CN1078287C - 建筑机械的范围限制挖掘控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种范围限制挖掘控制装置，其中预先设定前部装置(1A)可以动作的范围；控制单元(9)根据来自角度检测器(8a～8c)的信号来运算前部装置(1A)的位置和姿势；这样运算铲斗前端速度的限制值(a)，以便当前部装置在设定范围内接近设定范围的边界时，限制前部装置的与范围边界垂直的方向的移动速度；根据压力检测器(41a)所检测的斗杆缸(3b)的负载压力来修正该限制值(a)；根据该限制值(a)求出动臂所致铲斗前端速度的与设定范围的边界垂直的分量的限制值；以及这样修正动臂的操作信号，以便动臂所致铲斗前端速度不超过该限制值。这使得有可能用简单的程序把设定范围挖掘到边界而不受被挖掘土壤的硬度的影响。

Description

建筑机械的范围限制挖掘控制装置
                       技术领域
本发明涉及备有多关节型前部装置的建筑机械，特别涉及在备有由动臂、斗杆、铲斗等前部构件组成的前部装置的液压挖掘机中、能进行限制前部装置的可以动作的范围的挖掘的范围限制挖掘控制装置。
                       背景技术
对液压挖掘机而言，虽然操作者靠各个手动操作手柄来操作动臂等前部构件，但是因为这些前部构件是分别靠关节部相连接而进行转动运动的，故操作这些前部构件以便挖掘规定的范围，是非常困难的作业。于是，在日本专利公开平成8-333 768号公报、WO 95/30 059号公报及WO 95/33 100号公报中提出了使这样的作业容易的范围限制挖掘控制装置。
日本专利公开平成8-333 768号公报中所述的范围限制挖掘控制装置，在备有由可以沿上下方向转动的多个前部构件构成的多关节型前部装置，驱动前述多个前部构件的多个液压执行器，指示前述多个前部构件的动作的多个操作机构，根据前述多个操作机构的操作来驱动、并控制向前述多个液压执行器所供给的压力油的流量的多个液压控制阀的建筑机械的范围限制挖掘控制装置中，备有：设定前述前部装置的可以动作的范围的范围设定机构；检测与前述前部装置的位置和姿势有关的状态量的第1检测机构；根据来自前述第1检测机构的信号来运算前述前部装置的位置和姿势的第1运算机构；运算前述多个液压执行器中的与至少第1特定前部构件(例如斗杆)有关的第1特定执行器的驱动所致前述前部装置的速度的第2运算机构；把前述第1和第2运算机构的运算值输入，当前述前部装置在前述设定范围内处在其边界附近时，运算前述多个液压执行器中的与至少第2特定前部构件(例如动臂)有关的第2特定执行器的驱动所致前述前部装置速度的限制值，以便限制接近于前述设定范围的边界的方向的移动速度的第3运算机构；修正与前述第2特定执行器有关的操作机构的操作信号，使前述第2特定执行器的驱动所致前述前部装置的速度不超过前述限制值的信号修正机构；在第3运算机构中，当前部装置在设定范围内处在其边界附近时，运算与第2特定前部构件有关的第2特定执行器的驱动所致前部装置的速度的限制值，在信号修正机构中，修正与第2特定执行器有关的操作机构的操作信号，使第2特定执行器的驱动所致前部装置的速度不超过其限制值，借此可以进行使对设定范围的边界接近方向的前部装置的动作减速的方向变换控制，使前部装置沿着设定范围的边界来动作。借此，可以高效地顺利地进行以设定范围的边界为目标挖掘面的挖掘，使铲斗不超过设定范围的边界，即所设定的挖掘深度。
WO 95/30 059号公报中所述的范围限制挖掘控制装置，预先设定前部装置可以动作的范围，在控制单元中根据来自角度检测器的信号来运算前部装置的位置和姿势，根据来自操作手柄装置的信号来运算前部装置的目标速度向量，当前部装置在设定范围内未处在其边界附近时保持目标速度向量，当前部装置在设定范围内处在其边界附近时修正目标速度向量，使接近于设定范围的边界的方向的向量分量减小，操作各自的液压控制阀以便可以得到此一修正的目标速度向量，借此可以高效地顺利地进行限制范围的挖掘。
WO 95/33 100号公报中所述的范围限制挖掘控制装置，在上述WO 95/30 059号公报中所述的控制装置中，考虑到液压控制阀(流量控制阀)的节流特性随着前部装置的负载而变化的事实，针对该节流特性随负载的变化对在目标液控压力运算部中所使用的函数关系加以修正，用此一所修正的函数关系来计算目标液控压力，可以进行与负载的变化无关的高精度的控制，使前部装置的前端按目标速度向量运动。
                     发明的公开
一般在进行挖掘作业的场合，作为挖掘对象的土壤的硬度未必恒定，往往存在着局部硬度变大的地方。例如，存在着土壤的一部分土质比其他部分要硬的土壤条件，或者在土壤中局部地聚集着石头、混凝土、废料等的土壤条件。在这样的土壤条件下，在运用前述日本专利公开平成8-333 768号公报中所提出的现有技术来进行挖掘作业的场合，前部装置不按在第2运算机构中所运算的前部装置的速度来运动，无法进行适当的方向变换控制。
例如，在把前部装置向建筑机械车体的前方伸出的状态，即作为前部的构成要素的动臂向下运动，把斗杆相对于动臂向上(倾倒方向)操作的状态下，使斗杆朝进铲方向运动，通过范围限制挖掘控制来进行挖掘作业的场合，由于铲斗一到达坚硬的土壤部分，斗杆驱动用的执行器的负载就加大，压力油向该执行器的流入变难了，所以斗杆以比指令速度要慢的速度来进行进铲动作。结果，在第2运算机构中所运算的前部装置的速度变成比实际的前部装置的速度要快，由于根据此一较快的速度来运算限制值，进行使动臂向上运动的控制，所以对于斗杆进铲动作来说动臂过分抬高，铲斗前端到达设定范围的边界之前的轨迹易于向上脱离该边界。
因此，对上述运用例而言，铲斗不能充分地挖掘坚硬的土壤部分，漏挖该坚硬土壤部分的一部分，在挖掘面上形成预想外的凸出部，为要挖掘到设定范围必须多次追加作业，用来形成目标挖掘面的作业时间加长，工期往往推迟。
即使是WO 95/30 059号公报中所提出的现有技术，在同样的土壤条件下，铲斗一到达坚硬的土壤部分，铲斗前端就不按所计算的目标速度向量来动作，铲斗前端到达设定范围的边界之前的轨迹同样也易于向上脱离该边界，无法进行适当的方向变换控制。
对WO 95/30 059号公报中所述的现有技术而言，针对流量控制阀的节流特性随负载的变化对在目标液控压力运算部中所使用的函数关系加以修正，用此一所修正的函数关系来计算目标液控压力，借此来提高控制精度，即使在存在上述那样的坚硬土壤部分的条件下，铲斗前端也能按所计算的目标速度向量来动作。此一现有技术，是与负载无关地使铲斗前端的实际的移动速度向量与所计算的目标速度向量相一致，从而提高控制精度这样的思路。但是，对此一方法而言，必须收集并记录处理大量的修正数据，用来根据负载变化对在目标液控压力运算部中所使用的函数关系进行高精度的修正。特别是，在范围限制挖掘控制这样的动臂与斗杆的复合操作的控制中，因为动臂与斗杆的复合状态变化而前部装置的姿势一变化，流量控制阀的负载特性就与此相应地变化，必要的修正量也变化，故虽然有必要考虑所有的复合状态而取得修正数据，但是收集考虑这样的复合状态的修正数据是极其困难的。此外，如果产品的种类改变，流量控制阀改变，则每次都有必要重新取得数据，储存负载修正数据。
本发明的目的在于提供一种建筑机械的范围限制挖掘控制装置，该控制装置在采用限制范围的挖掘控制的挖掘作业中，不受作为挖掘对象的土壤的硬度的影响，可以把设定范围挖掘到边界，而且容易进行用于此的软件的作成。
