JPH093958A - 建設機械の作業範囲制限制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】建設機械の作業範囲制限制御装置において、フ
ロント装置の動作速度を極力落とさず、上方や下方の障
害物に対する接触を防止できるようにする。 【構成】油圧ショベルのフロント装置１Ａの所定箇所に
予めモニターポイントＭを設定しておき、モニターポイ
ントの位置を角度検出器８ａ〜８ｃからの信号に基づき
計算し、モニターポイントが予め設定した侵入禁止領域
に近づくとフロント装置１Ａの速度を落とし、侵入禁止
領域に達すると停止させる。また、モニターポイントの
位置と侵入禁止領域の境界との距離と減速指令信号との
関係がブームとアーム毎に予め設定してあり、ブームと
アーム毎に減速指令信号を計算し、この減速指令信号が
指令する速度を越えないようブームとアームに対応する
操作装置４ａ，４ｂの操作信号を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油圧ショベル等の建設機
械の作業範囲制限制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベルでは、上部旋回体のフロン
ト部にブームを取り付け、そのブーム先端部に順次アー
ム、バケットを連結して作業用のフロント装置を構成し
ている。そして上記作フロント装置の屈折作業運動を操
作することにより、掘削積込作業などを行っている。

【０００３】このような油圧ショベルで作業を行うと
き、作業現場によっては上方や下方に障害物があるう場
合がある。例えば屋外の作業では電線、屋内の作業では
天井などが上方の障害物となる。また、ガス管や水道管
等が地中にある場合の掘削作業では、これらが下方の障
害物となる。オペレータは作業中これらの障害物にバケ
ット爪先などの部分を接触させたり、引っかけたりしな
いように細心の注意を払う必要がある。

【０００４】このような問題に対して、特開平３−２０
８９２３に記載されているような発明がなされている。
これは上方に予めフロント装置の侵入禁止領域を設定
し、侵入禁止領域の下方にアクチュエータの減速領域を
設定し、フロント装置の各先端位置のうち最大高さにあ
る部分がこの減速領域に侵入するとアクチュエータの作
動速度を落とし、更に侵入禁止領域まで達するとアクチ
ュエータの動作を止めてしまうことにより、作業機の一
部が上方の障害物に接触することを防ぐようにしたもの
である。

【０００５】

【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。

【０００６】実際の現場で作業しているオペレータは、
アクチュエータの作動速度が作業中に変わることを好ま
ない。よって上記従来技術のようにアクチュエータの動
作速度を強制的に落としてしまうようなケースはなるべ
く少ない方がよいとされる。

【０００７】ところで、上述のように減速領域をある値
で一義的に定める場合、最も停止しにくいフロント部材
のアクチュエータが確実に停止できるように減速を開始
する距離、すなわち減速距離を定める。油圧ショベルの
場合、最も停止しにくいのは最も慣性の大きいブームで
あるため、ブームが確実に停止するような値を減速距離
とするのが常である。しかし、このように定めた減速距
離で制御された作業範囲では減速距離が大きい故、侵入
禁止領域近傍でのアクチュエータ速度が非常に遅くな
り、これに対応してフロント装置の動作速度も遅くな
り、作業性が低下し好ましくない。

【０００８】本発明の目的は上記の課題を解決し、フロ
ント装置の動作速度を極力落とさず、上方や下方の障害
物との接触を防止できる建設機械の作業範囲制限制御装
置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次の構成を採用する。すなわち、上下方向
に回動可能な第１及び第２フロント部材を含む複数のフ
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
設機械に備えられ、前記フロント装置に関して予め設定
されたモニターポイントの位置を検出し、前記モニター
ポイントが建設機械の周囲に予め設定した侵入禁止領域
に近づくと前記フロント装置の動作速度を減速し、前記
侵入禁止領域に到達すると前記フロント装置の動作を停
止させる建設機械の作業範囲制限制御装置において、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
位置検出手段と、前記位置検出手段からの信号に基づき
前記モニターポイントの位置を計算する第１演算手段
と、前記モニターポイントが前記侵入禁止領域に近づく
と前記フロント装置の動作速度を減速し、前記侵入禁止
領域に到達すると前記フロント装置の動作を停止させる
とともに、少なくとも前記第１フロント部材と第２フロ
ント部材とでは減速の割合が異なるよう、前記モニター
ポイントの位置と前記侵入禁止領域の境界との距離と減
速指令値との関係が前記第１及び第２フロント部材毎に
予め設定してあり、前記第１演算手段により計算した位
置と前記距離と減速指令値との関係とから前記第１及び
第２フロント部材毎に減速指令値を計算する第２演算手
段と、前記第１及び第２フロント部材の動作速度が前記
第２演算手段で計算した減速指令値が指令する速度を越
えないよう前記第１及び第２フロント部材毎に対応する
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。

【００１０】上記作業範囲制限制御装置において、前記
モニターポイントは複数個設定されていてもよく、この
場合は、前記第１演算手段は前記位置検出手段からの信
号に基づき前記複数のモニターポイントの各々の位置を
計算する手段であり、前記第２演算手段は、前記複数の
モニターポイントのうち前記侵入禁止領域に近い方のモ
ニターポイントについて前記第１及び第２フロント部材
毎に減速指令値を計算する手段であるものとする。

【００１１】また、上記作業範囲制限制御装置におい
て、一例として、前記第２演算手段は、前記距離と減速
指令値との関係を、前記距離が小さくなるにしたがって
前記減速指令値が小さくなると共に、前記減速を開始す
る距離が前記第１及び第２フロント部材で異なるように
設定する。

【００１２】また、前記複数の操作手段のうち少なくと
も前記第１及び第２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
作業範囲制限制御装置においては、好ましくは、前記信
号補正手段は、前記第１及び第２フロント部材の速度が
前記第２演算手段で計算した減速指令値が指令する速度
を超えないよう前記第１及び第２フロント部材に係わる
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。

【００１３】この場合、好ましくは、前記操作システム
は、前記第１及び第２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１及び第２フロント部材
の速度が前記第２演算手段で計算した減速指令値が指令
する速度を超えないよう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電気信号を出力する手段
と、前記パイロットラインに設置され、前記電気信号に
より作動して前記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。

