JPH0953253A - Excavation-zone setting device for zone-limit excavation control of construction equipment - Google Patents
Excavation-zone setting device for zone-limit excavation control of construction equipmentInfo
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- JPH0953253A JPH0953253A JP7207023A JP20702395A JPH0953253A JP H0953253 A JPH0953253 A JP H0953253A JP 7207023 A JP7207023 A JP 7207023A JP 20702395 A JP20702395 A JP 20702395A JP H0953253 A JPH0953253 A JP H0953253A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は建設機械の領域制限掘削
制御に係わり、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領域制限掘削制御の掘削領域設定
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to area limiting excavation control of a construction machine, and more particularly, in a construction machine such as a hydraulic excavator having a multi-joint type front apparatus, area limitation in which a movable area of the front apparatus is limited. The present invention relates to an excavation area setting device for excavation control.
【０００２】[0002]
【従来の技術】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はフロント装置の動
作範囲が広いことを特徴とする建設機械であり、そのこ
とが便利である半面、特定の掘削形状よりフロントが突
出しては困る作業などに使われる場合にはオペレータに
慎重な操作を要求することになる。このため例えば特開
平４−１３６３２４号公報に示されるようにフロント装
置の作業範囲の制限を行うことが考えられている。この
特開平４−１３６３２４号公報には、制限領域（侵入不
可領域）の設定方法として、フロント装置の先端（バケ
ットの爪先）を制限領域（侵入不可領域）に動かし、そ
の位置を記憶するか、あるいは操作パネルから制限領域
を数値で入力設定する方法が示されている。2. Description of the Related Art A hydraulic excavator is a typical example of construction machines. The hydraulic excavator is composed of a front device consisting of a boom, an arm, and a bucket that are vertically rotatable, and a vehicle body consisting of an upper revolving structure and a lower traveling structure, and the base end of the boom of the front device is in front of the upper revolving structure. Supported by the department. Such a hydraulic excavator is a construction machine that is characterized by a wide operating range of the front device.On the other hand, it is convenient, but when it is used for work where the front does not protrude beyond a specific excavation shape, It requires careful operation from the operator. For this reason, it is considered to limit the working range of the front device as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-136324. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-136324, as a method of setting a restricted area (inaccessible area), the tip of the front device (toe of a bucket) is moved to the restricted area (inaccessible area) and the position is stored. Alternatively, a method of inputting and setting the restricted area with a numerical value from the operation panel is shown.
【０００３】また、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、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、特に直線状に設定された領域を掘削すること
は非常に困難な作業であり、自動化が望まれている。そ
のような作業を自動化して行う構成とした場合、車体が
移動すると作業現場の地形の変化で油圧ショベル自身の
姿勢、高さが変化し、車体に関して設定していた領域を
車体が移動するごとに設定し直さなくてはならない。そ
こで、このような作業を容易にするための自動掘削方法
が特開平３−２９５９３３号公報に提案されている。こ
の自動掘削方法では、掘削地表面に設置したレーザ発振
器のレーザ光により車体に設置したセンサにて車体の高
さを検出し、その検出した車体高さに基づいて掘削深さ
（前者の例の制限領域に相当する）を決定して車体を停
止した状態で所定長さだけ直線掘削し、その後に車体を
所定距離走行させて停止状態で再び直線掘削する際に前
記レーザ光により車体高さ変位量を検出し、その高さ変
位量によって掘削深さを補正するようにしている。Further, in hydraulic excavators, front members such as a boom are operated by respective manual operation levers. However, since each of them is connected by a joint portion to perform a rotary motion, these front members are operated. Excavation of a predetermined area, especially a linearly set area is a very difficult task, and automation is desired. When such a work is configured to be automated, when the vehicle body moves, the posture and height of the hydraulic excavator itself change due to changes in the terrain at the work site, and every time the vehicle body moves within the area set for the vehicle body. Must be reset to. Therefore, Japanese Patent Laid-Open No. 3-295933 proposes an automatic excavation method for facilitating such work. In this automatic excavation method, the height of the vehicle body is detected by the sensor installed on the vehicle body by the laser light of the laser oscillator installed on the surface of the excavation ground, and the excavation depth (of the former example is detected based on the detected vehicle body height. (Equivalent to the restricted area) is determined and linear excavation is performed for a predetermined length with the vehicle stopped, and then the vehicle height is displaced by the laser light when the vehicle travels a predetermined distance and recedes again with the vehicle stopped. The amount of displacement is detected and the excavation depth is corrected by the amount of height displacement.
