WO2014013877A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2014013877A1
WO2014013877A1 PCT/JP2013/068264 JP2013068264W WO2014013877A1 WO 2014013877 A1 WO2014013877 A1 WO 2014013877A1 JP 2013068264 W JP2013068264 W JP 2013068264W WO 2014013877 A1 WO2014013877 A1 WO 2014013877A1
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WO
WIPO (PCT)
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work machine
stop
drive actuator
command
center
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/068264
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English (en)
French (fr)
Inventor
麻里子 水落
啓範 石井
山口　仁一
Original Assignee
日立建機株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 日立建機株式会社 filed Critical 日立建機株式会社
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Priority to JP2014525777A priority patent/JP5851037B2/ja
Priority to DE112013003616.9T priority patent/DE112013003616B4/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/96—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements for alternate or simultaneous use of different digging elements
    • E02F3/963—Arrangements on backhoes for alternate use of different tools
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2203—Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function
    • E02F9/2207—Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function for reducing or compensating oscillations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)

Definitions

  • the present invention relates to a work machine used for structure demolition work, waste demolition work, road work, construction work, civil engineering work, and the like, and more particularly, to a work machine having stop characteristics suitable for each drive actuator.
  • the work machine main body is pivotably attached to the upper part of the traveling body that is driven by the power system and work
  • An articulated work front is attached to a machine body so as to be swingable up and down, and each front member constituting the work front is driven by an actuator.
  • a hydraulic excavator is used as a base, one end of the boom is swingably connected to the work machine body, one end of the boom is swingably connected to the tip of the boom, and the end of the arm
  • work machines equipped with work tools such as grapples, buckets, breakers, crushers and the like, which are mounted on the machine, so that a desired work can be performed.
  • the work is performed by driving the mass traveling body, the work machine main body, and the work front. Therefore, for some reason, the driving body, the work machine main body, or the work front being operated by the operator is driven.
  • an inertial force corresponding to the deceleration acceleration at that time is generated. Due to the influence of this inertial force, the work machine vibrates, the ride comfort and work efficiency deteriorate, and the durability is also adversely affected.
  • the stability of the work machine deteriorates due to the inertial force, there is a possibility of falling if the vehicle is excessively decelerated in an unreasonable working posture.
  • a boom cylinder As a method of mitigating the impact caused by a sudden stop, a boom cylinder, a main control valve that controls start, stop, and direction switching of the boom cylinder, an operation lever that supplies pilot signal pressure to the spool of the main control valve, and an operation lever
  • the pilot flow path is provided to be switchable by an input signal from the controller.
  • boom vibration preventing means for controlling the signal pressure supplied to the boom raising side (for example, see Patent Document 1).
  • an angle sensor that detects the boom angle, arm angle, bucket angle, and turning angle of the turning body of the work front, and an inclination that detects the inclination of the vehicle body in the front-rear direction
  • a rotation overturning moment of the swinging machine calculated by using the turning angular velocity and calculating the static overturning moment of the work machine from the detection values of each of the angle sensors and the inclination angle sensors and the dimensions of a predetermined part of the vehicle body.
  • One of the overturning moments due to force and the overturning moment generated when the turning body suddenly stops using the maximum angular acceleration of turning is added to the static overturning moment as the judgment condition for overturning.
  • a device that controls the turning angular velocity when the determination condition is satisfied is known (for example, see Patent Document 2).
  • load detection means for detecting lift load, lift detection means, and lift device
  • a forward inclination detection means for detecting a forward inclination angle
  • a forward obstacle detection means for detecting the presence or absence of a front obstacle
  • a vehicle speed detection means for detecting the presence or absence of a front obstacle
  • a brake depression amount detection means are provided, and detection values from these detection means
  • a device that calculates a distance at which a vehicle can be safely stopped and controls a braking force of a brake device is known (see, for example, Patent Document 3).
  • a detecting means for detecting the rotation angle and the angular acceleration of the movable part of the work machine is provided. Based on the angular acceleration, calculate the moment of rotation that occurs when the moving part is accelerating / decelerating, calculate the moment of inertia of the entire work machine with respect to the center of rotation of the work machine, and calculate the moment of rotation of the work machine. It is determined from the moment of inertia whether the angular acceleration around the rotation center of the entire work machine exceeds the preset allowable angular acceleration. If it exceeds the allowable angular acceleration, the command signal to the actuator is corrected and the acceleration / deceleration of the moving part is corrected. Is known (see, for example, Patent Document 4).
  • the command to the drive actuator is changed from the operation state. It is effective to stop gently even when it is changed to the stop command state. As a result, the inertial force acting on the movable part can be relaxed, vibration due to impact can be minimized, deterioration of ride comfort, work efficiency, and durability can be suppressed, and the work machine can be held more stably. .
  • the correction of the command signal to the actuator since the angular acceleration of the entire work machine is calculated from the current angle and angular acceleration, the correction of the command signal to the actuator generates an angular acceleration that already exceeds the allowable value around the rotation center of the entire work machine. It is not possible to prevent the angular acceleration from exceeding the allowable value.
  • Patent Document 2 Patent Document 3, and Patent Document 4
  • complex calculation is performed to calculate an operation limit value required for the work machine to be stable, and processing is performed in real time. Therefore, there is a problem that high performance is required for the control device that performs the control calculation.
  • An object of the present invention is to provide a work machine capable of realizing stop characteristics suitable for each drive actuator even when a command to the drive actuator is changed from an operation command state to a stop command state by a simple configuration and calculation. It is in.
  • the present invention provides a traveling body, a work machine body pivotably attached to an upper portion of the traveling body, and a swingable attachment in the vertical direction with respect to the work machine body.
  • a work machine a drive actuator that drives the traveling body, the work machine body, and the work front, and a control device that controls the drive actuator, wherein the control device includes the drive actuator.
  • a stop characteristic suitable for each drive actuator can be realized by a simple configuration and calculation even when the command to the drive actuator is changed from the operation command state to the stop command state.
  • the control device as a stop characteristic of the drive actuator, is a stop time required from the stop command to the stop completion, a change rate of the drive command value, the drive actuator or the work front At least one of tip acceleration and braking distance is changed, and the rate of change is changed so as to satisfy the stop time, acceleration, or braking distance.
  • the control device sets a slow stop setting means for setting a slow stop setting value based on stop characteristic setting information predetermined for each of the drive actuators;
  • the drive actuator Command value correcting means for correcting the command value is provided.
  • the work machine includes a posture detection unit that detects a posture of the work machine, and the control device has the stop characteristic based on a detection result of the posture detection unit. It is something to change.
  • the slow stop setting means uses stop characteristic setting information predetermined for each posture of the work machine and each drive actuator and a detection result of the posture detection means. Then, the slow stop set value is changed according to the posture of the work machine, and the command value correcting means changes the command to the drive actuator from the operation command state to the stop command state, When the rate of change of the command value does not satisfy the slow stop setting value of the slow stop setting means, the command value to the drive actuator is corrected.
  • control device further includes a center of gravity calculating means for calculating the center of mass of the work machine, and using the calculation result of the center of gravity calculating means as posture information, the center of gravity calculating means.
  • control device further includes a center-of-gravity calculating unit that calculates a center of mass of the work machine, and uses the calculation result of the center-of-gravity calculating unit as posture information, and the center of gravity calculating unit
  • the operation of the drive actuator is changed so as to make the stop gentler than when the distance is long. It is a thing.
  • the command value correcting means sets the command value to the drive actuator so that the drive actuator is decelerated at a constant acceleration that satisfies the slow stop setting value of the slow stop setting means. This is to be corrected.
  • the command value correcting means is based on a correction curve having at least two slopes so as to achieve constant acceleration deceleration satisfying the slow stop setting value of the slow stop setting means.
  • the command value to the drive actuator is corrected.
  • control device is configured to start for each drive actuator when a command to the drive actuator is changed from a stop command state to an operation command state.
  • the operation of each drive actuator is changed so as to satisfy the characteristics.
  • the control device determines whether or not a predetermined operation is being performed based on a command value to the drive actuator, and the command is determined during a predetermined operation. The value is not corrected.
  • a stop characteristic suitable for each drive actuator can be realized by a simple calculation.
  • FIG. 1 is a side view showing the overall configuration of a work machine according to an embodiment of the present invention.
  • the working machine 1 includes a traveling body 2, a working machine body 3 that is pivotably attached to an upper portion of the traveling body 2, and one end connected to the working machine body 3. And a work front 6 including an articulated link mechanism.
  • the work machine body 3 is swiveled around a central axis 3 c by a swivel motor 7.
  • a cab 4 and a counterweight 8 are installed on the work machine main body 3.
  • a required part on the work machine main body 3 is provided with an engine 5 constituting a power system, and an operation control device 100 for controlling the start / stop and overall operation of the work machine 1.
  • symbol 30 in a figure has shown the ground surface.
  • the work front 6 has a boom 10 having one end connected to the work machine body 3, an arm 12 having one end connected to the other end of the boom 10, and an attachment 23 having one end connected to the other end of the arm 12.
  • Each of these members is configured to pivot in the vertical direction.
  • the boom cylinder 11 is a drive actuator that rotates the boom 10 around the fulcrum 40, and is connected to the work machine main body 3 and the boom 10.
  • the arm cylinder 13 is a drive actuator that rotates the arm 12 around the fulcrum 41, and is connected to the boom 10 and the arm 12.
  • the attachment cylinder 15 is a drive actuator that rotates the attachment 23 around the fulcrum 42, is connected to the attachment 23 via the link 16, and is connected to the arm 12 via the link 17.
  • the work machine 1 shown in FIG. 1 has a bucket 23 attached as an attachment, but can be arbitrarily replaced with another attachment (not shown) such as a grapple, a cutter, or a breaker.
  • an operation lever 50 for an operator to input a movement instruction for each drive actuator, and a user setting input means 55 for the operator to make various settings.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system used for the work machine according to the embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
  • the control system of this embodiment includes posture detection means 49, user setting input means 55, command value detection means 51, control device 60, and drive actuators 7, 11, 13, and 15.
  • the state quantity detection unit of the present embodiment includes an attitude detection unit 49 that detects the attitude of the work machine 1 and a command value detection unit 51 that detects a command value to each drive actuator.
  • the attitude detection means 49 detects the attitude of the work machine 1 and includes an angle sensor 49A and an inclination sensor 49B.
  • the work machine 1 includes a turning angle sensor 3s, a boom angle sensor 40a, an arm angle sensor 41a, and an attachment angle sensor 42a as an angle sensor 49A for detecting the posture of the work front 6.
  • the turning angle sensor 3s detects the turning angle of the upper work machine main body 3 with respect to the traveling body 2 shown in FIG. 1 and is provided on the turn center line 3c of the upper work machine main body 3 or the like.
