WO1998059118A1 - Dispositif permettant de reguler un puits de fondation a l'aide d'une machine de construction - Google Patents

Dispositif permettant de reguler un puits de fondation a l'aide d'une machine de construction Download PDF

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WO1998059118A1
WO1998059118A1 PCT/JP1998/002691 JP9802691W WO9859118A1 WO 1998059118 A1 WO1998059118 A1 WO 1998059118A1 JP 9802691 W JP9802691 W JP 9802691W WO 9859118 A1 WO9859118 A1 WO 9859118A1
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limit value
speed
boundary
boom
area
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PCT/JP1998/002691
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Inventor
Hiroshi Watanabe
Kazuo Fujishima
Masakazu Haga
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.
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    • E02F9/2285—Pilot-operated systems

Definitions

  • the present invention can perform excavation in a construction machine having an articulated front device, in particular, in a hydraulic shovel having a front device including front members such as arms, booms, and knockers, in which an area in which the front device can move is limited. Restricted area excavation control device. Background art
  • H8-33337768 includes a multi-joint type front device constituted by a plurality of front members rotatable in a vertical direction; A plurality of hydraulic actuators for driving the members, a plurality of operating means for instructing the operation of the plurality of front members, and a plurality of operating means driven in response to the operation of the plurality of operating means; A region setting means for setting a region in which the front device can move, in a region limiting excavation control device for a construction machine having a plurality of hydraulic control valves for controlling a flow rate of supplied pressure oil; First detecting means for detecting a state quantity relating to the position and attitude; first calculating means for calculating a position and an attitude of the contact device based on a signal from the first detecting means; and a plurality of hydraulic actuators.
  • Second calculating means for calculating the speed of the front device by driving at least a first specific actuating mechanism associated with at least a first specific front member (for example, an arm); the first and second calculating means Enter the calculated value of When the control device is in the vicinity of the boundary in the setting area, at least a second specific front of the plurality of hydraulic actuators is controlled so as to limit a moving speed in a direction approaching the boundary of the setting area.
  • Third calculating means for calculating a speed limit value of the front device by driving a second specific actuator related to a member (for example, a boom); and the Freon by driving the second specific actuator.
  • Signal correction means for correcting the operation signal of the operation means related to the second specific factor so that the speed of the control device does not exceed the limit value, and the front device is set by the third calculation means.
  • a speed limit value of the front device driven by driving the second specific actuator related to the second specific front member is calculated, and the signal correction value is calculated.
  • the boundary of the setting area can be adjusted.
  • Direction conversion control is performed to reduce the movement of the front device in the direction approaching, so that the front device can be moved along the boundary of the set area. This makes it possible to efficiently and smoothly perform excavation with the boundary of the set area as the target excavation surface so that the bucket does not exceed the boundary of the set area, that is, the set excavation depth.
  • the region-restricted excavation control device described in WO95Z30009 discloses a front device in which an area in which the power can move is set in advance, and the control unit detects the front device based on a signal from an angle detector. Calculate the position and attitude, calculate the target speed vector of the front device based on the signal from the operation lever device, and maintain the target speed vector when the front device is not near the boundary in the set area, When the front device is near the boundary within the setting area, the target speed vector is corrected so as to reduce the vector component in the direction approaching the setting area boundary, and this corrected target speed vector can be obtained. By operating each hydraulic control valve in this way, excavation with limited area can be performed efficiently and smoothly.
  • the region-limited excavation control device described in WO95 / 310310 is a control device described in the above-mentioned WO95 / 309509, wherein the hydraulic control valve (flow control valve) is provided.
  • the hydraulic control valve flow control valve
  • the hardness of the soil to be excavated is not always constant, and there are many places where the hardness increases partially.
  • the front device calculated by the front device by the second calculation means is used. The device does not move at the speed of the device, and proper direction change control cannot be performed.
  • the front device extended in front of the body of the construction machine, that is, with the boom that is a component of the front moved in the down direction, and the arm operated in the up direction (dump direction) with respect to the boom
  • the arm is moved in the cloud direction and excavation work is performed by area-limited excavation control
  • the load on the actuator for driving the arm increases, and the pressure on the actuator increases.
  • the arm moves in a cloud at a speed lower than the commanded speed because it becomes difficult for oil to flow in.
  • the speed of the front device calculated by the second calculating means is higher than the actual speed of the front device, and a limit value is calculated based on the higher speed, and the control for moving the boom in the upward direction is performed.
  • the boom becomes too high in response to the arm cloud operation, and the trajectory until the bucket tip reaches the boundary of the set area tends to move away from the boundary in the upward direction.
  • the bucket cannot sufficiently excavate the hard soil portion, leaving a part of the hard soil portion unexcavated, and forming an unexpected projection on the excavated surface. Additional work was required several times to excavate to the boundary of the area, and the work time required to form the target excavation surface was increased, and the construction deadline was sometimes delayed.
  • the function relationship used in the target pilot pressure calculation unit is corrected in accordance with the load change of the metering characteristic of the flow control valve, and the corrected function relationship is calculated.
  • the control accuracy is improved, and the bucket tip can move according to the calculated target speed vector even under the conditions where there is hard soil as described above.
  • This conventional technique is based on the idea that the actual moving speed vector at the tip of the bucket is made to coincide with the calculated target speed vector regardless of the load, thereby improving control accuracy.
  • An object of the present invention is to excavate a set area up to a boundary without being affected by the hardness of the soil to be excavated in an excavation operation using excavation control in which an area is limited.
  • An object of the present invention is to provide an area-limited excavation control device for construction equipment that can be easily created.
  • the present invention provides an articulated front device including a plurality of front members including first and second front members rotatable in a vertical direction; And a plurality of hydraulic actuators including first and second hydraulic actuators for driving the second front member, and a plurality of first and second operating means for instructing the operation of the first and second front members.
  • a plurality of hydraulic control valves including first and second hydraulic control valves that are driven in accordance with the operation of the means and control the flow rate of the pressure oil supplied to the first and second hydraulic actuators;
  • a first calculating means provided in a machine for calculating a moving speed of the front device by at least the first operating means of the plurality of operating means; and an absolute value decreases as the front device approaches a boundary of a setting area.
  • a second calculating means for calculating the limit value, and a moving speed of the front device calculated by the first calculating means and the limit value calculated by the second calculating means, wherein the front device approaches the boundary of the setting area.
  • An area-limited excavation control device comprising: a first means; a first detection means for detecting a load acting on the foot device; and correcting the limit value in accordance with a magnitude of the load detected by the first detection means. And a limit value correcting unit that performs the operation.
  • the second computing means calculates a limit value at which the absolute value decreases as the front device approaches the boundary of the setting region.
  • the speed of movement in the direction approaching the boundary decreases as the vehicle approaches the boundary, and the operation signal of at least the second operation means of the plurality of operation means is corrected to move in the direction along the boundary.
  • the direction change control is performed on the boundary of the area, and the front device can be moved along the boundary of the set area.
  • the load acting on the front device is detected by the first detecting means, and the limit value correcting means detects the load according to the magnitude of the load detected by the first detecting means.
  • the limit value correcting means detects the load according to the magnitude of the load detected by the first detecting means.
  • the present invention provides a method for excavating a large load excavation target such as hard soil using the above control.
  • the speed vector (trajectory) until the front device reaches the boundary of the set area does not matter, but the idea is that the front device should finally reach the boundary without escaping from the excavation target. Therefore, the load is corrected for the limit value. Therefore, the correction of the limit value does not require strictness, and the creation of the software is extremely easy as compared with the case where the load is corrected for the metering characteristic.
  • the limit value correction unit operates such that the limit value acts at a position closer to the boundary of the setting area as the load acting on the front device detected by the first detection unit increases. to correct.
  • the load acting on the front device detected by the first detection means is a load pressure of the first hydraulic actuator.
  • the load acting on the front device detected by the first detection means may be a load pressure of the second hydraulic pressure.
  • the limit value corrected by the limit value correction unit is a speed limit value in a direction approaching a boundary of the setting area
  • the signal correction unit is configured to set the speed of the front device.
  • the operation signal of the second operation means is corrected so that the component in the direction approaching the boundary of the area does not exceed the limit value.
  • the moving speed of the front device calculated by the first calculating means is a target speed of the front device
  • the limit value corrected by the limit value correcting means is a target speed of the front device in the set area of the target speed.
  • the operation signal of the means may be corrected.
  • the moving speed of the front device calculated by the first calculating means is a target speed of the front device
  • the limit value corrected by the limit value correcting means is the target speed of the front device.
  • the signal correction means is a limit value of a component in a direction approaching the boundary of the set area, and the signal correction means is configured to obtain the target speed of the front apparatus having a speed component corrected so as not to exceed the limit value.
  • the operation signals of the first and second operation means may be corrected.
  • the load detected by the first detection means may be replaced by the limit value correction means.
  • Speed limiting means for limiting the moving speed of the front device calculated by the first calculating means according to the size of the first calculating means.
  • the plurality of front members include a boom and an arm of a hydraulic shovel, the first front member is an arm, and the second front member is a boom.
  • FIG. 1 is a diagram showing an area-limited excavation control device for construction machinery according to a first embodiment of the present invention, together with its hydraulic drive device.
  • FIG. 2 is a diagram showing the appearance of a hydraulic shovel to which the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing a control function of the control unit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method of setting an excavation area in the area-limited excavation control according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the limit value of the bucket tip speed and the distance from the boundary of the setting area when the limit value is obtained.
  • FIG. 6 is a functional block diagram showing an example of the calculation contents of the limit value correction unit.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the load pressure and the correction coefficient used in the block diagram of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a functional block diagram showing another example of the calculation contents of the limit value correction unit.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the distance used in the block diagram of FIG. 8 and the basic value of the limit value.
  • FIG. 12 is a diagram showing the difference between the operation of correcting the bucket tip speed by the boom when the bucket tip is within the set area, when it is on the boundary of the set area, and when it is outside the set area. .
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a correction operation trajectory when the bucket tip is within the set area.
  • Fig. 14 shows an example of the correction trajectory when the tip of the bucket is outside the set area.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating another example of the relationship with the distance from the boundary of the setting area when obtaining the limit value of the bucket tip speed.
  • FIG. 16 is a diagram showing an area-limited excavation control device for construction machinery according to a second embodiment of the present invention, together with its hydraulic drive device.
  • FIG. 17 is a diagram showing the control function of the control unit.
  • FIG. 18 is a diagram showing an area-limited excavation control device for construction equipment according to a third embodiment of the present invention together with its hydraulic drive device.
  • FIG. 19 is a diagram showing the control function of the control unit.
  • FIG. 20 is a flowchart showing the processing contents in the direction conversion control unit.
  • FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the distance Ya and the coefficient h between the tip of the bucket and the boundary of the setting area in the direction conversion control unit.
  • FIG. 22 is a diagram showing an example of a trajectory when the tip of the bucket is controlled to change the direction as calculated.
  • FIG. 23 is a diagram showing a method of correcting the coefficient h by the load pressure.
  • C) FIG. 24 is a flow chart showing a processing content by another method in the direction change control unit.
  • FIG. 26 is a diagram showing a method of correcting the Ya coordinate component f (Y a) by the arm cylinder load pressure.
  • FIG. 27 is a flowchart showing the processing contents in the restoration control unit.
  • FIG. 28 is a diagram showing an example of a trajectory when the tip of a bucket or a packet is subjected to restoration control as calculated.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a method of correcting the coefficient K used in the restoration control based on the arm cylinder load pressure.
  • FIG. 30 is a diagram showing a control function of a control unit in an area-limited excavation control device for construction equipment according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Figure 31 is a flowchart showing the processing contents of the bucket tip speed correction unit based on the excavation load. I'm Jato.
  • FIG. 32 is a diagram showing the relationship between the arm cylinder load pressure and the bucket tip speed correction coefficient.
  • FIG. 33 is a diagram for explaining the effect of correcting the bucket tip speed.
  • a hydraulic shovel to which the present invention is applied includes a hydraulic pump 2, a boom cylinder 3a, an arm cylinder 3b, a bucket cylinder 3c, and a swing motor driven by hydraulic oil from the hydraulic pump 2.
  • a plurality of hydraulic actuators including 3d and left and right traveling motors 3e and 3f, and a plurality of operating levers provided corresponding to each of these hydraulic actuators 3a to 3f.
  • a pressure detector 41a is provided in the bottom side conduit of the arm cylinder 3b.
  • the pressure detector 41a detects a load acting on the arm cylinder 3b during excavation as pressure.
  • the hydraulic excavator includes an articulated front device 1A including a boom 1a, an arm 1b, and a bucket 1c, which are rotatably connected to each other in a vertical direction, and an upper revolving unit 1d.
  • a vehicle body 1B composed of a lower traveling structure 1e, and a base end of a boom 1a of the front device 1A is supported by a front portion of the upper revolving structure 1d.
  • Boom 1a, arm 1b, bucket 1c, upper revolving unit 1d and lower traveling unit 1e are boom cylinder 3a, arm cylinder 3b, knock cylinder 3c, swivel, respectively.
  • the driven members are respectively driven by the motor 3d and the left and right traveling motors 3e and 3f, and their operations are instructed by the operation lever devices 14a to 14f.
  • the operation lever devices 14a to 14f are of an electric lever type that outputs electric signals (voltage) as operation signals, and the flow control valves 15a to 15f have electro-hydraulic conversion means at both ends, for example. It has electromagnetic drive units 30a, 30b to 35a, 35b with proportional solenoid valves, and the operation lever devices 14a to l4f correspond to the operation amount and operation direction of the operator. Electromagnetic drive unit 30 a of flow control valves 15 a to 15 f corresponding to voltage as electric signals
  • flow control valves 15 a to 15 f are center-by-pass type flow control valves, and the center bypass passages of the respective flow control valves are connected in series by a center-by-pass line 242.
  • the hydraulic excavator as described above is provided with the region limited excavation control device according to the present embodiment.
  • the control device includes a setting device 7 for instructing a predetermined portion of the front device, for example, an excavation area in which the tip of the packet 1c can move according to the work, a boom 1a, an arm 1b, and a bucket 1c.
  • Angle detectors 8a, 8b, and 8c which are provided at the respective rotation fulcrums of the front device 1 and detect the respective rotation angles as state quantities relating to the position and attitude of the front device 1A, and the front-rear direction of the vehicle body 1B.
  • the inclination angle detector 8d for detecting the inclination angle of the above, the pressure detector 41a, the operation signal of the operation lever devices 14a to 14f, the setting signal of the setting device 7 and the angle detector 8 a, 8b, 8c, tilt angle detector 8d, and pressure detector 41 Input the detection signal of 1a, set the excavation area where the tip of the bucket 1c can move, and control the excavation area And a control unit 9 for correcting an operation signal for performing the operation.
  • the setting device 7 outputs a setting signal to the control unit 9 by an operation means such as a switch provided on the operation panel or the grip to instruct the setting of the excavation area.
  • an operation means such as a switch provided on the operation panel or the grip to instruct the setting of the excavation area.
  • Auxiliary means may be provided.
  • FIG. 3 shows the control functions of the control unit 9.
  • the control unit 9 includes a front attitude calculating section 9a, an area setting calculating section 9b, a bucket tip speed limit value calculating section 9c, and a digging load.
  • I have.
  • the front attitude calculation unit 9a uses the front and rear tilt angles of the boom, arm, and bucket detected by the angle detectors 8a to 8c and the tilt angle detector 8d, and the front and rear tilt angles of the vehicle body 1B. Calculate the position and orientation of device 1A.
