JP3091667B2 - 建設機械の領域制限掘削制御装置 - Google Patents

建設機械の領域制限掘削制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多関節型のフロント装置
を備えた建設機械、特にアーム、ブーム、バケット等の
フロント部材からなるフロント装置を備えた油圧ショベ
ルにおいて、フロント装置の動き得る領域を制限した掘
削が行える領域制限掘削制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】油圧ショベルではオペレータがブームな
どのフロント部材をそれぞれの手動操作レバーによって
操作しているが、これらフロント部材はそれぞれが関節
部によって連結され回動運動を行うものであるため、こ
れらフロント部材を操作して所定の領域を掘削すること
は、非常に困難な作業である。そこで、このような作業
を容易にするための領域制限掘削制御装置が特開平４−
１３６３２４号公報に提案されている。この領域制限掘
削制御装置は、フロント装置の姿勢を検出する手段と、
この検出手段からの信号によりフロント装置の位置を演
算する手段と、フロント装置の侵入を禁止する侵入不可
領域を教示する手段と、フロント装置の位置と教示した
侵入不可領域の境界線との距離ｄを求め、この距離ｄが
ある値より大の時は１で、それより小の時は０から１の
間の値をとるように距離ｄによって決まる関数をレバー
操作信号に乗じたものを出力するレバーゲイン演算手段
と、このレバーゲイン演算手段からの信号によりアクチ
ュエータの動きを制御するアクチュエータ制御手段とを
備えている。この提案の構成によれば、侵入不可領域の
境界線までの距離に応じてレバー操作信号が絞られるた
め、オペレータが誤って侵入不可領域にバケット先端を
移動しようとしても、自動的に境界上で滑らかに停止
し、また、その途中でオペレータがフロント装置の速度
の減少から侵入不可領域に近づいていることを判断して
バケット先端を戻すことが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。
【０００４】特開平４−１３６３２４号公報に記載の従
来技術では、レバーゲイン演算手段においてレバー操作
信号にそのまま距離ｄによって決まる関数を乗じたもの
をアクチュエータ制御手段に出力するため、侵入不可領
域の境界に近づくと徐々にバケット先端の速度は遅くな
り、侵入不可領域の境界上で停止する。このため、侵入
不可領域にバケット先端を移動しようとしたときのショ
ックは回避される。しかし、この従来技術では、バケッ
ト先端の速度を遅くするとき、バケット先端の移動方向
に係わらずそのまま速度を遅くしている。このため、侵
入不可領域の境界に沿って掘削をする場合、アームを操
作して侵入不可領域に近づくにつれて侵入不可領域の境
界に沿った方向の掘削速度も遅くなり、その度にブーム
レバーを操作してバケット先端を侵入不可領域から離
し、掘削速度が遅くなるのを防止しなければならない。
その結果、侵入不可領域に沿って掘削する場合には、極
端に能率が悪くなる。
【０００５】本発明の目的は、領域を制限した掘削を能
率良く円滑に行える建設機械の領域制限掘削制御装置を
提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、俯仰動可能な複数のフロント部材により
構成される多関節型のフロント装置と、前記複数のフロ
ント部材を駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記
複数のフロント部材の動作を指示する複数の操作手段
と、前記複数の操作手段の操作に応じて駆動され、前記
複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制
御する複数の油圧制御弁とを備えた建設機械の領域制限
掘削制御装置において、前記フロント装置の動き得る領
域を設定する領域設定手段と；前記フロント装置の位置
と姿勢に関する状態量を検出する第１検出手段と；前記
第１検出手段からの信号に基づき前記フロント装置の位
置と姿勢を演算する第１演算手段と；前記複数の油圧ア
クチュエータのうち少なくとも第１の特定のフロント部
材に係わる第１の特定のアクチュエータの駆動による前
記フロント装置の速度を演算する第２演算手段と；前記
第１及び第２演算手段の演算値を入力し、前記フロント
装置が前記設定領域内でその境界に接近するとき、その
境界に接近する方向の移動速度を境界に接近するに連れ
て減じることで前記フロント装置の移動方向を徐々に前
記境界に沿うように変更し、かつ前記フロント装置が前
記境界に達しても前記境界に沿った方向に動くよう、前
記複数の油圧アクチュエータのうちの少なくとも第２の
特定のフロント部材に係わる第２の特定のアクチュエー
タの駆動による前記フロント装置の速度の制限値を演算
する第３演算手段と；前記第２の特定のアクチュエータ
の駆動による前記フロント装置の速度が前記制限値を超
えないよう前記第２の特定アクチュエータに係わる操作
手段の操作信号を補正する信号補正手段とを備える構成
とする。
【０００７】上記建設機械の領域制限掘削制御装置にお
いて、好ましくは、前記第３演算手段は、前記フロント
装置が前記設定領域外にあるときには、前記フロント装
置が前記設定領域に戻るように、前記複数の油圧アクチ
ュエータのうちの少なくとも第２の特定のフロント部材
に係わる第２の特定のアクチュエータの駆動による前記
フロント装置の速度の制限値を演算する。
【０００８】前記複数の操作手段のうち少なくとも前記
第２の特定のフロント部材に係わる操作手段は操作信号
としてパイロット圧を出力する油圧パイロット方式であ
り、この油圧パイロット方式の操作手段を含む操作シス
テムが対応する油圧制御弁を駆動する建設機械の領域制
限掘削制御装置においては、前記信号補正手段は、前記
第２の特定のアクチュエータの駆動による前記フロント
装置の速度が前記制限値を超えないよう前記第２の特定
のアクチュエータに係わる操作手段のパイロット圧を補
正するパイロット圧補正手段とする。
【０００９】この場合、好ましくは、前記操作システム
は、前記フロント装置が前記設定領域の境界から遠ざか
る方向に動くよう前記第２の特定のフロント部材に係わ
る油圧制御弁にパイロット圧を導く第１パイロットライ
ンを含み、前記パイロット圧補正手段は、前記第２の特
定のアクチュエータの駆動による前記フロント装置の速
度が前記制限値を超えないよう前記第１パイロットライ
ンにおける目標パイロット圧を計算し、前記目標パイロ
ット圧に対応する第１電気信号を出力する手段と、前記
第１電気信号を油圧に変換し前記目標パイロット圧に相
当する制御圧を出力する電気油圧変換手段と、前記第１
パイロットライン内のパイロット圧と前記電気油圧変換
手段から出力された制御圧の高圧側を選択し該当する油
圧制御弁に導く高圧選択手段とを含む。
【００１０】また、前記操作システムは、前記フロント
装置が前記設定領域の境界に接近する方向に動くよう前
記第２の特定のフロント部材に係わる油圧制御弁にパイ
ロット圧を導く第２パイロットラインを含み、前記パイ
ロット圧補正手段は、前記第２の特定のアクチュエータ
の駆動による前記フロント装置の速度が前記制限値を超
えないよう前記第２パイロットラインにおける目標パイ
ロット圧を計算し、前記目標パイロット圧に対応する第
２電気信号を出力する手段と、前記第２パイロットライ
ンに設置され、前記第２電気信号により作動して前記第
２パイロットライン内のパイロット圧力を前記目標パイ
ロット圧まで減圧する減圧手段とを含む構成であっても
よい。
【００１１】また、上記建設機械の領域制限掘削制御装
置において、好ましくは、前記複数のフロント部材は油
圧ショベルのブームとアームを含み、前記第１の特定の
フロント部材はアームであり、前記第２の特定のフロン
ト部材はブームである。
【００１２】また、好ましくは、前記第２演算手段は、
前記複数の操作手段のうち前記第１の特定のフロント部
材に係わる操作手段からの操作信号に基づき前記第１の
特定のアクチュエータの駆動によるフロント装置の速度
を演算する手段である。
【００１３】前記第２演算手段は、前記第１検出手段か
らの信号に基づき前記第１の特定のアクチュエータの駆
動によるフロント装置の速度を演算する手段であっても
よい。 更に、好ましくは、前記第３演算手段は、前記
第１演算手段の演算値から得られる前記フロント装置と
前記設定領域の境界との距離に基づき前記フロント装置
の速度の制限値を演算する手段と、前記第２演算手段の
演算値と前記フロント装置の速度の制限値から前記第２
の特定のアクチュエータの駆動による前記フロント装置
の速度の制限値を演算する手段とを含む。
