JP3441463B2 - 建設機械の領域制限掘削制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は建設機械の領域制限掘削制御装置に係わり、
特に、多関節型のフロント装置を備えた油圧ショベル等
の建設機械においてフロント装置の動き得る領域を制限
した掘削が行える領域制限掘削制御装置に関する。

背景技術 建設機械の代表例として油圧ショベルがある。油圧シ
ョベルは垂直方向にそれぞれ回動可能なブーム、アーム
及びバケットからなるフロント装置と、上部旋回体及び
下部走行体からなる車体とで構成され、フロント装置の
ブームの基端は上部旋回体の前部に支持されている。こ
のような油圧ショベルでは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がある値より大のときは１
で、それより小のときは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。

また、油圧ショベルにおいて、フロント装置による作
業に支障を生じる作業限界位置を設定し、アームの先端
がこの限界位置より外に出た場合に作業可能領域に戻す
ように制御するものとして、特開昭63−219731号公報に
記載のものがある。

発明の開示 しかしながら、上記従来技術には次のような問題があ
る。

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。また、能率を上げるには侵入不可領域から離れた距
離を掘削しなければならず、所定の領域を掘削すること
ができなくなる。

特開昭63−219731号公報に記載の従来技術では、アー
ムの先端が作業限界位置の外に出るとき、動作速度が速
いと作業限界位置の外に出る量が多くなり、作業可能領
域に急に戻されるためショックが生じるため、円滑な作
業が行えなくなる。

また、上記いずれの従来技術においても、油圧アクチ
ュエータの負荷圧力の変化に伴う油圧制御弁の流量特性
の変化については考慮されていない。このため、油圧制
御弁として特にセンターバイパスタイプの流量制御弁を
使用した場合、油圧アクチュエータの負荷圧力の状態に
よって油圧制御弁の流量特性が変化し、制御演算値と実
際の動きとに差が生じ、安定した精度の良い制御が行え
ないという問題があった、 本発明の第１の目的は、領域を制限した掘削を能率良
く行えかつ油圧アクチュエータの負荷圧力の変化に係わ
らず安定した精度の良い制御が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。

本発明の第２の目的は、領域を制限した掘削を円滑に
行えかつ油圧アクチュエータの負荷圧力の変化に係わら
ず安定した精度の良い制御が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。

上記第１の目的を達成するために、本発明による建設
機械の領域制限掘削制御装置は次の構成を採用する。す
なわち、多関節型のフロント装置を構成する上下方向に
回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動部材
と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油
圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動作を指
示する複数の操作手段と、前記複数の操作手段の操作信
号に応じて駆動され、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、
（ａ）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；（ｂ）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；（ｃ）前記複数
の油圧アクチュエータのうち少なくとも１つの特定のフ
ロント部材に係わる特定のフロントアクチュエータの負
荷圧力を検出する第２検出手段と；（ｄ）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；（ｅ）前記複数の操作手段
のうち前記フロント装置に係わる操作手段の操作信号と
前記第１演算手段の演算値に基づき前記フロント装置の
目標速度ベクトルに関する演算を行い、前記フロント装
置が前記設定領域内でその境界近傍にあるとき、前記フ
ロント装置が前記設定領域の境界に沿った方向には動
き、前記設定領域の境界に接近する方向には移動速度が
減じられるように前記フロント装置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、（ｆ）前記第２検
出手段からの信号に基づき、前記特定のフロントアクチ
ュエータの負荷圧力の変化に係わらず前記フロント装置
が前記目標速度ベクトル通りに動くように前記信号補正
手段で補正された操作信号のうち前記特定のフロント部
材に係わる操作手段の操作信号を更に補正する出力補正
手段とを備える構成とする。

このように信号補正手段によりフロント装置に係わる
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行うことができる。

また、フロント装置の動きが制御されるとき、出力補
正手段において特定のフロントアクチュエータの負荷圧
力の変化に係わらずフロント装置が目標速度ベクトル通
りに動くように操作信号を更に補正することにより、負
荷圧力の変化により油圧制御弁の流量特性が変化して
も、それに対応して操作信号が補正されるため、目標速
度ベクトルの制御演算値と実際の動きとの偏差が少なく
なり、フロント装置が制御演算上の位置から大きくずれ
てしまうことがなくなる。これにより、設定領域の境界
に沿った掘削作業を行うとき、フロント装置を設定領域
の境界に沿って正確に動かすことができるなど、精度の
良い制御が行える。また、制御上大きな偏差が発生しな
いので安定した制御が行える。

上記領域制限掘削制御装置において、好ましくは、前
記信号補正手段は、前記フロント装置に係わる操作手段
の操作信号に基づき前記フロント装置の入力目標速度ベ
クトルを演算する第２演算手段と、前記入力目標速度ベ
クトルの前記設定領域の境界に接近する方向のベクトル
成分を減じるように前記入力目標速度ベクトルを補正す
る第３演算手段と、前記第３演算手段で補正した目標速
度ベクトルに応じて前記フロント装置が動くように該当
する油圧制御弁を駆動するバルブ制御手段とを含み、前
記出力補正手段は前記バルブ制御手段の一部として構成
されている。

また、上記第２の目的を達成するため、本発明による
領域制限掘削制御装置においては、前記信号補正手段
は、前記複数の操作手段のうち前記フロント装置に係わ
る操作手段の操作信号と前記第１演算手段の演算値に基
づき前記フロント装置の目標速度ベクトルに関する演算
を行い、前記フロント装置が前記設定領域内でその境界
近傍にあるときは、前記フロント装置が前記設定領域の
境界に沿った方向には動き、前記設定領域の境界に接近
する方向には移動速度が減じられるように前記フロント
装置に係わる操作手段の操作信号を補正し、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フロント装置に係
わる操作手段の操作信号を補正し、前記出力補正手段
は、前記第２検出手段からの信号に基づき、前記操作信
号がいずれで補正された場合も、前記特定のフロントア
クチュエータの負荷圧力の変化に係わらず前記フロント
装置が前記目標速度ベクトル通りに動くように前記特定
のフロント部材に係わる操作手段の操作信号を更に補正
する構成とする。

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、
信号補正手段がフロント装置を設定領域に戻すようにフ
ロント装置に係わる操作手段の操作信号を補正すること
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。

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。

上記領域制限掘削制御装置において、好ましくは、前
記信号補正手段は、前記フロント装置に係わる操作手段
の操作信号に基づき前記フロント装置の入力目標速度ベ
クトルを演算する第２演算手段と、前記フロント装置が
前記設定領域内でその境界近傍にあるときは、前記入力
目標速度ベクトルの前記設定領域の境界に接近する方向
のベクトル成分を減じるように前記入力目標速度ベクト
ルを補正し、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
に前記入力目標速度ベクトルを補正する第３演算手段
と、前記第３演算手段で補正した目標速度ベクトルに応
じて前記フロント装置が動くように該当する油圧制御弁
を駆動するバルブ制御手段とを含み、前記出力補正手段
は前記バルブ制御手段の一部として構成されている。

上述した領域制限掘削制御装置において、好ましく
は、前記バルブ制御手段は、前記第３演算手段で補正し
た目標速度ベクトルに基づいて前記該当する油圧制御弁
の目標操作指令値を計算する第４演算手段と、前記第４
演算手段で計算した目標操作指令値に基づいて前記該当
する油圧制御弁の操作信号を生成する出力手段とを含
み、前記出力補正手段は前記第４演算手段の一部として
構成され、前記目標操作指令値の計算に際して前記目標
操作指令値の前記特定のフロントアクチュエータに係わ
るものを前記第２検出手段で検出した負荷圧力で補正す
る。

また、好ましくは、前記第４演算手段は、前記第３演
算手段で補正した目標速度ベクトルから目標アクチュエ
ータ速度を計算する目標アクチュエータ速度演算手段
と、前記目標アクチュエータ速度と前記第２検出手段で
検出した負荷圧力とから予め設定した特性に基づいて前
記該当する油圧制御弁の目標操作指令値を計算する目標
操作指令値演算手段とを含む。

更に、上述した領域制限掘削制御装置において、前記
信号補正手段は、前記フロント装置に係わる操作手段の
操作信号に基づき前記フロント装置の入力目標速度ベク
トルを演算する第２演算手段と、前記入力目標速度ベク
トルの前記設定領域の境界に接近する方向のベクトル成
分を減じるように前記入力目標速度ベクトルを補正する
第３演算手段とを含み、領域制限掘削制御装置は、前記
第２検出手段からの信号に基づき、前記特定のフロント
アクチュエータの負荷圧力の変化に係わらず前記操作手
段の操作信号に応じた速度ベクトルとなるよう前記第２
演算手段で計算した入力目標速度ベクトルを補正する入
力補正手段を更に備える。

このように入力補正手段により特定のフロントアクチ
ュエータの負荷圧力の変化に係わらず操作手段の操作に
応じた速度ベクトルとなるよう第２演算手段で計算した
入力目標速度ベクトルを補正することにより、負荷圧力
の変化により油圧制御弁の流量特性が変化しても、それ
に対応して第３演算手段で補正される入力目標速度ベク
トルが補正されるため、この場合も目標速度ベクトルの
制御演算値と実際の動きとの偏差が少なくなり、一層制
御精度が向上する。

好ましくは、前記第２演算手段は前記フロント装置に
係わる操作手段の操作信号に基づいて入力目標アクチュ
エータ速度を計算する第５演算手段と、前記第５演算手
段で計算した入力目標アクチュエータ速度から前記フロ
ント装置の入力目標速度ベクトルを演算する第６演算手
段とを含み、前記入力補正手段は前記第５演算手段の一
部として構成され、前記入力目標アクチュエータ速度の
計算に際して前記特定のフロントアクチュエータの入力
目標アクチュエータ速度を前記第２検出手段で検出した
負荷圧力で補正する。

この場合、好ましくは、前記第５演算手段は、前記フ
ロント装置に係わる操作手段の操作信号と前記第２検出
手段で検出した負荷圧力とから予め設定した特性に基づ
いて前記入力目標アクチュエータ速度を計算する。

また、以上の予め設定した特性は、いずれも好ましく
は、前記特定のフロントアクチュエータに係わる油圧制
御弁の流量負荷特性に基づいて定められる。

また、前記複数の操作手段は前記操作信号として電気
信号を発生する電気レバー方式の操作手段である建設機
械の領域制限掘削制御装置においては、好ましくは、前
記バルブ制御手段は、前記第３演算手段で補正した目標
速度ベクトルに基づいて前記該当する油圧制御弁の目標
操作指令値を計算しそれに応じた電気信号を出力する電
気信号生成手段と、前記電気信号を油圧信号に変換し、
この油圧信号を該当する油圧制御弁に出力する電気油圧
変換手段とを含み、前記出力補正手段は前記電気信号生
成手段の一部として構成され、前記目標操作指令値の計
算に際して前記目標操作指令値の前記特定のフロントア
クチュエータに係わるものを前記第２検出手段で検出し
た負荷圧力で補正する。これにより本発明を電気レバー
方式の操作手段を備えたもので実現できる。

また、前記複数の操作手段は前記操作信号としてパイ
ロット圧を発生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該当
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、好ましくは、前記バルブ制御手段は、
前記第３演算手段で補正した目標速度ベクトルに基づい
て前記該当する油圧制御弁の目標操作指令値を計算しそ
れに応じた電気信号を出力する電気信号生成手段と、前
記電気信号に応じて前記操作手段のパイロット圧に代わ
るパイロット圧を出力するパイロット圧補正手段とを含
み、前記出力補正手段は前記電気信号生成手段の一部と
して構成され、前記目標操作指令値の計算に際して前記
目標操作指令値の前記特定のフロントアクチュエータに
係わるものを前記第２検出手段で検出した負荷圧力で補
正する。

このようにバルブ手段をパイロット圧補正手段を含む
構成とすることにより、領域を制限した掘削を能率良く
行える本発明の機能を油圧パイロット方式の操作手段を
備えたものに容易に付加することができる。

また、フロント部材に対応する操作手段が油圧ショベ
ルのブーム用操作手段及びアーム用操作手段である場
合、アーム用操作手段の操作レバー１本を操作しても上
記のように操作信号（パイロット圧）が出力されるの
で、アーム用の操作レバー１本で設定領域の境界に沿っ
た掘削作業を行うことができる。

以上のように本発明を油圧パイロット方式の操作手段
を備えたもので実現するとき、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から遠ざか
る方向に動くよう該当す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、前記電気信号を油圧信号に変換する電気油圧
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油圧信号の高
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
を含む構成とする。

前記操作システムは、前記フロント装置が前記設定領
域に接近する方向に動くよう該当す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パイロットラインに設置
され、前記電気信号に応じて前記第２パイロットライン
内のパイロット圧力を減圧する減圧手段とを含む構成で
あってもよい。

また、上記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
領域内でその境界近傍にないときには、前記入力目標速
度ベクトルを維持する。これにより、フロント装置が設
定領域外でその境界近傍にないときには、通常作業と同
じように作業することができる。

また、好ましくは、前記入力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前記設定領
域の境界に対し垂直方向のベクトル成分である。