【０００４】[0004]
【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。However, the above prior art has the following problems.
【０００５】まず、特開平４−１３６３２４号公報に記
載の従来技術では、車体を基準として制限領域（侵入不
可領域）を設定するので、車体が移動し作業現場の地形
の変化で油圧ショベル自身の姿勢、高さが変化すると、
それに応じて制限領域の設定深さが変化してしまう。例
えば地面が傾斜していれば、車体の移動とともに設定深
さも地面の傾斜面に沿って変化し、制限領域の設定面も
傾斜してしまう。First, in the prior art disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-136324, a restriction area (an inaccessible area) is set on the basis of the vehicle body, so that the vehicle body moves and the excavator itself is changed due to the change of the terrain at the work site. When the posture and height change,
The set depth of the restricted area changes accordingly. For example, if the ground is tilted, the set depth changes along the tilted surface of the ground as the vehicle body moves, and the set surface of the restricted area also tilts.
【０００６】また、特開平３−２９５９３３号公報に記
載の従来技術では、車体の移動に伴う車体高さの変化の
補正は行えるものの、操作パネルにより掘削深さを設定
する場合、車体を基準に掘削深さを設定するので、掘削
制御でバケットの先端位置を演算するとき、車体の製作
公差、あるいは制御に使用するフロント装置の位置、姿
勢を計測する角度センサの精度、取り付け公差などが誤
差として集積し、実際に掘削した深さが設定した掘削深
さと違ってしまい、設定通りに掘削することができな
い。Further, in the prior art described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-295933, although the change in the vehicle body height due to the movement of the vehicle body can be corrected, when the excavation depth is set by the operation panel, the vehicle body is used as a reference. Since the digging depth is set, when calculating the tip position of the bucket in digging control, the manufacturing tolerance of the vehicle body, the accuracy of the angle sensor that measures the position and posture of the front device used for control, the mounting tolerance, etc. It is impossible to excavate as set because the accumulated and actual excavation depth differs from the set excavation depth.
【０００７】また、車体の移動により車体高さが変化す
ると車体からの掘削深さが変化することから、掘削深さ
の変化量に対してもフロント装置の位置、姿勢を計測す
るセンサの誤差が影響し、車体高さが変化する前後で掘
削深さが変化してしまう。Further, since the excavation depth from the vehicle body changes when the vehicle body height changes due to the movement of the vehicle body, the error of the sensor for measuring the position and orientation of the front device also affects the amount of change in the excavation depth. As a result, the excavation depth changes before and after the vehicle body height changes.
【０００８】更に、車体高さが変化してもレーザ光が確
実にセンサに当たりレーザ光を検出できるようにするた
めには、車体に多数のセンサを高さ方向に並べて設置す
る必要があり、センサの装備が大がかりで複雑になる。Furthermore, in order to ensure that the laser light hits the sensor even if the height of the vehicle body changes and the laser light can be detected, it is necessary to install a number of sensors on the vehicle body side by side in the height direction. The equipment is complicated and complicated.
【０００９】同様に、車体に備えられたセンサにより高
さを補正することから、センサの大きさの制約から補正
できる高さは限られた範囲となる。Similarly, since the height is corrected by the sensor provided on the vehicle body, the height that can be corrected is limited due to the restriction of the size of the sensor.
【００１０】本発明の第１の目的は、車体の移動により
車体高さが変化しても掘削領域の設定が変化することの
ない建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装置を
提供することである。A first object of the present invention is to provide an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine in which the setting of the excavation area does not change even if the height of the vehicle body changes due to movement of the vehicle body. Is.
【００１１】本発明の第２の目的は、車体の製作公差、
あるいは制御に使用するフロント装置の位置、姿勢を計
測するセンサの精度、取り付け公差などの誤差の影響が
少なく、設定した掘削領域との差を少なく掘削すること
ができる建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装
置を提供することである。A second object of the present invention is to provide manufacturing tolerances for the vehicle body,
Alternatively, the accuracy of the sensor that measures the position and orientation of the front device used for control, the influence of errors such as mounting tolerances are small, and it is possible to excavate with a small difference from the set excavation area. A drilling area setting device is provided.
