JP4741521B2 - 油圧ショベルのフロント制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、設定作業領域に応じてフロント作業機を制御する油圧ショベルのフロント制御装置に関する。

この種のフロント制御装置として、所望深さの作業領域を手動で設定するとともに、バケット先端の速度ベクトルに基づき減速ベクトルを演算し、この減速ベクトルに応じてブームを制御して、バケット先端部の深さを制限するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−１６７７９４号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、掘削反力によって機体がジャッキアップすることがあり、作業姿勢が不安定となる。

本発明は、走行体と、走行体に対して旋回可能な旋回体とを有する車体と、車体に取り付けられ、上下方向に回動可能なブーム，アーム，バケットを有する多関節型のフロント作業機と、フロント作業機を駆動する油圧アクチュエータと、フロント作業機の駆動指令を入力する操作部材と、操作部材の操作に応じて油圧アクチュエータへの駆動圧油の流れを制御する油圧制御弁と、走行体に対する旋回体の旋回位置を検出する旋回検出手段と、フロント作業機による掘削位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段により検出された掘削位置がフロント作業機の深さ方向の設定作業領域を超えないように油圧制御弁の駆動を制限する制限手段とを備えた油圧ショベルのフロント制御装置において、車体のジャッキアップを検出するジャッキアップ検出手段と、ジャッキアップ検出手段によりジャッキアップが検出されると、ジャッキアップを抑制するように制限手段による制限量を増加するジャッキアップ抑制手段とを備え、ジャッキアップ抑制手段は、旋回検出手段により検出された旋回位置に応じて制限手段による制限量の増加の程度を変更することを特徴とする。
ジャッキアップ抑制手段として、ジャッキアップが検出されると、設定作業領域を上方にシフトする補正を行うことができる。
設定作業領域を上方にシフトする補正を行った後、ジャッキアップ検出手段によりジャッキアップが検出されなくなると、設定作業領域の補正をリセットすることが好ましい。
ジャッキアップ検出手段が、車体の前後方向の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、傾斜角検出手段により検出された傾斜角の増加の割合が所定値以上になると、ジャッキアップと判定する判定手段とを有するものであってもよい。

本発明によれば、掘削位置がフロント作業機の深さ方向の設定作業領域を超えないように油圧制御弁の駆動を制限するとともに、ジャッキアップ検出時にジャッキアップを抑制するように油圧制御弁の駆動の制限量を増加するようにした。これにより車体のジャッキアップを防止することができ、安定した姿勢で作業を行うことができる。

以下、図１〜図１１を参照して本発明による油圧ショベルのフロント制御装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るフロント制御装置が適用される油圧ショベルの一例を示す斜視図である。油圧ショベルは、フロント作業機１０と車体２０とを有する。車体２０は、左右一対の下部走行体２１と、下部走行体２１の上方に旋回可能に搭載された上部旋回体２２とを備え、上部旋回体２２には運転室２３が設けられている。

フロント作業機１０は、上部旋回体２２の前部に回動可能に軸支されたブーム１１と、ブーム先端部に回動可能に軸支されたアーム１２と、アーム先端部に回動可能に軸支されたバケット１３とを有する。ブーム１１、アーム１２、バケット１３はそれぞれブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１６により支持され、各シリンダ１４〜１６の伸縮によってそれぞれ車幅方向に対し垂直面内で回動する。左右の下部走行体２１は、それぞれ走行用油圧モータ２４，２５（図２）の駆動により走行し、上部旋回体２２は、旋回用油圧モータ２６（図２）の駆動により旋回する。

図２は、本実施の形態に係るフロント制御装置の構成を示す図である。制御ユニット３０はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。制御ユニット３０には、ブーム１１の駆動指令を入力するブーム用操作レバー３１と、アーム１２の駆動指令を入力するアーム用操作レバー３２と、バケット１３の駆動指令を入力するバケット用操作レバー３３と、上部旋回体２１の旋回指令を入力する旋回用操作レバー３４と、左右の下部走行体２１の走行指令をそれぞれ入力する走行用操作レバー３５，３６と、設定器３７と、上部旋回体２２に対するブーム１１の相対角（ブーム角α）を検出するブーム角度検出器３８と、ブーム１１に対するアーム１２の相対角（アーム角β）を検出するアーム角度検出器３９と、アーム１２に対するバケット１３の相対角（バケット角γ）を検出するバケット角度検出器４０と、上部旋回体２２の前後方向における水平面に対する傾斜角θを検出する傾斜角検出器４１と、方向制御弁（電磁比例弁）５１〜５６のソレノイドがそれぞれ接続されている。なお、傾斜角θは車体前方が上昇した状態で正となる。

