WO1995030059A1 - Dispositif de commande d'excavation a limitation de surface de travail pour engin de terrassement - Google Patents

Description

明 細 書 t 建設機械の領域制限掘削制御装置

r 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。 背景技術

建設機械の代表例と して油圧ショベルがある。 油圧ショベルは 垂直方向にそれぞれ回動可能なブーム、 アーム及びバケツ トから なるフロ ン ト装置と、 上部旋回体及び下部走行体からなる車体と で構成され、 フロ ン ト装置のブームの基端は上部旋回体の前部に 支持されている。 このような油圧シ ョベルではブームなどのフロ ン ト部材をそれぞれの手動操作レバーによつて操作しているが、 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 領域を掘削することは、 非常に困難な作業である。 そこで、 この ような作業を容易にするための領域制限掘削制御装置が特開平 4 一 1 3 6 3 2 4号公報に提案されている。 この領域制限掘削制御 装置は、 フロ ン ト装置の姿勢を検出する手段と、 この検出手段か らの信号により フロン ト装置の位置を演算する手段と、 フロ ン ト 装置の侵入を禁止する侵入不可領域を教示する手段と、 フロ ン ト 装置の位置と教示した侵入不可領域の境界線との距離 dを求め、 この距離 dがある値より大のときは 1で、 それより小のときは 0 から 1の間の値をとるように距離 dによって決まる関数をレバー 操作信号に乗じたものを出力する レバ一ゲイ ン演算手段と、 この レバーゲイ ン演算手段からの信号によりァクチユエ一夕の動きを 制御するァクチユエ一夕制御手段とを備えている。 この提案の構 成によれば、 侵入不可領域の境界線までの距離に応じてレバー操 作信号が絞られるため、 オペレータが誤つて侵入不可領域にバゲ ッ ト先端を移動しょう と しても、 自動的に境界上で滑らかに停止 し、 また、 その途中でオペレータがフロン ト装置の速度の減少か ら侵入不可領域に近づいていることを判断してバケツ ト先端を戻 すことが可能となる。

また、 油圧ショベルにおいて、 フロ ン ト装置による作業に支障 を生じる作業限界位置を設定し、 アームの先端がこの限界位置よ り外に出た場合に作業可能領域に戻すように制御するものと して. 特開昭 6 3 - 2 1 9 7 3 1号公報に記載のものがある。 発明の開示

しかしながら、 上記従来技術には次のような問題がある。

特開平 4 一 1 3 6 3 2 4号公報に記載の従来技術では、 レバー ゲイ ン演算手段においてレバー操作信号にそのまま距離 dによつ て決まる関数を乗じたものをァクチユエ一夕制御手段に出力する ため、 侵入不可領域の境界に近づく と徐々にバケツ ト先端の速度 は遅く なり、 侵入不可領域の境界上で停止する。 このため、 侵入 不可領域にバゲッ ト先端を移動しょう と したときのショ ッ クは回 避される。 しかし、 この従来技術では、 バケツ ト先端の速度を遅 く するとき、 バケツ ト先端の移動方向に係わらずそのまま速度を 遅く している。 このため、 侵入不可領域の境界に沿って掘削をす る場合、 アームを操作して侵入不可領域に近づく につれて侵入不 可領域の境界に沿った方向の掘削速度も遅く なり、 その度にブー ム レバーを操作してバケツ ト先端を侵入不可領域から離し、 掘削 速度が遅く なるのを防止しなければならない。 その結果、 侵入不 可領域に沿って掘削する場合には、 極端に能率が悪く なる。 また、 能率を上げるには侵入不可領域から離れた距離を掘削しなければ ならず、 所定の領域を掘削することができなく なる。

特開昭 6 3— 2 1 9 7 3 1号公報に記載の従来技術では、 ァー ムの先端が作業限界位置の外に出るとき、 動作速度が速いと作業 限界位置の外に出る量が多く なり、 作業可能領域に急に戻される ためショ ッ クが生じるため、 円滑な作業が行えなく なる。

本発明の第 1の目的は、 領域を制限した掘削を能率良く行える 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。

本発明の第 2の目的は、 領域を制限した掘削を円滑に行える建 設機械の領域制限掘削制御装置を提供するこ とである。

本発明の第 3の目的は、 領域を制限した掘削を能率良く行える 機能を油圧パイロ ッ ト方式の操作手段を備えたものに付加できる 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。

本発明の第 4の目的は、 領域を制限した掘削を行うに際して、 仕上げ精度が必要なときはゆつ く り と動かし、 仕上げ精度があま り必要ではなく作業速度が重要なときは速く動かすことのできる 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。

本発明の第 5の目的は、 領域を制限した掘削を行うに際して、 フロン ト装置のリ ーチが長く なる作業姿勢での制御精度を向上さ せ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。

上記第 1の目的を達成するため、 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 る複数の油圧ァクチユエ一夕 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、 前記複数の油圧ァクチユエ一夕に供給される圧油 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演算する第 1演算手段 と ； 前記複数の操作手段のうち特定のフロ ン ト部材に係わる操作 手段の操作信号と前記第 1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、 前記フロ ン ト装置が前記設定領域の境界に沿つた方向には動き、 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に前記 フロ ン ト装置に係わる操作手段の操作信号を補正する第 1信号補 正手段を備える構成とする。

このよう に第 1信号補正手段によりフロ ン ト装置に係わる操作 手段の操作信号を補正するこ とによ り、 設定領域の境界に対して 接近する方向のフ口ン ト装置の動きを減速する方向変換制御が行 われ、 設定領域の境界に沿つてフロ ン ト装置を動かすことができ る。 このため、 領域を制限した掘削を能率良く行う ことができる < また、 上記第 2の目的を達成するため、 本発明は、 上記建設機 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 特定のフロ ン ト部材に係わる操作信号の操作信号と前記第 1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外にあ るときには、 前記フ口ン ト装置が前記設定領域に戻るように前記 フロ ン ト装置に係わる操作手段の操作信号を補正する第 2信号捕 正手段更に備える構成とする。 上記のよ うにフロ ン ト装置が設定領域の境界近傍で方向変換制 御されるとき、 フロ ン ト装置の動きが速く、 制御上の応答遅れや フロン ト装置の慣性により フロン ト装置が設定領域の外に出たと き、 第 2信号捕正手段がフ口 ン ト装置を設定領域に戻すよ うにフ 口 ン ト装置に係わる操作手段の操作信号を捕正することにより、 フロ ン ト装置は侵入後速やかに設定領域に戻るよう制御される。 このため、 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。

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。

上記建設機械の領域制限掘削制御装置において、 好ま しく は、 前記第 1信号捕正手段は、 前記特定のフロ ン ト部材に係わる操作 手段からの操作信号に基づき前記フ口ン ト装置の目標速度べク ト ルを演算する第 2演算手段と ； 前記第 1及び第 2演算手段の演算 値を入力し、 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、 前記目標速度べク トルの前記設定領域の境界に沿つ た方向のべク トル成分を残し、 前記目標速度べク トルの前記設定 領域の境界に接近する方向のべク トル成分を減じるように前記目 標速度べク トルを捕正する第 3演算手段と ； 前記目標速度べク ト ルに応じて前記フロ ン ト装置が動く ように対応する油圧制御弁を 駆動するパルプ制御手段と ； を備える。

このように第 3演算手段が、 目標速度べク トルの設定領域の境 界に沿った方向のべク トル成分を残し、 設定領域の境界に接近す る方向のべク トル成分を減じるように目標速度べク トルを捕正す ることにより、 第 1信号捕正手段は上記のようにフロ ン ト装置に 係わる操作手段の操作信号を補正することができる。

また、 好ま しく は、 前記第 2信号補正手段は、 前記特定のフ口 ン ト部材に係わる操作手段からの操作信号に基づき前記フ口 ン ト 装置の目標速度べク トルを演算する第 2演算手段と ； 前記第 1及 び第 2演算手段の演算値を入力し、 前記フロ ン ト装置が前記設定 領域外にあるときには、 前記フ口 ン ト装置が前記設定領域に戻る ように前記目標速度べク トルを補正する第 4演算手段を更に備え このよ うに第 4演算手段が、 フロ ン ト装置が設定領域に戻るよ うに目標速度べク トルを補正することにより、 第 2信号補正手段 は上記のようにフロ ン ト装置に係わる操作手段の操作信号を補正 することができる。

また、 上記建設機械の領域制限掘削制御装置において、 好ま し く は、 前記第 3演算手段は、 前記フ口 ン ト装置が前記設定領域内 でその境界近傍にないときには、 前記目標速度べク トルを維持す る。 これにより、 フロ ン ト装置が設定領域内でその境界近傍にな いときには、 通常作業と同じように作業することができる。

また、 好ま しく は、 前記第 3演算手段は、 前記目標速度べク ト ルの設定領域の境界に接近する方向のべク トル成分と して前記設 定領域の境界に対し垂直方向のべク トル成分を用いる。

また、 好ま しく は、 前記第 3演算手段は、 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目標 速度べク トルの設定領域の境界に接近する方向のべク トル成分の 減少量が大き く なるように当該ベク トル成分を減じる。 この場合、 好ま しく は、 前記第 3演算手段は、 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 なるにしたがって大き く なる逆方向 の速度べク トルを加算することにより、 前記目標速度べク トルの 設定領域の境界に接近する方向のべク トル成分を減じる。 また、 好ま しく は、 前記第 3演算手段は、 前記フロ ン ト装置が前記設定 領域の境界上に到達すると前記目標速度べク トルの設定領域の境 界に接近する方向のべク トル成分を 0又は微少な値にする。 前記 第 3演算手段は、 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 1以下の係数を乗じるこ とにより、 前記目標速度べク トルの設定領域の境界に接近する方 向のべク トル成分を減じてもよい。

また、 上記建設機械の領域制限掘削制御装置において、 好ま し く は、 前記第 4演算手段は、 前記目標速度べク トルの前記設定領 域の境界に沿った方向のべク トル成分を残し、 前記目標速度べク トルの設定領域の境界に垂直なべク トル成分を前記設定領域の境 界に接近する方向のべク トル成分に変えることにより、 前記フロ ン ト装置が前記設定領域に戻るように目標速度べク トルを補正す る。 これにより、 フロ ン ト装置が設定領域に戻るように制御され るとき、 設定領域の境界に沿つた方向の速度成分は減じられない ので、 設定領域外においてもフロ ン ト装置を設定領域の境界に沿 つて動かすことができる。

また、 好ま しく は、 前記第 4演算手段は、 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設定 領域の境界に接近する方向のべク トル成分を小さ く する。 これに より、 フロ ン ト装置が設定領域に戻るときの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り、 設定領域から戻る ときの動きが一層滑らかとなる。

更に、 好ま しく は、 前記第 3演算手段は、 前記フロ ン ト装置が 前記設定領域内にあつて前記目標速度べク トルが前記設定領域の 境界から遠ざかる方向の速度べク トルであるときは、 前記目標速 度べク トルを維持し、 前記フロ ン ト装置が前記設定領域内にあつ て前記目標速度べク トルが前記設定領域の境界に接近する方向の 速度べク トルであるときは、 前記フロ ン ト装置と前記設定領域の 境界との距離に関連して前記目標速度べク トルの設定領域の境界 に接近する方向のべク トル成分を減じるように前記目標速度べク トルを補正する。

また、 上記第 3の目的を達成するため、 本発明は、 前記複数の 操作手段のうち少なく とも前記特定のフロ 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上記建設機械の領域制限 掘削制御装置において、 前記油圧パイ ロ ッ ト方式の操作手段の操 作量を検出する第 2検出手段を更に備え、 前記第 2演算手段は前 記第 2検出手段からの信号に基づき前記フロ ン ト装置の目標速度 べク トルを演算する手段であり、 前記バルブ制御手段は、 前記補 正した目標速度べク トルに基づいて対応する油圧制御弁を駆動す るための目標パイロッ ト圧を計算する第 5演算手段と、 この目標 パイ口 ッ ト圧が得られるよう前記操作システムを制御するパイ口 ッ ト制御手段とを含む構成とする。

上記のように補正した目標速度べク トルを目標パイロ ッ ト圧に 変換し、 この目標パイ 口 ッ ト圧が得られるよう操作システムを制 御するこ とにより、 油圧パイロ ッ ト方式の操作手段を備えたもの で上記方向変換制御を行う こ とができ、 領域を制限した掘削を能 率良く行える機能を油圧パイロ ッ ト方式の操作手段を備えたもの に付加するこ とができる。 また、 特定のフロ ン ト部材と して油圧シ ョベルのブームとァー ムを含む場合、 アーム用操作手段の操作レバー 1本を操作しても 上記のように捕正した目標速度べク トルに相当する目標パイ ロ ッ ト圧が計算され、 油圧パイ 口 ッ ト方式の操作手段を制御するので、 アーム用の操作レバー 1本で設定領域の境界に沿った掘削作業を 行う こ とができる。

上記建設機械の領域制限掘削制御装置において、 好ま しく は、 前記操作システムは、 前記フ口ン ト装置が前記設定領域から遠ざ かる方向に動く よう対応する油圧制御弁にパイ ロッ ト圧を導く第 1パイロ ッ トライ ンを含み、 前記第 5演算手段は、 前記捕正した 目標速度べク トルに基づいて前記第 1パイロッ トライ ンにおける 目標パイロ ッ ト圧を計算する手段を含み、 前記パイロッ ト制御手 段は、 前記目標パイ ロ ッ ト圧に対応する第 1電気信号を出力する 手段と、 前記第 1電気信号を油圧に変換し前記目標パイロッ ト圧 に相当する制御圧を出力する電気油圧変換手段と、 前記第 1パイ ロ ッ トライ ン内のパイロ ッ ト圧と前記電気油圧変換手段から出力 された制御圧の高圧側を選択し対応する油圧制御弁に導く高圧選 択手段とを含む。

また、 好ま しく は、 前記操作システムは、 前記フロ ン ト装置が 前記設定領域に接近する方向に動く よう対応する油圧制御弁にパ イ ロ ッ ト圧を導く第 2パイ ロ ッ トライ ンを含み、 前記第 5演算手 段は、 前記補正した目標速度べク トルに基づいて前記第 2パイ 口 ッ トライ ンにおける目標パイ ロ ッ ト圧を計算する手段を含み、 前 記パイロ ッ ト制御手段は、 前記目標パイ ロ ッ ト圧に対応する第 2 電気信号を出力する手段と、 前記第 2パイ ロッ トライ ンに設置さ れ、 前記第 2電気信号により作動して前記第 2パイ ロ ッ トライ ン 内のパイロ ッ ト圧力を前記目標パイロ ッ ト圧まで減圧する減圧手 段とを含む。

更に、 好ま しく は、 前記操作システムは、 前記フロ ン ト装置が 前記設定領域から遠ざかる方向に動く よう対応する油圧制御弁に パイ ロ ッ ト圧を導く第 1パイ ロ ッ ト ライ ンと、 前記フロ ン ト装置 が前記設定領域に接近する方向に動く よう対応する油圧制御弁に パイ ロッ ト圧を導く第 2パイロ ッ トライ ンとを含み、 前記第 5演 算手段は、 前記補正した目標速度べク トルに基づいて前記第 1及 び第 2パイ ロ ッ トライ ンにおける目標パイ ロ ッ ト圧を計算する手 段を含み、 前記パイロ ッ ト圧制御手段は、 前記目標パイロッ ト圧 に対応する第 1及び第 2電気信号を出力する手段と、 前記第 1電 気信号を油圧に変換し前記目標パイロ ッ ト圧に相当する制御圧を 出力する電気油圧変換手段と、 前記第 1パイロ ッ トライ ン内のパ イ ロ ッ ト圧と前記電気油圧変換手段から出力された制御圧の高圧 側を選択し対応する油圧制御弁に導く高圧選択手段と、 前記第 2 パイロ ッ トライ ンに設置され、 前記第 2電気信号により作動して 前記第 2パイ ロッ トライ ン内のパイロ ッ ト圧力を前記目標パイ 口 ッ ト圧まで減圧する減圧手段とを含む。

こ こで、 好ま しく は、 前記特定のフロ ン ト部材は油圧シ ョベル のブームとアームを含み、 前記第 1パイ ロ ッ トライ ンはブーム上 げ側のパイロッ ト ライ ンである。 また、 好ま しく は、 前記第 2パ イロ ッ トライ ンはブーム下げ側及びアームクラウ ド側のパイロ ッ トライ ンである。 前記第 2パイ ロ ッ トライ ンはブーム下げ側、 ァ —ムクラウ ド側及びアームダンプ側のパイロ ッ トライ ンであって もよい。