  • the region setting calculation unit 9b performs a setting calculation of an excavation region in which the tip of the bucket 1c can move in accordance with an instruction from the setting device 7. An example will be described with reference to FIG.
  • the tip of the baguette 1c at that time is calculated by the front attitude calculator 9a according to an instruction from the setting device 7.
  • the position is input, and the boundary L of the restricted area is set by the inclination angle ⁇ indicated by the setting device 7.
  • the storage unit of the control unit 9 memorizes the dimensions of the front unit 1A and the body 1B, and the area setting calculation unit 9b stores these data in the front attitude calculation unit 9a.
  • the position of the point P is calculated using the rotation angle detected by the angle detectors 8a, 8b, and 8c and the inclination angle of the vehicle body 1B detected by the inclination angle detector 8d.
  • the position of the point P is obtained, for example, as a coordinate value in the XY coordinate system with the origin of the rotation fulcrum of the boom 1a.
  • the XY coordinate system is a rectangular coordinate system in a vertical plane fixed to the main body 1B.
  • a linear equation for the boundary L of the restricted area is established based on the position of the point P and the inclination angle f specified by the setting device 7, and an orthogonal coordinate system having an origin on the straight line and having the straight line as one axis, for example, the point P Establish an XaYa coordinate system with the origin as, and obtain the conversion data from the XY coordinate system to the XaYa coordinate system.
  • the bucket tip speed limit value calculator 9c calculates a limit value a of a component perpendicular to the bucket tip speed boundary L based on the distance D from the bucket tip boundary L. This is performed by storing the relationship as shown in FIG. 5 in the storage device of the control unit 9 and reading out this relationship.
  • the horizontal axis represents the distance D from the boundary L of the bucket tip
  • the vertical axis represents the baggage.
  • the limit value a of the component perpendicular to the boundary L of the cut end velocity is shown.
  • the direction of engagement is the (+) direction.
  • the relationship between this distance D and the limit value a is that when the bucket tip is within the set area, the speed in the (one) direction proportional to the distance D is limited to the component perpendicular to the boundary L of the baguette tip speed.
  • the velocity in the (+) direction proportional to the distance D is defined as the limit value a of the component perpendicular to the boundary L of the bucket tip velocity. . Therefore, within the setting area, the speed is reduced only when the component perpendicular to the boundary L of the bucket tip speed exceeds the limit value in the (1) direction, and outside the setting area, the bucket tip speeds up in the (+) direction. It will be.
  • the excavation load limit value correction unit 91 inputs the load pressure P ba of the arm cylinder 3 b from the pressure detector 41 a, and as shown in the change from the solid line to the two-dot chain line in FIG. According to the magnitude of the pressure P ba, a correction is made so that the relation between the limit value a of the bucket tip speed and the distance D from the boundary becomes sharp.
  • the bottom pressure P ba of the arm cylinder 3 b is taken as the load pressure because the arm is pulled forward during the excavation work. This is because the operation of injecting pressurized oil is performed.
  • the relation between the limit value a of the tip speed of the ket tip and the distance D from the boundary to the steepness as the load pressure P ba increases becomes closer to the boundary when the excavation load increases. This is done so that the time limit value works as close to the boundary as possible.
  • the bucket tip speed limit value calculation unit 9c calculates the limit value a3 ⁇ 4r using the relationship between the distance D from the boundary corrected by the load pressure and the bucket tip speed limit value a shown in FIG.
  • FIG. 6 shows a block diagram of the operation
  • Ka f ka (P ba)
  • the coefficient Ka has a relationship that increases as the load pressure Pba increases, since the relationship of Da shown in Fig. 5 has a steep slope as Pba increases.
  • the relationship of Pba-Ka is not a linear expression but may be an expression showing a curve. These relationships may be any as long as Ka increases with the load pressure Pba (D-a becomes steeper) and fulfills the intended purpose of control.
  • Fig. 8 shows a block diagram of the operation
  • the basic value a1 of the limit value a of the bucket tip speed is obtained from the relationship shown in FIG.
  • a correction coefficient Kal of the basic value a1 based on the load pressure Pba of the arm cylinder is obtained.
  • the basic value a1 previously obtained in the block 310 is multiplied by the correction coefficient Kal obtained in block 300 to obtain a limit value a of the bucket tip speed.
  • Increasing relationships Becomes
  • the relationship between P ba and Kal is not a linear expression but may be an expression showing a curve. These relations are good as long as the Kal force increases with the increase of the load pressure P ba (the relation of D ⁇ a becomes steep) and fulfills the intended purpose of control.
  • Figure 11 shows a block diagram of the operation.
  • a basic value a2 of the limit value a of the bucket tip speed is obtained from the same relational expression as the solid line in FIG.
  • the relationship of D—a 2 similar to the solid line in FIG. 5 is tabulated and stored in the memory. Then, the basic value a 2 is read from the value of the distance D at that time.
  • a correction coefficient Ka2 of the basic value a2 based on the load pressure Pba of the arm cylinder is obtained.
  • the basic value a2 previously obtained in block 410 is multiplied by the correction coefficient Ka2 obtained in block 400 to obtain a limit value a of the bucket tip speed.
  • the arm cylinder speed calculator 9d estimates the arm cylinder speed based on the command value to the flow control valve 15b by the operation lever device 14b and the flow characteristics of the flow control valve 15b of the arm.
  • the arm tip bucket speed calculator 9 e calculates the arm cylinder speed based on the arm cylinder speed and the position and attitude of the front device 1 A obtained by the front attitude calculator 9 a. Calculate the tip speed b.
  • the bucket tip speed b by the arm calculated by the calculation unit 9e is calculated from the XY coordinate system using the conversion data obtained by the area setting calculation unit 9b. a to the coordinate system, calculate the horizontal and vertical components (bX, by) at the boundary L of the bucket tip speed by the arm, and calculate the components perpendicular to the boundary L of the bucket tip speed obtained by the calculation unit 9c.
  • the limit value c of the component perpendicular to the boundary L of the bucket tip speed due to the boom is calculated based on the limit value a and the component by perpendicular to the boundary L of the bucket tip speed by the arm. This will be described with reference to FIGS.
  • the bucket tip speed calculation unit 9c determines the component a perpendicular to the boundary L of the bucket tip speed, which is obtained by the bucket tip speed calculation unit 9c, and the arm bucket calculated by the bucket tip speed calculation unit 9e.
  • the difference (a—by) between the component perpendicular to the boundary L of the tip speed b is the limit value c of the component perpendicular to the boundary L of the bucket tip speed due to the boom, and the limit value calculator for the bucket tip speed due to the boom.
  • the bucket tip speed is limited to the limit value a of the component perpendicular to the boundary L of the baguette tip speed in proportion to the distance D from the boundary L of the bucket tip.
  • the limit value a of the component perpendicular to the boundary L of the bucket tip speed is 0, and the bucket tip speed component by the arm going out of the setting area by is the speed c. It is canceled by the correction operation by raising the boom, and the component perpendicular to the boundary L of the bucket tip speed also becomes zero.
  • the boom cylinder speed limit value calculation unit 9g uses the above conversion data based on the limit value c of the component perpendicular to the boundary L of the bucket tip speed due to the boom and the position and orientation of the front device 1A. Then, a limit value of the beam cylinder speed is calculated by the coordinate conversion. In the boom command limit calculation section 9h, a boom command limit value corresponding to the boom cylinder speed limit value obtained in the calculation section 9g is obtained based on the flow characteristics of the boom flow control valve 15a.
  • the boom command maximum value calculator 9j compares the limit value of the boom command obtained by the calculator 9h with the command value of the operation lever device 14a, and outputs the larger one.
  • the command value of the operation lever device 14a is such that the direction from the outside of the setting area to the inside of the setting area (boom raising direction) is the (+) direction.
  • Outputting the greater of the limit value of the boom command and the command value of the operation lever device 14a by the calculation unit 9j is equivalent to (1) when the bucket tip is within the set area. Therefore, when the operation lever command value is (+), the operation lever command value is output, and when the operation lever command value is (-), the smaller of the two absolute values is output.
  • the limit value c is set, and when the operation lever command value is (+), the limit value is (+). Is to output the larger of the absolute value of.
  • the boom valve command calculation unit 9i when the command value output from the boom command maximum value calculation unit 9j is a positive value, it corresponds to the boom raising drive unit 30a of the flow control valve 15a. A voltage is output, and a voltage of 0 is output to the boom lowering drive section 30b, and the reverse is performed when the command value is negative.
  • the arm valve command calculation unit 9 k inputs the command value of the operation lever device 14 b, and if the command value is an arm cloud command value, the arm cloud drive unit 3 1 of the flow control valve 15 b A voltage corresponding to a is output, and a voltage of 0 is output to the arm dump drive unit 3 1 b.
  • the command value is an arm dump command value
  • the operation is reversed.
  • the operation of the present embodiment configured as described above will be described. As an example of work, when positioning the tip of the bucket, lower the boom by operating the operation lever of the boom operation lever device 1 4a in the boom lowering direction (boom lowering operation), and excavate forward. Operation lever for arm 1 4 b Describe the case of arm cloud by operating in the direction (arm cloud operation)
  • the command value of the operation lever device 14a is input to the maximum value calculator 9j.
  • the calculation unit 9c calculates a limit value a ( ⁇ 0) of the bucket tip speed proportional to the distance D from the bucket tip and the boundary L of the set area from the relationship shown in FIG.
  • the limit force is calculated.
  • the command value of the operating lever device 14a is larger than the limit value of the boom command obtained by the calculation unit 9h.
  • the command value of the operating lever device 14 a is selected and this command value is negative.
  • the valve command calculator 9 i the boom lowering drive unit 3 of the flow control valve 15 a is selected. A voltage corresponding to 0 is output, and a voltage of 0 is output to the boom raising drive section 30a, whereby the boom is lowered in accordance with the command value of the operation lever device 14a.
  • the limit value c a ( ⁇ 0) of the bucket tip speed due to the boom calculated by the calculation unit 9f increases (1 a I and I c I become smaller), and when the limit value of the corresponding boom command obtained by the calculation unit 9h becomes larger than the command value of the operating lever device 14a, the maximum value of the boom command is calculated.
  • the limit value is selected in the section 9j, and the voltage output to the boom lowering drive section 30b of the flow control valve 15a is gradually limited in the valve command calculation section 9i according to the limit value c.
  • the boom lowering speed is gradually limited as approaching the boundary L of the setting area, and the boom stops when the bucket tip reaches the boundary L of the setting area. Therefore, the positioning force of the bucket tip can be easily and smoothly made.
  • the above correction is speed control, if the speed of the front device 1A is extremely high or if the operation lever device 14a is suddenly operated, control such as delay in the hydraulic circuit will be performed. There is a possibility that the bucket tip may protrude from the boundary L of the set area due to the above response delay or the inertia force applied to the front device 1A. When the bucket tip protrudes in this way, the calculation unit 9c calculates the bucket tip and the set area from the relationship shown in FIG.
  • the boom is moved in the upward direction so as to return to the area at a speed proportional to the distance D, and stops when the bucket tip returns to the boundary L of the set area. Therefore, the positioning force of the bucket tip can be more smoothly performed.
  • the command value of the operation lever device 14b is input to the arm valve command calculation unit 9k. Then, a voltage corresponding to the arm cloud drive unit 31a of the flow control valve 15b is output, and the arm is moved so as to be lowered in the forward direction. On the other hand, at the same time, the command value of the operation lever device 14b is input to the calculation unit 9d, and the arm cylinder speed is calculated. The calculation unit 9e calculates the bucket tip speed b by the arm.
  • the limit value c is calculated as a negative value, and the maximum value calculation part 9 j of the boom command
  • the correction operation by raising the boom is performed so that the vertical component is gradually limited in proportion to the distance D from the bucket tip and the boundary L, and is parallel to the boundary L where the bucket tip speed is not corrected by the arm.
  • the direction change control as shown in FIG. 13 is performed, and excavation along the boundary L of the set area can be performed.
  • the bucket tip speed b calculated by the arm baguette tip speed calculator 9 e becomes faster than the actual speed, and based on the higher speed b, the calculator 9 f calculates the bucket tip speed boundary L by the boom. Since the limit value c of the vertical component is calculated and the control to move the boom in the up direction is performed, the raising speed of the boom 1a becomes too high relative to the arm cloud operation, and the front device rises. A slight phenomenon occurs.
  • the limit value correction unit 91 for the excavation load corrects the limit value a by the arm cylinder load. Due to the correction of the limit value a, when the load pressure P ba is large, the limit value a does not increase unless the bucket tip is closer to the boundary L than when the load pressure is small. In other words, the correction operation by raising the boom will not work unless it approaches the boundary L more. For this reason, it becomes difficult for hydraulic oil to flow into the arm cylinder, and even if the arm speed decreases, the boom raising speed by the above-mentioned direction change control is also balanced with the reduced arm speed, and the front device tends to rise. It is possible to excavate closer to the boundary L even if it is held down and the load pressure, that is, the excavation load is large.
  • the bucket tip may protrude from the boundary L of the set area for the same reason as described above.
  • the arithmetic unit 9 sets the bucket tip speed limit value a proportional to the distance D from the bucket tip to the boundary L of the set area as a positive value, based on the relationship shown in Fig. 5.
  • the calculated value of the baguette tip speed c a—by (> 0) due to the boom calculated by the calculation unit 9 f increases in proportion to the limit value a, and the valve command calculation unit 9 i sends the flow control valve 1
  • the voltage output to the 5a boom raising drive section 30a increases according to the limit value c.
  • the boundary U of the bucket tip speed setting area U is perpendicular to the distance D from the bucket tip boundary. Is limited by the limit value a, so that the position of the baguette tip can be easily and smoothly positioned in the boom lowering operation, and the bucket tip can be moved along the boundary of the setting area in the arm cloud operation, and the area can be moved. Limited excavation can be performed efficiently and smoothly.
  • the front end of the bucket is outside the set area, the front end is controlled to return to the set area by the limit value a in proportion to the distance D from the boundary L of the bucket end.
  • the front device can be moved along the boundary of the set area, and excavation with limited area can be performed accurately.
  • the correction of the limit value a in the present embodiment is performed when the excavation target having a large load such as hard soil is excavated by using the area restriction control, and the velocity vector (trajectory) until the bucket tip reaches the boundary of the set area. Is not a problem, and is based on the idea that it is only necessary that the front device eventually reaches the boundary without escaping from the excavation target. others Therefore, the correction of the limit value a due to the load pressure does not require an accurate value, and it is sufficient for control to make a rough correction so that the bucket tip can excavate without escaping from the excavation target. Therefore, the relationship between the load pressure P ba and the correction coefficient Ka or Kal or Ka 2 used in the limit value correction unit 91 does not need to be strict, and the software (program) of the limit value correction unit 91 is easily implemented. Can be created.
  • the method of correcting the relationship between the distance D from the boundary L and the limit value a of the bucket tip speed does not have to be such that the slope of the straight line is steep as shown in Fig. 5;
  • the relationship may gradually change from a straight line to a curve. This corresponds to the case where the correction coefficients Ka, Kal, or Ka2 shown in FIG. 7, FIG.
  • the point is that the limit value a should be corrected so that the boom raising correction operation is performed at a position closer to the boundary L as the load pressure increases.
  • a force that detects the pressure on the bottom side of the arm cylinder as a load for example, a force using the differential pressure between the bottom side and the rod side of the arm cylinder, or The pressure acting on the rod side may be detected as the load reaction force. Further, they may be used in combination to determine the magnitude of the load.
  • FIGS. 1 and 3 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the present embodiment is applied to a hydraulic shovel using a hydraulic pilot system as an operation lever device.
  • the same reference numerals are given to members or functions equivalent to those shown in FIGS. 1 and 3.
