JP3007335B1 - 作業用機械の干渉回避制御装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 作業中にアタッチメントがキャブに接近した
場合に、バケットとアタッチメントとの干渉を回避しな
がら作業を続行できるように制御するにあたり、高精度
の制御を行えるようにする。 【解決手段】 アームの自動的な干渉回避作動を行うべ
くアーム限界角度β_ＬＴを設定するにあたり、ブーム角
度センサ３３、オフセット角度センサ３４から入力され
る実ブーム角度α_ａｃｔ、実オフセット角度γ
_ａｃｔと、ブーム用圧力センサ２７Ａ、２７Ｂ、オフセ
ット用圧力センサ２８Ｂから入力される検出圧力とに基
づいて予想ブーム角度α_ｅｘｐ、予想オフセット角度γ
_ｅｘｐを設定し、これら予想角度に基づいてアーム限界
角度を演算する構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
作業用機械の油圧制御回路の技術分野に属するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油圧ショベル等の作業用機械に
装備される作業部のなかには、上下左右揺動するオフセ
ット型のブームと、該ブームの先端部に前後揺動自在に
連結されるアームと、該アームの先端部に連結されるバ
ケット等のアタッチメントを備えたものあるが、このも
のにおいて、ブームやアームを揺動させたときにアタッ
チメントが運転席部に接触（干渉）してしまう惧れがあ
る場合があり、この様な場合には、アタッチメントと運
転席部との接触を回避するための配慮が必要となる。そ
こで従来、作業部の姿勢を検出する姿勢検出手段と、該
姿勢検出手段からの検出信号に基づいてアタッチメント
が運転席部の所定範囲以内に接近しているか否かの判断
を行う制御部とを設け、そしてアタッチメントが運転席
部の所定範囲内まで接近している判断された場合には、
作業部用油圧アクチュエータの油圧回路に対して制御部
から制御指令を出力して、作業部を停止させるようにし
たものがある。この様なものとして、例えば、図１１に
示す如きものが知られているが、このものは、アーム用
シリンダ等の作業部用油圧アクチュエータ４２への圧油
供給制御を行うためのパイロット式のコントロールバル
ブ４３と、操作具の操作に基づいてパイロット圧油を出
力するパイロットバルブ４４Ａ、４４Ｂとのあいだに、
制御部からの指令に基づいて作動する電磁比例減圧弁４
５Ａ、４５Ｂが設けられている。そして、アタッチメン
トが運転席部から離れている場合には、上記電磁比例減
圧弁４５Ａ、４５Ｂを開いてコントロールバルブ４３へ
のパイロット圧油の供給を許容する一方、アタッチメン
トが運転席部に接近した場合には、電磁比例減圧弁４５
Ａ、４５Ｂを閉じてコントロールバルブ４３へのパイロ
ット圧油の供給を断ち、これにより作業部を停止させる
ように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに前記従来のも
のは、前述したように、アタッチメントが運転席部に接
近した場合に、電磁比例減圧弁を閉じて作業部を停止さ
せるものであるため、作業の途中で作業部が停止してし
まうことになる。この場合には、一旦アタッチメントを
運転席部から遠ざけてから、中断した作業を続行する操
作を再開しなければならず、作業能率が低下するという
問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題があ
った。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創
作されたものであって、機械本体に対し上下左右に揺動
自在なオフセット型のブームと、該ブームの先端部に前
後揺動自在に連結されるアームと、該アームの先端部に
連結されるアタッチメントとを備えた作業用機械におい
て、機械本体とアタッチメントとの干渉を回避すべく予
め設定される干渉回避領域内へのアタッチメントの侵入
を回避するための干渉回避制御手段を設けるにあたり、
該干渉回避制御手段は、ブーム用シリンダのパイロット
油路に設けた圧力センサの検出圧力に対応して設定され
ているブーム角度の予想増加角度を出力する予想ブーム
角度設定器と、該予想ブーム角度設定器、ブームの機械
本体に対する揺動角度を検出するブーム角度検出手段、
およびアームのブームに対する揺動角度を検出するアー
ム角度検出手段からの信号をそれぞれ入力し、ブーム角
度検出手段から入力されるブーム角度に前記設定された
予想増加角度を加算して予想ブーム角度を予測し、該予
想ブーム角度に基づいてアタッチメントが干渉回避領域
に侵入しないためのアーム限界角度を設定するアーム限
界角度設定手段と、該設定されたアーム限界角度とアー
ム角度検出手段から入力されるアーム角度との角度偏差
を求め、該角度偏差に基づいてアームの自動的な干渉回
避作動を行うべくアーム駆動手段に対する制御信号を設
定する制御信号設定手段とを備えて構成されているもの
である。そして、この様にすることにより、予想ブーム
角度に基づいてアーム限界角度の設定が行われることに
なって、ブームの作動速度が速いような場合であって
も、これに素早く追従したアームの干渉回避作動を行う
ことができる。このものにおいて、アーム限界角度設定
手段は、ブーム用操作具によるブーム用駆動手段の操作
状態を検出する操作状態検出手段からの信号を入力し、
該検出されたブーム操作状態とブーム角度検出手段から
入力されるブーム角度とを用いて予想ブーム角度を予測
し、該予想ブーム角度に基づいてアーム限界角度を演算
する構成にすることにより、ブームの操作状態に対応し
て予想ブーム角度を予測することができる。また、制御
信号設定手段は、角度偏差に基づいて制御信号を設定す
るにあたり、比例−積分制御演算を行う構成にすること
により、より精度の高い制御を行うことができる。さら
に、干渉回避制御手段に、アーム用操作具の操作に基づ
いてアーム駆動手段に対する操作信号を設定する操作信
号設定手段を備えると共に、該操作信号設定手段からの
操作信号と制御信号設定手段からの制御信号のうち何れ
か一方を選択してアーム駆動手段に出力する選択手段を
設けることにより、アーム用操作具の操作状態や角度偏
差に応じて、操作信号または制御信号が選択される。さ
らにまた、干渉回避制御手段に、少なくともブームが揺
動している状態でアタッチメントが干渉回避領域に接近
したとき、アームを干渉回避領域から離れる方向に揺動
させることで前記干渉回避領域内へのアタッチメントの
侵入を回避しながらブーム揺動を続行させるための機構
を設けることにより、干渉回避領域への侵入を回避しな
がら作業を続行することができて、作業効率が向上す
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１、図２において、１はオフ
セット型の油圧ショベルであって、該油圧ショベル１
は、下部走行体２、上部旋回体３、キャブ４、作業部５
等の各部から構成されており、さらに該作業部５は、基
端部が上部旋回体３に上下揺動自在に支持されるリアブ
ーム６、該リアブーム６の先端部に左右揺動自在に連結
されるフロントブーム７、該フロントブーム７の先端部
に前後揺動自在に連結されるアーム８、該アーム８の先
端部に前後揺動自在に連結されるバケット９、およびこ
れらを揺動せしめるためのブーム用シリンダ１０、オフ
セット用シリンダ１１、アーム用シリンダ１２、バケッ
ト用シリンダ１３等から構成されていること等の基本的
構成は従来通りであるが、本実施の形態において、キャ
ブ４は上部旋回体３の左側部に設けられている。さらに
前記リアブーム６は、ブーム用シリンダ１０が縮小する
ことで下降し、ブーム用シリンダ１０が伸長することで
上昇する構成となっている。またフロントブーム７は、
オフセット用シリンダ１１が縮小することで左方向、つ
まりキャブ４に接近する方向に移動し、オフセット用シ
リンダ１１が伸長することで右方向に移動する構成とな
っている。さらにまたアーム８は、アーム用シリンダ１
２が伸長することで機体後方側に揺動（アームイン）
し、アーム用シリンダ１２が縮小することで機体前方側
に揺動（アームアウト）する構成となっている。

