JP3790058B2

JP3790058B2 - 油圧ショベルの制御装置

Info

Publication number: JP3790058B2
Application number: JP00780099A
Authority: JP
Inventors: 昌之鹿児島; 秀樹絹川
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2019-01-14
Also published as: KR100395823B1; EP1020569A2; US6618658B1; JP2000204600A; EP1020569A3; KR20000076457A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルの制御装置に係り、さらに詳しくはファジー推論を用いて油圧ショベルを制御する油圧ショベルの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルのような作業機械においては、ばらまき作業，土羽打ち作業，法面仕上げ作業，クレーン作業，押し付け掘削作業，積み込み作業，旋回地ならし作業，単純掘削作業，溝掘削作業，水平地ならし作業等の多くの作業が存在し、これらの作業に適した操作特性は異なっている。このため、油圧ショベルにおいてはいくつかの作業モードを用意しておき、オペレータが手動によりスイッチ操作することにより作業モードの切り替えを行っていた。しかし、このスイッチ操作が煩雑なためこれらの作業モードは十分に使いこなされていなかった。
【０００３】
そこで、作業モードの切り替えを行うための作業判別を自動的に行う技術が開発された。例えば、特開平１０−１８３５５号公報に開示された技術（以下、「従来技術」という。）では、油圧ショベルによる作業時の作業種別を判別する装置であって、各作業用アクチュエータに対応する各操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、この検出手段により検出された操作量に基づき、作業種別を判別するための前記油圧ショベルの動作状態を示す少なくとも１つの特徴量を求める特徴量算出手段と、この特徴量算出手段により求められた各特徴量から、判別すべき作業種別毎に各特徴量に対応させて予め定められたファジー推論用の複数のメンバシップ関数に基づき各特徴量の各作業種別に対する適合度を求める適合度算出手段とを具備し、この適合度算出手段により求められた適合度に基づき、前記各特徴量が最も適合する作業種別を択一的にピックアップし、これを前記油圧ショベルにより行っている作業種別として判別する装置に関する技術（以下、「従来技術」という。）が開示されている。
【０００４】
この装置によれば、作業用アクチュエータ（ブーム，アーム，バケット，旋回，走行等）の各操作レバーの操作量が検出され、この操作量に基づいて所定の時間における各特徴量（ブーム操作複雑さ，アーム操作複雑さ，バケット操作複雑さ，高速旋回時間，ブーム逆操作時間，バケット・アーム停止時間，ブーム操作量平均値，アーム操作量平均値，バケット操作量平均値）が算出され、それらにファジー推論を適用して求められた各適合度を総合した総合適合度に基づいて、各作業（ばらまき作業，土羽打ち作業，法面仕上げ作業，クレーン作業，押し付け掘削作業，積み込み作業，旋回地ならし作業，単純掘削作業，溝掘削作業，水平地ならし作業等）の中からある１つの作業が判別され、予め設定された各作業種別の操作特性設定値のうち、この判別された１つの作業に対応する操作特性設定値がそのまま出力され、この出力値により油圧ショベル本体の各設定が行われる。
【０００５】
なお、上記作業判別にＩＦ−ＴＨＥＮロジックを利用した例もある（特開平９−２１７７０２号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
（１）上記従来技術においては、操作の特徴から現在どの作業を行っているかを択一的に判別し、その後この判別された作業にしたがって、油圧ショベルの操作特性を切り替えている。この場合、操作特性の切り替えはＯＮ−ＯＦＦ的に変化する。しかし、実際の掘削作業においては、ある特定の作業のみが行われることは少なく、例えば掘削作業を行って、次に仕上げ作業を行う等のように、複数の作業が組み合わされ、これらの作業への切り替えが頻繁に行われることが多い。
【０００７】
いま、油圧ポンプの最大流量が、単純掘削作業に対し１００％，法面仕上げ作業に対し７０％にそれぞれ設定されていたとする。そして、オペレータが法面仕上げから、単純掘削に移るというような作業をしたとする。すると、油圧ポンプの最大流量が、７０％から１００％に急激に変化し、これによりオペレータはかなりのショックを感じ、その結果、油圧ショベルの操作性が大きく損なわれることがある。
【０００８】
（２）また、上記従来技術においては、作業判別に必要な各特徴量を抽出するためには、所定時間（例えば１５秒間）の各操作量の履歴データを必要とする。この所定時間内にオペレータが操作を切り替えると、操作量履歴データ内に異種作業のデータが混在することとなり、作業判別に誤りが生じやすい。したがって、例えばオペレータが操作を、掘削作業から法面仕上げ作業用の操作に切り替えたものとすると、判別結果が掘削作業に確定する直前に、法面仕上げ作業とは別の他の作業に判別され、結果としてオペレータの意図しない作業モードに切り替わる場合がある。上記従来技術では、上述したように、ＯＮ−ＯＦＦ的に操作特性を切り替えているので、このように意図しない作業モードに切り替わることによる操作の違和感がオペレータにとって顕著に感じられ、その結果、この場合も油圧ショベルの操作性が損なわれることがある。
【０００９】
本発明は、従来構成の問題点を解決すべく創案されたもので、操作の切り替え時のショックや違和感を極力少なくして油圧ショベルの操作特性を向上し得る油圧ショベルの制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、油圧ショベルの各作業用アクチュエータに対応する各操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、上記検出された操作量に基づき油圧ショベルの操作の特徴を示す特徴量を演算する特徴量演算手段と、作業種別に各特徴量に対応させて予め設定されたファジー推論用の複数のメンバシップ関数を記憶するメンバシップ関数記憶手段と、上記演算された各特徴量を、上記記憶された各メンバシップ関数に適用することにより、該演算された各特徴量の各作業に対する適合度を演算する適合度演算手段とを具備した油圧ショベルの制御装置において、各作業種別に各操作特性に対応させて予め設定された操作特性設定値を記憶する操作特性設定値記憶手段と、複数の作業種に対応して演算された適合度および記憶された操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性を出力する操作特性出力手段とを備え、前記操作特性出力手段は、各作業毎に設定された操作特性設定値の、各特徴量と各作業との関係を記述したファジールールへの適合度を重みとした加重平均を操作特性の出力値となすものである。