【００１４】また、好ましくは、前記フロント装置の速
度の制限値を演算する手段は、前記フロント装置が設定
領域内にあるときには前記フロント装置と前記設定領域
の境界との距離が小さくなるにしたがって小さくなる前
記設定領域の境界に接近する方向の速度を前記制限値と
し、前記フロント装置が設定領域外にあるときには前記
距離が大きくなるにしたがって大きくなる前記設定領域
の境界に戻る方向の速度を前記制限値とした当該距離と
速度との関係が予め設定されており、前記第１演算手段
の演算値から得られる前記フロント装置と前記設定領域
の境界との距離とその予め設定した関係とから前記フロ
ント装置の速度の制限値を計算する。
【００１５】また、好ましくは、前記信号補正手段は、
前記第２の特定のアクチュエータの駆動による前記フロ
ント装置の速度の制限値に対応する前記第２の特定のア
クチュエータの目標速度の制限値を演算する手段と、前
記第２の特定のアクチュエータの目標速度の制限値に対
応する前記第２の特定のフロント部材に係わる操作手段
の操作信号の制限値を演算する手段と、前記第２の特定
のフロント部材に係わる操作手段からの操作信号の指令
値と前記操作信号の制限値の絶対値の小さい方を選択す
る手段とを含む。
【００１６】更に、好ましくは、前記第１検出手段は、
前記複数のフロント部材の回動角を検出する複数の角度
検出器を含む。前記第１検出手段は、前記複数のアクチ
ュエータのストロークを検出する複数の変位検出器であ
ってもよく、更に前記建設機械の車体の傾斜角を検出す
る傾斜角検出器を含んでいてもよい。
【００１７】
【作用】以上のように構成した本発明においては、第３
演算手段で、フロント装置が設定領域内でその境界に接
近するとき、その境界に接近する方向の移動速度を境界
に接近するに連れて減じることで前記フロント装置の移
動方向を徐々に前記境界に沿うように変更し、かつ前記
フロント装置が前記境界に達しても前記境界に沿った方
向に動くよう、第２の特定のフロント部材に係わる第２
の特定のアクチュエータの駆動によるフロント装置の速
度の制限値を演算し、信号補正手段で、第２の特定のア
クチュエータの駆動によるフロント装置の速度がその制
限値を超えないよう第２の特定アクチュエータに係わる
操作手段の操作信号を補正することにより、設定領域の
境界に対して接近する方向のフロント装置の動きを減速
する方向変換制御が行われ、設定領域の境界に沿ってフ
ロント装置を動かすことができる。このため、領域を制
限した掘削を能率良く円滑に行うことができる。
【００１８】また、上記のようにフロント装置が設定領
域の境界近傍で方向変換制御されるとき、フロント装置
の動きが速く、制御上の応答遅れやフロント装置の慣性
によりフロント装置が設定領域の外に出ることがある。
このような場合、前記第３演算手段は、前記フロント装
置が前記設定領域外にあるときには、前記フロント装置
が前記設定領域に戻るように、前記複数の油圧アクチュ
エータのうちの少なくとも第２の特定のフロント部材に
係わる第２の特定のアクチュエータの駆動による前記フ
ロント装置の速度の制限値を演算することにより、フロ
ント装置は侵入後速やかに設定領域に戻るよう制御され
る。このため、フロント装置を速く動かしたときでも設
定領域の境界に沿ってフロント装置を動かすことがで
き、領域を制限した掘削を正確に行うことができる。
【００１９】また、このとき、上記のように予め方向変
換制御で減速されているので、設定領域外への侵入量は
少なくなり、設定領域に戻るときのショックは大幅に緩
和される。このため、フロント装置を速く動かしたとき
でも領域を制限した掘削を滑らかに行うことができ、領
域を制限した掘削を円滑に行うことができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を油圧ショベルに適用した場合
の実施例を図面を用いて説明する。まず、本発明の第１
の実施例を図１〜図６により説明する。図１において、
本発明が適用される油圧ショベルは、油圧ポンプ２と、
この油圧ポンプ２からの圧油により駆動されるブームシ
リンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３
ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ，３ｆを
含む複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュ
エータ３ａ〜３ｆのそれぞれに対応して設けられた複数
の操作レバー装置１４ａ〜１４ｆと、油圧ポンプ２と複
数の油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆ間に接続され、操作
レバー装置１４ａ〜１４ｆの操作信号によって制御さ
れ、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆに供給される圧油の
流量を制御する複数の流量制御弁１５ａ〜１５ｆと、油
圧ポンプ２と流量制御弁１５ａ〜１５ｆの間の圧力が設
定値以上になった場合に開くリリーフ弁６とを有し、こ
れらは油圧ショベルの被駆動部材を駆動する油圧駆動装
置を構成している。
【００２１】油圧ショベルは、図２に示すように、垂直
方向にそれぞれ回動するブーム１ａ、アーム１ｂ及びバ
ケット１ｃからなる多関節型のフロント装置１Ａと、上
部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅからなる車体１Ｂとで
構成され、フロント装置１Ａのブーム１ａの基端は上部
旋回体１ｄの前部に支持されている。ブーム１ａ、アー
ム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体
１ｅはそれぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３
ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の
走行モータ３ｅ，３ｆによりそれぞれ駆動される被駆動
部材を構成し、それらの動作は上記操作レバー装置１４
ａ〜１４ｆにより指示される。
【００２２】また、操作レバー装置１４ａ〜１４ｆは操
作信号として電気信号（電圧）を出力する電気レバー方
式であり、流量制御弁１５ａ〜１５ｆは両端に電気油圧
変換手段、例えば比例電磁弁を備えた電磁駆動部３０
ａ，３０ｂ〜３５ａ，３５ｂを有し、操作レバー装置１
４ａ〜１４ｆはオペレータの操作量と操作方向に応じた
電圧を電気信号として対応する流量制御弁１５ａ〜１５
ｆの電磁駆動部３０ａ，３０ｂ〜３５ａ，３５ｂへ供給
する。
【００２３】以上のような油圧ショベルに本実施例によ
る領域制限掘削制御装置が設けられている。この制御装
置は、予め作業に応じてフロント装置の所定部位、例え
ばバケット１ｃの先端が動き得る掘削領域の設定を指示
する設定器７と、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット
１ｃのそれぞれの回動支点に設けられ、フロント装置１
Ａの位置と姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角
を検出する角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと、車体１Ｂの
前後方向の傾斜角を検出する傾斜角検出器８ｄと、操作
レバー装置１４ａ〜１４ｆの操作信号、設定器７の設定
信号及び角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと傾斜角検出器８
ｄの検出信号を入力し、バケット１ｃの先端が動き得る
掘削領域を設定すると共に、領域を制限した掘削制御を
行うための操作信号の補正を行う制御ユニット９とから
構成されている。
【００２４】設定器７は、操作パネルあるいはグリップ
上に設けられたスイッチ等の操作手段により設定信号を
制御ユニット９に出力し掘削領域の設定を指示するもの
で、操作パネル上には表示装置等、他の補助手段があっ
てもよい。
【００２５】制御ユニット９の制御機能を図３に示す。
制御ユニット９Ａは、フロント姿勢演算部９ａ、領域設
定演算部９ｂ、バケット先端速度の制限値演算部９ｃ、
アームシリンダ速度演算部９ｄ、アームによるバケット
先端速度演算部９ｅ、ブームによるバケット先端速度の
制限値演算部９ｆ、ブームシリンダ速度の制限値演算部
９ｇ、ブーム指令の制限値演算部９ｈ、ブーム指令の最
大値演算部９ｊ、ブーム用バルブ指令演算部９ｉ、アー
ム用バルブ指令演算部９ｋの各機能を有している。
【００２６】フロント姿勢演算部９ａでは、角度検出器
８ａ〜８ｃ及び傾斜角検出器８ｄで検出したブーム、ア