为了实现上述目的，在本发明中，建筑机械具有：由包括可以沿上下方向转动的第1和第2前部构件在内的多个前部构件所构成的多关节型前部装置，包括驱动前述第1和第2前部构件的第1和第2液压执行器在内的多个液压执行器，包括指示前述第1和第2前部构件的动作的第1和第2操作机构在内的多个操作机构，包括根据前述第1和第2操作机构的操作来驱动、并控制向前述第1和第2液压执行器所供给的压力油的流量的第1和第2液压控制阀在内的多个液压控制阀；范围限制挖掘控制装置设置在上述建筑机械中，其备有：计算由前述多个操作机构中的至少前述第1操作机构所致前述前部装置的移动速度的第1运算机构，计算随着前述前部装置接近设定范围的边界而绝对值变小的限制值的第2运算机构，以及用在前述第1运算机构中所计算的前部装置的移动速度和在前述第2运算机构中所计算的限制值、修正前述多个操作机构中的至少前述第2操作机构的操作信号、以便随着前述前部装置接近前述设定范围的边界、减小接近该边界方向的移动速度、朝沿边界的方向移动的信号修正机构；其中还备有：检测作用在前述前部装置上的负载的第1检测机构；以及根据由前述第1检测机构所检测的负载的大小来修正前述限制值的限制值修正机构。
在像以上这样构成的本发明中，在第2运算机构中，计算随着前部装置接近设定范围的边界而绝对值变小的限制值，在信号修正机构中，修正多个操作机构中的至少第2操作机构的操作信号，以便随着前部装置接近设定范围的边界，减小接近该边界方向的移动速度，朝沿边界的方向移动，借此可以针对设定范围的边界进行方向变换控制，可以使前部装置沿设定范围的边界运动。这与日本专利公开平成8-333 768号公报或WO 95/30 059号公报及WO 95/33 100号公报的提案技术相同。
于是对本发明而言，在这样的方向变换控制之际，在第1检测机构中检测作用在前部装置上的负载，在限制值修正机构中，根据由第1检测机构所检测的负载的大小来修正限制值，借此，在负载大的场合，可以弄成如果前部装置离设定范围的边界不比负载小时更近些，则限制值不起作用，借此可用抑制前部装置在挖掘负载下有抬高的倾向的现象，即使在作为挖掘对象的土壤坚硬而挖掘负载大的状态下，也可以不受土壤硬度的影响，把设定范围挖掘到边界。
此外，在本发明中，在用上述控制对坚硬的土壤等负载大的挖掘对象进行挖掘时，基于不把前部装置到达设定范围的边界之前的速度向量(轨迹)当成问题，只要前部装置不会脱离挖掘对象地最终到达边界就可以了这样的思路，为此对限制值进行负载修正。因而，此一限制值的修正不需要严密性，与对节流特性进行负载修正的场合相比，软件的作成极其容易。
在上述中，最好是，前述限制值修正机构修正成随着在前述第1检测机构中所检测的在用在前部装置上的负载加大，而使限制值在离前述设定范围的边界更近的位置上起作用。
此外，最好是，前述第1检测机构所检测的作用于前述前部装置上的负载是前述第1液压执行器的负载压力。
前述第1检测机构所检测的作用于前述前部装置上的负载也可以是前述第2液压执行器的负载压力。
进而，最好是，在前述限制值修正机构中所修正的限制值是接近前述设定范围的边界的方向的速度的限制值，前述信号修正机构修正前述第2操作机构的操作信号，以便使前述前部装置的速度的接近前述设定范围的边界的方向的分量不超过该限制值。
此外，在前述第1运算机构中所计算的前部装置的移动速度是前述前部装置的目标速度，在前述限制值修正机构中所修正的限制值是用来修正前述前部装置的目标速度的接近前述设定范围的边界的方向的分量的系数，前述信号修正机构也可以修正前述第1和第2操作机构的操作信号，以便可以得到具有由此一系数所修正的速度分量的前部装置的目标速度。
进而，在前述第1运算机构中所计算的前部装置的移动速度是前述前部装置的目标速度，在前述限制值修正机构中所修正的限制值是前述前部装置的目标速度的接近前述设定范围的边界的方向的分量的限制值，前述信号修正机构也可以修正前述第1和第2操作机构的操作信号，以便可以得到具有修正成不超过该限制值的速度分量的前部装置的目标速度。
此外，也可以代替前述限制值修正机构，备有根据由前述第1检测机构所检测的负载的大小、限制在前述第1运算机构中所计算的前部装置的移动速度的速度限制机构。
进而，最好是，前述多个前部构件包括液压挖掘机的动臂和斗杆，前述第1前部构件是斗杆，前述第2前部构件是动臂。
                    附图的简要说明
图1是与其液压驱动装置一起表示根据本发明的第1实施例的建筑机械的范围限制挖掘控制装置的图。
图2是表示运用本发明的液压挖掘机的外观的图。
图3是表示控制单元的控制功能的功能方框图。
图4是表示本实施例的范围限制挖掘控制中的挖掘范围的设定方法的图。
图5是表示求出铲斗前端速度的限制值时的与离开设定范围的边界的距离的关系的一个例子的图。
图6是表示限制值修正部的运算内容的一个例子的功能方框图。
图7是表示在图6的方框图中所使用的负载压力与修正系数的关系的图。
图8是表示限制值修正部的运算内容的另一个例子的功能方框图。
图9是表示在图8的方框图中所使用的距离与限制值的基本值的关系的图。
图10是表示在图8的方框图中所使用的负载压力与修正系数的关系的图。
图11是表示限制值修正部的运算内容的又一个例子的功能方框图。
图12是表示在铲斗前端处在设定范围内的场合、处在设定范围的边界上的场合、处在设定范围外的场合，动臂所致铲斗前端速度的修正动作的不同的图。
图13是表示铲斗前端处在设定范围内时的修正动作轨迹的一个例子的图。
图14是表示铲斗前端处在设定范围外时的修正动作轨迹的一个例子的图。
图15是表示求出铲斗前端速度的限制值时的与离开设定范围的边界的距离的关系的另一个例子的图。
图16是与其液压驱动装置一起表示根据本发明的第2实施例的建筑机械的范围限制挖掘控制装置的图。
图17是表示控制单元的控制功能的图。
图18是与其液压驱动装置一起表示根据本发明的第3实施例的建筑机械的范围限制挖掘控制装置的图。
图19是表示控制单元的控制功能的图。
图20是表示方向变换控制部中的处理内容的程序框图。
图21是表示方向变换控制部中的铲斗前端至设定范围的边界的距离Ya与系数h的关系的图。
图22是表示铲斗前端按运算被方向变换控制时的轨迹的一个例子的图。
图23是表示斗杆缸负载压力所致系数h的修正方式的图。
图24是表示方向变换控制部中的用另一种方法的处理内容的程序框图。
图25是表示方向变换控制部中的距离Ya与Vcyf＝函数f(Ya)的关系的图。
图26是表示斗杆缸负载压力所致Ya坐标分量f(Ya)的修正方式的图。
图27是表示恢复控制部中的处理内容的程序框图。
图28是表示铲斗前端按运算被恢复控制时的轨迹的一个例子的图。
图29是表示斗杆缸负载压力所致在恢复控制中所使用的系数K的修正方式的图。
图30是表示根据本发明的第4实施例的建筑机械的范围限制挖掘控制装置中的控制单元的控制功能的图。
图31是表示挖掘负载所致铲斗前端速度修正部的处理内容的程序框图。
图32是表示斗杆缸负载压力与铲斗前端速度修正系数的关系的图。
图33是说明修正铲斗前端速度所引起的作用的图。
                    实施发明的最佳形态
下面用附图来说明在把本发明运用于液压挖掘机的场合的实施例。
首先，用图1～图6来说明本发明的第1实施例。
在图1中，运用本发明的液压挖掘机带有：液压泵2，包括由来自此一液压泵2的压力油所驱动的动臂缸3a、斗杆缸3b、铲斗缸3c、回转马达3d以及左右行走马达3e、3f在内的多个液压执行器，分别与这些液压执行器3a～3f相对应地设置的多个操作手柄装置14a～14f，连接于液压泵2与多个液压执行器3a～3f之间、由操作手柄装置14a～14f的操作信号来控制、控制向液压执行器3a～3f所供给的压力油的流量的多个流量控制阀15a～15f，以及在液压泵2与流量控制阀15a～15f之间的压力超过设定值的场合打开的溢流阀6；这些构成驱动液压挖掘机的被驱动构件的液压驱动装置。
在斗杆缸3b的底侧管路中，设有压力检测器41a。此一压力检测器41a，是作为压力来检测在挖掘中在用在斗杆缸3b上的负载者。
液压挖掘机，如图2中所示，靠由连接成可以分别沿竖直方向转动的动臂1a、斗杆1b和铲斗1c所组成的多关节型前部装置1A，以及由上部回转体1d和下部行走体1e所组成的车体1B来构成，前部装置1A的动臂1a的基端支撑在上部回转体1d的前部。动臂1a、斗杆1b、铲斗1c、上部回转体1d和下部行走体1e，构成各由动臂缸3a、斗杆缸3b、铲斗缸3c、回转马达3d和左右行走马达3e、3f分别驱动的被驱动构件，它们的动作由上述操作手柄装置14a～14f来指示。