【００１１】
このような構成では、油圧ショベルの各作業用アクチュエータに対応する各操作レバーの操作量が操作量検出手段により検出され、上記検出された操作量に基づき油圧ショベルの操作の特徴を示す特徴量が特徴量演算手段により演算され、作業種別に各特徴量に対応させて予め設定されたファジー推論用の複数のメンバシップ関数がメンバシップ関数記憶手段により記憶され、上記演算された各特徴量が、上記記憶された各メンバシップ関数に適用されることにより、該演算された各特徴量の各作業に対する適合度が適合度演算手段により演算される。この際、各作業種別に各操作特性に対応させて予め設定された操作特性設定値が操作特性設定値記憶手段に記憶され、複数の作業種に対応して演算された適合度および記憶された操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性が操作特性出力手段により出力される。すなわち、上記従来技術のように単一の作業種に対応する操作特性設定値がそのまま出力されるのではなく、ここでは複数の作業種に対応する適合度と操作特性設定値とから求められた操作特性の出力値が出力される。これにより、複数の適合度が操作特性の出力値に総合的に反映されることとなる。
【００１２】
より具体的には、例えば予め各特徴量と各作業との関係がファジールールで記述されており、各ルールへの適合度は、予め設定されたメンバシップ関数に基づいて計算され、操作特性の出力値が、各作業毎に設定された操作特性値を用いて、各ルールへの適合度を重みとした加重平均によって求められる。
【００１３】
このことにより、操作特性が予め定められた値にＯＮ−ＯＦＦ的に切り替わるのではなく、中間的な値が出力される。例えば、油圧ポンプの最大流量が上記従来技術と同様である場合においては、その出力値は１００％と７０％の中間の８５％となる。
【００１４】
したがって、例えばオペレータが、法面仕上げから、単純掘削というような作業をする場合でも、作業切り替わりの前後で予め記憶された操作特性設定値以外の中間的な出力値を制御値とすることができるので、油圧ポンプの最大流量が従来技術におけるようにステップ的に変化せず、段階的に変化し、操作特性の切り替わりがスムーズとなる。
【００１５】
また、操作量履歴データ内に異種作業のデータが混在する場合でも、上記従来技術におけるようなＯＮ−ＯＦＦ的な切り替えに比べて、各適合度を考慮した制御となっており、誤判別つまりオペレータが意図しない作業の適合度が大きくなるような場合でも、それらの操作特性に及ぼす影響が平均化されるので、操作の違和感が減少する。
【００１６】
また本発明は、油圧ショベルの各作業用アクチュエータに対応する各操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、上記検出された操作量に基づき油圧ショベルの操作の特徴を示す特徴量を演算する特徴量演算手段と、作業種別に各特徴量に対応させて予め設定されたファジー推論用の複数のメンバシップ関数を記憶するメンバシップ関数記憶手段と、上記演算された各特徴量を、上記記憶された各メンバシップ関数に適用することにより、該演算された各特徴量の各作業に対する適合度を演算する適合度演算手段とを具備した油圧ショベルの制御装置において、各作業種別に各操作特性に対応させて予め設定された操作特性設定値を記憶する操作特性設定値記憶手段と、複数の作業種に対応して演算された適合度および記憶された操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性を出力する操作特性出力手段とを備え、前記操作特性設定値は、同一の操作特性を有する作業種毎にグループ化されたものであり、操作特性出力手段は、各作業グループ毎の適合度および操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性を出力するものであって、各作業グループ毎に設定された操作特性設定値の、各特徴量と各作業との関係を記述したファジールールへの適合度を重みとした加重平均を操作特性の出力値となすものである。
【００１７】
この構成によれば、ある特定の操作特性が重複して出現することにより、その操作特性が強調されることを防止することができる。より具体的には、例えば予め各特徴量と各作業グループとの関係がファジールールで記述されており、各ルールへの適合度は、予め設定されたメンバシップ関数に基づいて計算され、操作特性の出力値が、各作業グループ毎に設定された操作特性値を用いて、各ルールへの適合度を重みとした加重平均によって求められる。
【００１８】
その結果、いずれの場合も、操作の切り替え時のショックや違和感を極力少なくして油圧ショベルの操作特性の向上を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。以下、いくつかの実施の形態について説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図２は、本実施の形態１に係る制御装置を含む油圧ショベルの全体システム構成図である。図２に示すように、この油圧ショベルは、エンジン１０と、これを駆動源とする２台の油圧ポンプ１１，１２と、作業用アクチュエータであるブーム用油圧シリンダ１３，アーム用油圧シリンダ１４，バケット用油圧シリンダ１５，旋回用油圧モータ１６，右走行用油圧モータ１７および左走行用油圧モータ１８と、これらの機器１〜１８の動作を制御するコントローラ１９を具備している。
【００２１】
このうち油圧ポンプ１１は、ブーム用油圧シリンダ１３，バケット用油圧シリンダ１５および右走行用油圧モータ１７に圧油を、それぞれ対応するコントロール弁１３ａ，１５ａおよび１７ａを介して供給し、これらを駆動するようになっている。油圧ポンプ１２は、アーム用油圧シリンダ１４，旋回用油圧モータ１６および左走行用油圧モータ１８に圧油を、それぞれ対応するコントロール弁１４ａ，１６ａおよび１８ａを介して供給し、これらを駆動するようになっている。