更に、好ましくは、前記第３演算手段は、前記入力目
標速度ベクトルの前記設定領域の境界に接近する方向の
ベクトル成分を減じるように前記入力目標速度ベクトル
を補正するとき、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前記入力目標速度
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
分の減少量が大きくなるように当該ベクトル成分を減じ
る。

また、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に戻るように前記入力目標速度ベ
クトルを補正するとき、前記入力目標速度ベクトルの設
定領域の境界に垂直なベクトル成分を補正し前記設定領
域の境界に接近する方向のベクトル成分に変えることに
より前記入力目標速度ベクトルを補正する。このように
目標速度ベクトルの設定領域の境界に垂直なベクトル成
分を変えることにより、設定領域の境界に沿った方向の
速度成分は減じられないので、設定領域外においてもフ
ロント装置を設定領域の境界に沿って動かすことができ
る。

更に、好ましくは、前記第３演算手段は、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
たがって前記設定領域の境界に接近する方向のベクトル
成分を小さくする。これにより、フロント装置が設定領
域に戻るときの軌跡は設定領域の境界に近づくにつれて
平行となる曲線状となり、設定領域から戻るときの動き
が一層滑らかとなる。

また、上記領域制限掘削制御装置において、好ましく
は、前記フロント装置は油圧ショベルのブームとアーム
を含み、この場合、好ましくは、前記特定のフロントア
クチュエータは少なくとも前記ブームを駆動するブーム
シリンダであり、前記第２検出手段が少なくともブーム
上げ方向の負荷圧力を検出する手段である。

図面の簡単な説明 図１は本発明の第１の実施例による建設機械の領域制
限掘削制御装置を油圧駆動装置と共に示す図である。

図２は本発明が適用される油圧ショベルの外観とその
周囲の設定領域の形状を示す図である。

図３はセンターバイパスタイプの流量制御弁の過渡的
な位置を示す図である。

図４はセンターバイパスタイプの流量制御弁の開度特
性を示す図である。

図５はセンターバイパスタイプの流量制御弁の流量特
性を示す図である。

図６は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７は本実施例の領域制限掘削制御で用いる座標系と
領域の設定方法を示す図である。

図８は傾斜角の補正方法を示す図である。

図９は本実施例で設定される領域の一例を示す図であ
る。

図10は目標シリンダ速度演算部における操作信号と負
荷圧力と流量制御弁の吐出流量との関係を示す図であ
る。

図11は方向変換制御部における処理内容を示すフロー
チャートである。

図12は方向変換制御部におけるバケット先端と設定領
域の境界との距離Yaと係数ｈとの関係を示す図である。

図13はバケットの先端が演算通りに方向変換制御され
たときの軌跡の一例を示す図である。

図14は方向変換制御部における他の処理内容を示すフ
ローチャートである。

図15は方向変換制御部における距離Yaと関数Vcyfとの
関係を示す図である。

図16は復元制御部における処理内容を示すフローチャ
ートである。

図17はバケットの先端が演算通りに復元制御されたと
きの軌跡の一例を示す図である。

図18は目標パイロット圧演算部における出力用のシリ
ンダ速度と負荷圧力と目標パイロット圧との関係を示す
図である。

図19は本発明の第２の実施例による建設機械の領域制
限掘削制御装置を油圧駆動装置と共に示す図である。

図20は油圧パイロット方式の操作レバー装置の詳細を
示す図である。

図21は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22は本発明の第３の実施例による建設機械の領域制
限掘削制御装置における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23は目標シリンダ速度演算部における操作信号と流
量制御弁の吐出流量との関係を示す図である。

図24は本発明の第４の実施例による建設機械の領域制
限掘削制御装置を油圧駆動装置とともに示す図である。

図25は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26は目標シリンダ速度演算部における操作信号と負
荷圧力と流量制御弁の吐出流量との関係及び操作信号と
吐出流量との関係を示す図である。

図27は目標パイロット圧演算部における出力用のシリ
ンダ速度と負荷圧力と目標パイロット圧との関係及び出
力用のシリンダ速度と目標パイロット圧との関係を示す
図である。

図28は本発明の更に他の実施例として、本発明が適用
されるオフセット式油圧ショベルの上面図である。

図29は本発明の更に他の実施例として、本発明が適用
される２ピースブーム式油圧ショベルの側面図である。

発明を実施するための最良の形態 以下、本発明を油圧ショベルに適用した場合のいくつ
かの実施例を図面を用いて説明する。

第１の実施例 まず、本発明の第１の実施例を図１〜図18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3c、旋回モータ3d及び左右の走行モータ3e,3
f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204a〜204f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、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5a〜5fと、油圧ポンプ２と流量制御弁5a〜5f
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。

また、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3b、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
204a〜204fにより指示される。

操作レバー装置204a〜204fは操作信号として電気信号
を発生する電気レバー方式であり、それぞれ、オペレー
タにより操作される操作レバー240と、操作レバー240の
操作量と操作方向を検出しそれに応じた電気信号を発生
する信号発生部241とより構成され、それらの電気信号
は制御ユニット209に入力される。制御ユニット209は入
力した電気信号に基づいて比例電磁弁210a,210b;211a,2
11b;212a,212b;213a,213b;214a,214b;215a,215bに電気
信号を出力する。図示の簡略化のため、比例電磁弁213
a,213b;214a,214b;215a,215bはブロックで示してある。
比例電磁弁210a〜215bは制御ユニット209からの電気信
号に応じたパイロット圧を生成するもので、それらの一
次ポートはパイロット油圧源243に接続され、二次ポー
トはパイロットライン244a,244b;245a,245b;246a,246b;
247a,247b;248a,248b;249a,249bを介して対応する流量
制御弁の油圧駆動50a,50b;51a,51b;52a,52b;53a,53b;54
a,54b;55a,55bに接続され、生成したパイロット圧を流
量制御弁の操作信号として出力する。

流量制御弁5a〜5fはセンターバイパスタイプの流量制
御弁であり、各流量制御弁のセンターバイパス通路はセ
ンターバイパスライン242により直列に接続され、セン
ターバイパスライン242の上流側は供給ライン243を介し
て油圧ポンプ２に接続され、下流側はタンクに接続され
ている。

各流量制御弁5a〜5fは、流量制御弁5aで代表して図３
に示すように、メータインの可変絞り254a,254b（以下2
54で代表する）及びメータアウトの可変絞り255a,255b
（以下255で代表する）が形成されていると共に、セン
ターバイパス通路にはブリードオフ用の可変絞り256a,2
56b（以下256で代表する）が設けられている。これらメ
ータインの可変絞り254及びメータアウトの可変絞り255
とブリードオフ用の可変絞り256における流量制御弁の
スプールストロークＳと開口面積Ａとの関係は図４に示
すようである。すなわち、図中、257,258がメータイン
の可変絞り254及びメータアウトの可変絞り255の開口面
積の特性であり、259がブリードオフ用の可変絞り256の
開口面積の特性であり、メータインの可変絞り254及び
メータアウトの可変絞り255はスプールストロークが０
のとき（流量制御弁が中立位置にあるとき）には全閉
し、スプールストロークが増加するにしたがって開口面
積を増加させるのに対して、ブリードオフ用の可変絞り
256はスプールストロークが０のときには全開し、スプ
ールストロークが増加するにしたがって開口面積を減少
させる関係となっている。

以上のセンターバイパスタイプの流量制御弁では、中
立位置にあるときにはメータイン及びメータアウトの可
変絞り254,255は全閉するとともに、ブリードオフ用の
可変絞り256は全開し、油圧ポンプ１からの圧油はセン
ターバイパスライン242を通ってタンクに流出する。こ
の時の油圧ポンプ１の吐出圧力は最低圧になっている。
この状態から操作レバー装置が操作され、スプールスト
ロークＳが増すにしたがって、メータインの可変絞り25
4及びメータアウトの可変絞り255の開口面積Ａが増して
いくとともに、ブリードオフの可変絞り256の開口面積
Ａが小さくなっていくので、油圧ポンプ１の吐出圧力が
上昇してゆき、この吐出圧力が油圧アクチュエータ、例
えばブームシリンダ3aの負荷圧力より大きくなると、油
圧ポンプ２からの圧油がアクチュエータに流入し始め、
ポンプ２からセンターバイパスライン242を通ってタン
クに流出していた流量が減少してゆき、アクチュエータ
にはポンプ吐出流量からセンターバイパスラインを通っ
て流出する流量を差し引いた流量が供給される。この供
給流量はスプールストロークＳの増加と共に増加し、メ
ータインの可変絞り254の開口面積が最大になると供給
流量も最大となる。

図５に以上のように動作する流量制御弁の流量特性
（メータリング特性）を示す。横軸には操作信号（パイ
ロット圧）をとっている。操作信号が大きくなりある値
を越すと、上記のようにポンプ吐出圧力が負荷圧力より
大きくなってアクチュエータに圧油が流入し始め、その
流量は操作信号の増大とともに増大する。また、アクチ
ュエータの負荷圧力が増大すると、ポンプ吐出圧力が負
荷圧力よりも大きくなる操作信号（スプールストロー
ク）が増大側にシフトし、アクチュエータへの圧油の流
入を開始させる操作信号も増大する。また、アクチュエ
ータの負荷圧力が増大すると、メータインの可変絞りが
最大開口面積以下では同じ操作信号に対してアクチュエ
ータに供給される流量（流量制御弁の吐出流量）は減少
する。このように流量制御弁5a〜5fの流量特性は負荷圧
力に応じて変化することから、本明細書中ではこの流量
特性を「流量負荷特性」と呼ぶ。

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1A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θを検出する傾
斜角検出器8dと、ブームシリンダ3a及びアームシリンダ
3bのアクチュエータラインに接続され、それぞれの負荷
圧力を検出する圧力検出器270a,270b;271a,271bと、設
定器７の設定信号、角度検出器8a,8b,8c及び傾斜角検出
器8dの検出信号、操作レバー装置204a,204bの操作信号
（電気信号）、及び圧力検出器270a,270b;271a,271b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
めの電気信号を比例電磁弁210a〜211bに出力する上記の
制御ユニット209とで構成されている。

設定器７は、操作パネルあるいはグリップ上に設けら
れたスイッチ等の操作手段により設定信号を制御ユニッ
ト209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、他の補助手段であってもよ
い。また、ICカードによる方法、バーコードによる方
法、レーザによる方法、無線通信による方法等、他の方
法を用いてもよい。

制御ユニット209の領域制限掘削制御装置に係わる部
分の制御機能を図６に示す。制御ユニット209は、領域
設定演算部9a、フロント姿勢演算部9b、負荷圧力補正目
標シリンダ速度演算部209c、目標先端速度ベクトル演算
部9d、方向変換制御部9e、補正後目標シリンダ速度演算
部9f、復元制御演算部9g、補正後目標シリンダ速度演算
部9h、目標シリンダ速度選択部9i、負荷圧力補正目標パ
イロット圧演算部209j、バルブ指令演算部9kの各機能を
有している。

領域設定演算部9a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７を用いて説明する。なお、本実施例は垂直面
内に掘削領域を設定するものである。

図７において、オペレータの操作でバケット1cの先端
を点P1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、次に設定器７を
操作してその位置からの深さh1を入力して深さにより設
定すべき掘削領域の境界上の点P1＊を指定する。次に、
バケット1cの先端を点P2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、同様に設定器７を操作してその位置からの深さh2を
入力して深さにより設定すべき掘削領域の境界上の点P2
＊を指定する。そして、P1＊,P2＊の２点を結んだ線分
の直線式を計算して掘削領域の境界とする。

ここで、２点P1,P2の位置はフロント姿勢演算部9bに
て計算し、領域設定演算部9aはその位置情報を用いて上
記直線式を計算する。

制御ユニット209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、フロント姿勢演算
部9bはこれらのデータと、角度検出器8a,8b,8cで検出し
た回動角α、β、γの値を用いて２点P1,P2の位置を計
算する。このとき、２点P1,P2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（X1,Y1）（X
2,Y2）として求める。XY座標系は本体1Bに固定した直交
座標系であり、垂直面内にあるとする。回動角α、β、
γからXY座標系の座標値（X1,Y1）（X2,Y2）は、ブーム
1aの回動支点とアーム1bの回動支点との距離をL1、アー
ム1bの回動支点とバケット1cの回動支点との距離をL2、
バケット1cの回動支点とバケット1cの先端との距離をL3
とすれば、下記の式より求まる。

Ｘ＝L1sinα＋L2sin（α＋β）＋L3sin（α＋β＋γ） Ｙ＝L1cosα＋L2cos（α＋β）＋L3cos（α＋β＋γ） 領域設定演算部9aでは、掘削領域の境界上の２点P1
＊,P2＊の座標値を、それぞれ、Ｙ座標の下記の計算、 Y1＊＝Y1−h1 Y2＊＝Y2−h2 を行うことにより求める。また、P1＊,P2＊の２点を結
んだ線分の直線式は下記の式により計算する。

Ｙ＝（Y2＊−Y1＊）X/（X2−X1） ＋（X2Y1＊−X1Y2＊）／（X2−X1） 更に、上記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P2＊を原点とするXaYa座標系を設定
し、XY座標系からXaYa座標系への変換データを求める。