【００１２】本発明の第３の目的は、車体の移動により
車体高さが変化しても掘削領域の設定が変化することが
なくかつフロント装置の位置、姿勢を計測するセンサの
誤差の影響による掘削深さの変化の少ない建設機械の領
域制限掘削制御の掘削領域設定装置を提供することであ
る。A third object of the present invention is that the setting of the excavation area does not change even if the vehicle body height changes due to the movement of the vehicle body, and it is due to the influence of the error of the sensor for measuring the position and orientation of the front device. An object of the present invention is to provide an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine with little change in excavation depth.
【００１３】本発明の第４の目的は、大がかりで複雑な
センサを要せずに車体の移動を補正できる建設機械の領
域制限掘削制御の掘削領域設定装置を提供することであ
る。A fourth object of the present invention is to provide an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine capable of correcting movement of a vehicle body without requiring a large-scale and complicated sensor.
【００１４】本発明の第５の目的は、車体の移動を広い
範囲で補正できる建設機械の領域制限掘削制御の掘削領
域設定装置を提供することである。A fifth object of the present invention is to provide an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine capable of correcting movement of a vehicle body in a wide range.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】上記第１〜第５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
ロント部材と、前記フロント装置を支持する車体とを備
え、前記複数のフロント部材をそれぞれ駆動制御してフ
ロント部材の動作範囲を制限制御する建設機械の領域制
限掘削制御の掘削領域設定装置において、（ａ）前記建
設機械の外部に設置され、掘削領域に対する基準位置を
示す外部基準を与える外部基準部材と；（ｂ）前記フロ
ント装置に備えられ、前記外部基準に前記フロント装置
を合わせる目標となるフロント基準を与えるフロント基
準部材と；（ｃ）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検出手段と；（ｄ）前記検出手段の
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）前記外部基準と掘削領域の位置
関係を設定する第１設定手段と；（ｆ）前記フロント基
準が前記外部基準と一致したときに操作される外部基準
設定スイッチと；（ｇ）前記外部基準設定スイッチが操
作されたときの前記第１演算手段で演算した前記フロン
ト装置の位置と姿勢の情報に基づき前記車体と前記外部
基準との位置関係を演算し、この車体と外部基準との位
置関係と前記第１設定手段で設定した外部基準と掘削領
域の位置関係とから前記車体と掘削領域との位置関係を
演算する第２演算手段と；（ｈ）前記第２演算手段で演
算した前記車体と掘削領域の位置関係から前記車体を基
準とした掘削領域を設定する第２設定手段と；を備える
構成とする。In order to achieve the above first to fifth objects, the area limiting excavation control system for a construction machine according to the present invention adopts the following configuration. That is, a plurality of front members that constitute an articulated front device and are rotatable in the up-down direction, and a vehicle body that supports the front device are provided, and the plurality of front members are drive-controlled to operate the front members. In an excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine that limits control of a range, (a) an external reference member that is installed outside the construction machine and that provides an external reference indicating a reference position for the excavation area; A front reference member that is provided in the front device and that provides a front reference that is a target for aligning the front device with the external reference; (c) detection means that detects a state quantity related to the position and orientation of the front device; ) First calculation means for calculating the position and orientation of the front device based on the signal of the detection means; (e) The external reference and the excavation area First setting means for setting the positional relationship; (f) an external reference setting switch operated when the front reference matches the external reference; and (g) the external reference setting switch operated when the external reference setting switch is operated. The positional relationship between the vehicle body and the external reference is calculated based on the position and orientation information of the front device calculated by the first calculating means, and the positional relationship between the vehicle body and the external reference is set by the first setting means. Second calculation means for calculating a positional relationship between the vehicle body and the excavation area based on an external reference and a positional relationship between the excavation area; and (h) the vehicle body based on the positional relationship between the vehicle body and the excavation area calculated by the second calculation means. Second setting means for setting the excavation area based on the above.