此外，操作手柄装置14a～14f是作为操作信号而输出电气信号(电压)的电气手柄式，流量控制阀15a～15f在两端带有电液变换机构，例如备有比例电磁阀的电磁驱动部30a、30b～35a、35b，操作手柄装置14a～14f把与操作者的操作量和操作方向相对应的电压作为电气信号向对应的流量控制阀15a～15f的电磁驱动部30a、30b～35a、35b供给。
进而，流量控制阀15a～15f是中位旁通式流量控制阀，各流量控制阀的中位旁通通路由中位旁通管路242串联连接。中位旁通管路242的上游一侧经由供给管路243连接于液压泵2，下游一侧连接于油箱。
在以上这样的液压挖掘机中设有根据本实施例的范围限制挖掘控制装置。此一控制装置由以下部分组成，即：指示预先根据作业来设定前部装置的规定部位，例如铲斗前端可以动作的挖掘范围的设定器7；设在动臂1a、斗杆1b和铲斗1c各自的转动支点上，作为与前部装置1A的位置和姿势有关的状态量而检测各自的转动角的角度检测器8a、8b、8c；检测车体1B的前后方向的倾斜角的倾斜角检测器8d；上述压力检测器41a；以及输入操作手柄装置14a～14f的操作信号、设定器7的设定信号以及角度检测器8a、8b、8c和倾斜角检测器8d和压力检测器41a的检测信号，设定铲斗前端可以动作的挖掘范围的，同时进行用来进行限制范围的挖掘的操作信号的修正的控制单元9。
设定器7是靠设在操作面板或把手上的开关等操作机构向控制单元9输出设定信号而指示挖掘范围的设定者，在操作面板上还可以有显示装置等其他辅助机构。
控制单元9的控制功能示于图3。控制单元9具有：前部姿势运算部9a，范围设定运算部9b，铲斗前端速度的限制值运算部9c，挖掘负载所致限制值修正部9l，斗杆缸速度运算部9d，斗杆所致铲斗前端速度运算部9e，动臂所致铲斗前端速度的限制值运算部9f，动臂缸速度的限制值运算部9g，动臂指令的限制值运算部9h，动臂指令的最大值运算部9j，动臂用阀指令运算部9i，以及斗杆用阀指令运算部9k等各种功能。
在前部姿势运算部9a中，根据在角度检测器8a～8c和倾斜角检测器8d中所检测的动臂、斗杆、铲斗的转动角和车体1B的前后倾斜角来运算前部装置1A的位置和姿势。
在范围设定运算部9b中，在来自设定器7的指示下进行铲斗1c的前端可以动作的挖掘范围的设定运算。用图4来说明它的一个例子。
在图4中，在操作者的操作下使铲斗1c的前端运动到P点的位置之后，输入在来自设定器7的指示下前部姿势运算部9a所运算的当时的铲斗1c的前端位置，进而根据在设定器7中所指示的倾斜角ζ来设定限制范围的边界L。
这里，在控制单元9的存储装置中储存前部装置1A和车体1B的各部分尺寸，范围设定运算部9b使用前部姿势运算部9a中这些数据，和在角度检测器8a、8b、8c中所检测的转动角及在倾斜角检测器8d中所检测的车体1B的倾斜角来计算P点的位置。此时，P点的位置例如作为以动臂1a的转动支点为原点的XY坐标系的坐标值而求出。XY坐标系是处在固定于车体1B的竖直面内的直角坐标系。
于是，根据P点的位置和在设定器7中所指示的倾斜角ζ，建立限制范围的边界L的直线式，把原点保持在该直线上，建立以该直线为一轴的直角坐标系，例如以P点为原点的XaYa坐标系，求出从XY坐标系向XaYa坐标系的变换数据。
在铲斗前端速度的限制值运算部9c中，根据铲斗前端至边界L的距离，来计算铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值a。这些在控制单元9的存储装置中储存如图5中所示的关系，进行对此一关系的读出。
在图5中，横轴表示铲斗前端的至边界L的距离D，纵轴表示铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值a，横轴的距离D和纵轴的速度限制值a与XaYa坐标系相同，分别以从设定范围外指向设定范围内的方向为(+)方向。此一距离D与限制值a的关系，确定成当铲斗前端处在设定范围内时，以与该距离D成比例的(-)方向的速度为铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值a，当铲斗前端处在范围外时，以与该距离D成比例的(+)方向的速度为铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值a。因而，就成了在设定范围内，仅在铲斗前端速度的与边界L垂直的分量在(-)方向超过限制值的场合才被减速，在设定范围外，铲斗前端沿(+)方向被增速。
在挖掘负载所致限制值修正部9l中，输入来自压力检测器41a的斗杆缸3b的负载压力Pba，如图5从实线到双点划线的变化所示，进行这样的修正，即随着该负载压力Pba的升高，使铲斗前端速度的限制值a与至边界的距离D的关系变得陡峭。这里，之所以把斗杆缸3b的底侧压力Pba取成负载压力，是因为在挖掘作业中把斗拉入眼前，即进行使压力油流入斗杆缸3b的底侧以克服挖掘负载的操作的缘故。此外，这里，之所以随着负载压力Pba的升高而使铲斗前端速度的限制值a与至边界的距离D的关系变得陡峭，是因为当挖掘负载变大时使接近边界时的限制值在尽可能接近边界的状态下起作用的缘故。
在前述铲斗前端速度的限制值运算部9c中，用图5中所示的由负载压力所修正的至边界的距离D与铲斗前端速度的限制值a的关系来求出限制值a。
下面说明在限制值修正部9l中根据负载压力Pba的变化来修正限制值a的方法的具体例子。
(1)用负载压力Pba的函数式预先求出图5的D-a关系式的修正系数(Ka)的方法。
图6中表示运算的方框图，图7中表示图6的方框200中所使用的函数(Ka＝fka(Pba))的内容。
在图6的方框200中，使用作为图7的关系式的Ka＝fka(Pba)来求出在方框210中所使用的图5的D-a的关系式的系数Ka。
在方框210中，使用在方框200中所求出的系数Ka，根据a＝Ka·D的关系式来求出限制值a。
在此一场合，因为随着Pba的升高而使图5中所示的D-a的关系陡峭的倾向，故有系数Ka随着负载压力Pba的增加而变大的关系。此外，在图7中当Pba＝0时令系数Ka的初始值Ka＝Ka0，弄成随着负载压力Pba的增加系数Ka取大于Ka0的值。但是，此一Pba-Ka的关系不限于此，也可以当规定的负载压力Pba时令Ka＝Ka0，在负载压力Pba低于规定值的场合弄成Ka＜Ka0。此外，Pba-Ka的关系也可以不是直线式，而是曲线表达式。这些关系只要用随着负载压力Pba的增加Ka增加(D-a的关系变成陡峭)的关系来实现控制上所预期的目标就可以了。
此外，虽然在这里以公式的形式求出Pba-Ka的关系，但是也可以把此一关系表格化并储存在控制单元9的存储器中，根据负载压力Pba的值读出表格值。
(2)用图5的实线的D-a关系式来求出限制值a，用负载压力Pba来修正该限制值a的方法。
图8中表示运算的方框图，图9中表示图8的方框310中所使用的函数(a1＝Ka·D(与图5的实线的关系相同))的内容，图10中表示图8的方框300中所使用的函数(Ka1＝fka1(Pba))的内容。
在方框310中，根据图9的关系来求出铲斗前端速度的限制值a的基本值a1。在方框300中，求出斗杆缸的负载压力Pba所致基本值a1的修正系数Ka1。在方框320中，把前面在方框310中所求出的基本值a1乘以在方框300中所求出的修正系数Ka1，求出铲斗前端速度的限制值a。此时的Ka1与Pba的关系如图5中双点划线所示定为D-a的关系随着负载压力Pba的增加而变成陡峭。因而，如果使限制值a的基本值a1为Pba＝0时的值，则如图10中所示当Pba＝0时Ka1＝1，成为随着负载压力Pba的增加修正系数Ka1增加的关系。