【００１４】更に、上記作業範囲制限制御装置におい
て、好ましくは、前記第１及び第２フロント部材は油圧
ショベルのブームとアームである。

【００１５】

【作用】フロント装置の操作手段が操作され、フロント
装置が動かされると、位置検出手段はフロント装置の位
置と姿勢に関する状態量を検出し、第１演算手段は位置
検出手段からの信号に基づいてモニターポイントの位置
を計算し、モニターポイントが侵入禁止領域に近づく
と、第２演算手段は予め設定したモニターポイントの位
置と侵入禁止領域の境界との距離と減速指令値との関係
から第１及び第２フロント部材毎に減速指令値を計算
し、信号補正手段は第１及び第２フロント部材の動作速
度がその減速指令値が指令する速度を越えないよう第１
及び第２フロント部材毎に対応する操作手段の操作信号
を補正する。これにより、フロント装置が侵入禁止領域
に近づくと徐々にアクチュエータの動作速度が減じら
れ、侵入禁止領域に到達するとアクチュエータの動作速
度が０になるので、フロント装置が侵入禁止領域に侵入
することがない。また、第２演算手段は、第１フロント
部材と第２フロント部材とでは減速の割合が異なるよう
モニターポイントの位置と侵入禁止領域の境界との距離
と減速指令値との関係が第１及び第２フロント部材毎に
予め設定してあるので、第１及び第２フロント部材のう
ち最も停止しにくいフロント部材が確実に停止するよう
に減速距離を定め、他方のフロント部材の減速割合を停
止しにくいフロント部材よりも小さく設定しておくこと
により、停止しにくいフロント部材が確実に停止する減
速距離で他方のフロント部材のアクチュエータの減速は
極力抑えるよう制御され、フロント装置の動作速度を極
力落とさず障害物との接触を防止できる。

【００１６】モニターポイントを複数個設定し、侵入禁
止領域に近い方のモニターポイントについて第１及び第
２フロント部材毎に減速指令値を計算することにより、
フロント装置の姿勢に応じて侵入禁止領域に近い方のモ
ニターポイントが選ばれそのモニターポイントについて
上記のようにフロント部材毎の減速制御がなされるの
で、フロント装置の姿勢に係わらずフロント装置の動作
速度を極力落とさず障害物との接触を防止できる。

【００１７】距離と減速指令値との関係を、距離が小さ
くなるにしたがって減速指令値が小さくなると共に、減
速を開始する距離が第１及び第２フロント部材で異なる
ように設定することにより、第１及び第２フロント部材
のうち最も停止しにくいフロント部材についてはそのフ
ロント部材が確実に停止する減速距離を定め、他方のフ
ロント部材についてはそれよりも短い減速距離を定める
ことにより、モニターポイントが最初は停止しにくいフ
ロント部材に対する減速領域に到達し、そのフロント部
材が減速され、その後モニターポイントが他方のフロン
ト部材に対する減速領域に到達するとそのフロント部材
が減速され、これにより停止しにくいフロント部材が確
実に停止する減速距離で他方のフロント部材のアクチュ
エータの減速は極力抑えるよう制御され、フロント装置
の動作速度を極力落とさず障害物との接触を防止でき
る。

【００１８】信号補正手段として、第１及び第２フロン
ト部材の速度が第２演算手段で計算した減速指令値が指
令する速度を超えないよう第１及び第２フロント部材に
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
補正手段を設けることにより、油圧パイロット方式の操
作手段を含む操作システムを有するものに本発明を適用
することができる。

【００１９】この場合、第１及び第２フロント部材の速
度が第２演算手段で計算した減速指令値が指令する速度
を超えないよう目標パイロット圧を計算し対応する電気
信号を出力するとともに、パイロットラインに減圧手
段、例えば比例電磁弁を設置し、この減圧手段を前記電
気信号により作動させることにより、上記のようにパイ
ロット圧を補正できる。

【００２０】

【実施例】

〔実施例１〕以下、本発明を油圧ショベルに適用した場
合の第１の実施例を図１〜図１０により説明する。な
お、本実施例は下方の範囲制限制御を行う場合のもので
ある。

【００２１】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、バッケトシリンダ３ｃ、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４ａ〜４
ｆ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４ａ〜４ｆ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。

【００２２】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１
ｂ及びバケット１ｃからなる多関節型のフロント装置１
Ａと、上部旋回対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１
ａ、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４ａ〜４ｆにより支持される。

【００２３】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３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
する一対の減圧弁４１，４２とにより構成され、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，４４
ｂ；４５ａ，４５ｂ；４６ａ，４６ｂ；４７ａ，４７
ｂ；４８ａ，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，５１
ｂ；５２ａ，５２ｂ；５３ａ，５３ｂ；５４ａ，５４
ｂ；５５ａ，５５ｂに接続されている。

【００２４】以上のような油圧ショベルに本実施例によ
る作業範囲制限制御装置が設けられている。この作業範
囲制限制御装置は、予め作業に応じてフロント部材が侵
入してはならない領域を指示するための設定器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、設定器７の設定信号、角度検出
器８ａ，８ｂ，８ｃの検出信号を入力し、フロント部材
が侵入してはならない侵入禁止領域を設定すると共に、
その侵入禁止領域に応じて作業範囲を制限制御するため
の電気信号を出力する制御ユニット９と、前記電気信号
により駆動される比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，
１１ｂとで構成されている。比例電磁弁１０ａ，１０
ｂ，１１ａ，１１ｂはそれぞれパイロットライン４４
ａ，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。

【００２５】設定器７は、操作パネルあるいはグッリプ
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に出力し侵入禁止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。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。

【００２６】制御ユニット９は図４に示すような制御機
能を有している。すなわち、制御ユニット９は、フロン
ト姿勢演算部９ａ、侵入禁止領域演算部９ｂ、制限値記
憶メモリ９ｃ、距離演算部９ｄ、ブーム減速制御演算部
９ｅ、アーム減速制御演算部９ｆ、最大シリンダ速度演
算部９ｇ、最大パイロット圧演算部９ｈ、バルブ指令演
算部９ｉの各機能を有している。

【００２７】フロント姿勢演算部９ａでは、角度検出器
８ａ〜８ｃで検出したブーム、アーム、バケットの回動
角に基づきフロント装置１Ａの位置と姿勢を演算する。

【００２８】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、フロント姿勢演算部９ａで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
の値を用いてフロント装置１Ａの位置と姿勢を計算す
る。このとき、位置と姿勢は例えばブーム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。

【００２９】フロント姿勢演算部９ａで演算する位置と
姿勢には、本実施例では、侵入禁止領域演算部９ｂで指
定される侵入禁止領域の境界に関する位置とフロント装
置１Ａに関して所定箇所に予め設定されたモニターポイ
ントＭの位置とがある。

【００３０】侵入禁止領域演算部９ｂでは、設定器７か
らの指示でフロント部材が侵入してはならない領域の設
定演算を行う。その一例を図５を用いて説明する。

【００３１】図５において、オペレータの操作でバケッ
ト１ｃの先端を車体１Ｂの前下方の点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（Ｐcx，Ｐcy）を計算し、バケット１ｃのＹ方
向の座標値（Ｙ＝Ｐcy）を侵入禁止領域の境界とする。
ここで、上記のようにＰの位置はフロント姿勢演算部９
ｂにて演算させる。