【００１６】以上のように構成した本発明においては、
フロント基準が外部基準と一致し、外部基準設定スイッ
チが操作されたときに、第２演算手段にて第１設定手段
で設定した外部基準と掘削領域の位置関係を補正して車
体と掘削領域の位置関係を演算し、第２設定手段で車体
を基準として掘削領域を設定するため、車体の移動によ
る高さ変化を毎回補正して掘削作業が行える。このた
め、車体が移動し車体高さが変化しても掘削領域の設定
は変化せず、常に外部基準を基準とした所定の深さを掘
削することができる。In the present invention configured as described above,
When the front reference coincides with the external reference and the external reference setting switch is operated, the positional relationship between the external reference and the excavation area set by the first setting means is corrected by the second calculating means to correct the vehicle body and the excavation area. Since the positional relationship is calculated and the excavation area is set by the second setting means with reference to the vehicle body, the excavation work can be performed by correcting the height change due to the movement of the vehicle body each time. Therefore, even if the vehicle body moves and the vehicle body height changes, the setting of the excavation region does not change, and it is possible to always excavate a predetermined depth based on the external reference.
【００１７】また、フロント基準部材を実際に地面に作
用するフロント装置に設置し、フロント基準が外部基準
と一致したときのフロント装置の位置と姿勢に基づき車
体を基準とした掘削領域を設定するので、この掘削領域
の設定に際して掘削領域設定演算と掘削制御演算とで車
体の製作公差やフロント基準、検出手段等の精度、取付
け公差などの誤差の影響が相殺されることとなる。この
ため、掘削制御でフロント装置の位置を演算するとき、
基準光を車体に設置したセンサで検出する方法に比較し
て上記公差や精度の誤差の影響が少なくなり、設定した
掘削領域との差を少なく設定通りに正確に掘削すること
ができる。Further, since the front reference member is installed on the front device which actually acts on the ground, the excavation area is set with the vehicle body as a reference based on the position and posture of the front device when the front reference matches the external reference. At the time of setting the excavation area, the effects of the manufacturing tolerance of the vehicle body, the front reference, the accuracy of the detection means and the like, the mounting tolerance and the like are offset by the excavation area setting calculation and the excavation control calculation. Therefore, when calculating the position of the front device with excavation control,
Compared to the method of detecting the reference light by a sensor installed on the vehicle body, the influence of the above tolerance and accuracy error is reduced, and the difference from the set excavation area is small and the excavation can be performed exactly as set.
【００１８】また、フロント装置の位置、姿勢を計測す
る検出手段の誤差の影響を受け難いので、車体が移動し
て車体高さが変化することにより車体からの掘削深さが
変化しても、その掘削深さの変化量に対する検出手段の
誤差の影響が少なくなり、車体高さが変化する前と後で
掘削深さが変化することが防止される。Further, since it is hard to be influenced by the error of the detecting means for measuring the position and orientation of the front device, even if the excavation depth from the vehicle body changes due to the vehicle body moving and the vehicle body height changing, The influence of the error of the detection means on the amount of change in the excavation depth is reduced, and the excavation depth is prevented from changing before and after the vehicle body height changes.
【００１９】更に、フロント装置を動かしフロント基準
が外部基準と一致したときに、外部基準設定スイッチを
操作することで外部基準を検出するので、フロント装置
に小型でシンプルなフロント基準を設置するだけで車体
の移動を補正できる。Further, since the external reference is detected by operating the external reference setting switch when the front device is moved and the front reference matches the external reference, it is only necessary to install a small and simple front reference in the front device. The movement of the car body can be corrected.
【００２０】同様に、フロント装置を操作してフロント
基準を外部基準に一致させ、外部基準設定スイッチを操
作するので、フロント装置の広い可動範囲を考えれば車
体の移動を広い範囲で補正できる。Similarly, since the front device is operated to match the front reference with the external reference and the external reference setting switch is operated, the movement of the vehicle body can be corrected in a wide range in consideration of the wide movable range of the front device.
【００２１】以上の掘削領域設定装置において、好まし
くは、前記第１設定手段は、前記外部基準から掘削領域
と制限領域の境界までの深さを設定する手段である。こ
のように第１設定手段を構成することにより、制限領域
との境界を水平面とした掘削領域を設定できる。In the above excavation area setting device, preferably, the first setting means is means for setting the depth from the external reference to the boundary between the excavation area and the restricted area. By configuring the first setting means in this way, it is possible to set an excavation area having a horizontal plane as a boundary with the restricted area.