操作レバー３１〜３６は、操作信号としてその操作量に応じた電気信号を出力する電機レバー装置であり、操作レバー３１〜３６からの信号に応じて制御ユニット３０が方向制御弁５１〜５６のソレノイドに制御信号を出力する。これにより方向制御弁５１〜５６を切り換え、油圧ポンプ５０から油圧シリンダ１４〜１６および油圧モータ２３〜２５への圧油の流れを制御する。すなわち制御弁５１の切換により油圧ポンプ５０からブームシリンダ１４への圧油の流れを制御し、制御弁５２の切換により油圧ポンプ５０からアームシリンダ１５への圧油の流れを制御し、制御弁５３の切換により油圧ポンプ５０からバケットシリンダ１６への圧油の流れを制御する。また、制御弁５４の切換により油圧ポンプ５０から走行用油圧モータ２３への圧油の流れを制御し、制御弁５５の切換により油圧ポンプ５０から走行用油圧モータ２４への圧油の流れを制御し、制御弁５６の切換により油圧ポンプ５０から旋回用油圧モータ２５への圧油の流れを制御する。

設定器３７は、運転室内の操作パネルあるいは操作レバーの把持部に設けられたスイッチ等により構成される。設定器３７には、通常モードまたは領域制限モードに作業モードを切り換える切換スイッチ３７ａと、作業領域の設定を指令する設定スイッチ３７ｂが設けられている。切換スイッチ３７ａは、例えばトグルスイッチ等のオンオフ式スイッチであり、切換スイッチ３７ａのオンにより領域線モードに切り換えられ、オフにより通常モードに切り換えられる。

制御ユニット３０は、作業領域を設定する領域設定部３０Ａと、この設定作業領域に基づきフロント作業機１０の動作を制御するフロント制御部３０Ｂとを有する。設定作業領域は、図３に示すようにブーム基端部を原点としたＸＹ直交座標系におけるバケット先端部の深さ（Ｙ座標）として設定される。

領域設定部３０Ａで実行される領域設定処理について説明する。図４は、領域設定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は例えばエンジンキースイッチのオンにより開始され、一連の処理が繰り返し実行される。なお、設定作業領域をリセットするリセットスイッチを設定器３７に設け、リセットスイッチのオンにより領域設定処理を開始するようにしてもよい。

ステップＳ１では、作業領域の初期値を設定する。初期値はバケット先端が届かないような深さ（例えばＹ＝−２０ｍ）に設定する。これは後述のフロント制御部３０Ｂでの処理によりフロント作業機１０の移動範囲が制限された状態であっても、作業領域を自由に設定できるようにするためである。ステップＳ２では、設定器３７の設定スイッチ３７ｂがオンされたか否かを判定し、肯定されるとステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、予め制御ユニット３０のＲＯＭに記憶されたブーム１１，アーム１２，バケット１３の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３（図３参照）と、角度検出器３８〜４０によって検出されたブーム角α，アーム角β，バケット角γ，および傾斜角θとに基づき、バケット先端部Ｐ１の位置（Ｘ１，Ｙ１）を演算する。ステップＳ４では、演算されたバケット先端部のＹ座標の値Ｙ１を作業領域として設定し、この設定作業領域（Ｙ＝Ｙ１）を制御ユニット３０のＲＡＭに記憶する。

以上の処理によれば、バケット先端部の作業領域を設定する際は、オペレータは操作レバー３１〜３３を操作してバケット先端部を目標とする作業深さまで移動した後、設定スイッチ３７ｂを操作する。これにより作業領域が設定され、後述のフロント制御部３０Ｂでの処理により設定作業領域を超えないようにフロント作業機１０の動作が制限される。