【００３２】また、フロント姿勢演算部９ａでは、上記
のようにフロント装置１Ａに関して所定箇所に予め設定
されたモニターポイントＭの位置（Ｍx，Ｍy）を演算す
る。本実施例ではモニターポイントＭはバケット１ｃの
付け根からバケット１ｃの長さ分下方に位置する一点と
する。このときも、モニターポイントＭの位置は図５に
示すＸＹ座標系の座標値として求める。

【００３３】ここで、バケット１ｃの先端位置Ｐやモニ
ターポイントＭの位置は、ＸＹ座標系の座標値として、
回動角α，β，γから図５に示される各部寸法を用いて
下記の式により求まる。

【００３４】Ｐcx＝Ｌ1ｃｏｓα＋Ｌ2ｃｏｓ（α＋β）
＋Ｌ3ｃｏｓ（α＋β＋γ） Ｐcy＝−Ｌ1ｓｉｎα−Ｌ2ｓｉｎ（α＋β）−Ｌ3ｓｉ
ｎ（α＋β＋γ） Ｍx＝Ｌ1ｃｏｓα＋Ｌ2ｃｏｓ（α＋β） Ｍy＝−Ｌ1ｓｉｎα−Ｌ2ｓｉｎ（α＋β）−Ｌ3 制限値記憶メモリ９ｃでは、侵入禁止領域演算部９ｂで
上記のように計算された侵入禁止領域の境界座標値Ｐcy
を記憶しておく。

【００３５】距離演算部９ｄでは、フロント姿勢演算部
９ａで計算されたモニターポイントＭのＹ座標値Ｍyと
制限値記憶メモリ９ｃに記憶した侵入禁止領域の境界座
標値Ｐcyを入力し、モニターポイントＭの位置と侵入禁
止領域の境界の位置との間の距離ＬMを計算する。

【００３６】ブーム減速制御演算部９ｅでは、距離演算
部９ｄで計算した距離ＬMと制御ユニット９の記憶装置
に予め記憶したブームの減速開始点の距離（以下、減速
距離という）ＬBとを比較し、ＬM≦ＬBであればモニタ
ーポイントＭがブームの減速領域に入っていると判断
し、距離ＬMと予め制御ユニット９の記憶装置に記憶し
ておいたブームに対する減速関数とからブームに対する
減速指令信号ＫBU，ＫBDを演算する。減速関数は一例と
して下記の式で与えられる。

【００３７】ＫBU＝１ ＫBD＝ｆ（ＬM／ＬB） ここで、ＫBUはブームシリンダ３ａの伸び動作（ブーム
上げ）に対する減速指令信号であり、ＫBDはブームシリ
ンダ３ａの縮み動作（ブーム下げ）に対する減速指令信
号である。

【００３８】一方、ＬM＞ＬBでモニターポイントＭがブ
ームの減速領域に入っていないときは、ブームシリンダ
３ａの伸び動作に対する減速指令信号ＫBU及びブームシ
リンダ３ａの縮み動作に対する減速指令信号ＫBDはそれ
ぞれ下記の式で与えられる。

【００３９】ＫBU＝１ ＫBD＝１ 上記の減速関数を図６に示す。この図から分かるよう
に、ブームシリンダ３ａの縮み動作に対する減速指令信
号ＫBDの減速関数は、減速距離ＬB以下で距離ＬMが小さ
くなるにしたがって減速指令信号ＫBDの値が１から０ま
で直線的に小さくなるように設定されている。

【００４０】アーム減速制御演算部９ｆでは、距離演算
部９ｄで計算した距離ＬMと制御ユニット９の記憶装置
に予め記憶したアームの減速開始点の距離ＬAとを比較
し、ＬM≦ＬAであればモニターポイントＭがアームの減
速領域に入っていると判断し、距離ＬMと予め制御ユニ
ット９の記憶装置に記憶しておいたアームに対する減速
関数とからアームに対する減速指令信号ＫAU，ＫADを演
算する。減速関数は一例として下記の式で与えられる。

【００４１】ＫAU＝ｇ1（ＬM／ＬA） ＫAD＝ｇ2（ＬM／ＬA） ここで、ＫAUはアームシリンダ３ｂの伸び動作（アーム
クラウド）に対する減速指令信号であり、ＫADはアーム
シリンダ３ｂの縮み動作（アームダンプ）に対する減速
指令信号である。

【００４２】一方、ＬM＞ＬAでモニターポイントＭがア
ームの減速領域に入っていないときは、減速指令信号Ｋ
AU，ＫADはそれぞれ下記の式で与えられる。

【００４３】ＫAU＝１ ＫAD＝１ 上記の減速関数を図７に示す。この図から分かるよう
に、アームシリンダ３ｂの伸び動作に対する減速指令信
号ＫAU及び縮み動作に対する減速指令信号ＫBDの減速関
数は、減速距離ＬA以下で距離ＬMが小さくなるにしたが
って減速指令信号ＫAU，ＫADの値が１から０まで直線的
に小さくなるように設定されている。また、図６と図７
の比較から分かるように、この関数は、ブームシリンダ
３ａの縮み動作に対する減速指令信号ＫBDの方がアーム
シリンダ３ｂの伸び動作及び縮み動作に対する減速指令
信号ＫAU，ＫADより速く減速を開始する、すなわち減速
距離がＬB＞ＬAとなるような関数である。換言すれば、
ブームの減速距離ＬB以下においてブームの減速指令信
号ＫBDの０〜１の間で、常にアームの減速指令信号ＫA
U，ＫADがブームの減速指令信号ＫBDより大きく、ブー
ムの減速指令信号ＫBDの方がアームの減速指令信号ＫA
U，ＫADより減速割合が大きくなるように設定されてい
る。

【００４４】最大シリンダ速度演算部９ｇでは、予め制
御ユニット９の記憶装置に記憶しておいたブーム伸び方
向及び縮み方向の最大シリンダ速度ＶBUmax，ＶBDmaxと
アーム伸び方向及び縮み方向の最大シリンダ速度ＶAUma
x，ＶADmaxと、ブーム減速制御演算部９ｅ及びアーム減
速制御演算部９ｆで計算した減速指令信号ＫBU，ＫBD及
びＫAU，ＫADよりブーム伸び、縮み動作の減速最大シリ
ンダ速度ＶBUmaxc，ＶBDmaxcとアーム伸び、縮み動作の
減速最大シリンダ速度ＶAUmaxc，ＶADmaxcを演算する。
この演算式を以下に示す。

【００４５】ＶBUmaxc＝ＫBU×ＶBUmax ＶBDmaxc＝ＫBD×ＶBDmax ＶAUmaxc＝ＫAU×ＶAUmax ＶADmaxc＝ＫAD×ＶADmax 最大パイロット圧演算部９ｈでは最大シリンダ速度演算
部９ｇで演算した減速最大シリンダ速度ＶBUmaxc，ＶBD
maxc，ＶAUmaxc，ＶADmaxcと予め制御ユニット９の記憶
装置に記憶しておいた図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）及
び（ｄ）に示すようなパイロット圧とシリンダ速度のテ
ーブルよりブーム伸び、縮み動作の減速最大パイロット
圧ＰBUmaxc，ＰBDmaxcと、アーム伸び、縮み動作の減速
最大パイッロト圧ＰAUmaxc，ＰADmaxcを演算する。