  • the boom angle sensor 40a detects the rotation angle of the boom 10 with respect to the upper work machine main body 3 shown in FIG. 1, and is provided at the fulcrum 40 of the upper work machine main body 3 and the boom 10.
  • the arm angle sensor 41 a detects the rotation angle of the arm 12 with respect to the boom 10 shown in FIG.
  • the attachment angle sensor 42 a detects the rotation angle of the attachment 23 with respect to the arm 12 shown in FIG. 1 and is provided at a fulcrum 42 of the arm 12 and the attachment 23.
  • the work machine 1 has an attitude sensor 3b in the upper work machine main body 3 shown in FIG. 1 as an inclination sensor 49B for detecting the inclination of the ground surface 30.
  • the command value detection means 51 detects a command value from the operator for the work machine, and includes various operation amount sensors 51A provided on the operation lever 50 shown in FIG. As various operation amount sensors 51A, a swing lever operation amount sensor 51s for detecting a drive command amount to the swing motor 7 shown in FIG. 1 and a boom lever operation amount sensor 51b for detecting a drive command amount to the boom cylinder 11 are shown. And an arm lever operation amount sensor 51a for detecting a drive command amount to the arm cylinder 13 and an attachment lever operation amount sensor 51o for detecting a drive command amount to the attachment cylinder 15.
  • the control device 60 of FIG. 2 includes an input unit 60x to which signals from sensors attached to the respective units of the work machine 1 are input, and a calculation unit that receives signals input to the input unit 60x and performs predetermined calculations. 60z, and an output unit 60y that receives an output signal from the calculation unit 60z and outputs a drive command to each drive actuator of the work machine 1.
  • the calculation unit 60z includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a flash memory, etc., a microcomputer including these, a peripheral circuit (not shown), and the like. For example, it operates according to a program stored in the ROM.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • flash memory etc.
  • a microcomputer including these, a peripheral circuit (not shown), and the like. For example, it operates according to a program stored in the ROM.
  • the arithmetic unit 60z includes a slow stop setting unit 60a for setting a stop characteristic of the drive actuator according to a signal fetched from the posture detection unit 49 provided in the work machine 1, and a signal fetched from the command value detection unit 51 and a slow speed. It comprises command value correction means 60e for calculating a drive command value for each drive actuator based on the calculation result of the stop setting means 60a.
  • the slow stop setting means 60a calculates and outputs a slow stop set value 71 to be used based on stop characteristic setting information preset for each center of gravity of the work machine 1 and each drive actuator and the current posture information.
  • the posture information includes, for example, the angle and angular velocity of each joint, the length and length change amount of each actuator, the position of the attachment tip, the position of the center of gravity of the work machine 1, and the like.
  • the angles of the joints and the center of gravity of the work machine are used as posture information will be described as an example.
  • slow stop is a movable actuator that suppresses the inertial force that is generated when the drive command (lever operation amount) to the drive actuator is shifted from the operation command state to the stop command state (during the stop operation).
  • the deceleration acceleration of the part is limited, and it is stopped gently.
  • the slow stop set value is an index indicating the degree of slow stop, and the time required for stop (stop time), the distance required for stop (braking distance), deceleration acceleration, and the amount of change in lever operation amount per unit time (lever operation)
  • An example is a rate of change in quantity).
  • the greater the deceleration acceleration the more rapidly the movable part stops and a larger inertial force is generated.
  • the smaller the deceleration acceleration the more gently the movable part stops and the braking distance increases. In other words, if the stop time is set short in the slow stop setting, the braking distance is set short, the deceleration acceleration is set large, or the lever operation amount change rate is set large, the stop will be abrupt.
  • the stop time when the stop time is set longer, when the braking distance is set longer, when the deceleration acceleration is set lower, or when the lever operation amount change rate is set lower, the stop is more gradual. Therefore, by setting the slow stop set value to an appropriate value that satisfies the required amount of inertia force suppression, the above-described effects can be obtained without excessive increase in the braking distance.
  • the slow stop setting means 60a has a stop characteristic setting information holding means 60b preset for each center of gravity and drive actuator of the work machine 1, a center of gravity calculating means 60c, and a slow stop set value determining means 60d.
  • the stop characteristic setting information holding unit 60b holds the allowable lever operation amount change rate k corresponding to a preset center of gravity as stop characteristic setting information.
  • the allowable lever operation amount change rate k is set for each drive actuator.
  • the allowable lever operation amount change rate k defines the allowable maximum value of the decrease amount of the lever operation amount per unit time, and is set as a positive value.
  • the center-of-gravity calculation means 60c calculates the center of gravity 70 of the work machine 1.
  • the slow stop set value determining means 60d refers to the stop characteristic setting information held in the stop characteristic setting information holding means 60b, and outputs the slow stop set value 71 that matches the current center of gravity 70.
  • the slow stop set value 71 is selected from preset stop characteristic setting information, complicated calculations can be omitted, and a more inexpensive device can be realized. Further, since the braking distance can be designed in advance, it is possible to avoid the risk of excessively increasing the braking distance and causing a risk of contact and a feeling of strange operation.
  • the stop characteristic setting information held in the stop characteristic setting information holding means 60b is determined for each center of gravity and each drive actuator in consideration of the magnitude of the influence of the deceleration acceleration during the stop operation on the work machine 1 and the allowable braking distance. It is the set allowable lever operation amount change rate. Even when deceleration acceleration of the same magnitude occurs, the influence of the deceleration acceleration on the behavior of the work machine 1 varies depending on the state of the work machine 1. Therefore, when the work machine 1 is easily affected by the deceleration acceleration, the allowable lever operation amount change rate is set small so as to stop more slowly.
  • the form of the stop characteristic setting information held in the stop characteristic setting information holding means 60b may be a list of values for every step, or may be given by a mathematical expression with the center of gravity as a variable.
  • the range that the center of gravity can take is divided into n and m, respectively, in the front-rear direction and the left-right direction, and the values of the allowable lever operation amount change rate in each case are listed as in the following formula (1). Things can be raised.
  • r cogx is the X coordinate of the center of gravity 70
  • r cogy is the Y coordinate of the center of gravity 70.
  • the work machine 1 is more susceptible to deceleration acceleration as the center of gravity is further away from the turning center.
  • the more the center of gravity is away from the turning center and the shorter the distance to the falling branch line the more likely it is to become unstable, and the instability is likely to proceed because it is more strongly affected by deceleration acceleration.
  • the overturning branch line is a line segment connecting the outermost grounding point between the work machine 1 and the ground surface 30.
  • the center point of the left and right sprockets Is a forward fall branch line
  • a line connecting the center points of the left and right idlers is a rear fall branch line
  • the outer ends of the left and right track links are left and right fall branch lines. Therefore, as shown in Expression (3), it is effective to give the allowable lever operation amount change rate so that it becomes smaller as the distance from the center of gravity to the falling branch line is shorter.
  • X limit Distance from the turning center to the longitudinal fall branch line
  • Y limit Distance from the turning center to the horizontal fall branch line
  • k max Maximum allowable lever operation amount change rate
  • kmin Allowable lever operation amount change rate It is a minimum value
  • X limit and Y limit are values inherent to the machine
  • k max and kmin are values determined when setting the allowable lever operation amount change rate.
  • Equation (3) it is assumed that the distance from the turning center to the front and rear fall branches and the distance from the turn center to the left and right fall branches are approximately equal, but the front and rear, or If the distance to the falling fulcrum differs greatly between the left side and the right side, k may be determined separately depending on whether r cogx and r cogy are positive or negative.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a model of the work machine 1 used in the center-of-gravity calculation means of the work machine control system according to the embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
  • the center-of-gravity calculation means 60c calculates the center of gravity 70 of the work machine 1 using the detection value of the posture detection device 49, the length of each structural member, and mass information.
  • the center-of-gravity calculation means 60c uses a model of the work machine 1 shown in FIG.
  • the reference coordinate system is based on the traveling body 2 as shown in FIG. 3, and the origin O is a point O where the traveling body 2 and the ground surface 30 are in contact with each other on the turning center line 3c of the upper work machine body 3.
  • the X axis is set in the front-rear direction of the traveling body 2
  • the Y axis is set in the left-right direction
  • the Z axis is set in the direction of the turning center line 3c.
  • the inclination of the reference coordinate system from the direction of gravity is detected by using an attitude sensor 3b attached to the upper work machine body 3.
  • a concentrated mass point model in which mass is concentrated on the center of gravity of each structural member is used.
  • the center-of-gravity calculating means 60c calculates the center of gravity 70 of the work machine 1 by an inclination sensor 49B (FIG. 2) that detects the inclination of the ground surface 30 (the posture sensor 3b provided on the work machine main body 3 shown in FIG. 1). Value and an angle sensor 49A (FIG. 2) for detecting the attitude of the work front 6 (a turning angle sensor 3s, a boom angle sensor 40a, an arm angle sensor 41a, an attachment angle sensor 42a provided in each part of the work machine 1 in FIG.
  • the center of gravity calculating means 60c derives the center of gravity 70 of the work machine 1 as shown in the following equation (4).
  • rcog mass center vector mi: mass of the i-th mass point
  • ri position vector of the i-th mass point
  • the vector is a three-dimensional vector composed of an X component, a Y component, and a Z component.
  • the X coordinate r cogx of the center of gravity 70 is calculated as in the following equation (5).
  • m is the mass of each mass point 2P, 3P, 10P, 12P, 23P shown in FIG. 3, and the mass m 2 , m 3 , m 10 , m 12 of each mass point, substituting m 23.
  • the slow stop set value determining means 60d extracts the most suitable stop characteristic setting information from the stop characteristic setting information holding means 60b based on the center of gravity 70 which is the calculation result of the center of gravity calculating means 60c, and uses the slow stop setting to be used. Output as value 71.
  • the stop characteristic setting information holding means 60b is given as a list of setting values for the center of gravity 70 for each step and given as a mathematical expression.
  • the combination closest to the center of gravity 70 calculated by the center of gravity calculating means 60 c is extracted, and the allowable lever operation amount change rate k in the combination is set as the slow stop setting value 71.
  • the allowable lever operation amount change rate k is given as in Expression (1), it is extracted as in Expression (7) below.
  • the maximum value r Cogxmax as shown in FIG. 4 can take the X-coordinate of the center of gravity
  • the minimum value r Cogxmin is to be taken of the X-coordinate of the center of gravity
  • the maximum value r Cogymax is to be taken of the center of gravity of the Y-coordinate
  • r Cogymin Is the minimum value that the Y coordinate of the center of gravity can take.
  • [A] is a Gaussian symbol and represents a maximum integer equal to or less than A.
  • a value obtained by substituting the calculation result of the center-of-gravity calculation means 60c into the mathematical formula is set as the slow stop set value 71.