フロント制御部３０Ｂで実行される領域制限処理について説明する。図５は、領域制限処理の一例を示すフローチャートである。この処理は例えばエンジンキースイッチのオンにより開始され、繰り返し実行される。ステップＳ１０では、切換スイッチ３７ａにより領域制限モードが選択されているか否かを判定する。ステップＳ１０が肯定されるとステップＳ２０に進み、各操作レバー３１〜３６の操作信号を読み込む。ステップＳ３０では、角度検出器３８〜４１により検出されたブーム角α，アーム角β，バケット角γ，傾斜角θをそれぞれ読み込む。ステップＳ４０では、検出された傾斜角θに基づき、以下のようにして領域設定処理で記憶された設定作業領域の直線式（Ｙ＝Ｙ１）を補正する。

図６は、ステップＳ４０の処理の詳細を示すフローチャートである。まずステップＳ４１で、操作レバー３１〜３３の操作による操作信号の入力の有無を判定する。ステップＳ４１で、操作信号の入力ありと判定されるとステップＳ４２に進み、そのときの傾斜角θnをＲＡＭに記憶する。操作信号が継続して入力されると、ステップＳ４２の処理が所定時間（領域制限処理の周期）毎に繰り返され、ＲＡＭには複数の傾斜角θ1,θ2,・・・・,θnが記憶される。

ステップＳ４３では、記憶された最新の傾斜角θnから前回の傾斜角θn-1を減算して傾斜角の偏差Δθ（＝θn−θn-1）を演算し、この偏差ΔＮを時間微分して傾斜角の変化の割合ΔＮ’を求めるとともに、ΔＮ’が所定値ΔＮａ以上か否かを判定する。所定値ΔＮａは、車体２０がジャッキアップしているか否かを判定するための閾値であり、傾斜地でショベルが停車している場合（ΔＮ’＝０）と区別するため、少なくともΔＮａは０より大きい値に設定されている。なお、傾斜角の偏差Δθを求める場合は、傾斜角検出器４１からの信号θをフィルタ処理してノイズを除去することが好ましい。

ステップＳ４３でΔＮ’≧ΔＮａ、つまり車体２０がジャッキアップしていると判定されるとステップＳ４４に進む。ステップＳ４４では、操作作業領域の直線式（Ｙ＝Ｙ１）に所定値ΔＹ（例えば１ｃｍ）を加算し、直線式をＹ＝Ｙ１＋ΔＹに補正するとともに、この補正後の直線式（Ｙ＝Ｙ１＋ΔＹ）をＲＡＭに記憶する。ＲＡＭには、領域設定処理（図４）で設定された補正前の直線式（Ｙ＝Ｙ１）もそのまま記憶される。

一方、ステップＳ４１で操作信号の入力なしと判定されるとステップＳ４５に進み、ステップＳ４２と同様、傾斜角θを記憶する。そしてステップＳ４６では、設定作業領域の直線式を補正前の値（Ｙ＝Ｙ１）に戻す。ステップＳ４３でΔＮ’＜ΔＮａ、つまり車体がジャッキしていないと判定されたときもステップＳ４６に進む。以上の処理が終了すると図５のステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、角度検出器３８〜４１で検出したブーム角α，アーム角β，バケット角γおよび傾斜角θと、予め記憶されているフロント作業機１０および車体２０の各部寸法とに基づき、フロント作業機１０の位置と姿勢の計算を行い、バケット先端部Ｐ１（図３）の位置（Ｘ，Ｙ）を演算する。

ステップＳ６０では、角度検出器３９，４０からの信号を時間微分してアーム１２およびバケット１３の回動による角速度ω２，ω３を求め、この角速度ω２，ω３からアームシリンダ１５およびバケットシリンダ１６の駆動速度を算出する。そして、この駆動速度とフロント作業機１０の各部寸法を用いてバケット先端の速度ベクトルＶを演算し、速度ベクトルの設定作業領域の境界に平行な方向のベクトル成分（Ｘ座標成分）Ｖｘと垂直な方向のベクトル成分（Ｙ座標成分）Ｖｙを求める（図７参照）。

ステップＳ７０では、バケット先端の位置が減速領域にあるか否かを判定する。減速領域は、図７に示すように設定作業領域の境界を基準とし、そこから上方に所定値Ｙ１だけ離れた範囲に設定されている。所定値Ｙ１は制御コントローラ３０に予め記憶された値である。ステップＳ７０が肯定されるとステップＳ８０に進む。ステップＳ８０では、減速制御としてアーム用操作レバー３２の操作信号自体を減速するアーム減速処理（操作指令値を小さくする処理）と、バケット先端の速度ベクトルＶの設定作業領域の境界に接近する方向のベクトル成分Ｖｙを減じる処理（減速方向変換処理）とを行う。アーム減速処理では、例えばアーム用操作レバー３２の操作信号に所定の係数ｃ１（０＜ｃ１＜）を乗じる。