【００４６】バルブ指令演算部９ｉでは最大パイロット
圧演算部９ｈで演算したＰBUmaxc、ＰBDmaxc、ＰAUmax
c,ＰADmaxcと予め制御ユニット９の記憶装置に記憶して
おいた図９に示すようなパイロット圧と電流値のテーブ
ルより、ブーム伸び、縮み、アーム伸び、縮み動作の速
度を規定する比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１
ｂに対する電気信号ｉBU，ｉBD，ｉAU，ｉADを演算す
る。この信号は図示せぬ増幅器で増幅され、比例電磁弁
１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂに出力される。

【００４７】ここで、ブーム減速制御演算部９ｅ及びア
ーム減速制御演算部９ｆで計算した減速指令信号がＫBD
＝１、ＫBU＝１、ＫAD＝１、ＫAU＝１のときは、最大パ
イロット圧をパイロットポンプ圧にすることであり、こ
れは比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂをフル
オープンにするよう電気信号ｉBU，ｉBD，ｉAU，ｉADを
生成することであり、ＫBD＝０、ＫBU＝０、ＫAD＝０、
ＫAU＝０のときは最大パイロット圧を０にすることであ
り、これは比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ
をフルクローズにするよう電気信号ｉBU，ｉBD，ｉAU，
ｉADを生成することである。

【００４８】以上の制御の流れを図１０にフローチャー
トとして示す。

【００４９】図１０において、手順１０１，１０２，１
０３はフロント姿勢演算部９ａに相当し、手順１０４は
距離演算部９ｄに相当し、手順１０５，１０６，１０
８，１１４はブーム減速制御演算部９ｅに相当し、手順
１０５，１０７，１１５はアーム減速制御演算部９ｆに
相当し、手順１０９，１１６は最大シリンダ速度演算部
９ｇに相当し、手順１１０，１１１，１１７，１１８，
１１９は最大パイロット圧演算部９ｈに相当し、手順１
１２，１１３はバルブ指令演算部９ｉに相当する。

【００５０】また、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、角度検出器８ａ〜８ｃ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位置検出手段を構成し、
フロント姿勢演算部９ａは位置検出手段からの信号に基
づきモニターポイントＭの位置を計算する第１演算手段
を構成し、距離演算部９ｄ、ブーム減速制御演算部９ｅ
及びアーム減速制御演算部９ｆは、モニターポイントＭ
が侵入禁止領域に近づくとフロント装置１Ａの動作速度
を減速し、侵入禁止領域に到達するとフロント装置１Ａ
の動作を停止させるとともに、少なくとも第１フロント
部材例えばブームと第２フロント部材例えばアームとで
は減速の割合が異なるよう、モニターポイントＭの位置
と侵入禁止領域の境界との距離と減速指令値（減速指令
信号）との関係が少なくとも第１及び第２フロント部材
（ブーム及びアーム）毎に予め設定してあり、第１演算
手段により計算した位置と前記距離と減速指令値との関
係とから第１及び第２フロント部材（ブーム及びアー
ム）毎に減速指令値（減速指令信号）を計算する第２演
算手段を構成し、最大シリンダ速度演算部９ｇ、最大パ
イロット圧演算部９ｈ、バルブ指令演算部９ｉ、比例電
磁弁１０ａ〜１１ｂは、第１及び第２フロント部材（ブ
ーム及びアーム）の動作速度が第２演算手段で計算した
減速指令値（減速指令信号）が指令する速度を越えない
よう第１及び第２フロント部材毎に対応する操作手段の
操作信号を補正する信号補正手段を構成する。

【００５１】また、操作レバー装置４ａ〜４ｆが油圧パ
イロット方式であり、この油圧パイロット方式の操作装
置を含む操作システムが対応する油圧制御弁５ａ〜５ｆ
を駆動する本実施例においては、上記信号補正手段は、
第１及び第２フロント部材（ブーム及びアーム）の速度
が第２演算手段で計算した減速指令値（減速指令信号）
が指令する速度を超えないよう第１及び第２フロント部
材に係わる操作手段４ａ，４ｂのパイロット圧を補正す
るパイロット圧補正手段で構成される。

【００５２】更に、最大シリンダ速度演算部９ｇ、最大
パイロット圧演算部９ｈ、バルブ指令演算部９ｉは、第
１及び第２フロント部材の速度が第２演算手段で計算し
た減速指令値が指令する速度を超えないよう目標パイロ
ット圧を計算し、この目標パイロット圧に対応する電気
信号を出力する手段を構成し、比例電磁弁１０ａ〜１１
ｂは、パイロットライン４４ａ〜４５ｂに設置され、上
記電気信号により作動してパイロットライン内のパイロ
ット圧力を上記目標パイロット圧まで減圧する減圧手段
を構成し、上記パイロット圧補正手段はこれらの手段に
より構成される。

【００５３】次に以上のように構成した本実施例の動作
を説明する。フロント装置１Ａを下方に動かそうとして
オペレータがブーム用操作レバー装置４ａ及びアーム用
操作レバー装置４ｂの操作レバーをそれぞれブーム下げ
方向及びアームクラウド方向に操作すると、ブーム下げ
側のパイロットライン４４ｂ及びアームクラウド側のパ
イロットライン４５ａにパイロット圧が生成され、この
パイロット圧により油圧制御弁５ａ，５ｂが駆動され、
フロント部材であるブーム１ａ及びアーム１ｂが動かさ
れる。ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃの各関
節角は位置検出手段である角度検出器８ａ〜８ｃにより
検出され、その検出信号が制御ユニット９のフロント姿
勢演算部９ａに入力される。フロント姿勢演算部９ａで
はこの入力信号によりモニターポイントＭの位置（Ｍ
x，Ｍy）を演算し、距離演算部９ｄでは、フロント姿勢
演算部９ａで計算されたモニターポイントＭのＹ座標値
Ｍyと制限値記憶メモリ９ｃに記憶した侵入禁止領域の
境界座標値ＰcyとからモニターポイントＭの位置と侵入
禁止領域の境界の位置との間の距離ＬMを計算し、ブー
ム減速制御演算部９ｅとアーム減速制御演算部９ｆで
は、距離ＬMとブームの減速距離ＬB及びアーム減速距離
ＬAとをそれぞれ比較し、モニターポイントＭの位置が
ブームとアーム毎に設定された減速領域に入っているか
判断する。