【００２２】また、前記第１設定手段は、前記外部基準
から前記掘削領域の基準点までの深さ、前記車体から前
記基準点までの距離、前記掘削領域の境界の傾斜角度を
設定する手段であってもよい。このように第１設定手段
を構成することにより、勾配を付けた掘削領域を設定で
きる。Further, the first setting means is means for setting a depth from the external reference to a reference point of the excavation area, a distance from the vehicle body to the reference point, and an inclination angle of a boundary of the excavation area. It may be. By configuring the first setting means in this way, it is possible to set an excavation area with a slope.
【００２３】また、好ましくは、前記第１設定手段は、
設定器により入力されたデータを基に前記外部基準と設
定領域の位置関係を設定する手段である。このように第
１設定手段を構成することにより、作業の初めに第１設
定手段の設定を行っておけば、作業開始時、あるいは車
体を走行して移動するごとにフロント装置を掘削領域の
境界に位置決めするための補助員が不要となる。また、
補助員の指示による設定にかかる時間を無くすことがで
き、作業時間を短縮できる。Preferably, the first setting means is
It is a means for setting the positional relationship between the external reference and the setting area based on the data input by the setting device. By configuring the first setting means in this way, if the first setting means is set at the beginning of the work, the front device is set to the boundary of the excavation area at the start of the work or each time the vehicle travels and moves. There is no need for an assistant to position it at. Also,
The time required for setting by the instruction of the assistant can be eliminated, and the working time can be shortened.
【００２４】前記第１設定手段は、前記第１演算手段で
演算した前記フロント装置の位置と姿勢の情報に基づ
き、前記フロント装置を動かしフロント装置の先端が設
定領域の境界に来たときの前記フロント装置の先端の位
置を演算する手段と、前記第１演算手段で演算した前記
フロント装置の位置と姿勢の情報に基づき、前記フロン
ト装置を動かし前記フロント基準が前記外部基準に一致
したときの前記フロント基準の位置を演算する手段と、
前記フロント装置の先端位置と前記フロント基準の位置
とから前記外部基準と掘削領域の位置関係を演算し、記
憶する手段とを含む構成であってもよい。このように第
１設定手段を構成することにより、フロント装置の先端
が設定領域の境界に来たときのフロント装置の先端の位
置と、フロント基準が外部基準と一致したときのフロン
ト基準の位置とから外部基準と設定領域の位置関係を演
算し、記憶することとなり、ダイレクトティーチングに
より掘削領域を設定でき、作業状況に合わせて所望の掘
削領域を正確に設定することができる。The first setting means moves the front device based on the information on the position and the posture of the front device calculated by the first calculating means, and moves the front device so that the front end of the front device comes to the boundary of the setting area. Based on the means for calculating the position of the front end of the front device and the information on the position and the posture of the front device calculated by the first calculating means, the front device is moved and the front reference matches the external reference. A means for calculating the position of the front reference,
A configuration may be included that includes means for calculating and storing the positional relationship between the external reference and the excavation area from the tip position of the front device and the position of the front reference. By configuring the first setting means in this way, the position of the front end of the front device when the front end of the front device comes to the boundary of the setting region and the position of the front reference when the front reference matches the external reference Since the positional relationship between the external reference and the set area is calculated and stored, the excavation area can be set by direct teaching, and the desired excavation area can be accurately set according to the work situation.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。まず、本発明の第１の実施形態を図１
〜図１０により説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG.
【００２６】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，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、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。In FIG. 1, a hydraulic excavator to which the present invention is applied includes a hydraulic pump 2, a boom cylinder 3a driven by pressure oil from the hydraulic pump 2, an arm cylinder 3b, a bucket cylinder 3c, a swing motor 3d and A plurality of hydraulic actuators including the left and right traveling motors 3e and 3f, and a plurality of operating lever devices 4a to 4 provided corresponding to the hydraulic actuators 3a to 3f, respectively.
f, the hydraulic pump 2 and the plurality of hydraulic actuators 3a to
A plurality of flow rate control valves 5a to 5f which are connected between 3f and control the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuators 3a to 3f.