ステップＳ８０の減速方向変換処理について説明する。制御ユニット３０には予め図８に示すように設定作業領域の境界からバケット先端までの距離Ｄ１（絶対値）と減速ベクトル係数ｈとの関係が記憶されている。図８の特性は、距離Ｄ１が所定値Ｙ１よりも大きいとき、つまり減速領域にないときはｈ＝０であり、距離Ｄ１が所定値Ｙ１よりも小さくなると、距離Ｄ１が減少するにしたがって減速ベクトル係数ｈが増大し、距離Ｄ１＝０でｈ＝１となる。

ステップＳ８０では、バケット先端の速度ベクトルＶの設定作業領域の境界に接近する方向のベクトル成分、つまりＸＹ座標系のＹ座標の成分Ｖｙを減じるための減速ベクトルＶＲを求める。すなわち、図８の関係から設定作業領域の境界とバケット先端との距離Ｄ１に対応する減速ベクトル係数ｈを算出し、この減速ベクトル係数ｈを速度ベクトルＶのＹ座標成分Ｖｙに乗じ、さらに−１を乗じて減速ベクトルＶＲ（＝−ｈＶｙ）を求める。このようにして求めた減速ベクトルＶＲを速度ベクトルＶのＹ座標成分Ｖｙに加算すると、距離Ｄ１が所定値ｙ１より小さくなるに従い速度ベクトルＶのＹ座標成分Ｖｙの減少量が大きくなり、図７に示すように速度ベクトルＶが速度ベクトルＶａに補正される。

減速領域において、速度ベクトルＶが速度ベクトルＶａに補正されたときのバケット先端の軌跡の一例を図９に示す。速度ベクトルＶが斜め下方に一定であるときは、その平行成分Ｖｘは一定であり、垂直成分Ｖｙはバケット先端が設定作業領域の境界に近づくに従い、つまり距離Ｄ１が小さくなるに従い減少する。したがって、バケット先端が設定作業領域の境界に近づくにつれてＶａとＶｘとのなす角ａが小さくなり、バケット先端の軌跡は設定作業領域の境界に沿った曲線形状となる。このとき、Ｄ１＝０でｈ＝１、ＶＲ＝−Ｖｙとなるので、設定作業領域の境界上での補正後の速度ベクトルＶａは速度ベクトルＶの平行成分Ｖｘに一致する。

ステップＳ９０では、方向制御弁５１〜５６に出力する制御信号を演算する。すなわち、ブーム用方向制御弁５１に出力する制御信号として、減速ベクトルＶＲに対応する方向制御弁５１の制御信号を演算する。具体的には、まず減速ベクトルＶＲに対応するブーム１１の角速度の目標値を演算し、それにリンク変換を行い、ブーム角速度の目標値に相当するブーム１１の操作信号を演算する。ここで、この操作信号を方向制御弁５１に出力し、ブーム１１を操作することは、減速ベクトルＶＲが得られるようにブーム上げを行うことであり、これは、図９に示したように減速ベクトルＶＲを速度ベクトルＶの垂直方向のベクトル成分Ｖｙに加算することに相当する。

さらにステップＳ９０では、アーム用方向制御弁５２に出力する制御信号として、ステップＳ８０のアーム減速処理に対応した操作信号を演算する。また、他の方向制御弁５３〜５６に出力する制御信号として、それぞれステップＳ２０で入力した操作レバー３３〜３６の操作に対応した操作信号を演算する。ステップＳ１００では、ステップＳ９０で演算した制御信号を方向制御弁５１〜５６にそれぞれ出力する。

一方、ステップＳ７０が否定されるとステップＳ１１０に進み、バケット先端の位置が設定作業領域よりも下側（設定領域外）にあるか否か、つまり図７に示すように復元領域にあるか否かを判定する。ステップＳ１１０が肯定されるとステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、復元制御としてアーム用操作レバー３２の操作信号自体を減速するアーム減速処理（操作指令値を小さくする処理）と、バケット先端の速度ベクトルＶの設定作業領域の境界に接近する方向のベクトル成分Ｖｙを設定作業領域の境界に向かう方向の成分に変換する処理（復元方向変換処理）とを行う。アーム減速処理では、例えばアーム用操作レバー３２の操作信号に所定の係数ｃ２（０＜ｃ１＜）を乗じる。