【０００６】前記ブーム用シリンダ１０、オフセット用
シリンダ１１、アーム用シリンダ用シリンダ１２は、メ
インポンプ１４から供給される圧油により伸縮作動する
が、これらシリンダ１０〜１２に圧油を供給する回路は
同様のものであるため、アーム用シリンダ１２を例にと
って、図３に基づいて説明する。図３において、１４は
メインポンプ、１５はパイロット油圧源、１６は油タン
ク、１７はコントロールバルブ、１８Ａ、１８Ｂは伸長
側、縮小側のパイロットバルブ、１９Ａ、１９Ｂは伸長
側、縮小側の切換弁、２０Ａ、２０Ｂは伸長側、縮小側
の電磁比例減圧弁、２１Ａ、２１Ｂは伸長側、縮小側の
圧力センサであって、上記コントロールバルブ１７は、
伸長側パイロットポート１７ａおよび縮小側パイロット
ポート１７ｂを備えたパイロット操作式の三位置切換弁
から構成されている。そして前記コントロールバルブ１
７は、両パイロットポート１７ａ、１７ｂにパイロット
圧油が供給されていない状態では、アーム用シリンダ１
２への圧油供給を停止する中立位置Ｎに位置している
が、伸長側パイロットポート１７ａにパイロット圧油が
供給されることで、アーム用シリンダ１２の伸長側油室
に圧油を供給する伸長側位置Ｘに切換り、また縮小側パ
イロットポート１７ｂにパイロット圧油が供給されるこ
とで、アーム用シリンダ１２の縮小側油室に圧油を供給
する縮小側位置Ｙに切換わる構成となっている。

【０００７】また、伸長側、縮小側のパイロットバルブ
１８Ａ、１８Ｂ、切換弁１９Ａ、１９Ｂ、電磁比例減圧
弁２０Ａ、２０Ｂ、圧力センサ２１Ａ、２１Ｂは、前記
コントロールバルブ１７の伸長側、縮小側のパイロット
ポート１７ａ、１７ｂにパイロット圧油を供給するため
の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ設けられ
るが、同様のものであるため、伸長側のものについて説
明すると、まず伸長側パイロットバルブ１８Ａは、アー
ム用操作具２２を伸長側に操作することにより、該操作
量に対応する圧力のパイロット圧油が出力ポート１８ａ
から出力される構成となっている。

【０００８】さらに、伸長側切換弁１９Ａは、前記伸長
側パイロットバルブ１８Ａの二次側に配設される五ポー
ト二位置切換弁であって、第一ポート１９ａは油タンク
１６に、第二ポート１９ｂは前記伸長側パイロットバル
ブ１８Ａの出力ポート１８ａに、第三ポート１９ｃはパ
イロット油圧源１５に、第四ポート１９ｄは後述する伸
長側電磁比例減圧弁２０Ａの第一ポート２０ａに、第五
ポート１９ｅは伸長側電磁比例減圧弁２０Ａの第二ポー
ト２０ｂにそれぞれ接続されている。またこの伸長側切
換弁１９Ａには、パイロットポート１９ｆが設けられて
いるが、該パイロットポート１９ｆは、前記伸長側パイ
ロットバルブ出力ポート１８ａと伸長側切換弁第二ポー
ト１９ｂとを連結するパイロット油路に接続されてい
て、伸長側パイロットバルブ１８Ａからパイロット圧油
が出力されることに伴いパイロットポート１９ｆにもパ
イロット圧油が供給されるようになっている。そして伸
長側切換弁１９Ａは、パイロットポート１９ｆにパイロ
ット圧油が供給されていない状態では、弾機１９ｇの付
勢力により、第一ポート１９ａが閉じ、第二ポート１９
ｂと第四ポート１９ｄとを連通する弁路が開き、かつ第
三ポート１９ｃと第五ポート１９ｅとを連通する弁路が
開く第一位置Ｘに位置していて、パイロット油圧源１５
からのパイロット圧油を伸長側電磁比例減圧弁第二ポー
ト２０ｂに供給すると共に、伸長側電磁比例減圧弁第一
ポート２０ａからの油を伸長側パイロットバルブ１８Ａ
を介して油タンク１６に排出できるようになっている。
一方、パイロットポート１９ｆにパイロット圧油が供給
された場合には、第三ポート１９ｃが閉じ、第一ポート
１９ａと第四ポート１９ａとを連通する弁路が開き、か
つ第二ポート１９ｂと第五ポート１９ｅとを連通する弁
路が開く第二位置Ｙに切換って、パイロットバルブ出力
ポート１８ａからのパイロット圧油を伸長側電磁比例減
圧弁第二ポート２０ｂに供給すると共に、伸長側電磁比
例弁圧弁第一ポート２０ａからの油を油タンク１６に排
出できるようになっている。