5f, and a relief valve 6 that opens when the pressure between the hydraulic pump 2 and the flow control valves 5a to 5f exceeds a set value, and these are hydraulic drive devices that drive driven members of the hydraulic excavator. I am configuring.
【００２７】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により指示される。Further, as shown in FIG. 2, the hydraulic excavator includes a boom 1a and an arm 1 which rotate vertically.
articulated front device 1 including b and bucket 1c
A and a vehicle body 1B including an upper swing body 1d and a lower traveling body 1e, and a base end of a boom 1a of the front device 1A is supported by a front portion of the upper swing body 1d. Boom 1
a, an arm 1b, a bucket 1c, an upper swing body 1d, and a lower traveling body 1e are driven members respectively driven by a boom cylinder 3a, an arm cylinder 3b, a bucket cylinder 3c, a swing motor 3d, and left and right traveling motors 3e, 3f. And their operations are instructed by the operation lever devices 4a to 4f.
【００２８】図１に戻り、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、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（図示せず）とにより構成され、各減圧弁の
一次ポートはパイロットポンプ４３に接続され、二次ポ
ートはパイロットライン４４ａ，４４ｂ；４５ａ，４５
ｂ；４６ａ，４６ｂ；４７ａ，４７ｂ；４８ａ，４８
ｂ；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，５２
ｂ；５３ａ，５３ｂ；５４ａ，５４ｂ；５５ａ，５５ｂ
に接続されている。Returning to FIG. 1, the operating lever devices 4a to 4f are hydraulic pilot systems which drive the corresponding flow rate control valves 5a to 5f by pilot pressure, and an operating lever 40 and an operating lever 40 operated by an operator, respectively.
1 Generates pilot pressure according to the operation amount and operation direction
It is composed of a pair of pressure reducing valves (not shown), the primary port of each pressure reducing valve is connected to the pilot pump 43, and the secondary ports are pilot lines 44a, 44b; 45a, 45.
b; 46a, 46b; 47a, 47b; 48a, 48
b; hydraulic drive units 50a, 50b; 51a, 51b; 52a, 52 of the corresponding flow control valves via 49a, 49b.
b; 53a, 53b; 54a, 54b; 55a, 55b
It is connected to the.
【００２９】以上のような油圧ショベルに本実施形態に
よる掘削領域設定装置を含む領域制限掘削制御装置が搭
載されている。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１
ａ、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計８ａ，８
ｂ，８ｃと、車体１Ｂの前後方向の傾斜角θを検出する
傾斜計８ｄと、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；４５
ａ，４５ｂに設けられ、操作レバー装置４ａ，４ｂから
のパイロット圧を検出する圧力検出器６０ａ，６０ｂ；
６１ａ，６１ｂと、油圧ショベルの外部に設置され掘削
領域に対する基準位置を示す外部基準を与える外部基準
部材８０（図２参照；以下、適宜、「外部基準部材」を
単に「外部基準」という）と、フロント装置１ａのアー
ム１ｂの側部に取り付けられ、外部基準８０にフロント
装置１Ａを合わせる目標となるフロント基準を与えるフ
ロント基準部材７０（図４参照；以下、適宜、「フロン
ト基準部材」を単に「フロント基準」と称する）と、フ
ロント装置１Ａを操作してフロント基準７０が外部基準
８０に一致したときに押される外部基準設定スイッチ７
１と、設定器７の設定信号、角度計８ａ，８ｂ，８ｃ及
び傾斜計８ｄの検出信号、圧力検出器６０ａ，６０ｂ；
６１ａ，６１ｂの検出信号、及び外部基準設定スイッチ
７１の操作信号を入力し、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９と、前
記電気信号により駆動される比例電磁弁１０ａ，１０
ｂ，１１ａ，１１ｂと、シャトル弁１２とで構成されて
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４
４ｂ，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。An area limiting excavation control apparatus including the excavation area setting apparatus according to this embodiment is mounted on the hydraulic excavator as described above. This control device includes a setting device 7 for instructing setting of a predetermined portion of the front device, for example, an excavation region in which the tip of the bucket 1c can move in advance according to the work, and the boom 1.
a, an arm 1b, and a bucket 1c, which are provided on the respective pivots of the pivots, and which detect the respective pivot angles as state quantities related to the position and orientation of the front device 1A.