  • the allowable lever operation amount change rate k is given by Expression (3)
  • the command value correction means 60e uses the lever operation amount detected by the command value detection means 51 and the output value of the slow stop setting means 60a to change the change rate of the lever operation amount to the set value 71 of the slow stop setting means 60a. If it is not satisfied, the lever operation amount is corrected so as to stop more gently, and a drive command value to the drive actuator is obtained.
  • the current lever operation amount change rate satisfies the allowable lever operation amount change rate k set by the slow stop setting means 60a. If the current lever operation amount change rate is larger than the allowable lever operation amount change rate k, the lever operation amount is determined using the correction curve as shown in FIG. 5A. Correction is performed so that the monotonous decrease satisfies k. That is, the corrected lever operation amount is expressed by the following equation (8).
  • Oi (t) is a lever operation amount at time t
  • Oc (t) is a lever operation amount correction value at time t.
  • FIGS. 5A and 5B are explanatory diagrams of a command value correction curve used in the command value correction means of the work machine control system according to the embodiment of the present invention.
  • the constant acceleration deceleration is performed by correcting the lever operation amount so as to monotonously decrease to satisfy the slow stop setting value 71. Can be realized.
  • equal acceleration deceleration can be realized by modeling the above effect and calculating the lever operation amount using the inverse model.
  • a correction curve having two slopes as shown in FIG. 5B is used as a method for realizing the uniform acceleration deceleration more simply.
  • the operation of the drive actuator can be brought close to an ideal response.
  • the correction curve by setting the slope k1 of the region where the lever operation amount is large to a value larger than the slope k2 of the region where the lever operation amount is small, the operation of the drive actuator can be brought closer to the constant acceleration deceleration.
  • the slope k2 of the region where the lever operation amount is small is set by the slow stop setting value, and the other tilt is a value inherent to the machine or a constant multiple of the tilt of the region where the lever operation amount is small.
  • the point at which the tilt is switched is a method specific to the machine determined based on the maximum value that the lever operation amount can take, a method that uses a specified ratio of the lever operation amount before the stop command, and a lever operation amount. It can also be a value calculated from the inclination k1, inclination k2 and lever operation amount before stopping so that the time until becomes zero is always equal.
  • the deceleration acceleration of the constant acceleration deceleration can be easily changed based on the slow stop setting value 71.
  • the corrected lever operation amount is expressed by the following equation (9).
  • Op is the point where the slope is switched.
  • the inclination sensor 49B can be omitted.
  • the inclination sensor 49B is installed, in the above-described embodiment, the example in which the attitude sensor 3b is installed in the upper work machine main body 3 is shown, but the configuration in which the inclination sensor is installed on the traveling body 2 instead of the attitude sensor 3b. It is also good.
  • the control device 60 is mounted on the upper work machine main body 3, and in the embodiment described above, an example in which a sensor is provided on the upper work machine main body 3 is shown because of the ease of wiring.
  • an inclination sensor can be provided in the traveling body 2. By providing the traveling body 2 with an inclination angle sensor, it becomes possible to measure the more accurate inclination angle without being affected by the turning portion.
  • the turning angle sensor can be omitted.
  • the attachment angle sensor may be omitted.
  • a load detection method for example, there is a method of providing pressure sensors on the rod side and the head side of the boom cylinder 11 respectively.
  • the moment Ml including the load of the attachment part and the weight of the work front is calculated from the detection values of the two pressure sensors, the detection values of the angle sensors of the boom 10 and the arm 12, the boom 10,
  • the self-weight moment Moc of the work front is calculated from each center-of-gravity parameter of the arm 12.
  • the mass of the attachment 23 is calculated from the difference between the moments Ml and Moc and the distance from the boom rotation fulcrum 40 to the attachment 23.
  • a pin force sensor is provided on the pin 43 connecting the arm 12 and the attachment 23 and the pin 44 connecting the link 16 and the attachment 23 to detect the magnitude and direction of the force applied to the pins 43 and 44.
  • the mass change of the attachment 23 can also be calculated.
  • the example which uses each mass point 2P, 3P, 10P, 12P, 23P of the traveling body 2, the upper work machine main body 3, the boom 10, the arm 12, and the attachment 23 in the gravity center calculating means 60c is shown.
  • the number of mass points used in the calculation may be reduced by integrating several mass points or extracting mass points having a large influence.
  • the amount of calculation can be reduced by reducing the number of mass points.
  • the lever operation amount change rate is used as the slow stop setting value 71, and the magnitude of the influence of the deceleration acceleration during the stop operation on the work machine 1 is permitted as the stop characteristic setting information holding unit 60b.
  • the allowable lever operation amount change rate k is given for each of the center of gravity 70 and the drive actuator in consideration of the braking distance.
  • the command value correction means 60e may calculate the lever operation amount correction value using the relationship between each index and the lever operation amount change rate.
  • the slow stop set value 71 is given for each of the center of gravity 70 and the drive actuator.
  • the slow stop set value 71 is determined by the skill level of the operator who operates the work machine 1, the work content road surface, and the surroundings. The value may be changed depending on the situation. In this case, a configuration in which settings are made automatically based on information given in advance, output values of various sensors, or a configuration in which an operator or work manager arbitrarily sets the settings using the user setting input device 55 is conceivable.
  • the slow stop set value 71 may be changed according to the magnitude
  • a large swing of the work machine 1 indicates that the stability of the work machine 1 is deteriorated, and a large swing in the driver's seat 4 gives an operator an unpleasant feeling.
  • the slow stop setting value 71 is corrected so as to stop more slowly, and when the shaking is very small, the slow stop setting value 71 is corrected so as to allow a sharper stop. By doing so, the slow stop set value can be made a value more suitable for work. Even if the same operation is performed, the magnitude of the shake varies depending on the work environment.
  • an acceleration sensor that detects acceleration is installed in the driver's seat 4 or the like, and the above-described slow stop set value 71 is corrected based on the detected value.
  • a configuration to be performed can be considered.
  • the configuration since it is considered that the stability and the influence on the human body are different depending on the frequency of shaking, etc., the configuration may be such that the slow stop set value 71 is corrected using a value obtained by performing signal processing on the detection value of the acceleration sensor. .
  • posture information ⁇ When other than the center of gravity is used as posture information>
  • the center of gravity position of the work machine 1 is used as the posture information.
  • the angle and angular velocity of each joint, the length and length change amount of each actuator, the tip of the attachment The position or the like may be used as posture information.
  • the stop characteristic setting information holding unit 60b holds a slow stop setting value corresponding to the joint angle as stop characteristic setting information, and the slow stop setting value determining unit 60d Then, with reference to the stop characteristic setting information held in the stop characteristic setting information holding means 60b, the one that matches the joint angle detected by the angle sensor 49A is output as the slow stop setting value 71. At this time, the center of gravity calculating means 60c may be omitted.
  • a joint angular velocity calculating unit is provided instead of the gravity center calculating unit 60c, and the current joint angular velocity is calculated based on the joint angle detected by the angle sensor 49A.
  • the stop characteristic setting information holding unit 60b holds a slow stop setting value corresponding to the joint angular velocity as stop characteristic setting information
  • the slow stop setting value determining unit 60d is a stop characteristic setting held in the stop characteristic setting information holding unit 60b. With reference to the information, the one that matches the joint angular velocity calculated by the joint angular velocity calculating means is output as the slow stop setting value 71.
  • each actuator or the amount of change in length is used as posture information, it can be implemented in the same manner as in the above example. Specifically, instead of the center-of-gravity calculation means 60c, actuator state calculation means for calculating the length of each actuator or the amount of change in length based on the detection value of the angle sensor 49A that detects the posture of the work front 6 is provided.
  • the stop characteristic setting information holding unit 60b holds a slow stop setting value corresponding to the length of the actuator or the length change amount as stop characteristic setting information
  • the slow stop setting value determining unit 60d is a stop characteristic setting information holding unit.
  • each actuator may be provided with detection means for detecting the length of the actuator or the amount of change in length, and the detected value may be used as posture information.
  • a detecting means for detecting the length of the actuator is provided and the amount of change in the actuator length is calculated from the detected value.
  • an attachment position calculation unit for calculating the attachment tip position is provided instead of the gravity center calculation unit 60c.
  • the attachment position calculation means sequentially uses the detection value of the inclination sensor 49B that detects the inclination of the ground surface 30, the detection value of the angle sensor 49A that detects the attitude of the work front 6, and the length information of each link. Perform kinematic calculations and calculate the position of the tip of the attachment.
  • the stop characteristic setting information holding unit 60b holds a slow stop setting value corresponding to the attachment tip position as stop characteristic setting information, and the slow stop setting value determining unit 60d is held in the stop characteristic setting information holding unit 60b.
  • the one that matches the attachment tip position calculated by the attachment position calculation means is output as the slow stop set value 71.
  • the amount of calculation is reduced compared to the case where the center of gravity position is used as posture information, and a simpler configuration can be achieved.
  • the attachment tip position is referred to, this is particularly effective when there is a limit to the area where the attachment tip position may exist.
  • the lever operation amount may be corrected similarly. good.
  • the start time, start acceleration, increase amount of the lever operation amount per unit time (lever operation amount increase rate), etc. are set as the slow start set value, and the command value is corrected.
  • the lever operation amount is corrected so as to satisfy the set value in the means 60e.
  • the slow stop setting means will be described by taking as an example a case where the lever operation amount change rate is set as the above-mentioned slow stop setting value and the slow start is performed in the same manner as in the example of correcting the lever operation amount using the equation (8).
  • the outline of 60a and command value correcting means 60e will be described.
  • the allowable lever operation amount increase rate ka is set in the same manner as the allowable lever operation amount change rate k.
  • the allowable lever operation amount increase rate ka defines an allowable maximum value of the increase amount of the lever operation amount per unit time.
  • the slow stop setting means 60a outputs a slow start set value in addition to the slow stop set value 71. Since the command value correction means 60e responds to the slow input in addition to the slow stop, the change in the lever operation amount is determined by using the lever operation amount detected by the command value detection means 51 and the output value of the slow stop setting means 60a. When the rate does not satisfy the set value 71 or 72 of the slow stop setting means 60a, the lever operation amount is corrected so as to stop or start more slowly to obtain the drive command value of the drive actuator. Specifically, the lever operation amount correction value is calculated using the following equation (10) instead of the aforementioned equation (8).
  • the above-described operation or the like may be detected and the slow stop and the slow start may be automatically turned off.
  • the lever operation amount detected by the command value detection means 51 a slight operation with a small movement, an operation in which the direction of the lever operation is switched a plurality of times in a short time, etc. are turned off and slowly started.
  • the operation is automatically switched so as not to correct the equations (8), (9), and (10).
  • the operator may set by a switch provided on the user setting input means 55.