また、図８に示すように車体1Bが傾いたときは、バケ
ットと先端と地面との相対位置関係が変化するので、掘
削領域の設定が正しく行えなくなる。そこで本実施例で
は、車体1Bの傾斜角θを傾斜角検出器8dで検出し、フロ
ント姿勢演算部9bでその傾斜角θの値を入力し、XY座標
系を角度θ回転させたXbYb座標系でバケット先端の位置
を計算する。これにより、車体1Bが傾いていても正しい
領域設定が行える。なお、車体が傾いたときには車体の
傾きを修正してから作業するとか、車体が傾斜しないよ
うな作業現場で用いる場合には、必ずしも傾斜角検出器
は必要としない。

以上は１本の直線で掘削領域の境界を設定した例であ
るが、複数本の直線を組み合わせることにより垂直面内
で任意の形状の掘削領域を設定できる。図９はその一例
を示すもので、３本の直線A1,A2,A3を用いて掘削領域を
設定している。この場合も、各直線A1,A2,A3について上
記と同様の操作及び演算を行うことにより掘削領域の境
界を設定できる。

フロント姿勢演算部9bでは、上記したように、制御ユ
ニット209の記憶装置に記憶したフロント装置1A及び車
体1Bの各部寸法と、角度検出器8a,8b,8cで検出した回動
角α，β，γの値を用いてフロント装置1Aの所定部位の
位置をXY座標系の値として演算する。

負荷圧力補正目標シリンダ速度演算部209cでは操作レ
バー装置204a,204bからの電気信号（操作信号）と圧力
検出器270a〜271bで検出した負荷圧力を入力し、負荷圧
力で補正した流量制御弁5a,5bの入力目標吐出流量（以
下、単に目標吐出流量という）を求め、更にこの目標吐
出流量からブームシリンダ3a及びアームシリンダ3bの目
標速度を計算する。制御ユニット209の記憶装置には図1
0に示すような操作信号PBU,PBD,PAC,PADと負荷圧力PLB
1,PLB2,PLA1,PLA2と流量制御弁5a,5bの目標吐出流量VB,
VAとの関係FBU,FBD,FAC,FADが記憶されており、目標シ
リンダ速度演算部209cはこの関係を用いて流量制御弁5
a,5bの目標吐出流量を求める。

ここで、図10に示す関係は図５に示す流量制御弁5a,5
bの流量負荷特性に基づくものであり、関係FBUは流量制
御弁5aをブーム上げ方向に移動したときの流量負荷特性
に対応し、関係FBDは流量制御弁5aをブーム下げ方向に
移動したときの流量負荷特性に対応し、関係FACは流量
制御弁5bをアームクラウド方向に移動したときの流量負
荷特性に対応し、関係FADはは流量制御弁5bをアームダ
ンプ方向に移動したときの流量負荷特性に対応する。こ
のように流量制御弁5a,5bの流量特性が負荷圧力により
変化することを考慮して、この流量負荷特性に合わせて
関係FBU,FBD,FAC,FADを設定することにより、ブームシ
リンダ3a及びアームシリンダ3bの負荷圧力の変化に係わ
らず操作レバー装置204a,204bの操作に応じた目標流量
（目標シリンダ速度）が得られるよう補正され、正確な
目標シリンダ速度が計算できる。

なお、制御ユニット209の記憶装置に事前に計算した
操作信号と負荷圧力と目標シリンダ速度との関係を記憶
しておき、操作信号から直接目標シリンダ速度を求めて
もよい。

目標先端速度ベクトル演算部9dでは、フロント姿勢演
算部9bで求めたバケットの先端位置及び目標シリンダ速
度演算部209cで求めた目標シリンダ速度と、制御ユニッ
ト209の記憶装置に記憶してある先のL1,L2,L3等の各部
寸法とからバケット1cの先端の入力目標速度ベクトルVc
（以下、単に目標速度ベクトルVcという）を求める。こ
のとき、目標速度ベクトルVcは図７に示すXY座標系の値
として求め、次にこの値を用いて領域設定演算部9aで先
に求めたXY座標系からXaYa座標系への変換データを用て
XaYa座標系の値として求める。ここで、XaYa座標系での
目標速度ベクトルVcのXa座標値Vcxは目標速度ベクトルV
cの設定領域の境界に平行な方向のベクトル成分とな
り、Ya座標値Vcyは目標速度ベクトルVcの設定領域の境
界に垂直な方向のベクトル成分となる。

方向変換制御部9eでは、バケット1cの先端が設定領域
内でその境界近傍にあり、目標速度ベクトルVcが設定領
域の境界に接近する方向の成分を持つ場合、垂直なベク
トル成分を設定領域の境界に近づくにつれて減じるよう
に補正する。換言すれば、垂直方向のベクトル成分Vcy
にそれよりも小さい設定領域から離れる方向のベクトル
（逆方向ベクトル）を加える。

図11に方向変換制御部9eでの制御内容をフローチャー
トで示す。まず、手順100において、目標速度ベクトルV
cの設定領域の境界に対して垂直な成分、すなわちXaYa
座標系でのYa座標値Vcyの正負を判定し、正の場合はバ
ケット先端が設定領域の境界から離れる方向の速度ベク
トルであるので、手順101に進み、目標速度ベクトルVc
のXa座標値Vcx及びYa座標値Vcyをそのまま補正後のベク
トル成分Vcxa,Vcyaとする。負の場合はバケット先端が
設定領域の境界に接近する方向の速度ベクトルであるの
で、手順102に進み、方向変換制御のため目標速度ベク
トルVcのXa座標値Vcxはそのまま補正後のベクトル成分V
cxaとし、Ya座標値Vcyはこれに係数ｈを乗じた値を補正
後のベクトル成分Vcyaとする。

ここで、係数ｈは図12に示すように、バケット1cの先
端と設定領域の境界との距離Yaが設定値Ya1より大きい
ときは１であり、距離Yaが設定値Ya1より小さくなる
と、距離Yaが小さくなるにしたがって１より小さくな
り、距離Yaが０になると、すなわちバケット先端が設定
領域の境界上に達すると０となる値であり、制御ユニッ
ト209の記憶装置にはこのようなｈとYaの関係が記憶さ
れている。

方向変換制御部9eでは、領域設定演算部9aで先に演算
で求めたXY座標系からXaYa座標系への変換データを用い
て、フロント姿勢演算部9bで求めたバケットｃの先端位
置をXaYa座標系に変換し、そのYa座標値からバケット1c
の先端と設定領域の境界との距離Yaを求め、この距離Ya
から図12の関係を用いて係数ｈを求める。

以上のように目標速度ベクトルVcの垂直方向のベクト
ル成分Vcyを補正することにより、距離Yaが小さくなる
にしたがって垂直方向のベクトル成分Vcyの減少量が大
きくなるようベクトル成分Vcyが減じられ、目標速度ベ
クトルVcは目標速度ベクトルVcaに補正される。ここ
で、設定領域の境界から距離Ya1の範囲は方向変換領域
または減速領域と呼ぶことができる。

バケット1cの先端が上記のような補正後の目標速度ベ
クトルVcaの通りに方向変換制御されたときの軌跡の一
例を図13に示す。目標速度ベクトルVcが斜め下方に一定
であるとすると、その平行成分Vcxは一定となり、垂直
成分Vcyはバケット1cの先端が設定領域の境界に近づく
にしたがって（距離Yaが小さくなるにしたがって）小さ
くなる。補正後の目標速度ベクトルVcaはその合成であ
るので、軌跡は図13のように設定領域の境界に近づくに
つれて平行となる曲線状となる。また、Ya＝０でｈ＝０
とすれば、設定領域の境界上での補正後の目標速度ベク
トルVcaは平行成分Vcxに一致する。

図14に方向変換制御部9eでの制御の他の例をフローチ
ャートで示す。この例では、手順100において、目標速
度ベクトルVcの設定領域の境界に対して垂直な成分（目
標速度ベクトルVcのYa座標値）Vcyが負と判定される
と、手順102Aに進み、制御ユニット209の記憶装置に記
憶してある図15に示すようなVcyf＝ｆ（Ya）の関数関係
からバケット1cの先端と設定領域の境界との距離Yaに対
応する減速したYa座標値Vcyfを求め、このYa座標値Vcyf
とVcyの小さい方を補正後のベクトル成分Vcyaとする。
このようにすると、バケット1cの先端をゆっくりと動か
しているときは、バケット先端が設定領域の境界に近付
いてもそれ以上は減速されず、オペレータの操作通りの
動作が得られるという利点がある。

なお、上記のようにバケット先端の目標速度ベクトル
の垂直成分を減じても、流量制御弁、その他油圧機器の
製作公差によるバラツキ等により垂直ベクトル成分を垂
直方向距離Ya＝０で０にするのは極めて難しく、バケッ
ト先端が設定領域外に侵入することがある。しかし、本
実施例では後述する復元制御を併用するので、バケット
先端はほぼ設定領域の境界上で動作することになる。ま
た、このように復元制御をを併用することから、図12及
び図15に示す関係を、垂直方向距離Ya＝０で係数ｈや減
速したYa座標値Vcyfが少し残るように設定してもよい。

また、上記の制御では、目標速度ベクトルの水平成分
（Xa座標値）はそのまま維持したが、必ずしも維持しな
くてもよく、水平成分を増やし増速してもよいし、水平
成分を減らし減速してもよい。後者については別実施例
として後述する。

補正後目標シリンダ速度演算部9fでは、方向変換制御
部9eで求めた補正後の目標速度ベクトルからブームシリ
ンダ3a及びアームシリンダ3bの目標シリンダ速度を演算
する。これは目標先端速度ベクトル演算部9dでの演算の
逆演算である。

ここで、図11または図14のフローチャートで手順102
または102Aの方向変換制御（減速制御）を行う場合は、
その方向変換制御に必要なブームシリンダ及びアームシ
リンダの動作方向を選択し、その動作方向における目標
シリンダ速度を演算する。一例として、手前方向に掘削
しようとしてアームクラウドをする場合（アームクラウ
ド操作）と、ブーム下げ・アームダンプの複合操作でバ
ケット先端を押し方向に操作した場合（アームダンプ複
合操作）について説明する。

アームクラウド操作の場合は、目標速度ベクトルVcの
垂直成分Vcyの減じ方に、 （１）ブーム1aを上げることで減じる方法； （２）アーム1bのクラウド動作を減速して減じる方法； （３）両者を組み合わせることにより減じる方法； の３通りがあり、（３）の組み合わせる場合、その組み
合わせの割合はそのときのフロント装置の姿勢、水平方
向のベクトル成分等に応じて異なる。いずれにしてもこ
れらは制御ソフトで決まる。本実施例では復元制御と併
用するので、ブーム1aを上げることで減じる方法を含む
（１）または（３）が好ましく、動作の滑らかさという
点で（３）が最も好ましいと考えられる。

アームダンプ複合操作では、アームを車体側の位置
（手前の位置）からダンプ操作する場合に設定領域の外
に出る方向の目標ベクトルを与えることになる。したが
って、目標速度ベクトルVcの垂直成分Vcyを減じるため
には、ブーム下げをブーム上げに切換え、アームダンプ
を減速する必要がある。その組み合わせも制御ソフトで
決まる。

復元制御部9gでは、バケット1cの先端が設定領域の外
に出たとき、設定領域の境界からの距離に関係して、バ
ケット先端が設定領域に戻るように目標速度ベクトルを
補正する。換言すれば、垂直方向のベクトル成分Vcyに
それよりも大きな設定領域に接近する方向のベクトル
（逆方向ベクトル）を加える。

図16に復元制御部9gでの制御内容をフローチャートで
示す。まず、手順110において、バケット1cの先端と設
定領域の境界との距離Yaの正負を判定する。ここで、距
離Yaは前述したようにXY座標系からXaYa座標系への変換
データを用いて、フロント姿勢演算部9bで求めたフロン
ト先端の位置をXaYa座標系に変換し、そのYa座標値から
求める。距離Yaが正の場合、バケット先端がまだ設定領
域内にあるので手順111に進み、先に説明した方向変換
制御を優先するため目標速度ベクトルVcのXa座標値Vcx
及びYa座標値Vcyをそれぞれ０とする。負の場合はバケ
ット先端が設定領域の境界の外に出たので、手順112に
進み、復元制御のため目標速度ベクトルVcのXa座標値Vc
xはそのまま補正後のベクトル成分Vcxaとし、Ya座標値V
cyはバケット先端と設定領域の境界との距離Yaに係数−
Ｋを乗じた値を補正後のベクトル成分Vcyaとする。ここ
で、係数Ｋは制御上の特性から決められる任意の値であ
り、−KYaは距離Yaが小さくなるにしたがって小さくな
る逆方向の速度ベクトルとなる。なお、Ｋは距離Yaが小
さくなると小さくなる関数であっても良く、この場合、
−KYaは距離Yaが小さくなるにしたがって小さくなる度
合いが大きくなる。

以上のように目標速度ベクトルVcの垂直方向のベクト
ル成分Vcyを補正することにより、距離Yaが小さくなる
にしたがって垂直方向のベクトル成分Vcyが小さくなる
よう、目標速度ベクトルVcは目標速度ベクトルVcaに補
正される。