ステップＳ１２０の復元方向変換処理について説明する。制御ユニット３０には予め図１０に示すように設定作業領域の境界からバケット先端までの距離Ｄ２（絶対値）と加算用復元ベクトルＡＲとの関係が記憶されている。図１０の特性は、原点を通る直線であり、距離Ｄ２が大きくなるに従い加算用復元ベクトルＡＲが増加する。

ステップＳ１２０では、まず速度ベクトルＶの垂直方向成分Ｖｙをキャンセルする値であるＶｙの逆方向ベクトルＡｙを求める。次に、図１０の関係を用いて、設定作業領域の境界からバケット先端までの距離Ｄ２に対応した加算用復元ベクトルＡＲを演算し、Ｖｙの逆方向ベクトルＡｙと加算用復元ベクトルＡＲとの和を復元ベクトルＶＲ２（＝Ａｙ＋ＡＲ）とする。このようにして求めた復元ベクトルＶＲ２を速度ベクトルＶのＹ座標成分Ｖｙに加算すると、距離Ｄ２が小さくなるに従い垂直方向のベクトル成分Ｖｙが小さくなり、速度ベクトルＶが速度ベクトルＶａに補正される。

復元領域において、速度ベクトルＶが速度ベクトルＶａに補正されたときのバケット先端の軌跡の一例を図１１に示す。速度ベクトルＶが斜め下方に一定であるときは、その平行成分Ｖｘは一定であり、垂直成分Ｖｙはバケット先端が設定作業領域の境界に近づくに従い、つまり距離Ｄ２が小さくなるに従い減少する。したがって、バケット先端が設定作業領域の境界に近づくにつれてＶａとＶｘとのなす角ｂが小さくなり、バケット先端の軌跡は設定作業領域の境界に沿った曲線形状となる。

ステップＳ１３０では、方向制御弁５１〜５６に出力する制御信号を演算する。すなわち、ブーム用方向制御弁５１に出力する制御信号として、復元ベクトルＶＲ２に対応する方向制御弁５１の制御信号を演算する。具体的には、まず復元ベクトルＶＲ２に対応するブーム１１の角速度の目標値を演算し、それにリンク変換を行い、ブーム角速度の目標値に相当するブーム１１の操作信号を演算する。ここで、この操作信号を方向制御弁５１に出力し、ブーム１１を操作することは、復元ベクトルＶＲ２が得られるようにブーム上げを行うことであり、これは、図１１に示したように復元ベクトルＶＲ２（＝Ａｙ＋ＡＲ）を速度ベクトルＶの垂直方向のベクトル成分Ｖｙに加算することに相当する。

さらにステップＳ１３０では、アーム用方向制御弁５２に出力する制御信号として、ステップＳ１２０のアーム減速処理に対応した操作信号を演算する。また、他の方向制御弁５３〜５６に出力する制御信号として、それぞれステップＳ２０で入力した操作レバー３３〜３６の操作に対応した操作信号を演算する。ステップＳ１００では、ステップＳ１３０で演算した制御信号を方向制御弁５１〜５６にそれぞれ出力する。

ステップＳ１１０が否定されると、つまりバケット先端位置が設定作業領域から所定値Ｙ１以上上方の制限領域外にあると判定されるとステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、方向制御弁５１〜５６に出力する制御信号として、それぞれステップＳ２０で入力した操作レバー３１〜３６の操作に対応した操作信号を演算する。ステップＳ１００では、ステップＳ１４０で演算した制御信号を方向制御弁５１〜５６にそれぞれ出力する。ステップＳ１０で通常モードと判定されたときはステップＳ１５０に進み、各操作レバー３１〜３６の操作信号を読み込み、ステップＳ１４０で、この操作信号に対応した制御信号を演算する。