  • the operation lever 50 has been described assuming an electric lever system.
  • a pressure generating device that generates a pilot pressure according to the output from the control device 60 is added.
  • the pilot pressure generated by the lever operation is measured as the lever operation amount, and the pilot pressure is generated based on the calculation result of the command value correcting means 60e in the pressure generating device.
  • a stop characteristic suitable for each drive actuator can be realized by simple calculation.
  • the influence of the inertia force accompanying sudden deceleration can be reduced, and the stability of the work can be improved without excessively increasing the braking distance or impairing the work speed.
  • the durability of the work machine can be improved, and the fatigue of the operator due to the vibration of the work machine can be reduced.
  • a hydraulic excavator is used as a work machine.
  • the present invention is not limited to this, and a stop characteristic suitable for each drive actuator can be obtained in another work machine such as a wheel loader.
  • Tilt sensor 50 Operating lever 51 ... Command value detection means 51A ... Operation amount sensor 51s ... Turning lever operation amount sensor 51b ... Boom lever operation amount sensor 51a ... Arm lever operation amount sensor 51o ... Attachment lever operation amount sensor 55 ... User Setting input means 56... Temperature detection means 57 ... engine speed detection means 60 ... control device 60a ... slow stop setting means 60b ... stop characteristic setting information holding means 60c ... gravity center calculation means 60d ... slow stop set value determination means 60e ... command value correction means 60x ... input Unit 60y ... output unit 60z ... calculation unit 70 ... center of gravity 71 ... slow stop set value

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Abstract

　本発明の目的は、簡易な構成および演算によって、駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更された場合においても駆動アクチュエータごとに適した停止特性を実現できる作業機械を提供することにある。　作業機械１は、走行体２と、走行体上に取り付けた作業機械本体３と、作業機械本体に対し上下方向に揺動自在に取り付けた作業フロント６と、これらを制御する制御装置６０とを有する。制御装置６０は、駆動アクチュエータ７，１１，１３，１５への指令が動作指令状態から停止指令状態に変更された場合に、各駆動アクチュエータごとに設定した停止特性を満たすように各駆動アクチュエータの動作を変更する。

Description

作業機械
　本発明は、構造物解体工事、廃棄物解体工事、道路工事、建設工事、土木工事等に使用される作業機械に係り、特に、駆動アクチュエータごとに適した停止特性を有する作業機械に関する。
　従来、構造物解体工事、廃棄物解体工事、道路工事、建設工事、土木工事等に使用される作業機械として、動力系により走行する走行体の上部に作業機械本体を旋回自在に取り付けると共に、作業機械本体に多関節型の作業フロントを上下方向に揺動自在に取り付け、作業フロントを構成する各フロント部材をアクチュエータにて駆動するものが知られている。このような作業機械の一例として、油圧ショベルをベースとし、一端が作業機械本体に揺動自在に連結されたブームと、一端がブームの先端に揺動自在に連結されたアームと、アームの先端に装着されたグラップル、バケット、ブレーカ、クラッシャ等の作業具を備え、所望の作業を行えるようにした作業機械がある。
　このような作業機械では、大質量の走行体、作業機械本体及び作業フロントを駆動することにより作業を行うため、何らかの理由により操作者が動作中の走行体，作業機械本体、または作業フロントの駆動を急激に停止させる操作を行った場合には、その際の減速加速度に応じた慣性力が発生する。この慣性力の影響により作業機械が振動し、乗り心地や作業効率が劣化し、耐久性へも悪影響を与える。また、慣性力によって作業機械の安定性が劣化するため、無理な作業姿勢で過度の減速を行った場合には転倒に至る可能性がある。
　急停止に伴う衝撃を緩和する方法として、ブームシリンダと、ブームシリンダの起動、停止及び方向切替を制御するメインコントロールバルブと、パイロット信号圧をメインコントロールバルブのスプールに供給する操作レバーと、操作レバーの操作量を検出する操作レバー検出手段と、ブームシリンダ圧力検出手段と、検出信号から、ブームシリンダが急停止すると判断する場合、パイロット流路に制御器からの入力信号によって切替可能に設けられたブーム上昇側に供給される信号圧力を制御するブーム振動防止手段を設けるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　また、急停止に伴う安定性の変化に対応する方法として、作業フロントのブーム角、アーム角、バケット角及び旋回体の旋回角を検出する角度センサと、車体の前後方向の傾きを検出する傾斜角センサとを備え、これら各角度センサ及び傾斜角センサの検出値と車体の所定部分の寸法とから作業機械の静的転倒モーメントを演算し、旋回角速度を用いて算出した旋回体の旋回の遠心力による転倒モーメントと、旋回の最大角加速度を用いて算出した旋回体の急停止時に生じる転倒モーメントとのうちいずれか一方又は大きい方を静的転倒モーメントに加算したものを転倒の判定条件とし、前記判定条件の成立により旋回角速度を制御するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
　また、産業車両において、走行時の最高速度を抑えることなく、停止時には転倒することなく安全に停止させる技術として、揚高荷重を検出する荷重検出手段と、揚高検出手段と、揚高装置の前傾角を検出する前傾角検出手段と、前方の障害物の有無を検出する前方障害物検出手段と、車速検出手段と、ブレーキ踏み込み量検出手段とを設け、これらの検出手段からの検出値から車両が安全に停止できる距離を算出し、ブレーキ装置のブレーキ力を制御するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
　また、作業機械の可動部の加減速時の振動を抑制し、作業効率および安全性を向上させる技術として、作業機械の可動部の回転角度および角加速度を検出する検出手段を設け、回転角度および角加速度に基づいて可動部の加減速時に発生する回転モーメントを演算、かつその回転モーメントにより作業機械が回転しようとする回転中心に対する作業機械全体の慣性モーメントを演算し、その回転モーメントと作業機械の慣性モーメントとから作業機械全体の回転中心回りの角加速度が予め設定した許容角加速度を越えるかどうかを判定し、許容角加速度を超える場合はアクチュエータへの指令信号を補正し、可動部の加減速度を制限するものが知られている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００８－１６３７３０号公報 特開平７－１８０１９２公報 特開５－１７０３９９号公報 特開２００３－１８４１３３号公報
　ここで、動作中の走行体、作業機械本体、または作業フロントの駆動を急激に停止させる操作を行った場合に生じる慣性力による悪影響を低減させるためには、駆動アクチュエータへの指令が操作状態から停止指令状態に変更された場合においても緩やかに停止するようにすることが有効である。これにより、可動部に作用する慣性力を緩和できて衝撃による振動を最小にし、乗り心地，作業効率，耐久性の劣化を抑えることができ、また、作業機械をより安定に保持することができる。
　一方で、緩やかに停止させることによって、制動距離が増大するため、停止特性を過度に緩やかにした場合には、障害物への衝突のリスクが高まり、また操作の違和感を生じる恐れがある。したがって、作業機械の状態や動作の応じて適切な停止特性を選択することが重要である。また、許容制動距離を予め定め、制動距離が過度に増大しないように緩停止の程度を設定する必要がある。
　しかしながら、特許文献１に記載のものでは、ブーム動作のみを対象としており、また停止特性は一意であり、作業機械の姿勢による減速加速度の影響の大きさの違いは考慮されておらず、作業機械の状態によっては、慣性力が十分に抑制されず、十分な衝撃緩和がなされない恐れや、また逆に過度に緩やかな停止となる恐れがある。
　特許文献２に記載のものでは、旋回の急停止時に生じる慣性力による安定性変化を考慮し、作業機械が転倒する可能性がある場合に、旋回角速度を制限することによって作業機械の転倒を防止しているが、転倒防止のために動作速度を制限する構成であるため、作業効率が劣化する可能性がある。また、対応可能な動作が旋回動作のみに限られるという問題がある。
　また、特許文献３に記載のものでは、必要に応じて停止距離を延長し、緩やかに停止させることによって、走行時の最高速度を抑えることなく停止時の転倒を防止できるようにしている。しかしながら、転倒することなく安全に停止できる安全停止距離まで制動距離を伸ばしているため、運転状況によっては制動距離が長くなり、障害物等への衝突のリスクが高まり、また、操作違和感を生む恐れがある。また、作業機械においては安全停止距離に到達する前に駆動アクチュエータのストロークエンドに到達し、安全な停止を実現することが困難になる恐れがある。