此时的Pba-Ka1的关系不限于此，也可以当规定的负载压力Pba时令Ka1＝1，在负载压力Pba低于规定值的场合弄成Ka1＜1。此外，Pba-Ka1的关系也可以不是直线式，而是曲线表达式。这些关系只要用随着负载压力Pba的增加Ka1增加(D-a的关系变成陡峭)的关系来实现控制上所预期的目标就可以了。
此外，虽然在这里以公式的形式求出Pba-Ka1的关系，但是也可以把此一关系表格化并储存在控制单元9的存储器中，根据负载压力Pba的值读出表格值。
(3)把图5的实线的D-a的关系表格化并储存在存储器中，从存储器中取出与D的值相对应的a，然后用负载压力Pba来修正的方法。
图11中表示运算的方框图。
在图11的方框410中，根据与前面图5的实线相同的关系式来求出铲斗前端速度的限制值a的基本值a2。在这里，把与图5的实线相同的D-a2的关系表格化并储存在存储器中。于是，根据当时的距离D读出基本值a2。
在方框400中，求出斗杆缸的负载压力Pba所致基本值a2的修正系数Ka2。在方框420中，把前面在方框410中所求出的基本值a2乘以在方框400中所求出的修正系数Ka2，求出铲斗前端速度的限制值a。此时的Ka2与Pba的关系如图5中双点划线所示定为D-a的关系随着负载压力Pba的增加而变成陡峭。因而，如果使限制值a的基本值a2为Pba＝0时的值，则与图10的场合相同，当Pba＝0时Ka2＝1，成为随着负载压力Pba的增加修正系数Ka2增加的关系。
在斗杆缸速度运算部9d中，根据操作手柄装置14b所引起的至流量控制阀15b的指令值，和该斗杆的流量控制阀15b的流量特性，推算斗杆缸速度。
在斗杆所致铲斗前端速度运算部9e中，根据斗杆缸速度和在前部姿势运算部9a中所求出的前部装置1A的位置和姿势来运算斗杆所致的铲斗前端速度b。
在动臂所致铲斗前端速度的限制值运算部9f中，用在范围设定运算部9b中所求出的变换数据把在运算部9e中所求出的斗杆所致铲斗前端速度b从XY坐标系变换到XaYa坐标系，运算斗杆所致铲斗前端速度的与边界L平行和垂直的分量(bx、by)，根据在运算部9c中所求出的铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值a和该斗杆所致铲斗前端速度的与边界L垂直的分量by，运算动臂所致铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值c。用图12来说明这些。
在图12中，在铲斗前端速度的限制值运算部9c中所求出的铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值a和在斗杆所致铲斗前端速度运算部9e中所求出的斗杆所致铲斗前端速度b的与边界L垂直的分量by之差(a-by)，是动臂所致铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值c，在动臂所致铲斗前端速度的限制值运算部9f中由c＝a-by的公式来计算限制值c。
分别在铲斗前端处在设定范围内的场合、处在边界上的场合、处在设定范围外的场合，来说明限制值c的意义。
在铲斗前端处在设定范围内的场合，铲斗前端速度与铲斗前端至边界L的距离D成比例地受铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值a的限制，因此动臂所致铲斗前端速度的与边界L垂直的分量受c(＝a-by)的限制。也就是说，在斗杆所致铲斗前端速度b的与边界L垂直的分量by超过c的场合，动臂被c所减速。
在铲斗前端处在设定范围的边界L上的场合，铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值a为0，指向设定范围外的斗杆所致铲斗前端速度分量by被速度c的动臂抬高所致修正动作所抵销，铲斗前端速度的与边界L垂直的分量也为0。
在铲斗前端处在范围外的场合，铲斗前端速度的与边界L垂直的分量受与铲斗前端至边界L的距离D成比例的向上的速度a的限制，借此，进行速度c的动臂抬高所致修正动作以便始终恢复到设定范围内。
在动臂缸速度的限制值运算部9g中，根据动臂所致铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值c和前部装置1A的位置和姿势，通过使用上述变换数据的坐标变换来运算动臂缸速度的限制值。
在动臂指令的限制运算部9h中，根据动臂的流量控制阀15a的流量特性，求出与在运算部9g中所求出的动臂缸速度的限制值相对应的动臂的指令限制值。
在动臂指令的最大值运算部9j中，把在运算部9h中所求出的动臂指令的限制值与操作手柄装置14a的指令值加以比较，把较大的一方输出。这里，操作手柄装置14a的指令值与XaYa坐标系相同，以从设定范围外朝向设定范围内的方向(动臂抬高方向)为(+)方向。此外，在运算部9j中把动臂指令的限制值与操作手柄装置14a的指令值中较大的一方输出，在铲斗前端处在设定范围内的场合，由于限制值c为(-)，所以在操作手柄指令值为(+)时，是把操作手柄指令值输出，在操作手柄指令值为(-)时，是把两者中的绝对值较小的一方输出，在铲斗前端处在范围外的场合，由于限制值c为(+)，所以在操作手柄指令值为(-)时，是把限制值c输出，在操作手柄指令值为(+)时，是把两者中的绝对值较大的一方输出。
在动臂用阀指令运算部9i中，在从动臂指令的最大值运算部9j所输出的指令值为正的场合，向流量控制阀15a的动臂抬高驱动部30a输出对应的电压，向动臂下行驱动部30b输出0电压，在指令值为负的场合则相反。
在斗杆用阀指令运算部9k中，输入操作手柄装置14b的指令值，在该指令值为斗杆进铲的指令值的场合，向流量控制阀15b的斗杆进铲驱动部31a输出对应的电压，向斗杆倾倒驱动部31b输出0电压，在指令值为斗杆倾倒的指令值的场合则相反。
说明像以上这样构成的本实施例的动作。作为作业例，针对沿动臂下行方向操作动臂用操作手柄装置14a的操作手柄使动臂下行来进行铲斗前端的定位的场合(动臂下行动作)，和沿斗杆进铲方向操作斗杆用操作手柄装置14b的操作手柄进行斗杆进铲来向眼前方向挖掘的场合(斗杆进铲操作)加以说明。
一沿动臂下行方向操作动臂用操作手柄装置14a的操作手柄来进行铲斗前端的定位，该操作手柄装置14a的指令值就向最大值运算部9i输入。另一方面，与此同时，在运算部9c中，根据图5中所示的关系来计算与铲斗前端离开设定范围的边界L的距离D成比例的铲斗前端速度的限制值a(＜0)，在运算部9f中计算动臂所致铲斗前端速度的限制值c＝a-by＝a(＜0)，在动臂指令的限制值运算部9h中计算与限制值c相对应的负的动臂指令的限制值。此时，当铲斗前端离设定范围的边界L远时，由于操作手柄装置14a的指令值一方比在运算部9h中所求出的动臂指令的限制值要大，所以在动臂指令的最大值运算部9j中，选择操作手柄装置14a的指令值，因为此一指令值为负，故在阀指令运算部9i中，向流量控制阀15a的动臂下行驱动部30b输出对应的电压，向动臂抬高驱动部30a输出0电压，借此，动臂根据操作手柄装置14a的指令值而下行。
随着如上所述动臂下行，铲斗前端接近设定范围的边界L，在运算部9f中所计算的动臂所致铲斗前端速度的限制值c＝a(＜0)变大(|a|或|c|变小)，在运算部9h中所求出的对应的动臂指令的限制值一变成比操作手柄装置14a的指令值要大，就在动臂指令的最大值运算部9j中选择该限制值，在阀指令运算部9i中根据限制值c慢慢地限制向流量控制阀15a的动臂下行驱动部30b输出的电压。借此，随着接近设定范围的边界L，慢慢地限制动臂下行速度，铲斗前端一到达设定范围的边界L，动臂就停下来。因而，可简单地顺利地实现铲斗前端的定位。