また、 上記第 4の目的を達成するため、 本発明は、 上記建設機 械の領域制限掘削制御装置において、 通常モー ドと仕上げモー ド を含む複数の作業モー ドを選択可能なモー ド切換手段とを更に備 え、 前記第 1信号補正手段は、 前記モー ド切換手段の選択信号を 入力し、 前記フ口 ン ト装置が前記設定領域内でその境界近傍にあ るときは、 前記フロ ン ト装置の前記設定領域の境界に接近する方 向の移動速度を減じると と もに、 前記モ一 ド切換手段が仕上げモ ー ドを選択しているときは前記フ ロ ン ト装置の前記設定領域の境 界に沿った方向の移動速度が前記通常モー ドを選択しているとき より小さ く なるように前記フロ ン ト装置に係わる操作手段の操作 信号を捕正する構成とする。

このよ うにモー ド切換手段を設け、 第 1信号補正手段で操作信 号を補正するこ とにより、 モー ド切換手段で選択したモー ドに応 じて作業速度の設定が行え、 精度を重視した仕上げ作業と作業速 度を選択して行う ことができる。 このため、 作業の種類に応じて モー ドを使い分け、 仕上げ精度が必要なときはゆっ く り と動かし、 仕上げ精度があま り必要ではなく作業速度が重要なときは速く動 かし、 作業能率を向上できる。

更に、 上記第 5の目的を達成するために、 本発明は、 建設機械 の領域制限掘削制御装置において、 前記第 1信号捕正手段は、 前 記第 1演算手段の演算値により前記フロ ン ト装置の所定部位の位 置と建設機械本体との距離を認識し、 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は、 前記フロ ン ト装置の前記 設定領域の境界に接近する方向の移動速度を減じるとともに、 前 記距離が長く なると前記フロ ン ト装置の前記設定領域の境界に沿 つた方向の移動速度を減じるように前記フロン ト装置に係わる操 作手段の操作信号を補正する構成とする。

このよ うに、 第 1信号補正手段で操作信号を補正するこ とによ り、 フロ ン ト装置が最大リ ーチ付近にある場合のように、 フロ ン ト部材の油圧ァクチユエ一夕の伸縮量に対してフロ ン ト装置の回 動角の変化が大きい作業姿勢では、 設定領域の境界に沿った方向 のバケツ ト先端の移動速度が減じられるので、 制御精度を向上で さる。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明の第 1の実施例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は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 3は油圧パイロ ッ ト方式の操作レバー装置の詳細を示す図で ある。

図 4は制御ュニッ トの制御機能を示す機能プロ ッ ク図である。 図 5は本実施例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 6は傾斜角の捕正方法を示す図である。

図 7は本実施例で設定される領域の一例を示す図である。

図 8は目標シリ ンダ速度演算部におけるパイ口 ッ ト圧と流量制 御弁の吐出流量との関係を示す図である。

図 9は方向変換制御部における処理内容を示すフローチャー ト である。

図 1 0は方向変換制御部におけるバゲッ ト先端と設定領域の境 界との距離 Y a と係数 h との関係を示す図である。

図 1 1 はバケツ トの先端が演算通りに方向変換制御されたとき の軌跡の一例を示す図である。

図 1 2は方向変換制御部における他の処理内容を示すフローチ ヤー トである。

図 1 3は方向変換制御部における距離 Y a と関数 V c y f との 関係を示す図である。

図 1 4は復元制御部における処理内容を示すフローチヤ一 卜で め ^

図 1 5はバケツ トの先端が演算通りに復元制御されたときの軌 跡の一例を示す図である。

図 1 6は本発明の第 2の実施例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 1 7は制御ュニッ トの制御機能を示す機能プロ ッ ク図である, 図 1 8は方向変換制御部における処理内容を示すフ ロ ーチャ ー トである。

図 1 9 は方向変換制御部におけるバゲッ ト先端と設定領域の境 界との距離 Y a と係数 p との関係を示す図である。

図 2 0は方向変換制御部における他の処理内容を示すフ ローチ ヤ ー 卜である。

図 2 1 は方向変換制御部における距離 Y a と関数 V c y X = F ( y a ) との関係を示す図である。

図 2 2は復元制御部における処理内容を示すフ 口 一チ ャー トで ある

図 2 3は復元制御部における距離 Y a と係数 Pとの関係を示す 図である。

図 2 4は本発明の第 3の実施例による建設機械の領域制限掘削 制御装置の制御ュニッ トの制御機能を示す機能プロ ッ ク図である, 図 2 5は方向変換制御部における処理内容を示すフ ローチャ ー トである。

図 2 6は方向変換制御部における他の処理内容を示すフローチ ヤ ー トである。

図 2 7は復元制御部における処理内容を示すフローチヤ一トで ある。

図 2 8は本発明の第 4の実施例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 9 は制御ュニッ トにおける制御手順を示すフローチャー ト である。

図 3 0は本実施例の減速領域及び復元領域での目標速度べク ト ルの捕正方法を示す図である。

図 3 1 はバケツ トの先端と設定領域の境界との距離と減速べク トルとの関係を示す図である。

図 3 2はバゲッ トの先端と設定領域の境界との距離と復元べク トルとの関係を示す図である。

図 3 3は本発明の第 5の実施例による建設機械の領域制限掘削 制御装置を本発明が適用される油圧シ ョベルと共に示す図である, 図 3 4は制御ュニッ トにおける制御手順を示すフ口一チャー ト である。

図 3 5は本発明の第 6の実施例による建設機械の領域制限掘削 制御装置を本発明が適用される油圧シ ョベルと共に示す図である, 図 3 6は制御ュニッ トにおける制御手順を示すフローチヤ一 ト である。

図 3 7は本発明の第 7の実施例による建設機械の領域制限掘削 制御装置を本発明が適用される油圧シ ョベルと共に示す図である, 図 3 8は制御ュニッ トにおける制御手順を示すフ ローチャー ト である。

図 3 9 は本発明の第 8の実施例による建設機械の領域制限掘削 制御装置を本発明が適用される油圧シ ョベルと共に示す図である < 図 4 0は制御ュニッ トにおける制御手順を示すフローチャー ト でのる。

図 4 1 は本発明の更に他の実施例と して、 本発明が適用される オフセッ ト式油圧シ ョベルの上面図である。

図 4 2は本発明の更に他の実施例と して、 本発明が適用される 2 ピースブーム式油圧シ ョベルの側面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明を油圧シ ョベルに適用した場合のいく つかの実施 例を図面を用いて説明する。

第 1 の実施例

本発明の第 1の実施例を図 1〜図 1 5により説明する。

図 1 において、 本発明が適用される油圧ショベルは、 油圧ボン 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 3 a、 アームシリ ンダ 3 b、 バケツ トシリ ンダ 3 c、 旋回 モータ 3 d及び左右の走行モータ 3 e , 3 f を含む複数の油圧ァ クチユエ一夕と、 これら油圧ァクチユエ一夕 3 a〜 3 f のそれぞ れに対応して設けられた複数の操作レバ一装置 4 a〜 4 f と、 油 圧ポンプ 2 と複数の油圧ァクチユエ一夕 3 a〜 3 f 間に接続され. 作レバー装置 4 a〜 4 ί の操作信号によって制御され、 油圧ァ クチユエ一夕 3 a〜 3 f に供給される圧油の流量を制御する複数 の流量制御弁 5 a〜 5 f と、 油圧ポンプ 2 と流量制御弁 5 a〜 5 f 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。

また、 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 1 a、 アーム l b及びバケツ ト 1 cからなる多 関節型のフロ ン ト装置 1 Aと、 上部旋回体 I d及び下部走行体 1 eからなる車体 I B とで構成され、 フロ ン ト装置 1 Aのブーム 1 aの基端は上部旋回体 I dの前部に支持されている。 ブーム l a - アーム 1 b、 バケツ ト 1 c、 上部旋回体 1 d及び下部走行体 1 e はそれぞれブームシ リ ンダ 3 a、 アームシ リ ンダ 3 b、 バケ ッ ト シリ ンダ 3 c、 旋回モー夕 3 d及び左右の走行モー夕 3 e , 3 f 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 上記操作レバ一装置 4 a〜 4 f によ り指示される。

操作レバー装置 4 a〜 4 f はパイロッ ト圧により対応する流量 制御弁 5 a〜 5 f を駆動する油圧パイロ ッ ト方式であり、 それぞ れ、 図 3に示すよ うに、 オペレータにより操作される操作レバー 4 0 と、 操作レバー 4 0の操作量と操作方向に応じたパイロ ッ ト 圧を生成する 1対の減圧弁 4 1， 4 2 とより構成され、 減圧弁 4 1， 4 2の一次ポー ト側はパイロッ トポンプ 4 3に接続され、 二 次ポー ト側はパイロ ッ トライ ン 4 4 a , 4 4 b ； 4 5 a , 4 5 b

4 6 a , 4 6 b ； 4 7 a , 4 7 b ； 4 8 a , 4 8 b ； 4 9 a , 4 9 bを介して対応する流量制御弁の油圧駆動部 5 0 a , 5 0 b ；

5 1 a , 5 1 b ； 5 2 a , 5 2 b ； 5 3 a , 5 3 b ； 5 4 a , 5 4 b ; 5 5 a , 5 5 bに接続されている。

以上のような油圧ショベルに本実施例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、 例えばバケツ ト 1 c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 l a、 アーム l b及び バゲッ ト l cのそれぞれの回動支点に設けられ、 フロ ン ト装置 1 A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 8 a , 8 b , 8 c と、 車体 1 Bの前後方向の傾斜角 6»を検出する傾斜角検出器 8 d と、 ブーム用及びアーム用の操作 レバー装置 4 a， 4 bのパイ ロ ッ ト ライ ン 4 4 a , 4 4 b ; 4 5 a , 4 5 bに設けられ、 操作レバー装置 4 a， 4 b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 6 0 a, 6 0 b 6 1 a , 6 1 bと、 設定器 7の設定信号、 角度検出器 8 a , 8 b, 8 c及び傾斜角検出器 8 dの検出信号及び圧力検出器 6 0 a , 6 O b ; 6 1 a， 6 1 bの検出信号を入力し、 バゲッ ト l cの先端 が動き得る掘削領域を設定すると共に、 領域を制限した掘削制御 を行うための電気信号を出力する制御ュニッ ト 9と、 前記電気信 号により駆動される比例電磁弁 1 0 a , 1 0 b, 1 1 a, l i b と、 シャ トル弁 1 2とで構成されている。 比例電磁弁 1 0 aの一 次ポー ト側はパイロ ッ トポンプ 4 3に接続され、 二次ポー ト側は シャ トル弁 1 2に接続されている。 シャ トル弁 1 2はパイ ロ ッ ト ライ ン 4 4 aに設置され、 パイ ロ ッ トライ ン 4 4 a内のノ、。イ ロ ッ ト圧と比例電磁弁 1 0 aから出力される制御圧の高圧側を選択し. 流量制御弁 5 aの油圧駆動部 5 0 aに導く。 比例電磁弁 1 0 b, 1 1 a, 1 1 bはそれぞれパイ ロ ッ ト ライ ン 4 4 b， 4 5 a, 4 5 bに設置され、 それぞれの電気信号に応じてパイロ ッ トライ ン 内のパイ ロ ッ ト圧を減圧して出力する。

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ィ ツチ等の操作手段により設定信号を制御ュニッ 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、 I C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。

制御ュニッ ト 9の制御機能を図 4に示す。 制御ュニッ ト 9は、 領域設定演算部 9 a、 フロ ン ト姿勢演算部 9 b、 目標シリ ンダ速 度演算部 9 c、 目標先端速度べク トル演算部 9 d、 方向変換制御 部 9 e、 補正後目標シリ ンダ速度演算部 9 f 、 復元制御演算部 9 g、 補正後目標シリ ンダ速度演算部 9 h、 目標シリ ンダ速度選択 部 9 i、 目標パイ口 ッ ト圧演算部 9 j、 バルブ指令演算部 9 kの 各機能を有している。

領域設定演算部 9 aでは、 設定器 7からの指示でバケツ ト 1 c の先端が動き得る掘削領域の設定演算を行う。 その一例を図 5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。

図 5において、 オペレータの操作でバケツ ト 1 cの先端を点 P 1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ツ ト 1 c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 h 1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 P 1 *を指定する。 次に、 バケツ ト 1 cの先端を点 P 2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ツ ト 1 c 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 h 2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 P 2 *を指定する。 そして、 P I *, P 2 *の 2点を結んだ線分 の直線式を計算して掘削領域の境界とする。

こ こで、 2点 P l， P 2の位置はフロ ン ト姿勢演算部 9 bにて 計算し、 領域設定演算部 9 aはその位置情報を用いて上記直線式 を 算する。

制御ュニッ ト 9にはフロ ン ト装置 1 A及び車体 1 Bの各部寸法 が記憶されており、 フロ ン ト姿勢演算部 9 bはこれらのデータと. 角度検出器 8 a, 8 b, 8 cで検出した回動角 α， β， ₇の値を 用いて 2点 P I , Ρ 2の位置を計算する。 このとき、 2点 P l， Ρ 2の位置は例えばブーム 1 aの回動支点を原点と した X Y座標 系の座標値 （X l， Y 1 ) (X 2 , Y 2 ) と して求める。 XY座 標系は本体 1 Bに固定した直交座標系であり、 垂直面内にあると する。 回動角 α、 β、 7から ΧΥ座標系の座標値 （X l， Υ 1 )

(X 2 , Υ 2 ) は、 ブーム l aの回動支点とアーム l bの回動支 点との距離を L 1、 アーム 1 bの回動支点とバケツ ト 1 cの回動 支点との距離を L 2、 バケツ ト 1 cの回動支点とバケツ ト 1 じの 先端との距離を L 3とすれば、 下記の式より求まる。

X = L l s i n a + L 2 s i n { a + β ) + L 3 s i n ( a + β + 7 )

Y = L l c o s + L 2 c o s ( + β ) + L 3 c o s ( a + β + 7 )

領域設定演算部 9 aでは、 掘削領域の境界上の 2点 Ρ 1 *, P 2 *の座標値を、 それぞれ、 Y座標の下記の計算、

Y l * =Y l - h l

Y 2 * =Y 2 - h 2

を行う ことにより求める。 また、 P I *, P 2 *の 2点を結んだ 線分の直線式は下記の式により計算する。

Y = (Y 2 * - Y 1 *) X/ (X 2 - X 1 )

+ (X 2 Y 1 * - X 1 Y 2 *) / (X 2 - X 1 ) そして、 上記直線状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 Ρ 2 *を原点とする X a Y a座標系を設定し、 X Y座標系から X a Y a座標系への座標変換データを求める。

また、 図 6に示すように車体 1 Bが傾いたときは、 バケツ トと 先端と地面との相対位置関係が変化するので、 掘削領域の設定が 正しく行えなく なる。 そこで本実施例では、 車体 1 Bの傾斜角 0 を傾斜角検出器 8 dで検出し、 フロ ン ト姿勢演算部 9 bでその傾 斜角 6»の値を入力し、 X Y座標系を角度 0回転させた X b Y b座 標系でバケツ ト先端の位置を計算する。 これにより、 車体 1 Bが 傾いていても正しい領域設定が行える。 なお、 車体が傾いたとき には車体の傾きを修正してから作業するとか、 車体が傾斜しない ような作業現場で用いる場合には、 必ずしも傾斜角検出器は必要 と しない。

以上は 1本の直線で掘削領域の境界を設定した例であるが、 複 数本の直線を組み合わせるこ とにより垂直面内で任意の形状の掘 削領域を設定できる。 図 7はその一例を示すもので、 3本の直線 A 1 , A 2 , A 3を用いて掘削領域を設定している。 この場合も、 各直線 A l， A 2 , A 3について上記と同様の操作及び演算を行 う ことにより掘削領域の境界を設定できる。

フロ ン ト姿勢演算部 9 bでは、 上記したように、 制御ュニッ ト 9の記憶装置に記憶したフ ロ ン ト装置 1 A及び車体 1 Bの各部寸 法と、 角度検出器 8 a, 8 b, 8 cで検出した回動角 α, β， γ の値を用いてフロン ト装置 1 Αの所定部位の位置を ΧΥ座標系の 値と して演算する。

目標シ リ ンダ速度演算部 9 cでは圧力検出器 6 0 a, 6 0 b, 6 1 a, 6 1 bで検出したパイロ ッ ト圧の値を入力し、 流量制御 弁 5 a , 5 bの吐出流量を求め、 更にこの吐出流量からブームシ リ ンダ 3 a及びァ一ムシリ ンダ 3 bの目標速度を計算する。 制御 ュニッ ト 9の記憶装置には図 8に示すようなパイロ ッ ト圧力 P B U, P B D, P A C, P A Dと流量制御弁 5 a, 5 bの吐出流量 V B, V Aとの関係が記憶されており、 目標シリ ンダ速度演算部 9 cはこの関係を用いて流量制御弁 5 a， 5 bの吐出流量を求め る。 なお、 制御ュニッ ト 9の記憶装置に事前に計算したパイ口 ッ ト圧と目標シリ ンダ速度との関係を記憶しておき、 パイロ ッ ト圧 から直接目標シリ ンダ速度を求めてもよい。