各コントロール弁１３ａ〜１８ａは、それぞれブーム用操作レバー２０，バケット用操作レバー２１，右走行用操作レバー２２，アーム用操作レバー２３，旋回用操作レバー２４および左走行用操作レバー２５を備えた操作装置の図示しないパイロット弁から各操作レバー２０〜２５の操作量および操作方向に応じたパイロット圧油が供給されて切り替え動作が行われるようになっている。なお、ここでは、説明の便宜上、各操作レバーを個別に設けているが、実機においては、それらの共通化が図られている。
【００２２】
また油圧ポンプ１１，１２は、可変容量型のものであり、その吐出流量を規制する傾転角がそれぞれ第１比例電磁弁２６および第２比例電磁弁２７により生成される２次圧によって、図示しないレギュレータを介して調整可能となっている。
【００２３】
つまり、これら第１，第２比例電磁弁２６，２７の通電制御により各油圧ポンプ１１，１２の吐出流量が制御可能となっている。
【００２４】
一方、この油圧ショベルは、各操作レバー２０〜２５の操作方向を含む操作量を検出する各操作量センサ（操作量検出手段に相当）１であるブーム操作量センサ２０ａ，バケット操作量センサ２１ａ，右走行操作量センサ２２ａ，アーム操作量センサ２３ａ，旋回操作量センサ２４ａおよび左走行操作量センサ２５ａを備えている。各操作量センサ１は、例えば圧力センサにより構成され、各操作レバー２０〜２５の操作量に応じた信号をコントローラ１９に出力するようになっている。
【００２５】
なお、図示しない管路が油圧ポンプ１１，１２の管路に接続されており、これによって、ブーム用油圧シリンダ１３，アーム用油圧シリンダ１４には両ポンプから圧油が供給され、また各アクチュエータの非作動時には圧油が図示しないタンクへ還流されるようになっている。
【００２６】
図１は、本実施の形態１に係る制御装置（以下、「本装置」という。）の概略構成を示すブロック図である。図１および図２に示すように、本装置の主要部をなすコントローラ１９は、例えばマイクロコンピュータにより構成されており、その機能的構成として、各操作量センサ１からの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２８と、このＡ／Ｄ変換された各操作レバー２０〜２５の操作量を示すデータを連続した所定時間（例えば２０秒間）保持し、それを例えば5秒ごとに更新していくデータ保持部２９と、この保持されたデータに基づき油圧ショベルの特徴を示す特徴量を抽出する特徴量抽出部（特徴量演算手段に相当）２と、作業種別に各特徴量に対応させて予め設定されたファジー推論用の複数のメンバシップ関数を記憶するメンバシップ関数記憶部（メンバシップ関数記憶手段に相当）３と、上記演算された各特徴量を、この記憶された各メンバシップ関数に適用することにより、この演算された各特徴量の各作業に対する適合度を演算する適合度演算部（適合度演算手段に相当）４とを具備している点では、上記従来技術と同様である。
【００２７】
さらに、特徴量抽出部２は、作業種別を判別するために、後述する複数種の特徴量をデータ保持部２９に保持された各操作レバー２０〜２５の所定時間分の操作量データからそれぞれ把握するブーム操作複雑さ把握部３１，アーム操作複雑さ把握部３２，バケット操作複雑さ把握部３３，高速旋回時間把握部３４，ブーム逆操作時間把握部３５，バケット・アーム停止時間把握部３６，ブーム操作平均値把握部３７，アーム操作平均値把握部３８およびバケット操作平均値把握部３９を具備し、適合度演算部４は、メンバシップ関数記憶部３に記憶されたメンバシップ関数を用いて、作業時に上記各把握部３１〜３９に把握される各特徴量の各作業種別への適合度を求めるようになっているが、この点でも上記従来技術と同様である。
【００２８】
しかし、本コントローラ１９は、各作業種別に各操作特性に対応させて予め設定された操作特性設定値を記憶する操作特性設定値記憶部（操作特性設定値記憶手段に相当）５と、全作業種に対応して演算された適合度および記憶された操作特性設定値を総合的に取り込んで、これら全てを加味した油圧ショベルの制御用の操作特性を演算し、これを出力する操作特性演算部（操作特性出力手段に相当）６とを備えている点で上記従来技術と異なる。
【００２９】
そして、コントローラ１９の操作特性演算部６からの出力信号によって油圧ポンプ制御部７が第１，第２比例電磁弁２６，２７を動作させるようになっている。以下、本コントローラ１９等の動作について図３〜図１１を参照して説明する。
【００３０】
本実施の形態１では、この特徴量抽出部２により抽出する作業種別は、単純掘削作業，法面仕上げ作業，溝掘削作業，水平掘削作業，旋回地ならし作業，土羽打ち作業，ばらまき作業，押し付け作業，クレーン作業および積み込み作業の１０種類であり、各作業種別の作業内容の概要は以下の通りである。
【００３１】
単純掘削作業は、車両の前方箇所でバケットを地面に押し当てて、アームおよびブームの動作によってバケットを手前に引き込むことにより地面に穴を掘る作業である。法面仕上げ作業は、バケット，アーム，ブームの同時動作によって、バケットを斜面に沿わせ、この状態でアームやブームを動作させてバケットにより斜面を削っていく作業である。溝掘削作業は、車両の前方箇所でバケットを地面に押し当てて、アームおよびブームの動作によってバケットを手前に引き込むことにより地面に溝を掘る作業である。水平掘削作業は、車両の前方箇所でバケットを地面の凸部に押し当てて、アームおよびブームの動作によってバケットを手前に引き込むことにより地面の凸部を削り取る作業である。旋回地ならし作業は、バケットを地面に接触させ、この状態で旋回動作を行うことにより地ならしを行う作業である。土羽打ち作業は、ブームの上下動の繰り返しによって、バケットを地面にたたきつけて、地面をかためていく作業である。ばらまき作業は、バケット，アーム，ブームの同時動作によって、バケットに土をすくい、それをバケットの動作によってばらまくという作業を高速で繰り返す作業である。押し付け掘削作業は、車両の側方箇所で車両の前後方向に溝を掘る場合等に、旋回動作を行いつつ、バケットを地面に押し当てて引き込んで掘削を行う作業である。
【００３２】
クレーン作業は、バケットの刃先にロープ等を介して運搬物をつり下げ、この運搬物の移動を行う作業である。積み込み作業は、油圧ショベルを輸送する際に、トレーラ等に油圧ショベルを積み込む作業である。
【００３３】
これらの作業種別の特徴量を抽出する特徴量抽出部２のブーム操作複雑さ把握部３１は、ブーム用操作レバー２０の前記所定時間分の操作量データから、この所定時間内においてこの操作レバーの操作量が増減変動される割合をブーム操作の複雑さを示す複雑さ表示量として把握する。バケット操作複雑さ把握部３３は、バケット用操作レバー２１の前記所定時間分の操作量データから、この所定時間内においてこの操作レバーの操作量が増減変動される割合をブーム操作の複雑さを示す複雑さ表示量として把握する。このようにして求める例を表１に示している。
【００３４】
【表１】