此外，因为上述修正是速度控制，故在前部装置1A的速度极高，或急剧地操作操作手柄装置14a的场合，由于液压回路上的滞后等控制上的响应慢或作用在前部装置1A上的惯性力等，铲斗前端有可能从设定范围的边界超出。在像这样铲斗前端超出的场合，在运算部9c中根据图5中所示的关系，与铲斗前端离开设定范围的边界L的距离D成比例的铲斗前端速度的限制值a(＝c)被作为正的值来计算，在阀指令运算部9i中向流量控制阀15a的动臂抬高驱动部30a输出与限制值c相对应的电压，借此，动臂以与距离D成比例的速度向上动作以便恢复到范围内，铲斗前端一返回到设定范围的边界L就停下来。因而，可以更加顺利地进行铲斗前端的定位。
此外，一沿斗杆进铲方向操作斗杆用操作手柄装置14b的操作手柄来向眼前方向挖掘，该操作手柄装置14b的指令值就向斗杆用阀指令运算部9k输入，向流量控制阀15b的斗杆进铲驱动部31a输出对应的电压，斗杆向眼前方向下行动作。另一方面，与此同时，操作手柄装置14b的指令值输入运算部9d而计算斗杆缸速度，在运算部9e中运算斗杆所致铲斗前端速度b。此外，在运算部9c中根据图5中所示的关系来计算与铲斗前端离开设定范围的边界L的距离D成比例的铲斗前端速度的限制值a(＜0)，在运算部9f中计算动臂所致铲斗前端速度的限制值c＝a-by。此时，当铲斗前端离设定范围的边界L远， a＜by(|a|＞|by|)时，限制值c被作为负的值来计算，在动臂指令的最大值运算部9j中选择操作手柄装置14a的指令值(＝0)，在阀指令运算部9i中向流量控制阀15a的动臂抬高驱动部30a和动臂下行驱动部30b输出0电压。借此，斗杆根据操作手柄装置14b的指令值而向眼前方向运动。
随着如上所述斗杆向眼前方向运动，铲斗前端接近设定范围的边界L，在运算部9c中所计算的铲斗前端速度的限制值a变大(|a|变小)，此一限制值a一变成比在运算部9e中所计算的斗杆所致铲斗前端速度b的与边界L垂直的分量by要大，在运算部9f中所计算的动臂所致铲斗前端速度的限制值c＝a-by就变成正的值，在动臂指令的最大值运算部9j中选择在运算部9h中所计算的限制值，在阀指令运算部9i中向流量控制阀15a的动臂抬高驱动部30a输出与限制值c相对应的电压。借此，进行动臂抬高所致修正动作，以便铲斗前端速度的与边界L垂直的分量与铲斗前端至边界L的距离D成比例地被慢慢地限制，根据斗杆所致铲斗前端速度的未经修正的与边界L平行的分量bx和此一限制值c修正了的速度，进行图13中所示的方向变换控制，进行沿设定范围的边界L的挖掘。
这里，挖掘负载一变大，压力油就难以流入斗杆缸3b，斗杆速度降低。因此，在斗杆所致铲斗前端速度运算部9e中所计算的铲斗前端速度b就比实际的速度快些，由于根据此一快些的速度b在运算部9f中计算动臂所致铲斗前端速度的与边界L垂直的分量的限制值c，进行使动臂向上动作的控制，所以对斗杆进铲动作来说动臂1a的抬高速度相对过快，产生前部装置有抬高倾向的现象。
对本实施例而言，挖掘负载增大时，斗杆缸3b底侧的压力Pba一升高，就在前述挖掘负载所致限制值修正部9l中，根据斗杆缸负载来修正限制值a。通过此一限制值a的修正，在负载压力Pba高的场合，如果铲斗前端离边界L不比负载压力低时更近，则限制值a不变大。也就是说，如果不是更接近边界L则动臂抬高所致修正动作不起作用。因此，即使压力油难以流入斗杆缸，斗杆速度降低，与上述方向变换控制所致动臂抬高速度也降低的斗杆速度相平衡，前部装置有抬高倾向的现象受到抑制，即使在负载压力即挖掘负载大的状态下，也可以挖掘得更接近边界。
此外，在此一场合，也是出于与上述相同的理由，铲斗前端有可能从设定范围的边界L超出。在像这样铲斗前端超出的场合，在运算部9c中根据图5中所示的关系，作为正的值来计算与铲斗前端离开设定范围的边界L的距离D成比例的铲斗前端速度的限制值a，在运算部9f中所计算的动臂所致铲斗前端速度的限制值c＝a-by(＞0)与限制值a成比例地变大，从阀指令运算部9i向流量控制阀15a的动臂抬高驱动部30a所输出的电压与限制值c相应地增加。借此，在设定范围外以与距离D成比例的铲斗前端速度进行动臂抬高所致修正动作，以便恢复到范围内，根据斗杆所致铲斗前端速度的未经修正的与边界L平行的分量bx和由此一限制值c修正了的速度，如图14中所示沿设定范围的边界L进行慢慢地返回的挖掘。因而，仅靠使斗杆进铲就可以顺利地进行沿设定范围的边界L的挖掘。
像以上这样根据本实施例，在铲斗前端处在设定范围内的场合，由于铲斗前端速度的与设定范围的边界L垂直的分量，与铲斗前端至边界L的距离D成比例地受限制值a限制，所以靠动臂下行动作就可以简单地顺利地实现铲斗前端的定位，靠斗杆进铲操作就可以使铲斗前端沿设定范围的边界运动，可以高效地顺利地进行限制范围的挖掘。
此外，铲斗前端在设定范围外时，由于与铲斗前端至边界L的距离D成比例地由限制值a控制成使前部装置返回设定范围，所以即使在前部装置快速动作时也可以使前部装置沿设定范围的边界运动，可以准确地进行限制范围的挖掘。
此外，此时，由于如上所述可以预先靠方向变换控制来减速，所以对设定范围外的侵入量减小，可以大幅度地缓和返回设定范围时的冲击。因此，即使在使前部装置快速动作时也可以平稳地进行限制范围的挖掘，可以顺利地进行限制范围的挖掘。
此外，即使在负载压力即挖掘负载大的状态下，压力油难以流入斗杆缸、斗杆速度降低、动臂易于抬高而前部装置有抬高倾向的现象也受到抑制，可以更接近边界L地挖掘。因此，即使在作为挖掘对象的土壤坚硬的场合，也可以减少到达边界L之前的挖掘次数。
此外，本实施例中的限制值a的修正，基于在用范围限制控制来挖掘坚硬土壤等负载大的挖掘对象时，不把铲斗前端到达设定范围的边界之前的速度向量(轨迹)当成问题，只要前部装置不会脱离挖掘对象地最终到达边界就可以了这样的思路。因此，负载压力所致限制值a的修正不需要准确的值，控制上，能使铲斗前端不脱离挖掘对象地进行挖掘的大致的修正就可以了。因而，在限制值修正部9l中所使用的前述负载压力Pba与修正系数Ka或Ka1或Ka2的关系不需要严密性，限制值修正部9l的软件(程序)可以容易地作成。
这里，至边界的L距离D与铲斗前端速度的限制值a的关系的修正方法，也可以不是如图5中所示使直线的斜率陡峭的形状，也可以弄成如图15中所示从直线慢慢地变成曲线这样的关系。这些如前所述，相当于图7、图10等中所示的把修正系数Ka或Ka1或Ka2弄成曲线式的场合。重要的是，把限制值a修正成随着负载压力的提高在离边界更近的位置上使动臂抬高的修正动作能进行就可以了。
此外，虽然对本实施例而言，作为负载检测斗杆缸底侧的压力，但是也可以例如用斗杆缸底侧与有杆侧的压差，或者作为负载反力检测作用于动臂缸3a有杆侧的压力。进而，也可以把它们复合地用于负载大小的判定。
用图16和图17来说明本发明的第2实施例。本实施例是运用于作为操作手柄装置采用液压先导式的液压挖掘机者。图中，与图1和图3中所示的部件或功能相同者带有相同的标号。
在图16中，运用本实施例的液压挖掘机，代替电气式的操作手柄装置14a～14f，备有液压先导式的操作手柄装置4a～4f。操作手柄装置4a～4f靠液控压力来驱动对应的流量控制阀5a～5f，把与由操作者所操作的操作手柄40a～40f的操作量和操作方向相对应的液控压力，经由控制管路44a～49b分别向对应的流量控制阀的液压驱动部50a～55b供给。
在以上这样的液压挖掘机中设置根据本实施例的范围限制挖掘控制装置。此一控制装置，除了图1中所示的第1实施例中所备有的东西之外，还备有：设在斗杆用操作手柄装置4b的控制管路45a、45b中、作为操作手柄装置4b的操作量而检测液控压力的压力检测器61a、61b，一次油口侧连接于控制泵43、根据电气信号把来自控制泵43的液控压力减压后输出的比例电磁阀10a，连接于动臂用的操作手柄装置4a的控制管路44a和比例电磁阀10a的二次油口侧、选择控制管路44a内的液控压力和比例电磁阀10a所输出的液控压力中的高压一侧、引入流量控制阀5a的液压驱动部50a的梭阀12，以及设置在动臂用的操作手柄装置4a的控制管路44a中、根据电气信号把控制管路44a内的液控压力减压后输出的比例电磁阀10b。
用图17来说明控制单元9B中与图1的实施例的控制功能的不同。