  • the hydraulic shovel to which the present embodiment is applied includes hydraulic lever type operation lever devices 4 a to 4 f instead of the electric operation lever devices 14 a to 14 f. ing.
  • the operating lever devices 4a to 4f drive the corresponding flow control valves 5a to 5f by the pilot pressure, and the operating levers are operated by the operators respectively.
  • the operating amount and operating direction of 40a to 40f Is supplied to the hydraulic drive units 50a to 55b of the corresponding flow control valves via the pilot lines 44a to 49b.
  • the hydraulic excavator as described above is provided with the region limited excavation control device according to the present embodiment.
  • This control device is provided in the pilot lines 45a and 45b of the arm operation lever device 4b in addition to the control device provided in the first embodiment shown in FIG.
  • the pressure detectors 6 1 a and 6 1 b detect the pilot pressure as the operation amount of the operation lever device 4 b, and the primary port side is connected to the pilot pump 43, and the primary port is connected to the pilot pump 43 in response to an electric signal.
  • the proportional solenoid valve 10a for reducing the pilot pressure and outputting it the pilot line connected to the pilot line 44a of the operating lever device 4a for the boom and the secondary port side of the proportional solenoid valve 10a, and the pilot line Shuttle valve 1 2 that selects pilot pressure in 4 a and high pressure side of control pressure output from proportional solenoid valve 10 a and guides it to hydraulic drive unit 50 a of flow control valve 5 a, and for boom It is installed on the pilot line 4 4b of the operation lever device 4a, and is provided with a proportional solenoid valve 1 O b that reduces the pilot pressure in the pilot line 44 b according to the electric signal and outputs it. .
  • the command to the flow control valve 5b detected by the pressure detectors 61a and 61b is used.
  • the arm cylinder speed is estimated from the value (pilot pressure) and the flow characteristics of the arm flow control valve 5b.
  • the boom pilot pressure corresponding to the boom cylinder speed limit value c obtained in the calculation unit 9f is calculated based on the flow characteristics of the boom flow control valve 5a. Find the pressure (command) limit value.
  • the valve command calculation section 9Bi uses the boom pipe opening. If the limit value of the pilot pressure obtained by the limit value calculation unit 9Bh is positive, a voltage corresponding to the limit value is output to the proportional solenoid valve 10a on the boom raising side, The pilot pressure of the hydraulic drive unit 50a of the flow control valve 5a is set to the limit value, and a voltage of 0 is output to the proportional solenoid valve 10b on the lower side of the boom to output the hydraulic drive unit 5 of the flow control valve 5a. 0 Set the pilot pressure of b to 0.
  • the voltage corresponding to the limit value is set so as to limit the pilot pressure of the hydraulic drive unit 50b of the flow control valve on the boom lower side by proportional solenoid valve 10b. Is output to the proportional solenoid valve 10a on the boom raising side, and the pilot pressure of the hydraulic drive unit 50a of the flow control valve 5a is set to 0.
  • the operation of the present embodiment configured as described above is performed by lowering the boom as in the first embodiment.
  • the operation and the arm cloud operation will be described.
  • the pilot pressure which is the command value of the operation lever device 4a
  • the pressure is supplied to the hydraulic drive unit 50b on the boom lowering side of the flow control valve 5a.
  • the calculation unit 9c calculates the limit value a ( ⁇ 0) of the bucket tip speed proportional to the distance D from the bucket tip and the boundary L of the set area from the relationship shown in FIG.
  • Limit value is calculated, and the valve command calculating section 9Bi changes the voltage corresponding to the limit value to proportional electromagnetic so as to limit the pilot pressure of the hydraulic drive section 50b of the flow control valve on the boom lower side.
  • the proportional solenoid valve 10b outputs the pilot pressure of the operating lever device 4a as it is, so that the boom lowers according to the pilot pressure of the operating lever device 4a.
  • the limit value c a ((0) of the bucket tip speed due to the boom calculated by the calculation unit 9f increases (I a I and I c I become smaller), and the absolute value of the limit value ( ⁇ 0) of the corresponding boom command obtained by the operation unit 9 h becomes smaller.
  • the proportional The solenoid valve 1 O b reduces the pilot pressure of the operating lever device 4 a and outputs it.
  • the pilot pressure applied to the hydraulic drive unit 50 b on the boom lowering side of the flow control valve 5 a is reduced to the limit value c. Limit accordingly.
  • the boom lowering speed is gradually limited as approaching the boundary L of the setting area, and the boom stops when the bucket tip reaches the boundary L of the setting area. Therefore, the bucket tip can be easily and smoothly positioned.
  • the valve command calculation unit 9B i A voltage corresponding to the limit value c is output to the proportional solenoid valve 10a, and a pilot pressure corresponding to the limit value a is applied to the hydraulic drive unit 50a of the flow control valve 5a on the boom raising side.
  • the boom is moved upward so that it restores to the area at a speed proportional to the distance D, and stops when the bucket tip returns to the boundary L of the set area. Therefore, the bucket tip can be positioned more smoothly.
  • the pilot pressure which is the command value of the operating lever device 4b
  • the pilot pressure of the operating lever device 4b is detected by the pressure detector 61a, input to the calculating unit 9Bd, and the arm cylinder speed is calculated.
  • the tip speed b is calculated.
  • the calculation unit 9c calculates the limit value a (a0) of the bucket tip speed proportional to the distance D from the boundary L of the bucket tip and the setting area from the relationship shown in Fig.
  • the limit value c is calculated as a negative value.
  • the voltage corresponding to the limit value is output to the proportional solenoid valve 1 O b so as to limit the pilot pressure of the hydraulic drive section 50 b of the flow control valve of And the pilot pressure of the hydraulic drive unit 50a of the flow control valve 5a is set to zero.
  • no pilot pressure is output to the hydraulic drive unit 50b of the flow control valve 5a.
  • the arm is moved forward in accordance with the pilot pressure of the operation lever device 4b.
  • the limit value a of the bucket tip speed calculated by the calculation unit 9c increases (I a I decreases)
  • the limit value of the bucket tip speed due to the boom calculated by the calculation unit 9 f c a—by is positive
  • a voltage corresponding to the limit value is output to the proportional solenoid valve 10a on the boom raising side, and the pilot pressure of the hydraulic drive section 50a of the flow control valve 5a is set to the limit value.
  • a voltage of 0 is output to the proportional solenoid valve 10b on the boom lower side, and the pilot pressure of the hydraulic drive unit 50b of the flow control valve 5a is set to 0.
  • the compensation operation by raising the boom is performed so that the component force is perpendicular to the boundary L of the bucket tip speed and is gradually limited in proportion to the distance D from the boundary L.
  • the speed is corrected, and the direction conversion control force as shown in Fig. 13 is performed by the component b X parallel to the boundary and the speed corrected by the limit value c, and the boundary is set at the boundary L of the setting area.
  • Excavation along can be performed.
  • the limit value a is corrected by the arm cylinder load pressure in the excavation load limit value correction unit 91. Due to the correction of the limit value a, when the load pressure P ba is large, the limit value a does not increase unless the bucket tip is closer to the boundary L than when the load pressure is small. In other words, the correction operation by raising the boom will not work unless it approaches the boundary L more. For this reason, it becomes difficult for hydraulic oil to flow into the arm cylinder, and even if the arm speed decreases, the boom raising speed by the above-mentioned direction change control is also balanced with the reduced arm speed, and the front device tends to rise. It is possible to excavate closer to the boundary L even if it is held down and the load pressure, that is, the excavation load is large.
  • the calculation unit 9c uses the relationship shown in Fig. 5 to limit the bucket tip speed in proportion to the distance D from the bucket tip to the boundary of the setting area.
  • a is calculated as a positive value
  • the limit value c a—by (> 0) of the baguette tip speed due to the boom calculated by the calculation unit 9 f increases in proportion to the limit value a
  • the valve command calculation unit The voltage output from 9 i to the proportional solenoid valve 10 a on the boom raising side increases according to the limit value c. As a result, the distance D is set outside the setting area.
  • a correction operation is performed by raising the boom so that the bucket tip speed is restored within the area at a proportional bucket tip speed, and is corrected by the component b X parallel to the boundary L where the bucket tip speed is not corrected by the arm and this limit value c.
  • excavation can be performed while gradually returning along the boundary L of the set area as shown in FIG. Therefore, the excavation force along the boundary L of the set area can be smoothly performed only by clouding the arm.
  • FIGS. 1 or FIG. 16 and FIG. 3 or FIG. 3 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the present invention is applied to an all-operation-signal-correction-area-limited excavation control device described in Japanese Patent Application Publication No. W955 / 359.
  • the same reference numerals are given to members or functions equivalent to those shown in FIG. 1 or FIG. 16 and FIG. 3 or FIG.
  • the area limiting excavation control device includes a pilot line 44 b of an operation lever device 4 a for a boom. , 44b, and pressure detectors 60a, 60b that detect the pilot pressure as the operation amount of the operation lever device 4a, and the pilot lines 45a, 45b for the arms.
  • Proportional solenoid valves 1 la and 1 lb for reducing and outputting the pilot pressure in the pilot lines 45 a and 45 b according to the electric signal are provided, and the pressure detectors 60 a and 60 b are provided.
  • the signal is input to the control unit 9C, and the proportional solenoid valves 11a and 11b are supplied with the signal from the control unit 9C.
  • FIG 19 shows the control functions of the control unit 9C.
  • the control unit 9C includes a front attitude calculator 9a, an area setting calculator 9b, a target cylinder speed calculator 90c, a target tip speed vector calculator 90d, a direction conversion controller 90e, and a correction.
  • the functions of the region setting calculation unit 9a and the region setting calculation unit 9b are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
  • the target cylinder speed calculator 90c the value of the pilot pressure detected by the pressure detectors 60a, 60b, 61a, 61b is input and the flow control valves 5a, 5b Find discharge flow rate Then, the target speeds of the cylinder cylinder 3a and the arm cylinder 3b are calculated from the discharge flow rate.
  • the target tip speed vector calculator 90d stores the bucket tip position obtained by the front attitude calculator 9b, the target cylinder speed obtained by the target cylinder speed calculator 90c, and the control unit 9C.
  • the target velocity vector Vc at the tip of the baggage 1c is obtained from the dimensions of each part of the front device 1A stored in the device. At this time, the target speed vector Vc is obtained as a value in the XaYa coordinate system shown in FIG.
  • the vertical vector The component is corrected so as to decrease as it approaches the boundary of the setting area.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating the control performed by the direction conversion control unit 90 e.
  • step 100 the component perpendicular to the boundary of the set area of the target speed vector Vc, that is, the positive / negative of the Ya coordinate value Vcy in the XaYa coordinate system is determined.
  • the bucket tip is a velocity vector in the direction away from the boundary of the setting area.
  • the Xa coordinate value VcX and the Ya coordinate value Vcy of the target speed vector Vc are used as vector components Vcxa and Vcya after correction.
  • the velocity vector is in the direction in which the bucket tip approaches the boundary of the setting area.
  • the procedure proceeds to step 102, where the Xa coordinate value of the target velocity vector Vc for the direction change control VcX Is the corrected vector component V exa, and the ⁇ 3 coordinate value y is multiplied by the coefficient h to obtain the corrected vector component V cya.
  • the coefficient h is 1 when the distance Ya between the tip of the bucket 1c and the boundary of the setting area is larger than the setting value Ya1, and the distance Ya is the setting value Y a
  • the value becomes smaller than 1 as the distance Ya becomes smaller.
  • the distance Ya becomes 0, that is, when the tip of the bucket reaches the boundary of the setting area, the value becomes 0.
  • the storage device of C stores such a relationship between h and Ya.
  • the coefficient h limits the vertical vector component Vcy when the distance Ya is equal to or less than Ya 1, and the coefficient h can be said to be a kind of limit value.
  • FIG. 24 is a flowchart illustrating another example of the control by the direction conversion control unit 90e.
  • the decelerated Ya coordinate value f (Ya) is obtained, and the smaller of the Ya coordinate value f (Ya) and V cy is defined as the corrected vector component V cya.
  • the Ya coordinate value f (Ya) is a limit value for Vcy
  • the limit value correction unit 9 C 1 sets the above Ya coordinate value f (Ya) according to the magnitude of the load pressure Pba of the arm cylinder 3 b. Is corrected.
  • the inclination increases as the load pressure Pba of the arm cylinder 3a increases.
  • step 102A shown in the flowchart of FIG.
  • the restoration control unit 90g sets the target speed vector so that when the tip of the bucket 1c goes out of the setting area, the bucket tip returns to the setting area in relation to the distance from the boundary of the setting area. to correct.
  • FIG. 27 is a flowchart showing the control contents of the restoration control unit 9g.
  • step 110 it is determined whether the distance Ya between the tip of the bucket 1c and the boundary of the setting area is positive or negative. If the distance Ya is positive, the bucket tip is still in the set area, so proceed to step 1 1 1 to give the Xa coordinate value Vc of the target speed vector Vc to give priority to the direction conversion control described above.
  • the X and Y a coordinate values V cy are each set to 0. If the value is negative, the tip of the bucket has moved out of the boundary of the set area, so proceed to Steps 1 and 2 and use the Xa coordinate value VcX of the target speed vector Vc for the restoration control as it is.
  • the vector component VcXa, and the ⁇ 3 coordinate value y is the corrected vector component Vcya obtained by multiplying the distance Ya to the boundary of the set area by the coefficient -K.
  • the coefficient K is an arbitrary value determined from the characteristics of control
  • —K V cy is a reverse velocity vector that decreases as the distance Ya decreases.
  • the vertical vector component Vcy of the target speed vector Vc As described above, by correcting the vertical vector component Vcy of the target speed vector Vc, as shown in Fig. 28, as the distance Ya decreases, the vertical vector component Vcy decreases.
  • the target speed vector Vc is corrected to the target speed vector Vca so that cy becomes smaller.
  • the limit value correction unit 9C1 corrects the coefficient K according to the magnitude of the load pressure P ab of the arm cylinder 3b.
  • This coefficient K is corrected by increasing the coefficient K as the load pressure on the arm cylinder 3b increases, as shown in FIG.
  • the coefficient K can be corrected in accordance with the correction of the coefficient h of the direction conversion control section 90e, and the control gains of the “direction conversion control” and the “recovery control” can be matched. Since the direction change control does not work unless the direction change is near the boundary, even if the bucket crosses the boundary, it can be controlled to return quickly.
  • K may be constant.
  • the corrected target cylinder speed calculators 90f and 90h calculate the target cylinder speeds of the cylinder 3a and the arm cylinder 3 from the corrected target speed vectors obtained by the controllers 90e and 90g. .
  • the target cylinder speed selector 90i selects the larger (maximum) of the target cylinder speed obtained by the target cylinder speed calculators 90f and 90h, and sets it as the target cylinder speed for output.
  • the target pilot pressure calculation section 90j calculates the pilot line 44a, 44b, 45a, 45b from the target cylinder speed for output obtained by the target cylinder speed selection section 90i. Calculate the target pilot pressure.
  • the valve command calculation section 90 k is a proportional solenoid valve for obtaining the pilot pressure from the target pilot pressure calculated by the target pilot pressure calculation section 90 j, 10 a, 10 b, 11 a, 11 b Calculate the command value. This command value is amplified by the amplifier and output to the proportional solenoid valve as an electric signal.
  • the excavation control device when the excavation load is increased and the pressure P ba on the bottom side of the arm cylinder 3 b is increased, the excavation load is limited.
  • the coefficient h (or the Ya coordinate value f (Ya)) is corrected by the arm cylinder load pressure, and this correction makes it difficult for the bucket force to escape even when the excavation load increases. The same effects as those of the second embodiment can be obtained.