【００３５】
本実施の形態１では、ブーム操作複雑さ把握部３１は、所定時間分（例えば１５秒間分）のブーム操作レバー２０についての操作量の時間的変化を示す波形ａ（これはデータ保持部２９に保持された複数の操作量Ｓ１〜Ｓ５（上記表１では、それぞれ、−１０．０，−５．０，５．０，１０．０）を表す直線ｂ１〜ｂ５のそれぞれと交わる交点Ｐ１〜Ｐ５の個数、換言すれば、所定時間内においてブーム用操作レバー２０の操作量が各操作量Ｓ１〜Ｓ５より小さい操作量または大きい操作量からそれぞれこの操作量Ｓ１〜Ｓ５より大きい操作量または小さい操作量に変化する回数（各操作量Ｓ１〜Ｓ５の上下に変化する回数）を各操作量Ｓ１〜Ｓ５毎に求める。そして、各操作量Ｓ１〜Ｓ５に対応する各交点Ｐ１〜Ｐ５の個数の平均値をブーム操作の複雑さ表示量ｃｈ１として求める。
【００３６】
例えば、図３に示すようなブーム用操作レバー２１の操作量の波形ａでは、各所定操作量Ｓ１〜Ｓ５に対応する複雑さ表示量は「９．６」となる。このような複雑表示量の求め方は、バケット操作複雑さ把握部３３のバケット操作の複雑さ表示量ｃｈ２についても同様である。ただし、前記操作量Ｓ１〜Ｓ５は、各操作レバー毎に各別に定められている（上記表１では、−５．０のみとしている）。
【００３７】
このようにして求められるブーム操作およびバケット操作の複雑さ表示量ｃｈ１，ｃｈ２は、それぞれブーム用操作レバー２０およびバケット用操作レバー２１が前記所定時間内で頻繁に増減操作される程度を示すものであり、この複雑さ表示量ｃｈ１，ｃｈ２が大きい程、各操作レバーが頻繁に増減操作されて、複雑なブーム操作およびバケット操作が行われていることを意味する。
【００３８】
この場合、複数の所定操作量Ｓ１〜Ｓ５に対応する直線ｂ１〜ｂ５との交点Ｐ１〜Ｐ５の個数の平均値をブーム操作やバケット操作の複雑さ表示量とすることにより、同じ作業に際して作業者の好みや作業環境等によって、各操作レバーの操作量の増減幅がばらつくような場合であっても、各操作レバーが頻繁に増減操作される程度（操作の複雑さ）を前記複雑さ表示量ｃｈ１，ｃｈ２により適正に把握することができる。さらに、図３の右寄りの箇所に示すように、単なる振動等により、僅かな増減幅で各操作レバーの操作量が増減するような場合に、この操作レバーが頻繁に増減操作されていると誤認してしまうような事態を排除できる。このような複雑さ表示量は、前記各交点Ｐ１〜Ｐ５の個数の最小値をこの複雑さ表示量として求めるようにしてもよい。その場合には、図３の波形ａでは、この複雑さ表示量は「８」となる。
【００３９】
高速旋回時間把握部３４は、旋回用操作レバーの前記所定時間分の操作量データから、この所定時間内において、この操作レバーの操作量の大きさが予め定められた所定操作量（上記表１では、３０．０）以上となる時点数、例えばそのような時間の合計を求め、それを高速旋回時間の表示量ｃｈ３として把握する。このようにして求められる高速旋回時間の表示量ｃｈ３は、前記所定時間内において、油圧ショベルの高速旋回動作が行われた合計時間を意味する。
【００４０】
バケット・アーム停止時間把握部３６は、ブーム用，アーム用およびバケット用の各操作レバーについての前記所定時間分の操作量データから、この所定時間内においてブーム用操作レバー２０の操作量（絶対値）が予め定められた所定操作量（上記表１では、３．０）以上で、かつ、アーム用操作レバー２３およびバケット用操作レバー２１の各操作量（絶対値）がそれぞれ予め定められた所定操作量（上記表１では、３．０）以下となる時点数、例えばそのようになる時間の合計を求め、それをバケット・アーム停止時間の表示量ｃｈ４として把握する。このようにして求められるバケット・アーム停止時間の表示量ｃｈ４は、バケットおよびアームをほぼ停止した状態で、ブームのみを駆動する状態の前記所定時間内における合計時間を意味する。
【００４１】
ブーム逆操作時間把握部３５は、ブーム用，アーム用およびバケット用の各操作レバーについての前記所定時間分の操作量データから、この所定時間内においてブーム用操作レバー２０およびアーム用操作レバー２３の各操作量がブームおよびアームの上昇側でそれぞれ予め定められた所定操作量（上記表１では、３．０）以上となり、かつ、バケット用操作レバー２１の操作量が、バケットの引き込み側で予め定められた所定操作量（上記表１では、−３．０）以下となる時点数、例えばそのようになる時間の合計を求め、それをブーム逆操作時間の表示量ｃｈ５として把握する。このようにして求められるブーム逆操作時間の表示量ｃｈ５は、ブームおよびアームが上昇側に駆動される一方、バケットが引き込み側に駆動される状態の前記所定時間内における合計時間を意味する。
【００４２】
ブーム操作平均値把握部３７，アーム操作平均値把握部３８およびバケット操作平均値把握部３９は、それぞれブーム用，アーム用およびバケット用の各操作レバーについての前記所定時間分の操作量データから、この所定時間内における各操作レバーの操作量（絶対値）の平均値を求め、それぞれブーム操作量平均値の表示量ｃｈ６，アーム操作量平均値の表示量ｃｈ７およびバケット操作量平均値の表示量ｃｈ８として把握する。
【００４３】
本実施の形態１では、これらの各把握部３１〜３９により把握されるブーム操作の複雑さの表示量ｃｈ１，バケット操作の複雑さの表示量ｃｈ２，高速旋回時間の表示量ｃｈ３，バケット・アーム停止時間の表示量ｃｈ４，ブーム逆操作時間の表示量ｃｈ５，ブーム操作量平均値の表示量ｃｈ６，アーム操作量平均値の表示量ｃｈ７およバケット操作量平均値の表示量ｃｈ８を油圧ショベルの動作状態を示す特徴量としている。このように求めた作業種と特徴量との関係を表２に示した。
【００４４】
【表２】

