮想の第２アー
ム１４の長さＬ₀，Ｌ₁に関し、広い作業範囲を操作可能
とするためにこれらＬ₀，Ｌ₁を長く設定したが、この長
さは目的に応じて任意に設定可能である。また、仮想の
２関節型作業フロント２Ｘの仮想の第１関節と３関節型
作業フロントの第１関節１５とを一致させても良いし、
両者が一致しない場合の位置関係も、要求される動作特
性に応じて任意に設定可能である。

【０１２８】更に、上記実施形態では、仮想の２関節型
作業フロント２Ｘの第２アーム１４の先端（バケット関
節）２１と３関節型作業フロント２の第３アーム５の先
端（バケット関節）１８を一致させたが、これも多少ず
れていても構わない。この場合も、両者の位置関係さえ
決まっていれば、両者を一致させた場合と同様の演算処
理が可能である。

【０１２９】

【発明の効果】本発明によれば、３関節型作業フロント
の第１、第２、第３アームの角速度指令を作業フロント
先端の直交２軸のそれぞれの方向の動作指令で与えるの
で、作業フロントの先端を所望の一方向に容易に移動し
て作業が行え、水平引き作業など、２関節型掘削機です
ら熟練を要し、３関節型掘削機においては不可能に近か
った作業フロントの先端を所望の一方向に移動して行う
作業を、容易に精度良く行うことができ、３関節型掘削
機の広い作業範囲を有効に活用し効率良く操作できる。

【０１３０】また、２関節型作業フロントを仮想的に設
け、この仮想の２関節型作業フロントを介在させて第１
アーム３、第２アーム４及び第３アーム５のそれぞれの
指令値を求めるので、作業フロント先端のあらゆる移動
方向に対して１つのアルゴリズムで対応でき、ソフトの
製作が簡単で容易に実施できる。

【０１３１】更に、第１及び第２の操作手段のそれぞれ
の一方向の操作で作業フロント先端の直交２軸のそれぞ
れの方向の動作指令を与えるようにしたので、バケット
及び旋回については従来の操作方法のまま、３関節型作
業フロントを２本の操作レバーで動かせる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用対象である３関節型掘削機の構造
を説明する図である。

【図２】本発明の第１の実施形態による３関節型掘削機
の操作制御装置のシステム構成を油圧回路と共に示す図
である。

【図３】本発明の第１の実施形態による３関節型掘削機
の操作制御装置の操作手段を説明する図である。

【図４】本発明の第１の実施形態の制御演算で使用する
座標系及びパラメータを説明するための図である。

【図５】本発明の第１の実施形態による３関節型掘削機
の操作制御装置のコントローラの機能を示すブロック線
図である。

【図６】本発明の第１の実施形態による仮想の２関節型
掘削機の仮想の第１アーム及び第２アームの角速度指令
値の求め方を説明するための図である。

【図７】本発明の第１の実施形態による２関節型掘削機
の仮想の第１アーム及び第２アームの角速度指令値から
３関節型掘削機の第１、第２、第３アームの角速度指令
とを求める原理を説明するための図である。

【図８】本発明の第１の実施形態による２関節型掘削機
の仮想の第１アーム及び第２アームの角速度指令値から
３関節型掘削機の第１、第２、第３アームの角速度指令
とを求める原理を説明するための図である。

【図９】本発明の第１の実施形態による２関節型掘削機
の仮想の第１アーム及び第２アームの角速度指令値から
３関節型掘削機の第１、第２、第３アームの角速度指令
とを求める原理を説明するための図である。

【図１０】本発明の第１の実施形態による２関節型掘削
機の仮想の第１アーム及び第２アームの角速度指令値か
ら３関節型掘削機の第１、第２、第３アームの角速度指
令とを求める原理を説明するための図である。