在斗杆缸速度运算部9Bd中，代替操作手柄装置4b所引起的对流量控制阀5b的指令值，根据在压力检测器61a、61b中所检测的对流量控制阀5b的指令值(液控压力)和斗杆的流量控制阀5b的流量特性，推算斗杆缸速度。
此外，在动臂液控压力的限制值运算部9Bh中，根据动臂的流量控制阀5a的流量特性，求出与在运算部9g中所求出的动臂缸速度的限制值c相对应的液控压力(指令)限制值。
进而，由于设置了比例电磁阀10a、10b和梭阀12，所以不再需要动臂指令的最大值运算部9j，但是在阀指令运算部9Bi中，当在动臂液控压力的限制值运算部9Bh中所得到的液控压力的限制值为正时，向动臂抬高侧的比例电磁阀10a输出与限制值相对应的电压，使流量控制阀5a的液压驱动部50a的液控压力为该限制值，向动臂下行侧的比例电磁阀10b输出0电压，使流量控制阀5a的液压驱动部50b的液控压力为0。此外，在限制值为负时，向比例电磁阀10b输出与限制值相对应的电压，以便限制动臂下行侧的流量控制阀的液压驱动部50b的液控压力，向动臂抬高侧的比例电磁阀10a输出0电压，使流量控制阀5a的液压驱动部50a的液控压力为0。
与第1实施例同样，针对动臂下行动作和斗杆进铲操作来说明像以上这样构成的本实施例的动作。
一沿动臂下行方向操作动臂用操作手柄装置4a的操作手柄来进行铲斗前端的定位，作为该操作手柄装置4a的指令值的液控压力就经由控制管路44b供入流量控制阀5a的动臂下行侧的液压驱动部50b。另一方面，与此同时，在运算部9c中根据图5中所示的关系来计算与铲斗前端离开设定范围的边界L的距离D成比例的铲斗前端速度的限制值a(＜0)，在运算部9f中计算动臂所致铲斗前端速度的限制值c＝a-by＝a(＜0)，在动臂液控压力的限制值运算部9Bh中计算与限制值c相对应的负的动臂指令的限制值，在阀指令运算部9Bi中向比例电磁阀10b输出与限制值相对应的电压，以便限制动臂下行侧的流量控制阀的液压驱动部50b的液控压力，向动臂抬高侧的比例电磁阀10a输出0电压，使流量控制阀5a的液压驱动部50a的液控压力为0。此时，当铲斗前端离设定范围的边界L远时，由于在运算部9Bh中所求出的动臂液控压力的限制值的绝对值大，操作手柄装置4a的液控压力比它要小，所以比例电磁阀10b把操作手柄装置4a的液控压力原封不动地输出，借此动臂根据操作手柄装置4a的液控压力来下行。
随着如上所述动臂下行而铲斗前端接近设定范围的边界L，在运算部9f中所计算的动臂所致铲斗前端速度的限制值c＝a(＜0)变大(|a|或|c|变小)，在运算部9Bh中所求出的对应的动臂指令的限制值(＜0)的绝对值变小。于是，此一限制值的绝对值变成比操作手柄装置4a的指令值要小，从阀指令运算部9Bi向比例电磁阀10b所输出的电压一与它相应地变小，比例电磁阀10b就把操作手柄装置4a的液控压力减压后输出，根据限制值c慢慢地限制供入流量控制阀5a的动臂下行侧的液压驱动部50b的液控压力。借此，随着接近设定范围的边界L，动臂下行速度慢慢地被限制，铲斗前端一到达设定范围的边界L，动臂就停下来。因而，可以简单地顺利地实现铲斗前端的定位。
此外，在铲斗前端从设定范围的边界L超出的场合，在运算部9c中根据图5中所示的关系作为正的值来计算与铲斗前端至边界L的距离D成比例的铲斗前端速度的限制值a(＝c)，在阀指令运算部9Bi中向比例电磁阀10a输出与限制值相c对应的电压，向动臂抬高侧的流量控制阀5a的液压驱动部50a供入与限制值a相对应的液控压力。借此，动臂以与距离D成比例的速度向上运动，以便恢复到范围内，铲斗前端一返回到设定范围的边界L就停下来。因而，可以更加顺利地进行铲斗前端的定位。
此外，一沿斗杆进铲方向操作斗杆用操作手柄装置4a的操作手柄来向眼前方向挖掘，作为该操作手柄装置4b的指令值的液控压力就供入流量控制阀5b的斗杆进铲侧的液压驱动部51a，斗杆向眼前方向下行动作。另一方面，与此同时，在压力检测器61a中检测操作手柄装置4b的液控压力，输入运算部9Bd而计算斗杆缸速度，在运算部9e中运算斗杆所致铲斗前端速度b。此外，在运算部9c中根据图5中所示的关系来计算与铲斗前端离开设定范围的边界L的距离D成比例的铲斗前端速度的限制值a(＜0)，在运算部9f中计算动臂所致铲斗前端速度的限制值c＝a-by。此时，当铲斗前端离设定范围的边界L远，a＜by(|a|＞|by|)时，限制值c被作为负的值来计算，在阀指令运算部9Bi中向比例电磁阀10b输出与限制值相对应的电压，以便限制动臂下行侧的流量控制阀的液压驱动部50b的液控压力，向动臂抬高侧的比例电磁阀10a输出0电压，使流量控制阀5a的液压驱动部50a的液控压力为0。此时，由于操作手柄装置4a未***作，所以不向流量控制阀5a的液压驱动部50b输出液控压力。借此，斗杆根据操作手柄装置4b的液控压力而向眼前方向运动。
随着如上所述斗杆向眼前方向运动，铲斗前端接近设定范围的边界L，在运算部9c中所计算的铲斗前端速度的限制值a变大(|a|变小)，此一限制值a一变成比在运算部9e中所计算的斗杆所致铲斗前端速度b的与边界L垂直的分量by要大，在运算部9f中所计算的动臂所致铲斗前端速度的限制值c＝a-by就变成正的值，在阀指令运算部9Bi中向动臂抬高侧的比例电磁阀10a输出与限制值相对应的电压，使流量控制阀5a的液压驱动部50a的液控压力为该限制值，向动臂下行侧的比例电磁阀10b输出0电压，使流量控制阀5a的液压驱动部50b的液控压力为0。借此，进行动臂抬高所致修正动作，以便铲斗前端速度的与边界L垂直的分量与铲斗前端至边界L的距离D成比例地被慢慢地限制，根据斗杆所致铲斗前端速度的未经修正的与边界L平行的分量bx和由此一限制值c修正了的速度，进行图13中所示的方向变换控制，进行沿设定范围的边界L的挖掘。
这里，挖掘负载一变大，如前所述压力油就难以流入斗杆缸3b，斗杆速度降低，上述方向变换控制所致动臂1a的抬高速度相对过快，产生前部装置有抬高倾向的现象。
对本实施例而言，也是挖掘负载增大时斗杆缸3b底侧的压力Pba一升高，就在挖掘负载所致限制值修正部9l中，根据斗杆缸负载压力来修正限制值a。通过此一限制值a的修正，在负载压力Pba高的场合，如果铲斗前端离边界L不比负载压力低时更近，则限制值a不变大。也就是说，如果不是更接近边界L则动臂抬高所致修正动作不起作用。因此，即使压力油难以流入斗杆缸，斗杆速度降低，与上述方向变换控制所致动臂抬高速度也降低的斗杆速度相平衡，前部装置有抬高倾向的现象受到抑制，即使在负载压力即挖掘负载大的状态下，也可以挖掘得更接近边界L。
此外，在铲斗前端从设定范围的边界超出的场合，在运算部9c中根据图5中所示的关系，作为正的值来计算与铲斗前端离开设定范围的边界L的距离D成比例的铲斗前端速度的限制值a，在运算部9f中所计算的动臂所致铲斗前端速度的限制值c＝a-by(＞0)与限制值a成比例地变大，从阀指令运算部9i向动臂抬高侧的比例电磁阀10a所输出的电压与限制值c相应地增加。借此，在设定范围外以与距离D成比例的铲斗前端速度进行动臂抬高所致修正动作，以便恢复到范围内，根据斗杆所致铲斗前端速度的未经修正的与边界L平行的分量bx和由此一限制值c修正了的速度，如图14中所示沿设定范围的边界L进行慢慢地返回的挖掘。因而，仅靠使斗杆进铲就可以顺利地进行沿设定范围的边界L的挖掘。
像以上这样根据本实施例，在采用液压先导式作为操作机构者中可以得到与第1实施例相同的效果。
用图18～图29来说明本发明的第3实施例。本实施例是把本发明运用于WO 95/30 059号公报中所述的全操作信号修正式的范围限制挖掘控制装置者。图中，与图1或图16及图3或图17中所示的部件或功能相同者带有相同的标号。
在图18中，根据本实施例的范围限制挖掘控制装置，除了图16中所示的第2实施例中所备有的东西之外，还备有设在动臂用的操作手柄装置4a的控制管路44a、44b中、作为操作手柄装置4a的操作量而检测液控压力的压力检测器60a、60b，以及设置在斗杆用控制管路45a、45b中、根据电气信号把控制管路45a、45b内的液控压力减压后输出的比例电磁阀11a、11b，压力检测器60a、60b的信号输入控制单元9C，来自控制单元9C的信号加入比例电磁阀11a、11b。