バケット1cの先端が上記のような補正後の目標速度ベ
クトルVcaの通りに復元制御されたときの軌跡の一例を
図17に示す。目標速度ベクトルVcが斜め下方に一定であ
るとすると、その平行成分Vcxは一定となり、また復元
ベクトルVcya（＝−KYa）は距離Yaに比例するので垂直
成分はバケット1cの先端が設定領域の境界に近づくにし
たがって（距離Yaが小さくなるにしたがって）小さくな
る。補正後の目標速度ベクトルVcaはその合成であるの
で、軌跡は図17のように設定領域の境界に近づくにつれ
て平行となる曲線状となる。

このように、復元制御部9gではバケット1cの先端が設
定領域に戻るように制御されるため、設定領域外に復元
領域が得られることになる。また、この復元制御でも、
バケット1cの先端の設定領域の境界に接近する方向の動
きが減速されることにより、結果としてバケット1cの先
端の移動方向が設定領域の境界に沿った方向に変換さ
れ、この意味でこの復元制御も方向変換制御ということ
ができる。

補正後目標シリンダ速度演算部9hでは、復元制御部9g
で求めた補正後の目標速度ベクトルからブームシリンダ
3a及びアームシリンダ3bの目標シリンダ速度を演算す
る。これは目標先端速度ベクトル演算部9dでの演算の逆
演算である。

ここで、図16のフローチャートで手順112の復元制御
を行う場合は、その復元制御に必要なブームシリンダ及
びアームシリンダの動作方向を選択し、その動作方向に
おける目標シリンダ速度を演算する。ただし、復元制御
ではブーム1aを上げることでバケット先端を設定領域に
戻すため、ブーム１の上げ方向が必ず含まれる。その組
み合わせも制御ソフトで決まる。

目標シリンダ速度選択部9iでは目標シリンダ速度演算
部9fで得た方向変換制御による目標シリンダ速度と目標
シリンダ速度演算部9hで得た復元制御による目標シリン
ダ速度の値の大きい方（最大値）を選択し、出力用の目
標シリンダ速度とする。

ここで、バケット先端と設定領域の境界との距離Yaが
正の場合は、図16の手順111で目標速度ベクトル成分は
共に０とされ、図11の手順101または102における速度ベ
クトル成分の値の方が常に大となるので、目標シリンダ
速度演算部9fで得た方向変換制御による目標シリンダ速
度が選択され、距離Yaが負で目標速度ベクトルの垂直成
分Vcyが負の場合は、図11の手順102においてｈ＝０で補
正後の垂直成分Vcyaは０となり、図16の手順112におけ
る垂直成分の値の方が常に大となるので、目標シリンダ
速度演算部9hで得た復元制御による目標シリンダ速度が
選択され、距離Yaが負で目標速度ベクトルの垂直成分Vc
yが正の場合は、図11の手順101における目標速度ベクト
ルVcの垂直成分Vcyと図16の手順112における垂直成分KY
aの値の大小に応じて、目標シリンダ速度演算部9fまた
は9hで得た目標シリンダ速度が選択される。なお、選択
部9iでは最大値を選択する代わりに両者の和をとるな
ど、別の方法であってもよい。

負荷圧力補正目標パイロット圧演算部209jでは、目標
シリンダ速度選択部9iで得た出力用の目標シリンダ速度
と圧力検出器270a〜271bで検出した負荷圧力を入力し、
負荷圧力で補正した目標パイロット圧（目標操作指令
値）を演算する。これは負荷圧力補正目標シリンダ速度
演算部209cでの演算の逆演算である。

すなわち、制御ユニット209の記憶装置には図18に示
すような出力用の目標シリンダ速度VB′,VA′と負荷圧
力PLB1,PLB2,PLA1,PLA2と目標パイロット圧Ｐ′BU,P′B
D,P′AC,P′ADとの関係GBU,GBD,GAC,GADが記憶されてお
り、目標パイロット圧演算部209jはこの関係を用いて流
量制御弁5a,5bを駆動するための目標パイロット圧を求
める。

ここで、図18に示す関係は、図10に示す関係において
操作信号PBU,PBD,PAC,PADを目標パイロット圧Ｐ′BU,
P′BD,P′AC,P′ADに置き換え、目標吐出流量VB,VAを出
力用の目標シリンダ速度VB′,VA′に置き換えたもので
あり、図５に示す流量制御弁5a,5bの流量負荷特性に基
づくものである。このように流量制御弁5a,5bの流量特
性が負荷圧力により変化することを考慮して、その流量
負荷特性に合わせて関係GBU,GBD,GAC,GADを設定するこ
とにより、ブームシリンダ3a及びアームシリンダ3bの負
荷圧力の変化に係わらずフロント装置の先端が出力用の
目標速度ベクトルに応じて動くようにパイロット圧（操
作信号）が補正される。

バルブ指令演算部9kでは、目標パイロット圧演算部20
9jで計算した目標パイロット圧からそのパイロット圧を
得るための比例電磁弁210a,210b,211a,211bの指令値を
演算する。この指令値は増幅器で増幅され、電気的な駆
動信号として比例電磁弁210a,210b,211a,211bに出力さ
れる。

ここで、図11または図14のフローチャートで手順102
または102Aの方向変換制御（減速制御）を行う場合、先
に述べたようにアームクラウド動作ではブーム上げ、ア
ームクラウドの減速が含まれるが、ブーム上げではブー
ム上げ側のパイロットライン244aに係わる比例電磁弁21
0aに電気信号を出力し、アームクラウドの減速ではアー
ムクラウド側のパイロットライン245aに設置された比例
電磁弁211aに電気信号を出力する。アームダンプ複合操
作では、ブーム下げをブーム上げに切換え、アームダン
プを減速するが、ブーム下げをブーム上げに切換えるに
はブーム下げ側のパイロットライン244bに設置された比
例電磁弁210bへ出力する電気信号を０にし、比例電磁弁
210aに電気信号を出力し、アームダンプの減速ではアー
ムダンプ側のパイロットライン245bに設置された比例電
磁弁211bに電気信号を出力する。なお、それ以外の場
合、比例電磁弁210a,210b,211a,211bには関連するパイ
ロットラインのパイロット圧に応じた電気信号が出力さ
れ、当該パイロット圧をそのまま出力できるようにす
る。

以上の構成において、操作レバー装置204a〜204fは複
数の被駆動部材であるブーム1a、アーム1b、バケット1
c、上部旋回体1d及び下部走行体1eの動作を指示する複
数の操作手段を構成し、設定器７とフロント領域設定演
算部9a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、圧力検出器270a〜271bは特
定のフロント部材であるブーム1a及びアーム1bに係わる
特定のフロントアクチュエータであるブームシリンダ3a
及びアームシリンダ3bの負荷圧力を検出する第２検出手
段を構成し、フロント姿勢演算部9b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演算手段を構成する。

また、目標シリンダ速度演算部209c、目標先端速度ベ
クトル演算部9d、方向変換制御部9e、復元制御部9g、補
正後目標シリンダ速度演算部9f,9h、目標シリンダ速度
選択部9i、負荷圧力補正目標パイロット圧演算部209j、
バルブ指令演算部9k及び比例電磁弁210a〜211bは、複数
の操作手段のうちフロント装置1Aに係わる操作手段204
a,204bの操作信号と上記第１演算手段の演算値に基づき
フロント装置1Aの目標速度ベクトルVcaに関する演算を
行い、フロント装置1Aが設定領域内でその境界近傍にあ
るときは、フロント装置1Aが設定領域の境界に沿った方
向には動き、設定領域の境界に接近する方向には移動速
度が減じられるようにフロント装置1Aに係わる操作手段
204a,204bの操作信号を補正し、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
るようにフロント装置1Aに係わる操作手段204a,204bの
操作信号を補正しする信号補正手段を構成し、負荷圧力
補正目標パイロット圧演算部209jは、第２検出手段（圧
力検出器270a〜271b）からの信号に基づき、操作信号が
いずれで補正された場合も、上記特定のフロントアクチ
ュエータ（ブームシリンダ3a及びアームシリンダ3b）の
負荷圧力の変化に係わらずフロント装置1Aが目標速度ベ
クトルVca通りに動くように上記信号補正手段で補正さ
れた操作信号のうち特定のフロント部材（ブーム1a及び
アーム1b）に係わる操作手段204a,204bの操作信号を更
に補正する出力補正手段を構成する。

また、目標シリンダ速度演算部209c及び目標先端速度
ベクトル演算部9dはフロント装置1Aに係わる操作手段20
4a,204bの操作信号に基づきフロント装置1Aの入力目標
速度ベクトルVcを演算する第２演算手段を構成し、方向
変換制御部9e及び復元制御部9gは、フロント装置1Aが設
定領域内でその境界近傍にあるときは、入力目標速度ベ
クトルVcの設定領域の境界に接近する方向のベクトル成
分を減じるように入力目標速度ベクトルVcを補正し（方
向変換制御部9e）、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入力
目標速度ベクトルVcを補正する（復元制御部9g）第３演
算手段を構成し、補正後目標シリンダ速度演算部9f,9
h、目標シリンダ速度選択部9i、目標パイロット圧演算
部209j、バルブ指令演算部9k及び比例電磁弁210a〜211b
は第３演算手段で補正した目標速度ベクトルVcaに応じ
てフロント装置1Aが動くように該当する油圧制御弁5a,5
bを駆動するバルブ制御手段を構成し、上記出力補正手
段（目標パイロット圧演算部209j）はバルブ制御手段の
一部として構成されている。

更に、補正後目標シリンダ速度演算部9f、目標シリン
ダ速度選択部9i及び目標パイロット圧演算部209jは、上
記第３演算手段（方向変換制御部9f及び復元制御部9g）
で補正した目標速度ベクトルVcに基づいて該当する油圧
制御弁5a,5bの目標操作指令値を計算する第４演算手段
を構成し、バルブ指令演算部9k及び比例電磁弁210a〜21
1bは第４演算手段で計算した目標操作指令値に基づいて
該当する油圧制御弁5a,5bの操作信号を生成する出力手
段を構成する。ここで、第４演算手段の目標パイロット
圧演算部209jは、目標アクチュエータ速度と第２検出手
段（圧力検出器270a〜271b）で検出した負荷圧力とから
予め設定した特性に基づいて該当する油圧制御弁5a,5b
の目標操作指令値を計算しており、上記出力補正手段は
第４演算手段の一部として構成され、目標操作指令値の
計算に際して目標操作指令値の特定のフロントアクチュ
エータ3a,3bに係わるものを第２検出手段（圧力検出器2
70a〜271b）で検出した負荷圧力で補正している。

また、負荷圧力補正目標シリンダ速度演算部209cは、
第２検出手段（圧力検出器270a〜271b）からの信号に基
づき、特定のフロントアクチュエータ（ブームシリンダ
3a及びアームシリンダ3b）の負荷圧力の変化に係わらず
操作手段204a,204bの操作信号に応じた速度ベクトルと
なるよう上記第２演算手段（目標シリンダ速度演算部20
9c及び目標先端速度ベクトル演算部9d）で計算する目標
速度ベクトルVcを補正する入力補正手段を構成する。

更に、第２演算手段において、目標シリンダ速度演算
部209cはフロント装置1Aに係わる操作手段204a,204bの
操作信号に基づいて入力目標アクチュエータ速度を計算
する第５演算手段を構成し、目標先端速度ベクトル演算
部9dは第５演算手段で計算した入力目標アクチュエータ
速度からフロント装置1Aの入力目標速度ベクトルVcを演
算する第６演算手段を構成する。ここで、第５演算手段
の目標シリンダ速度演算部209は、フロント装置1Aに係
わる操作手段204a,204bの操作信号と第２検出手段（圧
力検出器270a〜271b）で検出した負荷圧力とから予め設
定した特性に基づいて入力目標アクチュエータ速度を計
算しており、上記入力補正手段は第５演算手段の一部と
して構成され、入力目標アクチュエータ速度の計算に際
して特定のフロントアクチュエータ3a,3bの入力目標ア
クチュエータ速度を第２検出手段（圧力検出器270a〜27
1b）で検出した負荷圧力で補正している。

次に、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、先に例示した、手前方向に掘削しよ
うとしてアームクラウドをする場合（アームクラウド操
作）と、ブーム下げ・アームダンプの複合操作でバケッ
ト先端を押し方向に操作した場合（アームダンプ複合操
作）について説明する。

手前方向に掘削しようとしてアームクラウドすると、
バケット1cの先端は徐々に設定領域の境界に近づく。バ
ケット先端と設定領域の境界との距離がYa1より小さく
なると、方向変換制御部9eにおいてバケット先端の目標
速度ベクトルVcの設定領域の境界に接近する方向のベク
トル成分（境界対して垂直方向のベクトル成分）を減じ
るように補正し、バケット先端の方向変換制御（減速制
御）を行う。このとき、補正後目標シリンダ速度演算部
9fにおいて、ブーム上げとアームクラウドの減速との組
み合わせで方向変換制御を行うようソフトが設計されて
いると、演算部9fではブームシリンダ3aの伸長方向のシ
リンダ速度とアームシリンダ3bの伸長方向のシリンダ速
度を演算し、目標パイロット圧演算部209jでは、ブーム
上げ側のパイロットライン244aの目標パイロット圧とア
ームクラウド側のパイロットライン245aの目標パイロッ
ト圧を計算し、バルブ指令演算部9kでは比例電磁弁210
a,211aに電気信号を出力する。このため、比例電磁弁21
0a,211aは演算部209jで演算した目標パイロット圧に相
当するパイロット圧を出力し、ブーム用流量制御弁5aの
ブーム上げ側油圧駆動部50a及びアーム用流量制御弁5b
のアームクラウド側油圧駆動部51aに導かれる。このよ
うな比例電磁弁210a,211aの動作により、設定領域の境
界に対して垂直方向の動きが減速制御され、設定領域の
境界に沿った方向の速度成分は減じられず、このため図
13に示すように設定領域の境界に沿ってバケット1cの先
端を動かすことができる。このため、バケット1cの先端
の動き得る領域を制限した掘削を能率良く行うことがで
きる。