目標先端速度べク トル演算部 9 dでは、 フロン ト姿勢演算部 9 bで求めたバケツ トの先端位置及び目標シリ ンダ速度演算部 9 c で求めた目標シリ ンダ速度と、 制御ュニッ ト 9の記憶装置に記憶 してある先の L l， L 2, L 3等の各部寸法とからバゲッ ト l c の先端の目標速度ベク トル V cを求める。 このとき、 目標速度べ ク トル V cは、 まず図 5に示す X Y座標系の値と して求め、 次に この値を用いて領域設定演算部 9 aで先に求めた X Y座標系から X a Y a座標系への変換データを用いて X a Y a座標系に変換す ることにより、 X a Y a座標系の値と して求める。 ここで、 X a Y a座標系での目標速度べク トル V cの X a座標値 V c xは目標 速度べク トル V cの設定領域の境界に平行な方向のべク トル成分 となり、 Y a座標値 V c yは目標速度ベク トル V cの設定領域の 境界に垂直な方向のべク トル成分となる。

方向変換制御部 9 eでは、 バゲッ ト 1 cの先端が設定領域内で その境界近傍にあり、 目標速度ベク トル V cが設定領域の境界に 接近する方向の成分を持つ場合、 垂直なべク 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。 換言すれば、 垂 直方向のべク トル成分 V c yにそれより も小さい設定領域から離 れる方向のべク トル （逆方向べク トル） を加える。

図 9に方向変換制御部 9 eでの制御内容をフローチヤ一トで示 す。 まず、 手順 1 0 0において、 目標速度べク トル V cの設定領 域の境界に対して垂直な成分、 すなわち X a Y a座標系での Y a 座標値 V c yの正負を判定し、 正の場合はバケツ ト先端が設定領 域の境界から離れる方向の速度べク トルであるので、 手順 1 0 1 に進み、 目標速度べク トル V cの X a座標値 V e x及び Y a座標 値 V c yをそのまま補正後のベク トル成分 V c X a， V c y aと する。 負の場合はバケツ ト先端が設定領域の境界に接近する方向 の速度べク トルであるので、 手順 1 0 2に進み、 方向変換制御の ため目標速度べク トル V cの X a座標値 V c Xはそのまま捕正後 のべク トル成分 V c x a と し、 Y a座標値 V c yはこれに係数 h を乗じた値を捕正後のべク トル成分 V c y a とする。

こ こで、 係数 hは図 1 0に示すように、 バケツ ト 1 cの先端と 設定領域の境界との距離 Y aが設定値 Y a 1 より大きいときは 1 であり、 距離 Y aが設定値 Y a 1 より小さ く なると、 距離 Y aが 小さ く なるにしたがって 1 より小さ く なり、 距離 Y aが 0になる と、 すなわちバゲッ 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、 制御ュニッ ト 9の記憶装置にはこのような h と Y a の関係が記憶されている。

方向変換制御部 9 eでは、 領域設定演算部 9 aで先に演算で求 めた X Y座標系から X a Y a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で求めたバケツ ト cの先端位置を X a Y a 座標系に変換し、 その Y a座標値からバゲッ ト 1 cの先端と設定 領域の境界との距離 Y aを求め、 この距離 Y aから図 1 0の関係 を用いて係数 hを求める。

以上のように目標速度べク トル V cの垂直方向のべク トル成分 V c yを捕正することにより、 距離 Y aが小さ く なるにしたがつ て垂直方向のべク トル成分 V c yの減少量が大き く なるようべク トル成分 V c yが減じられ、 目標速度べク トル V c は目標速度べ ク トル V c aに捕正される。 ここで、 設定領域の境界から距離 Y a 1の範囲は方向変換領域又は減速領域と呼ぶことができる。 バケツ ト 1 cの先端が上記のような補正後の目標速度べク トル V c aの通りに方向変換制御されたときの軌跡の一例を図 1 1 に 示す。 目標速度べク トル V cが斜め下方に一定であるとすると、 その平行成分 V e xは一定となり、 垂直成分 V c yはバケツ ト 1 cの先端が設定領域の境界に近づく にしたがって （距離 Y aが小 さ く なるにしたがって） 小さ く なる。 補正後の目標速度べク トル V c a はその合成であるので、 軌跡は図 1 0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。 また、 Y a = 0 で h = 0 とすれば、 設定領域の境界上での捕正後の目標速度べク トル V c a は平行成分 V e xに一致する。

図 1 2に方向変換制御部 9 eでの制御の他の例をフローチヤ一 トで示す。 この例では、 手順 1 0 0において、 目標速度べク トル

V cの設定領域の境界に対して垂直な成分 （目標速度べク トル V cの Y a座標値） V c yが負と判定されると、 手順 1 0 2 Aに進 み、 制御ュニッ ト 9の記憶装置に記憶してある図 1 3に示すよう な V c y f = f ( Y a ) の関数関係からバゲッ ト l cの先端と設 定領域の境界との距離 Y aに対応する減速した Y a座標値 V c y f を求め、 この Y a座標値 V c y f と V c yの小さい方を捕正後 のべク トル成分 V c y a とする。 このようにすると、 バゲッ ト 1 cの先端をゆつ く り と動かしているときは、 バケツ ト先端が設定 領域の境界に近付いてもそれ以上は減速されず、 オペレータの操 作通りの動作が得られるという利点がある。

なお、 上記のようにバケツ ト先端の目標速度べク トルの垂直成 分を減じても、 流量制御弁、 その他油圧機器の製作公差によるバ ラツキ等により垂直べク トル成分を垂直方向距離 Y a = 0で 0に するのは極めて難しく、 バケツ ト先端が設定領域外に侵入するこ とがある。 しかし、 本実施例では後述する復元制御を併用するの で、 バケツ ト先端はほぼ設定領域の境界上で動作することになる, また、 このよ うに復元制御を併用するこ とから、 図 1 0及び図 1 3 に示す関係を、 垂直方向距離 Y a == 0で係数 hや減速した Y a 座標値 V c h f が少し残るように設定してもよい。

また、 上記の制御では、 目標速度べク トルの水平成分 （X a座 標値） はそのまま維持したが、 必ずしも維持しなく てもよく、 水 平成分を増やし増速してもよいし、 水平成分を減ら し減速しても よい。 後者については別実施例と して後述する。

捕正後目標シリ ンダ速度演算部 9 f では、 方向変換制御部 9 e で求めた補正後の目標速度べク トルからブ一ムシリ ンダ 3 a及び アームシリ ンダ 3 bの目標シリ ンダ速度を演算する。 これは目標 先端速度べク トル演算部 9 dでの演算の逆演算である。

こ こで、 図 9又は図 1 2のフローチャー トで手順 1 0 2又は 1 0 2 Aの方向変換制御 （減速制御） を行う場合は、 その方向変換 制御に必要なブームシリ ンダ及びアームシリ ンダの動作方向を選 択し、 その動作方向における目標シリ ンダ速度を演算する。 一例 と して、 手前方向に掘削しょう と してアームクラウ ドをする場合 (アームクラウ ド操作） と、 ブーム下げ · アームダンプの複合操 作でバケツ ト先端を押し方向に操作した場合 （アームダンプ複合 操作） について説明する。

アームクラウ ド操作の場合は、 目標速度ベク トル V cの垂直成 分 V c yの減じ方に、

( 1 ) ブーム l aを上げることで減じる方法 ；

( 2 ) アーム l bのクラウ ド動作を減速して減じる方法 ；

( 3 ) 両者を組み合わせるこ とにより減じる方法 ；

の 3通りがあり、 （ 3 ) の組み合わせる場合、 その組み合わせの 割合はそのときのフロ ン ト装置の姿勢、 水平方向のべク トル成分 等に応じて異なる。 いずれにしてもこれらは制御ソフ トで決まる, 本実施例では復元制御と併用するので、 ブーム l aを上げること で減じる方法を含む （ 1 ) 又は （ 3 ) が好ま しく、 動作の滑らか さ という点で （ 3 ) が最も好ま しいと考えられる。

アームダンプ複合操作では、 アームを車体側の位置 （手前の位 置） からダンプ操作する場合に設定領域の外に出る方向の目標べ ク トルを与えることになる。 したがって、 目標速度べク トル V c の垂直成分 V c yを減じるためには、 ブーム下げをブーム上げに 切換え、 アームダンプを減速する必要がある。 その組み合わせも 制御ソフ トで決まる。

復元制御部 9 gでは、 バケツ ト 1 cの先端が設定領域の外に出 たとき、 設定領域の境界からの距離に関係して、 バケツ ト先端が 設定領域に戻るように目標速度べク トルを補正する。 換言すれば、 垂直方向のべク トル成分 V c yにそれより も大きな設定領域に接 近する方向のべク トル （逆方向べク トル） を加える。

図 1 4に復元制御部 9 gでの制御内容をフ ローチヤ一トで示す < まず、 手順 1 1 0において、 バケツ ト 1 cの先端と設定領域の境 界との距離 Y aの正負を判定する。 こ こで、 距離 Y aは前述した ように XY座標系から X a Y a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で求めたフロ ン ト先端の位置を X a Y a 座標系に変換し、 その Y a座標値から求める。 距離 Y aが正の場 合、 バケッ ト先端がまだ設定領域内にあるので手順 1 1 1に進み. 先に説明した方向変換制御を優先するため目標速度べク トル V c の X a座標値 V c X及び Y a座標値 V c yをそれぞれ 0とする。 負の場合はバケツ ト先端が設定領域の境界の外に出たので、 手順 1 1 2に進み、 復元制御のため目標速度べク トル V cの X a座標 値 V c Xはそのまま補正後のべク トル成分 V c x aと し、 Y a座 標値 V c yは設定領域の境界との距離 Y aに係数一 Kを乗じた値 を補正後のべク トル成分 V c y a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、 一 KV c yは距離 Y a が小さ く なるにしたがって小さ く なる逆方向の速度べク トルとな る。 なお、 Kは距離 Y aが小さ く なると小さ く なる関数であって も良く、 この場合、 — K V c yは距離 Y aが小さ く なるにしたが つて小さ く なる度合いが大き く なる。

以上のように目標速度べク トル V cの垂直方向のべク トル成分

V c yを補正することにより、 距離 Y aが小さ く なるにしたがつ て垂直方向のベク トル成分 V c yが小さ く なるよう、 目標速度べ ク トル V c は目標速度べク トル V c a に補正される。

バゲッ ト 1 cの先端が上記のような補正後の目標速度べク トル

V c aの通りに復元制御されたときの軌跡の一例を図 1 5に示す < 目標速度べク トル V cが斜め下方に一定であるとすると、 その平 行成分 V c Xは一定となり、 また復元べク トル V c y a ( =— K

V a ) は距離 Y a に比例するので垂直成分はバケツ ト 1 cの先端 が設定領域の境界に近づく にしたがって （距離 Y aが小さ く なる にしたがって） 小さ く なる。 補正後の目標速度べク トル V c a は その合成であるので、 軌跡は図 1 5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。

このように、 復元制御部 9 gではバゲッ ト 1 cの先端が設定領 域に戻るように制御されるため、 設定領域外に復元領域が得られ ることになる。 また、 この復元制御でも、 ケッ ト 1 cの先端の 設定領域の境界に接近する方向の動きが減速されるこ とによ り、 結果と してバゲッ ト 1 cの先端の移動方向が設定領域の境界に沿 つた方向に変換され、 この意味でこの復元制御も方向変換制御と いう ことができる。

補正後目標シリ ンダ速度演算部 9 hでは、 復元制御部 9 gで求 めた捕正後の目標速度べク トルからブームシリ ンダ 3 a及びァー ムシリ ンダ 3 bの目標シリ ンダ速度を演算する。 これは目標先端 速度べク トル演算部 9 dでの演算の逆演算である。

こ こで、 図 1 4のフローチャー トで手順 1 1 2の復元制御を行 う場合は、 その復元制御に必要なブームシリ ンダ及びァ一ムシリ ンダの動作方向を選択し、 その動作方向における目標シリ ンダ速 度を演算する。 ただし、 復元制御ではブーム 1 aを上げることで バケツ ト先端を設定領域に戻すため、 ブーム 1 の上げ方向が必ず 含まれる。 その組み合わせも制御ソフ トで決まる。

目標シリ ンダ速度選択部 9 i では目標シリ ンダ速度演算部 9 f で得た方向変換制御による目標シリ ンダ速度と目標シリ ンダ速度 演算部 9 hで得た復元制御による目標シリ ンダ速度の値の大きい 方 （最大値） を選択し、 出力用の目標シリ ンダ速度とする。

こ こで、 バゲッ ト先端と設定領域の境界との距離 Y aが正の塲 合は、 図 1 4の手順 1 1 1で目標速度べク トル成分はともには 0 とされ、 図 9の手順 1 0 1又は 1 0 2における速度べク トル成分 の値の方が常に大となるので、 目標シリ ンダ速度演算部 9 f で得 た方向変換制御による目標シリ ンダ速度が選択され、 距離 Y aが 負で目標速度べク トルの垂直成分 V c yが負の場合は、 図 9の手 順 1 0 2において h == 0で補正後の垂直成分 V c y a は 0 となり . 図 1 4の手順 1 1 2における垂直成分の値の方が常に大となるの で、 目標シリ ンダ速度演算部 9 hで得た復元制御による目標シリ ンダ速度が選択され、 距離 Y aが負で目標速度べク トルの垂直成 分 V c yが正の場合は、 図 9の手順 1 0 1 における目標速度べク トル V cの垂直成分 V c y と図 1 4の手順 1 1 2における垂直成 分 K Y aの値の大小に応じて、 目標シリ ンダ速度演算部 9 f 又は 9 hで得た目標シリ ンダ速度が選択される。 なお、 選択部 9 i で は最大値を選択する代わりに両者の和をとるなど、 別の方法であ つてもよい。

目標パイロ ッ ト圧演算部 9 j では、 目標シリ ンダ速度選択部 9 i で得た出力用の目標シリ ンダ速度からパイロ ッ トライ ン 4 4 a _: 4 4 b , 4 5 a , 4 5 bの目標パイロ ッ ト圧を演算する。 これは 目標シリ ンダ速度演算部 9 cでの演算の逆演算である。

バルブ指令演算部 9 kでは、 目標パイロ ッ ト圧演算部 9 jで計 算した目標パイロ ッ ト圧からそのパイ ロ ッ ト圧を得るための比例 電磁弁 1 0 a， 1 0 b, 1 1 a, 1 1 bの指令値を演算する。 こ の指令値は増幅器で増幅され、 電気信号と して比例電磁弁に出力 される。

こ こで、 図 9又は図 1 2のフローチャー トで手順 1 0 2又は 1 0 2 Aの方向変換制御 （減速制御） を行う場合、 先に述べたよう にアームク ラウ ド動作ではブーム上げ、 アームク ラウ ドの減速が 含まれるが、 ブーム上げではブーム上げ側のパイロ ッ トライ ン 4 4 aに係わる比例電磁弁 1 0 aに電気信号を出力し、 アームクラ ゥ ドの減速ではアームク ラウ ド側のパイ ロ ッ トライ ン 4 5 aに設 置された比例電磁弁 1 1 aに電気信号を出力する。 ブーム下げ · アームダンプ複合操作では、 ブーム下げをブーム上げに切換え、 アームダンプを減速するが、 ブーム下げをブーム上げに切換える にはブーム下げ側のパイロ ッ トライ ン 4 4 bに設置された比例電 磁弁 1 0 bへ出力する電気信号を 0にし、 比例電磁弁 1 0 aに電 気信号を出力し、 アームダンプの減速ではアームダンプ側のパイ ロ ッ トライ ン 4 5 bに設置された比例電磁弁 l i bに電気信号を 出力する。 なお、 それ以外の場合、 比例電磁弁 1 O b, 1 1 a, 1 1 bには関連するパイロ ッ トライ ンのパイロッ ト圧に応じた電 気信号が出力され、 当該パイロ ッ ト圧をそのまま出力できるよう にする。

以上の構成において、 操作レバ—装置 4 a〜 4 f は複数の被駆 動部材であるブーム l a、 アーム l b、 バゲッ ト l c、 上部旋回 体 1 d及び下部走行体 1 eの動作を指示する油圧パイ ロ ッ ト方式 の操作手段を構成し、 設定器 7とフロ ン ト領域設定演算部 9 aは フロン ト装置 l aの動き得る領域を設定する領域設定手段を構成 し、 角度検出器 8 a〜 8 c及び傾斜角検出器 8 d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第 1検出手段を構成 し、 フロ ン ト姿勢演算部 9 bは第 1検出手段からの信号に基づき フロン ト装置 1 Aの位置と姿勢を演算する第 1演算手段を構成す る