【０００９】また、伸長側電磁比例減圧弁２０Ａは、前
記伸長側切換弁１９Ａとコントロールバルブ伸長側パイ
ロットポート１７ａとのあいだに配設されるが、第一〜
第三ポート２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、およびソレノイド
２０ｄを備えており、第一ポート２０ａは前記伸長側切
換弁第四ポート１９ｄに、第二ポート２０ｂは伸長側切
換弁第五ポート１９ｅに、第三ポート２０ｃはコントロ
ールバルブ伸長側パイロットポート１７ａにそれぞれ接
続されている。 そしてこの伸長側電磁比例減圧弁２０
Ａは、ソレノイド２０ｄが励磁していない状態では、第
一ポート２０ａと第三ポート２０ｃとを連通する弁路を
開き、かつ第二ポート２０ｂを閉じているが、後述する
制御部２３からの作動指令に基づいてソレノイド２０ｄ
が励磁することにより、第二ポート２０ｂと第三ポート
２０ｃとを連通する出力用弁路を開くように構成されて
いる。そして該出力用弁路が開くことにより、第一位置
Ｘの伸長側切換弁１９Ａを経由したパイロット油圧源１
５からのパイロット圧油、または第二位置Ｙの伸長側切
換弁１９Ａを経由した伸長側パイロットバルブ１８Ａか
らのパイロット圧油をコントロールバルブ伸長側パイロ
ットポート１７ａに出力するようになっているが、該出
力圧力は、制御部２３からソレノイド２０ｄの駆動回路
に出力される制御指令に対応して増減するようになって
いる。

【００１０】さらに、伸長側圧力センサ２１Ａは、前記
伸長側パイロットバルブ２１Ａから出力されるパイロッ
ト圧油の圧力を検出するものであって、該伸長側圧力セ
ンサ２１Ａの検出信号は、前記制御部２３に入力される
ようになっている。

【００１１】一方、前記制御部２３は、マイクロコンピ
ュータ等を用いて構成されるものであるが、このものに
は、リアブーム６の上部旋回体３に対する相対角度（後
述する実ブーム角度α_ａｃｔ）を検出するためのブーム
角度センサ２４、フロントブーム７のリアブーム６に対
する相対角度（後述する実オフセット角度γ_ａｃｔ）を
検出するためのオフセット角度センサ２５、アーム８の
フロントブーム７に対する相対角度（後述する実アーム
角度β_ａｃｔ）を検出するためのアーム角度センサ２
６、前述したアーム用シリンダ１２の伸長側、縮小側の
パイロット油路にそれぞれ設けられた伸長側、縮小側の
圧力センサ２１Ａ、２１Ｂ、同様にしてブーム用シリン
ダ１０の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ設
けられる伸長側、縮小側の圧力センサ２７Ａ、２７Ｂ、
オフセット用シリンダ１１の伸長側、縮小側のパイロッ
ト油路にそれぞれ設けられる伸長側、縮小側の圧力セン
サ２８Ａ、２９Ｂ等の各種センサやスイッチ類からの信
号が入力するようになっており、これら入力信号に基づ
いて後述する各種設定器、演算器、選択器等により設
定、演算、選択等を行い、そして前述したアーム用シリ
ンダ１２の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ
設けられた伸長側、縮小側の電磁比例減圧弁２０Ａ、２
０Ｂ、同様にしてブーム用シリンダ１０の伸長側、縮小
側のパイロット油路にそれぞれ設けられる伸長側、縮小
側の電磁比例減圧弁２９Ａ、２９Ｂ、オフセット用シリ
ンダ１１の伸長側、縮小側のパイロット油路にそれぞれ
設けられる伸長側、縮小側の電磁比例減圧弁３０Ａ、３
０Ｂ等に対し制御指令を出力するように構成されてい
る。