控制单元9C的控制功能示于图19。控制单元9C具有：前部姿势运算部9a，范围设定运算部9b，目标缸速度运算部90c，目标前端速度向量运算部90d，方向变换控制部90e，修正后目标缸速度运算部90f，恢复控制运算部90g，修正后目标缸速度运算部90h，挖掘负载所致限制值修正部9Cl，目标缸速度选择部90i，目标液控压力运算部90j，以及阀指令运算部90k等各种功能。
前部姿势运算部9a和范围设定运算部9b的功能与图3中所示的第1实施例的相同。
在目标缸速度运算部90c中，输入在压力检测器60a、60b、61a、61b中所检测的液控压力的值，求出流量控制阀5a、5b的输出流量，进而根据此一输出流量来计算动臂缸3a和斗杆缸3b的目标速度。
在目标前端速度向量运算部90d中，根据在前部姿势运算部9b中所求出的铲斗的前端位置和在目标缸速度运算部90c中所求出的目标缸速度，以及储存在控制单元9C的存储装置中的前部装置1A的各部分尺寸，求出铲斗1c的前端的目标速度向量Vc。此时，目标速度向量Vc，作为图4中所示的XaYa坐标系的值而求出。
在方向变换控制部90e中，在铲斗1c的前端在设定范围内处在其边界附近、目标速度向量Vc具有接近设定范围的边界的方向的分量的场合，修正成随着接近设定范围的边界而减小垂直的向量分量。
用程序框图把方向变换控制部90e中的控制内容示于图20。首先，在步骤100中，判定目标速度向量Vc的与设定范围的边界垂直的分量，即XaYa坐标系中的Ya坐标值Ycy的正负，在为正的场合，由于是铲斗前端离开设定范围的边界的方向的速度向量，所以进到步骤101，把目标速度向量Vc的Xa坐标值Vcx和Ya坐标值Vcy原封不动地作为修正后的向量分量Vcxa、Vcya。在为负的场合，由于是铲斗前端接近设定范围的边界的方向的速度向量，所以进到步骤102，把用于方向变换控制的目标速度向量Vc的Xa坐标值Vcx原封不动地作为修正后的向量分量Vcxa，把Ya坐标值Vcy乘以系数h作为修正后的向量分量Vcya。
这里，系数h的值如图21中所示，当铲斗1c的前端至设定范围的边界的距离Ya大于设定值Ya1时为1，距离Ya一变成小于设定值Ya1，就随着距离Ya的变小而变成小于1，距离Ya一变成0，即铲斗前端一到达设定范围的边界上，就成为0，在控制单元9C的存储装置中储存着这样的h与Ya的关系。
像以上这样修正目标速度向量Vc的垂直方向的分量Vcy，借此，目标速度向量Vc被修正成目标速度向量Vca，减小向量分量Vcy，以便如图22中所示，随着距离Ya的变小，使垂直方向的向量分量Vcy的减小量加大。也就是说，系数h在距离Ya小于Ya1时修正垂直方向的向量分量Ycy，可以说系数h也是一种限制值。
在挖掘负载所致限制值修正部9Cl中，输入来自压力检测器41a的斗杆缸3b的负载压力Pba，根据该负载压力Pba的高低来修正上述系数h。此一系数h的修正，如图23中所示，随着斗杆缸3b的负载压力Pba的升高其斜率增大。同时，随着距离Ya的减小，把系数h开始变小的点Yal向Ya＝0一侧移动。在方向变换控制部90e中，用此一修正了的系数h来修正目标速度向量Vc。借此，目标速度向量Vc被修正成Vca，开始方向变换的点Ya1更接近边界(Ya＝0)，即使挖掘负载变大铲斗也难以脱离。也就是说，当挖掘负载变大时，成为系数h在尽可能接近边界的状态下起作用。
用程序框图把方向变换控制部90e中的控制的另一个例子示于图24。对此一例子而言，在步骤100中，目标速度向量Vc的与设定范围的边界垂直的分量(目标速度向量Vc的Ya坐标值)Vcy一被判定为负，就进到步骤102A，根据储存在控制单元9C的存储装置中的图25中所示的Vcyf＝f(Ya)的函数关系来求出与铲斗1c的前端至设定范围的边界的距离Ya相对应的减速了的Ya坐标值f(Ya)，以此一Ya坐标值f(Ya)与Vcy中较小的一方作为修正后的向量分量Vcya。这样一来，当使铲斗1c的前端缓慢地运动时，即使铲斗前端在设定范围的边界附近也不再减速，具有可以得到符合操作者的操作的动作这样的优点。
这里，Ya坐标值f(Ya)是对Vcy的限制值，在限制值修正部9Cl中，根据斗杆缸3b的负载压力Pba的高低来修正上述Ya坐标值f(Ya)。此一Ya坐标值f(Ya)的修正也是，如图26中所示，随着斗杆缸3b的负载压力Pba的升高而增大其斜率。借此，在图24的程序框图中所示的步骤102A中，目标速度向量Vc的分量Vcy成为大于Ya坐标值f(Ya)，从选择成Vcy到选择成f(Ya)的切换点更接近边界(Ya＝0)，即使挖掘负载变大铲斗也难以脱离。
在恢复控制部90g中，当铲斗1c的前端超出设定范围之外时，与离开设定范围的边界的距离相关地修正目标速度向量，使铲斗前端返回设定范围。
用程序框图把恢复控制部90g中的控制内容示于图27。首先，在步骤101中，判定铲斗1c至设定范围的边界的距离Ya的正负。在距离Ya为正的场合，由于铲斗前端尚处在设定范围内，所以进到步骤111，因为优先进行前面所说明的方向变换控制，故使目标速度向量Vc的Xa坐标值Vcx和Ya坐标值Vcy分别为0。在为负的场合，由于铲斗前端超出设定范围的边界之外，所以进到步骤112，因为恢复控制故目标速度向量Vc的Xa坐标值Vcx原封不动地作为修正后的向量分量Vcxa，Ya坐标值Vcy把至设定范围的边界的距离Ya乘以系数-K的值作为修正后的向量分量Vcya。这里，系数K是根据控制上的特性所确定的任意值，-KVcy成为随着距离Ya的变小而减小的反方向的速度向量。
像以上这样修正目标速度向量Vc的垂直方向的向量分量Vcy，借此，目标速度向量Vc被修正成目标速度向量Vca，以便如图28中所示，随着距离Ya的变小，垂直方向的向量分量Vcy减小。
在限制值修正部9Cl中，根据斗杆缸3b的负载压力Pba的高低来修正上述系数K。此一系数K的修正，如图29中所示，随着斗杆缸3b的负载压力的升高而加大系数K。借此，针对方向变换控制部90e的系数h的修正来修正系数K，可以协调‘方向变换控制’和‘恢复控制’的控制增益，若是假定负载变大时在方向变换控制中未接近边界方向变换就不起作用，则即使铲斗超出边界，也可以进行迅速返回的控制。
但是，关于此一恢复控制的系数K，特别是在斗杆缸3b的负载压力下没有必要使之变化的场合，也可以K＝常数。
在修正后目标缸速度运算部90f、90h中，根据在控制部90e、90g中所求出的修正目标速度向量来运算动臂缸3a和斗杆缸3b的目标缸速度。
在目标缸速度选择部90i中，选择在目标缸速度运算部90f、90h中所得到的目标缸速度中较大的一方(最大值)，作为输出用的目标缸速度。
在目标液控压力运算部90j中，根据在目标缸速度选择部90i中所得到的输出用的目标缸速度，来计算控制管路44a、44b、45a、45b的目标液控压力。
在阀指令运算部90k中，根据在目标液控压力运算部90j中所计算的目标液控压力，来运算用来得到该液控压力的比例电磁阀10a、10b、11a、11b的指令值。此一指令值靠放大器放大后，作为电气信号向比例电磁阀输出。
目标缸速度运算部90c～阀指令运算部90k的进一步的细节，按WO 95/30 059号公报中所述的。
对像以上这样构成的本实施例来说，在全操作信号修正式的范围限制挖掘控制装置中，挖掘负载增大时斗杆缸3b底侧的压力Pba一升高，就在挖掘负载所致限制值修正部9Cl中，根据斗杆缸负载压力来修正系数h(或Ya坐标值f(Ya))，通过此一修正，即使挖掘负载变大铲斗也难以脱离，可以得到与第1和第2实施例相同的效果。
用图30～图33来说明本发明的第4实施例。虽然在上述实施例中对限制值加以挖掘负载所致的修正，但是本实施例是对所计算的铲斗前端速度加以修正者。图中，与图1、图3中所示的部件或功能相同者带有相同的标号。