【００４５】
メンバシップ関数記憶部３に記憶保持されたメンバシップ関数は、この表２から導かれるものであり、前記ブーム操作の複雑さ表示量等である８種類の各特徴量の値と、前述した各作業種別に対応する特徴量の適合度との予め定められた関係を示すものである。そして、各作業種毎に、前述した各特徴量に対応するメンバシップ関数がメンバシップ関数記憶部３に記憶保持される。
【００４６】
すなわち、このメンバシップ関数は、各作業種別と各特徴量との組毎に設定される。この場合、各作業種別と各特徴量との各組に対応するメンバシップ関数は、基本的には、各作業種別の実際の作業時において前述の各特徴量が通常的にとり得る値の範囲で、その特徴量の値に対応した適合度が最大値（本実施の形態では「１」）となり、この特徴量の値が上記範囲から外れるに従って、徐々に適合度が小さくなるように設定される。
【００４７】
例えば図４〜図１１は、単純掘削作業についての例であるが、通常、ブーム用操作レバー２０およびバケット用操作レバー２１が、短時間で頻繁に増減操作されるころは少ないため、図４および図５に示すように、前記ブーム操作の複雑さ表示量およびバケット操作の複雑さ表示量の値が「０」を含めて比較的低い範囲で、適合度が最大の「１」となるようにメンバシップ関数が設定される。
【００４８】
また単純掘削作業においては、通常、高速旋回を行う動作や、バケットおよびアームをほぼ停止した状態でブームのみを駆動する動作、ブームを上昇側に駆動しつつバケットおよびアームを引き込み側に駆動する状態の頻度が少ないため、図６〜図８に示すように前記高速旋回時間，バケット・アーム停止時間およびブーム逆操作時間の値が「０」を含めて比較的低い範囲で、適合度が最大の「１」となるようにメンバシップ関数が設定される。
【００４９】
また単純掘削作業においては、通常、ブーム用操作レバー２０およびバケット用操作レバー２１が比較的大きな操作量で操作される場合が多く、このため、図９および図１１に示すように、前記ブーム操作量平均値およびバケット操作量平均値がある値以上の比較的大きい範囲で、適合度が最大の「１」となるようにメンバシップ関数が設定される。
【００５０】
そして、アーム操作レバー２３は、中程度の操作量で操作される場合が多いことから、図１０に示すように、前記アーム操作量平均値の値が中程度の範囲で、適合度が最大の「１」となるようにメンバシップ関数が設定される。
【００５１】
このような作業種別毎の各特徴量に対するメンバシップ関数の設定は、他の作業についても、同様であり、各作業が通常とり得る値の範囲で、その特徴量の値に対応した適合度が最大の「１」となるように各メンバシップ関数が設定される。なお、各作業種別について、特徴量の通常的な値の範囲が、この特徴量の全範囲にわたるような場合には、その特徴量のの全範囲にわたって適合度が最大の「１」となるようにメンバシップ関数が設定される。
【００５２】
適合度演算部４は、作業時に前記各把握部３１〜３９により実際に把握された各特徴量の値から、上記のようにして設定されたメンバシップ関数を用いて各作業種毎に、各特徴量の各作業種別に対する適合度を求める。
【００５３】
具体的には、適合度演算部４は、上記表１における各特徴量ｃｈ１〜ｃｈ８を用いて上記メンバシップ関数から計算される各作業の特徴量に対する適合度μｉｊ（ｉ＝１〜９，ｊ＝１〜８）の論理積あるいは論理和から、各作業の適合度ｈｉ（ｉ＝１〜９）を以下のような式を用いて計算する。
【００５４】
【数１】