また、上記のようにバケット1cの先端が設定領域内の
境界近傍で減速制御されるとき、フロント装置1Aの動き
が速いと、制御上の応答遅れやフロント装置1Aの慣性に
よりバケット1cの先端が設定領域の外にある程度入り込
むことがある。このようなとき、本実施例では、復元制
御部9gにおいて、バケット1cの先端が設定領域に戻るよ
うに目標速度ベクトルVcを補正し、復元制御を行う。こ
のとき、補正後目標シリンダ速度演算部9hにおいて、ブ
ーム上げとアームクラウドの減速との組み合わせで復元
制御を行うようソフトが設計されていると、方向変換制
御の場合と同様に演算部9hでブームシリンダ3aの伸長方
向のシリンダ速度とアームシリンダ3bの伸長方向のシリ
ンダ速度を演算し、目標パイロット圧演算部209jでブー
ム上げ側のパイロットライン244aの目標パイロット圧と
アームクラウド側のパイロットライン245aの目標パイロ
ット圧を計算し、バルブ指令演算部9kでは比例電磁弁21
0a,211aに電気信号を出力する。これにより上述したよ
うに比例電磁弁210a,211aが作動し、バケット先端は速
やかに設定領域に戻るよう制御され、設定領域の境界で
掘削が行われる。このため、フロント装置1Aを速く動か
したときでも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正確に行うこと
ができる。

また、このとき、上記のように予め方向変換制御で減
速されているので、設定領域外への侵入量は減じられ、
設定領域に戻るときのショックが大幅に緩和される。こ
のため、フロント装置1Aを速く動かしたときでもバケッ
ト1cの先端を設定領域の境界に沿って滑らかに動かすこ
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。

更に、本実施例の復元制御では、目標速度ベクトルVc
の設定領域の境界に垂直なベクトル成分を補正し、設定
領域の境界に沿った方向の速度成分は残されるので、設
定領域外においてもバケット1cの先端を設定領域の境界
に沿って滑らかに動かすことができる。また、そのと
き、バケット1cの先端と設定領域の境界との距離Yaが小
さくなるにしたがって設定領域の境界に接近する方向の
ベクトル成分を小さくするように補正するので、図17に
示すように補正後の目標速度ベクトルVcaによる復元制
御の軌跡は設定領域の境界に近づくにつれて平行となる
曲線状となり、このため設定領域へ戻るときの動きが一
層滑らかとなる。

また、設定領域の境界のような所定の経路に沿ってバ
ケット先端を動かす掘削作業を行う場合、通常、オペレ
ータは少なくともブーム用の操作レバー装置204aとアー
ム用の操作レバー装置204bの２つの操作レバーを操作し
てバケット先端の動きを制御する必要がある。本実施例
では、もちろんブーム用とアーム用の操作レバー装置20
4a,204b用の双方の操作レバーを操作してもよいが、ア
ーム用の操作レバー１本を操作しても上記のように演算
部9f,9hで方向変換制御または復元制御に必要な油圧シ
リンダのシリンダ速度が演算され、バケット先端を設定
領域の境界に沿って動かすため、アーム用の操作レバー
１本で設定領域の境界に沿った掘削作業を行うことがで
きる。

以上のように設定領域の境界に沿って掘削中、例えば
バケット1cの中に土砂が十分に入ったとか、途中に障害
物があったとか、掘削抵抗が大きくフロント装置が停止
してしまったため掘削抵抗を小さくするとか、ブーム1a
を手動で上昇させたい場合がある、このような場合に
は、ブーム用の操作レバー装置204aをブーム上げ方向に
操作すると、ブーム上げ側のパイロットライン244aにパ
イロット圧が立ち、ブームを上昇することができる。

ブーム下げ・アームダンプの複合操作でバケット先端
を押し方向に操作する場合、アームを車体側の位置（手
前の位置）からダンプ操作すると設定領域の外に出る方
向の目標ベクトルを与えることになる。この場合も、バ
ケット先端と設定領域の境界との距離がYaより小さくな
ると、方向変換制御部9eにおいて目標速度ベクトルVcの
同様の補正が行われ、バケット先端の方向変換制御（減
速制御）を行う。このとき、補正後目標シリンダ速度演
算部9fにおいて、ブーム上げとアームダンプの減速との
組み合わせで方向変換制御を行うようソフトが設計され
ていると、演算部9fではブームシリンダ3aの伸長方向の
シリンダ速度とアームシリンダ3bの収縮方向のシリンダ
速度を演算し、目標パイロット圧演算部209jでは、ブー
ム下げ側のパイロットライン244bの目標パイロット圧は
０にする一方、ブーム上げ側のパイロットライン244aの
目標パイロット圧とアームダンプ側のパイロットライン
245bの目標パイロット圧を計算し、バルブ指令演算部9k
では比例電磁弁210bの出力をOFFにし、比例電磁弁210a,
211aに電気信号を出力する。このため、アームクラウド
操作の場合と同様な方向変換制御がなされ、バケット1c
の先端を設定領域の境界に沿って速く動かすことがで
き、バケット1cの先端の動き得る領域を制限した掘削を
能率良く行うことができる。

また、バケット1cの先端が設定領域の外にある程度出
た場合は、復元制御部9gにおいて目標速度ベクトルVcを
補正し、復元制御を行う。このとき、補正後目標シリン
ダ速度演算部9hにおいて、ブーム上げとアームダンプの
減速との組み合わせで復元制御を行うようソフトが設計
されていると、方向変換制御部の場合と同様に演算部9h
でブームシリンダ3aの伸長方向のシリンダ速度とアーム
シリンダ3bの収縮方向のシリンダ速度を演算し、目標パ
イロット圧演算部209jでブーム上げ側のパイロットライ
ン244aの目標パイロット圧とアームダンプ側のパイロッ
トライン245bの目標パイロット圧を計算し、バルブ指令
演算部9kでは比例電磁弁210a,211aに電気信号を出力す
る。これによりバケット先端は速やかに設定領域に戻る
よう制御され、設定領域の境界で掘削が行われる。この
ため、アームクラウド操作の場合と同様にフロント装置
1Aを速く動かしたときでも設定領域の境界に沿ってバケ
ット先端を滑らかに動かすことができ、領域を制限した
掘削を円滑かつ正確に行うことができる。

また、制御途中でブームを上げ操作した場合は、アー
ムクラウド操作の場合と同様にブームを上げることがで
きる。

更に、以上のようにフロント装置1Aの動きが制御され
るとき、目標パイロット圧演算部209jではブームシリン
ダ3a及びアームシリンダ3bの負荷圧力の変化に伴う流量
制御弁5a,5bの流量特性の変化を考慮し、出力用の目標
シリンダ速度VB′,VA′と負荷圧力とから目標パイロッ
ト圧Ｐ′BU,P′BD,P′AC,P′ADを計算している。このた
め、ブームシリンダ3a及びアームシリンダ3bの負荷圧力
の変化により流量制御弁5a,5bの流量特性が変化して
も、それに対応してパイロット圧（操作信号）が補正さ
れるため、目標速度ベクトルの制御演算値と実際の動き
との偏差が少なくなり、バケット1cの先端位置が制御演
算上の位置から大きくずれてしまうことがなくなる。こ
のため、設定領域の境界に沿った掘削作業を行うとき、
バケット1cの先端を設定領域の境界に沿って正確に動か
すことができるなど、精度の良い制御が行える。また、
制御上大きな偏差が発生しないので安定した制御が行え
る。

また、目標シリンダ速度演算部209cでも、ブームシリ
ンダ3a及びアームシリンダ3bの負荷圧力の変化に伴う流
量制御弁5a,5bの流量特性の変化を考慮し、操作レバー
装置204a,204bからの電気信号（操作信号）と負荷圧力
とから流量制御弁5a,5bの目標吐出流量（目標シリンダ
速度）を計算している。このため、ブームシリンダ3a及
びアームシリンダ3bの負荷圧力の変化により流量制御弁
5a,5bの流量特性が変化しても、それに対応して方向変
換制御部9e及び復元制御部9gで計算される目標速度ベク
トルVcが補正されるため、この場合も目標速度ベクトル
の制御演算値と実際の動きとの偏差が少なくなり、一層
制御精度が向上する効果がある。

以上のように本実施例によれば、バケット1cの先端が
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Vcは補正されず、通常作業と同じように作業できると
ともに、バケット1cの先端が設定領域内でその境界近傍
に近づくと方向変換制御が行われ、設定領域の境界に沿
ってバケット1cの先端を動かすことができる。このた
め、バケット1cの先端の動き得る領域を制限した掘削を
能率良く行うことができる。

また、フロント装置1Aの動きが速く、バケット1cの先
端が設定領域の外に出たとしても、復元制御によりバケ
ット1cの先端が設定領域に速やかに戻るよう制御される
ので、設定領域の境界に沿ってバケット先端を正確に動
かすことができ、領域を制限した掘削を正確に行うこと
ができる。

また、復元制御の前に方向変換制御（減速制御）が働
いているので、設定領域に戻るときのショックが大幅に
緩和される。このため、フロント装置1Aを速く動かした
ときでもバケット1cの先端を設定領域の境界に沿って滑
らかに動かすことができ、領域を制限した掘削を円滑に
行うことができる。

更に、復元制御では設定領域の境界に沿った方向の速
度成分は減じられないので、設定領域外においてもバケ
ット1cの先端を設定領域の境界に沿って滑らかに動かす
ことができる。また、そのとき、バケット1cの先端と設
定領域の境界との距離Yaが小さくなるにしたがって設定
領域の境界に接近する方向のベクトル成分を小さくする
ように補正するので、設定領域から戻るときの動きが一
層滑らかとなる。

また、以上のようにバケット1cの先端を設定領域の境
界に沿って滑らかに動かすことができる結果、バケット
1cを手前に引くように動かせば、あたかも設定領域の境
界に沿った軌跡制御を行っているかのような掘削が可能
となる。

更に、アーム用の操作レバー１本で設定領域の境界に
沿った掘削作業を行うことができる。

また、領域を制限した掘削を行うに際して、ブームシ
リンダ3a及びアームシリンダ3bの負荷圧力が変化して
も、目標速度ベクトルの制御演算値と実際の機械の動き
の偏差が少なく精度の良い制御が行えるとともに、制御
上大きな偏差が発生せず安定した制御を行うことができ
る。

第２の実施例 本発明の第２の実施例を図19〜図21により説明する。
本実施例は本発明を油圧パイロット方式の操作レバー装
置を備えた油圧ショベルに適用したものである。図19及
び図21において、図１及び図６に示す部材及び機能と同
等のものには同じ符号を付している。

図19において、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を駆動する油圧パイロ
ット方式であり、それぞれ、図20に示すように、オペレ
ータにより操作される操作レバー40と、操作レバー40の
操作量と操作方向に応じたパイロット圧を生成する１対
の減圧弁41,42とより構成され、減圧弁41,42の一次ポー
ト側はパイロットポンプ43に接続され、二次ポート側は
パイロットライン44a,44b;45a,45b;46a,46b;47a,47b;48
a,48b;49a,49bを介して対応する流量制御弁の油圧駆動
部50a,50b;51a,51b;52a,52b;53a,53b;54a,54b;55a,55b
に接続されている。

また、本実施例の領域制限掘削制御装置は、第１の実
施例と同様な設定器７、角度検出器8a,8b,8c、傾斜角検
出器8d及び圧力検出器270a〜271bを備えるとともに、ブ
ーム用及びアーム用の操作レバー装置4a,4bのパイロッ
トライン44a,44b;45a,45bに設けられ、操作レバー装置4
a,4bの操作量としてそれぞれのパイロット圧を検出する
圧力検出器60a,60b;61a,61bと、設定器７の設定信号、
角度検出器8a,8b,8c及び傾斜角検出器8dの検出信号、圧
力検出器60a,60b;61a,61bの検出信号及び圧力検出器270
a〜271b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
御を行うための電気信号を出力する制御ユニット209A
と、前記電気信号により駆動される比例電磁弁10a,10b,
11a,11bと、シャトル弁12とで構成されている。比例電
磁弁10aの一次ポート側はパイロットポンプ43に接続さ
れ、二次ポート側はシャトル弁12に接続されている。シ
ャトル弁12はパイロットライン44aに設置され、パイロ
ットライン44a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。比例電磁弁10b,11a,11bはそれぞれパ
イロットライン44b,45a,45bに設置され、それぞれの電
気信号に応じてパイロットライン内のパイロット圧を減
圧して出力する。