  • a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the correction based on the excavation load is added to the limit value, but in the present embodiment, the correction is made to the calculated bucket tip speed.
  • the same reference numerals are given to members or functions equivalent to those shown in FIGS. 1 and 3.
  • the control unit 9D is provided with a bucket tip speed correction unit 9 m due to the excavation load instead of the limit value correction unit 91 due to the excavation load in FIG. Correct the bucket tip speed b by the arm.
  • the calculation procedure of the correction unit 9m is shown in the flowchart of FIG.
  • step 100 the load pressure P ba of the arm cylinder 3b is input from the pressure detector 41a, and the arm cylinder pressure P ba and the bucket tip speed correction coefficient K v shown in FIG. From this relationship, the bucket tip speed correction coefficient K v at that time is obtained.
  • step 110 using the speed correction coefficient Kv obtained in step 100, the bucket tip speed b by the arm is corrected by the following equation.
  • the bucket tip speed b is corrected to b ′, and the speed component perpendicular to the boundary L of the set area is also corrected to b y ′.
  • the limit value c 'of the bucket tip speed due to the boom which is the difference between the speed limit value a at the bucket tip position D and the vertical speed component by', is smaller than the limit value c without correction.
  • the direction of the boundary L becomes larger, and as a result, the raising command for the boom becomes smaller, so that it becomes difficult for the work equipment to escape even when the load becomes large.
  • the speed b is corrected by using a speed vector (trajectory) until the tip of the bucket reaches the boundary of the set area when excavating a heavy load such as hard soil using area limit control.
  • a speed vector trajectory
  • the correction of the speed b by the load pressure does not require an accurate value, and it is sufficient for the control to make a rough correction such that the bucket tip can excavate without escaping from the excavation target. Therefore, also in this case, the relationship between the load pressure P ba and the correction coefficient K v shown in FIG. 32 does not require strictness, and software (program) for the speed correction unit 9 m can be easily created.
  • the distance from the tip of the bucket has been described as the distance to the boundary of the setting area. However, if it is simply implemented, the distance from the pin at the end of the arm may be used. In addition, when an area is set to prevent interference with the front device and to ensure safety, another area where the interference may occur may be used.
  • the applied hydraulic drive system was an open circuit system with a center bypass type flow control valve, but closed using a closed center type flow control valve. It may be a road system.
  • the relationship between the distance between the bucket tip and the boundary of the setting area and the limit value of the bucket tip speed or the calculated value of the bucket tip speed is not limited to the linearly proportional relationship as described above, and various settings are possible. It is.
  • the target speed vector is output as it is. Even in this case, the target speed vector may be corrected for another purpose.
  • the vector component in the direction approaching the boundary of the target speed vector setting region is the vector component in the direction perpendicular to the boundary of the setting region, but movement in the direction along the boundary of the setting region can be obtained. For example, it may be shifted from the vertical direction.
  • a proportional solenoid valve is used as the electrohydraulic conversion means and the pressure reduction means. May be other electro-hydraulic conversion means.
  • all of the operation lever devices and the flow control valves are of the hydraulic pilot type, but it is sufficient that at least only the boom and the arm are of the hydraulic pilot type.
  • the set area in the excavation work using the excavation control in which the area is limited, the set area can be excavated to the boundary without being affected by the hardness of the soil to be excavated, so that additional work is reduced. Work efficiency can be improved, and delays in the construction period can be suppressed. Further, the correction of the limit value or the calculated speed may not be strict, and the correction can be performed with a simple program.

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Description

明細書 建設機械の領域制限掘削制御装置 技術分野
本発明は多関節型のフロント装置を備えた建設機械、 特にアーム、 ブーム、 ノく ケット等のフロント部材からなるフロント装置を備えた油圧ショベルにおいて、 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
油圧ショベルではオペレータがブームなどのフロント部材をそれぞれの手動操 作レバ一によって操作している力^ これらフロント部材はそれぞれが関節部によ つ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 8— 3 3 3 7 6 8号公報や WO 9 5 / 3 0 0 5 9号公報及び WO 9 5 / 3 3 1 0 0号公報に提案されている。 特開平 8— 3 3 3 7 6 8号公報に記載の領域制限掘削制御装置は、 上下方向に 回動可能な複数のフロント部材により構成される多関節型のフロント装置と、 前 記複数のフロント部材を駆動する複数の油圧ァクチユエ一夕と、 前記複数のフロ ント部材の動作を指示する複数の操作手段と、 前記複数の操作手段の操作に応じ 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 に基づき前記フ口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 油圧ァクチユエ一夕のうち少なくとも第 1の特定のフロント部材 （例えばアーム） に係わる第 1の特定のァクチユエ一夕の駆動による前記フロント装置の速度を演 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、 前記設定領域の境界に接 近する方向の移動速度を制限するよう、 前記複数の油圧ァクチユエ一夕のうちの 少なくとも第 2の特定のフロント部材 （例えばブーム） に係わる第 2の特定のァ クチユエ一夕の駆動による前記フロント装置の速度の制限値を演算する第 3演算 手段と；前記第 2の特定のァクチユエ一夕の駆動による前記フロン卜装置の速度 が前記制限値を超えないよう前記第 2の特定ァクチユエ一夕に係わる操作手段の 操作信号を補正する信号補正手段とを備えており、 第 3演算手段で、 フロント装 置が設定領域内でその境界近傍にあるとき、 第 2の特定のフロント部材に係わる 第 2の特定のァクチユエ一タの駆動によるフロント装置の速度の制限値を演算し、 信号補正手段で、 第 2の特定のァクチユエ一夕の駆動によるフロント装置の速度 がその制限値を超えないよう第 2の特定ァクチユエ一夕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ロント装 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ってフロン卜装 置を動かすことができる。 これにより、 バケツ卜が設定領域の境界、 すなわち設 定した掘削深さを超えないように、 設定領域の境界を目標掘削面とした掘削を能 率良く円滑に行うことができる。
WO 9 5 Z 3 0 0 5 9号公報に記載の領域制限掘削制御装置は、 フロント装置 力動き得る領域を予め設定しておき、 制御ュニッ卜で角度検出器からの信号に基 づきフロント装置の位置と姿勢を演算し、 操作レバ一装置からの信号に基づきフ ロン卜装置の目標速度べクトルを演算し、 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目標速度べクトルを維持し、 フロント装置が設定領域内でそ の境界近傍にあるときは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補正し、 この補正した目標速度べクトルが得られるよ うにそれぞれの油圧制御弁を操作し、 これにより領域を制限した掘削を能率良く 円滑に行えるようにしている。
W0 9 5 / 3 3 1 0 0号公報に記載の領域制限掘削制御装置は、 上記 WO 9 5 / 3 0 0 5 9号公報に記載の制御装置において、 油圧制御弁 （流量制御弁） のメ —タリング特性がフロント装置の負荷によって変化することを考慮し、 目標パイ 口ット圧演算部で用いる関数関係をそのメータリング特性の負荷変化に合わせて 補正し、 この補正した関数関係を用いて目標パイロット圧を計算し、 負荷の変化 に係わらず精度の良い制御が行え、 フロント装置の先端が目標速度べクトル通り に動くようにしている。 発明の開示
一般に掘削作業を行う場合、 掘削対象となる土壌の硬さは必ずしも一定ではな く、 部分的に硬さが大きくなる箇所が存在することが多い。 例えば、 土壌の一部 分の土質が他の部分より硬い土壌条件や、 石、 コンクリート、 廃材等が土壌中に 部分的に集積している土壌条件が存在する。 このような土壌条件において、 前述 した特開平 8 _ 3 3 3 7 6 8号公報に提案されている従来技術を適用し、 掘削作 業を行う場合、 フロント装置が第 2演算手段で演算したフロント装置の速度通り に動かなくなり、 適切な方向変換制御が行えなくなる。
例えば、 建設機械の車体の前方にフロント装置を伸ばした状態、 すなわちフロ ン卜の構成要素であるブームを下げ方向に動かし、 アームをブームに対して上げ 方向 （ダンプ方向） に操作した状態で、 アームをクラウド方向に動かし、 領域制 限掘削制御により掘削作業を行う場合、 バケツ卜が硬い土壌部分に到達すると、 ァ一ム駆動用のァクチユエ一夕の負荷が増大し、 当該ァクチユエ一夕に圧油が流 入し難くなるので、 アームは指令速度よりも遅い速度でクラウド動作する。 その 結果、 第 2演算手段で演算したフロント装置の速度は実際のフロント装置の速度 よりも速めとなり、 この速めの速度を基に制限値が演算され、 ブームを上げ方向 に動かす制御が行われるので、 アームクラウド動作に対しブームが上がり過ぎと なり、 バケツ ト先端が設定領域の境界に到達するまでの軌跡がその境界から上げ 方向に離れ勝ちになる。
このため、 上記の適用例では、 バケツトは硬い土壌部分を十分に掘削すること ができず、 その硬い土壌部分の一部を掘り残し、 掘削面に予想外の突出部を形成 することとなり、 設定領域の境界まで掘削するのに追加作業が数回必要となり、 目標掘削面を形成するための作業時間が増加し、 施工期限が遅延することがあつ た。
W0 9 5 / 3 0 0 5 9号公報に提案されている従来技術でも、 同様の土壌条件 においては、 バケツ卜が硬い土壌部分に到達すると、 バケツト先端が計算した目 標速度べクトル通りに動かず、 やはりバケツト先端が設定領域の境界に到達する までの軌跡がその境界から上げ方向に離れ勝ちになり、適切な方向変換制御が行 えなくなる。
W0 9 5 / 3 3 1 0 0号公報に記載の従来技術では、 目標パイロット圧演算部 で用いる関数関係を流量制御弁のメータリング特性の負荷変化に合わせて補正し、 この補正した関数関係を用し、て目標パイロット圧を演算することにより制御精度 を向上し、 上記のような硬い土壌部分がある条件下でもバケツト先端が計算した 目標速度ベクトル通りに動けるようにしている。 この従来技術は、 負荷に係わら ずバケツト先端の実際の移動速度べクトルを計算した目標速度べクトルに一致さ せ、 制御精度を向上させるという考え方である。 し力、し、 この方法では、 目標パ イロット圧演算部で用いる関数関係を負荷変化に応じて精度良く補正できるよう にするための大量の補正デ一タの収集や登録処理が必要であり、 そのためには多 大の手間暇と労力を要する。 特に、 領域制限掘削制御のようなブームとアームの 複合操作の制御においては、 アームとブームの複合状態が変わりフロント装置の 姿勢が変わるとそれに応じて流量制御弁の負荷特性が変わり必要な補正量も変わ るため、 あらゆる複合状態を考慮して補正データを得る必要があるが、 このよう な複合状態を考慮した補正データの収集は極めて困難である。 また、 製品の種類 が変わり、 流量制御弁が変われば、 その都度データを取り直し、 負荷補正データ を記憶させる必要もある。
本発明の目的は、 領域を制限した掘削制御を用いる掘削作業において、 掘削対 象となる土壌の硬さに影響されずに、 設定領域を境界まで掘削することができ、 しかもそのためのソフ卜の作成を容易に行える建設機械の領域制限掘削制御装置 を提供することにある。