また、 目標シリ ンダ速度演算部 9 c、 目標先端速度べク トル演 算部 9 d、 方向変換制御部 9 e、 補正後目標シリ ンダ速度演算部 9 f 、 目標シリ ンダ速度選択部 9 i、 目標パイ ロッ ト圧演算部 9 j、 バルブ指令演算部 9 k及び比例電磁弁 1 0 a〜 l i bは、 複 数の操作手段 4 a〜 4 f のうち特定のフロ ン ト部材 l a, l bに 係わる操作手段 4 a， 4 bの操作信号と上記第 1演算手段 9わの 演算値に基づき、 フロ ン ト装置 1 Aが設定領域内でその境界近傍 にあるとき、 フロン ト装置 1 A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 るようにフロ ン ト装置 1 Aに係わる操作手段 4 a, 4 bの操作信 号を補正する第 1信号補正手段を構成する。

また、 目標シ リ ンダ速度演算部 9 c及び目標先端速度べク トル 演算部 9 dは特定のフロ ン ト部材 l a， l bに係わる操作手段 4 a , 4 bからの操作信号に基づきフロ ン ト装置 1 Aの目標速度べ ク トルを演算する第 2演算手段を構成し、 方向変換制御部 9 eは 上記第 1及び第 2演算手段の演算値を入力し、 フロ ン ト装置 1 A が設定領域内でその境界近傍にあるとき、 目標速度ベク トル V c の設定領域の境界に沿つた方向のベク トル成分 V e xを残し、 目 標速度べク トル V cの設定領域の境界に接近する方向のべク トル 成分 V c yを減じるように目標速度べク トル V cを捕正する第 3 演算手段を構成し、 補正後目標シリ ンダ速度演算部 9 f , 9 h、 目標シリ ンダ速度選択部 9 i 、 目標パイ口 ッ ト圧演算部 9 j 、 バ ルブ指令演算部 9 k及び比例電磁弁 1 0 a〜 l 1 bは目標速度べ ク トル V c に応じてフロ ン ト装置 1 Aが動く ように対応する油圧 制御弁 5 a， 5 bを駆動するバルブ制御手段を構成する。

また、 目標シリ ンダ速度演算部 9 c、 目標先端速度べク トル演 算部 9 d、 復元制御部 9 g、 補正後目標シリ ンダ速度演算部 9 h . 目標シ リ ンダ速度選択部 9 i 、 目標パイ口 ッ ト圧演算部 9 j 、 バ ルブ指令演算部 9 k及び比例電磁弁 1 0 a〜 1 1 bは、 複数の操 作手段 4 a〜 4 f のうち特定のフロ ン ト部材 l a， l b に係わる 操作手段 4 a , 4 bの操作信号と上記第 1演算手段 9 bの演算値 に基づき、 フロ ン ト装置 1 Aが設定領域外にあるときには、 フロ ン ト装置 1 Aが設定領域に戻るようにフロ ン ト装置 1 Aに係わる 操作手段 4 a , 4 bの操作信号を捕正する第 2信号捕正手段を構 成する。

さ らに、 復元制御部 9 gは上記第 1及び第 2演算手段の演算値 を入力し、 フロ ン ト装置 1 Aが設定領域外にあるときには、 フロ ン ト装置 1 Aが設定領域に戻るように目標速度べク トル V cを補 正する第 4演算手段を構成する。

また、 操作レバー装置 4 a〜 4 f 及びパイロ ッ ト ライ ン 4 4 a 〜 4 9 bは油圧制御弁 5 a〜 5 f を駆動する操作システムを構成 し、 圧力検出器 6 0 a〜 6 1 bはフロン ト装置の操作手段の操作 量を検出する第 2検出手段を構成し、 上記第 2演算手段を構成す る目標シ リ ンダ速度演算部 9 c及び目標先端速度べク トル演算部 9 dは第 2検出手段からの信号に基づきフロン ト装置 1 Aの目標 速度べク トルを演算する手段であり、 上記バルブ制御手段を構成 する要素のうち捕正後目標シリ ンダ速度演算部 9 f , 9 h、 目標 シリ ンダ速度選択部 9 i 、 目標パイロ ッ ト圧演算部 9 j は上記補 正した目標速度べク トルに基づいて対応する油圧制御弁 5 a , 5 bを駆動するための目標パイ ロ ッ ト圧を計算する第 5演算手段を 構成し、 バルブ指令演算部 9 k及び比例電磁弁 1 0 a〜 l i bは その目標パイロッ ト圧が得られるよう上記操作システムを制御す るパイロ ッ ト制御手段を構成する。

また、 パイロッ トライ ン 4 4 a はフロ ン ト装置 1 Aが設定領域 から遠ざかる方向に動く よう対応する油圧制御弁 5 aにパイロ ッ ト圧を導く第 1パイ ロ ッ トライ ンを構成し、 補正後目標シリ ンダ 速度演算部 9 f ， 9 h、 目標シ リ ンダ速度選択部 9 i 及び目標パ イロ ッ ト圧演算部 9 j は補正した目標速度べク トルに基づいて第 1パイロッ トライ ンにおける目標パイロ ッ ト圧を計算する手段を 構成し、 バルブ指令演算部 9 kはその目標パイ口 ッ ト圧に対応す る第 1電気信号を出力する手段を構成し、 比例電磁弁 1 0 a は第 1電気信号を油圧に変換し目標パイロ ッ ト圧に相当する制御圧を 出力する電気油圧変換手段を構成し、 シャ トル弁 1 2は第 1パイ ロッ トライ ン内のパイロ ッ ト圧と電気油圧変換手段から出力され た制御圧の高圧側を選択し対応する油圧制御弁 5 aに導く高圧選 択手段を構成する。

更に、 ノ、⁰ィ ロ ッ トライ ン 4 4 b， 4 5 a , 4 5 b はフロ ン ト装 置 1 Aが設定領域に接近する方向に動く よう対応する油圧制御弁 5 a , 5 bにパイ ロッ ト圧を導く 第 2パイロ ッ トライ ンを構成し. 補正後目標シ リ ンダ速度演算部 9 f ， 9 h、 目標シリ ンダ速度選 択部 9 i 及び目標パイ ロ ッ ト圧演算部 9 j は補正した目標速度べ ク トルに基づいて第 2パイ ロッ トライ ンにおける目標パイロ ッ ト 圧を計算する手段を構成し、 バルブ指令演算部 9 kはその目標パ イ ロ ッ ト圧に対応する第 2電気信号を出力する手段を構成し、 比 例電磁弁 1 0 b， 1 1 a， l i bは第 2パイロッ トライ ンに設置 され、 第 2電気信号により作動して第 2パイロ ッ ト ライ ン内のパ イ ロ ッ ト圧力を目標パイ ロ ッ ト圧まで減圧する減圧手段を構成す 次に、 以上のように構成した本実施例の動作を説明する。 作業 例と して、 先に例示した、 手前方向に掘削しょう と してアームク ラウ ドをする場合 （アームクラウ ド操作） と、 ブーム下げ · ァー ムダンプの複合操作でバゲッ ト先端を押し方向に操作した場合 (アームダンプ複合操作） について説明する。

手前方向に掘削しょう と してアームクラウ ドすると、 バケツ ト 1 cの先端は徐々に設定領域の境界に近づく。 バケツ ト先端と設 定領域の境界との距離が Y a 1 より小さ く なると、 方向変換制御 部 9 e においてバゲッ ト先端の目標速度べク トル V cの設定領域 の境界に接近する方向のべク トル成分 （境界対して垂直方向のベ ク トル成分） を減じるように捕正し、 バケツ ト先端の方向変換制 御 （減速制御） を行う。 このとき、 補正後目標シリ ンダ速度演算 部 9 f において、 ブーム上げとアームクラウ ドの減速との組み合 わせで方向変換制御を行うようソフ トが設計されていると、 演算 部 9 f ではブームシリ ンダ 3 aの伸長方向のシリ ンダ速度とァ一 ムシリ ンダ 3 bの伸長方向のシリ ンダ速度を演算し、 目標パイ口 ッ ト圧演算部 9 j では、 ブーム上げ側のパイ ロッ ト ライ ン 4 4 a の目標パイロ ッ ト圧とアームクラウ ド側のノ、⁰イ ロ ッ トライ ン 4 5 aの目標パイ ロ ッ ト圧を計算し、 バルブ指令演算部 9 kでは比例 電磁弁 1 0 a , 1 1 a に電気信号を出力する。 このため、 比例電 磁弁 1 0 a は演算部 9 j で演算した目標パイ ロ ッ ト圧に相当する 制御圧を出力し、 この制御圧がシャ トル弁 1 2で選択され、 ブー ム用流量制御弁 5 aのブーム上げ側油圧駆動部 5 0 aに導かれる, 一方、 比例電磁弁 1 1 a は電気信号に応じてパイロ ッ トライ ン 4 5 a内のパイロ ッ ト圧を、 演算部 9 j で演算した目標パイ口 ッ ト 圧まで減圧し、 その減圧したパイ ロ ッ ト圧をアーム用流量制御弁 5 bのアームクラウ ド側油圧駆動部 5 l aに出力する。 このよう な比例電磁弁 1 0 a， 1 1 aの動作により、 設定領域の境界に対 して垂直方向の動きが減速制御され、 設定領域の境界に沿つた方 向の速度成分は減じられず、 このため図 1 1 に示すように設定領 域の境界に沿ってバゲッ ト 1 cの先端を動かすことができる。 こ のため、 バケツ ト 1 cの先端の動き得る領域を制限した掘削を能 率良く行う ことができる。

また、 上記のようにバゲッ ト 1 cの先端が設定領域内の境界近 傍で減速制御されるとき、 フロ ン ト装置 1 Aの動きが速いと、 制 御上の応答遅れやフロ ン ト装置 1 Aの慣性によりバケツ ト 1 じの 先端が設定領域の外にある程度入り込むことがある。 このような とき、 本実施例では、 復元制御部 9 gにおいて、 バケツ ト 1 じ の 先端が設定領域に戻るように目標速度べク トル V cを補正し、 復 元制御を行う。 このとき、 補正後目標シリ ンダ速度演算部 9 hに おいて、 ブーム上げとアームクラウ ドの減速との組み合わせで復 元制御を行うよう ソフ トが設計されていると、 方向変換制御の場 合と同様に演算部 9 hでプ一ムシリ ンダ 3 aの伸長方向のシリ ン ダ速度とァ一ムシリ ンダ 3 bの伸長方向のシリ ンダ速度を演算し, 目標パイロ ッ ト圧演算部 9 j でブーム上げ側のパイロ ッ トライ ン 4 4 aの目標パイ ロ ッ ト圧とアームクラウ ド側のパイ ロ ッ トライ ン 4 5 aの目標パイ ロ ッ ト圧を計算し、 バルブ指令演算部 9 kで は比例電磁弁 1 0 a , 1 1 a に電気信号を出力する。 これによ り 上述したように比例電磁弁 1 0 a , 1 1 aが作動し、 バケツ ト先 端は速やかに設定領域に戻るよう制御され、 設定領域の境界で掘 削が行われる。 このため、 フロ ン ト装置 1 Aを速く動かしたとき でも設定領域の境界に沿ってバケツ ト先端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。

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減じられ、 設定領域に戻ると きのショ ッ クが大幅に緩和される。 このため、 フロ ン ト装置 1 A を速く動かしたときでもバケツ ト 1 cの先端を設定領域の境界に 沿って滑らかに動かすこ 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。

更に、 本実施例の復元制御では、 目標速度べク トル V cの設定 領域の境界に垂直なべク トル成分を補正し、 設定領域の境界に沿 つた方向の速度成分は残されるので、 設定領域外においてもバゲ ッ ト 1 cの先端を設定領域の境界に沿つて滑らかに動かすことが できる。 また、 そのとき、 バケツ ト 1 cの先端と設定領域の境界 との距離 Y aが小さ く なるにしたがって設定領域の境界に接近す る方向のべク トル成分を小さ くするように捕正するので、 図 1 5 に示すように補正後の目標速度べク トル V c aによる復元制御の 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り . このため設定領域から戻るときの動きが一層滑らかとなる。

また、 設定領域の境界のような所定の経路に沿ってバケツ ト先 端を動かす掘削作業を行う場台、 油圧パイ ロッ ト方式では、 通常. オペレータは少なく ともブーム用の操作レバ一装置 4 a とアーム 用の操作レバ一装置 4 bの 2つの操作レバーを操作してバケツ ト 先端の動きを制御する必要がある。 本実施例では、 もちろんブー ム用とアーム用の操作レバ一装置 4 a， 4 bム用の双方の操作レ バーを操作してもよいが、 アーム用の操作レバー 1本を操作して も上記のように演算部 9 ί， 9 hで方向変換制御又は復元制御に 必要な油圧シリ ンダのシリ ンダ速度が演算され、 バゲッ ト先端を 設定領域の境界に沿って動かすため、 アーム用の操作レバー 1本 で設定領域の境界に沿つた掘削作業を行う ことができる。

以上のように設定領域の境界に沿って掘削中、 例えばバケツ ト 1 cの中に土砂が十分に入ったとか、 途中に障害物があつたとか、 掘削抵抗が大き く フロ ン ト装置が停止してしまつたため掘削抵抗 を小さ く するとか、 ブーム 1 aを手動で上昇させたい場合がある、 このような場合には、 ブーム用の操作レバー装置 4 aをブーム上 げ方向に操作すると、 ブーム上げ側のパイ ロ ッ トライ ン 4 4 aに パイ 口 ッ ト圧が立ち、 そのパイ口 ッ ト圧が比例電磁弁 1 0 aの制 御圧より高く なるとそのパイ ロ ッ ト圧がシャ トル弁 1 2で選択さ れ、 ブームを上昇することができる。

ブーム下げ · アームダンプの複合操作でバケツ ト先端を押し方 向に操作する場合、 アームを車体側の位置 （手前の位置） からダ ンプ操作すると設定領域の外に出る方向の目標べク トルを与える ことになる。 この場合も、 バケツ ト先端と設定領域の境界との距 離が Y a より小さ く なると、 方向変換制御部 9 e において目標速 度べク トル V cの同様の補正が行われ、 バケツ ト先端の方向変換 制御 （減速制御） を行う。 このとき、 補正後目標シリ ンダ速度演 算部 9 f において、 ブーム上げとアームダンプの減速との組み合 わせで方向変換制御を行うよう ソフ トが設計されていると、 演算 部 9 f ではブームシリ ンダ 3 aの伸長方向のシリ ンダ速度とァー ムシリ ンダ 3 bの収縮方向のシリ ンダ速度を演算し、 目標パイ 口 ッ ト圧演算部 9 j では、 ブーム下げ側のパイロ ッ ト ライ ン 4 4 b の目標パイロ ッ ト圧は 0にする一方、 ブーム上げ側のパイロッ ト ライ ン 4 4 aの目標パイロ ッ ト圧とアームダンプ側のパイロ ッ ト ライ ン 4 5 bの目標パイロ ッ ト圧を計算し、 バルブ指令演算部 9 kでは比例電磁弁 1 0 bの出力を O F Fにし、 比例電磁弁 1 0 a 1 1 bに電気信号を出力する。 このため、 比例電磁弁 1 O bはパ イロ ッ トライ ン 4 4 bのパイロッ ト圧力を 0に減圧し、 比例電磁 弁 1 0 a は目標パイロ ッ ト圧に相当する制御圧をパイ ロ ッ トライ ン 4 4 aのパイロッ ト圧と して出力し、 比例電磁弁 1 l bはパイ ロ ッ トライ ン 4 5 b内のパイ ロ ッ ト圧を目標パイロ ッ ト圧まで減 圧する。 このような比例電磁弁 1 0 a , 1 0 b , l i bの動作に より、 アームクラウ ド操作の場合と同様な方向変換制御がなされ. バケツ ト 1 cの先端を設定領域の境界に沿って速く動かすことが でき、 バケツ ト 1 cの先端の動き得る領域を制限した掘削を能率 良く行う こ とができる。

また、 バケツ ト 1 cの先端が設定領域の外にある程度出た場合 は、 復元制御部 9 gにおいて目標速度べク トル V cを補正し、 復 元制御を行う。 このとき、 補正後目標シ リ ンダ速度演算部 9 hに おいて、 ブーム上げとアームダンプの減速との組み合わせで復元 制御を行うようソフ トが設計されていると、 方向変換制御の場合 と同様に演算部 9 hでブームシリ ンダ 3 aの伸長方向のシリ ンダ 速度とァ一ムシリ ンダ 3 bの収縮方向のシリ ンダ速度を演算し、 目標パイロ ッ ト圧演算部 9 j でブーム上げ側のパイ ロ ッ トライ ン 4 4 aの目標パイロ ッ ト圧とアームダンプ側のパイロ ッ トライ ン 4 5 bの目標パイロ ッ ト圧を計算し、 バルブ指令演算部 9 kでは 比例電磁弁 1 0 a , l i bに電気信号を出力する。 これによりバ ケッ ト先端は速やかに設定領域に戻るよう制御され、 設定領域の 境界で掘削が行われる。 このため、 アームクラウ ド操作の場合と 同様にフロ ン ト装置 1 Aを速く動かしたときでも設定領域の境界 に沿ってバケツ ト先端を滑らかに動かすこ とができ、 領域を制限 した掘削を円滑かつ正確に行う ことができる。