【図１１】本発明の第２の実施形態による３関節型掘削
機の操作制御装置のコントローラの機能を示すブロック
線図である。

【図１２】本発明の第３の実施形態による３関節型掘削
機の操作制御装置の操作手段を説明する図である。

【図１３】従来の３関節型掘削機の一例としての、２ピ
ースブーム型掘削機の構造を説明する図である。

【図１４】従来の３関節型掘削機の一例としての、２ピ
ースブーム型掘削機の構造を説明する図である。

【図１５】従来の２関節型掘削機の操作手段を説明する
図である。

【図１６】従来の２ピースブーム型掘削機の操作系を説
明する図である。

【符号の説明】

１ ３関節型掘削機 ２ ３関節型作業フロント ２Ｘ 仮想の２関節型作業フロント ３ 第１アーム ４ 第２アーム ５ 第３アーム ６ バケット ７ 第１アームシリンダ ８ 第２アームシリンダ ９ 第３アームシリンダ １０ バケットシリンダ １１ 操作レバー装置 １１ａ 操作レバー １２ 操作レバー装置 １２ａ 操作レバー １３ 仮想の第１アーム １４ 仮想の第２アーム １５ 第１関節 １６ 第２関節 １７ 第３関節 １８ 第４関節（バケット関節） １９ 仮想の第１関節 ２０ 仮想の第２関節 ２１ 仮想の第３関節（バケット関節） １２０ 油圧ポンプ １２１〜１２４ 流量制御弁 １２９，１３０比例減圧弁 １３１ コントローラ １３２ Ｘ軸方向指令信号 １３３ Ｙ軸方向指令信号 １３４〜１３７ 演算部 １４２〜１４４ 角度検出器 Ｖ_x Ｘ軸方向の速度指令ベクトル Ｖ_y Ｙ軸方向の速度指令ベクトル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大科 守雄 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削機本体と、掘削機本体に回動可能に取
   付けられた第１アーム、第１アームに回動可能に取付け
   られた第２アーム、第２アームに回動可能に取付けられ
   た第３アームを有する３関節型作業フロントと、第１ア
   ーム、第２アーム、第３アームをそれぞれ駆動する複数
   のアクチュエータを含む油圧駆動装置とを有する３関節
   型掘削機の操作制御装置において、 前記作業フロントの回動方向を含む平面上の直交２軸の
   それぞれの方向の動作指令により前記作業フロント先端
   の動作を指令する少なくとも１つの操作手段と、 仮想の第１アーム及び仮想の第２アームを有する２関節
   型作業フロントを仮想的に設け、この仮想の第２アーム
   と前記実際の第３アームとの動きの関係を予め定めてお
   き、前記操作手段を前記仮想の２関節型作業フロントの
   先端の動作を指令する操作手段として機能させたときの
   仮想の第２アームの動きに対応した動きが実際の第３ア
   ームの動きとして得られるよう、前記実際の第１アー
   ム、第２アーム及び第３アームのそれぞれの指令値を求
   め、前記油圧駆動装置に出力する指令演算手段とを備え
   ることを特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の３関節型掘削機の操作制御
   装置において、前記指令演算手段は、前記仮想の第２ア
   ームと前記実際の第３アームが剛体を形成するかのよう
   に動くように前記仮想の第２アームと前記実際の第３ア
   ームとの動きの関係を定め、前記指令値を演算すること
   を特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の３関節型掘削機の操作制御
   装置において、前記操作手段は第１及び第２の２つの操
   作手段であり、第１の操作手段の一方向の操作が前記作
   業フロント先端の前記直交２軸の一方向の動作指令を与
   え、第２の操作手段の一方向の操作が前記作業フロント
   先端の前記直交２軸の他方向の動作指令を与えることを
   特徴とする３関節型掘削機の操作制御装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の３関節型掘削機の操作制御
   装置において、前記指令演算手段は、前記操作手段で指
   令された直交２軸のそれぞれの方向の動作指令を合成し
   て作業フロント先端の動作指令を算出する第１演算手段
   と、この第１演算手段で算出した動作指令を前記仮想の
   ２関節型作業フロントの先端の動作指令として与えたと
   きの前記仮想の第１アーム及び第２アームの指令値を求
   める第２演算手段と、この第２演算手段で求めた指令値
   で仮想の第１アーム及び第２アームを操作したときの仮
   想の第２アームの動きに対応した動きが実際の第３アー
   ムの動きとして得られるよう、前記実際の第１アーム、
   第２アーム及び第３アームのそれぞれの指令値を求める
   第３演算手段とを含むことを特徴とする３関節型掘削機
   の操作制御装置。