本実施の形態に係るフロント制御装置の特徴的な動作を説明する。
深さ方向の作業領域に制限を設けて掘削作業を行う場合は、まず、操作レバー３１〜３６の操作により所望の領域制限位置までバケット先端部Ｐ１を移動する。その状態で設定スイッチ３７ｂをオンすると、バケット先端のＹ座標Ｙ１を直線式（Ｙ＝Ｙ１）とした作業領域が設定される（ステップＳ４）。次いで、切換スイッチ３７ａの操作により領域制限モードを選択した状態で、操作レバー３１〜３３の操作によりフロント作業機１０を駆動し、掘削作業を行う。

バケット先端が減速領域より上方、すなわち制限領域外に位置すれば、減速制御および復元制御のいずれも行われず、方向制御弁５１〜５６にはそれぞれ操作レバー３１〜３６の操作に応じた制御信号が出力される（ステップＳ１４０）。この場合は操作レバー３１〜３６の操作量に応じてフロント作業機１０が駆動する。

バケット先端が減速領域に入ると、バケット先端部Ｐ１に速度ベクトルＶとバケット位置に応じた上向きの減速ベクトルＶＲが作用するようブーム用方向制御弁５１にブーム上げの制御信号が出力される（ステップＳ８０，ステップＳ９０）。また、アーム用方向制御弁５２にはアーム減速処理に対応した制御信号が出力される。これによりバケット先端が設定作業領域を超えないようにフロント作業機１０の動作が制限され、バケット先端の軌跡は図９に示すようになる。このとき、バケット先端と設定作業領域との距離Ｄ１が近いほど、減速ベクトル係数ｈが大きいため（図８）、減速ベクトルＶＲが大きくなる。

バケット先端が設定作業領域の下方の復元領域に入ると、バケット先端部Ｐ１に速度ベクトルＶとバケット位置に応じた上向きの復元ベクトルＶＲ２が作用するようブーム用方向制御弁５１にブーム上げの制御信号が出力される（ステップＳ１２０，ステップＳ１３０）。また、アーム用方向制御弁５２にはアーム減速処理に対応した制御信号が出力される。これによりバケット先端の速度ベクトルＶの垂直方向成分がキャンセルされるとともに、バケット先端を設定作業領域に戻すような復元力が作用し、バケット先端が設定作業領域を超えないようにフロント作業機１０の動作が制限される。その結果、バケット先端の軌跡は図１１に示すようになる。

バケット先端が減速領域内にあるときに、車体がジャッキアップすると、設定作業領域の直線式（Ｙ＝Ｙ１）に補正値ΔＹが加算され（Ｙ＝Ｙ１＋ΔＹ）、見かけ上の設定作業領域が上方にシフトする（ステップＳ４３）。これにより減速ベクトルＶＲが大きくなってジャッキアップを防止することができ、車体姿勢が安定した状態で掘削作業を行うことができる。この場合、ジャッキアップが継続している限り、補正値ΔＹが繰り返し加算されるため減速ベクトルＶＲは徐々に大きくなり、ジャッキアップを速やかに防止できる。

バケット先端が設定作業領域に近づいた状態で車体がジャッキアップし、見かけ上の設定作業領域がバケット先端位置よりも上方にシフトすると、バケット先端には減速ベクトルＶＲよりも大きな上方への復元ベクトルＶＲ２が作用するため、この場合もジャッキアップを速やかに防止できる。また、バケット先端が減速領域より上方にあるときに車体がジャッキアップすると、見かけ上の設定作業領域が上方にシフトしてバケット先端に減速ベクトルＶＲが作用するため、この場合もジャッキアップを速やかに防止できる。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）アーム１２，バケット１３の実際の角速度を元にしてバケット先端の速度ベクトルＶを演算し、この速度ベクトルＶとバケット先端位置（Ｘ，Ｙ）とに基づき減速ベクトルＶＲまたは復元ベクトルＶＲ２を演算し、このベクトルＶＲ，ＶＲ２を得るようにブーム１１を制御した。これにより掘削時の負荷などによりアーム１２およびバケット１３が操作レバー３２，３３の操作指令値通りに動作しなくても、バケット先端が設定作業領域を超えないようにフロント作業機１０の動作を制限することができる。また、バケット先端を設定作業領域に沿って移動させる掘削作業も容易に行うこともできる。