ーム、バケットの回動角及び車体１Ｂの前後の傾斜角に
基づきフロント装置１Ａの位置と姿勢を演算する。
【００２７】領域設定演算部９ｂでは、設定器７からの
指示でバケット１ｃの先端が動き得る掘削領域の設定演
算を行う。その一例を図４を用いて説明する。
【００２８】図４において、オペレータの操作でバケッ
ト１ｃの先端を点Ｐの位置に動かした後、設定器７から
の指示でそのときのバケット１ｃの先端位置を計算し、
更に設定器７で指示された傾斜角ζにより制限領域の境
界Ｌを設定する。
【００２９】ここで、制御ユニット９の記憶装置にはフ
ロント装置１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法が記憶されてお
り、領域設定演算部９ｂはフロント姿勢演算部９ａにて
これらのデータと、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃで検出
した回動角及び傾斜角検出器８ｄで検出した車体１ｂの
傾斜角を用いて点Ｐの位置を計算する。このとき、点Ｐ
の位置は例えばブーム１ａの回動支点を原点としたＸＹ
座標系の座標値として求める。ＸＹ座標系は本体１Ｂに
固定した垂直面内にある直交座標系である。
【００３０】そして、点Ｐの位置と設定器７で指示され
た傾斜角ζにより制限領域の境界Ｌの直線式を立て、当
該直線上に原点を持ち当該直線を一軸とする直交座標
系、例えば点Ｐを原点とするＸａＹａ座標系を立て、Ｘ
Ｙ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを求める。
【００３１】バケット先端速度の制限値演算部９ｃで
は、バケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに基づき、バケ
ット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａを計算す
る。これは制御ユニット９の記憶装置に図５に示すよう
な関係を記憶しておき、この関係を読み出して行う。
【００３２】図５において、横軸はバケット先端の境界
Ｌからの距離Ｄを示し、縦軸はバケット先端速度の境界
Ｌに垂直な成分の制限値ａを示し、横軸の距離Ｄ及び縦
軸の速度制限値ａはＸａＹａ座標系と同じくそれぞれ設
定領域外から設定領域内に向かう方向を（＋）方向とし
ている。この距離Ｄと制限値ａの関係は、バケット先端
が設定領域内にあるときには、その距離Ｄに比例した
（ー）方向の速度をバケット先端速度の境界Ｌに垂直な
成分の制限値ａとし、バケット先端が領域外にあるとき
には、その距離Ｄに比例した（＋）方向の速度をバケッ
ト先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａとするよう
に定められている。したがって、設定領域内では、バケ
ット先端速度の境界Ｌに垂直な成分が（ー）方向で制限
値を越えた場合だけ減速され、設定領域外では、バケッ
ト先端が（＋）方向に増速されるようになる。
【００３３】アームシリンダ速度演算部９ｄでは、操作
レバー装置１４ｂによる流量制御弁５ｂへの指令値と、
アームの流量制御弁５ｂの流量特性により、アームシリ
ンダ速度を推定する。
【００３４】アームによるバケット先端速度演算部９ｅ
では、アームシリンダ速度とフロント姿勢演算部９ａで
求めたフロント装置１Ａの位置と姿勢によりアームによ
るバケット先端速度ｂを演算する。
【００３５】ブームによるバケット先端速度の制限値演
算部９ｆでは、演算部９ｅで求めたアームによるバケッ
ト先端速度ｂを領域設定演算部９ｂで求めた変換データ
を用いてＸＹ座標系からＸａＹａ座標系へ変換し、アー
ムによるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分（ｂ
ｘ，ｂｙ）を演算し、演算部９ｃで求めたバケット先端
速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａとそのアームによ
るバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分ｂｙにより、
ブームによるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の
制限値ｃを演算する。これを図６を用いて説明する。
【００３６】図６において、バケット先端速度の制限値
演算部９ｃで求められるバケット先端速度の境界Ｌに垂
直な成分の制限値ａとアームによるバケット先端速度演
算部９ｅで求められるアームによるバケット先端速度ｂ
の境界Ｌに垂直な成分ｂｙの差（ａーｂｙ）がブームに
よるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ｃ
であり、ブームによるバケット先端速度の制限値演算部
９ｆではｃ＝ａ−ｂｙの式より制限値ｃを計算する。
【００３７】制限値ｃの意味について、バケット先端が
設定領域内にある場合、境界上にある場合、設定領域外
にある場合に分けて説明する。
【００３８】バケット先端が設定領域内の場合には、バ
ケット先端速度は、バケット先端の境界Ｌからの距離Ｄ
に比例してバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制
限値ａに制限され、これよりブームによるバケット先端
速度の境界Ｌに垂直な成分はｃ（＝ａ−ｂｙ）に制限さ
れ、ブームによるバケット先端速度ｂがこれを越えた場
合にはｃに減速される。
【００３９】バケット先端が設定領域の境界Ｌ上にある
場合には、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制
限値ａは０となり、設定領域外に向かうアームによるバ
ケット先端速度ｂは速度ｃのブーム上げによる補正動作
によってキャンセルされ、バケット先端速度も０とな
る。
【００４０】バケット先端が領域外の場合には、バケッ
ト先端速度の境界Ｌに垂直な成分はバケット先端の境界
Ｌからの距離Ｄに比例した上向きの速度ａに制限される
ことにより、常に設定領域内に復元するように速度ｃの
ブーム上げによる補正動作が行われる。
【００４１】ブームシリンダ速度の制限値演算部９ｇで
は、ブームによるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成
分の制限値ｃとフロント装置１Ａの位置と姿勢に基ず
き、上記変換データを用いた座標変換によりブームシリ
ンダ速度の制限値を演算する。
【００４２】ブーム指令の制限演算部９ｈでは、ブーム
の流量制御弁１５ａの流量特性に基づき、演算部９ｇで
求めたブームシリンダ速度の制限値に対応するブームの
指令制限値を求める。
【００４３】ブーム指令の最大値演算部９ｊでは、演算
部９ｈで求めたブーム指令の制限値と操作レバー装置１
４ａの指令値を比較し、大きい方を出力する。ここで、
操作レバー装置１４ａの指令値はＸａＹａ座標系と同じ
く、設定領域外から設定領域内に向かう方向（ブーム上
げ方向）を（＋）方向としている。また、演算部９ｊで
ブーム指令の制限値と操作レバー装置１４ａの指令値の
大きい方を出力することは、バケット先端が設定領域内
の場合には制限値ｃが（−）であることから両者の絶対
値の小さい方を出力することであり、バケット先端が領
域外の場合には制限値ｃが（＋）であることから、両者
の絶対値の大きい方を出力することである。
【００４４】ブーム用バルブ指令演算部９ｉでは、ブー
ム指令の最大値演算部９ｊから出力された指令値が正の
値の場合には流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０
ａに対応する電圧を出力し、ブーム下げ駆動部３０ｂに
は０の電圧を出力し、指令値が負の場合には逆にする。
【００４５】アーム用バルブ指令演算部９ｋでは、操作
レバー装置１４ｂの指令値を入力し、当該指令値がアー
ムクラウドの指令値である場合には流量制御弁１５ｂの
アームクラウド駆動部３１ａに対応する電圧を出力し、
アームダンプ駆動部３１ｂには０の電圧を出力し、指令
値がアームダンプの指令値である場合には逆にする。
【００４６】以上において、操作レバー装置１４ａ〜１
４ｃはフロント部材であるブーム１ａ、アーム１ｂ及び
バケット１ｃの動作を指示する複数の操作手段を構成
し、設定器７及び領域設定演算部９ｂはフロント装置１
Ａの動き得る領域を設定する領域設定手段を構成し、角
度検出器８ａ〜８ｃ及び傾斜角検出器８ｄはフロント装
置１Ａの位置と姿勢に関する状態量を検出する第１検出
手段を構成し、フロント姿勢演算部９ａは第１検出手段
からの信号に基づきロント装置１Ａの位置と姿勢を演算
する第１演算手段を構成し、アームシリンダ速度演算部