【００５４】このとき、バケット先端が侵入禁止領域か
ら遠いときはＬM＞ＬB，ＬM＞ＬAであるので、ブーム減
速制御演算部９ｅとアーム減速制御演算部９ｆではモニ
ターポイントＭの位置がブームとアームのいずれの減速
領域にも入っていないと判断し、ＫBU＝１，ＫBD＝１，
ＫAU＝１，ＫAD＝１の減速指令信号を生成し、比例電磁
弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂをフルオープンす
る。これによりブーム用の油圧制御弁５ａ及びアーム用
の油圧制御弁５ｂには操作レバー装置４ａ，４ｂで生成
されたパイロット圧がそのまま伝達され、フロント装置
１Ａをオペレータの操作通りに動かすことができる。

【００５５】フロント装置１Ａが侵入禁止領域に近づき
モニターポイントＭがブームの減速距離ＬBに到達する
と、ブーム減速制御演算部９ｅではＬM≦ＬBとなるので
モニターポイントＭがブームの減速領域に入ったと判断
され、距離ＬMに応じて図６に示すブームに対する減速
関数からブームに対する１より小さい減速指令信号ＫBD
が生成され、この減速指令信号ＫBDに応じて比例電磁弁
１０ｂが絞られ、ブームの動作速度が減じられる。

【００５６】フロント装置１Ａが更に侵入禁止領域に近
づきモニターポイントＭがアームの減速距離ＬAに到達
すると、アーム減速制御演算部９ｆではＬM≦ＬAとなる
のでモニターポイントＭがアームの減速領域に入ったと
判断され、距離ＬMに応じて図７に示すアームに対する
減速関数からアームに対する１より小さい減速指令信号
ＫAU，ＫADが生成され、この減速指令信号ＫAU，ＫADに
応じて比例電磁弁１１ａ，１１ｂが絞られ、アームの動
作速度が減じられる。

【００５７】そして、モニターポイントＭが侵入禁止領
域に到達すると、ブーム減速制御演算部９ｅとアーム減
速制御演算部９ｆでＫBD＝０，ＫAU＝０，ＫAD＝０の減
速指令信号が生成され、比例電磁弁１０ｂ，１１ａ，１
１ｂをフルクローズし、ブーム及びアームを停止させ
る。これによりフロント装置１Ａの動作が停止する。

【００５８】以上のように本実施例によれば、モニター
ポイントＭが侵入禁止領域に近づくと徐々にフロント装
置１Ａの動作速度が減じられ、侵入禁止領域に到達する
とフロント装置１Ａの動作速度が０になるので、フロン
ト装置１Ａが侵入禁止領域に侵入することが無い。この
ため障害物との接触を防止することができる。

【００５９】また、ブーム１ａとアーム１ｂに対して最
適な減速距離が別々に設定されているので、ブームの減
速領域内でもアームは極力減速が抑えられ、フロント装
置１Ａのバケット１ｃが侵入禁止領域の近傍にある際の
作業効率の向上が図られる。

【００６０】〔実施例２〕本発明の第２の実施例を図１
１により説明する。本実施例は第１の実施例の内容の中
で、制御ユニット９の制御機能のうち、アーム減速制御
演算部９ｆの演算内容が異なるだけなので、共通部分の
説明は省略し、アーム減速制御演算部９ｆの動作のみ説
明する。

【００６１】本実施例において、アーム減速制御演算部
９ｆでは、距離演算部９ｄで計算したモニターポイント
Ｍの位置（Ｙ座標値）と侵入禁止領域の境界（境界座標
値Ｐcy）との間の距離ＬMと制御ユニット９の記憶装置
に予め記憶したブームの減速開始点の距離ＬBとを比較
し、ＬM≦ＬBでモニターポイントＭがアームの減速領域
に入っていると判断すると、距離ＬMと予め制御ユニッ
ト９の記憶装置に記憶しておいたアームに対する減速関
数とからアームに対する減速指令信号ＫAU，ＫADを演算
する。すなわち、アームの減速距離ＬAをブームの減速
距離ＬBに等しくとる（ＬA＝ＬB）。また、減速関数は
一例として下記の式で与えられる。

【００６２】ＫAU＝√ＫBU ＫAD＝√ＫBD ここで、ＫBUはブームシリンダ３ａの伸び動作（ブーム
上げ）に対する減速指令信号であり、ＫBDはブームシリ
ンダ３ａの縮み動作（ブーム下げ）に対する減速指令信
号である。また、ＫAUはアームシリンダ３ｂの伸び動作
（アームクラウド）に対する減速指令信号であり、ＫAD
はアームシリンダ３ｂの縮み動作に対する減速指令信号
である。

【００６３】一方、ＬM＞ＬBでモニターポイントＭがブ
ームの減速領域に入っていないときは、減速指令信号Ｋ
AU，ＫADはそれぞれ下記の式で与えられる。

【００６４】ＫAU＝１ ＫAD＝１ 図１１に上記のように演算するときの減速関数を示す。
この図から分かるように、アームシリンダ３ｂの伸び動
作に対する減速指令信号ＫAU及び縮み動作に対する減速
指令信号ＫBDの減速関数は、減速距離ＬB（＝ＬA）以下
で距離ＬMが小さくなるにしたがって減速指令信号ＫA
U，ＫADの値が１から０まで曲線的に小さくなるように
設定されている。また、この関数は、ブームシリンダ３
ａの縮み動作に対する減速指令信号ＫBDの０〜１の間
で、常にアームシリンダ３ｂの伸び動作及び縮み動作に
対する減速指令信号ＫAU，ＫADが減速指令信号ＫBDより
大きく、ブームの減速指令信号ＫBDの方がアームの減速
指令信号ＫAU，ＫADより減速割合が大きくなるように設
定されている。

【００６５】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。

【００６６】本発明の第３の実施例を先の図１〜図３、
図８〜図９に更に図１２〜図１６を用いて説明する。な
お、本実施例は上方に侵入禁止領域を設け、複数のモニ
ターポイントを用いて作業範囲を制限制御するものであ
る。

【００６７】本実施例において、制御ユニット９は図１
２に示すような制御機能を有している。すなわち、制御
ユニット９は、フロント姿勢演算部９ａ、侵入禁止領域
演算部９ｂ、制限値記憶メモリ９ｃ、モニターポイント
選択部９ｊ、距離演算部９ｄ、ブーム減速制御演算部９
ｅ、アーム減速制御演算部９ｆ、最大シリンダ速度演算
部９ｇ、最大パイロット圧演算部９ｈ、バルブ指令演算
部９ｉの各機能を有している。

【００６８】フロント姿勢演算部９ａでは、角度検出器
８ａ〜８ｃで検出したブーム、アーム、バケットの回動
角に基づきフロント装置１Ａの位置と姿勢を演算する。

【００６９】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、フロント姿勢演算部９ａで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
の値を用いてフロント装置１Ａの位置と姿勢を計算す
る。このとき、位置と姿勢は例えばブーム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。