上記の目的を達成するために、 本発明は、 上下方向に回動可能な第 1及び第 2 フロン卜部材を含む複数のフロント部材により構成される多関節型のフロント装 置と、 前記第 1及び第 2フロント部材を駆動する第 1及び第 2油圧ァクチユエ一 夕を含む複数の油圧ァクチユエ一夕と、 前記第 1及び第 2フロント部材の動作を 指示する第 1及び第 2操作手段を含む複数の操作手段と、 前記第 1及び第 2操作 手段の操作に応じて駆動され、 前記第 1及び第 2油圧ァクチユエ一タに供給され る圧油の流量を制御する第 1及び第 2油圧制御弁を含む複数の油圧制御弁とを備 えた建設機械に設けられ、 前記複数の操作手段のうち少なくとも前記第 1操作手 段による前記フロント装置の移動速度を計算する第 1演算手段と、 前記フロント 装置が設定領域の境界に近づくに従って絶対値が小さくなる制限値を計算する第 2演算手段と、 前記第 1演算手段で計算したフロント装置の移動速度及び前記第 2演算手段で計算した制限値を用い、 前記フロント装置が前記設定領域の境界に 近づくに従ってその境界に接近する方向の移動速度を減じ、 境界に沿った方向に は移動するよう前記複数の操作手段のうち少なくとも前記第 2操作手段の操作信 号を補正する信号補正手段とを備える領域制限掘削制御装置において、 前記フ口 ン卜装置に作用する負荷を検出する第 1検出手段と；前記第 1検出手段によって 検出された負荷の大きさに従い前記制限値を補正する制限値補正手段とを備える ものとする。
以上のように構成した本発明においては、 第 2演算手段で、 フロント装置が設 定領域の境界に近づくに従って絶対値が小さくなる制限値を計算し、 信号補正手 段で、 フロント装置が設定領域の境界に近づくに従ってその境界に接近する方向 の移動速度を減じ、 境界に沿った方向には移動するよう複数の操作手段のうち少 なくとも第 2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 て方向変換制御が行われ、 設定領域の境界に沿ってフロン卜装置を動かすことが できる。 これは特開平 8— 3 3 3 7 6 8号公報や WO 9 5 / 3 0 0 5 9号公報及 び W0 9 5 / 3 3 1 0 0号公報の提案技術と同じである。
そして本発明では、 このような方向変換制御に際して、 第 1検出手段でフロン ト装置に作用する負荷を検出し、 制限値補正手段で、 第 1検出手段によって検出 された負荷の大きさに従 、制限値を補正することにより、 負荷が大き 、場合には、 負荷が小さいときよりフロント装置が設定領域の境界により近づかないと制限値 が働かないようにすることができ、 これにより掘削負荷でフロント装置が上がり 気味になる現象が押さえられ、 掘削対象となる土壌が硬く掘削負荷が大きい状態 でも、 土壌の硬さに影響されずに、 設定領域を境界まで掘削することができる。 また、 本発明は、 硬い土壌など負荷の大きな掘削対象を上記制御を用いて掘削 するとき、 フロント装置が設定領域の境界に達するまでの速度べクトル （軌跡） を問題にするのではなく、 フロント装置が掘削対象から逃げること無く最終的に 境界に達すれば良し、という考え方に基づし、ており、 そのために制限値を負荷補正 している。 従って、 この制限値の補正は厳密性を必要とせず、 メータリング特性 を負荷補正する場合に比べてソフ卜の作成は極めて容易である。
上記において、 好ましくは、 前記制限値補正手段は、 前記第 1検出手段で検出 したフロント装置に作用する負荷が大きくなるにつれて、 前記設定領域の境界か らより近づいた位置で制限値が働くように補正する。
また、 好ましくは、 前記第 1検出手段が検出する前記フロント装置に作用する 負荷は、 前記第 1油圧ァクチユエ一夕の負荷圧力である。
前記第 1検出手段が検出する前記フロント装置に作用する負荷は、 前記第 2油 圧ァクチユエ一夕の負荷圧力であってもよい。
更に、 好ましくは、 前記制限値補正手段で補正される制限値は、 前記設定領域 の境界に接近する方向の速度の制限値であり、 前記信号補正手段は、 前記フロン ト装置の速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分がその制限値を超えな いよう前記第 2操作手段の操作信号を補正する。
また、 前記第 1演算手段で計算するフロント装置の移動速度は前記フロント装 置の目標速度であり、 前記制限値補正手段で補正される制限値は、 前記フロント 装置の目標速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分を補正するための係 数であり、 前記信号補正手段は、 この係数により補正された速度成分を持つフロ ント装置の目標速度が得られるよう前記第 1及び第 2操作手段の操作信号を補正 してもよい。
更に、 前記第 1演算手段で計算するフ口ント装置の移動速度は前記フロント装 置の目標速度であり、 前記制限値補正手段で補正される制限値は、 前記フロン卜 装置の目標速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分の制限値であり、 前 記信号補正手段は、 その制限値を越えないように補正された速度成分を持つフロ ント装置の目標速度が得られるよう前記第 1及び第 2操作手段の操作信号を補正 してもよい。
また、 前記制限値補正手段に代え、 前記第 1検出手段によって検出された負荷 の大きさに従い、 前記第 1演算手段で計算したフロント装置の移動速度を制限す る速度制限手段を備えてもよい。
更に、 好ましくは、 前記複数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フロント部材はアームであり、 前記第 2フロント部材はブーム である。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施形態による建設機械の領域制限掘削制御装置をそ の油圧駆動装置と共に示す図である。
図 2は、 本発明が適用される油圧ショベルの外観を示す図である。
図 3は、 制御ュニッ卜の制御機能を示す機能ブロック図である。
図 4は、 本実施形態の領域制限掘削制御における掘削領域の設定方法を示す図 である。
図 5は、 バケツト先端速度の制限値を求めるときの設定領域の境界からの距離 との関係の一例を示す図である。
図 6は、 制限値補正部の演算内容の一例を示す機能プロック図である。
図 7は、 図 6のブロック図で用いる負荷圧と補正係数との関係を示す図である c 図 8は、 制限値補正部の演算内容の他の例を示す機能プロック図である。
図 9は、 図 8のプロック図で用いる距離と制限値の基本値との関係を示す図で ある。
図 1 0は、 図 8のブロック図で用いる負荷圧と補正係数との関係を示す図であ 図 1 1は、 制限値補正部の演算内容の更に他の例を示す機能ブロック図である c 図 1 2は、 バケツ 卜先端が設定領域内にある場合と、 設定領域の境界上にある 場合と、 設定領域外にある場合のブームによるバケツト先端速度の補正動作の違 いを示す図である。
図 1 3は、 バケツ ト先端が設定領域内にあるときの補正動作軌跡の一例を示す 図である。
図 1 4は、 バケツ 卜先端が設定領域外にあるときの補正動作軌跡の一例を示す 図である。
図 1 5は、 バケツ卜先端速度の制限値を求めるときの設定領域の境界からの距 離との関係の他の例を示す図である。
図 1 6は、 本発明の第 2の実施形態による建設機械の領域制限掘削制御装置を その油圧駆動装置と共に示す図である。
図 1 7は、 制御ュニッ卜の制御機能を示す図である。
図 1 8は、 本発明の第 3の実施形態による建設機械の領域制限掘削制御装置を その油圧駆動装置と共に示す図である。
図 1 9は、 制御ュニッ卜の制御機能を示す図である。
図 2 0は、 方向変換制御部における処理内容を示すフローチヤ一卜である。 図 2 1は方向変換制御部におけるバケツ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 2 2はバケツ 卜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 2 3は、 了一ムシ、)ンダ負荷圧力による係数 hの補正の仕方を示す図である c 図 2 4は、 方向変換制御部における他の方法による処理内容を示すフローチヤ ―トである。
図 2 5は、 方向変換制御部における距離 Y aと V c y f =関数 f ( Y a ) との 関係を示す図である。
図 2 6は、 アームシリンダ負荷圧力による Y a座標成分 f ( Y a ) の補正の仕 方を示す図である。
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卜である。
図 2 8はバ、 ケッ卜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 2 9は、 アームシリンダ負荷圧力による復元制御で用いる係数 Kの補正の仕 方を示す図である。
図 3 0は、 本発明の第 4の実施形態による建設機械の領域制限掘削制御装置に おける制御ュニッ卜の制御機能を示す図である。
図 3 1は、 掘削負荷によるバケツト先端速度補正部の処理内容を示すフローチ ヤー卜である。
図 3 2は、 アームシリンダ負荷圧力とバケツト先端速度補正係数との関係を示 す図である。
図 3 3は、 バケツト先端速度を補正することによる作用を説明する図である。 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実施形態を図面を用いて説明す る。
まず、 本発明の第 1の実施形態を図 1〜図 6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、 油圧ポンプ 2と、 この油 圧ポンプ 2からの圧油により駆動されるブームシリンダ 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及び左右の走行モ一夕 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タ 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 1 4 a〜 l 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、 操作レバ一装置 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 ίと、 油圧ポンプ 2と 流量制御弁 1 5 a〜 l 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。
アームシリンダ 3 bのボトム側管路には、 圧力検出器 4 1 aが設けられている。 この圧力検出器 4 1 aは、 掘削中にアームシリンダ 3 bに作用する負荷を圧力と して検出するものである。
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可能に連結され たブーム 1 a、 アーム 1 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 1 d及び下部走行体 1 eからなる車体 1 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 1 dの前部に支持されている。 ブ —ム 1 a、 アーム 1 b、 バケツ卜 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、 ノくケッ 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 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 1 4 a〜l 4 f により指示され る。
また、 操作レバー装置 1 4 a〜l 4 f は操作信号として電気信号 （電圧） を出 力する電気レバー方式であり、 流量制御弁 1 5 a〜l 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、 操作レバ一装置 1 4 a〜l 4 f はオペレータの操作量と操作方向に応じた 電圧を電気信号として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へ供給する。
更に、 流量制御弁 1 5 a〜l 5 f はセンタ一バイパスタイプの流量制御弁であ り、 各流量制御弁のセンタバイパス通路はセンタ一バイパスライン 2 4 2により 直列に接続されている。 センターバイパスライン 2 4 2の上流側は供給ライン 2
4 3を介して油圧ポンプ 2に接続され、 下流側はタンクに接続されている。 以上のような油圧ショベルに本実施形態による領域制限掘削制御装置が設けら れている。 この制御装置は、 予め作業に応じてフロント装置の所定部位、 例えば パ'ケット 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 1 a、 アーム 1 b及びバケツト 1 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を検出する傾斜角検出器 8 dと、 上記の圧力検出器 4 1 aと、 操作レバ一装置 1 4 a〜 1 4 f の操作信号、 設定器 7の設定信号及び角度検出器 8 a， 8 b , 8 cと傾斜角検出器 8 dと圧力 検出器 4 1 aの検出信号を入力し、 バケツト 1 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操作信号の補正を行う制御 ュニッ卜 9とから構成されている。
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ッチ等の操作手 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、 他の補助手段があつてもよい。
制御ュニッ ト 9の制御機能を図 3に示す。 制御ュニッ ト 9は、 フロン卜姿勢演 算部 9 a、 領域設定演算部 9 b、 バケツ 卜先端速度の制限値演算部 9 c、 掘削負 荷による制限値補正部 9 1、 ァ一ムシリンダ速度演算部 9 d、 アームによるバケ ット先端速度演算部 9 e、 ブームによるバケツト先端速度の制限値演算部 9 f 、 ブームシリンダ速度の制限値演算部 9 g、 ブーム指令の制限値演算部 9 h、 ブー ム指令の最大値演算部 9 j、 ブーム用バルブ指令演算部 9 i、 アーム用バルブ指 令演算部 9 kの各機能を有している。
フロント姿勢演算部 9 aでは、 角度検出器 8 a〜8 c及び傾斜角検出器 8 dで 検出したブーム、 アーム、 バケツ卜の回動角及び車体 1 Bの前後の傾斜角に基づ きフロント装置 1 Aの位置と姿勢を演算する。
領域設定演算部 9 b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 4を用いて説明する。
図 4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の位置に動かし た後、 設定器 7からの指示でフロント姿勢演算部 9 aの演算したそのときのバゲ ット 1 cの先端位置を入力し、 更に設定器 7で指示された傾斜角^により制限領 域の境界 Lを設定する。
ここで、 制御ュニッ ト 9の記憶装置にはフロント装置 1 A及び車体 1 Bの各部 寸法力 己憶されており、 領域設定演算部 9 bはフロント姿勢演算部 9 aにてこれ らのデータと、 角度検出器 8 a , 8 b， 8 cで検出した回動角及び傾斜角検出器 8 dで検出した車体 1 Bの傾斜角を用いて点 Pの位置を計算する。 このとき、 点 P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座標系の座標値として 求める。 X Y座標系は本体 1 Bに固定した垂直面内にある直交座標系である。 そして、 点 Pの位置と設定器 7で指示された傾斜角 fにより制限領域の境界 L の直線式を立て、 当該直線上に原点を持ち当該直線を一軸とする直交座標系、 例 えば点 Pを原点とする X a Y a座標系を立て、 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。
バケツト先端速度の制限値演算部 9 cでは、 バケツト先端の境界 Lからの距離 Dに基づき、 バケツト先端速度の境界 Lに垂直な成分の制限値 aを計算する。 こ れは制御ュニット 9の記憶装置に図 5に示すような関係を記憶しておき、 この関 係を読み出して行う。
図 5において、 横軸はバケツト先端の境界 Lからの距離 Dを示し、 縦軸はバゲ ット先端速度の境界 Lに垂直な成分の制限値 aを示し、 横軸の距離 D及び縦軸の 速度制限値 aは X a Y a座標系と同じくそれぞれ設定領域外から設定領域内に向 かう方向を （+ ) 方向としている。 この距離 Dと制限値 aの関係は、 バケツト先 端が設定領域内にあるときには、 その距離 Dに比例した （一） 方向の速度をバゲ ッ卜先端速度の境界 Lに垂直な成分の制限値 aとし、 バケツト先端が領域外にあ るときには、 その距離 Dに比例した （+ ) 方向の速度をバケツ卜先端速度の境界 Lに垂直な成分の制限値 aとするように定められている。 したがって、 設定領域 内では、 バケツト先端速度の境界 Lに垂直な成分が（一） 方向で制限値を越えた 場合だけ減速され、 設定領域外では、 バケツト先端が（+ ) 方向に増速されるよ うになる。
掘削負荷による制限値補正部 9 1では、 圧力検出器 4 1 aからアームシリンダ 3 bの負荷圧 P baを入力し、 図 5の実線から二点鎖線への変化で示すように、 そ の負荷圧 P baの大きさに従い、 バケツト先端速度の制限値 aの境界からの距離 D に対する関係を急峻なものとする補正を行う行う。 ここで、 アームシリンダ 3 b のボトム側圧力 P baを負荷圧として取り込むのは、 掘削作業にお t、てアームを手 前に引き込む、 すなわちアームシリンダ 3 bのボトム側に掘削負荷に杭して圧油 を流入させる操作を行うからである。 また、 ここで負荷圧 P baが大きくなるに従 I くケット先端速度の制限値 aの境界からの距離 Dに対する関係を急峻なものと するのは、 掘削負荷が大きくなつたときに境界に近づくときの制限値ができるだ け境界に近づく状態で働くようにするためである。
前記のバケツト先端速度の制限値演算部 9 cでは、 図 5に示す負荷圧により補 正された境界からの距離 Dとバケツ卜先端速度の制限値 aの関係を用いて制限値 a ¾r求める。