　また、特許文献４に記載のものでは、作業機械全体の回転中心回りの角加速度を算出し、その値に基づいて指令信号の補正を行う構成としており、作業機械全体の角加速度算出のために各可動部の角加速度を検出する検出手段を必要とする。角加速度の検出方法として回転角度を２度微分する例が提示されているが、一般に微分演算はノイズを増大させるため、精度の良い角度計測が必須となり、装置構成が高価となる。また、現在の角度および角加速度から作業機械全体の角加速度を算出する構成としているため、アクチュエータへの指令信号の補正はすでに許容値を越えた角加速度が作業機械全体の回転中心回りに発生している状況において開始され、角加速度が許容値を越えることを未然に回避することはできない。
　さらに、特許文献２，特許文献３，特許文献４においては、作業機械が安定となるために必要とされる動作制限値を算出するために複雑な演算を行っており、リアルタイムでの処理を行うためには制御演算を行う制御装置に高い性能が要求されるという課題がある。
　本発明の目的は、簡易な構成および演算によって、駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更された場合においても駆動アクチュエータごとに適した停止特性を実現できる作業機械を提供することにある。
　（１）上記目的を達成するために、本発明は、走行体と、前記走行体の上部に旋回可能に取り付けられた作業機械本体と、前記作業機械本体に対し上下方向に揺動自在に取り付けた作業フロントと、前記走行体と前記作業機械本体と前記作業フロントとを駆動する駆動アクチュエータと、前記駆動アクチュエータを制御する制御装置とを有する作業機械であって、前記制御装置は、前記駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更された場合に、前記駆動アクチュエータごとに設定した停止特性を満たすように前記駆動アクチュエータごとの動作を変更するようにしたものである。
　かかる構成により、簡易な構成および演算によって、駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更された場合においても駆動アクチュエータごとに適した停止特性を実現できるものとなる。
　（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御装置は、前記駆動アクチュエータの停止特性として、停止指令から停止完了までに要する停止時間，駆動指令値の変化率，前記駆動アクチュエータあるいは前記作業フロント先端の加速度及び制動距離のうち少なくとも一つを変更するものであり、前記停止時間，前記加速度若しくは前記制動距離を満たすように、前記変化率を変えるようにしたものである。
　（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記制御装置は、前記駆動アクチュエータごとに予め定められた停止特性設定情報に基づいて緩停止設定値を設定する緩停止設定手段と、前記駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更され、前記駆動アクチュエータごとへの指令値の変化率が前記緩停止設定手段の緩停止設定値を満たさない場合に、前記駆動アクチュエータへの指令値を補正する指令値補正手段とを備えるようにしたものである。
　（４）上記（２）において、好ましくは、前記作業機械は、前記作業機械の姿勢を検出する姿勢検出手段を備え、前記制御装置は、前記姿勢検出手段の検出結果に基づいて前記停止特性を変更するようにしたものである。
　（５）上記（３）において、好ましくは、前記緩停止設定手段は、前記作業機械の姿勢ごとおよび前記駆動アクチュエータごとに前もって定められた停止特性設定情報と前記姿勢検出手段の検出結果とを用いて、前記作業機械の姿勢に応じて前記緩停止設定値を変更し、前記指令値補正手段は、前記駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更され、前記駆動アクチュエータごとへの指令値の変化率が前記緩停止設定手段の緩停止設定値を満たさない場合に前記駆動アクチュエータへの指令値を補正するようにしたものである。
　（６）上記（４）において、好ましくは、前記制御装置は、さらに、作業機械の質量中心を算出する重心算出手段を備え、姿勢情報として前記重心算出手段の算出結果を用い、前記重心算出手段において算出された前記作業機械の質量中心と前記作業機械の転倒支線との距離が短い場合は、前記距離が長い場合に比べて停止を緩やかにするように前記駆動アクチュエータの動作を変更するようにしたものである。
　（７）上記（５）において、好ましくは、前記制御装置は、さらに、作業機械の質量中心を算出する重心算出手段を備え、姿勢情報として前記重心算出手段の算出結果を用い、前記重心算出手段において算出された前記作業機械の質量中心と前記作業機械の転倒支線との距離が短い場合は、前記距離が長い場合に比べて停止を緩やかにするように前記駆動アクチュエータの動作を変更するようにしたものである。
　（８）上記（３）において、好ましくは、前記指令値補正手段は、前記駆動アクチュエータが前記緩停止設定手段の緩停止設定値を満たす等加速度減速となるように前記駆動アクチュエータへの指令値を補正するようにしたものである。
　（９）上記（８）において、好ましくは、前記指令値補正手段は、前記緩停止設定手段の緩停止設定値を満たす等加速度減速となるように少なくとも２つの傾きをもつ補正曲線をもとに前記駆動アクチュエータへの指令値を補正するようにしたものである。
　（１０）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記制御装置は、前記駆動アクチュエータへの指令が停止指令状態から動作指令状態に変更された場合に、前記駆動アクチュエータごとに設定した起動特性を満たすように前記駆動アクチュエータごとの動作を変更するようにしたものである。
　（１１）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記制御装置は、前記駆動アクチュエータへの指令値から予め定められた動作中か否かを判定し、予め定められた動作時には前記指令値の補正を行わないようにしたものである。
　本発明によれば、駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更された場合においても簡易な演算によって駆動アクチュエータごとに適した停止特性を実現できるものとなる。
第１の実施形態に係る作業機械および作業機械のセンサ構成を示す側面図である。 第１の実施形態に係る作業機械の制御装置の概略構成図である。 第１の実施形態に係る重心演算に用いられる作業機械のモデルを示す図である。 第１の実施形態に係る作業機械および重心位置を示す上面図である。 第１の実施形態に係る指令値生成手段において用いられる指令値補正曲線の例を示す図である。 第１の実施形態に係る指令値生成手段において用いられる指令値補正曲線の例を示す図である。
　以下、図１～図５Ｂを用いて、本発明の一実施形態による作業機械の構成及び動作について説明する。　
　最初に、図１を用いて、本実施形態による作業機械の全体構成について説明する。　
　図１は、本発明の一実施形態による作業機械の全体構成を示す側面図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る作業機械１は、走行体２と、走行体２の上部に旋回可能に取り付けられた作業機械本体３と、一端が作業機械本体３に連結された多関節型のリンク機構よりなる作業フロント６とを備えている。作業機械本体３は、旋回モータ７によって中心軸３ｃを中心に旋回駆動される。作業機械本体３の上には、運転室４及びカウンタウエイト８が設置されている。また、この作業機械本体３の上の所要の部分には、動力系を構成するエンジン５と、作業機械１の起動停止及び動作全般を制御する運転制御装置１００が備えられている。なお、図中の符号３０は地表面を示している。
　作業フロント６は、一端が作業機械本体３に連結されたブーム１０と、一端がブーム１０の他端に連結されたアーム１２と、一端がアーム１２の他端に連結されたアタッチメント２３とを有しており、これらの各部材は、それぞれ上下方向に旋回するように構成されている。ブームシリンダ１１は、ブーム１０を支点４０の回りに回動させる駆動アクチュエータであり、作業機械本体３とブーム１０とに連結されている。アームシリンダ１３は、アーム１２を支点４１の回りに回動させる駆動アクチュエータであり、ブーム１０とアーム１２とに連結されている。アタッチメントシリンダ１５は、アタッチメント２３を支点４２の回りに回動させる駆動アクチュエータであり、リンク１６を介してアタッチメント２３と連結され、リンク１７を介してアーム１２に連結されている。図１に示した作業機械１には、アタッチメントとして、バケット２３が取り付けられているが、この他にも、グラップル，カッタ，ブレーカ等の、図示しない他のアタッチメントに任意に交換可能である。
　運転室４の内部には、オペレータが各駆動アクチュエータに対する動きの指示を入力するための操作レバー５０と、オペレータが各種設定を行うためのユーザ設定入力手段５５が設けられている。
　次に、図２を用いて、本実施形態による作業機械に用いる制御システムの構成について説明する。　
　図２は、本発明の一実施形態による作業機械に用いる制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
　本実施形態の制御システムは、姿勢検出手段４９と、ユーザ設定入力手段５５と、指令値検出手段５１と、制御装置６０と、駆動アクチュエータ７，１１，１３，１５とを備えている。
　最初に、作業機械１の各部に取り付けられた状態量検出手段（センサ）について説明する。本実施形態の状態量検出手段は、作業機械１の姿勢を検出する姿勢検出手段４９と、各駆動アクチュエータへの指令値を検出する指令値検出手段５１とから構成される。
　姿勢検出手段４９は、作業機械１の姿勢を検出するものであり、角度センサ４９Ａや傾斜センサ４９Ｂがある。
　作業機械１は、作業フロント６の姿勢を検出する角度センサ４９Ａとして、旋回角度センサ３ｓと、ブーム角度センサ４０ａと、アーム角度センサ４１ａと、アタッチメント角度センサ４２ａとを有している。旋回角度センサ３ｓは、図１に示した走行体２に対する上部作業機械本体３の旋回角度を検出するもので、上部作業機械本体３の旋回中心線３ｃ上等に設けられている。ブーム角度センサ４０ａは、図１に示した上部作業機械本体３に対するブーム１０の回動角度を検出するもので、上部作業機械本体３とブーム１０の支点４０等に設けられている。アーム角度センサ４１ａは、図１に示したブーム１０に対するアーム１２の回動角度を検出するもので、ブーム１０とアーム１２の支点４１等に設けられている。アタッチメント角度センサ４２ａは、図１に示したアーム１２に対するアタッチメント２３の回動角度を検出するもので、アーム１２とアタッチメント２３の支点４２等に設けられている。
　また、作業機械１は、地表面３０の傾きを検出する傾斜センサ４９Ｂとして、図１に示した上部作業機械本体３に姿勢センサ３ｂを有している。
　指令値検出手段５１は、作業機械に対するオペレータからの指令値を検出するものであり、図１に示した操作レバー５０に設けられた各種の操作量センサ５１Ａを備えている。各種の操作量センサ５１Ａとしては、図１に示した旋回モータ７への駆動指令量を検出する旋回レバー操作量センサ５１ｓと、ブームシリンダ１１への駆動指令量を検出するブームレバー操作量センサ５１ｂと、アームシリンダ１３への駆動指令量を検出するアームレバー操作量センサ５１ａと、アタッチメントシリンダ１５への駆動指令量を検出するアタッチメントレバー操作量センサ５１ｏが設けられている。