（２）操作レバー３１〜３３の操作による掘削作業時に車体２０のジャッキアップの有無を判定し、ジャッキアップと判定されると設定作業領域の直線式（Ｙ＝Ｙ１）を上方にシフトするようにした（ステップＳ４４）。これによりバケット先端に作用する減速ベクトルＶＲが大きくなり、車体２０のジャッキアップを防止できる。その結果、安定した姿勢で作業を行うことができる。
（３）ジャッキアップが継続して検出される場合には、補正値ΔＹを加算し続けるので、掘削作業領域の上方へのシフト量が徐々に大きくなり、ジャッキアップを速やかに防止できる。
（４）設定作業領域を上方にシフトした後、ジャッキアップが検出されなくなると、設定作業領域を元に戻す（リセットする）ので、当初の設定作業領域に作業領域を制限しての作業に容易に復帰できる。
（５）車体２０の傾斜角θの増加の割合ΔＮ’が所定値ΔＮａを超えるとジャッキアップと判定するので、傾斜地（傾斜角θ＞０）で車体２０が停止したまま行う作業と区別し、ジャッキアップを精度よく検出できる。

なお、上記実施の形態では、ジャッキアップ検出時に補正値として所定値ΔＹを加算するようにしたが、所定値ΔＹの値を種々の条件によって変更するようにしてもよい。例えば車体前方が上り勾配の傾斜地でジャッキアップしたときは、車体前方が下り勾配の傾斜地や平坦地でジャッキアップしたときよりも車体２０の傾斜角θが大きくなる。そのため、車体前方が上り勾配の傾斜地でジャッキアップしたときは、所定値ΔＹの大きさをより大きな値に設定してもよい。

また、上部旋回体２２と下部走行体２１がほぼ同一方向を向いているとき（旋回角が約０°または約１８０°）およびほぼ直角方向を向いているとき（旋回角が約９０°または約２７０°）は、これ以外の旋回角（例えば４５°）の場合よりも、ジャッキアップ時の下部走行体２２の接地面積が大きい。ジャッキアップ時の接地面積が大きいときほど、ジャッキアップ時の車体姿勢が安定しているため、ジャッキアップ時の接地面積が大きい旋回角のときは所定値ΔＹの大きさを小さくしてもよい。この場合、旋回角検出器により上部旋回体２２の旋回角を検出すればよい。旋回検出手段としての旋回角検出器の構成はいかなるものでもよい。

上記実施の形態では、操作部材としての操作レバー３１〜３３を電気レバーにより構成し、操作レバー３１〜３３の操作に応じてフロント作業機１０の駆動指令を入力するようにしたが、油圧パイロット方式の操作レバーとしてもよい。したがって、油圧アクチュエータとしての油圧シリンダ１４〜１６への圧油の流れを制御する方向制御弁５１〜５３の構成も上述したものに限らない。角度検出器３８〜４０によりブーム角α，アーム角β，バケット角γを検出してバケット先端の位置、つまりフロント作業機１０による掘削位置を検出するようにしたが、シリンダ１４〜１６のストロークを検出して掘削位置を検出してもよく、位置検出手段は上述したものに限らない。

設定器３７の操作によりＹ＝Ｙ１の直線式に作業領域を設定するようにしたが、直線式の態様はこれに限らず、例えばＹ＝ａＸ＋ｂ（ａ，ｂは定数）の直線式に作業領域を設定してもよい。この場合、例えば作業領域を設定するためにバケット１３を任意の２カ所に移動して設定スイッチ３７ｂをオンし、各位置でバケット１３の先端位置（Ｘ，Ｙ）をそれぞれ演算し、このバケット先端位置に基づき定数ａ，ｂを設定するようにしてもよい。また、設定スイッチ３７ｂの操作の代わりに、作業領域の式を数値で直接入力するようにしてもよい。

上記実施の形態では、フロント制御部３０Ｂでの減速処理および復元処理によりブーム用方向制御弁５１，アーム用方向制御弁５２の駆動を制御したが、掘削位置が設定作業領域を超えないように油圧制御弁の駆動を制限するのであれば、制限手段の構成はこれに限らない。例えばバケット用方向制御弁５３の動作を制限するようにしてもよい。上記実施の形態では、ジャッキアップ検出時に設定作業領域を所定値ΔＹづつ上方に増加させることで、掘削作業領域の制限量を増加するようにしたが、ジャッキアップ抑制手段の構成はこれに限らない。例えばバケット先端のＸ座標の変化に応じて所定値ΔＹを変更してもよい。