制御ユニット209Aの制御機能を図21に示す。負荷圧力
補正目標シリンダ速度演算部209cでは操作レバー装置の
操作信号として圧力検出器60a,60b;61a,61bの検出信号
を入力する。その操作信号（パイロット圧）と圧力検出
器270a〜271bで検出した負荷圧力とを用いて負荷圧力で
補正した流量制御弁5a,5bの目標吐出流量（ブームシリ
ンダ3a及びアームシリンダ3bの目標速度）を計算する点
は第１の実施例と同じである。また、制御ユニット209A
の記憶装置には図10に示すような操作信号（パイロット
圧）PBU,PBD,PAC,PADと負荷圧力PLB1,PLB2,PLA1,PLA2と
流量制御弁5a,5bの目標吐出流量VB,VAとの関係FBU,FBD,
FAC,FADが記憶されており、目標シリンダ速度演算部209
cはこの関係を用いて流量制御弁5a,5bの目標吐出流量を
求める。

また、負荷圧力補正目標パイロット圧演算部209jで
は、目標パイロット圧としてパイロットライン44a,44b;
45a,45bの目標パイロット圧を計算する。演算部209jに
おいて、目標シリンダ速度選択部9iで得た出力用の目標
シリンダ速度と圧力検出器270a〜271bで検出した負荷圧
力を入力し、負荷圧力で補正した目標パイロット圧（目
標操作指令値）を計算する点、制御ユニット209Aの記憶
装置に図18に示すような出力用の目標シリンダ速度V
B′,VA′と負荷圧力PLB1,PLB2,PLA1,PLA2と目標パイロ
ット圧Ｐ′BU,P′BD,P′AC,P′ADとの関係GBU,GBD,GAC,
GADが記憶され、この関係を用いて目標パイロット圧を
求める点も第１の実施例と同じである。

バルブ指令演算部9kでは、目標パイロット圧演算部20
9jで計算した目標パイロット圧に応じた指令値を演算
し、対応する電気信号が比例電磁弁10a,10b,11a,11bに
出力される。

制御ユニット209Aのその他の制御機能は、図６に示す
第１の実施例のものと同じである。

以上の構成において、圧力検出器60a〜61b、目標シリ
ンダ速度演算部209c、目標先端速度ベクトル演算部9d、
方向変換制御部9e、復元制御部9g、補正後目標シリンダ
速度演算部9f,9i、目標シリンダ速度選択部9i、負荷圧
力補正目標パイロット圧演算部209j、バルブ指令演算部
9k、比例電磁弁10a〜11b及びシャトル弁12は、複数の操
作手段のうちフロント装置1Aに係わる操作手段4a,4bの
操作信号と第１演算手段（フロント姿勢演算部9b）の演
算値に基づきフロント装置1Aの目標速度ベクトルVcaに
関する演算を行い、フロント装置1Aが設定領域内でその
境界近傍にあるときは、フロント装置1Aが設定領域の境
界に沿った方向には動き、設定領域の境界に接近する方
向には移動速度が減じられるようにフロント装置1Aに係
わる操作手段4a,4bの操作信号を補正し、フロント装置1
Aが設定領域外にあるときには、フロント装置1Aが設定
領域に戻るようにフロント装置1Aに係わる操作手段4a,4
bの操作信号を補正する信号補正手段を構成し、負荷圧
力補正目標パイロット圧演算部209jは、第２検出手段
（圧力検出器270a〜271b）からの信号に基づき、操作信
号がいずれで補正された場合も、上記特定のフロントア
クチュエータ（ブームシリンダ3a及びアームシリンダ3
b）の負荷圧力の変化に係わらずフロント装置1Aが目標
速度ベクトルVca通りに動くように上記信号補正手段で
補正された操作信号のうち特定のフロント部材（ブーム
1a及びアーム1b）に係わる操作手段4a,4bの操作信号を
更に補正する出力補正手段を構成する。

また、圧力検出器60a〜61b、目標シリンダ速度演算部
209c及び目標先端速度ベクトル演算部9dはフロント装置
1Aに係わる操作手段4a,4bの操作信号に基づきフロント
装置1Aの入力目標速度ベクトルVcを演算する第２演算手
段を構成し、方向変換制御部9e及び復元制御部9gは、フ
ロント装置1Aが設定領域内でその境界近傍にあるとき入
力目標速度ベクトルVcの設定領域の境界に接近する方向
のベクトル成分を減じるように入力目標速度ベクトルVc
を補正し（方向変換制御部9e）、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
るように入力目標速度ベクトルVcを補正する（復元制御
部9g）第３演算手段を構成し、補正後目標シリンダ速度
演算部9f、目標シリンダ速度選択部9i、目標パイロット
圧演算部209j、バルブ指令演算部9k、比例電磁弁10a〜1
1b及びシャトル弁12は第３演算手段で補正した目標速度
ベクトルVcaに応じてフロント装置1Aが動くように該当
する油圧制御弁5a,5bを駆動するバルブ制御手段を構成
し、上記出力補正手段（目標パイロット圧演算部209j）
はバルブ制御手段の一部として構成されている。

また、負荷圧力補正目標シリンダ速度演算部209cが入
力補正手段を構成する点は第１の実施例と同じである。

更に、操作レバー装置4a〜4f及びパイロットライン44
a〜49bは油圧制御弁5a〜5fを駆動する操作システムを構
成し、上記バルブ制御手段を構成する要素のうち補正後
目標シリンダ速度演算部9f、目標シリンダ速度選択部9
i、目標パイロット圧演算部209j、バルブ指令演算部9k
は、上記第３演算手段で補正した目標速度ベクトルVca
に基づいて該当する油圧制御弁5a,5bの目標操作指令値
を計算しそれに応じた電気信号を出力する電気信号生成
手段を構成し、比例電磁弁10a〜11b及びシャトル弁12は
前記電気信号に応じて操作手段4a,4bのパイロット圧に
代わるパイロット圧を出力するパイロット圧補正手段を
構成する。ここで、目標パイロット圧演算部209jでは、
目標操作指令値の計算に際して目標操作指令値の特定の
フロントアクチュエータ3a,3bに係わるものを第２検出
手段（圧力検出器270a〜271b）で検出した負荷圧力で補
正しており、上記出力補正手段は電気信号生成手段の一
部として構成されている。

また、パイロットライン44aはフロント装置1Aが設定
領域から遠ざかる方向に動くよう該当する油圧制御弁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、
比例電磁弁10aは電気信号を油圧信号に変換する電気油
圧変換手段を構成し、シャトル弁12は第１パイロットラ
イン内のパイロット圧と電気油圧変換手段から出力され
た油圧信号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。

更に、パイロットライン44b,45a,45bの各々はフロン
ト装置1Aが設定領域に接近する方向に動くよう対応する
油圧制御弁5a,5bにパイロット圧を導く第２パイロット
ラインを構成し、比例電磁弁10b,11a,11bの各々は第２
パイロットラインに設置され、電気信号に応じて第２パ
イロットライン内のパイロット圧力を減圧する減圧手段
を構成する。

以上のように構成した本実施例において、アームクラ
ウドに際して制御部9eによる方向変換制御を行うとき
は、補正後目標シリンダ速度演算部9fにおいてブーム上
げとアームクラウドの減速との組み合わせで方向変換制
御を行うようソフトが設計されているとすると、この演
算部9fではブームシリンダ3aの伸長方向のシリンダ速度
とアームシリンダ3bの伸長方向のシリンダ速度を計算
し、目標パイロット圧演算部209jでは、ブーム上げ側の
パイロットライン44aの目標パイロット圧とアームクラ
ウド側のパイロットライン45aの目標パイロット圧を計
算し、バルブ指令演算部9kでは比例電磁弁10a,11aに電
気信号を出力する。このため、比例電磁弁10aは演算部2
09jで演算した目標パイロット圧に相当する制御圧を出
力し、この制御圧がシャトル弁12で選択され、ブーム用
流量制御弁5aのブーム上げ側油圧駆動部50aに導かれ
る。一方、比例電磁弁11aは電気信号に応じてパイロッ
トライン45a内のパイロット圧を、演算部209jで演算し
た目標パイロット圧まで減圧し、その減圧したパイロッ
ト圧をアーム用流量制御弁5bのアームクラウド側油圧駆
動部51aに出力する。このような比例電磁弁10a,11aの動
作により、設定領域の境界に対して垂直方向の動きのみ
が減速制御され、設定領域の境界に沿ってバケット1cの
先端を動かすことができる。

また、バケット1cの先端が設定領域の外に入り込み、
制御部9gによる復元制御を行うときは、補正後目標シリ
ンダ速度演算部9hにおいてブーム上げとアームクラウド
の減速との組み合わせで復元制御を行うようソフトが設
計されているとすると、この演算部9hではブームシリン
ダ3aの伸長方向のシリンダ速度とアームシリンダ3bの伸
長方向のシリンダ速度を計算し、目標パイロット圧演算
部209jではブーム上げ側のパイロットライン44aの目標
パイロット圧とアームクラウド側のパイロットライン45
aの目標パイロット圧を計算し、バルブ指令演算部9kで
は比例電磁弁10a,11aに電気信号を出力する。これによ
り上述したように比例電磁弁10a,11aが作動し、バケッ
ト先端は速やかに設定領域に戻るよう制御され、設定領
域の境界で掘削が行われる。

また、設定領域の境界のような所定の経路に沿ってバ
ケット先端を動かす掘削作業を行う場合、油圧パイロッ
ト方式では、通常、オペレータは少なくともブーム用の
操作レバー装置4aとアーム用の操作レバー装置4bの２つ
の操作レバーを操作してバケット先端の動きを制御する
必要がある。本実施例では、もちろんブーム用とアーム
用の操作レバー装置4a,4bム用の双方の操作レバーを操
作してもよいが、アーム用の操作レバー１本を操作して
も上記のように演算部9f,9hで方向変換制御または復元
制御に必要な油圧シリンダのシリンダ速度が演算され、
バケット先端を設定領域の境界に沿って動かすため、ア
ーム用の操作レバー１本で設定領域の境界に沿った掘削
作業を行うことができる。

更に、以上のように設定領域の境界に沿って掘削中、
例えばバケット1cの中に土砂が十分に入ったとか、途中
に障害物があったとか、掘削抵抗が大きくフロント装置
が停止してしまったため掘削抵抗を小さくするとか、ブ
ーム1aを手動で上昇させたい場合がある、このような場
合には、ブーム用の操作レバー装置4aをブーム上げ方向
に操作すると、ブーム上げ側のパイロットライン44aに
パイロット圧が立ち、そのパイロット圧が比例電磁弁10
aの制御圧より高くなるとそのパイロット圧がシャトル
弁12で選択され、ブームを上昇することができる。

また、ブーム下げ・アームダンプの複合操作において
制御部9eによる方向変換制御を行うときは、補正後目標
シリンダ速度演算部9fにおいてブーム上げとアームダン
プの減速との組み合わせで方向変換制御を行うようソフ
トが設計されているとすると、この演算部9fではブーム
シリンダ3aの伸長方向のシリンダ速度とアームシリンダ
3bの収縮方向のシリンダ速度を演算し、目標パイロット
圧演算部209jでは、ブーム下げ側のパイロットライン44
bの目標パイロット圧は０にする一方、ブーム上げ側の
パイロットライン44aの目標パイロット圧とアームダン
プ側のパイロットライン45bの目標パイロット圧を計算
し、バルブ指令演算部9kでは比例電磁弁10bの出力をOFF
にし、比例電磁弁10a,11aに電気信号を出力する。この
ため、比例電磁弁10bはパイロットライン44bのパイロッ
ト圧力を０に減圧し、比例電磁弁10aは目標パイロット
圧に相当する制御圧をパイロットライン44aのパイロッ
ト圧として出力し、比例電磁弁11aはパイロットライン4
5a内のパイロット圧を目標パイロット圧まで減圧する。
このような比例電磁弁10a,10b,11aの動作により、アー
ムクラウド操作の場合と同様な方向変換制御がなされ、
バケット1cの先端を設定領域の境界に沿って速く動かす
ことができる。

また、バケット1cの先端が設定領域の外に入り込み、
制御部9gによる復元制御を行うときは、補正後目標シリ
ンダ速度演算部9hにおいてブーム上げとアームダンプの
減速との組み合わせで復元制御を行うようソフトが設計
されているとすると、方向変換制御の場合と同様にこの
演算部9hでブームシリンダ3aの伸長方向のシリンダ速度
とアームシリンダ3bの収縮方向のシリンダ速度を演算
し、目標パイロット圧演算部209jでブーム上げ側のパイ
ロットライン44aの目標パイロット圧とアームダンプ側
のパイロットライン45bの目標パイロット圧を計算し、
バルブ指令演算部9kでは比例電磁弁10a,11aに電気信号
を出力する。これによりバケット先端は速やかに設定領
域に戻るよう制御され、設定領域の境界で掘削が行われ
る。

また、制御途中でブームを上げ操作した場合は、アー
ムクラウド操作の場合と同様にブームを上げることがで
きる。

更に、以上のようにフロント装置1Aの動きが制御され
るとき、目標パイロット圧演算部209jでは負荷圧力で補
正した目標パイロット圧Ｐ′BU,P′BD,P′AC,P′ADを計
算し、目標シリンダ速度演算部209cでも負荷圧力で補正
した流量制御弁5a,5bの目標吐出流量（目標シリンダ速
度）を計算しており、これにより負荷圧力の変化に係わ
らず安定した精度の良い制御が行える。