９ｄ及びアームによるバケット先端速度演算部９ｅは複
数の油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆのうち少なくともア
ーム１ｂ（第１の特定のフロント部材）に係わるアーム
シリンダ３ｂ（第１の特定のアクチュエータ）の駆動に
よるフロント装置１Ａの速度を演算する第２演算手段を
構成し、バケット先端速度の制限値演算部９ｃ及びブー
ムによるバケット先端速度の制限値演算部９ｆは、上記
第１及び第２演算手段の演算値を入力し、フロント装置
１Ａが設定領域内でその境界Ｌに接近するとき、その境
界Ｌに接近する方向の移動速度を境界Ｌに接近するに連
れて減じることでフロント装置１Ａの移動方向を徐々に
境界Ｌに沿うように変更し、かつフロント装置１Ａが境
界Ｌに達しても境界Ｌに沿った方向に動くよう、更にフ
ロント装置１Ａが設定領域外にあるときにはフロント装
置１Ａが設定領域に戻るように、複数の油圧アクチュエ
ータ３ａ〜３ｆのうちの少なくともブーム１ａ（第２の
特定のフロント部材）に係わるブームシリンダ３ａ（第
２の特定のアクチュエータ）の駆動によるフロント装置
１Ａの速度の制限値ｃを演算する第３演算手段を構成す
る。
【００４７】また、ブームシリンダ速度の制限値演算部
９ｇ、ブーム指令の制限値演算部９ｈ、ブーム指令の最
大値演算部９ｊ及びブーム用バルブ指令演算部９ｉは、
第２の特定のアクチュエータ３ａの駆動によるフロント
装置１Ａの速度が前記制限値ｃを超えないよう第２の特
定アクチュエータ３ａに係わる操作手段１４ａの操作信
号を補正する信号補正手段を構成する。
【００４８】以上のように構成した本実施例の動作を説
明する。作業例として、バケット先端の位置決めを行お
うとしてブーム用操作レバー装置１４ａの操作レバーを
ブーム下げ方向に操作してブームを下げる場合（ブーム
下げ動作）と、手前方向に掘削しようとしてアーム用操
作レバー装置１４ｂの操作レバーをアームクラウド方向
に操作してアームクラウドする場合（アームクラウド操
作）について説明する。
【００４９】バケット先端の位置決めを行おうとしてブ
ーム用操作レバー装置１４ａの操作レバーをブーム下げ
方向に操作するとその操作レバー装置１４ａの指令値が
最大値演算部９ｊに入力される。一方、これと同時に、
演算部９ｃでは図５に示す関係からバケット先端と設定
領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット先端速度
の制限値ａ（＜０）が計算され、演算部９ｆではブーム
によるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ（＜０）が計算
され、ブーム指令の制限値演算部９ｈでは制限値ｃに応
じた負のブーム指令の制限値が計算される。このとき、
バケット先端が設定領域の境界Ｌから遠いときは演算部
９ｈで求めたブーム指令の制限値より操作レバー装置４
ａの指令値の方が大きいので、ブーム指令の最大値演算
部９ｊでは操作レバー装置４ａの指令値が選択され、こ
の指令値は負であるで、バルブ指令演算部９ｉでは流量
制御弁１５ａのブーム下げ駆動部３０ｂに対応する電圧
を出力し、ブーム上げ駆動部３０ａには０の電圧を出力
し、これにより操作レバー装置１４ａの指令値に応じて
ブームが下がって行く。
【００５０】上記のようにブームが下がり、バケット先
端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて演算部９ｆで計
算されるブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ
（＜０）は大きくなり（｜ａ｜又｜ｃ｜は小さくな
り）、演算部９ｈで求めた対応するブーム指令の制限値
が操作レバー装置４ａの指令値よりも大きくなると、ブ
ーム指令の最大値演算部９ｊでは当該制限値が選択さ
れ、バルブ指令演算部９ｉでは制限値ｃに応じて流量制
御弁１５ａのブーム下げ駆動部３０ｂに出力する電圧を
徐々に制限する。これにより、設定領域の境界Ｌに近づ
くにつれてブーム下げ速度が徐々に制限され、バケット
先端が設定領域の境界Ｌに到達するとブームは停止す
る。したがって、バケット先端の位置決めが簡単に滑ら
かにできる。
【００５１】また、上記の補正は速度制御であるため、
フロント装置１Ａの速度が極端に大きかったり、急激に
操作レバー装置１ａを操作した場合には、油圧回路上の
遅れなど制御上の応答遅れやフロント装置１Ａにかかる
慣性力などによりバケット先端が設定領域の境界Ｌから
はみ出す可能性がある。このようにバケット先端がはみ
出した場合、演算部９ｃでは図５に示す関係からバケッ
ト先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケ
ット先端速度の制限値ａ（＝ｃ）が正の値として計算さ
れ、バルブ指令演算部９ｉでは制限値ｃに応じた電圧を
流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａに出力す
る。これにより、ブームは距離Ｄに比例した速度で領域
内に復元するように上げ方向に動かされ、バケット先端
が設定領域の境界Ｌまで戻ると停止する。したがって、
バケット先端の位置決めが更に滑らかに行える。
【００５２】また、手前方向に掘削しようとしてアーム
用操作レバー装置１４ｂの操作レバーをアームクラウド
方向に操作するとその操作レバー装置１４ｂの指令値が
アーム用バルブ指令演算部９ｋに入力され、流量制御弁
１５ｂのアームクラウド駆動部３１ａに対応する電圧を
出力し、アームは手前方向に下がるよう動かされる。一
方、これと同時に、操作レバー装置４ｂの指令値が演算
部９ｄに入力されてアームシリンダ速度が計算され、演
算部９ｅでアームによるバケット先端速度ｂが演算され
る。また、演算部９ｃでは図５に示す関係からケット先
端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット
先端速度の制限値ａ（＜０）が計算され、演算部９ｆで
はブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａーｂｙ
が計算される。このとき、バケット先端が設定領域の境
界Ｌから遠く、ａ＜ｂｙ（｜ａ｜＞｜ｂｙ｜）のときは
制限値ｃは負の値として計算され、ブーム指令の最大値
演算部９ｊでは操作レバー装置４ａの指令値（＝０）が
選択され、バルブ指令演算部９ｉでは流量制御弁１５ａ
のブーム上げ駆動部３０ａ及びブーム下げ駆動部３０ｂ
に０の電圧を出力する。これにより操作レバー装置１４
ｂの指令値に応じてアームが手前方向に動かされる。
【００５３】上記のようにアームが手前方向に動かさ
れ、バケット先端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて
演算部９ｃで計算されるバケット先端速度の制限値ａは
大きくなり（｜ａ｜は小さくなり）、この制限値ａが演
算部９ｅで計算されるアームによるバケット先端速度ｂ
の境界Ｌに垂直な成分ｂｙよりも大きくなると、演算部
９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度の制限
値ｃ＝ａーｂｙは正の値となり、ブーム指令の最大値演
算部９ｊでは演算部９ｈで計算された制限値が選択さ
れ、バルブ指令演算部９ｉでは制限値ｃに応じた電圧を
流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａに出力す
る。これにより、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成
分がバケット先端と境界Ｌからの距離Ｄに比例して徐々
に制限されるように、ブーム上げによる補正動作が行わ
れ、アームによるバケット先端速度の補正されていない
境界Ｌに平行な成分ｂｘとこの制限値ｃによる補正され
た速度により、図７に示すような方向変換制御が行わ
れ、設定領域の境界Ｌに沿った掘削が行える。
【００５４】また、この場合も、上記と同じ理由でバケ
ット先端が設定領域の境界Ｌからはみ出す可能性があ
る。このようにバケット先端がはみ出した場合、演算部
９ｃでは図５に示す関係からケット先端と設定領域の境
界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット先端速度の制限値
ａが正の値として計算され、演算部９ｆで計算されるブ
ームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａーｂｙ（＞
０）は制限値ａに比例して大きくなり、バルブ指令演算
部９ｉから流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａ
に出力される電圧は制限値ｃに応じて増大する。これに
より、設定領域外では距離Ｄに比例したバケット先端速
度で領域内に復元するように、ブーム上げによる補正動
作が行われ、アームによるバケット先端速度の補正され
ていない境界Ｌに並行な成分ｂｘとこの制限値ｃにより
補正された速度により、図８に示すように設定領域の境
界Ｌに沿って徐々に戻りながらの掘削が行える。したが
って、アームをクラウドするだけで滑らかに設定領域の
境界Ｌに沿った掘削が行える。
【００５５】以上のように本実施例によれば、バケット
先端が設定領域内にある場合は、バケット先端速度の設
定領域の境界Ｌに垂直な成分は、バケット先端の境界Ｌ
からの距離Ｄに比例して制限値ａにより制限されるの
で、ブーム下げ動作ではバケット先端の位置決めが簡単
に滑らかにでき、アームクラウド操作では、設定領域の
境界に沿ってバケット先端を動かすことができ、領域を
制限した掘削を能率良く円滑に行うことができる。
【００５６】また、バケット先端が設定領域外では、バ
ケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに比例して制限値ａに
よりフロント装置が設定領域に戻るように制御されるの
で、フロント装置を速く動かしたときでも設定領域の境
界に沿ってフロント装置を動かすことができ、領域を制
限した掘削を正確に行うことができる。
【００５７】また、このとき、上記のように予め方向変
換制御で減速されているので、設定領域外への侵入量は
少なくなり、設定領域に戻るときのショックは大幅に緩
和される。このため、フロント装置を速く動かしたとき
でも領域を制限した掘削を滑らかに行うことができ、領
域を制限した掘削を円滑に行うことができる。
【００５８】本発明の第２の実施例を図９により説明す
る。本実施例はアームシリンダ速度を、操作信号からで
はなく、アームの回動角の微分などにより直接演算する
ものである。
【００５９】図９において、本実施例の制御ユニットは
アームシリンダ速度の演算部９Ａｄでは、操作レバー装
置４ｂの指令値を用いる代わりに角度検出器８ｂにより
検出したアームの回動角を用い、座標変換によりアーム
シリンダ変位を求め、それを微分して直接アームシリン
ダ速度を求める。
【００６０】本実施例によっても第１の実施例と同様の
効果が得られる。
【００６１】本発明の第３の実施例を図１０及び図１１
により説明する。本実施例は、操作レバー装置として油
圧パイロット方式を用いた油圧ショベルに適用したもの
である。
【００６２】図１０において、本実施例が適用される油
圧ショベルは、電気方式の操作レバー装置１４ａ〜１４
ｆの代わりに油圧パイロット方式の操作レバー装置４ａ
〜４ｆを備えている。操作レバー装置４ａ〜４ｆは、パ
イロット圧により対応する流量制御弁５ａ〜５ｆを駆動
し、それぞれオペレータにより操作される操作レバー４
０ａ〜４０ｆの操作量と操作方向に応じたパイロット圧
を、パイロットライン４４ａ〜４９ｂを介して、対応す
る流量制御弁の油圧駆動部５０ａ〜５５ｂに供給する。
【００６３】以上のような油圧ショベルに本実施例によ
る領域制限掘削制御装置が設けられている。この制御装
置は、第１の実施例で備えられていたものの他に、アー
ム用の操作レバー装置４ｂのパイロットライン４５ａ，
４５ｂに設けられ、操作レバー装置４ｂの操作量として
パイロット圧を検出する圧力検出器６１ａ，６１ｂと、
一次ポート側がパイロットポンプ４３に接続され電気信
号に応じてパイロットポンプ４３からのパイロット圧を
減圧して出力する比例電磁弁１０ａと、ブーム用の操作
レバー装置４ａのパイロットライン４４ａと比例電磁弁
１０ａの二次ポート側に接続され、パイロットライン４
４ａ内のパイロット圧と比例電磁弁１０ａから出力され
る制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁５ａの油圧駆動
部５０ａに導くシャトル弁１２と、ブーム用の操作レバ
ー装置４ａのパイロットライン４４ｂに設置され、電気
信号に応じてパイロットライン４４ｂ内のパイロット圧
を減圧して出力する比例電磁弁１０ｂとが備えられてい
る。
【００６４】図１１を用いて制御ユニット９Ｂにおける
第１図の実施例との制御機能の違いを説明する。
【００６５】アームシリンダ速度演算部９Ｂｄでは、操
作レバー装置４ｂによる流量制御弁５ｂへの指令値の代
わりに、圧力検出器６１ａ，６１ｂで検出した流量制御
弁５ｂへの指令値（パイロット圧）とアームの流量制御
弁の流量特性とにより、アームシリンダ速度を推定す
る。
【００６６】また、ブームパイロット圧の制限値演算部
９Ｂｈでは、ブームの流量制御弁５ａの流量特性に基づ
き、演算部９ｆで求めたブームシリンダ速度の制限値ｃ
に対応するブームのパイロット圧（指令）制限値を求め
る。
【００６７】更に、比例電磁弁１０ａ，１０ｂ及びシャ
トル弁１２を設けたので、ブーム指令の最大値演算部９
ｊは必要なくなり、その代わりバルブ指令演算部９Ｂｉ
では、ブームパイロット圧の制限値演算部９Ｂｈで得ら
れたパイロット圧の制限値が正の場合には、ブーム上げ
側の比例電磁弁１０ａに制限値に対応する電圧を出力
し、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパイロット圧
を当該制限値にし、ブーム下げ側の比例電磁弁１０ｂに
０の電圧を出力して流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ｂ
のパイロット圧を０にする。また、制限値が負の場合に
は、ブーム下げ側の流量制御弁の油圧駆動部５０ｂのパ
イロット圧を制限するように制限値に対応する電圧を比
例電磁弁１０ｂに出力し、ブーム上げ側の比例電磁弁１
０ａには０の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆動部
５０ａのパイロット圧を０にする。
【００６８】以上において、操作レバー装置４ａ〜４ｃ
はフロント部材であるブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケ
ット１ｃの動作を指示する複数の操作手段を構成し、設
定器７及び領域設定演算部９ｂはフロント装置１Ａの動
き得る領域を設定する領域設定手段を構成し、角度検出
器８ａ〜８ｃ及び傾斜角検出器８ｄはフロント装置１Ａ
の位置と姿勢に関する状態量を検出する第１検出手段を
構成し、フロント姿勢演算部９ａは第１検出手段からの
信号に基づきフロント装置１Ａの位置と姿勢を演算する
第１演算手段を構成し、圧力検出器６１ａ，６１ｂ、ア
ームシリンダ速度演算部９Ｂｄ及びアームによるバケッ
ト先端速度演算部９ｅは、複数の油圧アクチュエータ３
ａ〜３ｆのうち少なくともアーム１ｂ（第１の特定のフ
ロント部材）に係わるアームシリンダ３ｂ（第１の特定
のアクチュエータ）の駆動によるフロント装置１Ａの速
度を演算する第２演算手段を構成し、バケット先端速度
の制限値演算部９ｃ及びブームによるバケット先端速度
の制限値演算部９ｆは、上記第１及び第２演算手段の演
算値を入力し、フロント装置１Ａが設定領域内でその境
界Ｌに接近するとき、その境界Ｌに接近する方向の移動
速度を境界Ｌに接近するに連れて減じることでフロント
装置１Ａの移動方向を徐々に境界Ｌに沿うように変更
し、かつフロント装置１Ａが境界Ｌに達しても境界Ｌに
沿った方向に動くよう、更にフロント装置１Ａが設定領
域外にあるときにはフロント装置１Ａが設定領域に戻る
ように、複数の油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆのうちの
少なくともブーム１ａ（第２の特定のフロント部材）に
係わるブームシリンダ３ａ（第２の特定のアクチュエー
タ）の駆動によるフロント装置１Ａの速度の制限値ｃを
演算する第３演算手段を構成する。
【００６９】また、ブームシリンダ速度の制限値演算部
９ｇ、ブーム指令の制限値演算部９Ｂｈ、バルブ指令演
算部９Ｂｉ、比例電磁弁１０ａ，１０ｂ及びシャトル弁
１２は、第２の特定のアクチュエータ３ａの駆動による
フロント装置１Ａの速度が前記制限値ｃを超えないよう
第２の特定アクチュエータ３ａに係わる操作手段１４ａ
の操作信号を補正する信号補正手段を構成する。
【００７０】更に、操作レバー装置４ａ〜４ｆ及びパイ
ロットライン４４ａ〜４９ｂは油圧制御弁５ａ〜５ｆを
駆動する操作システムを構成し、上記信号補正手段（ブ
ームシリンダ速度の制限値演算部９ｇ、ブーム指令の制
限値演算部９Ｂｈ、バルブ指令演算部９Ｂｉ、比例電磁
弁１０ａ，１０ｂ及びシャトル弁１２）は、第２の特定
のアクチュエータ３ａの駆動によるフロント装置１Ａの
速度が前記制限値ｃを超えないよう第２の特定のアクチ