　図２の制御装置６０は、作業機械１の各部に取付けられた各センサからの信号が入力される入力部６０ｘと、入力部６０ｘに入力される信号を受けて、所定の演算を行う演算部６０ｚと、演算部６０ｚからの出力信号を受けて、作業機械１の各駆動アクチュエータへの駆動指令を出力する出力部６０ｙとを備える。
　演算部６０ｚは、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory），ＲＡＭ（Random Access Memory），及びフラッシュメモリ等からなる記憶部、及びこれらを備えるマイクロコンピュータ並びに図示しない周辺回路などから構成され、例えばＲＯＭに格納されるプログラムにしたがって作動する。
　演算部６０ｚは、作業機械１に備えられた姿勢検出手段４９から取り込まれる信号に応じて、駆動アクチュエータの停止特性を設定する緩停止設定手段６０ａと、指令値検出手段５１から取り込まれる信号と緩停止設定手段６０ａの算出結果とをもとに各駆動アクチュエータへの駆動指令値を算出する指令値補正手段６０ｅとから構成される。
　緩停止設定手段６０ａは、作業機械１の重心および駆動アクチュエータごとに予め設定された停止特性設定情報と、現在の姿勢情報とをもとに、使用する緩停止設定値７１を算出して出力する。姿勢情報としては、各関節の角度や角速度、各アクチュエータの長さや長さ変化量、アタッチメント先端位置、作業機械１の重心位置等が例としてあげられる。以下では、姿勢情報として、各関節の角度および作業機械の重心位置を用いる場合を例にとって説明する。
　ここで、「緩停止」とは、駆動アクチュエータへの駆動指令（レバー操作量)が動作指令状態から停止指令状態に移行された場合(停止動作時)に発生する慣性力を抑えるために、可動部の減速加速度を制限し、緩やかに停止させるものである。緩停止を導入することにより、慣性力が抑制されるため、大きな慣性力によって作業機械が振動し、安全性、乗り心地、作業効率、耐久性等が劣化することを防ぐことができる。緩停止設定値は、緩停止の程度を表す指標であり、停止に要する時間(停止時間)、停止に要する距離(制動距離)、減速加速度、単位時間当たりのレバー操作量の変化量(レバー操作量変化率)等が例として挙げられる。減速加速度が大きいほど可動部は急激に停止し、大きな慣性力が発生し、減速加速度が小さいほど可動部は緩やかに停止し、制動距離が増大する。つまり、緩停止設定において停止時間を短く設定した場合、制動距離を短く設定した場合、減速加速度を大きく設定した場合、レバー操作量変化率を大きく設定した場合には、より急激な停止となり、逆に停止時間を長く設定した場合、制動距離を長く設定した場合、減速加速度を小さく設定した場合、レバー操作量変化率を小さく設定した場合には、より緩やかな停止となる。したがって、緩停止設定値を必要な慣性力抑制量を満たす適切な値に設定することにより、制動距離の過度な増大なく、前述の効果を得ることができる。
　以下では、緩停止設定値７１として、レバー操作量変化率を用いた場合を例にとって、緩停止設定手段６０ａの動作の概略について説明する。
　緩停止設定手段６０ａは、作業機械１の重心および駆動アクチュエータごとに予め設定された停止特性設定情報保持手段６０ｂと、重心演算手段６０ｃと、緩停止設定値決定手段６０ｄとを有している。
　本実施形態では、停止特性設定情報保持手段６０ｂは、予め設定された重心に応じた許容レバー操作量変化率ｋを停止特性設定情報として、保持している。許容レバー操作量変化率ｋは、各駆動アクチュエータごとに設定されている。ここで、許容レバー操作量変化率ｋとは、単位時間当たりのレバー操作量の減少量の許容最大値を規定するものであり、正の値として設定する。
　作業機械による作業時においては、重心演算手段６０ｃは、作業機械１の重心７０を算出する。緩停止設定値決定手段６０ｄは、停止特性設定情報保持手段６０ｂに保持された停止特性設定情報を参照し、現在の重心７０と適合するものを緩停止設定値７１として出力する。
　緩停止設定値７１をあらかじめ設定された停止特性設定情報の中から選択する構成とすることにより、複雑な演算を省略することができ、より安価な装置で実現することができる。また、制動距離が事前に設計可能であるため、過度に制動距離が増加し、接触のリスクや操作違和感を生むリスクを回避することができる。
　以下、停止特性設定情報保持手段６０ｂ、重心演算手段６０ｃ、緩停止設定値決定手段６０ｄの詳細について説明する。
　停止特性設定情報保持手段６０ｂに保持された停止特性設定情報は、停止動作時の減速加速度が作業機械１に与える影響の大きさや、許容される制動距離を考慮して、重心および駆動アクチュエータごとに設定された許容レバー操作量変化率である。同じ大きさの減速加速度が発生した場合においても、その減速加速度が作業機械１の挙動に与える影響は、作業機械１の状態によって異なる。そこで、作業機械１が減速加速度による影響を受けやすい状態にある場合に、より緩やかに停止するように許容レバー操作量変化率を小さく設定する。
　停止特性設定情報保持手段６０ｂに保持された停止特性設定情報の形態としては、ある刻みごとの値を羅列したものであっても良いし、重心を変数とした数式で与えても良い。
　前者の例としては、重心の取りうる範囲を前後方向、左右方向それぞれｎ分割、ｍ分割し、それぞれの場合における許容レバー操作量変化率の値を、以下の式（１）のように羅列したものがあげられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、後者の例としては、以下の式（２）のような形態があげられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
ここで、ｒｃｏｇｘは重心７０のＸ座標、ｒｃｏｇｙは重心７０のＹ座標である。
　作業機械１は、重心が旋回中心から離れているほど減速加速度の影響を受けやすい。特に、安定性の観点では、重心が旋回中心から離れ、転倒支線までの距離が短いほど不安定となりやすい状態であり、さらに減速加速度による影響をより強く受けるため不安定化が進行しやすい。
　ここで、転倒支線は作業機械１と地表面３０との最も外側の接地点を結んだ線分であり、作業機械１が走行体としてクローラを有している場合は、左右のスプロケットの中心点を結んだ線が前方転倒支線、左右のアイドラの中心点を結んだ線を後方転倒支線、左右それぞれのトラックリンク外側端を左右の転倒支線となる。そこで、式（３）に示すように、許容レバー操作量変化率を重心から転倒支線までの距離が短いほど小さくなるように与えると有効である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
ここで、
Ｘｌｉｍｉｔ：旋回中心から前後方向の転倒支線までの距離
Ｙｌｉｍｉｔ：旋回中心から左右方向の転倒支線までの距離
ｋｍａｘ：許容レバー操作量変化率の最大値
ｋｍｉｎ：許容レバー操作量変化率の最小値
であり、ＸｌｉｍｉｔおよびＹｌｉｍｉｔは機械に固有の値であり、ｋｍａｘおよびｋｍｉｎは許容レバー操作量変化率の設定時に定める値である。
　式（３）では、旋回中心から前方および後方の転倒支線までの距離および旋回中心から左方および右方の転倒支線までの距離がそれぞれ概ね等しいことを想定しているが、前方と後方、または、左方と右方で転倒支点までの距離が大きく異なる場合は、ｒｃｏｇｘ、ｒｃｏｇｙの正負によって場合分けしてｋを決定しても良い。
　ここで、図３を用いて、本実施形態による作業機械の制御システムの重心演算手段６０ｃにおいて用いる作業機械１のモデルについて説明する。　
　図３は、本発明の一実施形態による作業機械の制御システムの重心演算手段において用いる作業機械１のモデルの説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
　重心演算手段６０ｃは、姿勢検出装置４９の検出値および各構造部材の長さ、質量情報を用いて作業機械１の重心７０を算出する。重心演算手段６０ｃは、図３に示す作業機械１のモデルを用いる。
　本例では基準座標系として、図３に示すように走行体２を基準とし、上部作業機械本体３の旋回中心線３ｃ上で、走行体２と地表面３０とが接する点Ｏを原点とし、走行体２の前後方向にＸ軸、左右方向にＹ軸、旋回中心線３ｃ方向にＺ軸を設定する。基準座標系の重力方向からの傾きは、上部作業機械本体３に取り付けられた姿勢センサ３ｂを用いて検出する。また、各構造部材の重心に質量が集中している集中質点モデルを用いる。
　重心演算手段６０ｃは、作業機械１の重心７０を算出するために、地表面３０の傾きを検出する傾斜センサ４９Ｂ（図２）（図１に示す作業機械本体３に設けた姿勢センサ３ｂ）の値と、作業フロント６の姿勢を検出する角度センサ４９Ａ（図２）（図１の作業機械１の各部に設けた旋回角度センサ３ｓ、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、アタッチメント角度センサ４２ａ）の検出値を用いて、各リンクについて順次運動学計算を行い、走行体、作業機械本体、ブーム、アーム、アタッチメントの各質点２Ｐ、３Ｐ、１０Ｐ、１２Ｐ、２３Ｐの位置ベクトルｒ２、ｒ３、ｒ１０、ｒ１２、ｒ２３を基準座標系を基準とした値として算出する。
　各質点の位置ベクトルを用いて、重心演算手段６０ｃは、作業機械１の重心７０を以下の式（４）のように導出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
ここで、
ｒcog：質量中心ベクトル
ｍｉ：ｉ番目の質点の質量
ｒｉ：ｉ番目の質点の位置ベクトル
であり、ベクトルはＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分で構成される３次元ベクトルである。
　具体的には、重心７０のＸ座標ｒｃｏｇｘは、以下の式（５）のように算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また、同様に重心７０のＹ座標ｒｃｏｇｙは、以下の式（６）のように算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（５）および式（６）において、ｍは、図３に示す各質点２Ｐ、３Ｐ、１０Ｐ、１２Ｐ、２３Ｐの質量であり、各質点の質量ｍ２、ｍ３、ｍ１０、ｍ１２、ｍ２３を代入する。
　次に、緩停止設定値決定手段６０ｄ及び指令値補正手段６０ｅの動作について説明する。
　緩停止設定値決定手段６０ｄは、重心演算手段６０ｃの演算結果である重心７０をもとに、停止特性設定情報保持手段６０ｂの中から最も適する停止特性設定情報を抽出し、使用する緩停止設定値７１として出力する。
　前述のように、停止特性設定情報保持手段６０ｂの形態として、ある刻みごとの重心７０に対する設定値の羅列として与えられる場合と、数式として与えられる場合とがある。前者の場合には、重心演算手段６０ｃで算出された重心７０と最も近い組合せを抽出し、その組合せにおける許容レバー操作量変化率ｋを緩停止設定値７１とする。具体的には、許容レバー操作量変化率ｋが、式（１）のように与えられる場合には、以下の式（７）のように抽出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ここで、図４に示すようにｒｃｏｇｘｍａｘは重心のＸ座標の取りうる最大値、ｒｃｏｇｘｍｉｎは重心のＸ座標の取りうる最小値、ｒｃｏｇｙｍａｘは重心のＹ座標の取りうる最大値、ｒｃｏｇｙｍｉｎは重心のＹ座標の取りうる最小値である。また、[Ａ]はガウス記号であり、Ａ以下の最大整数を表す。
　また、後者の場合には、重心演算手段６０ｃの演算結果を数式に代入することによって得られた値を緩停止設定値７１とする。具体的には、許容レバー操作量変化率ｋが式（３）で与えられる場合には、式（３）中のｒｃｏｇｘ、ｒｃｏｇｙに式（５）および式（６）によって算出された値を代入することによって算出される値とする。