制限値補正部 9 1で負荷圧 P baの変化に応じて制限値 aを補正する方法の具体 例を以下に説明する。
( 1 ) 図 5の D _ aの関係式の補正係数 （Kaとする） を予め負荷圧 P baの関数式 で求めておく方法。
図 6に演算のブロック図を示し、 図 7に図 6のブロック 2 0 0で用いる関数 ( Ka= f ka ( P ba) ) の内容を示す。 図 6のブロック 200では、 図 7の関係式である Ka= f ka (Pba) を用いてブ ロック 210で用いる図 5の D— aの関係式の係数 Kaを求める。
ブロック 210では、 ブロック 100で求めた係数 Kaを用い、 a=Ka. Dの 関係式から制限値 aを求める。
この場合、 係数 Kaは図 5で示した D— aの関係を Pbaが大きくなるに従い急峻 な傾きとするため、 負荷圧 Pbaの増加に従い大きくなる関係を持つ。 また、 図 7 では係数 Kaの初期値を P ba= 0の時に Ka= KaOとし、 負荷圧 P baの増加に従 ヽ 係数 Kaが KaO以上の値をとるようにした。 し力、し、 この Pba-Kaの関係はこれ に限られず、 所定の負荷圧 Pbaのときに Ka= KaOとし、 負荷圧 Pbaが所定値以下 の場合に Kaく KaOとなるようにしても良い。 また、 Pba— Kaの関係は直線式で なく、 曲線を示す式であっても良い。 これらの関係は負荷圧 Pbaの増加に伴い K aが増加する （D— aの関係が急峻になる） 関係で制御上所期の目的を果たすもの であれば良い。
また、 ここでは Pba— Kaの関係を式で求めたが、 この関係をテーブル化して制 御ュニッ卜 9のメモリに記憶しておき、 負荷圧 Pbaの値に従ってテーブル値を読 み出しても良い。
(2) 図 5の実線の D— aの関係式で制限値 aを求め、 その制限値 aを負荷圧 P baで補正する方法。
図 8に演算のブロック図を示し、 図 9に図 8のブロック 310で用いる関数 (a 1 =Ka - D (図 5の実線の関係と同じ） ） の内容を示し、 図 10に図 8のブ ロック 300で用いる関数 （Kal= fkal (Pba) ) の内容を示す。
ブロック 310では、 図 9の関係からバケツト先端速度の制限値 aの基本値 a 1を求める。 ブロック 300では、 アームシリンダの負荷圧 Pbaによる基本値 a 1の補正係数 Kalを求める。 ブロック 320では、 先にプロック 310で求めた 基本値 a 1にブロック 300で求めた補正係数 Kalを乗じてバケツト先端速度の 制限値 aを求める。 このときの Kalと P baの関係は図 5に二点鎖線で示したよう に D— aの関係が負荷圧 Pbaの増加に従い急峻になるように定める。 従って、 制 限値 aの基本値 a 1を Pba= 0のときのものとすると、 図 10に示したように P ba=0で Kal= 1であり、 負荷圧 Pbaの増加に従い補正係数 Kalが増加する関係 となる。
このときの P ba— Kalの関係はこれに限られず、 所定の負荷圧 P baのときに K al = 1とし、 負荷圧 P baが所定値以下の場合に Kalく 1となるようにしても良い c また、 P ba— Kalの関係は直線式でなく、 曲線を示す式であっても良い。 これら の関係は負荷圧 P baの増加に伴い Kal力増加する （D— aの関係か急峻になる） 関係で制御上所期の目的を果たすものであれば良 、。
また、 ここでは P ba— Kalの関係を式で求めたが、 この関係をテーブル化して 制御ュニット 9のメモリに記憶しておき、 負荷圧 Pbaの値に従ってテーブル値を 読み出しても良い。
( 3 ) 図 5の実線の D _ aの関係をテーブル化してメモリに記憶しておき、 Dの 値に相当する aをメモリから呼び出し、 その後負荷圧 P baで補正する方法。
図 1 1に演算のプロック図を示す。
図 1 1のブロック 4 1 0では、 先の図 5の実線と同様の関係式からバケツ卜先 端速度の制限値 aの基本値 a 2を求める。 ここでは、 図 5の実線と同様の D— a 2の関係をテーブル化してメモリに記憶しておく。 そして、 そのときの距離 Dの 値から基本値 a 2を読み出す。
ブロック 4 0 0では、 アームシリンダの負荷圧 P baによる基本値 a 2の補正係 数 Ka2を求める。 プロック 4 2 0では、 先にプロック 4 1 0で求めた基本値 a 2 にブロック 4 0 0で求めた補正係数 Ka2を乗じてバケツト先端速度の制限値 aを 求める。 このときの Ka2と P baの関係は図 5二に点鎖線で示したように D— aの 関係が負荷圧 P baの増加に従い急峻になるように定める。 従って、 制限値 aの基 本値 a 2を P ba= 0のときのものとすると、 図 1 0の Kalの場合と同様、 P ba= 0で Ka2= 1であり、 負荷圧 P baの増加に従い補正係数 Ka2力増加する関係とな る。
ァ一ムシリンダ速度演算部 9 dでは、 操作レバー装置 1 4 bによる流量制御弁 1 5 bへの指令値と、 そのアームの流量制御弁 1 5 bの流量特性により、 アーム シリンダ速度を推定する。
アームによるバケツ ト先端速度演算部 9 eでは、 アームシリンダ速度とフロン ト姿勢演算部 9 aで求めたフロント装置 1 Aの位置と姿勢によりアームによるバ ケット先端速度 bを演算する。
ブームによるバケツト先端速度の制限値演算部 9 f では、 演算部 9 eで求めた アームによるバケツ卜先端速度 bを領域設定演算部 9 bで求めた変換データを用 いて X Y座標系から X a Y a座標系へ変換し、 アームによるバケツト先端速度の 境界 Lに水平および垂直な成分 （b X , b y ) を演算し、 演算部 9 cで求めたバ ケット先端速度の境界 Lに垂直な成分の制限値 aとそのアームによるバケツト先 端速度の境界 Lに垂直な成分 b yにより、 ブームによるバケツト先端速度の境界 Lに垂直な成分の制限値 cを演算する。 これを図 1 2を用いて説明する。
図 1 2において、 バケツト先端速度の制限値演算部 9 cで求められるバケツト 先端速度の境界 Lに垂直な成分の制限値 aとアームによるバケツ ト先端速度演算 部 9 eで求められるアームによるバケツ 卜先端速度 bの境界 Lに垂直な成分 b y の差 （a— b y ) がブームによるバケツ 卜先端速度の境界 Lに垂直な成分の制限 値 cであり、 ブームによるバケツ卜先端速度の制限値演算部 9 f では c = a— b yの式より制限値 cを計算する。
制限値 cの意味について、 バケツ 卜先端が設定領域内にある場合、 境界上にあ る場合、 設定領域外にある場合に分けて説明する。
バケツ卜先端が設定領域内の場合には、 バケツト先端速度は、 バケツト先端の 境界 Lからの距離 Dに比例してバゲット先端速度の境界 Lに垂直な成分の制限値 aに制限され、 これよりブームによるバケツ ト先端速度の境界 Lに垂直な成分は c ( = a - b y ) に制限される。 すなわち、 ブームによるバケツ 卜先端速度 bが cを越える場合には、 ブームは cに減速される。
バケツト先端が設定領域の境界 L上にある場合には、 バケツト先端速度の境界 Lに垂直な成分の制限値 aは 0となり、 設定領域外に向かうアームによるバゲッ ト先端速度成分 b yは速度 cのブ一ム上げによる補正動作によってキヤンセルさ れ、 バケツ 卜先端速度の境界 Lに垂直な成分も 0となる。
バケツト先端が領域外の場合には、 バケツト先端速度の境界 Lに垂直な成分は バケツト先端の境界 Lからの距離 Dに比例した上向きの速度 aに制限されること により、 常に設定領域内に復元するように速度 cのブーム上げによる補正動作が 行われる。 ブームシリンダ速度の制限値演算部 9 gでは、 ブームによるバケツト先端速度 の境界 Lに垂直な成分の制限値 cとフロント装置 1 Aの位置と姿勢に基ずき、 上 記変換データを用し、た座標変換によりブ一ムシリンダ速度の制限値を演算する。 ブーム指令の制限演算部 9 hでは、 ブームの流量制御弁 1 5 aの流量特性に基 づき、 演算部 9 gで求めたブ一ムシリンダ速度の制限値に対応するブームの指令 制限値を求める。
ブーム指令の最大値演算部 9 jでは、 演算部 9 hで求めたブーム指令の制限値 と操作レバー装置 1 4 aの指令値を比較し、 大きい方を出力する。 ここで、 操作 レバ一装置 1 4 aの指令値は X a Y a座標系と同じく、 設定領域外から設定領域 内に向かう方向 （ブーム上げ方向） を （+ ) 方向としている。 また、 演算部 9 j でブーム指令の制限値と操作レバー装置 1 4 aの指令値の大きい方を出力するこ とは、 バケツト先端が設定領域内の場合には制限値じが （一） であることから、 操作レバー指令値が （+ ) の場合は、 操作レバー指令値を、 操作レバー指令値が ( - ) の場合は、 両者の絶対値の小さい方を出力することであり、 バケツト先端 カ領域外の場合には制限値じが （+ ) であることから、 操作レバ一指令値が （一） の場合は、 制限値 cを、 操作レバー指令値が （+ ) の場合は、 両者の絶対値の大 きい方を出力することである。
ブーム用バルブ指令演算部 9 iでは、 ブーム指令の最大値演算部 9 jから出力 された指令値が正の値の場合には流量制御弁 1 5 aのブーム上げ駆動部 3 0 aに 対応する電圧を出力し、 ブーム下げ駆動部 3 0 bには 0の電圧を出力し、 指令値 が負の場合には逆にする。
アーム用バルブ指令演算部 9 kでは、 操作レバー装置 1 4 bの指令値を入力し、 当該指令値がアームクラウドの指令値である場合には流量制御弁 1 5 bのアーム クラウド駆動部 3 1 aに対応する電圧を出力し、 アームダンプ駆動部 3 1 bには 0の電圧を出力し、指令値がアームダンプの指令値である場合には逆にする。 以上のように構成した本実施形態の動作を説明する。 作業例として、 バケツト 先端の位置決めを行おうとしてブーム用操作レバ一装置 1 4 aの操作レバーをブ ーム下げ方向に操作してブームを下げる場合 （ブーム下げ動作） と、 手前方向に 掘削しょうとしてアーム用操作レバ一装置 1 4 bの操作レバーをアームクラウド 方向に操作してアームクラウドする場合 （アームクラウド操作） について説明す る
バケツト先端の位置決めを行おうとしてブーム用操作レバー装置 1 4 aの操作 レバーをブーム下げ方向に操作するとその操作レバー装置 1 4 aの指令値が最大 値演算部 9 jに入力される。 一方、 これと同時に、 演算部 9 cでは図 5に示す関 係からバケツト先端と設定領域の境界 Lからの距離 Dに比例したバケツ卜先端速 度の制限値 a (く 0 ) が計算され、 演算部 9 f ではブームによるバケツト先端速 度の制限値 c = a— b y = a (く 0 ) が計算され、 ブーム指令の制限値演算部 9 hでは制限値 cに応じた負のブーム指令の制限値力計算される。 このとき、 バゲ ッ卜先端が設定領域の境界しから遠いときは演算部 9 hで求めたブーム指令の制 限値より操作レバー装置 1 4 aの指令値の方が大きいので、 ブーム指令の最大値 演算部 9 jでは操作レバ一装置 1 4 aの指令値が選択され、 この指令値は負であ るで、 バルブ指令演算部 9 iでは流量制御弁 1 5 aのブーム下げ駆動部 3 0 に 対応する電圧を出力し、 ブーム上げ駆動部 3 0 aには 0の電圧を出力し、 これに より操作レバー装置 1 4 aの指令値に応じてブームが下がって行く。
上記のようにブームが下がり、 バケツト先端が設定領域の境界 Lに近づくにつ れて演算部 9 f で計算されるブームによるバケツト先端速度の制限値 c = a ( < 0 ) は大きくなり （ 1 a I又 I c Iは小さくなり） 、 演算部 9 hで求めた対応す るブーム指令の制限値が操作レバ一装置 1 4 aの指令値よりも大きくなると、 ブ —ム指令の最大値演算部 9 jでは当該制限値が選択され、 バルブ指令演算部 9 i では制限値 cに応じて流量制御弁 1 5 aのブーム下げ駆動部 3 0 bに出力する電 圧を徐々に制限する。 これにより、 設定領域の境界 Lに近づくにつれてブーム下 げ速度が徐々に制限され、 バケツト先端が設定領域の境界 Lに到達するとブーム は停止する。 したがって、 バケツト先端の位置決め力簡単に滑らかにできる。 また、 上記の補正は速度制御であるため、 フロント装置 1 Aの速度が極端に大 きかったり、 急激に操作レバ一装置 1 4 aを操作した場合には、 油圧回路上の遅 れなど制御上の応答遅れやフロント装置 1 Aにかかる慣性力などによりバケツ卜 先端が設定領域の境界 Lからはみ出す可能性がある。 このようにバケツト先端が はみ出した場合、 演算部 9 cでは図 5に示す関係からバケツト先端と設定領域の 境界 Lからの距離 Dに比例したバケツト先端速度の制限値 a ( = c ) が正の値と して計算され、 バルブ指令演算部 9 iでは制限値 cに応じた電圧を流量制御弁 1 5 aのブーム上げ駆動部 3 0 aに出力する。 これにより、 ブームは距離 Dに比例 した速度で領域内に復元するように上げ方向に動かされ、 バケツ卜先端が設定領 域の境界 Lまで戻ると停止する。 したがって、 バケツト先端の位置決め力更に滑 らかに行える。
また、 手前方向に掘削しょうとしてアーム用操作レバー装置 1 4 bの操作レバ 一をアームクラウド方向に操作するとその操作レバー装置 1 4 bの指令値がァー ム用バルブ指令演算部 9 kに入力され、 流量制御弁 1 5 bのアームクラウド駆動 部 3 1 aに対応する電圧を出力し、 アームは手前方向に下がるよう動かされる。 一方、 これと同時に、 操作レバ一装置 1 4 bの指令値が演算部 9 dに入力されて アームシリンダ速度が計算され、 演算部 9 eでアームによるバケツト先端速度 b が演算される。 また、 演算部 9 cでは図 5に示す関係からケット先端と設定領域 の境界 Lからの距離 Dに比例したバケツト先端速度の制限値 a (く 0 ) 力計算さ れ、 演算部 9 f ではブームによるバケツト先端速度の制限値 c = a _ b yが計算 される。 このとき、 バゲット先端が設定領域の境界 Lから遠く、 aく b y ( | a I 〉 I b y I ) のときは制限値 cは負の値として計算され、 ブーム指令の最大値 演算部 9 jでは操作レバー装置 1 4 aの指令値 （= 0 ) が選択され、 バルブ指令 演算部 9 iでは流量制御弁 1 5 aのブーム上げ駆動部 3 0 a及びブーム下げ駆動 部 3 0 bに 0の電圧を出力する。 これにより操作レバー装置 1 4 bの指令値に応 じてアームが手前方向に動かされる。
上記のようにアームが手前方向に動かされ、 バケツト先端が設定領域の境界 L に近づくにつれて演算部 9 cで計算されるバケツト先端速度の制限値 aは大きく なり （ I a Iは小さくなり）、 この制限値 aが演算部 9 eで計算されるアームに よるバケツト先端速度 bの境界 Lに垂直な成分 b yよりも大きくなると、 演算部 9 f で計算されるブームによるバケツト先端速度の制限値 c = a— b yは正の値 となり、 ブーム指令の最大値演算部 9 jでは演算部 9 hで計算された制限値が選 択され、 バルブ指令演算部 9 iでは制限値 cに応じた電圧を流量制御弁 1 5 aの ブーム上げ駆動部 3 0 aに出力する。 これにより、 バケツト先端速度の境界しに 垂直な成分がバケツ卜先端と境界 Lからの距離 Dに比例して徐々に制限されるよ うに、 ブーム上げによる補正動作が行われ、 アームによるバケツト先端速度の補 正されていない境界 Lに平行な成分 b Xとこの制限値 cによる補正された速度に より、 図 1 3に示すような方向変換制御が行われ、 設定領域の境界 Lに沿った掘 削が行える。
ここで、 掘削負荷が大きくなると、 アームシリンダ 3 bに圧油が流入し難くな り、 アーム速度が低下する。 このため、 アームによるバゲット先端速度演算部 9 eで計算したバケツト先端速度 bは実際の速度よりも速くなり、 この速めの速度 bを基に演算部 9 f でブームによるバケツト先端速度の境界 Lに垂直な成分の制 限値 cを計算し、 ブームを上げ方向に動かす制御を行うので、 アームクラウド動 作に対してブーム 1 aの上げ速度が相対的に速くなり過ぎ、 フロント装置が上が り気味になる現象が生じる。
本実施形態では、 掘削負荷が大きくなり、 アームシリンダ 3 bのボトム側の圧 力 P baが大きくなると、 前記掘削負荷による制限値補正部 9 1において、 アーム シリンダ負荷により制限値 aを補正する。 この制限値 aの補正により、 負荷圧 P baが大きい場合には、 負荷圧が小さいときよりバケツト先端が境界 Lにより近づ かないと制限値 aが大きくならなくなる。 つまり、 ブーム上げによる補正動作が より境界 Lに近づかないと働かないことになる。 このため、 アームシリンダに圧 油が流入し難くなり、 アーム速度が低下しても、 上記方向変換制御によるブーム 上げの速度も低下したアーム速度にバランスし、 フロント装置が上がり気味にな る現象が押さえられ、 負荷圧つまり掘削負荷が大きい状態でも、 境界 Lにより近 づくように掘削できる。
また、 この場合も、 上記と同じ理由でバケツト先端が設定領域の境界 Lからは み出す可能性がある。 このようにバケツト先端がはみ出した場合、 演算部 9じで は図 5に示す関係からバケツト先端と設定領域の境界 Lからの距離 Dに比例した バケツ卜先端速度の制限値 aが正の値として計算され、 演算部 9 f で計算される ブームによるバゲット先端速度の制限値 c = a— b y ( > 0 ) は制限値 aに比例 して大きくなり、 バルブ指令演算部 9 iから流量制御弁 1 5 aのブーム上げ駆動 部 3 0 aに出力される電圧は制限値 cに応じて増大する。 これにより、 設定領域 外では距離 Dに比例したバケツ卜先端速度で領域内に復元するように、 ブーム上 げによる補正動作が行われ、 アームによるバケツト先端速度の補正されていない 境界 Lに並行な成分 b Xとこの制限値 cにより補正された速度により、 図 1 4に 示すように設定領域の境界 Lに沿って徐々に戻りながらの掘削が行える。 したが つて、 アームをクラウドするだけで滑らかに設定領域の境界 Lに沿った掘削が行 える。
以上のように本実施形態によれば、 バケツ卜先端が設定領域内にある場合は、 バケツト先端速度の設定領域の境界 Uこ垂直な成分は、 バケツト先端の境界しか らの距離 Dに比例して制限値 aにより制限されるので、 ブーム下げ動作ではバゲ ット先端の位置決めが簡単に滑らかにでき、 アームクラウド操作では、 設定領域 の境界に沿ってバケツト先端を動かすことができ、 領域を制限した掘削を能率良 く円滑に行うことができる。