【００７０】フロント姿勢演算部９ａで演算する位置と
姿勢には、本実施例では、侵入禁止領域演算部９ｂで指
定される侵入禁止領域の境界に関する位置とフロント装
置１Ａに関して所定箇所に予め設定された２つのモニタ
ーポイントＭ1，Ｍ2の位置とがある。

【００７１】侵入禁止領域演算部９ｂでは、設定器７か
らの指示でフロント部材が侵入してはならない領域の設
定演算を行う。その一例を図１３を用いて説明する。

【００７２】図１３において、オペレータの操作でアー
ム１ｂの後端を車体１Ｂの前上方の点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アーム１ｂの
後端位置（Ｐcx′，Ｐcy′）を計算し、アーム後端のＹ
方向の座標値（Ｙ＝Ｐcy′）を侵入禁止領域の境界とす
る。ここで、上記のようにＰ′の位置はフロント姿勢演
算部９ｂにて演算させる。

【００７３】また、フロント姿勢演算部９ａでは、上記
のようにフロント装置１Ａに関して所定箇所に予め設定
された２つのモニターポイントＭ1，Ｍ2の位置（Ｍ1x，
Ｍ1y）（Ｍ2x，Ｍ2y）を演算する。本実施例ではモニタ
ーポイントＭ1はアーム１ｂ後端とし、モニターポイン
トＭ2はバケット１ｃの付け根からバケット１ｃの長さ
分上方に位置する一点とする。このときも、モニターポ
イントＭ1，Ｍ2の位置は図１３に示すＸＹ座標系の座標
値として求める。

【００７４】ここで、アーム１ｂの後端位置Ｐ′やモニ
ターポイントＭ1，Ｍ2の位置は、ＸＹ座標系の座標値と
して、回動角α，β，γから図１３に示される各部寸法
を用いて下記の式により求まる。

【００７５】Ｐcx′＝Ｍ1x＝Ｌ1ｃｏｓα−Ｌ4ｃｏｓ
（α＋β）＋Ｌ5ｓｉｎ（α＋β） Ｐcy′＝Ｍ1y＝−Ｌ1ｓｉｎα＋Ｌ2ｓｉｎ（α＋β）＋
Ｌ5ｃｏｓ（α＋β） Ｍ2x＝Ｌ1ｃｏｓα＋Ｌ2ｃｏｓ（α＋β） Ｍ2y＝−Ｌ1ｓｉｎα−Ｌ2ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ3 制限値記憶メモリ９ｃでは、侵入禁止領域演算部９ｂで
上記のように計算された侵入禁止領域の境界座標値Ｐc
y′を記憶しておく。

【００７６】距離演算部９ｄでは、フロント姿勢演算部
９ａで計算されたモニターポイントＭ1，Ｍ2のＹ座標値
Ｍ1y，Ｍ2yと制限値記憶メモリ９ｃに記憶した侵入禁止
領域の境界座標値Ｐcy′を入力し、モニターポイントＭ
1，Ｍ2の位置と侵入禁止領域の境界の位置との間の距離
Ｌ1M，Ｌ2Mを計算する。

【００７７】モニターポイント選択部９ｄでは、距離演
算部９ｄで計算したモニターポイントＭ1，Ｍ2の位置と
侵入禁止領域の境界の位置との間の距離Ｌ1M，Ｌ2Mを比
較し、侵入禁止領域に近い方のモニターポイント、すな
わちＬ1M＜Ｌ2MであればＭ1を、Ｌ1M＞Ｌ2MであればＭ2
を選択し、選択モニターポイントＭsとする。なお、Ｌ1
M＝Ｌ2Mの場合はどちらを選択モニターポイントとして
もよいが、ここではＭ1を選択モニターポイントとす
る。

【００７８】ブーム減速制御演算部９ｅでは、距離演算
部９ｄで計算した選択モニターポイントＭsの距離ＬsM
と制御ユニット９の記憶装置に予め記憶したブームの減
速距離ＬsBとを比較し、ＬsM≦ＬsBであればモニターポ
イントＭsがブームの減速領域に入っていると判断し、
距離ＬsMと予め制御ユニット９の記憶装置に記憶してお
いたブームに対する減速関数とからブームに対する減速
指令信号ＫBU，ＫBDを演算する。減速関数は一例として
下記の式で与えられる。

【００７９】ＫBU＝ｆ（ＬsM／ＬsB） ＫBD＝１ ここで、ＫBUはブームシリンダ３ａの伸び動作（ブーム
上げ）に対する減速指令信号であり、ＫBDはブームシリ
ンダ３ａの縮み動作（ブーム下げ）に対する減速指令信
号である。

【００８０】一方、ＬsM＞ＬsBでモニターポイントＭs
がブームの減速領域に入っていないときは、ブームシリ
ンダ３ａの伸び動作に対する減速指令信号ＫBU及びブー
ムシリンダ３ａの縮み動作に対する減速指令信号ＫBDは
それぞれ下記の式で与えられる。

【００８１】ＫBU＝１ ＫBD＝１ 上記の減速関数を図１４に示す。この図から分かるよう
に、ブームシリンダ３ａの伸び動作に対する減速指令信
号ＫBUの減速関数は、減速距離ＬsB以下で距離ＬsMが小
さくなるにしたがって減速指令信号ＫBUの値が１から０
まで直線的に小さくなるように設定されている。

【００８２】アーム減速制御演算部９ｆでは、距離演算
部９ｄで計算した選択モニターポイントＭsの距離ＬsM
と制御ユニット９の記憶装置に予め記憶したアームの減
速距離ＬsAとを比較し、ＬsM≦ＬsAであればモニターポ
イントＭsがアームの減速領域に入っていると判断し、
距離ＬsMと予め制御ユニット９の記憶装置に記憶してお
いたアームに対する減速関数とからアームに対する減速
指令信号ＫAU，ＫADを演算する。減速関数は一例として
下記の式で与えられる。

【００８３】ＫAU＝ｇ1（ＬsM／ＬsA） ＫAD＝ｇ2（ＬsM／ＬsA） ここで、ＫAUはアームシリンダ３ｂの伸び動作（アーム
クラウド）に対する減速指令信号であり、ＫADはアーム
シリンダ３ｂの縮み動作（アームダンプ）に対する減速
指令信号である。

【００８４】一方、ＬsM＞ＬsAでモニターポイントＭs
がアームの減速領域に入っていないときは、減速指令信
号ＫAU，ＫADはそれぞれ下記の式で与えられる。

【００８５】ＫAU＝１ ＫAD＝１ 上記の減速関数を図１５に示す。この図から分かるよう
に、アームシリンダ３ｂの伸び動作に対する減速指令信
号ＫAU及び縮み動作に対する減速指令信号ＫＢＤの減速
関数は、減速距離ＬｓＡ以下で距離ＬsMが小さくなるに
したがって減速指令信号ＫAU，ＫADの値が１から０まで
直線的に小さくなるように設定されている。また、図１
４と図１５の比較から分かるように、この関数は、ブー
ムシリンダ３ａの縮み動作に対する減速指令信号ＫBDの
方がアームシリンダ３ｂの伸び動作及び縮み動作に対す
る減速指令信号ＫAU，ＫADより速く減速を開始する、す
なわち減速距離がＬsB＞ＬsAとなるような関数である。
換言すれば、ブームの減速距離ＬsB以下においてブーム
の減速指令信号ＫBDの０〜１の間で、常にアームの減速
指令信号ＫAU，ＫADがブームの減速指令信号ＫBDより大
きく、ブームの減速指令信号ＫBDの方がアームの減速指
令信号ＫAU，ＫADより減速割合が大きくなるように設定
されている。