在图30中，对本实施例而言，在控制单元9D中代替图3的挖掘负载所致限制值修正部9l，备有挖掘负载所致铲斗前端速度修正部9m，修正在运算部9e中所运算的斗杆所致铲斗前端速度b。
用程序框图把修正部9m的运算步骤示于图31。首先，在步骤100中，输入来自压力检测器41a的斗杆缸3b的负载压力Pba，根据图32中所示的斗杆缸压力Pba与铲斗前端速度修正系数Kv的关系来求出当时的铲斗前端速度修正系数Kv。接着，在步骤110中，用在步骤100中所求出的速度修正系数Kv，根据以下运算式来修正动臂所致铲斗前端速度b。
b’＝Kv*b借此，如图33中所示，铲斗前端速度b被修正运算成b’，与设定范围的边界L垂直的速度分量也被修正成by’。因此，作为当时的铲斗前端位置D处的速度的限制值a与垂直速度分量by’之差的动臂所致铲斗前端速度的限制值c’，变成朝向部件L比未经修正时的限制值c要大，结果由于对动臂抬高的指令变小，所以即使负载变大作业装置也难以脱离。
此外，本实施例中的速度b的修正，也是基于在用范围限制控制来挖掘坚硬土壤等负载大的挖掘对象时，不把铲斗前端到达设定范围的边界之前的速度向量(轨迹)当成问题，只要前部装置不会脱离挖掘对象地最终到达边界就可以了这样的思路。因此，负载压力所致速度b的修正不需要准确的值，控制上，能使铲斗前端不脱离挖掘对象地进行挖掘的大致的修正就可以了。因而，此一场合也是，图32中所示的负载压力Pba与修正系数Kv的关系不需要严密性，速度修正部9m的软件(程序)可以容易地作成。
像这样根据挖掘负载来修正铲斗前端速度，也可以得到与第1实施例中修正限制值者同样的效果。
再者，虽然对以上实施例而言，作为至设定范围的边界的距离是针对离开铲斗前端的距离来叙述的，但是如果简单地实施的话也可以取成离开斗杆前端销轴的距离。此外，在为了防止与前部装置的干涉以便谋求安全性而设定范围的场合，也可以是可能引起该干涉的另一个部位。
此外，虽然所运用的液压驱动装置取为带有中位旁通式流量控制阀的开回路***，但是也可以是使用闭中位式流量控制阀的闭回路***。
此外，铲斗前端至设定范围的边界的距离与铲斗前端速度的限制值或铲斗前端速度的计算值的关系，不限于如前所述的直线比例关系，各种设定都是可能的。
进而，虽然当铲斗前端离开设定范围的边界时，原封不动地把目标速度向量输出，但是在此一场合也可以出于其他目的来修正该目标速度向量。
此外，虽然目标速度向量的接近设定范围的边界的方向的向量分量取为与设定范围的边界垂直方向的向量分量，但是只要能得到沿设定范围的边界的运动，也可以偏离垂直方向。
此外，虽然在把本发明运用于带有液压先导式的操作手柄装置的液压挖掘机的第2和第3实施例中，作为电液变换机构和减压机构采用了比例电磁阀，但是这些也可以是其他电液变换机构。
进而，虽然对第2和第3实施例而言把所有操作手柄装置和流量控制阀取为液压先导式，但是也可以至少仅动臂用和斗杆用为液压先导式。
                      工业实用性
根据本发明，由于在用限制范围的挖掘控制的挖掘作业中，可以不受作为挖掘对象的土壤的硬度的影响地把设定范围挖掘到边界，所以可以削减追加作业，可以提高作业效率，同时抑制工期的推迟。此外，限制值或所计算的速度的修正不严密也可以，可以用简单的程序来实施修正。

Claims (9)

1.一种建筑机械的范围限制挖掘控制装置，建筑机械具有：由包括可以沿上下方向转动的第1和第2前部构件(1b、1a)在内的多个前部构件(1a～1c)所构成的多关节型前部装置(1A)，包括驱动前述第1和第2前部构件的第1和第2液压执行器(3b、3a)在内的多个液压执行器(3a～3f)，包括指示前述第1和第2前部构件的动作的第1和第2操作机构(14b、14a；4b、4a)在内的多个操作机构(14a～14f；4a～4f)，包括根据前述第1和第2操作机构的操作来驱动、并控制向前述第1和第2液压执行器所供给的压力油的流量的第1和第2液压控制阀(15b、15a；5b、5a)在内的多个液压控制阀(15a～15f；5a～5f)；范围限制挖掘控制装置设置在上述建筑机械中，其备有：
计算由前述多个操作机构中的至少前述第1操作机构(14b；4b)所致前述前部装置(1A)的移动速度(b；Vc)的第1运算机构(9e；90d)，以及
计算随着前述前部装置接近设定范围的边界而绝对值变小的限制值(a；h；f(Ya))的第2运算机构(9c；90e)，
用在前述第1运算机构中所计算的前部装置的移动速度和在前述第2运算机构中所计算的限制值，修正前述多个操作机构中的至少前述第2操作机构(14a；4a)的操作信号，以便随着前述前部装置接近前述设定范围的边界，减小接近该边界方向的移动速度，朝沿边界的方向移动的信号修正机构(9f～9j；9f～9Bi、12；90e～90k、12)；其特征在于，备有：
检测作用在前述前部装置(1A)上的负载的第1检测机构(41a)；以及
根据由前述第1检测机构所检测的负载的大小来修正前述限制值(a；h；f(Ya))的限制值修正机构(9l；9Cl)。
2.权利要求1中所述的建筑机械的范围限制挖掘控制装置，其特征在于，前述限制值修正机构(9l；9Cl)，修正成随着在前述第1检测机构(41a)中所检测的作用于前部装置(1A)上的负载加大，使限制值(a；h；f(Ya))在离前述设定范围的边界更近的位置上起作用。
3.权利要求1中所述的建筑机械的范围限制挖掘控制装置，其特征在于，前述第1检测机构(41a)所检测的作用在前述前部装置(1A)上的负载，是前述第1液压执行器(3b)的负载压力。
4.权利要求1中所述的建筑机械的范围限制挖掘控制装置，其特征在于，前述第1检测机构(41a)所检测的作用在前述前部装置(1A)上的负载，是前述第2液压执行器(3a)的负载压力。
5.权利要求1中所述的建筑机械的范围限制挖掘控制装置，其特征在于，在前述限制值修正机构(9l)中所修正的限制值，是接近前述设定范围的边界的方向的速度的限制值(a；f(Ya))，前述信号修正机构(9f～9j；9f～9Bi、12；90e～90k、12)修正前述第2操作机构(14a；4a)的操作信号，以便使前述前部装置(1A)的速度的接近前述设定范围的边界的方向的分量不超过该限制值。
6.权利要求1中所述的建筑机械的范围限制挖掘控制装置，其特征在于，在前述第1运算机构(90d)中所计算的前部装置(1A)的移动速度，是前述前部装置的目标速度(Vc)，在前述限制值修正机构(9Cl)中所修正的限制值，是用来修正前述前部装置的目标速度的接近前述设定范围的边界的方向的分量的系数(h)，前述信号修正机构(90e～90k、12)修正前述第1和第2操作机构(14b、14a；4b、4a)的操作信号，以便可以得到具有由此一系数所修正的速度分量的前部装置的目标速度。
7.权利要求1中所述的建筑机械的范围限制挖掘控制装置，其特征在于，在前述第1运算机构(90d)中所计算的前部装置(1A)的移动速度，是前述前部装置的目标速度(Vc)，在前述限制值修正机构(9Cl)中所修正的限制值，是前述前部装置的目标速度的接近前述设定范围的边界的方向的分量的限制值(f(Ya))，前述信号修正机构(90e～90k、12)修正前述第1和第2操作机构(14b、14a；4b、4a)的操作信号，以便可以得到具有修正成不超过该限制值的速度分量的前部装置的目标速度。
8.权利要求1中所述的建筑机械的范围限制挖掘控制装置，其特征在于，代替前述限制值修正机构(9l；9Cl)，备有根据由前述第1检测机构(41a)所检测的负载的大小，来限制在前述第1运算机构(9e；90d)中所计算的前部装置的移动速度(b；Vc)的速度限制机构(9m)。
9.权利要求1中所述的建筑机械的范围限制挖掘控制装置，其特征在于，前述多个前部构件包括液压挖掘机的动臂(1a)和斗杆(1b)，前述第1前部构件是斗杆(1b)，前述第2前部构件是动臂(1a)。
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