また、 バケツ卜先端が設定領域外では、 バケツ卜先端の境界 Lからの距離 Dに 比例して制限値 aによりフロント装置が設定領域に戻るように制御されるので、 フロント装置を速く動かしたときでも設定領域の境界に沿つ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。
また、 負荷圧つまり掘削負荷が大きい状態でも、 アームシリンダに圧油が流入 し難くなりァーム速度が低下しブームの上昇が勝つてフロントが上がり気味にな る現象が押さえられて、 境界 Lにより近づくように掘削できる。 そのため、 掘削 対象となる土壌が硬い場合でも、 境界 Lまでの掘削回数を少なくすることができ る。
また、 本実施形態における制限値 aの補正は、 硬い土壌など負荷の大きな掘削 対象を領域制限制御を用いて掘削するとき、 バケツト先端が設定領域の境界に達 するまでの速度べクトル （軌跡） は問題とせず、 フロント装置が掘削対象から逃 げること無く最終的に境界に達すれば良し、という考え方に基づ L、ている。 このた め、 負荷圧による制限値 aの補正は正確な値を必要とせず、 制御上、 バケツト先 端が掘削対象から逃げずに掘削が行える程度の大まかな補正でよい。 従って、 制 限値補正部 9 1で用いる前述した負荷圧 P baと補正係数 Ka又は Kal又は Ka2との 関係は厳密性を必要とせず、 制限値補正部 9 1のソフト （プログラム） は容易に 作成できる。
ここで、 境界 Lからの距離 Dとバケツ卜先端速度の制限値 aの関係の補正方法 は、 図 5に示したように直線の傾きを急峻にする形でなくとも良く、 図 1 5に示 すように直線から曲線に除々に変化するような関係としても良い。 これは、 前述 したように、 図 7、 図 1 0等に示した補正係数 Ka又は Kal又は Ka2を曲線の式に した場合に相当する。 要は、 負荷圧が大きくなるに従って境界 Lからより近づい た位置でブーム上げの補正動作が行われるように制限値 aを補正すれば良 、。 また、 本実施形態ではアームシリンダのボトム側の圧力を負荷として検出して いるカ、 例えばァ一ムシリンダのボトム側とロッド側との差圧を用いる力、、 ある いはブ一ムシリンダ 3 aのロッド側に作用する圧力を負荷反力として検出しても 良い。 更に、 それらを複合的に負荷の大きさの判定に用いても良い。
本発明の第 2の実施形態を図 1 6及び図 1 7により説明する。 本実施形態は、 操作レバー装置として油圧パイロット方式を用いた油圧ショベルに適用したもの である。 図中、 図 1及び図 3に示した部材又は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、 本実施形態が適用される油圧ショベルは、 電気方式の操作レ バー装置 1 4 a〜 1 4 f の代わりに油圧パイ口ット方式の操作レバー装置 4 a〜 4 f を備えている。 操作レバ一装置 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 を駆動し、 それぞれオペレータにより操作される操作レバ — 4 0 a〜4 0 f の操作量と操作方向に応じたパイロット圧を、 パイロットライ ン 4 4 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 5 bに 供給する。
以上のような油圧ショベルに本実施形態による領域制限掘削制御装置が設けら れている。 この制御装置は、 図 1に示す第 1の実施形態で備えられていたものの 他に、 アーム用の操作レバ一装置 4 bのパイロットライン 4 5 a , 4 5 bに設け られ、 操作レバー装置 4 bの操作量としてパイロット圧を検出する圧力検出器 6 1 a , 6 1 bと、 一次ポート側がパイロットポンプ 4 3に接続され電気信号に応 じてパイロットポンプ 4 3からのパイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁 1 0 aと、 ブーム用の操作レバー装置 4 aのパイロットライン 4 4 aと比例電磁弁 1 0 aの二次ポ一ト側に接続され、 パイロットライン 4 4 a内のパイロット圧と 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に導くシャトル弁 1 2と、 ブーム用の操作レバ一装置 4 aのパイ ロットライン 4 4 bに設置され、 電気信号に応じてパイロットライン 4 4 b内の パイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁 1 O bとが備えられている。
図 1 7を用いて制御ュニット 9 Bにおける第 1図の実施形態との制御機能の違 いを説明する。
アームシリンダ速度演算部 9 B dでは、 操作レバー装置 4 bによる流量制御弁 5 bへの指令値の代わりに、 圧力検出器 6 1 a , 6 1 bで検出した流量制御弁 5 bへの指令値 （パイロッ卜圧） とアームの流量制御弁 5 bの流量特性とにより、 アームシリンダ速度を推定する。
また、 ブームパイロット圧の制限値演算部 9 B hでは、 ブームの流量制御弁 5 aの流量特性に基づき、 演算部 9 f で求めたブームシリンダ速度の制限値 cに対 応するブームのパイロッ卜圧 （指令） 制限値を求める。
更に、 比例電磁弁 1 0 a， 1 0 b及びシャトル弁 1 2を設けたので、 ブーム指 令の最大値演算部 9 jは必要なくなり、 その代わりバルブ指令演算部 9 B iでは、 ブームパイ口ット圧の制限値演算部 9 B hで得られたパイ口ット圧の制限値が正 の場合には、 ブーム上げ側の比例電磁弁 1 0 aに制限値に対応する電圧を出力し、 流量制御弁 5 aの油圧駆動部 5 0 aのパイロット圧を当該制限値にし、 ブーム下 げ側の比例電磁弁 1 0 bに 0の電圧を出力して流量制御弁 5 aの油圧駆動部 5 0 bのパイロット圧を 0にする。 また、 制限値が負の場合には、 ブーム下げ側の流 量制御弁の油圧駆動部 5 0 bのパイ口ット圧を制限するように制限値に対応する 電圧を比例電磁弁 1 0 bに出力し、 ブーム上げ側の比例電磁弁 1 0 aには 0の電 圧を出力し流量制御弁 5 aの油圧駆動部 5 0 aのパイロット圧を 0にする。
以上のように構成した本実施形態の動作を、 第 1の実施形態と同様ブーム下げ 動作とアームクラウド操作について説明する。
バケツト先端の位置決めを行おうとしてブーム用操作レバー装置 4 aの操作レ バーをブーム下げ方向に操作するとその操作レバー装置 4 aの指令値であるパイ 口ット圧がパイロットライン 4 4 bを介して流量制御弁 5 aのブーム下げ側の油 圧駆動部 5 0 bに与えられる。 一方、 これと同時に、 演算部 9 cでは図 5に示す 関係からバケツ卜先端と設定領域の境界 Lからの距離 Dに比例したバケツト先端 速度の制限値 a (く 0 ) が計算され、 演算部 9 f ではブームによるバケツト先端 速度の制限値 c = a— b y = a (く 0 ) が計算され、 ブームパイ口ッ卜圧の制限 値演算部 9 B hでは制限値 cに応じた負のブーム指令の制限値が計算され、 バル ブ指令演算部 9 B iではブーム下げ側の流量制御弁の油圧駆動部 5 0 bのパイ口 ット圧を制限するように制限値に対応する電圧を比例電磁弁 1 0 bに出力し、 ブ ーム上げ側の比例電磁弁 1 0 aには 0の電圧を出力し流量制御弁 5 aの油圧駆動 部 5 0 aのパイロット圧を 0にする。 このとき、 バケツト先端が設定領域の境界 Lから遠 L、ときは演算部 9 B hで求めたブームパイ口ット圧の制限値の絶対値は 大きく、 これより操作レバー装置 4 aのパイロット圧の方が小さいので、 比例電 磁弁 1 0 bは操作レバー装置 4 aのパイロット圧をそのまま出力し、 これにより 操作レバー装置 4 aのパイロット圧に応じてブームが下がって行く。
上記のようにブームが下がり、 バケツト先端が設定領域の境界 Lに近づくにつ れて演算部 9 f で計算されるブームによるバケツト先端速度の制限値 c = a (く 0 ) は大きくなり （ I a I又 I c Iは小さくなり） 、 演算部 9 hで求めた対応す るブーム指令の制限値 （< 0 ) の絶対値は小さくなる。 そして、 この制限値の絶 対値が操作レバー装置 4 aの指令値よりも小さくなり、 バルブ指令演算部 9 B i から比例電磁弁 1 O bに出力される電圧がそれに応じて小さくなると、 比例電磁 弁 1 O bは操作レバー装置 4 aのパイロット圧を減圧して出力し、 流量制御弁 5 aのブーム下げ側の油圧駆動部 5 0 bに与えられるパイ口ット圧を制限値 cに応 じて徐々に制限する。 これにより、 設定領域の境界 Lに近づくにつれてブーム下 げ速度が徐々に制限され、 バケツ卜先端が設定領域の境界 Lに到達するとブーム は停止する。 したがって、 バケツ卜先端の位置決めが簡単に滑らかにできる。 また、 バケツト先端が設定領域の境界 Lからはみ出した場合は、 演算部 9 じで は図 5に示す関係からケット先端と設定領域の境界乙からの距離 Dに比例したノ ケット先端速度の制限値 a ( = c ) 力正の値として計算され、 バルブ指令演算部 9 B iでは制限値 cに応じた電圧を比例電磁弁 1 0 aに出力し、 ブーム上げ側の 流量制御弁 5 aの油圧駆動部 5 0 aに制限値 aに応じたパイロット圧を与える。 これにより、 ブームは距離 Dに比例した速度で領域内に復元するように上げ方向 に動かされ、 バケツト先端が設定領域の境界 Lまで戻ると停止する。 したがって、 バケツト先端の位置決めが更に滑らかに行える。
また、 手前方向に掘削しょうとしてアーム用操作レバー装置 4 bの操作レバ一 をアームクラウド方向に操作するとその操作レバー装置 4 bの指令値であるパイ ロット圧が流量制御弁 5 bのアームクラウド側の油圧駆動部 5 1 aに与えられ、 アームは手前方向に下がるよう動かされる。 一方、 これと同時に、 操作レバー装 置 4 bのパイロット圧が圧力検出器 6 1 aで検出され、 演算部 9 B dに入力され てァ一ムシリンダ速度が計算され、 演算部 eでアームによるバケツト先端速度 b が演算される。 また、 演算部 9 cでは図 5に示す関係からケット先端と設定領域 の境界 Lからの距離 Dに比例したバケツト先端速度の制限値 a (く 0 ) が計算さ れ、 演算部 9 f ではブームによるバケツト先端速度の制限値 c = a— b yが計算 される。 このとき、 バケツト先端が設定領域の境界 Lから遠く、 aく b y ( I a I > I b y I ) のときは制限値 cは負の値として計算され、 バルブ指令演算部 9 iではブーム下げ側の流量制御弁の油圧駆動部 5 0 bのパイロッ ト圧を制限する ように制限値に対応する電圧を比例電磁弁 1 O bに出力し、 ブーム上げ側の比例 電磁弁 1 0 aには 0の電圧を出力し流量制御弁 5 aの油圧駆動部 5 0 aのパイ口 ット圧を 0にする。 このとき、 操作レバー装置 4 aは操作されていないので、 流 量制御弁 5 aの油圧駆動部 5 0 bにはパイロット圧は出力されない。 これにより 操作レバ一装置 4 bのパイロット圧に応じてアームが手前方向に動かされる。 上記のようにアームが手前方向に動かされ、 バケツト先端が設定領域の境界 L に近づくにつれて演算部 9 cで計算されるバケツト先端速度の制限値 aは大きく なり （ I a Iは小さくなり）、 この制限値 aが演算部 9 eで計算されるアームに よるバケツト先端速度 bの境界 Lに垂直な成分 b yよりも大きくなると、 演算部 9 f で計算されるブームによるバケツト先端速度の制限値 c = a— b yは正の値 となり、 バルブ指令演算部 9 B iではブーム上げ側の比例電磁弁 1 0 aに制限値 に対応する電圧を出力し、 流量制御弁 5 aの油圧駆動部 5 0 aのパイロット圧を 当該制限値にし、 ブーム下げ側の比例電磁弁 1 0 bに 0の電圧を出力して流量制 御弁 5 aの油圧駆動部 5 0 bのパイロット圧を 0にする。 これにより、 バケツト 先端速度の境界 Lに垂直な成分力バゲット先端と境界 Lからの距離 Dに比例して 徐々に制限されるように、 ブーム上げによる補正動作が行われ、 アームによるパ、 ケット先端速度の補正されて 、な I、境界しに平行な成分 b Xとこの制限値 cによ る補正された速度により、 図 1 3に示すような方向変換制御力行われ、 設定領域 の境界 Lに沿った掘削が行える。
ここで、 掘削負荷が大きくなると、 前述したようにァ一ムシリンダ 3 bに圧油 が流入し難くなり、 アーム速度が低下し、 上記方向変換制御によるブーム 1 aの 上げ速度が相対的に速くなり過ぎ、 フロント装置カ让がり気味になる現象が生じ る
本実施形態でも、 掘削負荷が大きくなり、 アームシリンダ 3 bのボトム側の圧 力 P baが大きくなると、 掘削負荷による制限値補正部 9 1において、 アームシリ ンダ負荷圧力により制限値 aを補正する。 この制限値 aの補正により、 負荷圧 P baが大きい場合には、 負荷圧が小さいときよりバケツト先端が境界 Lにより近づ かないと制限値 aが大きくならなくなる。 つまり、 ブーム上げによる補正動作が より境界 Lに近づかないと働かないことになる。 このため、 アームシリンダに圧 油が流入し難くなり、 アーム速度が低下しても、 上記方向変換制御によるブーム 上げの速度も低下したアーム速度にバランスし、 フロント装置が上がり気味にな る現象が押さえられ、 負荷圧つまり掘削負荷が大きい状態でも、 境界 Lにより近 づくように掘削できる。
また、 バケツト先端が設定領域の境界からはみ出した場合は、 演算部 9 cでは 図 5に示す関係からケット先端と設定領域の境界しからの距離 Dに比例した くケ ッ卜先端速度の制限値 aが正の値として計算され、 演算部 9 f で計算されるブー ムによるバゲット先端速度の制限値 c = a— b y ( > 0 ) は制限値 aに比例して 大きくなり、 バルブ指令演算部 9 iからブーム上げ側の比例電磁弁 1 0 aに出力 される電圧は制限値 cに応じて増大する。 これにより、 設定領域外では距離 Dに 比例したバケツト先端速度で領域内に復元するように、 ブーム上げによる補正動 作が行われ、 アームによるバケツト先端速度の補正されていない境界 Lに並行な 成分 b Xとこの制限値 cにより補正された速度により、 図 1 4に示すように設定 領域の境界 Lに沿って徐々に戻りながらの掘削が行える。 したがって、 アームを クラウドするだけで滑らかに設定領域の境界 Lに沿った掘削力行える。
以上のように本実施形態によれば、 操作手段として油圧パイ口ット方式を採用 したものにおいて第 1の実施形態と同様の効果が得られる。
本発明の第 3の実施形態を図 1 8〜図 2 9により説明する。 本実施形態は、 W 0 9 5 / 3 0 0 5 9号公報に記載の全操作信号補正方式の領域制限掘削制御装置 に本発明を適用したものである。 図中、 図 1又は図 1 6及び図 3又は図 1 7に示 した部材又は機能と同等のものには同じ符号を付している。
図 1 8において、 本実施形態による領域制限掘削制御装置は、 図 1 6に示す第 2の実施形態で備えられていたものの他に、 ブーム用の操作レバー装置 4 aのパ イロットライン 4 4 a , 4 4 bに設けられ、 操作レバー装置 4 aの操作量として パイロット圧を検出する圧力検出器 6 0 a , 6 0 bと、 アーム用のパイロットラ イン 4 5 a , 4 5 bに設置され、 電気信号に応じてパイロッ トライン 4 5 a， 4 5 b内のパイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁 1 l a , 1 l bとが備えら れ、 圧力検出器 6 0 a , 6 0 bの信号は制御ュニット 9 Cに入力され、 比例電磁 弁 1 1 a , 1 1 bには制御ュニット 9 Cから信号が与えられる。
制御ュニッ ト 9 Cの制御機能を図 1 9に示す。 制御ュニット 9 Cは、 フロント 姿勢演算部 9 a、 領域設定演算部 9 b、 目標シリンダ速度演算部 9 0 c、 目標先 端速度べクトル演算部 9 0 d、 方向変換制御部 9 0 e、 補正後目標シリンダ速度 演算部 9 0 f 、 復元制御演算部 9 0 g、 補正後目標シリンダ速度演算部 9 0 h、 掘削負荷による制限値補正部 9 C 1、 目標シリンダ速度選択部 9 0 i、 目標パイ ロッ卜圧演算部 9 0 j、 バルブ指令演算部 9 0 kの各機能を有している。
領域設定演算部 9 a及び領域設定演算部 9 bの機能は図 3に示した第 1の実施 形態のものと同じである。
目標シリンダ速度演算部 9 0 cでは圧力検出器 6 0 a， 6 0 b , 6 1 a , 6 1 bで検出したパイ口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一ムシリンダ 3 a及びアームシリンダ 3 bの目標速 度を計算する。
目標先端速度べクトル演算部 9 0 dでは、 フロント姿勢演算部 9 bで求めたバ ケッ卜の先端位置及び目標シリンダ速度演算部 9 0 cで求めた目標シリンダ速度 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 Aの各部の寸法 とからバゲッ ト 1 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、 図 4に示した X a Y a座標系の値として求める。
方向変換制御部 9 0 e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、 目標速度べクトル 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。
図 2 0に方向変換制御部 9 0 eでの制御内容をフローチヤ一卜で示す。 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 c 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 ま補正後のべクトル成分 V e x aとし、 丫3座標値¥ じ yはこれに係数 h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 hは図 2 1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 0と なる値であり、 制御ュニッ卜 9 C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。