　指令値補正手段６０ｅは、指令値検出手段５１で検出されるレバー操作量と緩停止設定手段６０ａの出力値とを用いて、レバー操作量の変化率が緩停止設定手段６０ａの設定値７１を満たさない場合に、より緩やかに停止させるようにレバー操作量を補正し、駆動アクチュエータへの駆動指令値とする。
　以下、具体的な補正方法について説明する。
　緩停止を実現するためのレバー操作量の補正方法は種々考えられるが、最も簡易には、現在のレバー操作量変化率が緩停止設定手段６０ａで設定された許容レバー操作量変化率ｋを満たすか否かを判定し、現在のレバー操作量変化率が許容レバー操作量変化率ｋよりも大きい場合には、図５Ａに示すような補正曲線を用いてレバー操作量を、許容レバー操作変化率ｋを満たす単調減少となるように補正する。つまり、補正後のレバー操作量は、以下の式（８）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ここで、Ｏｉ（ｔ）は時刻ｔにおけるレバー操作量、Ｏｃ（ｔ）は時刻ｔにおけるレバー操作量補正値である。
　ここで、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、本実施形態による作業機械の制御システムの指令値補正手段６０ｅにおいて用いられる指令値補正曲線の一例について説明する。　
　図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施形態による作業機械の制御システムの指令値補正手段において用いられる指令値補正曲線の説明図である。
　制動距離を過度に超過させずに慣性力を低減させるためには、等加速度減速とするのが有効である。したがって、より効果的な緩停止を行うためには、駆動アクチュエータが緩停止設定値７１に基づいた等加速度減速になるように、レバー操作量を補正する。
　レバー操作量と駆動アクチュエータの動作速度が比例関係にある場合には、図５Ａに示すように、レバー操作量を緩停止設定値７１を満たす単調減少となるように補正することによって等加速度減速を実現することができる。
　しかし、実際にはレバー操作量と駆動アクチュエータの動作速度が完全に比例関係になることはまれである。レバー操作量と駆動アクチュエータとの間には、油圧機器や駆動機構が存在し、駆動アクチュエータの動作速度は、油圧機器の応答遅れ、機構の摩擦やガタの影響を受け、また、レバー操作量が同じであっても油温やエンジン回転数によって動作速度が変化する。つまり、等加速度減速を実現するためには、上記の影響を考慮してレバー操作量の補正曲線を設定する必要がある。
　そのためには、上記の影響をモデル化し、逆モデルを用いてレバー操作量を算出すれば等加速度減速を実現できる。また、より簡易に等加速度減速を実現する方法として、図５Ｂに示すように２つの傾きを持つ補正曲線を用いる。２つの傾き及び傾きを切り替える点を適切に設定することによって、駆動アクチュエータの動作を理想的な応答に近づけることが可能である。補正曲線において、レバー操作量が大きい領域の傾きｋ１をレバー操作量が小さい領域の傾きｋ２よりも大きな値に設定することによって、駆動アクチュエータの動作を等加速度減速に近づけることができる。
　なお、傾きの設定方法として、レバー操作量が小さい領域の傾きｋ２を緩停止設定値によって設定し、他方の傾きを機械に固有の値もしくはレバー操作量が小さい領域の傾きの定数倍とすることができる。また、傾きを切り替える点は、レバー操作量の取りうる最大値をもとに定めた機械固有の値とする方法や、停止指令前のレバー操作量の規定の割合とする方法や、レバー操作量が０となるまでの時間が常に等しくなるように傾きｋ１，傾きｋ２および停止前のレバー操作量から算出した値とすることもできる。
　このような方法を用いることによって、緩停止設定値７１に基づいて容易に等加速度減速の減速加速度を変更することができる。このとき、補正後のレバー操作量は、以下の式（９）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　ここで、Ｏｐは傾きを切り替える点である。
　以下、本実施形態の作業機械における変更例について説明する。
　状態量検出手段としては、作業機械１が平坦な場所で使用される場合や傾斜による影響が少ないと考えられる場合には、傾斜センサ４９Ｂを省く構成とすることができる。
　また、傾斜センサ４９Ｂを設置する場合、上記の実施形態では上部作業機械本体３に姿勢センサ３ｂを設置する例を示したが、姿勢センサ３ｂの代わりに走行体２上に傾斜センサを設置する構成としても良い。制御装置６０は、上部作業機械本体３上に搭載されている例が多く、配線の容易性から上記の実施形態では上部作業機械本体３上にセンサを設ける例を示した。しかしながら、スリップリングや無線を用いて走行体２から作業機械本体３上への信号伝送ができる場合には、傾斜センサを走行体２に設けることができる。走行体２に傾斜角センサを設けることにより、旋回部の影響を受けないより正確な傾斜角を計測することが可能となる。
　また、旋回中心から転倒支線までの距離が旋回角度によって変わらない場合やいずれの旋回角度においても停止特性を同一の値に設定する場合には、旋回角度センサを省く構成とすることができる。
　また、アタッチメント角度による安定性への影響が小さい場合にはアタッチメント角度センサを省く構成としてもよい。また、より少ないセンサ数で実現するためには、最も安定性への影響が大きいと考えられる角度のみを検出する構成としてもよい。例えば、支点４１より先端の質量が大きく、またアーム１２の回動角度範囲が十分に広い場合には、アーム１２の回動角度の影響が大きいと考えられる。この場合には、アーム角度センサ４１ａのみを有し、他のセンサを省く構成としてもよい。
　また、上記の実施形態では、重心演算手段６０ｃにおいてアタッチメント２３の質量として既知の値ｍ２３を用いる例を示したが、実際には作業機械１はアタッチメント部を用いて作業を行うため、作業中にアタッチメント部の質量が変化する。アタッチメント部の質量変化が大きい場合にはアタッチメント部の質量を検出する荷重検出手段を追加しても良い。
　荷重検出方法としては、例えば、ブームシリンダ１１のロッド側およびヘッド側にそれぞれ圧力センサを設ける方法がある。この方法では、２つの圧力センサの検出値からアタッチメント部の荷重と作業フロントの自重とを含んだモーメントＭｌを算出し、また、ブーム１０、アーム１２の各角度センサの検出値と、ブーム１０、アーム１２の各重心パラメータとから作業フロントの自重モーメントＭｏｃを算出する。ついで、前記モーメントＭｌとＭｏｃとの差分及びブーム回動支点４０からアタッチメント２３までの距離からアタッチメント２３の質量を算出する。
　また、その他の検出方法としては、アーム１２とアタッチメント２３をつなぐピン４３およびリンク１６とアタッチメント２３をつなぐピン４４にピン力センサを設け、ピン４３、４４にかかる力の大きさ及び方向を検出することによってアタッチメント２３の質量変化を算出することもできる。
　さらに、上記の実施形態では、重心演算手段６０ｃにおいて、走行体２、上部作業機械本体３、ブーム１０、アーム１２、アタッチメント２３のそれぞれの質点２Ｐ、３Ｐ、１０Ｐ、１２Ｐ、２３Ｐを用いる例を示したが、いくつかの質点を統合する、あるいは、影響の大きい質点を抽出するなどにより、演算に使用する質点の数を減らしても良い。質点の数を減らすことにより、演算量を減少させることができる。
　また、上記の実施形態では、緩停止設定値７１としてレバー操作量変化率を用い、停止特性設定情報保持手段６０ｂとして、停止動作時の減速加速度が作業機械１に与える影響の大きさや、許容される制動距離を考慮して、重心７０および駆動アクチュエータごとに許容レバー操作量変化率ｋを与える場合を例にとって説明したが、レバー操作量変化率の代わりに停止時間、制動距離、減速加速度等の他の指標を用いた場合も同様に実施可能である。レバー動作量変化率以外の指標を用いる場合には指令値補正手段６０ｅにおいて各指標とレバー操作量変化率との関係を用いてレバー操作量補正値を算出すると良い。
　また、上記の実施形態では、緩停止設定値７１を重心７０および駆動アクチュエータごとに与える例を示したが、緩停止設定値７１は作業機械１を操作するオペレータの習熟度や作業内容路面や周囲の状況などによって変更される値であっても良い。この場合、予め与えられた情報や各種センサの出力値等から自動で設定する構成や、オペレータや作業管理者がユーザ設定入力装置５５を用いて任意に設定する構成などが考えられる。
　＜加速度センサありの場合＞
また、緩停止設定値７１を作業時の作業機械１の揺れの大きさに応じて変更するように構成しても良い。作業機械１の揺れが大きいことは作業機械１の安定性が劣化していることを表し、また、運転席４における揺れが大きいとオペレータに不快感を与える。揺れが大きい場合には、より緩やかに停止するように緩停止設定値７１を補正し、また、揺れが非常に小さい場合には、より急峻な停止を許可するように緩停止設定値７１を補正することにより、緩停止設定値をより作業に適した値とすることができる。
同様の動作を行っても、作業環境によって揺れの大きさは異なるため、運転席４等に加速度を検出する加速度センサを設置し、その検出値に基づいて上記の緩停止設定値７１の補正を行う構成などが考えられる。また、揺れの周波数等によって安定性および人体への影響が異なることが考えられるため、加速度センサの検出値に信号処理を施した値を用いて緩停止設定値７１の補正を行う構成としても良い。
　＜姿勢情報として重心以外を用いる場合＞
また、上記の実施の形態では、姿勢情報として作業機械１の重心位置を用いる例を示したが、重心位置に代えて各関節の角度や角速度、各アクチュエータの長さや長さ変化量、アタッチメント先端位置等を姿勢情報として用いても良い。
例えば、各関節の角度を姿勢情報として用いる場合には、停止特性設定情報保持手段６０ｂは、関節角度に応じた緩停止設定値を停止特性設定情報として保持し、緩停止設定値決定手段６０ｄは、停止特性設定情報保持手段６０ｂに保持された停止特性設定情報を参照し、角度センサ４９Ａによって検出される関節角度と適合するものを緩停止設定値７１として出力する。このとき、重心演算手段６０ｃを省く構成として良い。このような構成とすることにより上記の実施の形態に比べ演算量が削減され、より簡易な構成とすることができる。
　また、各関節の角速度を姿勢情報として用いる場合には、重心演算手段６０ｃに代えて、関節角速度演算手段を設け、角度センサ４９Ａによって検出される関節角度をもとに現在の関節角速度を算出する。停止特性設定情報保持手段６０ｂは、関節角速度に応じた緩停止設定値を停止特性設定情報として保持し、緩停止設定値決定手段６０ｄは、停止特性設定情報保持手段６０ｂに保持された停止特性設定情報を参照し、関節角速度算出手段で算出される関節角速度と適合するものを緩停止設定値７１として出力する。また、角度センサ４９Ａおよび関節角速度算出手段を設ける代わりに各関節に角速度センサを設ける構成としても良い。このような構成とすることにより上記の実施の形態に比べ演算量が削減され、より簡易な構成とすることができ、また、速度を参照することにより将来の状態を予測する効果が期待できる。
　また、各アクチュエータの長さあるいは長さの変化量を姿勢情報として用いる場合も、上記の例と同様に実施可能である。具体的には、重心演算手段６０ｃに代えて、作業フロント６の姿勢を検出する角度センサ４９Ａの検出値をもとに各アクチュエータの長さあるいは長さ変化量を算出するアクチュエータ状態算出手段を設け、停止特性設定情報保持手段６０ｂは、アクチュエータの長さあるいは長さ変化量に応じた緩停止設定値を停止特性設定情報として保持し、緩停止設定値決定手段６０ｄは、停止特性設定情報保持手段６０ｂに保持された停止特性設定情報を参照し、アクチュエータ状態算出手段で算出されるアクチュエータの長さあるいは長さ変化量と適合するものを緩停止設定値７１として出力するように構成すればよい。また、角度センサ４９Ａおよびアクチュエータ状態算出手段を設ける代わりに、各アクチュエータにアクチュエータの長さあるいは長さ変化量を検出する検出手段を設け、その検出値を姿勢情報として用いても良い。また、アクチュエータの長さ変化量はアクチュエータの長さを検出する検出手段を設け、その検出値から算出する構成としても良い。このような構成とすることにより上記の実施の形態に比べ演算量が削減され、より簡易な構成をすることができる。