また、 制御途中でブームを上げ操作した場合は、 アームク ラウ ド操作の場合と同様にブームを上げることができる。

以上のように本実施例によれば、 バゲッ ト 1 cの先端が設定領 域の境界から離れているときは、 目標速度べク トル V c は捕正さ れず、 通常作業と同じように作業できるとともに、 バゲッ ト 1 c の先端が設定領域内でその境界近傍に近づく と方向変換制御が行 われ、 設定領域の境界に沿つてバケツ ト 1 cの先端を動かすこと ができる。 このため、 バケツ ト 1 cの先端の動き得る領域を制限 した掘削を能率良く行う こ とができる。

また、 フロン ト装置 1 Aの動きが速く、 バゲッ ト 1 cの先端が 設定領域の外に出たと しても、 復元制御によりバケツ ト 1 cの先 端が設定領域に速やかに戻るよう制御されるので、 設定領域の境 界に沿ってバケツ ト先端を正確に動かすことができ、 領域を制限 した掘削を正確に行う こ とができる。

また、 復元制御の前に方向変換制御 （減速制御） が働いている ので、 設定領域に戻るときのショ ッ クが大幅に緩和される。 この ため、 フ ロ ン ト装置 1 Aを速く動かしたときでもバゲッ ト 1 じ の 先端を設定領域の境界に沿って滑らかに動かすことができ、 領域 を制限した掘削を円滑に行う ことができる。

更に、 復元制御では設定領域の境界に沿つた方向の速度成分は 減じられないので、 設定領域外においてもバケツ ト 1 cの先端を 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、 そ のとき、 バケツ ト 1 cの先端と設定領域の境界との距離 Y _aが小 さ く なるにしたがつて設定領域の境界に接近する方向のべク トル 成分を小さ くするように補正するので、 設定領域から戻るときの 動きが一層滑らかとなる。

また、 以上のようにバケツ ト 1 cの先端を設定領域の境界に沿 つて滑らかに動かすことができる結果、 バゲッ ト 1 cを手前に引 く ように動かせば、 あたかも設定領域の境界に沿つた軌跡制御を 行っているかのような掘削が可能となる。

また、 比例電磁弁 1 0 a , 1 0 b , 1 1 a , l i b及びシャ ト ル弁 1 2をパイロッ トライ ン 4 4 a , 4 4 b , 4 5 a , 4 5 bに 組み込み、 パイロ ッ ト圧を制御して方向変換制御及び復元制御を 行うので、 領域を制限した掘削を能率良く行える機能を油圧パイ ロ ッ ト方式の操作レバー装置 4 a , 4 bを備えたものに容易に付 加することができる。

更に、 油圧パイロ ッ ト方式の操作レバー装置 4 a， 4 bを備え た油圧ショベルにおいて、 アーム用の操作レバー 1本で設定領域 の境界に沿つた掘削作業を行う ことができる。

第 2の実施例

本発明の第 2の実施例を図 1 6〜図 2 3により説明する。 本実 施例はモー ドを切換えることで仕上げ精度が必要なときはゆつ く り と動かせるようにしたものである。 図 1 6及び図 1 7中、 図 1 及び図 4に示す部材及び機能と同等のものには同じ符号を付して いる。

図 1 6において、 本実施例の領域制限掘削制御装置は、 第 1の 実施例の構成に加えて作業モ一 ドを選択するモー ドスィ ツチ 2 0 を備えている。 作業モー ドと しては通常作業時に選択される通常 モー ドと、 仕上げ精度が必要な作業時に選択される仕上げモー ド とがあり、 オペレータがモー ドスイ ッチ 2 0を操作することによ りいずれかのモー ドが選択可能である。 モー ドスィ ツチ 2 0の選 択信号は制御ュニッ ト 9 Aに入力される。

制御ュニッ ト 9 Aは、 図 1 7に示すように、 方向変換制御部 9 e A及び復元制御部 9 g Aにおいて、 モー ドスィ ツチ 2 0からの 選択信号をさ らに用いて目標速度べク トルを補正する。 方向変換制御部 9 e Aでは、 バケツ ト 1 cの先端が設定領域内 でその境界近傍にあり、 目標速度ベク トル V cが設定領域の境界 に接近する方向の成分を持つ場合、 垂直なべク トル成分を設定領 域の境界に近づく につれて減じるとと もに、 モー ドスイ ッチ 2 0 が仕上げモー ドを選択しているときは、 目標速度べク トルの設定 領域の境界に沿つた方向のべク トル成分が通常モー ドを選択して いるときより も小さ く なるように補正する。

図 1 8に方向変換制御部 9 e Aでの制御内容をフローチャー ト で示す。 まず、 手順 1 2 0において、 目標速度べク トル V cの設 定領域の境界に対して垂直な成分、 すなわち X a Y a座標系での Y a座標値 V c yの正負を判定し、 正の場合はバケツ ト先端が設 定領域の境界から離れる方向の速度べク トルであるので、 手順 1 2 1 に進み、 目標速度ベク トル V cの Y a座標値 V c yをそのま ま捕正後のべク トル成分 V c y a とする。 負の場合はバケツ ト先 端が設定領域の境界に接近する方向の速度べク トルであるので、 手順 1 2 2に進み、 第 1の実施例と同様に方向変換制御のため目 標速度べク トル V cの Y a座標値 V c yに係数 hを乗じた値を捕 正後のべク トル成分 V c y a とする。

次に、 手順 1 2 3において、 モー ドスィ ッチ 2 0が通常モー ド を選択しているか否かを判定し、 通常モー ドを選択している場合 は手順 1 2 4に進み、 目標速度ベク トル V cの X a座標値 V c x をそのまま補正後のべク トル成分 V c x a とする。 通常モー ドを 選択していない場合は仕上げモー ドを選択しているので、 手順 1 2 5に進み、 仕上げ制御のため目標速度べク トル V cの X a座標 値 V c Xに係数 pを乗じた値を補正後のべク トル成分 V c X a と する。

ここで、 係数 pは図 1 9に示すように、 バケツ ト 1 cの先端と 設定領域の境界との距離 Y aが設定値 Y a 1 より大きいときは 1 であり、 距離 Y aが設定値 Y a 1 より小さ く なると、 距離 Y aが 小さ く なるにしたがって 1 より小さ く なり、 距離 Y aが 0になる と、 すなわちバケツ ト先端が設定領域の境界上に達すると 1以下 の所定値 α となる値であり、 制御ュニッ ト 9 Αの記憶装置にはこ のような P と Y aの関係が記憶されている。

方向変換制御部 9 e Aでは、 領域設定演算部 9 aで先に求めた X Y座標系から X a Y a座標系への変換デ一夕を用いて、 フロ ン ト姿勢演算部 9 bで求めたバケツ ト 1 cの先端位置を X a Y a座 標系に変換し、 その Y a座標値からバケツ ト 1 cの先端と設定領 域の境界との距離 Y aを求め、 この距離 Y aから図 1 9の関係を 用いて係数 Pを求める。

以上のように目標速度べク トル V cの垂直方向のべク トル成分 V c yに加え平行方向のべク トル成分 V e x も補正することによ り、 仕上げモー ドを選択した場合は、 距離 Y aに応じてバケツ ト 先端の設定領域境界面に沿つた方向の動きが減速されるので、 パ ケッ ト先端を設定領域の境界に沿ってゆつ く り と動かし、 精度の 良い仕上げ作業を行う ことができる。 また、 バゲッ ト先端が設定 領域の境界に接近するときも離れるときも目標速度べク トル V c の垂直方向のべク トル成分 V c yが減じられるので、 ブームとァ ームを同時に操作したとき、 ブームを上げても下げても設定領域 の境界に沿つた速度変化が少ないので、 極めて操作性が良く なる, 図 2 0に方向変換制御部 9 e Aでの制御の他の例をフローチヤ ー トで示す。 この例では、 手順 1 2 0において、 目標速度べク ト ル V cの設定領域の境界に対して垂直な成分 （目標速度べク トル V cの Y a座標値） V c yが負と判定されると手順 1 2 2 Aに進 み、 第 1の実施例の図 1 2における手順 1 0 2 Aと同様に V c y と （Y a) の小さい方を補正後のベク トル成分 V c y aとする _c また、 手順 1 2 3において、 モー ドスィ ッチ 2 0が通常モー ド を選択していないと判定されると手順 1 2 5 Aに進み、 制御ュニ ッ ト 9 Aの記憶装置に記憶してある図 2 1に示すような V e x f = f (Y a) の関数関係からバゲッ ト l cの先端と設定領域の境 界との距離 Y aに対応する減速した X a座標値 V e x f を求め、 この X a座標値 V e x f と V e xの小さい方を補正後のべク トル 成分 V c x aとする。 このようにすると、 バゲッ ト l cの先端を ゆっ く り と動かしているときは、 バケツ ト先端が設定領域の境界 に近付いてもそれ以上は減速されず、 オペレータの操作通りの動 作が得られるという利点がある。

復元制御部 9 g Aでは、 バケツ ト 1 cの先端が設定領域の外に 出たとき、 設定領域の境界からの距離に関係してバケツ ト先端が 設定領域に戻るようにするとともに、 モー ドスィ ッチ 2 0が仕上 げモー ドを選択しているときは、 目標速度べク トルの設定領域の 境界に沿った方向のべク トル成分が通常モー ドを選択していると きより も小さ く なるように補正する。

図 2 2に復元制御部 9 g Aでの制御内容をフローチヤ一 卜で示 す。 まず、 手順 1 3 0において、 バゲッ ト 1 cの先端と設定領域 の境界との距離 Y aの正負を判定し、 距離 Y aが正の場合、 バゲ ッ ト先端がまだ設定領域内にあるので手順 1 3 1に進み、 先に説 明した方向変換制御を優先するため目標速度べク トル V cの Y a 座標値 V c y aを 0とする。 負の場合はバケツ ト先端が設定領域 の境界の外に出たので、 手順 1 3 2に進み、 第 1の実施例と同様 に復元制御のためバゲッ ト先端と設定領域の境界との距離 Y aに 係数— Kを乗じた値を補正後のべク トル成分 V c y aとする。

次に、 手順 1 3 3において、 モー ドスイ ッチ 2 0が通常モ一 ド を選択しているか否かを判定し、 通常モー ドを選択している場合 は手順 1 3 4に進み、 方向変換制御を優先するため目標速度べク トル V cの X a座標値 V c x aを 0 とする。 通常モー ドを選択し ていない場合は仕上げモー ドを選択しているので、 手順 1 3 5に 進み、 X a座標値 V e xに係数 Pを乗じた値を補正後のべク トル 成分 V c X a とする。

こ こで Pは 1以下の定数であつても良いが、 好ま しく は、 図 2 3に示すように、 バゲッ ト 1 cの先端と設定領域の境界との距離

Y aが設定値 Y a 2より大きいときは 1であり、 距離 Y aが設定 値 Y a 2より小さ く なると、 距離 Y aが小さ く なるにしたがつて 1 より小さ く なり、 距離 Y aが 0になると、 すなわちバケツ ト先 端が設定領域の境界上に達すると 1以下の所定値 α となる値であ り、 制御ュニッ ト 9 Αの記憶装置にはこのような Ρ と Y aの関係 が記憶されている。

以上のように目標速度べク トル V cの垂直方向のべク トル成分

V c yに加え平行方向のべク トル成分 V c X も捕正するこ とによ り、 仕上げモー ドを選択した場合は復元制御においても距離 Y a に応じてバケツ ト先端の設定領域境界面に沿った方向の動きが減 速されるので、 バケツ ト先端を設定領域の境界に沿ってゆつ く り と動かし、 精度の良い仕上げ作業を行う ことができる。

本実施例によれば、 モー ドスィ ッチ 2 0で選択したモ一 ドに応 じて作業速度の設定が行えるため、 精度を重視した仕上げ作業と 作業速度を選択して行う ことができる。 このため、 作業の種類に 応じてモ一 ドを使い分け、 仕上げ精度が必要なときはゆつ く り と 動かし、 仕上げ精度があま り必要ではなく作業速度が重要なとき は速く動かし、 作業能率を向上できる。

第 3の実施例 本発明の第 3の実施例を図 2 4〜図 2 7により説明する。 本実 施例はフロ ン ト装置のリ ーチが長く なる作業姿勢での制御精度を 向上させたものである。 図 2 4中、 図 4に示す機能と同等のもの には同じ符号を付している。

本実施例の領域制限掘削制御装置のはハー ド構成は第 1の実施 例の図 1 に示すものと同じであり、 制御ュニッ ト 9 Bは、 図 2 4 に示すように、 方向変換制御部 9 e B及び復元制御部 9 g Bの機 能が第 1の実施例のものとは異なる。

方向変換制御部 9 e Bでは、 バケツ ト 1 cの先端が設定領域内 でその境界近傍にあり、 目標速度ベク トル V cが設定領域の境界 に接近する方向の成分を持つ場合、 垂直なべク トル成分を設定領 域の境界に近づく につれて減じるとともに、 フロン ト装置の所定 部位、 例えばバゲッ 卜の先端と車体との距離が長く なると目標速 度べク トルの設定領域の境界に沿った方向のべク トル成分も減じ るように捕正する。

図 2 5に方向変換制御部 9 e Bでの制御内容をフローチヤ一 ト で示す。 図 1 8 との比較から分かるように、 手順 1 2 3 Aのみが 第 2の実施例と異なり、 他は第 2の実施例と同じである。 手順 1 2 3 Aでは、 X Y座標系 （図 5参照） の X軸方向におけるバケツ ト先端の位置 Xが所定値 X 0より小さいか否かを判定し、 小さい 場合 （X < X oの場合） はフロ ン ト装置のリ ーチが長く ない作業 姿勢であるので手順 1 2 4に進み、 目標速度べク トル V cの X a 座標値 V c Xをそのまま補正後のべク トル成分 V c a とする。 位置 Xが所定値 X oより大き く なると （X≥ X oになると） 、 フ ロ ン ト装置のリ 一チが長い作業姿勢であるので手順 1 2 5に進み 作業精度向上のため目標速度べク トル V cの X a座標値 V c Xに 係数 Pを乗じた値を補正後のベク トル成分 V c X a とする。 ここ で、 係数 pは図 1 9に示す第 2の実施例のものと同じである。

以上のように目標速度べク トル V cの垂直方向のべク トル成分 V c yに加え平行方向のべク トル成分 V c X も補正することによ り、 フロ ン ト装置のリ ーチが長く なる作業姿勢では、 距離 Y a に 応じてバケツ ト先端の設定領域境界面に沿った方向の動きが減速 されるので、 フロ ン ト装置のリ ーチが長く ても 'パケッ ト先端を設 定領域の境界に沿ってゆつ く り と動かし、 精度の良い作業を行う ことができる。 また、 バゲッ ト先端が設定領域の境界に接近する ときも離れるときも目標速度べク トル V cの垂直方向のべク トル 成分 V c yが減じられるので、 ブームとアームを同時に操作した とき、 ブームを上げても下げても設定領域の境界に沿った速度変 化が少ないので、 極めて操作性が良く なる。

図 2 6に方向変換制御部 9 e Bでの制御の他の例をフローチヤ ー トで示す。 この例は、 図 2 0 に示す手順 1 2 3を図 2 5の手順 1 2 3 Aに変えたものであり、 他は図 2 0 と同じである。 この例 では、 X≥ X oになると手順 1 2 5 Aに進み、 X a座標値 g ( Y a ) と V c Xの小さい方を補正後のべク トル成分 V c X a とする, このよ うにすると、 バゲッ ト 1 cの先端をゆつ く り と動かしてい るときは、 バケツ ト先端が設定領域の境界に近付いてもそれ以上 は減速されず、 オペレ一夕の操作通りの動作が得られるという利 力 める。