したがって、本実施例によれば、油圧パイロット方式
の操作レバー装置4a,4bを備えたものにおいて、第１の
実施例と同様の効果が得られる。

また、比例電磁弁10a,10b,11a,11b及びシャトル弁12
をパイロットライン44a,44b,45a,45bに組み込み、パイ
ロット圧を補正するので、本発明の機能を油圧パイロッ
ト方式の操作レバー装置4a,4bを備えたものに容易に付
加することができる。

更に、油圧パイロット方式の操作レバー装置4a,4bを
備えた油圧ショベルにおいて、アーム用の操作レバー１
本で設定領域の境界に沿った掘削作業を行うことができ
る。

第３の実施例 本発明の第３の実施例を図22及び図23により説明す
る。本実施例は目標パイロット圧演算部のみにおいて負
荷圧力による補正を行うものである。図22において、図
６に示す機能と同等の機能には同じ符号を付している。

図22において、目標シリンダ速度演算部9cでは、操作
レバー装置204a,204bからの電気信号のみを入力し、流
量制御弁5a,5bの目標吐出流量を求め、更にこの目標吐
出流量からブームシリンダ3a及びアームシリンダ3bの目
標速度を計算する。制御ユニット209Bの記憶装置には図
23に示すような操作信号PBU,PBD,PAC,PADと流量制御弁5
a,5bの目標吐出流量VB,VAとの関係FBUB,FBDB,FACB,FADB
が記憶されており、目標シリンダ速度演算部9cはこの関
係を用いて流量制御弁5a,5bの目標吐出流量を求める。
ここで、図23に示す関係FBUB,FBDB,FACB,FADBは流量制
御弁5a,5bの平均的な流量負荷特性に基づいて作られて
いる。

一方、負荷圧力補正目標パイロット圧演算部209jの機
能は第１の実施例と同じであり、目標シリンダ速度選択
部9iで得た出力用の目標シリンダ速度と圧力検出器270a
〜271bで検出した負荷圧力を入力し、負荷圧力で補正し
た目標パイロット圧（目標操作指令値）を演算する。

本実施例では、目標シリンダ速度演算部9cにおいて目
標シリンダ速度は負荷圧力で補正されない。このため、
目標速度ベクトル演算部9dで計算した目標速度ベクトル
Vcは実際の動きと少しずれる。しかし、この目標速度ベ
クトルは方向変換制御部9e及び復元制御部9gで使用され
るものであり、それぞれの制御が行われることには変わ
りはない。すなわち、方向変換制御部9eにおいてはバケ
ット先端と設定領域の境界との距離がYaより小さくなれ
ば方向変換制御を行うよう目標速度ベクトルVcが補正さ
れ、復元制御部9gにおいはバケット先端が設定領域の境
界の外に出ると復元制御を行うよう目標ベクトルVcは補
正される。

一方、補正目標パイロット圧演算部209jでは第１の実
施例と同様に目標パイロット圧が負荷圧力で補正され、
目標速度ベクトルの制御演算値と実際の動きとの偏差が
少なくなり、バケット1cの先端位置が制御演算上の位置
から大きくずれてしまうことがなくなる。このため、設
定領域の境界に沿った掘削作業を行うとき、バケット1c
の先端を設定領域の境界に沿って正確に動かすことがで
きるなど、精度の良い制御が行えるとともに、制御上大
きな偏差が発生しないので安定した制御が行える。

したがって、本実施例によっても第１の実施例とほぼ
同様の効果を得ることができるとともに、ソフトを単純
化し、製作コストを低減できる。

第４の実施例 本発明の第４の実施例を図24〜図27により説明する。
本実施例は制御に最も影響の大きいブーム上げの負荷圧
力のみ検出し、補正を行うものである。図中、図１、図
６、図10及び図18に示す部材または機能と同等のものに
は同じ符号を付している。

図24において、本実施例の領域制限掘削制御装置は、
負荷圧力の検出手段としてブームシリンダ3aを上げ方向
に操作したときの負荷圧力を検出する圧力検出器270aの
みが設けられ、この圧力検出器270aの検出信号が制御ユ
ニット209Cに入力される。

制御ユニット209Cの制御機能を図25に示す。負荷圧力
補正目標シリンダ速度演算部209Ccでは操作レバー装置2
04a,204bからの電気信号（操作信号）と圧力検出器270a
で検出した負荷圧力を入力し、負荷圧力で補正した流量
制御弁5a,5bの目標吐出流量を求め、更にこの目標吐出
流量からブームシリンダ3a及びアームシリンダ3bの目標
速度を計算する。制御ユニット209Cの記憶装置には図26
に示すような操作信号PBUと負荷圧力PLB1と流量制御弁5
aの目標吐出流量VBとの関係FBU及び操作信号PBD,PAC,PA
Dと流量制御弁5a,5bの目標吐出流量VB,VAとの関係FBDB,
FACB,FADBが記憶されており、目標シリンダ速度演算部2
09Ccはこの関係を用いて流量制御弁5a,5bの目標吐出流
量を求める。

ここで、図26に示す関係FBUは図10に示す関係FBUと同
じであり、図５に示す流量制御弁5a,5bの流量負荷特性
に基づいて作られている。また、図26に示す関係FBDB,F
ACB,FADBは図23に示す関係FBDB,FACB,FADBと同じであ
り、流量制御弁5a,5bの平均的な流量負荷特性に基づい
て作られている。

また、負荷圧力補正目標パイロット圧演算部209Cjで
は、目標シリンダ速度選択部9iで得た出力用の目標シリ
ンダ速度と圧力検出器270aで検出した負荷圧力を入力
し、負荷圧力で補正した目標パイロット圧（目標操作指
令値）を演算する。制御ユニット209Cの記憶装置には図
27に示すような出力用の目標シリンダ速度VB′と負荷圧
力PLB1と目標パイロット圧Ｐ′BUとの関係GBUと、出力
用の目標シリンダ速度VB′,VA′と目標パイロット圧
Ｐ′BD,P′AC,P′ADとの関係GBDC,GACC,GADCが記憶され
ており、目標パイロット圧演算部209Cjはこの関係を用
いて流量制御弁5a,5bを駆動するための目標パイロット
圧を求める。

ここで、図27に示す関係GBUは図18に示す関係GBUと同
じであり、図５に示す流量制御弁5a,5bの流量負荷特性
に基づいて作られている。また、図27に示す関係GBDC,G
ACC,GADCは流量制御弁5a,5bの平均的な流量負荷特性に
基づいて作られている。

本実施例では、目標シリンダ速度演算部209Cc及び目
標パイロット圧演算部209Cjにおいて、目標シリンダ速
度及び目標パイロット圧の補正はブーム上げの負荷圧の
みで行っている。このため、目標速度ベクトルの制御演
算値と実際の動きとの偏差は第１の実施例に比べて少し
大きくなり、制御精度の向上及び安定性の向上は少し低
下する。しかし、先の説明から明らかなように、本発明
の方向変換制御及び復元制御において負荷に抗して動か
さなくてならないのは主にブームを上げるときであり、
ブーム上げ方向の負荷圧力の変化による流量制御弁5aの
流量特性の変化が目標速度ベクトルの制御演算値と実際
の動きとの偏差に最も大きく影響する。このため、本実
施例ではブーム上げの負荷圧力のみを検出し補正を行う
ものである。

本実施例によればほぼ第１の実施例と同様の効果が得
られるとともに、ソフトを単純化し製作コストを低減で
きる。また、圧力検出器を１つ設けるだけでよいので、
ハード面での製造コストも低減できる。

なお、第３及び第４の実施例は電気レバー方式の操作
レバー装置を備えた油圧システムに適用したものである
が、第２の実施例のような油圧パイロット方式の操作レ
バー装置を備えた油圧システムに同様に適用してもよ
い。

その他の実施例 本発明の更に他の実施例を図28及び図29を用いて説明
する。今までの実施例では、ブーム、アーム及びバケッ
トの３折リンク構造からなるフロント装置を有する油圧
ショベルについて説明したが、この他に油圧ショベルに
はフロント装置の異なる種々のタイプがあり、本発明は
これら別のタイプの油圧ショベルにも適用可能である。

図28はブームが横方向に揺動可能としたオフセット式
油圧ショベルを示す。この油圧ショベルは、垂直方向に
回動する第１ブーム100aと、第１ブーム100aに対して水
平方向に揺動する第２ブーム100bからなるオフセットブ
ーム100と、第２ブーム100bに対して垂直方向に会同す
るアーム101及びバケット102からなる多関節型のフロン
ト装置1Cを備えている。第２ブーム100bの側部にはこれ
と平行にリンク103が位置し、その一端は第１ブーム100
aにピン結合され、他端はアーム101にピン結合されてい
る。第１ブーム100aは図２に示す油圧ショベルのブーム
シリンダ3aと同様な第１ブームシリンダ（図示せず）に
より駆動され、第２ブーム100b、アーム101、バケット1
02はそれぞれ第２ブームシリンダ104、アームシリンダ1
05、バケットシリンダ106によりそれぞれ駆動される。
このような油圧ショベルでは、フロント装置1cの位置と
姿勢に関する状態量を検出する手段として、第１の実施
例の角度検出器8a,8b,8c及び傾斜角検出器8dに加え、第
２ブーム100bの揺動角（オフセット量）を検出する角度
検出器107を設け、この検出信号を例えば図６に示す制
御ユニット209のフロント姿勢演算部9bに更に入力して
ブームの長さ（第１ブーム100aの基端から第２ブーム10
0bの先端までの距離）を補正することにより、第１〜第
４の実施例と同様に本発明を適用することができる。

図29はブームを２分割した２ピースブーム式油圧ショ
ベルを示す。この油圧ショベルは、それぞれ垂直方向に
回動する第１ブーム200a、第２ブーム200b、アーム201
及びバケット202からなる多関節型のフロント装置1Dを
備えている。第１ブーム100a、第２ブーム200b、アーム
201及びバケット202はそれぞれ第１ブームシリンダ20
3、第２ブームシリンダ204、アームシリンダ205、バケ
ットシリンダ206によりそれぞれ駆動される。このよう
な油圧ショベルでも、フロント装置1cの位置と姿勢に関
する状態量を検出する手段として、第１の実施例の角度
検出器8a,8b,8c及び傾斜角検出器8dに加え、第２ブーム
200bの回動角を検出する角度検出器207を設け、この検
出信号を例えば図６に示す制御ユニット209のフロント
姿勢演算部9bに更に入力してブームの長さ（第１ブーム
200aの基端から第２ブーム200bの先端までの距離）を補
正することにより、第１〜第４の実施例と同様に本発明
を適用することができる。

なお、以上の実施例では、フロント装置の所定部位と
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を所定部位としてもよい。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、電気油圧変換手段及び減圧手段として比例電磁
弁を用いたが、これらは他の電気油圧変換手段であって
もよい。

また、適用される油圧駆動装置はセンターバイパスタ
イプの流量制御弁5a〜5fを用いるオープンセンタシステ
ムとしたが、クローズドセンタータイプの流量制御弁を
用いるクローズドセンタシステムであってもよい。

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。

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、垂直方向から多少ずれていてもよ
い。

産業上の利用可能性 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が減速されるの
で、領域を制限した掘削を能率良く行うことができる。

また、領域を制限した掘削を行うに際して、負荷圧力
が変化しても目標速度ベクトルの制御演算値と実際の機
械の動きの偏差が少なく精度の良い制御が行えるととも
に、制御上大きな偏差が発生せず安定した制御を行うこ
とができる。

また、本発明によれば、領域を制限した掘削を能率良
く行える機能を油圧パイロット方式の操作手段を備えた
ものに容易に付加することができる。また、フロント部
材に対応する操作手段として油圧ショベルのブーム用操
作手段及びアーム用操作手段を備える場合、アーム用の
操作レバー１本で設定領域の境界に沿った掘削作業を行
うことができる。

また、本発明によれば、フロント装置が設定領域に侵
入すると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領域を制限した掘削を正確に行うこ
とができ、一層の能率向上が図れる。また、予め減速制
御を行うので、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円滑に行うことができる。

また、本発明によれば、フロント装置が設定領域から
離れているときは通常作業と同じように掘削することが
できる。

フロントページの続き (72)発明者 藤島 一雄 茨城県新治郡千代田町稲吉南２丁目４番 １号 (72)発明者 足立 宏之 茨城県土浦市沖宿町848 (56)参考文献 特開 平４−136324（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−11128（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−219731（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 3/43 - 9/22