ュエータ３ａに係わる操作手段４ａのパイロット圧を補
正するパイロット圧補正手段を構成する。
【００７１】また、パイロットライン４４ａは、フロン
ト装置１Ａが設定領域の境界Ｌから遠ざかる方向に動く
よう第２の特定のフロント部材１ａに係わる油圧制御弁
５ａにパイロット圧を導く第１パイロットラインを構成
し、ブームシリンダ速度の制限値演算部９ｇ、ブーム指
令の制限値演算部９Ｂｈ、バルブ指令演算部９Ｂｉは、
第２の特定のアクチュエータ３ａの駆動によるフロント
装置１Ａの速度が前記制限値ｃを超えないよう第１パイ
ロットライン４４ａにおける目標パイロット圧を計算
し、この目標パイロット圧に対応する第１電気信号を出
力する手段を構成し、比例電磁弁１０ａは第１電気信号
を油圧に変換し前記目標パイロット圧に相当する制御圧
を出力する電気油圧変換手段を構成し、シャトル弁１２
は第１パイロットライン４４ａ内のパイロット圧と前記
電気油圧変換手段１０ａから出力された制御圧の高圧側
を選択し該当する油圧制御弁５ａに導く高圧選択手段を
構成する。
【００７２】更に、パイロットライン４４ｂは、フロン
ト装置１Ａが設定領域の境界に接近する方向に動くよう
第２の特定のフロント部材１ａに係わる油圧制御弁５ａ
にパイロット圧を導く第２パイロットラインを構成し、
ブームシリンダ速度の制限値演算部９ｇ、ブーム指令の
制限値演算部９Ｂｈ、バルブ指令演算部９Ｂｉは、第２
の特定のアクチュエータ３ａの駆動によるフロント装置
１Ａの速度が前記制限値ｃを超えないよう第２パイロッ
トライン４４ｂにおける目標パイロット圧を計算し、こ
の目標パイロット圧に対応する第２電気信号を出力する
手段を構成し、比例電磁弁１０ｂは第２パイロットライ
ン４４ｂに設置され、第２電気信号により作動して第２
パイロットライン４４ｂ内のパイロット圧力を前記目標
パイロット圧まで減圧する減圧手段を構成する。
【００７３】以上のように構成した本実施例の動作を、
第１の実施例と同様ブーム下げ動作とアームクラウド操
作について説明する。
【００７４】バケット先端の位置決めを行おうとしてブ
ーム用操作レバー装置４ａの操作レバーをブーム下げ方
向に操作するとその操作レバー装置４ａの指令値である
パイロット圧がパイロットライン４４ｂを介して流量制
御弁５ａのブーム下げ側の油圧駆動部５０ｂに与えられ
る。一方、これと同時に、演算部９ｃでは図５に示す関
係からバケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに
比例したバケット先端速度の制限値ａ（＜０）が計算さ
れ、演算部９ｆではブームによるバケット先端速度の制
限値ｃ＝ａ（＜０）が計算され、ブームパイロット圧の
制限値演算部９Ｂｈでは制限値ｃに応じた負のブーム指
令の制限値が計算され、バルブ指令演算部９Ｂｉではブ
ーム下げ側の流量制御弁の油圧駆動部５０ｂのパイロッ
ト圧を制限するように制限値に対応する電圧を比例電磁
弁１０ｂに出力し、ブーム上げ側の比例電磁弁１０ａに
は０の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａ
のパイロット圧を０にする。このとき、バケット先端が
設定領域の境界Ｌから遠いときは演算部９Ｂｈで求めた
ブームパイロット圧の制限値の絶対値は大きく、これよ
り操作レバー装置４ａのパイロット圧の方が小さいの
で、比例電磁弁１０ｂは操作レバー装置４ａのパイロッ
ト圧をそのまま出力し、これにより操作レバー装置４ａ
のパイロット圧に応じてブームが下がって行く。
【００７５】上記のようにブームが下がり、バケット先
端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて演算部９ｆで計
算されるブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ
（＜０）は大きくなり（｜ａ｜又｜ｃ｜は小さくな
り）、演算部９ｈで求めた対応するブーム指令の制限値
（＜０）の絶対値は小さくなる。そして、この制限値の
絶対値が操作レバー装置４ａの指令値よりも小さくな
り、バルブ指令演算部９Ｂｉから比例電磁弁１０ｂに出
力される電圧がそれに応じて小さくなると、比例電磁弁
１０ｂは操作レバー装置４ａのパイロット圧を減圧して
出力し、流量制御弁５ａのブーム下げ側の油圧駆動部５
０ｂに与えられるパイロット圧を制限値ｃに応じて徐々
に制限する。これにより、設定領域の境界Ｌに近づくに
つれてブーム下げ速度が徐々に制限され、バケット先端
が設定領域の境界Ｌに到達するとブームは停止する。し
たがって、バケット先端の位置決めが簡単に滑らかにで
きる。
【００７６】また、バケット先端が設定領域の境界Ｌか
らはみ出した場合は、演算部９ｃでは図５に示す関係か
らケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例し
たバケット先端速度の制限値ａ（＝ｃ）が正の値として
計算され、バルブ指令演算部９Ｂｉでは制限値ｃに応じ
た電圧を比例電磁弁１０ａに出力し、ブーム上げ側の流
量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａに制限値ａに応じたパ
イロット圧を与える。これにより、ブームは距離Ｄに比
例した速度で領域内に復元するように上げ方向に動かさ
れ、バケット先端が設定領域の境界Ｌまで戻ると停止す
る。したがって、バケット先端の位置決めが更に滑らか
に行える。
【００７７】また、手前方向に掘削しようとしてアーム
用操作レバー装置４ｂの操作レバーをアームクラウド方
向に操作するとその操作レバー装置４ｂの指令値である
パイロット圧が流量制御弁５ｂのアームクラウド側の油
圧駆動部５１ａに与えられ、アームは手前方向に下がる
よう動かされる。一方、これと同時に、操作レバー装置
４ｂのパイロット圧が圧力検出器６１ａで検出され、演
算部９Ｂｄに入力されてアームシリンダ速度が計算さ
れ、演算部９ｅでアームによるバケット先端速度ｂが演
算される。また、演算部９ｃでは図５に示す関係からケ
ット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバ
ケット先端速度の制限値ａ（＜０）が計算され、演算部
９ｆではブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ
ーｂｙが計算される。このとき、バケット先端が設定領
域の境界Ｌから遠く、ａ＜ｂｙ（｜ａ｜＞｜ｂｙ｜）の
ときは制限値ｃは負の値として計算され、バルブ指令演
算部９ｉではブーム下げ側の流量制御弁の油圧駆動部５
０ｂのパイロット圧を制限するように制限値に対応する
電圧を比例電磁弁１０ｂに出力し、ブーム上げ側の比例
電磁弁１０ａには０の電圧を出力し流量制御弁５ａの油
圧駆動部５０ａのパイロット圧を０にする。このとき、
操作レバー装置４ａは操作されていないので、流量制御
弁５ａの油圧駆動部５０ｂにはパイロット圧は出力され
ない。これにより操作レバー装置４ｂのパイロット圧に
応じてアームが手前方向に動かされる。
【００７８】上記のようにアームが手前方向に動かさ
れ、バケット先端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて
演算部９ｃで計算されるバケット先端速度の制限値ａは
大きくなり（｜ａ｜は小さくなり）、この制限値ａが演
算部９ｅで計算されるアームによるバケット先端速度ｂ
の境界Ｌに垂直な成分ｂｙよりも大きくなると、演算部
９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度の制限
値ｃ＝ａーｂｙは正の値となり、バルブ指令演算部９Ｂ
ｉではブーム上げ側の比例電磁弁１０ａに制限値に対応
する電圧を出力し、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａ
のパイロット圧を当該制限値にし、ブーム下げ側の比例
電磁弁１０ｂに０の電圧を出力して流量制御弁５ａの油
圧駆動部５０ｂのパイロット圧を０にする。これによ
り、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分がケット先
端と境界Ｌからの距離Ｄに比例して徐々に制限されるよ
うに、ブーム上げによる補正動作が行われ、アームによ
るバケット先端速度の補正されていない境界Ｌに平行な
成分ｂｘとこの制限値ｃによる補正された速度により、
図７に示すような方向変換制御が行われ、設定領域の境
界Ｌに沿った掘削が行える。
【００７９】また、バケット先端が設定領域の境界から
はみ出した場合は、演算部９ｃでは図５に示す関係から
ケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例した