【００８６】最大シリンダ速度演算部９ｇ、最大パイロ
ット圧演算部９ｈ、バルブ指令演算部９ｉの各機能は第
１の実施例の場合と同様であるので説明は省略する。

【００８７】以上の制御の流れを図１６にフローチャー
トとして示す。

【００８８】図１０において、手順１０１，１０２，１
０３はフロント姿勢演算部９ａに相当し、手順１０４は
距離演算部９ｄに相当し、手順１２０はモニターポイン
ト選択部９ｊに相当し、手順１０５，１０６，１０８，
１１４はブーム減速制御演算部９ｅに相当し、手順１０
５，１０７，１１５はアーム減速制御演算部９ｆに相当
し、手順１０９，１１６は最大シリンダ速度演算部９ｇ
に相当し、手順１１０，１１１，１１７，１１８，１１
９は最大パイロット圧演算部９ｈに相当し、手順１１
２，１１３はバルブ指令演算部９ｉに相当する。

【００８９】次に以上のように構成した本実施例の動作
を説明する。フロント装置１Ａを上方に動かそうとして
オペレータがブーム用操作レバー装置４ａ及びアーム用
操作レバー装置４ｂの操作レバーをそれぞれブーム上げ
方向及びアームダンプ方向に操作すると、ブーム上げ側
のパイロットライン４４ａ及びアームダンプ側のパイロ
ットライン４５ｂにパイロット圧が生成され、このパイ
ロット圧により油圧制御弁５ａ，５ｂが駆動され、フロ
ント部材であるブーム１ａ及びアーム１ｂが動かされ
る。ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃの各関節
角は位置検出手段である角度検出器８ａ〜８ｃにより検
出され、その検出信号が制御ユニット９のフロント姿勢
演算部９ａに入力される。フロント姿勢演算部９ａでは
この入力信号によりモニターポイントＭ1，Ｍ2の位置
（Ｍ1x，Ｍ1y）（Ｍ2x，Ｍ2y）を演算し、距離演算部９
ｄでは、フロント姿勢演算部９ａで計算されたモニター
ポイントＭ1，Ｍ2のＹ座標値Ｍ1y，Ｍ2yと制限値記憶メ
モリ９ｃに記憶した侵入禁止領域の境界座標値Ｐcy′と
からモニターポイントＭ1，Ｍ2の位置と侵入禁止領域の
境界の位置との間の距離Ｌ1M，Ｌ2Mを計算し、モニター
ポイント選択部９ｄではモニターポイントＭ1，Ｍ2の位
置と侵入禁止領域の境界の位置との間の距離Ｌ1M，Ｌ2M
を比較し、侵入禁止領域に近い方のモニターポイントを
選択し、これを選択モニターポイントＭsとする。

【００９０】ここで、フロント装置が例えば図１３に示
すような姿勢にあるときは、モニターポイントＭ1の方
が侵入禁止領域に近いのでモニターポイントＭ1が選択
される。また、アーム１ｂが図１３に示す位置より上方
に上げられた位置にあるときはモニターポイントＭ2の
方が侵入禁止領域に近くなり、モニターポイントＭ2が
選択される。

【００９１】ブーム減速制御演算部９ｅとアーム減速制
御演算部９ｆでは、選択モニターポイントＭsの距離Ｌs
Mとブームの減速距離ＬsB及びアーム減速距離ＬsAとを
それぞれ比較し、選択モニターポイントＭsの位置がブ
ームとアーム毎に設定された減速領域に入っているか判
断する。

【００９２】このとき、バケット先端が侵入禁止領域か
ら遠いときはＬsM＞ＬsB，ＬsM＞ＬsAであるので、ブー
ム減速制御演算部９ｅとアーム減速制御演算部９ｆでは
選択モニターポイントＭsの位置がブームとアームのい
ずれの減速領域にも入っていないと判断し、ＫBU＝１，
ＫBD＝１，ＫAU ＝１，ＫAD＝１の減速指令信号を生成
し、比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂをフル
オープンする。これによりブーム用の油圧制御弁５ａ及
びアーム用の油圧制御弁５ｂには操作レバー装置４ａ，
４ｂで生成されたパイロット圧がそのまま伝達され、フ
ロント装置１Ａをオペレータの操作通りに動かすことが
できる。

【００９３】フロント装置１Ａが侵入禁止領域に近づき
選択モニターポイントＭsがブームの減速距離ＬsBに到
達すると、ブーム減速制御演算部９ｅではＬsM≦ＬsBと
なるのでモニターポイントＭsがブームの減速領域に入
ったと判断され、距離ＬsMに応じて図１４に示すブーム
に対する減速関数からブームに対する１より小さい減速
指令信号ＫBUが生成され、この減速指令信号ＫBUに応じ
て比例電磁弁１０ａが絞られ、ブームの動作速度が減じ
られる。

【００９４】フロント装置１Ａが更に侵入禁止領域に近
づきモニターポイントＭsがアームの減速距離ＬsAに到
達すると、アーム減速制御演算部９ｆではＬsM≦ＬsAと
なるのでモニターポイントＭsがアームの減速領域に入
ったと判断され、距離ＬsMに応じて図１５に示すアーム
に対する減速関数からアームに対する１より小さい減速
指令信号ＫAU，ＫADが生成され、この減速指令信号ＫA
U，ＫADに応じて比例電磁弁１１ａ，１１ｂが絞られ、
アームの動作速度が減じられる。

【００９５】そして、選択モニターポイントＭsが侵入
禁止領域に到達すると、ブーム減速制御演算部９ｅとア
ーム減速制御演算部９ｆでＫBU＝０，ＫAU＝０，ＫAD＝
０の減速指令信号が生成され、比例電磁弁１０ａ，１１
ａ，１１ｂをフルクローズし、ブーム及びアームを停止
させる。これによりフロント装置１Ａの動作が停止す
る。

【００９６】以上のように本実施例によれば、第１の実
施例と同様、フロント装置の動作速度を極力落とさず、
上方や下方の障害物に対する接触を防止できる。

【００９７】また、本実施例によれば、２つのモニター
ポイントＭ1，Ｍ2を設定し、侵入禁止領域に近い方のモ
ニターポイントＭsについてブーム及びアーム毎に減速
指令信号を計算し、侵入禁止領域に近い方のモニターポ
イントが選ばれ、その選択モニターポイントＭsについ
てフロント部材毎の減速制御がなされるので、フロント
装置１Ａの姿勢に係わらずフロント装置の動作速度を極
力落とさず障害物との接触を防止できる。