【００５５】
あるいは、
【００５６】
【数２】

【００５７】
ただし、ｉ＝１は単純掘削作業，２は法面仕上げ作業，３は溝掘削作業，４は水平地ならし作業，５は旋回地ならし作業，６は土羽打ち作業，７はばらまき作業，８は押し付け掘削作業，９はクレーン作業を示し、ｍｉｎ（）は最小値っを計算する処理を示している。
【００５８】
操作特性設定値記憶部５は、応答時定数記憶部４１と、吸収馬力記憶部４２と、流量変更記憶部４３と、最大供給流量記憶部４４とを具備し、各記憶部４１〜４４に各作業に対して要求される操作特性設定値Ｐｋｉを例えば以下に示す表３のように設定し記憶させる。
【００５９】
【表３】

【００６０】
すなわち、応答時定数記憶部４１は、各操作レバーの操作量の変化速度に対する各アクチュエータの作動速度の変化速度を規制する応答時定数を記憶しておくものであり、例えば上記表３に示すように、この応答時定数を作業種別に応じて０秒，０．２秒，０．３秒，０．５秒に設定し記憶する。応答時定数は、それが小さくなる程、各操作レバーの操作量が変化されたときに、それに対する各アクチュエータの作動速度の応答性が高くなるものである。なお、この応答時定数にしたがった作動は、例えば各操作レバーの操作量が変化されたときに、それに応じた油圧ポンプ１１，１２の流量変化を生ぜしめるための第１，第２比例電磁弁２６，２７への通電タイミングをこの応答時定数の時間だけ遅延させることにより行われる。
【００６１】
吸収馬力記憶部４２は、エンジン１０の出力を油圧ポンプ１１，１２により吸収する割合である、いわゆる吸収馬力を記憶しておくものであり、例えば上記表３に示すように、油圧ポンプ吸収馬力を作業種別に応じて１００％，８０％，７０％に設定し記憶する。ここで、１００％の油圧ポンプ吸収馬力は、エンジン１０の各回転数における出力トルクと油圧ポンプ１１，１２の発生トルクとが一致する状態を示しており、この状態では、エンジン１０の出力が、そのまま各アクチュエータを駆動するための油圧ポンプ１１，１２の出力に変換される。また８０％あるいは７０％の油圧ポンプ吸収馬力は、エンジン１０の各回転数における油圧ポンプ１１，１２の発生トルクと出力トルクの８０％あるいは７０％となる状態を示しており、この状態では、エンジン１０の出力の８０％あるいは７０％が、各アクチュエータを駆動するための油圧ポンプ１１，１２の出力に変換される。
【００６２】
流量変化度記憶部４３は、各操作レバーの操作量の変化量に対する油圧ポンプ１１，１２から各アクチュエータへの圧油の流量についての静的変化量の割合を流量変化量として記憶しておくものであり、例えば上記表３に示すように、この流量変化量を作業種別に応じて大，中，小の３種類で設定し記憶する。流量変化量は、それが大きい程、各操作レバーの操作量の増減に対して、各アクチュエータの作動速度の増減変化が大きくなる。
【００６３】
最大供給流量記憶部４４は、油圧ポンプ１１，１２から各アクチュエータへの圧油の最大供給量を記憶しておくものであり、例えば上記表３に示すように、油圧ポンプ１１，１２の許容最大吐出流量に等しい最大供給流量を１００％として、この最大供給流量を作業種別に応じて１００％，８０％，７０％に設定し記憶する。最大供給流量は、それが大きい程、各操作レバーの操作による各アクチュエータの最大作動速度が速くなる。
【００６４】
操作特性演算部６では、適合度演算部４によって計算された適合度ｈｉ（ｉ＝１〜９）と、操作特性設定値記憶部５の各記憶部４１〜４４に記憶されている操作特性設定値Ｐｋｉから、以下のような式を用いて操作特性出力値Ｐｋ（ｋ＝１〜４）を計算する。つまり、各作業毎に設定された操作特性設定値の、各特徴量と各作業との関係を記述したファジールールへの適合度を重みとした加重平均を操作特性の出力値となす。
【００６５】
【数３】