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、 図 2 2に示すように距離 Y a力 <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、 目標速度べクトル Vcは目標速度べクトル Vc aに補正される。 即ち、 係数 hは 距離 Yaが Ya 1以下では垂直方向のべクトル成分 Vc yを制限しており、 係数 hも 1種の制限値と言える。
掘削負荷による制限値補正部 9 C 1では、 圧力検出器 41 aからアームシリン ダ 3 bの負荷圧 Pbaを入力し、 その負荷圧 Pbaの大きさに従い上記の係数 hを補 正する。 この係数 hの補正は、 図 23に示すように、 ァ一ムシリンダ 3 aの負荷 圧力 Pbaが大きくなるに従いその傾きを大きくする。 同時に、 距離 Y aの減少に 伴って係数 hが小さくなり始めるボイント Y a 1を Y a = 0側へシフトしていく。 方向変換制御部 90 eでは、 この補正された係数 hを用いて目標速度べクトル V cを補正する。 これにより目標速度べクトル V cが V c aに補正されて方向変換 を始めるポイント Ya 1がより境界 （Ya = 0) に近づき、 掘削負荷が大きくな つてもバケツ卜が逃げにくくなる。 即ち、 掘削負荷が大きくなつたときに係数 h ができるだけ境界に近づく状態で働くようになる。
図 24に方向変換制御部 90 eでの制御の他の例をフローチャートで示す。 こ の例では、 手順 100において、 目標速度べクトル Vc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 Vcの Ya座標値） Vc yが負と判定されると、 手順 102 Aに進み、 制御ュニット 9 Cの記憶装置に記憶してある図 25に示す ような V c y f = f (Ya) の関数関係からバケツト 1 cの先端と設定領域の境 界との距離 Y aに対応する減速した Y a座標値 f (Ya) を求め、 この Ya座標 値 f (Ya) と V c yの小さい方を補正後のベク トル成分 V c y aとする。 この ようにすると、 バケツ卜 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 、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。
ここで、 Ya座標値 f (Ya) は Vc yに対する制限値であり、 制限値補正部 9 C 1では、 アームシリンダ 3 bの負荷圧 Pbaの大きさに従い上記の Y a座標値 f (Ya) を補正する。 この Ya座標値 f (Y a) の補正も、 図 26に示すよう に、 アームシリンダ 3 aの負荷圧力 Pbaが大きくなるに従いその傾きを大きくす る。 これにより、 図 24のフローチャートに示された手順 102 Aにおいて、 目 標速度ベクトル V cの成分 V c yが Y a座標値 f (Y a ) より大きくなつて、 V c yから f ( Y a ) へと選択が切り替わるポイントがより境界 （Y a = 0 ) に近 づき、 掘削負荷が大きくなつてもバケツト力、'逃げにくくなる。
復元制御部 9 0 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。
図 2 7に復元制御部 9 gでの制御内容をフローチャートで示す。 まず、 手順 1 1 0において、 バケツ卜 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。 距離 Y aが正の場合、 バケツ卜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。 負の場合はバケツ卜 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、 丫3座標値 じ yは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。 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、 —K V 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。
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、 図 2 8に示すように、 距離 Y a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。
制限値補正部 9 C 1では、 アームシリンダ 3 bの負荷圧力 P a bの大きさに従 い上記の係数 Kを補正する。 この係数 Kの補正は、 図 2 9に示すように、 アーム シリンダ 3 bの負荷圧力が大きくなるに従し、係数 Kを大きくする。 これにより方 向変換制御部 9 0 eの係数 hの補正に合わせて係数 Kを補正し、 「方向変換制御」 と 「復元制御」 の制御ゲインを合わすことができ、 もし仮に負荷が大きくなつて 方向変換制御で方向変換が境界近くでないと働かないことで、 バケツ卜が境界を 越えてしまっても、 素早く戻るよう制御することができるようになる。
ただし、 この復元制御の係数 Kについては特にアームシリンダ 3 bの負荷圧力 で変化させる必要が無い場合は、 K =一定でもよい。
補正後目標シリンダ速度演算部 9 0 f , 9 0 hでは、 制御部 9 0 e , 9 0 gで 求めた補正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 の 目標シリンダ速度を演算する。
目標シリンダ速度選択部 9 0 iでは目標シリンダ速度演算部 9 0 f ， 9 0 hで 得た目標シリンダ速度の大きい方 （最大値） を選択し、 出力用の目標シリンダ速 度とする。
目標パイ口ット圧演算部 9 0 jでは、 目標シリンダ速度選択部 9 0 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。
バルブ指令演算部 9 0 kでは、 目標パイロット圧演算部 9 0 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。
目標シリンダ速度演算部 9 0 c〜バルブ指令演算部 9 0 kの更なる詳細は W〇 9 5 / 3 0 0 5 9号公報に記載の通りである。
以上のように構成した本実施形態においては、 全操作信号補正方式の領域制限 掘削制御装置において、 掘削負荷が大きくなり、 アームシリンダ 3 bのボトム側 の圧力 P baが大きくなると、 掘削負荷による制限値補正部 9 A 1において、 ァ一 ムシリンダ負荷圧力により係数 h (又は Y a座標値 f ( Y a ) ) を補正し、 この 補正により掘削負荷が大きくなつてもバケツト力逃げにくくなり、 第 1及び第 2 の実施形態と同様の効果が得られる。
本発明の第 4の実施形態を図 3 0〜図 3 3により説明する。 上記実施形態では 掘削負荷による補正を制限値に加えたが、 本実施形態は計算したバケツ卜先端速 度に補正を加えるものである。 図中、 図 1、 図 3に示した部材又は機能と同等の ものには同じ符号を付している。
図 3 0において、 本実施形態では、 制御ュニット 9 Dに図 3の掘削負荷による 制限値補正部 9 1の代わりに掘削負荷によるバケツト先端速度補正部 9 mを備え、 演算部 9 eで演算したアームによるバケツト先端速度 bを補正する。 補正部 9 mの演算手順を図 3 1にフローチャートで示す。 まず、 手順 1 0 0に おいて、 圧力検出器 4 1 aからァ一ムシリンダ 3 bの負荷圧 P baを入力し、 図 3 2に示すァ一ムシリンダ圧力 P baとバケツト先端速度補正係数 K vの関係からそ の時のバケツ ト先端速度補正係数 K vを求める。 次に、 手順 1 1 0において、 手 順 1 0 0で求めた速度補正係数 K vを用いて、 下記演算式によりアームによるバ ケット先端速度 bを補正する。
b ' = K V * b
これにより、 図 3 3に示すように、 バケツト先端速度 bは b ' に補正演算され、 設定領域の境界 Lに垂直な速度成分も b y ' に補正される。 このため、 そのとき のバケツト先端位置 Dにおける速度の制限値 aと垂直速度成分 b y ' との差であ るブームによるバケソ卜先端速度の制限値 c ' が、補正しないときの制限値 cよ り境界 L向きに大きくなり、 その結果ブームに対する上げ指令が小さくなるので、 負荷が大きくなつても作業装置が逃げにくくなる。
また、 本実施形態における速度 bの補正も、 硬い土壌など負荷の大きな掘削対 象を領域制限制御を用いて掘削するとき、 バケツト先端が設定領域の境界に達す るまでの速度べクトル （軌跡） は問題とせず、 フロン卜装置力掘削対象から逃げ ること無く最終的に境界に達すれば良!/、という考え方に基づ 、ている。 このため、 負荷圧による速度 bの補正は正確な値を必要とせず、 制御上、 バケツト先端が掘 削対象から逃げずに掘削が行える程度の大まかな補正でよい。 従って、 この場合 も図 3 2に示す負荷圧 P baと補正係数 K vとの関係は厳密性を必要とせず、 速度 補正部 9 mのソフト （プログラム） を容易に作成することができる。
このように掘削負荷によりバケツト先端速度を補正しても、 第 1の実施形態で 制限値を補正したのと同様な効果を得ることができる。
なお、 以上の実施形態では、 設定領域の境界に対する距離としてバケツ卜の先 端からの距離について述べたが、 簡易的に実施するならばアーム先端ピンからの 距離をとつてもよい。 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つてもよい。
また、 適用される油圧駆動装置はセンタバイパスタイプの流量制御弁を有する 開回路システムとしたが、 クローズドセンタ一タイプの流量制御弁を用いた閉回 路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バケツト先端速度の制限値又 はバケツト先端速度の計算値との関係は、 前述したように直線的に比例する関係 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、 目標速度べク卜 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 を補正してもよい。
また、 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 、てもよい。
また、 油圧パイロッ卜方式の操作レバ一装置を持つ油圧ショベルに本発明を適 用した第 2及び第 3の実施形態では、 電気油圧変換手段及び減圧手段として比例 電磁弁を用 、たが、 これらは他の電気油圧変換手段であつてもよい。
更に、 第 2及び第 3の実施形態では全ての操作レバー装置及び流量制御弁を油 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みが油圧パイロッ 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、 領域を制限した掘削制御を用いる掘削作業において、 掘削対 象となる土壌の硬さに影響されずに、 設定領域を境界まで掘削することができる ので、 追加作業を削減することができ、 作業能率を向上すると共に、 施工期間の 遅延を抑止することができる。 また、 制限値又は計算した速度の補正は厳密でな くても良く、 簡単なプログラムで補正を実施できる。

Claims

請求の範囲
1 . 上下方向に回動可能な第 1及び第 2フロント部材 （lb, la) を含む複数のフ ロント部材 （la- lc) により構成される多関節型のフロント装置 (1A) と、 前記第 1及び第 2フロント部材を駆動する第 1及び第 2油圧ァクチユエ一夕 （3b，3a) を 含む複数の油圧ァクチユエ一夕 （3a- 3:0 と、 前記第 1及び第 2フロント部材の動 作を指示する第 1及び第 2操作手段 (14b, 14a; 4b, 4a) を含む複数の操作手段 (1 4a-14f;4a-4f) と、 前記第 1及び第 2操作手段の操作に応じて駆動され、 前記第 1及び第 2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第 1及び第 2 油圧制御弁 (15b, 15a;5b, 5a) を含む複数の油圧制御弁 (15a-15f ; 5a-5f ) とを備 えた建設機械に設けられ、
前記複数の操作手段のうち少なくとも前記第 1操作手段 (14b;4b) による前記 フロント装置 （1A) の移動速度 (b;Vc) を計算する第 1演算手段 （9e; 90d) と、 前記フロント装置が設定領域の境界に近づくに従って絶対値が小さくなる制限 値 (a;h;f(Ya)) を計算する第 2演算手段 (9c;90e) と、
前記第 1演算手段で計算したフロント装置の移動速度及び前記第 2演算手段で 計算した制限値を用い、 前記フロント装置が前記設定領域の境界に近づくに従つ てその境界に接近する方向の移動速度を減じ、 境界に沿った方向には移動するよ う前記複数の操作手段のうち少なくとも前記第 2操作手段 （14a; 4a) の操作信号 を補正する信号補正手段 (9f-9j ; 9f-9Bi, 12 ; 90e-90k, 12) とを備える領域制限掘 削制御装置において、
前記フロント装置 （1A) に作用する負荷を検出する第 1検出手段 (41a) と； 前記第 1検出手段によつて検出された負荷の大きさに従 、前記制限値 （a ;h; f (Ya)) を補正する制限値補正手段 （91 ; 9C1) とを備えることを特徴とする建設機 械の領域制限掘削制御装置。
2 . 請求項 1記載の建設機械の領域制限掘削制御装置にお 、て、 前記制限値補 正手段 (91 ; 9C1) は、 前記第 1検出手段 （41a) で検出したフロント装置 （1A) に 作用する負荷が大きくなるにつれて、 前記設定領域の境界からより近かづいた位 置で制限値 （a;h;f(Ya)) が働くように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。
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 (41a) が検出する前記フロント装置 （1A) に作用する負荷は、 前記第 1油圧 ァクチユエ一夕 （3b) の負荷圧力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。
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レ、て、 前記第 1検出 手段 （41a) が検出する前記フロント装置 （1A) に作用する負荷は、 前記第 2油圧 ァクチユエ一夕 （3a) の負荷圧力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。
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 t、て、 前記制限値補 正手段 (91) で補正される制限値は、 前記設定領域の境界に接近する方向の速度 の制限値 (a; f(Ya)) であり、 前記信号補正手段 (9f-9j ; 9f-9Bi, 12 ;90e-90k, 12) は、 前記フロント装置 （1A) の速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分 がその制限値を超えないよう前記第 2操作手段 (14a ;4a) 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。
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 、て、 前記第 1演算 手段 (90d) で計算するフロント装置 （1A) の移動速度は前記フロント装置の目標 速度 (Vc) であり、 前記制限値補正手段 (9C1) で補正される制限値は、 前記フロ ン卜装置の目標速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分を補正するため の係数（h) であり、 前記信号補正手段 （90e- 90k，12) は、 この係数により補正さ れた速度成分を持つフロント装置の目標速度が得られるよう前記第 1及び第 2操 作手段（14b， 14a;4b, 4a) 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。
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演算 手段 （90d) で計算するフロント装置 （1A) の移動速度は前記フロント装置の目標 速度 （Vc) であり、 前記制限値補正手段 （9C1) で補正される制限値は、 前記フロ ント装置の目標速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分の制限値 （f(Ya)) であり、 前記信号補正手段 （90e-90k，12) は、 その制限値を越えないように補正 された速度成分を持つフロント装置の目標速度が得られるよう前記第 1及び第 2 操作手段 (14b, 14a;4b, 4a) 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。
8 . 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、 前記制限値補 正手段（91 ; 9C1) に代え、 前記第 1検出手段 (41a) によって検出された負荷の大 きさに従い、 前記第 1演算手段 (9e; 90d) で計算したフロント装置の移動速度
(b;Vc) を制限する速度制限手段 （9m) 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。
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、 前記複数のフ 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フロ ント部材はアーム （lb) であり、 前記第 2フロント部材はブーム （la) 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。
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