復元制御部 9 g Bでは、 バゲッ ト 1 cの先端が設定領域の外に 出たとき、 設定領域の境界からの距離に関係してバケツ ト先端が 設定領域に戻るようにするとともに、 フロ ン ト装置の所定部位、 例えばバゲッ トの先端と車体との距離が長く なると目標速度べク トルの設定領域の境界に沿った方向のべク トル成分を減じるよう に補正する。 図 2 7に復元制御部 9 g Bでの制御内容をフローチヤ一トで示 す。 図 2 2との比較から分かるように、 手順 1 3 3 Aのみが第 2 の実施例と異なり、 他は第 2の実施例と同じである。 手順 1 3 3 Aでは、 図 2 5の手順 1 2 3 Aと同様に XY座標系 （図 5参照） の X軸方向におけるバゲッ ト先端の位置 Xが所定値 X 0より小さ いか否かを判定し、 小さい場合 （X < X oの場合） は手順 1 3 4 に進み、 目標速度べク トル V cの X a座標値 V e xを 0と し、 X ≥ X oになると手順 1 3 5に進み、 作業精度向上のため目標速度 ベク トル V cの X a座標値 V c Xに係数 Pを乗じた値を捕正後の べク トル成分 V c X a とする。

以上のように目標速度べク トル V cの垂直方向のべク トル成分 V c yに加え平行方向のべク トル成分 V e xも捕正することによ り、 フロ ン ト装置のリ ーチが長く なる作業姿勢では、 復元制御で も距離 Y aに応じてバゲッ ト先端の設定領域境界面に沿つた方向 の動きが減速されるので、 バケツ ト先端を設定領域の境界に沿つ てゆつ く り と動かし、 精度の良い作業を行う ことができる。

本実施例によれば、 フロ ン ト装置 1 Aが最大リーチ付近にある 場合のように、 ブームシ リ ンダ 3 a及びアームシ リ ンダ 3 bの伸 縮量に対してフロ ン ト装置の回動角の変化 （バケツ ト先端の変位） が大きい作業姿勢では、 設定領域の境界に沿った方向のバケツ ト 先端の移動速度が減じられるので、 制御精度を向上することがで さる。

第 4の実施例

本発明の第 4の実施例を図 2 8〜図 3 2により説明する。 本実 施例は操作レバー装置と して電気レバー装置を用いた油圧ショべ ルに本発明を適用したものである。 図中、 図 1に示す部材と同等 の部材には同じ符号を付している。 図 2 8において、 油圧シ ョベルの油圧駆動装置は、 ブームシ リ ンダ 3 a、 アームシ リ ンダ 3 b、 ノ ケッ ト シ リ ンダ 3 c、 旋回モ 一夕 3 d及び左右の走行モータ 3 e， 3 f (複数の油圧ァクチュ エータ） のそれぞれに対応して設けられた複数の操作レバ一装置 1 4 a〜 1 4 f と、 油圧ポンプ 2 と複数の油圧ァクチユエ一夕 3 a〜 3 f 間に接続され、 操作レバー装置 1 4 a〜 1 4 f の操作信 号によって制御され、 油圧ァクチユエ一夕 3 a〜 3 f に供給され る圧油の流量を制御する複数の流量制御弁 1 5 a〜 1 5 f とを有 している。 操作レバ一装置 1 4 a〜 l 4 f は操作信号と して電気 信号 （電圧） を出力する電気レバ—方式であり、 流量制御弁 1 5 a〜 1 5 f は両端に電気油圧変換手段、 例えば比例電磁弁を備え た電磁駆動部 3 0 a , 3 0 b〜 3 5 a， 3 5 bを有し、 操作レバ —装置 1 4 a〜 1 4 f からオペレー夕の操作量と操作方向に応じ た電気信号が対応する流量制御弁 1 5 a〜 1 5 f の電磁駆動部 3 0 a , 3 0 b〜 3 5 a， 3 5 bに供袷される。

また、 本実施例の領域制限掘削制御装置は、 操作レバ一装置 1 4 a〜 1 4 f の操作信号 （電気信号） 、 設定器 7の設定信号及び 角度検出器 8 a， 8 b , 8 cの検出信号を入力し、 バゲッ ト l c の先端が動き得る掘削領域を設定すると共に操作信号の補正を行 う制御ュニッ ト 9 Cとから構成されている。

制御ュニッ ト 9 Cは領域設定部と領域制限掘削制御部とを有し. 領域設定部では、 設定器 7からの指示でバゲッ ト 1 cの先端が動 き得る掘削領域の設定演算を行う。 その内容は図 5を用いて説明 した第 1の実施例の領域設定演算部 9 a と同じであり、 X Y座標 系から X a Y a座標系への変換データを求める。

制御ュニッ ト 9 Cの領域制限掘削制御部では領域設定部で設定 した領域に基づいて図 2 9に示すフローチヤ一 トによりフロ ン ト 装置 1 Aの動き得る領域を制限する制御を行う。 以下、 図 2 9に 示すフローチヤ 一 トによ り領域制限掘削制御部の制御機能を明ら かにしつつ、 本実施例の動作を説明する。

まず、 手順 2 0 0 において、 操作レバ一装置 1 4 a〜 l 4 の 操作信号を入力し、 手順 2 1 0において、 角度検出器 8 a， 8 b， 8 cにより検出したブーム 1 a， アーム l b及びバケツ ト 1 cの 回動角を入力する。

次に手順 2 5 0において、 検出した回動角な， β， 7 と制御ュ ニッ ト 9 cの記憶装置に記憶してあるフロ ン ト装置 1 Αの各部寸 法とに基づきフロ ン ト装置 1 Aの所定部位の位置、 例えばバケツ ト 1 cの先端位置を計算する。 このとき、 バケツ ト 1 cの先端位 置は、 まず、 第 1の実施例の領域設定演算部 9 a と同様の方法で X Y座標系 （図 5参照） の値と して計算し、 次いでこの X Y座標 系の値を上記領域設定部で求めた変換データを用いて X a Y a座 標系 （図 5参照） の値に変換することにより、 X a Y a座標系の 値と して求める。

次に手順 2 6 0において、 フロ ン ト装置 1 A用の操作レバ一装 置 1 4 a〜 l 4 cの操作信号が指令するバケツ ト 1 cの先端の目 標速度べク トル V cを計算する。 こ こで、 制御ュニッ ト 9 c の記 憶装置には、 更に、 操作レバ一装置 1 4 a〜 1 4 cの操作信号と 流量制御弁 1 5 a〜 1 5 cの供給流量との関係が記憶されており . 操作レバー装置 1 4 a〜 l 4 cの操作信号から対応する流量制御 弁 1 5 a〜 1 5 cの供給流量を求め、 この供給流量の値から油圧 シリ ンダ 3 a〜 3 cの目標駆動速度を求め、 この目標駆動速度と フロ ン ト装置 1 Aの各部寸法を用いてバゲッ ト先端の目標速度べ ク トル V cを演算する。 このとき、 目標速度ベク トル V c は、 手 順 2 5 0でのバゲッ ト先端位置の計算と同様、 まず、 X Y座標系 の値と して計算し、 次ぎにこの値を上記領域設定部で求めた X Y 座標系から X a Y a座標系への変換データを用いて X a Y a座標 系の値に変換し、 X a Y a座標系の値と して求める。 こ こで、 X a Y a座標系での目標速度べク トル V cの X a座標値 V e xは目 標速度べク トル V cの設定領域の境界に平行な方向のべク トル成 分となり、 Y a座標値 V c yは目標速度ベク トル V cの設定領域 の境界に垂直な方向のべク トル成分となる。

次に手順 2 7 0において、 バゲッ ト 1 cの先端が上記のように 設定した図 3 0に示すような設定領域内の境界近傍の領域である 減速領域 （方向変換領域） にあるか否かを判定し、 減速領域にあ る場合には手順 2 8 0に進みフロン ト装置 1 Aの減速を行うよう 目標速度べク トル V cを捕正し、 減速領域にないときには手順 2 9 0に進む。

次に手順 2 9 0において、 バゲッ ト 1 cの先端が上記のように 設定した図 3 0に示すような設定領域外にあるか否かを判定し、 設定領域外にある場合には手順 3 0 0に進み、 バケツ ト 1 cの先 端が設定領域に戻るよ うに目標速度べク トル V cを捕正し、 設定 領域外にないときには手順 3 1 0に進む。

次に手順 3 1 0において、 手順 2 8 0又は 3 0 0で得た補正後 の目標速度べク トル V c a に対応する流量制御弁 1 5 a〜 l 5 c の操作信号を計算する。 これは、 手順 2 6 0における目標速度べ ク トル V cの計算の逆演算である。

次に手順 3 2 0において、 手順 2 0 0で入力した操作信号又は 手順 3 1 0で計算した操作信号を出力し、 はじめに戻る。

こ こで、 手順 2 7 0における減速領域 （方向変換領域） にある か否かの判定及び手順 2 8 0における減速制御のための目標速度 べク トル V cの補正について説明する。 制御ュニッ ト 9 C軒奥装置には、 減速領域の範囲を設定する値 と して図 3 0に示すような設定領域の境界からの距離 Y a 1が記 憶されている。 手順 2 7 0では、 手順 2 5 0で得たバケツ ト 1 c の先端位置の Y a座標値から当該先端位置と設定領域の境界との 距離 D 1を求め、 この距離 D 1が距離 Y a 1 より小さ く なると減 速領域に侵入したと判定する。

また、 制御ュニッ ト 9 Cの記憶装置には、 図 3 1 に示すような 設定領域の境界とバケツ ト 1 cの先端との距離 D 1 と減速べク ト ル係数 h との関係が記憶されている。 この距離 D 1 と係数 h との 関係は、 距離 D 1が距離 Y a 1 より も大きいときは h = 0であり - D 1が Y a 1 より も小さ く なると、 距離 D 1が減少するにしたが つて減速べク トル係数 hが増大し、 距離 D 1 = 0で h = l となる ように設定されている。

手順 2 8 0では、 手順 2 6 0で計算したバケツ ト 1 cの先端の 目標速度べク トル V cの設定領域の境界に接近する方向のべク ト ル成分である設定領域の境界に対し垂直方向のべク トル成分、 す なわち X a Y a座標系における Y a座標値 V c yを減じるように 目標速度べク トル V cを補正する。 具体的には、 記憶装置に記憶 した図 3 1 に示す関係から手順 2 7 0で求めた距離 D 1 に対応す る減速べク トル係数 hを計算し、 この減速べク トル係数 hを目標 速度べク トル V cの Y a座標値 （垂直方向のべク トル成分） V c yに乗じ、 更に一 1を乗じて減速べク トル V R ( = - h V c y ) を求め、 V c yに V Rを加算する。 ここで、 減速ベク トル V Rは バゲッ ト 1 cの先端と設定領域の境界との距離 D 1が Y a 1 より 小さ く なるにしたがって大き く なり、 D 1 = 0で V R =— V c y となる V c yの逆方向の速度べク トルである。 このため、 減速べ ク トル V Rを目標速度べク トル V cの垂直方向のべク トル成分 V c yに加算することにより、 距離 D 1が Y a 1 より小さ く なるに したがって垂直方向のべク トル成分 V c yの減少量が大き く なる ようべク トル成分 V c yが減じられ、 目標速度ベク トル V c は目 標速度べク トル V c a に捕正される。

バケツ ト 1 cの先端が上記のような補正後の目標速度べク トル

V c aの通りに減速制御されたときの軌跡は第 1の実施例で図 1 1を用いて説明したのと同じである。 すなわち、 目標速度べク ト ル V cが斜め下方に一定であるとすると、 その平行成分 V c Xは —定となり、 垂直成分 V c yはバゲッ ト l cの先端が設定領域の 境界に近づく にしたがって （距離 D 1が Y a 1 より小さ く なるに したがって） 小さ く なる。 補正後の目標速度べク トル V c aはそ の合成であるので、 軌跡は図 1 1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。 また、 D 1 = 0で h = l、 V R =— V c y となるので、 設定領域の境界上での補正後の目標 速度べク トル V c aは平行成分 V c Xに一致する。

このように手順 2 8 0における減速制御では、 バゲッ ト 1 cの 先端の設定領域の境界に接近する方向の動きが減速されることに より、 結果と してバケツ ト 1 cの先端の移動方向が設定領域の境 界に沿つた方向に変換される。

手順 2 9 0における設定領域外にあるか否かの判定及び手順 3 0 0における設定領域外での復元制御のための目標速度べク トル

V cの補正について説明する。

手順 2 9 0では、 手順 2 5 0で得たバケツ ト 1 cの先端位置の

V a座標値から設定領域外における当該先端位置と設定領域の境 界との距離 D 2を計算し、 この距離 D 2の値が負から正に変わつ たら設定領域外に侵入したと判断する。

また、 制御ュニッ ト 9 Cの記憶装置には、 図 3 2に示すような 設定領域の境界とバゲッ ト 1 cの先端との距離 D 2と復元べク ト ル ARとの関係が記憶されている。 この距離 D 2と復元ベク トル A Rとの関係は、 距離 D 2が減少するにしたがって復元べク トル A Rが増大するように設定されている。 手順 3 0 0では、 手順 2 6 0で計算したバケツ ト 1 cの先端の目標速度べク トル V cの設 定領域の境界に対し垂直方向のべク トル成分、 すなわち X a Y a 座標系の Y a座標値 V c yが設定領域の境界に接近する方向の垂 直成分に変わるよう 目標速度べク トル V cを捕正する。 具体的に は、 垂直方向のべク トル成分 V c yをキャ ンセルするように V c yの逆方向べク トル A c yを加算して、 平行成分 V e xを抽出す る。 この補正によってバゲッ ト 1 cの先端は設定領域外を更に進 もう とする動作が阻止される。 そして次に、 記憶装置に記憶した 図 3 2に示す関係からそのときの設定領域の境界とバケツ ト 1 c の先端との距離 D 2に相当する復元ベク トル ARを計算し、 この 復元べク トル A Rを目標速度べク トル V cの垂直方向のべク トル 成分 V c y a とする。 ここで、 復元べク トル ARはバケツ ト 1 c の先端と設定領域の境界との距離 D 2が小さ く なるにしたがって 小さ く なる逆方向の速度べク トルである。 このため、 復元べク ト ル A Rを目標速度べク トル V cの垂直方向のべク トル成分 V c y a とすることにより、 距離 D 2が小さ く なるにしたがって垂直方 向のべク トル成分 V c y aが小さ く なる目標速度べク トル V c a に捕正される。

バゲッ ト 1 cの先端が上記のような補正後の目標速度べク トル V c aの通りに復元制御されたときの軌跡は第 1の実施例で図 1 5を用いて説明したのと同じである。 すなわち、 目標速度べク ト ル V cが斜め下方に一定であるとすると、 その平行成分 V c Xは 一定となり、 また復元べク トル A Rは距離 D 2に比例するので垂 直成分はバケツ ト 1 cの先端が設定領域の境界に近づく にしたが つて （距離 D 2が小さ く なるにしたがって） 小さ く なる。 補正後 の目標速度べク トル V c a はその合成であるので、 軌跡は図 1 5 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

O o

このように、 手順 3 0 0における復元制御では、 バケツ ト 1 c の先端が設定領域に戻るように制御されるため、 設定領域外に復 元領域が得られることになる。 また、 この復元制御でも、 バケツ ト 1 cの先端の設定領域の境界に接近する方向の動きが減速され ることにより、 結果と してバケツ ト 1 cの先端の移動方向が設定 領域の境界に沿った方向に変換される。

以上のように構成した本実施例では、 第 1の実施例と同様次の 効果が得られる。 まず、 バゲッ ト 1 cの先端が設定領域の境界か ら離れているときは、 目標速度べク トル V cは補正されず、 通常 作業と同じように作業できるとと もに、 バゲッ ト 1 cの先端が設 定領域内でその境界近傍に近づく と、 目標速度べク トル V cの設 定領域の境界に接近する方向のべク トル成分 （境界対して垂直方 向のべク トル成分） を減じるように捕正されるので、 設定領域の 境界に対して垂直方向の動きが減速制御され、 設定領域の境界に 沿った方向の速度成分は減じられず、 このため図 1 1 に示すよう に設定領域の境界に沿つてバケツ ト 1 cの先端を動かすことがで きる。 このため、 バゲッ ト 1 cの先端の動き得る領域を制限した 掘削を能率良く行う ことができる。

また、 上記のようにバゲッ ト 1 cの先端が設定領域内の境界近 傍で減速制御されるとき、 フロ ン ト装置 1 Aの動きが速いと、 制 御上の応答遅れやフロ ン ト装置 1 Aの慣性によりバケツ ト 1 cの 先端が設定領域外にある程度侵入することがある。 このようなと き、 本実施例では、 バケツ ト 1 cの先端が設定領域に戻るように 目標速度べク トル V cが捕正されるので、 侵入後速やかに設定領 域に戻るよう制御される。 このため、 フロ ン ト装置 1 Aを速く動 かしたときでも設定領域の境界に沿ってバゲッ ト先端を動かすこ 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。

また、 このとき、 上記のように予め減速制御で減速されている ので、 設定領域外への侵入量は減じられ、 設定領域に戻るときの シ ョ ッ クが大幅に緩和される。 このため、 フ ロ ン ト装置 1 Aを速 く動かしたときでもバケツ ト 1 cの先端を設定領域の境界に沿つ て滑らかに動かすことができ、 領域を制限した掘削を円滑に行う ことができる。