上記実施の形態では、傾斜角検出手段としての傾斜角検出器４１により車体の前後方向の傾斜角θを検出するとともに、傾斜角の増加の割合ΔＮ’が所定値ΔＮａ以上か否かを判定手段としての制御ユニット３０で判定してジャッキアップを検出したが、ジャッキアップ検出手段の構成はこれに限らない。

上記実施の形態では、フロント作業機１０がブーム１１，アーム１２，バケット１３の３つのフロント部材を有する油圧ショベルに本発明を適用した場合について説明したが、ブーム１１が第１ブームと第２ブームとからなる２ピース式あるいはオフセット式のフロント作業機を有する油圧ショベルにも本発明を適用してもよい。この場合は例えば車体２０に最も近い第１ブームを上記実施の形態のブーム１１として扱えばよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のフロント制御装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係るフロント制御装置が適用される油圧ショベルの一例を示す側面図。 本実施の形態に係るフロント制御装置の構成を示す図。 本実施の形態に係るフロント制御装置の領域設定を説明するための図。 本実施の形態に係る領域設定処理の一例を示すフローチャート。 本実施の形態に係る領域制限処理の一例を示すフローチャート。 図５のステップＳ４０の詳細を示す図。 減速領域および復元領域における速度ベクトルの補正方法を示す図。 減速領域のバケット先端から設定作業領域までの距離に対する減速ベクトルの関係を示す図。 減速制御におけるバケット先端の軌跡の一例を示す図。 復元領域のバケット先端から設定作業領域までの距離に対する加算用復元ベクトルの関係の関係を示す図。 復元制御におけるバケット先端の軌跡の一例を示す図。

符号の説明

１０ フロント作業機
１４ ブームシリンダ
１５ アームシリンダ
１６ バケットシリンダ
２０ 車体
２１ 下部走行体
２２ 上部旋回体
３０ 制御ユニット
３１〜３３ 操作レバー
５１〜５３ 方向制御弁
３７ 設定器
３８ ブーム角度検出器
３９ アーム角度検出器
４０ バケット角度検出器
４１ 傾斜角検出器

Claims (4)

1. 走行体と、前記走行体に対して旋回可能な旋回体とを有する車体と、
   前記車体に取り付けられ、上下方向に回動可能なブーム，アーム，バケットを有する多関節型のフロント作業機と、
   前記フロント作業機を駆動する油圧アクチュエータと、
   前記フロント作業機の駆動指令を入力する操作部材と、
   前記操作部材の操作に応じて前記油圧アクチュエータへの駆動圧油の流れを制御する油圧制御弁と、
   前記走行体に対する前記旋回体の旋回位置を検出する旋回検出手段と、
   前記フロント作業機による掘削位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段により検出された掘削位置が前記フロント作業機の深さ方向の設定作業領域を超えないように前記油圧制御弁の駆動を制限する制限手段とを備えた油圧ショベルのフロント制御装置において、
   前記車体のジャッキアップを検出するジャッキアップ検出手段と、
   前記ジャッキアップ検出手段によりジャッキアップが検出されると、ジャッキアップを抑制するように前記制限手段による制限量を増加するジャッキアップ抑制手段とを備え、
   前記ジャッキアップ抑制手段は、前記旋回検出手段により検出された旋回位置に応じて前記制限手段による制限量の増加の程度を変更することを特徴とする油圧ショベルのフロント制御装置。
2. 請求項１に記載の油圧ショベルのフロント制御装置において、
   前記ジャッキアップ抑制手段は、前記ジャッキアップが検出されると、前記設定作業領域を上方にシフトする補正を行うことを特徴とする油圧ショベルのフロント制御装置。
3. 請求項２に記載の油圧ショベルのフロント制御装置において、
   前記ジャッキアップ抑制手段は、前記設定作業領域を上方にシフトする補正を行った後、前記ジャッキアップ検出手段によりジャッキアップが検出されなくなると、前記設定作業領域の補正をリセットすることを特徴とする油圧ショベルのフロント制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧ショベルのフロント制御装置において、
   前記ジャッキアップ検出手段は、
   前記車体の前後方向の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
   前記傾斜角検出手段により検出された傾斜角の増加の割合が所定値以上になると、ジャッキアップと判定する判定手段とを有することを特徴とする油圧ショベルのフロント制御装置。

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