【００１２】次に、前記制御部２３に設けられる各種設
定器、演算器、選択器等について図５〜図８に基づいて
説明すると、図５のブロック図において、３１Ａ、３１
Ｂは伸長側、縮小側のアーム操作信号設定器であって、
このものは、前記アーム用シリンダ１２のパイロット油
路に設けられた伸長側、縮小側の圧力センサ２１Ａ、２
１Ｂからの検出信号を入力し、該検出信号に基づいて伸
長側、縮小側のアーム用電磁比例減圧２０Ａ、２０Ｂに
対するアーム操作信号をそれぞれ設定して出力する。こ
の場合、アーム操作信号設定器３１Ａ、３１Ｂは、図６
の特性図（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、圧力センサ２１
Ａ、２１Ｂで検出された圧力、つまりアーム用パイロッ
トバルブ１８Ａ、１８Ｂの出力圧と等しい圧力をアーム
用電磁比例減圧弁２０Ａ、２０Ｂに発生させるための０
〜１００％の信号を設定する。３２は予想オフセット増
加角度設定器であって、このものは、オフセット用シリ
ンダ１１の縮小側パイロット油路に設けられた圧力セン
サ２８Ｂからの検出信号を入力し、該入力信号に基づい
てオフセット角度の予想増加角度Δγを設定して出力す
る。この場合、予想オフセット増加角度設定器３２は、
図７（Ａ）の特性図に示す如く、縮小側圧力センサ２８
Ｂの検出圧力、つまりオフセット用縮小側パイロットバ
ルブ（図示せず）の出力圧が大きくなると予想増加角度
Δγも大きくなるように設定される。３３は第一加算器
であって、このものは、オフセット角度センサ２５で検
出された実オフセット角度γ_ａｃｔと、前記予想オフセ
ット増加角度設定器３２から出力される予想オフセット
増加角度Δγとを加算し、該加算したものを予想オフセ
ット角度γ_ｅｘｐとして出力する。３４Ａ、３４Ｂは伸
長側、縮小側の予想ブーム増加角度設定器であって、こ
のものは、ブーム用シリンダ１０のパイロット油路に設
けられた伸長側、縮小側の圧力センサ２７Ａ、２７Ｂか
らの検出信号を入力し、該入力信号に基づいてブーム角
度の予想増加角度Δα_１、Δα_２をそれぞれ設定して出
力する。この場合、伸長側予想ブーム増加角度設定器３
４Ａは、図７（Ｂ）の特性図に示す如く、伸長側圧力セ
ンサ２７Ａの検出圧力、つまりブーム用伸長側パイロッ
トバルブ（図示せず）の出力圧が大きくなると予想増加
角度Δα_１がプラス側に大きくなるように設定される。
また縮小側予想ブーム増加角度設定器３４Ｂは、図７
（Ｃ）の特性図に示す如く、縮小側圧力センサ２７Ｂの
検出圧力、つまりブーム用縮小側パイロットバルブ（図
示せず）の出力圧が大きくなると予想増加角度Δα_２が
マイナス側に大きくなるように設定される。３５は第二
加算器であって、このものは、ブーム角度センサ２４で
検出された実ブーム角度α_ａｃｔと、前記伸長側、縮小
側の予想ブーム増加角度設定器３４Ａ、３４Ｂで設定さ
れた予想ブーム増加角度Δα_１、Δα_２とを加算し、該
加算したものを予想ブーム角度α_ｅｘｐとして出力す
る。３６はアーム限界角度演算器であって、このもの
は、第一加算器３３から出力される予想オフセット角度
γ_ｅｘｐ、および第二加算器３５から出力される予想ブ
ーム角度α_ｅｘｐに基づいて、アーム限界角度β_ＬＴを
演算して出力するが、該アーム限界角度β_ＬＴの演算に
ついては、後述する。３７は減算器であって、このもの
は、前記アーム限界角度演算器３６で演算されたアーム
限界角度β_ＬＴからアーム角度センサ２６で検出される
実アーム角度β_ａｃｔを減算し、該減算したものを角度
偏差Δβとして出力する。３８はＰＩ制御演算器であっ
て、このものは、前記減算器３７から出力される角度偏
差Δβに基づいてＰＩ制御（比例−積分制御）演算を行
うものであって、比例ゲイン設定器３８ａと、積分ゲイ
ン設定器３８ｂと、積分演算器３８ｃと、比例成分と積
分成分を加算する第三加算器３８ｄとを用いて構成され
るが、上記積分演算器３８ｃは、縮小側アーム操作信号
設定器３１Ｂから縮小側アーム操作信号が出力されると
リセットされるように設定されている。３９Ａ、３９Ｂ
は、伸長側、縮小側のアーム制御信号設定器であって、
このものは、前記ＰＩ制御演算器３８からの出力値Ｐに
基づいて、アーム用電磁比例減圧弁２０Ａ、２０Ｂに対
する伸長側、縮小側のアーム制御信号をそれぞれ設定し
て出力する。この場合、伸長側アーム制御信号設定器３
９Ａは、図８（Ａ）の特性図に示す如く、ＰＩ制御演算
器３８の出力値Ｐがマイナス（Ｐ＜０）のときには、伸
長側電磁比例減圧弁２０Ａの出力用弁路を全閉させる０
％の信号を出力し、出力値Ｐが予め設定されるプラスの
設定値Ｄ以上（Ｐ≧Ｄ）のときには、出力用弁路を全開
させる１００％の信号を出力し、さらに出力値Ｐがゼロ
からＤまでのあいだ（０≦Ｐ＜Ｄ）のときには、出力値
Ｐが大きくなるにつれて出力圧力が大きくなるように設
定された０％を越えて１００％未満までの信号を出力す
るように設定されている。また縮小側アーム制御信号設
定器３９Ｂは、図８（Ｂ）の特性図に示す如く、ＰＩ制
御演算器３８の出力値Ｐがプラス（Ｐ＞０）のときに
は、縮小側電磁比例減圧弁２０Ｂの出力用弁路を全閉さ
せる０％の信号を出力し、出力値Ｐが予め設定されるマ
イナスの設定値Ｅ以下（Ｐ≦Ｅ）のときには、出力用弁
路を全開させる１００％の信号を出力し、さらに出力値
Ｐが前記設定値Ｅからゼロまでのあいだ（Ｅ＜Ｐ≦０）
のときには、出力値Ｐがマイナス側に大きくなるにつれ
て電磁比例減圧弁２０Ａの出力圧力が大きくなるように
設定された０％を越えて１００％未満までの信号を出力
するように設定されている。４０はＭＩＮ信号選択器で
あって、このものは、伸長側アーム操作信号設定器３１
Ａから出力される伸長側アーム操作信号と、伸長側アー
ム制御信号設定器３９Ａから出力される伸長側アーム制
御信号とのうち最小値を選択し、該選択した信号値を伸
長側アーム駆動信号として、アーム用伸長側電磁比例減
圧弁２０Ａの駆動回路に出力する。４１はＭＡＸ信号選
択器であって、このものは、縮小側アーム操作信号設定
器３１Ｂから出力される縮小側アーム操作信号と、縮小
側アーム制御信号設定器３９Ａから出力される縮小側ア
ーム制御信号とのうち最大値を選択し、該選択した信号
値を縮小側アーム駆動信号として、アーム用縮小側電磁
比例減圧弁２０Ｂの駆動回路に出力する。