更に、 本実施例では、 バケツ ト 1 cの先端が設定領域に戻るよ う制御されるとき、 目標速度ベク トル V cの設定領域の境界に垂 直なべク トル成分を補正し設定領域の境界に接近する方向のべク トル成分に変えるので、 設定領域の境界に沿つた方向の速度成分 は減じられず、 設定領域外においてもバゲッ ト 1 cの先端を設定 領域の境界に沿って滑らかに動かすことができる。 また、 そのと き、 バケツ ト 1 cの先端と設定領域の境界との距離 D 2が小さ く なるにしたがって設定領域の境界に接近する方向のべク トル成分 を小さ くするように補正するので、 図 1 5に示すように補正後の 目標速度べク トル V c a による復元制御の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り、 このため設定領域か ら戻るときの動きが一層滑らかとなる。

また、 バゲッ ト 1 cの先端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結果、 バゲッ ト 1 cを手前に引く ように動か せば、 あたかも設定領域の境界に沿つた軌跡制御を行っているか のよ うな掘削が可能となる。 更に、 目標速度べク トルを補正し、 その補正した目標速度べク トルが得られるよう操作信号を捕正するので、 アーム用の操作レ バー装置 1 4 bを 1本操作しただけでもバケツ ト 1 cの先端が設 定領域の境界に近付けば操作信号が捕正され、 バケツ トの先端を 設定領域の境界に沿つて動かすことができる。

第 5の実施例

本発明の第 5の実施例を図 3 3及び図 3 4により説明する。 本 実施例はフロ 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 して角度検出器以外の検出手段を用いたものである。

図 3 3において、 本実施例の制御装置はブーム 1 a、 アーム 1 b及びバケツ ト 1 cの回動角を検出する角度検出器 8 a〜 8 じの 代わりに、 油圧シ リ ンダ 3 a， 3 b， 3 cのス ト ローク （変位） を検出する変位検出器 1 0 a , 1 0 b , 1 0 cを備えている。 制 御ュニッ ト 9 Dでは、 図 3 4の手順 2 1 0 Aにおいて、 変位検出 器 1 0 a〜 1 0 cにより検出した油圧シリ ンダ 3 a , 3 b , 3 c の変位を入力し、 手順 2 5 0 Aにおいて、 その油圧シ リ ンダ 3 a , 3 b， 3 cの変位と予め記憶したフロ ン ト装置 1 Aの各部寸法と からブーム 1 a、 アーム 1 b及びバケツ ト 1 cの回動角 α, β , 7を計算し、 第 1の実施例と同様にフロ ン ト装置 1 Αの位置と姿 勢の計算を行う。

本実施例によっても、 第 4の実施例と同様に減速制御 （方向変 換制御） 及び復元制御が行え、 第 4の実施例と同様の効果が得ら れる。

第 6の実施例

本発明の第 6の実施例を図 3 5及び図 3 6によ り説明する。 本 実施例は第 4の実施例においてフロ 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 して更に車体の傾斜角を検出する 傾斜角検出器を備えたものである。

図 3 5において、 本実施例の制御装置は、 ブーム 1 a、 アーム 1 b及びバケツ ト 1 cの回動角を検出する角度検出器 8 a〜 8 c に加え、 車体 I Bの前後方向の傾斜角 0を検出する傾斜角検出器 8 dを備えている。 制御ュニッ ト 9 Eでは、 図 3 6の手順 2 2 0 において、 傾斜角検出器 8 dにより検出した車体 1 Bの傾斜角 Θ を入力し、 手順 2 5 0 Bにおいて、 ブーム l a、 アーム l b及び バケツ ト 1 cの回動角と車体 1 Bの傾斜角とからフロ ン ト装置 1 Aの位置と姿勢の計算を行う。

すなわち、 第 1の実施例で図 6を用いて説明したように、 領域 設定時の車体 1 Bの姿勢と掘削時の車体 1 Bの姿勢がと もに水平 であれば、 車体 1 Bに固定した X Y座標系と地面との相対位置関 係は変化せず、 設定通りの領域制限掘削が行える。 しかし、 作業 環境によつては掘削時に車体が前後方向に傾斜することがあり、 この場合、 車体 1 Bに固定した X Y座標系と地面との相対位置関 係が変化し、 設定通りの領域制限掘削が行えなく なる。 そこで、 本実施例では傾斜角 を検出し、 X Y座標系を角度 0回転させた X b Y b座標系 （図 6参照） で制御演算を行う。 これにより、 新 たな X b Y b座標系の向きと領域設定時の X Y座標系の向きが同 じとなり、 車体の傾きによらず設定通りの領域制限掘削が行える, 本実施例によれば、 傾斜角検出器 8 dを設置することにより、 車体の傾きによらず、 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。

第 7の実施例

本発明の第 7の実施例を図 3 7及び図 3 8により説明する。 本 実施例はフロ 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 して更に上部旋回体の旋回角を検出する角度検出器を用 いたものである。

図 3 7において、 本実施例の制御装置は、 ブーム 1 a、 アーム 1 b及びバケツ ト 1 cの回動角を検出する角度検出器 8 a〜 8 c に加え、 車体 1 Bの傾斜角 0を検出する傾斜角検出器 8 d と、 上 部旋回体 1 dの旋回角度を検出する角度検出器 8 e とを備えてい る。 また、 設定器 7では、 X Y Z座標系を用いて Z方向、 すなわ ち車体 1 Bの横方向にも掘削領域の境界を設定する。

制御ュニッ ト 9 Fでは、 図 3 8の手順 2 2 0において、 傾斜角 検出器 8 dによ り検出した車体 1 Bの傾斜角 0を入力し、 手順 2 3 0において角度検出器 8 e により検出した上部旋回体 1 dの旋 回角を入力し、 手順 2 5 0 Cにおいて、 ブーム l a、 アーム l b 及びバケツ ト 1 cの回動角と車体 1 Bの傾斜角と上部旋回体 1 d の旋回角とからフロ ン ト装置 1 Aの位置と姿勢の計算を行う。

また、 手順 2 6 0 Cでは、 フロ ン ト装置 1 A用の操作レバー装 置 1 4 a〜 l 4 c と旋回用の操作レバ一装置 1 4 d との操作信号 が指令するバゲッ ト 1 cの先端の目標速度べク トル V c sを計算 する。 こ こで、 操作レバー装置 1 4 a〜 1 4 dの操作信号と流量 制御弁 1 5 a〜 1 5 dの供給流量との関係、 フロン ト装置 1 Aの 各部寸法及び旋回中心とフロ ン ト装置 1 Aとの距離を制御ュニッ ト 9 Fの記憶装置に予め記憶しておき、 操作レバー装置 1 4 a〜 1 4 dの操作信号から対応する流量制御弁 1 5 a〜 1 5 dの供給 流量を求め、 この供給流量の値から油圧シリ ンダ 3 a〜 3 c及び 旋回モータ 3 dの目標駆動速度を求め、 この目標駆動速度と上記 の各部寸法等を用いてバケツ ト先端の目標速度べク トル V c s を 算する。

更に、 手順 3 1 0 Cでは、 手順 2 8 0又は 3 0 0で得た補正後 の目標速度べク トル V c s aに対応する流量制御弁 1 5 a〜 l 5 dの操作信号を計算する。 これは、 手順 2 6 0 Cにおける目標速 度べク トル V c sの計算の逆演算である。

本実施例によれば、 上部旋回体 1 dの旋回角を検出する角度検 出器 8 eを更に設置したので、 フロ ン ト装置 1 Aが可動する垂直 面内だけでなく、 旋回半径内で横方向にも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。

第 8の実施例

本発明の第 8の実施例を図 3 9及び図 4 0により説明する。 本 実施例はフロ 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 して更に車体の位置と姿勢の検出器を用いたものである < 図 3 9において、 本実施例の制御装置は、 ブーム 1 a、 アーム 1 b及びバケツ ト 1 cの回動角を検出する角度検出器 8 a〜 8 c に加え、 車体 1 Bの傾斜角、 上部旋回体 1 dの旋回角及び車体 1 Bの位置を検出するジャイ ロ等の位置 · 姿勢検出器 8 f を備えて いる。 また、 設定器 7では、 地面に固定された X Y Z座標系を用 いて地面の所望の範囲に掘削領域の境界を設定する。

制御ュニッ ト 9 Gでは、 図 4 0の手順 2 4 0 において、 位置 · 姿勢検出器 1 ί により検出した車体 1 Bの傾斜角、 上部旋回体 1 dの旋回角及び車体 1 Bの位置を入力し、 手順 2 5 0 Dにおいて. ブーム 1 a、 アーム 1 b及びバケツ ト 1 cの回動角と車体 1 Bの 傾斜角、 上部旋回体 1 dの旋回角及び車体 1 Bの位置とからフロ ン ト装置 1 Aの位置と姿勢の計算を行う。

また、 手順 2 6 0 Dでは、 フロ ン ト装置 1 A用の操作レバ一装 置 1 4 a〜 l 4 c と旋回用の操作レバ一装置 1 4 d と走行用の操 作レバー装置 1 4 e， 1 4 f の操作信号が指令するバケツ ト 1 c の先端の目標速度ベク トル V c uを計算する。 こ こで、 操作レバ —装置 1 4 a〜 l 4 f の操作信号と流量制御弁 1 5 a〜 l 5 ί の 供給流量との関係、 フロ ン ト装置 1 Aの各部寸法、 旋回中心とフ ロ ン ト装置 1 Aとの距離、 XY Z座標系の原点と車体 1 Bの初期 位置との関係を制御ュニッ ト 9 Gの記憶装置に予め記憶しておき- 操作レバー装置 1 4 a〜 l 4 f の操作信号から対応する流量制御 弁 1 5 a〜 l 5 f の供給流量を求め、 この供給流量の値から油圧 シリ ンダ 3 a〜 3 c、 旋回モー夕 3 d及び走行モ一タ 3 e， 3 f の目標駆動速度を求め、 この目標駆動速度と上記の各部寸法等を 用いてバケツ ト先端の目標速度べク トル V c uを演算する。

更に、 手順 3 1 0 Dでは、 手順 2 8 0又は 3 0 0で得た補正後 の目標速度べク トル V c u aに対応する流量制御弁 1 5 a〜 l 5 f の操作信号を計算する。 これは、 手順 2 6 0 Dにおける目標速 度べク トル V c uの計算の逆演算である。

本実施例によれば、 車体の位置と姿勢の検出器を更に設置した ので、 フロ ン ト装置 1 Aが可動する垂直面内だけでなく、 地面上 のあらゆる方向における所望の範囲で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。

その他の実施例

本発明の更に他の実施例を図 4 1及び図 4 2を用いて説明する, 今までの実施例では、 ブーム、 アーム及びバゲッ トの 3折リ ンク 構造からなるフロ ン ト装置を有する油圧シ ョベルについて説明し たが、 この他に油圧ショベルにはフロン ト装置の異なる種々のタ イブがあり、 本発明はこれら別のタイプの油圧ショベルにも適用 可能である。

図 4 1はブームを横方向に揺動可能と したオフセッ ト式油圧シ ョベルを示す。 この油圧シ ョベルは、 垂直方向に回動する第 1ブ ーム 1 0 0 a及び第 1ブーム 1 0 0 aに対して水平方向に揺動す る第 2ブーム 1 0 O bからなるオフセッ トブーム 1 0 0と、 第 2 ブーム 1 0 0 bに対して垂直方向に回動するアーム 1 0 1及びバ ケッ ト 1 0 2からなる多関節型のフロ ン ト装置 1 Cを備えている _c 第 2 ブーム 1 0 0 bの側部にはこれと平行にリ ンク 1 0 3が位置 し、 その一端は第 1 ブーム 1 0 0 aにピン結合され、 他端はァ一 ム 1 0 1にピン結合されている。 第 1 ブーム 1 0 0 a は図 2に示 す油圧ショベルのブームシリ ンダ 3 a と同様な第 1 ブ一ムシリ ン ダ （図示せず） により駆動され、 第 2 ブーム 1 0 0 b、 アーム 1 0 1、 バゲッ ト 1 0 2はそれぞれ第 2ブームシリ ンダ 1 0 4、 ァ 一ムシリ ンダ 1 0 5、 バケツ ト シリ ンダ 1 0 6によりそれぞれ駆 動される。 このような油圧ショベルでは、 フロ ン ト装置 1 cの位 置と姿勢に関する状態量を検出する手段と して、 第 1の実施例の 角度検出器 8 a , 8 b， 8 c及び傾斜角検出器 8 dに加え、 第 2 ブーム 1 0 0 bの揺動角 （オフセッ ト量） を検出する角度検出器 1 0 7を設け、 この検出信号を例えば図 4に示す制御ュニッ ト 9 のフロ ン ト姿勢演算部 9 bに更に入力してブームの長さ （第 1 プ —ム 1 0 0 aの基端から第 2ブーム 1 0 0 bの先端までの距離） を補正するこ とにより、 第 1〜第 8の実施例と同様に本発明を適 用する こ とができる。

図 4 2はブームを 2分割した 2 ピースブーム式油圧ショベルを 示す。 この油圧シ ョベルは、 それぞれ垂直方向に回動する第 1 ブ ーム 2 0 0 a、 第 2 ブーム 2 0 0 b、 アーム 2 0 1及びバゲッ ト 2 0 2からなる多関節型のフロ ン ト装置 1 Dを備えている。 第 1 ブーム 1 0 0 a、 第 2 ブーム 2 0 0 b、 アーム 2 0 1及びバケツ ト 2 0 2はそれぞれ第 1 ブームシリ ンダ 2 0 3、 第 2 ブームシリ ンダ 2 0 4、 アームシ リ ンダ 2 0 5、 バケ ツ ト シ リ ンダ 2 0 6に よりそれぞれ駆動される。 このような油圧シ ョベルでも、 フロン ト装置 1 cの位置と姿勢に関する状態量を検出する手段と して、 第 1の実施例の角度検出器 8 a , 8 b， 8 c及び傾斜角検出器 8 dに加え、 第 2 ブーム 2 0 0 bの回動角を検出する角度検出器 2 0 7を設け、 この検出信号を例えば図 4 に示す制御ユニッ ト 9の フロ ン ト姿勢演算部 9 bに更に入力してブームの長さ （第 1 ブー ム 2 0 0 aの基端から第 2 ブーム 2 0 O bの先端までの距離） を 補正するこ とにより、 第 1〜第 8の実施例と同様に本発明を適用 することができる。

なお、 以上の実施例では、 フロ ン ト装置の所定部位と してバゲ 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 端ピンを所定部位と してもよい。 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。

また、 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 1 5 a〜 1 5 f 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。

また、 バケツ ト先端と設定領域の境界との距離と減速べク トル との関係及び復元べク トルとの関係は上記実施例の関係に限らず. 種々の設定が可能である。

更に、 バケツ ト先端が設定領域の境界から離れているときは、 目標速度べク トルをそのまま出力したが、 この場合でも別の目的 をもって当該目標速度べク トルを捕正してもよい。

また、 目標速度ベク トルの設定領域の境界に接近する方向のベ ク トル成分は設定領域の境界に対し垂直方向のべク トル成分と し たが、 設定領域の境界に沿った方向の動きが得られれば、 垂直方 向からずれていてもよい。

また、 第 2及び第 3の実施例では油圧パイロッ ト方式の操作レ バー装置を持つ油圧ショベルに適用した場合について説明したが、 電気レバー装置を持つ油圧シ ョベルにも同様に適用し、 同様の効 果が得られる。 電気レバ一装置を持つ油圧シ ョベルに本発明を適 用した場合は、 パイロ ッ ト圧の圧力検出器は不要となる。

また、 第 1の実施例等、 油圧パイ ロッ ト方式の操作レバー装置 を持つ油圧ショベルに適用した実施例では、 電気油圧変換手段及 び減圧手段と して比例電磁弁 1 0 a， 1 0 b , 1 1 a , l i bを 用いたが、 これらは他の電気油圧変換手段であってもよい。

更に、 全ての操作レバー装置 1 4 a〜 1 4 f 及び流量制御弁 1 5 a〜 1 5 f を油圧パイロ ッ ト方式と したが、 少なく ともブーム 用とアーム用の操作レバー装置 1 4 a， 1 4 b及び流量制御弁 1 5 a , 1 5 bが油圧パイ ロ ッ ト方式であればよい。 産業上の利用可能性

本発明によれば、 フロン ト装置が設定領域に近づく と設定領域 の境界に接近する方向の動きが減速されるので、 領域を制限した 掘削を能率良く行う こ とができる。