バケット先端速度の制限値ａが正の値として計算され、
演算部９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度
の制限値ｃ＝ａーｂｙ（＞０）は制限値ａに比例して大
きくなり、バルブ指令演算部９ｉからブーム上げ側の比
例電磁弁１０ａに出力される電圧は制限値ｃに応じて増
大する。これにより、設定領域外では距離Ｄに比例した
バケット先端速度で領域内に復元するように、ブーム上
げによる補正動作が行われ、アームによるバケット先端
速度の補正されていない境界Ｌに並行な成分ｂｘとこの
制限値ｃにより補正された速度により、図８に示すよう
に設定領域の境界Ｌに沿って徐々に戻りながらの掘削が
行える。したがって、アームをクラウドするだけで滑ら
かに設定領域の境界Ｌに沿った掘削が行える。
【００８０】以上のように本実施例によれば、操作手段
として油圧パイロット方式を採用したものにおいて第１
の実施例と同様の効果が得られる。
【００８１】なお、以上の実施例では、設定領域の境界
Ｌに対する距離Ｄとしてバケットの先端について述べた
が、簡易的に実施するならばアーム先端ピンからの距離
をとってもよい。また、フロント装置との干渉を防止し
安全性を図るために領域を設定する場合は、その干渉が
起こり得る他の部位であってもよい。また、フロント装
置１Ａの位置と姿勢に関する状態量を検出する第１検出
手段として角度検出器８ａ〜８ｃを用いたが、角度検出
器８ａ〜８ｃに代え、複数のアクチュエータ３ａ〜３ｃ
のストロークを検出する複数の変位検出器を用いてもよ
い。
【００８２】また、適用される油圧駆動装置はクローズ
ドセンタタイプの流量制御弁１５ａ〜１５ｆ；５ａ〜５
ｆを有するクローズドセンタシステムとしたが、オープ
ンセンタータイプの流量制御弁を用いたオープンセンタ
ーシステムであってもよい。
【００８３】また、バケット先端と設定領域の境界Ｌと
の距離Ｄとバケット先端速度の制限値ａとの関係は直線
的に比例する関係としたが、これに限らず種々の設定が
可能である。
【００８４】更に、バケット先端が設定領域の境界から
離れているときは、目標速度ベクトルをそのまま出力し
たが、この場合でも別の目的をもって当該目標速度ベク
トルを補正してもよい。
【００８５】また、目標速度ベクトルの設定領域の境界
に接近する方向のベクトル成分は設定領域の境界に対し
垂直方向のベクトル成分としたが、設定領域の境界に沿
った方向の動きが得られれば、垂直方向からずれていて
もよい。
【００８６】また、油圧パイロット方式の操作レバー装
置を持つ油圧ショベルに本発明を適用した第３の実施例
では、電気油圧変換手段及び減圧手段として比例電磁弁
１０ａ，１０ｂを用いたが、これらは他の電気油圧変換
手段であってもよい。
【００８７】更に、全ての操作レバー装置４ａ〜４ｆ及
び流量制御弁５ａ〜５ｆを油圧パイロット方式とした
が、少なくともブーム用とアーム用のみが油圧パイロッ
ト方式であればよい。
【００８８】
【発明の効果】本発明によれば、フロント装置が設定領
域に近づくと設定領域の境界に接近する方向の動きを減
速する方向変換制御が行われるので、領域を制限した掘
削を能率良く円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による建設機械の領域制
限掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図であ
る。
【図２】本発明が適用される油圧ショベルの外観を示す
図である。
【図３】制御ユニットの制御機能を示す機能ブロック図
である。
【図４】本実施例の領域制限掘削制御における掘削領域
の設定方法を示す図である。
【図５】バケット先端速度の制限値を求めるときの設定
領域の境界からの距離との関係を示す図である。
【図６】バケット先端が設定領域内にある場合と、設定
領域の境界上にある場合と、設定領域外にある場合のブ
ームによるバケット先端速度の補正動作の違いを示す図
である。
【図７】バケット先端が設定領域内にあるときの補正動
作軌跡の一例を示す図である。
【図８】バケット先端が設定領域外にあるときの補正動
作軌跡の一例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例による建設機械の領域制
限掘削制御装置における制御ユニットの制御機能を示す
図である。
【図１０】本発明の第３の実施例による建設機械の領域
制限掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図であ
る。
【図１１】制御ユニットの制御機能を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ フロント装置 １Ｂ 車体 １ａ ブーム（第２の特定のフロント部材） １ｂ アーム（第１の特定のフロント部材） １ｃ バケット ２ 油圧ポンプ ３ａ ブームシリンダ（第２の特定のアクチュエータ） ３ｂ アームシリンダ（第１の特定のアクチュエータ） ４ａ〜４ｆ；１４ａ〜１４ｆ 操作レバー装置 ５ａ〜５ｆ；１５ａ〜１５ｆ 流量制御弁 ７ 設定器（領域設定手段） ８ａ〜８ｃ 角度検出器（第１検出手段） ８ｄ 傾斜角度検出器（第１検出手段） ９ 制御ユニット ９ａ フロント姿勢演算部（第１演算手段） ９ｂ 領域設定演算部（領域設定手段） ９ｃ バケット先端速度の制限値演算部（第３演算手
段） ９ｄ アームシリンダ速度演算部（第２演算手段） ９ｅ アームによるバケット先端速度演算部（第２演算
手段） ９ｆ ブームによるバケット先端速度の制限値演算部
（第３演算手段） ９ｇ ブームシリンダ速度の制限値演算部（信号補正手
段） ９ｈ ブーム指令の演算部（信号補正手段） ９ｉ ブーム指令の最大値演算部（信号補正手段） ９ｊ バルブ指令演算部（信号補正手段） １０ａ，１０ｂ 比例電磁弁（信号補正手段） １２ シャトル弁（信号補正手段） ３０ａ〜３５ｂ 電磁駆動部 ５０ａ〜５５ｂ 油圧駆動部 ６１ａ，６１ｂ 圧力検出器（第２演算手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 洋 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 羽賀 正和 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (56)参考文献 特開 平６−193090（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−207712（ＪＰ，Ａ) 国際公開95／33100（ＷＯ，Ａ１) 国際公開95／30059（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E02F 3/43 E02F 9/20

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】俯仰動可能な複数のフロント部材により構
    成される多関節型のフロント装置と、前記複数のフロン
    ト部材を駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複
    数のフロント部材の動作を指示する複数の操作手段と、
    前記複数の操作手段の操作に応じて駆動され、前記複数
    の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御す
    る複数の油圧制御弁とを備えた建設機械の領域制限掘削
    制御装置において、 前記フロント装置の動き得る領域を設定する領域設定手
    段と； 前記フロント装置の位置と姿勢に関する状態量を検出す
    る第１検出手段と； 前記第１検出手段からの信号に基づき前記フロント装置
    の位置と姿勢を演算する第１演算手段と； 前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも第１の
    特定のフロント部材に係わる第１の特定のアクチュエー
    タの駆動による前記フロント装置の速度を演算する第２
    演算手段と； 前記第１及び第２演算手段の演算値を入力し、前記フロ
    ント装置が前記設定領域内でその境界に接近するとき、
    その境界に接近する方向の移動速度を境界に接近するに
    連れて減じることで前記フロント装置の移動方向を徐々
    に前記境界に沿うように変更し、かつ前記フロント装置
    が前記境界に達しても前記境界に沿った方向に動くよ
    う、前記複数の油圧アクチュエータのうちの少なくとも
    第２の特定のフロント部材に係わる第２の特定のアクチ
    ュエータの駆動による前記フロント装置の速度の制限値