【００１３】次に、前記制御部２３における制御手順を
説明すると、まず伸長側、縮小側のアーム操作信号設定
器３１Ａ、３１Ｂは、圧力センサ２１Ａ、２１Ｂの検出
信号に基づき、伸長側、縮小側のアーム用電磁比例減圧
弁２０Ａ、２０Ｂにパイロットバルブ１８Ａ、１８Ｂか
らの出力圧と等しい圧力を発生させるための伸長側、縮
小側のアーム操作信号を設定して、ＭＩＮ信号選択器４
０、ＭＡＸ信号選択器４１にそれぞれ出力する。

【００１４】一方、オフセット予想増加角度設定器３２
は、縮小側オフセット用圧力センサ２８Ｂからの検出信
号に基づいてオフセット予想増加角度Δγを設定して、
第一加算器３３に出力する。そして第一加算器３３で
は、オフセット角度センサ２５で検出される実オフセッ
ト角度γ_ａｃｔに、上記オフセット予想増加角度Δγを
加算して、予想オフセット角度γ_ｅｘｐを算出する。同
様に、伸長側、縮小側の予想ブーム増加角度設定器３４
Ａ、３４Ｂは、伸長側、縮小側のブーム用圧力センサ２
７Ａ、２７Ｂからの検出信号に基づいて予想ブーム増加
角度Δα_１、Δα_２を設定して、第二加算器３５に出力
する。そして第二加算器３５では、ブーム角度センサ２
４で検出される実ブーム角度α_ａｃｔに、上記予想ブー
ム増加角度Δα_１、Δα_２を加算して、予想ブーム角度
α_{ｅｘ ｐ}を算出する。

【００１５】そして、アーム限界角度演算器３６は、前
記第一、第二加算器３３、３５で算出された予想オフセ
ット角度γ_ｅｘｐ、予想ブーム角度α_ｅｘｐに基づいて
アーム限界角度β_ＬＴを演算する。ここで、図９は上部
旋回体３を側面から見たときのリアブーム６の先端部
ａ、フロントブーム７の先端部ｂ、アーム８の先端部ｃ
の各部を座標上に示したものであって、原点Ｏはリアブ
ーム６の上部旋回体３に対する揺動支点、Ｘ軸は上部旋
回体３を基準として前後方向を向く方向、Ｙ軸は上下方
向を向く方向であり、また、図１０は図９のＡ矢視図で
あって、Ｚ軸は左右方向を向く方向である。そして、ブ
ーム角度αは、図９において、原点Ｏおよびフロントブ
ーム７の先端部ｂを結ぶ直線Ｒ_ｏｂとＸ軸とのなす角度
であり、アーム角度βは、図９において、前記直線Ｒ
_ｏｂとアーム８とのなす角度の補角であり、オフセット
角度γは、図１０において、左方向に移動したフロント
ブーム７とＸ軸とのなす角度であって、前記ブーム角度
センサ２４、アーム角度センサ２６、オフセット角度セ
ンサ２５によって検出されたブーム角度α、アーム角度
β、オフセット角度γが、それぞれ実ブーム角度α
_ａｃｔ、実アーム角度β_ａｃｔ、実オフセット角度γ
_ａｃｔである。尚、本発明のブーム角度検出手段は、本
実施の形態のブーム角度センサ２４とオフセット角度セ
ンサ２５との両方を含み、また本発明のブーム角度は、
本実施の形態のブーム角度αとオフセット角度γとの両
方を含む。さらに、図９に示す干渉回避領域Ｈは、バケ
ット９がキャブ４にこれ以上接近してはならないとして
設定された領域であって、該領域Ｈ内にバケット９がど
のような姿勢になっても侵入しないようにしてアーム先
端部ｃを移動させたときにアーム８の先端部ｃが最もキ
ャブ４に近接した場合の軌跡に若干の余裕（不感帯）を
持たせたものを干渉回避境界線Ｌとして示す。そしてま
ず、アーム先端部ｃが干渉防止境界線Ｌ上の任意の点
（Ｘ_ＬＴ，Ｙ_ＬＴ）に位置しているときのアーム角度
（該アーム角度を、アーム限界角度β_ＬＴとする）とブ
ーム角度αの関係式を導く。図９において、原点Ｏから
アーム先端部ｃまでの距離ｒ_ｏｃは、次式で与えられ
る。 ｒ_ｏｃ＝｛ｒ_ｏｂ ^２＋Ｌ_ｂｃ ^２−２ｒ_ｏｂＬ_ｂｃｃｏｓ(π−β_ＬＴ)｝^１／２ ・・・（１） 但し、図９、図１０からｒ_ｏｂは次式で与えられる。 ｒ_ｏｂ＝（Ｌ_ｏａ ^２＋ｒ_ａｂ ^２−２Ｌ_ｏａｒ_ａｂｃｏｓθ）^１／２ ・・・（２） ｒ_ａｂ＝Ｌ_ａｂｃｏｓγ ・・・（３） ここで、 Ｌ_ｏａ：リアブーム６の長さ Ｌ_ａｂ：フロントブーム７の長さ Ｌ_ｂｃ：アーム８の長さ θ：図９におけるリアブーム４とフロントブーム５とのなす角度 （一定値） 一方、アーム８の先端部ｃが干渉防止境界線Ｌ上にあるときは、次式が成り立 つ。 ｒ_ｏｃ＝（Ｘ_ＬＴ ^２＋Ｙ_ＬＴ ^２）^１／２ ・・・（４） （１）、（４）式よりアーム限界角度β_ＬＴは、次式で表される。 β_ＬＴ＝π−ｃｏｓ^−１｛(ｒ_ｏｂ ^２＋Ｌ_ｂｃ ^２−Ｘ_ＬＴ ^２−Ｙ_ＬＴ ^２)／２ｒ_ｏｂ Ｌ_ｂｃ｝ ・・・（５） 次に、アーム限界角度β_ＬＴとブーム角度αの関係を導く。△ｏｂｃから次式 が成立する。 ｒ_ＬＴ／ｓｉｎ（π−β）＝Ｌ_ｂｃ／ｓｉｎ（α−ε） ・・・（６） 但し、 ε＝ｃｏｓ^−１（Ｘ_ＬＴ／ｒ_ＬＴ） ・・・（７） ｒ_ＬＴ＝（Ｘ_ＬＴ ^２＋Ｙ_ＬＴ ^２）^１／２ ・・・（８） 上記（６）式を整理してブーム角度αを導く。 α＝ｓｉｎ^−１｛ｒ_ＬＴｓｉｎ（π−β_ＬＴ）／Ｌ_ｂｃ｝＋ε ・・・（９） 以上の（１）から（９）式より、干渉防止境界線Ｌ上の
座標を設定すると、オフセット角度γをパラメータとし
てブーム角度αに対するアーム限界角度β_ＬＴを求める
ことができ、これに基づいて関数テーブルβ_ＬＴ＝ｆ
（α，γ）を作成できる。ここで、上記演算で用いられ
るブーム角度α、オフセット角度γは、前記第二加算器
３５で算出された予想ブーム角度α_ｅｘｐ、第一加算器
３３で算出された予想オフセット角度γ_ｅｘｐである。
尚、フロントブーム７の先端部ｂの座標（Ｘ_ｂ，Ｙ _ｂ）
およびアーム８の先端部ｃの座標（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ）は次式
で与えられる。 Ｘ_ｂ＝ｒ_ｏｂｃｏｓα ・・・（１０） Ｙ_ｂ＝ｒ_ｏｂｓｉｎα ・・・（１１） Ｘ_ｃ＝Ｌ_ｂｃｃｏｓ（β−α）＋Ｘ_ｂ ・・・（１２） Ｙ_ｃ＝Ｌ_ｂｃｓｉｎ（β−α）＋Ｙ_ｂ ・・・（１３）