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多関節型のフロント装置（1A）を構成する
   上下方向に回動可能な複数のフロント部材（1a−1c）を
   含む複数の被駆動部材（1a−1f）と、前記複数の被駆動
   部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ（3a
   −3f）と、前記複数の被駆動部材の動作を指示する複数
   の操作手段（204a−204f;4a−4f）と、前記複数の操作
   手段の操作信号に応じて駆動され、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（5a−5f）とを備えた建設機械の領域制限掘削
   制御装置において、 （ａ）前記フロント装置（1A）の動き得る領域を設定す
   る領域設定手段（7,9a）と； （ｂ）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（8a−8d）と； （ｃ）前記複数の油圧アクチュエータ（3a−3f）のうち
   少なくとも１つの特定のフロント部材（1a,1b;1a）に係
   わる特定のフロントアクチュエータ（3a,3b;3a）の負荷
   圧力を検出する第２検出手段（270a−271b;270a）と； （ｄ）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（9b）と； （ｅ）前記複数の操作手段のうち前記フロント装置に係
   わる操作手段（204a,204b;4a,4b）の操作信号と前記第
   １演算手段の演算値に基づき前記フロント装置の目標速
   度ベクトル（Vca）に関する演算を行い、前記フロント
   装置が前記設定領域内でその境界近傍にあるとき、前記
   フロント装置が前記設定領域の境界に沿った方向には動
   き、前記設定領域の境界に接近する方向には移動速度が
   減じられるように前記フロント装置に係わる操作手段
   （204a,204b;4a,4b）の操作信号を補正する信号補正手
   段（209c,9d−9i,209j,9k,210a−211b;10a−11b,12）
   と、 （ｆ）前記第２検出手段（270a−271b;270a）からの信
   号に基づき、前記特定のフロントアクチュエータ（3a,3
   b;3a）の負荷圧力の変化に係わらず前記フロント装置が
   前記目標速度ベクトル（Vca）通りに動くように前記信
   号補正手段で補正された操作信号のうち前記特定のフロ
   ント部材（1a,1b;1a）に係わる操作手段（204a,204b;4
   a,4b;204a;4a）の操作信号を更に補正する出力補正手段
   （209j;209Cj）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、前記信号補正手段は、前記フロント装
   置（1A）に係わる操作手段（204a−204c;4a−4c）の操
   作信号に基づき前記フロント装置の入力目標速度ベクト
   ル（Vc）を演算する第２演算手段（209c,9d）と、前記
   入力目標速度ベクトルの前記設定領域の境界に接近する
   方向のベクトル成分を減じるように前記入力目標速度ベ
   クトル（Vc）を補正する第３演算手段（9e）と、前記第
   ３演算手段で補正した目標速度ベクトル（Vca）に応じ
   て前記フロント装置が動くように該当する油圧制御弁
   （5a,5b）を駆動するバルブ制御手段（9f,209j,9k,210a
   −211b;10a−11b,12）とを含み、前記出力補正手段は前
   記バルブ制御手段の一部（209j）として構成されている
   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】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、前記複数の操作
   手段のうち前記フロント装置（1A）に係わる操作手段
   （204a−204c;4a−4c）の操作信号と前記第１演算手段
   （9b）の演算値に基づき前記フロント装置の目標速度ベ
   クトル（Vca）に関する演算を行い、前記フロント装置
   が前記設定領域内でその境界近傍にあるときは、前記フ
   ロント装置が前記設定領域の境界に沿った方向には動
   き、前記設定領域の境界に接近する方向には移動速度が
   減じられるように前記フロント装置に係わる操作手段の
   操作信号を補正し、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
   るように前記フロント装置に係わる操作手段（204a,204
   b;4a,4b）の操作信号を補正し、前記出力補正手段（209
   j,209Cj）は、前記第２検出手段（270a−271b;270a）か
   らの信号に基づき、前記操作信号がいずれで補正された
   場合も、前記特定のフロントアクチュエータ（3a,3b;3
   a）の負荷圧力の変化に係わらず前記フロント装置が前
   記目標速度ベクトル（Vca）通りに動くように前記特定
   のフロント部材（1a,1b;1a）に係わる操作手段（204a,2
   04b;4a,4b;204a;4a）の操作信号を更に補正することを
   特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
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、前記信号補正手段は、前記フロント装
   置（1A）に係わる操作手段（204a−204c;4a−4c）の操
   作信号に基づき前記フロント装置の入力目標速度ベクト
   ル（Vc）を演算する第２演算手段（209c,9d）と、前記
   フロント装置が前記設定領域内でその境界近傍にあると
   きは、前記入力目標速度ベクトルの前記設定領域の境界
   に接近する方向のベクトル成分を減じるように前記入力
   目標速度ベクトル（Vc）を補正し、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入力目標速度ベクトル（V
   c）を補正する第３演算手段（9e,9g）と、前記第３演算
   手段で補正した目標速度ベクトル（Vca）に応じて前記
   フロント装置が動くように該当する油圧制御弁を駆動す
   るバルブ制御手段（9f,9h,9i,209j,9k,210a−211b;10a
   −11b,12）とを含み、前記出力補正手段は前記バルブ制
   御手段の一部（209j）として構成されていることを特徴
   とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
5. 【請求項５】請求項２又は４記載の建設機械の領域制限
   掘削制御装置において、前記バルブ制御手段は、前記第
   ３演算手段（9e;9e,9g）で補正した目標速度ベクトル
   （Vca）に基づいて前記該当する油圧制御弁（5a,5b）の
   目標操作指令値を計算する第４演算手段（9f,209j;9f,9
   h,9i,209j）と、前記第４演算手段で計算した目標操作
   指令値に基づいて前記該当する油圧制御弁の操作信号を
   生成する出力手段（9k,210−211b;10a−11b,12）とを含
   み、前記出力補正手段は前記第４演算手段の一部（209
   j）として構成され、前記目標操作指令値の計算に際し
   て前記目標操作指令値の前記特定のフロントアクチュエ
   ータ（3a,3b;3a）に係わるものを前記第２検出手段（27
   0a−271b;270a）で検出した負荷圧力で補正することを
   特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
6. 【請求項６】請求項５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４演算手段は、前記第３演算手
   段（9e;9e,9g）で補正した目標速度ベクトル（Vca）か
   ら目標アクチュエータ速度を計算する目標アクチュエー
   タ速度演算手段（9f,9h）と、前記目標アクチュエータ
   速度と前記第２検出手段（270a−271b;270a）で検出し
   た負荷圧力とから予め設定した特性に基づいて前記該当
   する油圧制御弁（5a,5b）の目標操作指令値を計算する
   目標操作指令値演算手段（209j）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。
7. 【請求項７】請求項１又は３記載の建設機械の領域制限
   掘削制御装置において、前記信号補正手段は、前記フロ
   ント装置（1A）に係わる操作手段（204a,204b;4a,4b）
   の操作信号に基づき前記フロント装置の入力目標速度ベ
   クトル（Vc）を演算する第２演算手段（209c,9d）と、
   前記入力目標速度ベクトルの前記設定領域の境界に接近
   する方向のベクトル成分を減じるように前記入力目標速
   度ベクトル（Vc）を補正する第３演算手段（9e）とを含
   み、前記第２検出手段（270a−271b;270a）からの信号
   に基づき、前記特定のフロントアクチュエータ（3a,3b;
   3a）の負荷圧力の変化に係わらず前記操作手段の操作信
   号に応じた速度ベクトルとなるよう前記第２演算手段で
   計算した入力目標速度ベクトル（Vc）を補正する入力補
   正手段（209c）を更に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。
8. 【請求項８】請求項７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、前記フロント装
   置（1A）に係わる操作手段（204a,204b;4a,4b）の操作
   信号に基づいて入力目標アクチュエータ速度を計算する
   第５演算手段（209c）と、前記第５演算手段で計算した
   入力目標アクチュエータ速度から前記フロント装置の入
   力目標速度ベクトル（Vc）を演算する第６演算手段とを
   含み、前記入力補正手段は前記第５演算手段の一部（20
   9c）として構成され、前記入力目標アクチュエータ速度
   の計算に際して前記特定のフロントアクチュエータ（3
   a,3b;3a）の入力目標アクチュエータ速度を前記第２検
   出手段（270a−271b;270a）で検出した負荷圧力で補正
   することを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装
   置。
9. 【請求項９】請求項８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５演算手段は、前記フロント装
   置（1A）に係わる操作手段（204a,204b;4a,4b）の操作
   信号と前記第２検出手段（270a−271b;270a）で検出し
   た負荷圧力とから予め設定した特性に基づいて前記入力
   目標アクチュエータ速度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。
10. 【請求項１０】請求項６又は９記載の建設機械の領域制
    限掘削制御装置において、前記予め設定した特性は前記
    特定のフロントアクチュエータ（3a,3b;3a）に係わる油
    圧制御弁（5a,5b;5a）の流量負荷特性に基づいて定めら
    れてい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】前記複数の操作手段は前記操作信号とし
    て電気信号を発生する電気レバー方式の操作手段（204a
    −204f）である請求項２又は４記載の建設機械の領域制
    限掘削制御装置において、 前記バルブ制御手段は、前記第３演算手段（9e;9e,9g）
    で補正した目標速度ベクトル（Vca）に基づいて前記該
    当する油圧制御弁（5a,5b）の目標操作指令値を計算し
    それに応じた電気信号を出力する電気信号生成手段（9
    f,209j,9k;9f,9h,9i,209j,9k）と、前記電気信号を油圧
    信号に変換し、この油圧信号を該当する油圧制御弁（5
    a,5b）に出力する電気油圧変換手段（210−211b）とを
    含み、前記出力補正手段は前記電気信号生成手段の一部
    （209j）として構成され、前記目標操作指令値の計算に
    際して前記目標操作指令値の前記特定のフロントアクチ
    ュエータ（3a,3b;3a）に係わるものを前記第２検出手段
    （270a−271b;270a）で検出した負荷圧力で補正するこ
    とを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
12. 【請求項１２】前記複数の操作手段（4a−4f）は前記操
    作信号としてパイロット圧を発生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
    作システムが該当する油圧制御弁（5a−5f）を駆動する
    請求項２又は４記載の建設機械の領域制限掘削制御装置
    において、 前記バルブ制御手段は、前記第３演算手段（9e;9e,9g）
    で補正した目標速度ベクトル（Vca）に基づいて前記該
    当する油圧制御弁（5a,5b）の目標操作指令値を計算し
    それに応じた電気信号を出力する電気信号生成手段（9
    f,209j,9k;9f,9h,9i,209j,9k）と、前記電気信号に応じ
    て前記操作手段のパイロット圧に代わるパイロット圧を
    出力するパイロット圧補正手段（10a−11b,12）とを含
    み、前記出力補正手段は前記電気信号生成手段の一部
    （209j）として構成され、前記目標操作指令値の計算に
    際して前記目標操作指令値の前記特定のフロントアクチ
    ュエータ（3a,3b;3a）に係わるものを前記第２検出手段
    （270a−271b;270a）で検出した負荷圧力で補正するこ
    とを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
13. 【請求項１３】請求項12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（1A）が前記設定領域から遠ざかる方向に動くよう
    該当する油圧制御弁（5a）にパイロット圧を導く第１パ
    イロットライン（44a）を含み、前記パイロット圧補正
    手段は、前記電気信号を油圧信号に変換する電気油圧変
    換手段（10a）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油圧信
    号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（12）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。
14. 【請求項１４】請求項13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（1A）が前記設定領域に接近する方向に動くよう該
    当する油圧制御弁（5a/5b）にパイロット圧を導く第２
    パイロットライン（44b/45a/45b）を含み、前記パイロ
    ット圧補正手段は、前記第２パイロットラインに設置さ
    れ、前記電気信号に応じて前記第２パイロットライン内
    のパイロット圧力を減圧する減圧手段（10b/11a/11b）
    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。
15. 【請求項１５】請求項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（9e）は、前記フ
    ロント装置（1A）が前記設定領域内でその境界近傍にな
    いときには、前記入力目標速度ベクトル（Vc）を維持す
    ることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
16. 【請求項１６】請求項２記載の建設機械の領域制限掘削
    制御装置において、前記入力目標速度ベクトル（Vc）の
    設定領域の境界に接近する方向のベクトル成分は前記設
    定領域の境界に対し垂直方向のベクトル成分であること
    を特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
17. 【請求項１７】請求項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（9e）は、前記フ
    ロント装置（1A）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前記入力目標速度ベクトル（Vc）の
    設定領域の境界に接近する方向のベクトル成分の減少量
    が大きくなるように当該ベクトル成分を減じることを特
    徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
18. 【請求項１８】請求項４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（9g）は、前記入
    力目標速度ベクトル（Vc）の設定領域の境界に垂直なベ
    クトル成分を補正し前記設定領域の境界に接近する方向
    のベクトル成分に変えることにより、前記フロント装置
    （1A）が前記設定領域に戻るように前記目標速度ベクト
    ル（Vc）を補正することを特徴とする建設機械の領域制
    限掘削制御装置。
19. 【請求項１９】請求項４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（9g）は、前記フ
    ロント装置（1A）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前記設定領域の境界に接近する方向
    のベクトル成分を小さく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。
20. 【請求項２０】請求項１〜19のいずれか１項記載の建設
    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（1A）は油圧ショベルのブーム（1a）とアーム（1b）
    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。
21. 【請求項２１】請求項20記載の建設機械の領域制限掘削
    制御装置において、前記特定のフロントアクチュエータ
    は少なくとも前記ブーム（1a）を駆動するブームシリン
    ダ（3a）であり、前記第２検出手段が少なくともブーム
    上げ方向の負荷圧力を検出する手段（270a）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。