【００９８】なお、本発明の作業範囲制限制御装置はそ
の詳細が上述の一実施例に限定されず、種々の変形が可
能である。一例としては上述の実施例では油圧パイロッ
ト式の操作レバーを用いたシステムを挙げたが、操作レ
バーとして電気式レバーを用いてもよい。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手段
として回動角を検出する角度計を用いたが、シリンダの
ストロークを検出してもよい。また、車体の傾斜角を検
出する傾斜角度計を設けても良い。

【００９９】

【発明の効果】本発明によれば、フロント装置の動作速
度を極力落とさず、上方や下方の障害物に対する接触を
防止できる。

【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作業範
囲制限制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図であ
る。

【図２】本実施例が適用される油圧ショベルの外観を示
す図である。

【図３】油圧パイロット方式の操作レバー装置の構成を
示す図である。

【図４】本実施例の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５】本実施例の作業範囲制限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６】ブームの減速指令信号演算におけるモニターポ
イントと侵入禁止領域との距離に対する減速指令信号の
関係を示す図である。

【図７】アームの減速指令信号演算におけるモニターポ
イントと侵入禁止領域との距離に対する減速指令信号の
関係を示す図である。

【図８】最大パイロット圧演算におけるパイロット圧と
シリンダ速度の関係を示す図である。

【図９】バルブ指令演算におけるパイロット圧と比例電
磁弁に出力する電流値との関係を示す図である。

【図１０】制御ユニットの処理内容を示すフローチャー
トである。

【図１１】本発明の第２の実施例におけるモニターポイ
ントと侵入禁止領域との距離に対するブームの減速指令
信号とアームの減速指令信号との関係を示す図である。

【図１２】本発明の第３の実施例による作業範囲制限制
御装置の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１３】本実施例の作業範囲制限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１４】ブームの減速指令信号演算における選択モニ
ターポイントと侵入禁止領域との距離に対する減速指令
信号の関係を示す図である。

【図１５】アームの減速指令信号演算における選択モニ
ターポイントと侵入禁止領域との距離に対する減速指令
信号の関係を示す図である。

【図１６】制御ユニットの処理内容を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１Ａ フロント装置 １Ｂ 車体 １ａ ブーム（第１フロント部材） １ｂ アーム（第２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 ３ｂ アームシリンダ ４ａ〜４ｆ 操作レバー装置 ５ａ〜５ｆ 流量制御弁 ７ 設定器 ８ａ〜８ｃ 角度検出器（位置検出手段） ９ 制御ユニット ９ａ フロント姿勢演算部（第１演算手段） ９ｂ 侵入禁止領域演算部 ９ｃ 制限値記憶メモリ ９ｄ 距離演算部 ９ｅ ブーム減速制御演算部（第２演算手段） ９ｆ アーム減速制御演算部（第２演算手段） ９ｇ 最大シリンダ速度演算部（信号補正手段） ９ｈ 最大パイロット圧延算部（信号補正手段） ９ｉ バルブ指令演算部（信号補正手段） ９ｊ モニターポイント選択部 １０ａ〜１１ｂ 比例電磁弁（信号補正手段） ５０ａ〜５５ｂ 油圧駆動部

フロントページの続き (72)発明者 足立 宏之 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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下方向に回動可能な第１及び第２フロ
   ント部材を含む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に備えられ、前記フロント
   装置に関して予め設定されたモニターポイントの位置を
   検出し、前記モニターポイントが建設機械の周囲に予め
   設定した侵入禁止領域に近づくと前記フロント装置の動
   作速度を減速し、前記侵入禁止領域に到達すると前記フ
   ロント装置の動作を停止させる建設機械の作業範囲制限
   制御装置において、 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
   る位置検出手段と、 前記位置検出手段からの信号に基づき前記モニターポイ
   ントの位置を計算する第１演算手段と、 前記モニターポイントが前記侵入禁止領域に近づくと前
   記フロント装置の動作速度を減速し、前記侵入禁止領域
   に到達すると前記フロント装置の動作を停止させるとと
   もに、少なくとも前記第１フロント部材と第２フロント
   部材とでは減速の割合が異なるよう、前記モニターポイ
   ントの位置と前記侵入禁止領域の境界との距離と減速指
   令値との関係が少なくとも前記第１及び第２フロント部
   材毎に予め設定してあり、前記第１演算手段により計算
   した位置と前記距離と減速指令値との関係とから前記第
   １及び第２フロント部材毎に減速指令値を計算する第２
   演算手段と、 前記第１及び第２フロント部材の動作速度が前記第２演
   算手段で計算した減速指令値が指令する速度を越えない
   よう前記第１及び第２フロント部材毎に対応する操作手
   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作業範囲制限制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の建設機械の作業範囲制限
   制御装置において、前記モニターポイントが複数個設定
   されており、前記第１演算手段は前記位置検出手段から
   の信号に基づき前記複数のモニターポイントの各々の位
   置を計算する手段であり、 前記第２演算手段は、前記複数のモニターポイントのう
   ち前記侵入禁止領域に近い方のモニターポイントについ
   て前記第１及び第２フロント部材毎に減速指令値を計算
   する手段であることを特徴とする建設機械の作業範囲制
   限制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の建設機械の作業範囲制限
   制御装置において、前記第２演算手段は、前記距離と減
   速指令値との関係を、前記距離が小さくなるにしたがっ
   て前記減速指令値が小さくなると共に、前記減速を開始
   する距離が前記第１及び第２フロント部材で異なるよう
   に設定したことを特徴とする建設機械の作業範囲制限制
   御装置。
4. 【請求項４】 前記複数の操作手段のうち少なくとも前
   記第１及び第２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
   建設機械の作業範囲制限制御装置において、 前記信号補正手段は、前記第１及び第２フロント部材の
   速度が前記第２演算手段で計算した減速指令値が指令す
   る速度を超えないよう前記第１及び第２フロント部材に
   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作業範囲制
   限制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の建設機械の作業範囲制限
   制御装置において、前記操作システムは、前記第１及び
   第２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１及び第２フロント部材の速度が前記第２
   演算手段で計算した減速指令値が指令する速度を超えな
   いよう目標パイロット圧を計算し、前記目標パイロット
   圧に対応する電気信号を出力する手段と、前記パイロッ
   トラインに設置され、前記電気信号により作動して前記
   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
   建設機械の作業範囲制限制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の建設機械の作業範囲制限
   制御装置において、前記第１及び第２フロント部材は油
   圧ショベルのブームとアームであることを特徴とする建
   設機械の作業範囲制限制御装置。