【００１６】次いで、減算器３７において、前記アーム
限界角度演算器３６で演算されたアーム限界角度β_ＬＴ
にアーム角度センサ２６で検出された実アーム角度β
_ａｃｔをフィードバックして角度偏差Δβを求め、該角
度偏差Δβに基づいてＰＩ制御演算器３８でＰＩ制御演
算を行う。

【００１７】そして前記ＰＩ制御演算器３８では、角度
偏差Δβに比例ゲイン設定器３８ａで比例ゲインを乗じ
た比例成分と、角度偏差Δβに積分ゲイン設定器３８ｂ
で積分ゲインを乗じた値を積分演算器３８ｃで積分して
求めた積分成分とを、第三加算器３８ｄで足し合わせ
る。尚、積分演算器３８ｃは上限、下限のリミッタを有
し、かつ縮小側アーム操作信号設定器３１Ｂから縮小
（アウト）側アーム操作信号が出力されるとゼロにリセ
ットされる。

【００１８】前記ＰＩ制御演算において、アーム先端部
ｃが干渉防止境界線Ｌから充分に離れていてバケット９
が干渉領域Ｈ内に侵入する惧れのない状態でアーム８を
イン側に操作した場合について説明すると、この場合、
減算器３７から出力される角度偏差Δβはプラスの大き
な値となって、ＰＩ制御演算器３８は設定値Ｄよりも大
きいプラスの信号を出力する。これにより、伸長（イ
ン）側アーム制御信号設定器３９Ａからは１００％の信
号が出力される。また、伸長側アーム操作信号設定器３
１Ａからは０％を越えて１００％までの信号が出力され
るので、上記伸長側アーム制御信号設定器３９Ａの出力
信号よりも小さいか等しく、このため伸長側アーム操作
信号設定器３１Ａの出力信号がＭＩＮ信号選択器４１に
より選択され、このものが伸長側アーム用電磁比例減圧
弁２０Ａに駆動信号として出力される。これにより伸長
側アーム用電磁比例減圧弁２０Ａは、伸長側アーム用パ
イロットバルブ１８Ａの出力圧と等しい圧力のパイロッ
ト圧油をアーム用コントロールバルブ１７の伸長側パイ
ロットポート１７ｂに出力する。一方、前述したように
ＰＩ制御演算器３８はプラスの信号を出力するので、縮
小（アウト）側アーム制御信号設定器３９Ｂからは０％
の信号が出力される。また、アーム用シリンダ１２の縮
小（アウト）側は操作されていないので、縮小側アーム
操作信号設定器３１Ｂは０％の信号を出力する。従っ
て、ＭＡＸ信号選択器４０は０％の信号を出力し、縮小
側アーム用電磁比例減圧弁２０Ｂの出力用弁路は全閉す
る。さらに、図３の油圧回路図において、縮小側切換弁
１９Ｂは第一位置Ｘに位置しているので、アーム用コン
トロールバルブ縮小側パイロットポート１７ｂからの排
出油は、縮小側電磁比例減圧弁２０Ｂ、縮小側切換弁１
９Ｂ、縮小側パイロットバルブ１８Ｂを介してタンク１
６に導かれる。これにより、アーム用コントロールバル
ブ１７は、伸長側パイロットバルブ１８Ａの出力圧で制
御される。つまり、アーム先端部ｃが干渉回避境界線Ｌ
から遠く離れている場合には、アーム用操作具２２の操
作に対応した速度でアームインの作動が行われる。