    を演算する第３演算手段と； 前記第２の特定のアクチュエータの駆動による前記フロ
    ント装置の速度が前記制限値を超えないよう前記第２の
    特定アクチュエータに係わる操作手段の操作信号を補正
    する信号補正手段とを備えることを特徴とする建設機械
    の領域制限掘削制御装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制
    御装置において、前記第３演算手段は、前記フロント装
    置が前記設定領域外にあるときには、前記フロント装置
    が前記設定領域に戻るように、前記複数の油圧アクチュ
    エータのうちの少なくとも第２の特定のフロント部材に
    係わる第２の特定のアクチュエータの駆動による前記フ
    ロント装置の速度の制限値を演算することを特徴とする
    建設機械の領域制限掘削制御装置。
  3. 【請求項３】前記複数の操作手段のうち少なくとも前記
    第２の特定のフロント部材に係わる操作手段は操作信号
    としてパイロット圧を出力する油圧パイロット方式であ
    り、この油圧パイロット方式の操作手段を含む操作シス
    テムが対応する油圧制御弁を駆動する請求項１記載の建
    設機械の領域制限掘削制御装置において、 前記信号補正手段は、前記第２の特定のアクチュエータ
    の駆動による前記フロント装置の速度が前記制限値を超
    えないよう前記第２の特定のアクチュエータに係わる操
    作手段のパイロット圧を補正するパイロット圧補正手段
    であることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装
    置。
  4. 【請求項４】請求項３記載の建設機械の領域制限掘削制
    御装置において、前記操作システムは、前記フロント装
    置が前記設定領域の境界から遠ざかる方向に動くよう前
    記第２の特定のフロント部材に係わる油圧制御弁にパイ
    ロット圧を導く第１パイロットラインを含み、前記パイ
    ロット圧補正手段は、前記第２の特定のアクチュエータ
    の駆動による前記フロント装置の速度が前記制限値を超
    えないよう前記第１パイロットラインにおける目標パイ
    ロット圧を計算し、前記目標パイロット圧に対応する第
    １電気信号を出力する手段と、前記第１電気信号を油圧
    に変換し前記目標パイロット圧に相当する制御圧を出力
    する電気油圧変換手段と、前記第１パイロットライン内
    のパイロット圧と前記電気油圧変換手段から出力された
    制御圧の高圧側を選択し該当する油圧制御弁に導く高圧
    選択手段とを含むことを特徴とする建設機械の領域制限
    掘削制御装置。
  5. 【請求項５】請求項３記載の建設機械の領域制限掘削制
    御装置において、前記操作システムは、前記フロント装
    置が前記設定領域の境界に接近する方向に動くよう前記
    第２の特定のフロント部材に係わる油圧制御弁にパイロ
    ット圧を導く第２パイロットラインを含み、前記パイロ
    ット圧補正手段は、前記第２の特定のアクチュエータの
    駆動による前記フロント装置の速度が前記制限値を超え
    ないよう前記第２パイロットラインにおける目標パイロ
    ット圧を計算し、前記目標パイロット圧に対応する第２
    電気信号を出力する手段と、前記第２パイロットライン
    に設置され、前記第２電気信号により作動して前記第２
    パイロットライン内のパイロット圧力を前記目標パイロ
    ット圧まで減圧する減圧手段とを含むことを特徴とする
    建設機械の領域制限掘削制御装置。
  6. 【請求項６】請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制
    御装置において、前記複数のフロント部材は油圧ショベ
    ルのブームとアームを含み、前記第１の特定のフロント
    部材はアームであり、前記第２の特定のフロント部材は
    ブームであることを特徴とする建設機械の領域制限掘削
    制御装置。
  7. 【請求項７】請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制
    御装置において、前記第２演算手段は、前記複数の操作
    手段のうち前記第１の特定のフロント部材に係わる操作
    手段からの操作信号に基づき前記第１の特定のアクチュ
    エータの駆動によるフロント装置の速度を演算する手段
    であることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装
    置。
  8. 【請求項８】請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制
    御装置において、前記第２演算手段は、前記第１検出手
    段からの信号に基づき前記第１の特定のアクチュエータ
    の駆動によるフロント装置の速度を演算する手段である
    ことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
  9. 【請求項９】請求項１又は２記載の建設機械の領域制限
    掘削制御装置において、前記第３演算手段は、前記第１
    演算手段の演算値から得られる前記フロント装置と前記
    設定領域の境界との距離に基づき前記フロント装置の速
    度の制限値を演算する手段と、前記第２演算手段の演算
    値と前記フロント装置の速度の制限値から前記第２の特
    定のアクチュエータの駆動による前記フロント装置の速
    度の制限値を演算する手段とを含むことを特徴とする建
    設機械の領域制限掘削制御装置。
  10. 【請求項１０】請求項９記載の建設機械の領域制限掘削
    制御装置において、前記フロント装置の速度の制限値を
    演算する手段は、前記フロント装置が設定領域内にある
    ときには前記フロント装置と前記設定領域の境界との距
    離が小さくなるにしたがって小さくなる前記設定領域の
    境界に接近する方向の速度を前記制限値とし、前記フロ
    ント装置が設定領域外にあるときには前記距離が大きく
    なるにしたがって大きくなる前記設定領域の境界に戻る
    方向の速度を前記制限値とした当該距離と速度との関係
    が予め設定されており、前記第１演算手段の演算値から
    得られる前記フロント装置と前記設定領域の境界との距
    離とその予め設定した関係とから前記フロント装置の速
    度の制限値を計算することを特徴とする建設機械の領域
    制限掘削制御装置。
  11. 【請求項１１】請求項１記載の建設機械の領域制限掘削
    制御装置において、前記信号補正手段は、前記第２の特
    定のアクチュエータの駆動による前記フロント装置の速
    度の制限値に対応する前記第２の特定のアクチュエータ
    の目標速度の制限値を演算する手段と、前記第２の特定
    のアクチュエータの目標速度の制限値に対応する前記第
    ２の特定のフロント部材に係わる操作手段の操作信号の
    制限値を演算する手段と、前記第２の特定のフロント部
    材に係わる操作手段からの操作信号の指令値と前記操作
    信号の制限値の絶対値の小さい方を選択する手段とを含
    むことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
  12. 【請求項１２】請求項１記載の建設機械の領域制限掘削
    制御装置において、前記第１検出手段は、前記複数のフ
    ロント部材の回動角を検出する複数の角度検出器を含む
    ことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
  13. 【請求項１３】請求項１記載の建設機械の領域制限掘削
    制御装置において、前記第１検出手段は、前記複数のア
    クチュエータのストロークを検出する複数の変位検出器
    を含むことを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装
    置。
  14. 【請求項１４】請求項１記載の建設機械の領域制限掘削
    制御装置において、前記第１検出手段は、前記建設機械
    の車体の傾斜角を検出する傾斜角検出器を含むことを特
    徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
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