　また、アタッチメント先端位置を姿勢情報として用いる場合は、重心演算手段６０ｃに代えて、アタッチメント先端位置を算出するアタッチメント位置算出手段を設ける。アタッチメント位置算出手段では、地表面３０の傾きを検出する傾斜センサ４９Ｂの検出値と、作業フロント６の姿勢を検出する角度センサ４９Ａの検出値と、各リンクの長さ情報とを用いて、順次運動学計算を行い、アタッチメントの先端の位置を算出する。また、停止特性設定情報保持手段６０ｂは、アタッチメント先端位置に応じた緩停止設定値を停止特性設定情報として保持し、緩停止設定値決定手段６０ｄは、停止特性設定情報保持手段６０ｂに保持された停止特性設定情報を参照し、アタッチメント位置算出手段によって算出されるアタッチメント先端位置と適合するものを緩停止設定値７１として出力する。このような構成とすることにより重心位置を姿勢情報として用いる場合と比べ演算量が削減され、より簡易な構成をすることができる。また、アタッチメント先端位置を参照するため、アタッチメント先端位置の存在して良い領域に制限がある場合に特に有効である。
　＜緩起動ありの場合＞
また、上記の実施の形態では、駆動アクチュエータへの駆動指令（レバー操作量）が動作指令状態から停止指令状態に移行された場合（停止動作時）のみに、慣性力を抑えるためのレバー操作量の補正を行う例を示したが、停止動作時に加え、前記駆動指令が停止指令状態から動作指令状態に移行された場合（起動動作時）においても、同様にレバー操作量の補正を行っても良い。具体的には、緩停止設定値７１と同様に緩起動設定値として、起動時間、起動加速度、単位時間当たりのレバー操作量の増加量（レバー操作量増加率）等を設定し、指令値補正手段６０ｅにおいて設定値を満たすようにレバー操作量の補正を行う。以下では、前述の緩停止設定値としてレバー操作量変化率を設定し、式（８）を用いてレバー操作量の補正を行う例と同様に緩起動を行う場合を例にとって、緩停止設定手段６０ａおよび指令値補正手段６０ｅの概略を説明する。停止特性設定情報保持手段６０ｂにおいて、許容レバー操作量変化率ｋに加え、許容レバー操作量増加率ｋａを許容レバー操作量変化率ｋと同様の方法で設定する。ここで、許容レバー操作量増加率ｋａとは、単位時間当たりのレバー操作量の増加量の許容最大値を規定するものである。緩停止設定手段６０ａは緩停止設定値７１に加え、緩起動設定値を出力する。指令値補正手段６０ｅは、緩停止に加え、緩入力に対応するため、指令値検出手段５１で検出されるレバー操作量と緩停止設定手段６０ａの出力値とを用いて、レバー操作量の変化率が緩停止設定手段６０ａの設定値７１または７２を満たさない場合に、より緩やかに停止あるいは起動させるようにレバー操作量を補正し、駆動アクチュエータの駆動指令値とする。具体的には前述の式（８）に代えて以下の式（１０）を用いてレバー操作量補正値を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
これにより、作業機械１の停止時に発生する慣性力を抑制することに加え、起動時に発生する慣性力を抑制することが可能となる。
　＜緩停止・緩起動ＯＦＦモードの場合＞
　上記の実施の形態では、常に式（８）、式（９）、式（１０）等の補正を行う例を示したが、作業によっては、緩停止や緩起動を行わないことが望ましい場合がある。例えば、アタッチメントに付着した土等を落とすための動作では、わざとアタッチメント部を揺らしており、緩停止はその作業を阻害する。また、微小量の移動を行う作業においても緩起動や緩停止により、作業効率が劣化する恐れがある。上記のような作業は、安定性への影響が小さく、緩起動や緩停止を行わないことによる悪影響は小さい。したがって、上記の動作等を検知し、緩停止および緩起動を自動で切とするように構成しても良い。具体的には、指令値検出手段５１で検出されるレバー操作量を用いて、動きの小さい微小な操作、レバー操作の方向が短時間に複数回切り替わる操作等を緩停止・緩起動を切とする動作として検出し、その場合には式（８）、式（９）、式（１０）等の補正を行わないように自動で切り替える。また、レバー操作量を用いた自動判定の代わりに、ユーザ設定入力手段５５上に設けたスイッチによりオペレータが設定するように構成しても良い。
　また、上記の実施形態では、操作レバー５０として電気レバー方式を想定して説明したが、油圧パイロット方式の場合には、制御装置６０からの出力に応じてパイロット圧を生成する圧力生成装置を追加し、レバー操作量としてレバー操作によって発生するパイロット圧を計測し、圧力生成装置において指令値補正手段６０ｅの算出結果をもとにパイロット圧を生成することによって実施可能である。
　以上説明したように、本実施形態によれば、駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更された場合においても簡易な演算によって駆動アクチュエータごとに適した停止特性を実現できる。これにより、急減速に伴う慣性力の影響を低減することができ、過度に制動距離が増大することや作業速度を損なうことなく作業の安定性を向上させることができる。また、同時に作業機械の耐久性を向上し、作業機械の振動に伴う作業者の疲労を低減させることができる。
　なお、本実施形態では、作業機械として油圧ショベルを用いたが、これに拘るものでなく、ホイールローダなどの別の作業機械においても駆動アクチュエータごとに適した停止特性を得ることができる。
１…作業機械
２…走行体
３…作業機械本体
３ｂ…姿勢センサ（作業機械本体）
３ｃ…中心線
３ｓ…旋回角センサ
４…運転室
５…エンジン
６…作業フロント
７…旋回モータ
８…カウンタウエイト
１０…ブーム
１１…ブームシリンダ
１２…アーム
１３…アームシリンダ
１５…アタッチメントシリンダ
１６，１７…リンク
２３…アタッチメント
３０…地表面
４０…ブーム回動支点
４０ａ…ブーム角度センサ
４１…アーム回動支点
４１ａ…アーム角度センサ
４２…アタッチメント回動支点
４２ａ…アタッチメント角度センサ
４９…姿勢検出手段
４９Ａ…角度センサ
４９Ｂ…傾斜センサ
５０…操作レバー
５１…指令値検出手段
５１Ａ…操作量センサ
５１ｓ…旋回レバー操作量センサ
５１ｂ…ブームレバー操作量センサ
５１ａ…アームレバー操作量センサ
５１ｏ…アタッチメントレバー操作量センサ
５５…ユーザ設定入力手段
５６…油温検出手段
５７…エンジン回転数検出手段
６０…制御装置
６０ａ…緩停止設定手段
６０ｂ…停止特性設定情報保持手段
６０ｃ…重心演算手段
６０ｄ…緩停止設定値決定手段
６０ｅ…指令値補正手段
６０ｘ…入力部
６０ｙ…出力部
６０ｚ…演算部
７０…重心
７１…緩停止設定値

Claims (11)

  1. 　走行体と、前記走行体の上部に旋回可能に取り付けられた作業機械本体と、前記作業機械本体に対し上下方向に揺動自在に取り付けた作業フロントと、前記走行体と前記作業機械本体と前記作業フロントとを駆動する駆動アクチュエータと、前記駆動アクチュエータを制御する制御装置とを有する作業機械であって、
    　前記制御装置は、前記駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更された場合に、前記駆動アクチュエータごとに設定した停止特性を満たすように前記駆動アクチュエータごとの動作を変更することを特徴とする作業機械。
  2. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記制御装置は、前記駆動アクチュエータの停止特性として、停止指令から停止完了までに要する停止時間，駆動指令値の変化率，前記駆動アクチュエータあるいは前記作業フロント先端の加速度及び制動距離のうち少なくとも一つを変更するものであり、
    　前記停止時間，前記加速度若しくは前記制動距離を満たすように、前記変化率を変えることを特徴とする作業機械。
  3. 　請求項１又は２に記載の作業機械において、
    　前記制御装置は、
    　前記駆動アクチュエータごとに予め定められた停止特性設定情報に基づいて緩停止設定値を設定する緩停止設定手段と、
    　前記駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更され、前記駆動アクチュエータごとへの指令値の変化率が前記緩停止設定手段の緩停止設定値を満たさない場合に、前記駆動アクチュエータへの指令値を補正する指令値補正手段とを備えることを特徴とする作業機械。
  4. 　請求項２に記載の作業機械において、
    　前記作業機械は、前記作業機械の姿勢を検出する姿勢検出手段を備え、
    　前記制御装置は、前記姿勢検出手段の検出結果に基づいて前記停止特性を変更することを特徴とする作業機械。
  5. 　請求項３に記載の作業機械において、
    　前記緩停止設定手段は、前記作業機械の姿勢ごとおよび前記駆動アクチュエータごとに前もって定められた停止特性設定情報と前記姿勢検出手段の検出結果とを用いて、前記作業機械の姿勢に応じて前記緩停止設定値を変更し、
    　前記指令値補正手段は、前記駆動アクチュエータへの指令が動作指令状態から停止指令状態に変更され、前記駆動アクチュエータごとへの指令値の変化率が前記緩停止設定手段の緩停止設定値を満たさない場合に前記駆動アクチュエータへの指令値を補正することを特徴とする作業機械。
  6. 　請求項４に記載の作業機械において、
    　前記制御装置は、さらに、作業機械の質量中心を算出する重心算出手段を備え、
    　姿勢情報として前記重心算出手段の算出結果を用い、前記重心算出手段において算出された前記作業機械の質量中心と前記作業機械の転倒支線との距離が短い場合は、前記距離が長い場合に比べて停止を緩やかにするように前記駆動アクチュエータの動作を変更することを特徴とする作業機械。
  7. 　請求項５に記載の作業機械において、
    　前記制御装置は、さらに、作業機械の質量中心を算出する重心算出手段を備え、
    　姿勢情報として前記重心算出手段の算出結果を用い、前記重心算出手段において算出された前記作業機械の質量中心と前記作業機械の転倒支線との距離が短い場合は、前記距離が長い場合に比べて停止を緩やかにするように前記駆動アクチュエータの動作を変更することを特徴とする作業機械。
  8. 　請求項３に記載の作業機械において、
    　前記指令値補正手段は、前記駆動アクチュエータが前記緩停止設定手段の緩停止設定値を満たす等加速度減速となるように前記駆動アクチュエータへの指令値を補正することを特徴とする作業機械
  9. 　請求項８に記載の作業機械において、
    　前記指令値補正手段は、前記緩停止設定手段の緩停止設定値を満たす等加速度減速となるように少なくとも２つの傾きをもつ補正曲線をもとに前記駆動アクチュエータへの指令値を補正することを特徴とする作業機械。
  10. 　請求項１又は２に記載の作業機械において、
    　前記制御装置は、前記駆動アクチュエータへの指令が停止指令状態から動作指令状態に変更された場合に、前記駆動アクチュエータごとに設定した起動特性を満たすように前記駆動アクチュエータごとの動作を変更することを特徴とする作業機械。
  11. 　請求項１又は２に記載の作業機械において、
    　前記制御装置は、前記駆動アクチュエータへの指令値から予め定められた動作中か否かを判定し、予め定められた動作時には前記指令値の補正を行わないことを特徴とする作業機械。
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