【００１９】前述の状態から、アーム先端部ｃが干渉防
止境界線Ｌに近づく方向にアーム８を単独で、またはリ
アブーム６、フロントブーム７と複合で操作すると、実
アーム角度β_ａｃｔがアーム限界角度β_ＬＴに近づい
て、減算器３７から出力される偏差角度Δβが次第に小
さくなる。これによりＰＩ制御演算器３８の出力値Ｐも
小さくなって、出力値Ｐが前記設定値Ｄよりも小さくな
ると、伸長側アーム制御信号設定器３９Ａからの出力信
号が１００％より小さくなる。そして、伸長側アーム制
御信号設定器３９Ａの出力信号が伸長側アーム操作信号
設定器３１Ａの出力信号よりも小さくなると、小さい方
の伸長側アーム制御信号設定器３９Ａの信号がＭＩＮ信
号選択器４０により選択され、このものが伸長側アーム
用電磁比例減圧弁２０Ａに駆動信号として出力される。
これにより、実アーム角度β_ａｃｔがアーム限界角度β
_ＬＴに近づくにつれて、伸長側アーム用電磁比例減圧弁
２０Ａの出力圧力が小さくなり、該伸長側アーム用電磁
比例減圧弁２０Ａで減圧されたパイロット圧油がアーム
用コントロールバルブ伸長側パイロットポート１７ａに
供給されることになる。而してアーム先端部ｃが干渉回
避境界線Ｌに近づくほどアームインの作動速度は減速さ
れて停止する。

【００２０】前述の状態からさらに、アーム先端部ｃが
干渉回避境界線Ｌに近づく方向に操作されて実アーム角
度β_ａｃｔがアーム限界角度β_ＬＴより小さくなると、
ＰＩ制御演算器３８はマイナスの出力となるので、伸長
側アーム用制御信号設定器３９Ａからは０％の信号が出
力される。而して、該伸長側アーム用制御信号設定器３
９Ａの０％の信号がＭＩＮ信号選択器４０により選択さ
れ、伸長側アーム用電磁比例減圧弁２０Ａの出力用弁路
は全閉する。一方、前述したようにＰＩ制御演算器３８
はマイナスの信号を出力するので、縮小側アーム制御信
号設定器３９Ｂから０％を越えて１００％までの信号が
出力される。このとき、アーム用シリンダ１２の縮小
（アウト）側は操作されていないので、縮小側アーム操
作信号設定器３１Ｂは０％の信号を出力する。従って、
ＭＡＸ信号選択器４１により縮小側アーム制御信号設定
器３９Ｂの信号が選択され、このものが縮小（アウト）
側アーム用電磁比例減圧弁２０Ｂに駆動信号として出力
される。そしてこの場合、図３の油圧回路図において、
縮小側切換弁１９Ａは第一位置Ｘに位置しているので、
パイロット油圧源１５からのパイロット圧油が、縮小側
切換弁１９Ｂ、縮小側電磁比例減圧弁２０Ｂを介して、
アーム用コントロールバルブ１７の縮小側パイロットポ
ート１７ｂに供給される。而して、アーム用コントロー
ルバルブ１７は、縮小側電磁比例減圧２０Ｂの出力圧で
制御されることになり、アーム用シリンダ１２が縮小し
て、アーム８が自動的にアウトし、バケット９が干渉回
避領域Ｈに侵入してしまうことを回避できる。尚、本実
施の形態では、予想オフセット増加角度設定器３２と、
第一加算器３３と、伸長側予想ブーム増加角度設定器３
４Ａと、縮小側予想ブーム増加角度設定器３４Ｂと、第
二加算器３５と、アーム限界角度演算器３６とから本発
明のアーム限界角度設定手段４６が構成され、また減算
器３７と、ＰＩ制御演算器３８と、伸長側アーム制御信
号設定器３９Ａと、縮小側アーム制御信号設定器３９Ｂ
とから本発明の制御信号設定手段４７が構成されてい
る。さらに、本発明の操作信号設定手段は、本実施の形
態では伸長側アーム操作信号設定器３１Ａおよび縮小側
アーム操作信号設定器３１Ｂに相当し、また本発明の選
択手段は、本実施の形態ではＭＩＮ信号選択器４０およ
びＭＡＸ信号選択器４１に相当する。

【００２１】叙述の如く構成されたものにおいて、バケ
ット９が干渉回避領域Ｈ内に侵入する惧れがない状態で
は、アーム８の作動は操作具２２の操作に対応して行わ
れるが、アーム先端部ｃが環境回避境界線Ｌに近づくと
アームインの作動は自動的に減速し、さらに干渉回避境
界線Ｌに近接するとアーム８が自動的にアウト作動し
て、バケット９が干渉回避領域Ｈに侵入することを回避
できることになる。

【００２２】この結果、例えば小旋回姿勢をとるべくフ
ロントブーム７が左にオフセットされている状態でブー
ム上昇とアームインとを複合操作しているときにバケッ
ト９がキャブ４に接近したような場合、アーム８が自動
的にアウトしてバケット９が干渉回避領域Ｈに侵入して
しまうことを回避しながらブームの上昇作動が続行され
ることになって、従来のように作業が停止してしまうよ
うなことがなく、作業能率が向上する。

【００２３】そしてこのものは、ブーム角度およびオフ
セット角度に基づいてアーム限界角度β_ＬＴを設定し、
該設定されたアーム限界角度β_ＬＴとアーム角度センサ
２６から入力される実アーム角度β_ａｃｔとの角度偏差
Δβを求め、該角度偏差Δβに基づいてアーム８の自動
的なアウト作動を行う構成であるが、この場合、前記ア
ーム限界角度β_ＬＴを設定するためのブーム角度および
オフセット角度として、ブーム角度センサ２４から入力
される実ブーム角度α_ａｃｔに、伸長側、縮小側のブー
ム用パイロットバルブの出力圧に基づいて設定される予
想ブーム増加角度Δα_１、Δα_２を加算して算出される
予想ブーム角度α_ｅｘｐ、およびオフセット角度センサ
２５から入力される実オフセット角度γ_ａｃｔに、オフ
セット用縮小側パイロットバルブの出力圧に基づいて設
定される予想オフセット増加角度Δγを加算して算出さ
れる予想オフセット角度γ_ｅｘｐが用いられている。こ
の結果、リアブーム６およびフロントブーム７の操作状
態に対応したアーム限界角度β_ＬＴの設定を行えること
になって、リアブーム６およびフロントブーム７の作動
速度が速い場合であっても、これに素早く追従したアー
ム８の干渉回避作動を行うことができる。しかも、前記
予想ブーム角度α_ｅｘｐおよび予想オフセット角度γ
_ｅｘｐに基づいて設定されたアーム限界角度β_ＬＴと実
アーム角度α_ａｃｔとの角度偏差ΔβをＰＩ制御してア
ーム８の干渉回避作動を制御する構成となっているか
ら、より精度の高い制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧ショベルの側面図である。