【００６６】
そして、操作特性演算部６からの操作特性出力値Ｐｋにしたがって、油圧ポンプ制御部７では、各操作レバーの時々刻々の操作量に応じた流量の圧油が各アクチュエータに供給されるように第１，第２比例電磁弁２６，２７への通電量を決定し、この第１，第２比例電磁弁２６，２７へ通電し、これにより、油圧ポンプ１１，１２の吐出流量を制御する。
【００６７】
以上より、本実施の形態１によれば、上記従来技術のように単一の作業種に対応する操作特性設定値がそのまま出力されるのではなく、ここでは全作業種に対応する適合度と操作特性設定値とから求められた操作特性の出力値が出力される。これにより、全ての適合度が操作特性の出力値に反映されることとなる。
【００６８】
より具体的には、例えば予め各特徴量と各作業との関係がファジールールで記述されており、各ルールへの適合度は、予め設定されたメンバシップ関数に基づいて計算され、操作特性の出力値が、各作業毎に設定された操作特性値を用いて、各ルールへの適合度を重みとした加重平均によって求められる。
【００６９】
このことにより、操作特性が予め定められた値にＯＮ−ＯＦＦ的に切り替わるのではなく、中間的な値が出力される。例えば、油圧ポンプの最大流量が上記従来技術と同様に、単純掘削作業に対し１００％，法面仕上げ作業に対し７０％にそれぞれ設定されており、オペレータが、法面仕上げから、単純掘削というような作業をする場合においては、その出力値は１００％と７０％の中間の８５％となる。
【００７０】
したがって、このような組み合わせ作業を行う場合でも、作業切り替わりの前後で予め設定された値以外の中間的な制御値をとることができるので、油圧ポンプの最大流量が従来技術におけるようにステップ的に変化せず、段階的に変化し、操作特性の切り替わりがスムーズとなる。
【００７１】
また、操作量履歴データ内に異種作業のデータが混在する場合でも、上記従来技術におけるようなＯＮ−ＯＦＦ的な切り替えに比べて、各適合度を考慮した制御となっており、誤判別つまりオペレータが意図しない作業の適合度が大きくなるような場合でも、それらの操作特性に及ぼす影響が平均化されるので、操作の違和感が減少する。その結果、油圧ショベルの操作特性の向上を図ることができる。
【００７２】
なお、上記実施の形態１では、具体例として、操作特性の出力値が、各作業毎に設定された操作特性値を用いて、各特徴量と各作業との関係を表すファジールールへの適合度を重みとした加重平均によって求められるものとしたが、この適合度による重みに代えて、あるいは、この適合度による重みに加えてオペレータ指定による重み付けをしてもよい。その場合には、オペレータの経験が出力値に反映されることとなり、より実際的な操作性の向上が図られる。さらに、そのような重み付けを学習により行うこととしてもよいことは勿論である。
【００７３】
また、上記実施の形態１では、予め用意された全ての作業種に対応する適合度および操作特性設定値をベースにしているが、本発明では、少なくとも２以上の作業種に対応する適合度および操作特性設定値を選択してこれらから複合的な操作特性出力値を演算することにより、優れた効果が得られる。
【００７４】
（実施の形態２）
上記実施の形態１では、各作業毎に設定されている操作特性設定値Ｐｋｉを用いて操作特性出力値Ｐｋの計算を行っている。しかし、上記表３をみると分かるように、例えば単純掘削作業，溝掘削作業および押し付け掘削作業はまったく同じ操作特性に設定されている（ポンプ吸収馬力＝１００％，最大供給流量＝１００％，重量変化度＝１．０，応答時定数＝０秒）。
【００７５】
このような場合、上記数１式を用いて計算するとすれば、ある特定の操作特性が強調されることになる。例えば、ポンプ吸収馬力＝１００％が上記数１式では３回も重複して出現するからである。したがって、これによって不都合が生じる場合は、作業をグループ化することが考えられる。具体的には、以下に示す表４のような作業グループ化が考えられる。
【００７６】
【表４】

【００７７】
ここでは、例えば単純掘削作業，溝掘削作業および押し付け掘削作業を掘削作業としてグループ番号１で表しており、他の作業も同様にグループ化してそれぞれグループ番号２〜６で表している。このように作業グループ化した場合には、上記符号ｉは作業グループ番号を意味することとなる。すると、各作業グループと操作特性設定値との関係は以下に示す表５のようになる。
【００７８】
【表５】

【００７９】
ただし、各作業グループの適合度ｈｇｉ（ｉ＝１〜６）は、各作業グループに属する作業の適合度の最大値とし、本実施の形態２では、以下の数４式によって計算する。つまり、ここでも上記実施の形態１と同様に、各作業毎に設定された操作特性設定値の、各特徴量と各作業との関係を記述したファジールールへの適合度を重みとした加重平均を操作特性の出力値となす。
【００８０】
【数４】

【００８１】
この場合、操作特性演算部６では、適合度演算部４によって計算された各作業グループの適合度ｈｇｉ（ｉ＝１〜６）と、操作特性設定値記憶部５の各記憶部４１〜４４に記憶されている操作特性設定値Ｐｋｉから、以下のような式を用いて操作特性出力値Ｐｋ（ｋ＝１〜４）を計算する。つまり、各作業グループ毎に設定された操作特性設定値の、各特徴量と各作業グループとの関係を記述したファジールールへの適合度を重みとした加重平均を操作特性の出力値となす。
【００８２】
【数５】