また、 本発明によれば、 フロン ト装置が設定領域に侵入すると 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 も領域を制限した掘削を正確に行う ことができ、 一層の能率向上 が図れる。 また、 予め減速制御を行うので、 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円滑に行う ことができる, また、 本発明によれば、 フロン ト装置が設定領域から離れてい るときは通常作業と同じように掘削することができる。

また、 本発明によれば、 目標パイ ロ ッ ト圧が得られるよう油圧 パイ 口 ッ ト方式の操作手段を制御するので、 領域を制限した掘削 を能率良く行える機能を油圧パイ 口 ッ ト方式の操作手段を備えた ものに付加する こ とができる。

更に、 フロン ト部材に対応する操作手段と して油圧ショベルの ブーム用操作手段及びアーム用操作手段を備える場合、 アーム用 の操作レバー 1本で設定領域の境界に沿つた掘削作業を行う こと ができる。

また、 本発明によれば、 モー ド切換手段で選択したモー ドに応 じて作業速度の設定が行え、 精度を重視した仕上げ作業と作業速 度を選択して行う ことができるので、 作業の種類に応じてモー ド を使い分け、 仕上げ精度が必要なときはゆっ く り と動かし、 仕上 げ精度があまり必要ではなく作業速度が重要なときは速く動かし 作業能率を向上できる。

更に、 本発明によれば、 フロ ン ト装置の所定部位の位置と建設 機械本体との距離が長く なると設定領域の境界に沿つた方向のバ ケッ ト先端の移動速度が減じられるので、 フロン ト装置が最大リ —チ付近にある場合のように、 フロ ン ト部材の油圧ァクチユエ一 夕の伸縮量に対してフロ ン ト装置の回動角の変化が大きい作業姿 勢でも制御精度を向上できる。

また、 本発明によれば、 傾斜角検出器を設置したので、 車体の 傾きによらず、 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。

また、 上部旋回体の旋回角を検出する角度検出器を設置したの で、 フロ ン ト装置が可動する垂直面内だけでなく、 旋回半径内で 横方向にも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 o

更に、 車体の位置と姿勢の検出器を更に設置したので、 地面上 の所望の範囲で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。

Claims

請求の範囲

1. 多関節型のフロ ン ト装置（1A)を構成する上下方向に回動可 能な複数のフロ ン ト部材（la- lc) を含む複数の被駆動部材（la- 1ί ) 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ァク チユエ一夕 （3a- 3 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（4a- 4f) と、 前記複数の操作手段の操作信号に応 じて駆動され、 前記複数の油圧ァクチユエ一夕に供給される圧油 の流量を制御する複数の油圧制御弁（5a-5i) 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（1A)の動き得る領域を設定する領域設定手段 (7, 9a)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 Ua- 8c) 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 と姿勢を演算する第 1演算手段（9b)と ；

前記複数の操作手段のうち特定のフロ ン ト部材（la, lb; la- lc) に係わる操作手段（4a, 4b; 14a- 14 c) の操作信号と前記第 1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、 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に前記フロ ン ト装置に係わる操作手段（4 a, 4b;14a-14c) の操作信号を補正する第 1信号補正手段（9 c- 9ί, 9 j, 9 k， 10 a- lib, 12 ;280)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 1記載の建設機械の領域制限掘削制御装置において. 前記複数の操作手段のうち特定のフロ ン ト部材（la, lb; la- lc) に 係わる操作手段 Ua, ） の操作信号と前記第 1演算手段

(9 b)の演算値に基づき、 前記フロ ン ト装置が前記設定領域外にあ るときには、 前記フロン ト装置が前記設定領域に戻るように前記 フロ ン ト装置に係わる操作手段 Ua, 4b;Ha- 1 ） の操作信号を補 正する第 2信号補正手段（9 9(1， -91;， 103-111), 12;300 )更に備ぇ 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 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信号補正手段は、

前記特定のフロ ン ト部材に係わる操作手段からの操作信号に基 づき前記フロン ト装置の目標速度べク トル（Vc)を演算する第 2演 算手段（9c， 9d) と ；

前記第 1及び第 2演算手段の演算値を入力し、 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、 前記目標速度べ ク トルの前記設定領域の境界に沿った方向のべク トル成分（Vex) を残し、 前記目標速度べク トルの前記設定領域の境界に接近する 方向のべク トル成分（Vcy) を減じるように前記目標速度べク トル を補正する第 3演算手段（9e;280 )と ；

前記目標速度べク トルに応じて前記フロ ン ト装置が動く ように 対応する油圧制御弁を駆動するバルブ制御手段（9 f -9 k, 10 a- lib, 1 2)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。

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. 前記第 2信号補正手段は、

前記特定のフロ ン ト部材に係わる操作手段からの操作信号に基 づき前記フロ ン ト装置の目標速度べク トル（Vc)を演算する第 2演 算手段（9c, 9d) と ；

前記第 1及び第 2演算手段（9b; 9 c， 9 d)の演算値を入力し、 前記 フロ ン ト装置（1A)が前記設定領域外にあるときには、 前記フロ ン ト装置が前記設定領域に戻るように前記目標速度べク トル（Vc)を 補正する第 4演算手段（9 g; 300)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。

5. 請求項 3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 3演算手段（9e;n0)は、 前記フロ ン ト装置（1A)が前記設定 領域内でその境界近傍にないときには、 前記目標速度べク トル（V c)を維持するこ 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 3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 3演算手段（9e;2 )は、 前記目標速度べク トル（Vc)の設定 領域の境界に接近する方向のべク トル成分と して前記設定領域の 境界に対し垂直方向のべク トル成分（Vcy) を用いることを特徴と する建設機械の領域制限掘削制御装置。

7. 請求項 3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 3演算手段（9 e; 280)は、 前記フロ ン ト装置（1A)と前記設定 領域の境界との距離（Ya;Dl) が小さ く なるにしたがって前記目標 速度べク トル（Vc)の設定領域の境界に接近する方向のべク トル成 分（Vcy) の減少量が大き く なるように当該べク トル成分を減じる 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 Ί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 3演算手段（280) は、 前記フ ロ ン ト装置（1A)と前記設定領 域の境界との距離（D1)が小さ く なるにしたがって大き く なる逆方 向の速度べク トル（VR)を加算するこ とによ り、 前記目標速度べク トル（Vc)の設定領域の境界に接近する方向のべク トル成分（Vcy) を減じることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。

9. 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、 前記第 3演算手段（9 e; 280)は、 前記フロ ン ト装置（1A)が前記設定 領域の境界上に到達すると前記目標速度べク トル（Vc)の設定領域 の境界に接近する方向のべク トル成分（Vcy) を 0又は微少な値に 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。

1 0. 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、 前記第 3演算手段（9e)は、 前記フロ ン ト装置（1A)と前記設定 領域の境界との距離（Y a)が小さ く なるにしたがって小さ く なる 1 以下の係数（h) を乗じるこ とにより、 前記目標速度べク トル（Vc) の設定領域の境界に接近する方向のべク トル成分（Vcy) を減じる ことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。

1 1. 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、 前記第 4演算手段（9g;3 )は、 前記目標速度べク トル（Vc)の 前記設定領域の境界に沿った方向のべク トル成分（Vex) を残し、 前記目標速度べク トルの設定領域の境界に垂直なべク トル成分（V cy) を前記設定領域の境界に接近する方向のべク トル成分（Vcya) に変えるこ とにより、 前記フロ ン ト装置（1A)が前記設定領域に戻 るように目標速度べク トルを補正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。

1 2. 請求項 1 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 4演算手段（9g;300 )は、 前記フロ ン ト装置（1A)と前 記設定領域の境界との距離（Ya;D2) が小さ く なるにしたがって前 記設定領域の境界に接近する方向のべク トル成分（Vcya)を小さ く 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。

1 3. 請求項 3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 3演算手段（9 e)は、 前記フロ ン ト装置（1A)が前記設定 領域内にあつて前記目標速度べク トル（Vc)が前記設定領域の境界 から遠ざかる方向の速度べク トルであるときは、 前記目標速度べ ク トルを維持し、 前記フロ ン ト装置が前記設定領域内にあって前 記目標速度べク トルが前記設定領域の境界に接近する方向の速度 べク トルであるときは、 前記フロ ン ト装置と前記設定領域の境界 との距離に関連して前記目標速度べク トルの設定領域の境界に接 近する方向のべク トル成分（Vcy) を減じるように前記目標速度べ ク トルを補正するこ とを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御 装置。

1 4. 前記複数の操作手段のうち少なく とも前記特定のフ口ン ト部材（la, U) に係わる操作手段 Ua， ） 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（5 a, 5 b) を駆動する請求項 3記載の建設機械の領域制限掘削制 御装置において、

前記油圧パイロ ッ ト方式の操作手段 Ua， 4b) の操作量を検出す る第 2検出手段（60a-61b) を更に備え、

前記第 2演算手段（9 c, 9d) は前記第 2検出手段からの信号に基 づき前記フロ ン ト装置（U)の目標速度べク トル（Vc)を演算する手 段であり、

前記バルブ制御手段は、 前記補正した目標速度べク トル (Vca) に基づいて対応する油圧制御弁（5a， 5b) を駆動するための目標パ ィロ ッ ト圧を計算する第 5演算手段（9i， 9j) と、 この目標パイ口 ッ ト圧が得られるよう前記操作システムを制御するパイ口 ッ ト制 御手段（9 k, 10 a- lib, 12) 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。

1 5. 請求項 1 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、 前記フロ ン ト装置（1A)が前記設定領 域から遠ざかる方向に動く よう対応する油圧制御弁（5 a)にパイ口 ッ ト圧を導く第 1パイ ロ ッ トライ ン U") を含み、 前記第 5演算 手段は、 前記補正した目標速度べク トル（Vca) に基づいて前記第 1パイロ ッ トライ ンにおける目標パイロ ッ ト圧を計算する手段（9 {, 9 j) を含み、 前記パイロ ッ ト制御手段は、 前記パイロ ッ ト圧に 対応する第 1電気信号を出力する手段（9k)と、 前記第 1電気信号 を油圧に変換し前記目標パイロ ッ ト圧に相当する制御圧を出力す る電気油圧変換手段（Ha) と、 前記第 1パイロッ トライ ン内のパ イロッ ト圧と前記電気油圧変換手段から出力された制御圧の高圧 側を選択し対応する油圧制御弁に導く高圧選択手段（12)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。

1 6. 請求項 1 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、 前記フロ ン ト装置（1A)が前記設定領 域-に接近する方向に動く よう対応する油圧制御弁（5 a, 5 b) にパイ ロッ ト圧を導く第 2パイロ ッ トライ ン （44b, 45 a， 45 b) を含み、 前 記第 5演算手段は、 前記補正した目標速度べク トル（Vca) に基づ いて前記第 2パイロ ッ トライ ンにおける目標パイ口 ッ ト圧を計算 する手段（9 ί, 9 j) を含み、 前記パイ 口 ッ ト制御手段は、 前記目標 パイロッ ト圧に対応する第 2電気信号を出力する手段（910と、 前 記第 2パイ ロ ッ トライ ンに設置され、 前記第 2電気信号により作 動して前記第 2パイロッ ト ライ ン内のパイ ロ ッ ト圧力を前記目標 パイ口 ッ ト圧まで減圧する減圧手段（10b, ila, lib) 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。

1 7 . 請求項 1 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、 前記フロ ン ト装置（1A)が前記設定領 域から遠ざかる方向に動く よう対応する油圧制御弁（5 a)にパイ口 ッ ト圧を導く第 1パイロ ッ トライ ン （44 a) と、 前記フロ ン ト装置 が前記設定領域に接近する方向に動く よう対応する油圧制御弁（5 a, 5b) にパイ ロ ッ ト圧を導く第 2パイ ロ ッ ト ライ ン （44b, 45 a, 45b ) とを含み、 前記第 5演算手段は、 前記捕正した目標速度べク ト ル（V c a) に基づいて前記第 1及び第 2パイ ロ ッ トライ ンにおける 目標パイロ ッ ト圧を計算する手段（9 f, 9j) を含み、 前記パイ ロッ ト制御手段は、 前記目標パイ 口 ッ ト圧に対応する第 1及び第 2電 気信号を出力する手段（9 k)と、 前記第 1電気信号を油圧に変換し 前記目標パイ 口ッ ト圧に相当する制御圧を出力する電気油圧変換 手段（10 a) と、 前記第 1パイロ ッ トライ ン内のパイ ロ ッ ト圧と前 記電気油圧変換手段から出力された制御圧の高圧側を選択し対応 する油圧制御弁（5 a)に導く高圧選択手段（12)と、 前記第 2パイ口 ッ トライ ンに設置され、 前記第 2電気信号により作動して前記第 2パイロ ッ トライ ン内のパイ ロ ッ ト圧力を前記目標パイロ ッ ト圧 まで減圧する減圧手段（10 b, l , lib) 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。

1 8. 請求項 1 5又は 1 7記載の建設機械の領域制限掘削制御 装置において、 前記特定のフロ ン ト部材は油圧シ ョベルのブーム (la) とアーム （lb)を含み、 前記第 1パイロッ トライ ンはブーム上 げ側のパイ ロ ッ トライ ン （44 a) 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。

1 9. 請求項 1 6又は 1 7記載の建設機械の領域制限掘削制御 装置において、 前記特定のフロン ト部材は油圧ショベルのブーム (la)とアーム （lb)を含み、 前記第 2パイロ ッ トライ ンはブーム下 げ側及びアームクラウ ド側のパイロッ トライ ン （44 b， 45 a) 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。

2 0. 請求項 1 6又は 1 7記載の建設機械の領域制限掘削制御 装置において、 前記特定のフロン ト部材は油圧ショベルのブーム

(la)とアーム （lb)を含み、 前記第 2パイロ ッ トライ ンはブーム下 げ側、 アームクラウ ド側及びアームダンプ側のパイロ ッ トライ ン

(44b, 45a, 45b) 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。

2 1. 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、 通常モー ドと仕上げモー ドを含む複数の作業モー ドを選択 可能なモー ド切換手段（20)とを更に備え、

前記第 1信号捕正手段（9eA) は、 前記モー ド切換手段（20)の選 択信号を入力し、 前記フロ ン ト装置 UA)が前記設定領域内でその 境界近傍にあるときは、 前記フロ ン ト装置） の前記設定領域の境 界に接近する方向の移動速度を減じるとともに、 前記モー ド切換 手段が仕上げモー ドを選択しているときは前記フロ ン ト装置の前 記設定領域の境界に沿った方向の移動速度が前記通常モー ドを選 択しているときより小さ く なるように前記フロ ン ト装置に係わる 操作手段（4 a, 4b; 14a- 14c) の操作信号を補正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。

2 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、 前記第 1信号補正手段（9eB) は、 前記第 1演算手段（9b;9c, 9 d)の演算値により前記フロ ン ト装置の所定部位の位置と建設機械 本体との距離（X) を認識し、 前記フロ ン ト装置（1A)が前記設定領 域内でその境界近傍にあるときは、 前記フロ ン ト装置の前記設定 領域の境界に接近する方向の移動速度を減じるとともに、 前記距 離（X) が長く なると前記フ口ン ト装置の前記設定領域の境界に沿 つた方向の移動速度を減じるように前記フロ ン ト装置に係わる操 作手段（4a, 4b;14a-Uc) の操作信号を捕正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。

2 3. 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検出手段は、 前記複数のフロ ン ト部材（la- lc) の回 動角を検出する複数の角度検出器（8 a-8c) 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。

2 4. 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検出手段は、 前記複数のァクチユエ一夕 （3 a- 3c) の ス トロークを検出する複数の変位検出器（Ua- 10 c) 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。

2 5. 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検出手段は、 前記建設機械の車体（1B)の傾斜角を検 出する傾斜角検出器（8d)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。

2 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、 前記複数の被駆動部材は、 下部走行体（le)と、 前記下部走行 体上に水平方向に旋回可能に設置され、 前記フロ ン ト装置（1A)の 基端を垂直方向に回動可能に支持する上部旋回体（Id)とを更に含 み、 前記第 1検出手段は、 前記上部旋回体の旋回角を検出する旋 回角検出器（8e)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。

2 7. 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検出手段は、 前記建設機械の車体（1B)の位置と姿勢 を検出する位置 · 姿勢検出器（ )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。

2 8. 請求項 1 2記載の建設機械の領域制限掘削制御装置にお いて、 前記第 2検出手段は、 前記操作システムのパイ ロ ッ トライ ンに設けられた圧力検出器（60a-61b) 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。

2 9. 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、 前記特定のフロ ン ト部材が油圧シ ョベルのブーム （la)とァー ム （lb)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,

3 0. 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、 前記特定のフロ ン ト部材がオフセッ ト式油圧シ ョベルのオフ セッ トブーム （100) とアーム （101) 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。

3 1. 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、 前記特定のフロ ン ト部材が 2 ピースブーム式油圧シ ョベルの 第 1及び第 2ブーム （200 a, 200b) とアーム （201) 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。