【図２】フロントブームを左右揺動させた状態を示す油
圧ショベルの平面図である。

【図３】アーム用シリンダの油圧制御回路図である。

【図４】制御部の入出力を示すブロック図である。

【図５】干渉回避制御のブロック図である。

【図６】（Ａ）は伸長側アーム操作信号設定器の特性
図、（Ｂ）は縮小側アーム操作信号設定器の特性図であ
る。

【図７】（Ａ）は予想オフセット増加角度設定器の特性
図、（Ｂ）は伸長側予想ブーム増加角度設定器の特性
図、（Ｃ）は縮小側予想ブーム増加角度設定器の特性図
である。

【図８】（Ａ）は伸長側アーム制御信号設定器の特性
図、（Ｂ）は縮小側アーム制御信号設定器の特性図であ
る。

【図９】ブーム角度、アーム角度、アーム限界角度を示
す説明図である。

【図１０】オフセット角度を示す説明図である。

【図１１】従来例を示す油圧アクチュエータの油圧制御
回路図である。

【符号の説明】

４ キャブ ６ リアブーム ７ フロントブーム ８ アーム ９ バケット ２０Ａ アーム用伸長側電磁比例減圧弁 ２０Ｂ アーム用縮小側電磁比例減圧弁 ２１Ａ アーム用伸長側圧力センサ ２１Ｂ アーム用縮小側圧力センサ ２３ 制御部 ２４ ブーム角度センサ ２５ オフセット角度センサ ２６ アーム角度センサ ２７Ａ ブーム用伸長側圧力センサ ２７Ｂ ブーム用縮小側圧力センサ ２８Ｂ オフセット用縮小側圧力センサ ３１Ａ 伸長側アーム操作信号設定器 ３１Ｂ 縮小側アーム操作信号設定器 ３２ 予想オフセット増加角度設定器 ３３ 第一加算器 ３４Ａ 伸長側予想ブーム増加角度設定器 ３４Ｂ 縮小側予想ブーム増加角度設定器 ３５ 第二加算器 ３６ アーム限界角度演算器 ３７ 減算器 ３８ ＰＩ制御演算器 ３９Ａ 伸長側アーム制御信号設定器 ３９Ｂ 縮小側アーム制御信号設定器 ４０ ＭＩＮ信号選択器 ４１ ＭＡＸ信号選択器 Ｈ 干渉回避領域

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−333767（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−207712（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−120426（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−284199（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 3/43 E02F 9/24

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械本体に対し上下左右に揺動自在なオ
   フセット型のブームと、該ブームの先端部に前後揺動自
   在に連結されるアームと、該アームの先端部に連結され
   るアタッチメントとを備えた作業用機械において、 機械本体とアタッチメントとの干渉を回避すべく予め設
   定される干渉回避領域内へのアタッチメントの侵入を回
   避するための干渉回避制御手段を設けるにあたり、 該干渉回避制御手段は、ブーム用シリンダのパイロット油路に設けた圧力センサ
   の検出圧力に対応して設定されているブーム角度の予想
   増加角度を出力する予想ブーム角度設定器と、 該予想ブーム角度設定器、 ブームの機械本体に対する揺
   動角度を検出するブーム角度検出手段、およびアームの
   ブームに対する揺動角度を検出するアーム角度検出手段
   からの信号をそれぞれ入力し、ブーム角度検出手段から
   入力されるブーム角度に前記設定された予想増加角度を
   加算して予想ブーム角度を予測し、該予想ブーム角度に
   基づいてアタッチメントが干渉回避領域に侵入しないた
   めのアーム限界角度を設定するアーム限界角度設定手段
   と、 該設定されたアーム限界角度とアーム角度検出手段から
   入力されるアーム角度との角度偏差を求め、該角度偏差
   に基づいてアームの自動的な干渉回避作動を行うべくア
   ーム駆動手段に対する制御信号を設定する制御信号設定
   手段とを備えて構成されている作業用機械の干渉回避制
   御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、アーム限界角度設定
   手段は、ブーム用操作具によるブーム用駆動手段の操作
   状態を検出する操作状態検出手段からの信号を入力し、
   該検出されたブーム操作状態とブーム角度検出手段から
   入力されるブーム角度とを用いて予想ブーム角度を予測
   し、該予想ブーム角度に基づいてアーム限界角度を演算
   する構成である作業用機械の干渉回避制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、制御信号設
   定手段は、角度偏差に基づいて制御信号を設定するにあ
   たり、比例−積分制御演算を行う構成である作業用機械
   の干渉回避制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、干渉回
   避制御手段は、アーム用操作具の操作に基づいてアーム
   駆動手段に対する操作信号を設定する操作信号設定手段
   を備えると共に、該操作信号設定手段からの操作信号と
   制御信号設定手段からの制御信号のうち何れか一方を選
   択してアーム駆動手段に出力する選択手段が設けられて
   いる作業用機械の干渉回避制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３または４において、干
   渉回避制御手段は、少なくともブームが揺動している状
   態でアタッチメントが干渉回避領域に接近したとき、ア
   ームを干渉回避領域から離れる方向に揺動させることで
   前記干渉回避領域内へのアタッチメントの侵入を回避し
   ながらブーム揺動を続行させるための機構が設けられて
   いる作業用機械の干渉回避制御装置。