【００８３】
そして、操作特性演算部６からの操作特性出力値Ｐｋにしたがって、油圧ポンプ制御部７では、油圧ポンプの吐出量を第１，第２比例電磁弁２６，２７を介して制御する。
【００８４】
以上より、本実施の形態２によれば、操作特性がまったく同様の作業が存在する場合、それらをグループ化することにより、ある特定の操作特性が重複して出現することによってその操作特性が強調されることを防止して、操作性の向上を図ることができる。
【００８５】
なお、本実施の形態２の構成は、上記グループ化以外については、上記実施の形態１とまったく同様である。したがって、その他の作用効果は、上記実施の形態１とまったく同様である。
【００８６】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明によれば、油圧ショベルの各作業用アクチュエータに対応する各操作レバーの操作量が操作量検出手段により検出され、上記検出された操作量に基づき油圧ショベルの操作の特徴を示す特徴量が特徴量演算手段により演算され、作業種別に各特徴量に対応させて予め設定されたファジー推論用の複数のメンバシップ関数がメンバシップ関数記憶手段により記憶され、上記演算された各特徴量が、上記記憶された各メンバシップ関数に適用されることにより、該演算された各特徴量の各作業に対する適合度が適合度演算手段により演算される。この際、各作業種別に各操作特性に対応させて予め設定された操作特性設定値が操作特性設定値記憶手段に記憶され、複数の作業種に対応して演算された適合度および記憶された操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性が操作特性出力手段により出力される。すなわち、上記従来技術のように単一の作業種に対応する操作特性設定値が選択されてそのまま出力されるのではなく、ここでは複数の作業種に対応する適合度と操作特性設定値とから求められた操作特性の出力値が出力される。これにより、複数の適合度が操作特性の出力値に総合的に反映されることとなる。
【００８７】
より具体的には、例えば予め各特徴量と各作業との関係がファジールールで記述されており、各ルールへの適合度は、予め設定されたメンバシップ関数に基づいて計算され、操作特性の出力値が、各作業毎に設定された操作特性値を用いて、各ルールへの適合度を重みとした加重平均によって求められる。
【００８８】
このことにより、操作特性が予め定められた値にＯＮ−ＯＦＦ的に切り替わるのではなく、中間的な値が出力される。例えば油圧ポンプの最大流量が、上記従来技術と同様に、単純掘削作業に対し１００％，法面仕上げ作業に対し７０％にそれぞれ設定されており、オペレータが、法面仕上げから、単純掘削というような作業をする場合においては、その出力値は１００％と７０％の中間の８５％となる。
【００８９】
したがって、このような組み合わせ作業を行う場合でも、作業切り替わりの前後で予め設定された値以外の中間的な制御値をとることができるので、例えば油圧ポンプの最大流量が従来技術におけるようにステップ的に変化せず、段階的に変化し、操作特性の切り替わりがスムーズとなる。
【００９０】
また、操作量履歴データ内に異種作業のデータが混在する場合でも、上記従来技術におけるようなＯＮ−ＯＦＦ的な切り替えに比べて、各適合度を考慮した制御となっており、誤判別つまりオペレータが意図しない作業の適合度が大きくなるような場合でも、それらの操作特性に及ぼす影響が平均化されるので、操作の違和感が減少する。
【００９１】
さらに、操作特性設定値を、同一の操作特性を有する作業種毎にグループ化し、各作業グループ毎の適合度および操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性を出力することとすれば、ある特定の操作特性が重複して出現することにより、その操作特性が強調されることを防止することができる。
【００９２】
より具体的には、例えば予め各特徴量と各作業グループとの関係がファジールールで記述されており、各ルールへの適合度は、予め設定されたメンバシップ関数に基づいて計算され、操作特性の出力値が、各作業グループ毎に設定された操作特性値を用いて、各ルールへの適合度を重みとした加重平均によって求められる。
【００９３】
その結果、いずれの場合も、操作の切り替え時のショックや違和感を極力少なくして油圧ショベルの操作特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る制御装置を含む油圧ショベルの全体システム構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る制御装置の作動説明図である。
【図４】ブーム操作複雑さ表示量についてのメンバシップ関数の例図である。
【図５】バケット操作複雑さ表示量についてのメンバシップ関数の例図である。
【図６】高速旋回時間の表示量についてのメンバシップ関数の例図である。
【図７】バケット・アーム停止時間の表示量についてのメンバシップ関数の例図である。
【図８】ブーム逆操作時間の表示量についてのメンバシップ関数の例図である。
【図９】ブーム操作量平均値の表示量についてのメンバシップ関数の例図である。
【図１０】アーム操作量平均値の表示量についてのメンバシップ関数の例図である。
【図１１】バケット操作量平均値の表示量についてのメンバシップ関数の例図である。
【符号の説明】
１各操作量センサ（操作量検出手段に相当）
２特徴量抽出部（特徴量演算手段に相当）
３メンバシップ関数記憶部（メンバシップ関数記憶手段に相当）
４適合度演算部（適合度演算手段に相当）
５操作特性設定値記憶部（操作特性設定値記憶手段に相当）
６操作特性演算部（操作特性出力手段に相当）
７油圧ポンプ制御部
２６第１比例電磁弁
２７第２比例電磁弁
２８Ａ／Ｄ変換部
２９データ保持部

Claims

油圧ショベルの各作業用アクチュエータに対応する各操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、上記検出された操作量に基づき油圧ショベルの操作の特徴を示す特徴量を演算する特徴量演算手段と、作業種別に各特徴量に対応させて予め設定されたファジー推論用の複数のメンバシップ関数を記憶するメンバシップ関数記憶手段と、上記演算された各特徴量を、上記記憶された各メンバシップ関数に適用することにより、該演算された各特徴量の各作業に対する適合度を演算する適合度演算手段とを具備した油圧ショベルの制御装置において、
各作業種別に各操作特性に対応させて予め設定された操作特性設定値を記憶する操作特性設定値記憶手段と、複数の作業種に対応して演算された適合度および記憶された操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性を出力する操作特性出力手段とを備え、
前記操作特性出力手段は、各作業毎に設定された操作特性設定値の、各特徴量と各作業との関係を記述したファジールールへの適合度を重みとした加重平均を操作特性の出力値となすことを特徴とする油圧ショベルの制御装置。
油圧ショベルの各作業用アクチュエータに対応する各操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、上記検出された操作量に基づき油圧ショベルの操作の特徴を示す特徴量を演算する特徴量演算手段と、作業種別に各特徴量に対応させて予め設定されたファジー推論用の複数のメンバシップ関数を記憶するメンバシップ関数記憶手段と、上記演算された各特徴量を、上記記憶された各メンバシップ関数に適用することにより、該演算された各特徴量の各作業に対する適合度を演算する適合度演算手段とを具備した油圧ショベルの制御装置において、
各作業種別に各操作特性に対応させて予め設定された操作特性設定値を記憶する操作特性設定値記憶手段と、複数の作業種に対応して演算された適合度および記憶された操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性を出力する操作特性出力手段とを備え、
前記操作特性設定値は、同一の操作特性を有する作業種毎にグループ化されたものであり、
前記操作特性出力手段は、各作業グループ毎の適合度および操作特性設定値に基づいて油圧ショベルの制御用の操作特性を出力するものであって、各作業グループ毎に設定された操作特性設定値の、各特徴量と各作業との関係を記述したファジールールへの適合度を重みとした加重平均を操作特性の出力値となすものであることを特徴とする油圧ショベルの制御装置。
各作業に、ブーム作業，アーム作業，バケット作業および旋回作業を含む請求項１または２に記載の油圧ショベルの制御装置。