b, 8c, an inclinometer 8d for detecting the longitudinal tilt angle θ of the vehicle body 1B, and pilot lines 44a, 44b; 45 of the boom and arm operation lever devices 4a, 4b.
a, 45b, pressure detectors 60a, 60b for detecting pilot pressure from the operating lever devices 4a, 4b;
61a and 61b, and an external reference member 80 (see FIG. 2; hereinafter referred to as "external reference member" simply referred to as "external reference") that is provided outside the hydraulic excavator and provides an external reference indicating a reference position for the excavation area. , A front reference member 70 attached to a side portion of the arm 1b of the front device 1a and providing a front reference as a target for aligning the front device 1A with the external reference 80 (see FIG. 4; hereinafter, simply referred to as "front reference member") “Front reference”) and the external reference setting switch 7 that is pressed when the front device 1A is operated and the front reference 70 matches the external reference 80.
1, setting signals of the setting device 7, detection signals of the angle meters 8a, 8b, 8c and the inclinometer 8d, pressure detectors 60a, 60b;
Control for inputting the detection signals of 61a and 61b and the operation signal of the external reference setting switch 71, setting an excavation region in which the tip of the bucket 1c can move, and outputting an electric signal for performing excavation control with the region limited. Unit 9 and proportional solenoid valves 10a, 10 driven by the electric signal
b, 11a, 11b, and the shuttle valve 12. The shuttle valve 12 is installed in the pilot line 44a, and selects the pilot pressure in the pilot line 44a and the high pressure side of the control pressure output from the proportional solenoid valve 10a,
It is guided to the hydraulic drive unit 50a of the flow control valve 5a. Proportional solenoid valves 10b, 11a, 11b are pilot lines 4 respectively.
4b, 45a, 45b are installed to reduce the pilot pressure in the pilot line according to the respective electric signals and output the reduced pressure.
【００３０】以上の構成において、本実施形態の掘削領
域設定装置は、設定器７、外部基準部材８０、フロント
基準部材７０、外部基準設定スイッチ７１、角度計８
ａ，８ｂ，８ｃ及び傾斜計８ｄと、制御ユニット９の下
記する機能により構成されている。In the above structure, the excavation area setting device of this embodiment is provided with the setting device 7, the external reference member 80, the front reference member 70, the external reference setting switch 71, and the angle meter 8.
a, 8b, 8c and an inclinometer 8d, and the control unit 9 has the following functions.
【００３１】設定器７は、図３に示すように、掘削領域
の深さを入力するためのアップボタン７ａ，７ｂ、入力
した深さを表示する表示装置７ｅ及び入力した深さを設
定信号として制御ユニット９に出力し掘削領域を設定す
る領域設定スイッチ７ｆとで構成されている。なお、設
定器７のボタン類は適当な操作レバーのグリップ上に設
けてもよい。また、ＩＣカードによる方法、バーコード
による方法、無線通信による方法等、他の方法を用いて
もよい。As shown in FIG. 3, the setting device 7 uses the up buttons 7a and 7b for inputting the depth of the excavation area, the display device 7e for displaying the input depth, and the input depth as the setting signal. It is composed of an area setting switch 7f for outputting to the control unit 9 and setting an excavation area. The buttons of the setting device 7 may be provided on the grip of an appropriate operating lever. Further, other methods such as a method using an IC card, a method using a bar code, and a method using wireless communication may be used.
【００３２】外部基準部材８０は例えば図２に示すよう
にクイ８０ａに水平に張り渡した水糸である。水糸８０
は工事現場で基準を示すために良く使用されるものであ
る。外部基準部材８０は単なるクイ等、油圧ショベルの
オペレータから外部基準の確認の取れるものであれば何
でも良い。The external reference member 80 is, for example, a water thread horizontally stretched over the quill 80a as shown in FIG. Water thread 80
Is often used to indicate standards at construction sites. The external reference member 80 may be anything such as a simple quill as long as the operator can confirm the external reference.
【００３３】フロント基準部材７０は図４に示すように
フロント装置１Ａのオペレータから確認できる位置に設
置された印である。この印７０としては例えば矢印のよ
うなものを鋼材で製作してそれをフロント装置の決めら
れた位置に溶接で取り付ければよい。The front reference member 70 is a mark installed at a position where it can be confirmed by the operator of the front device 1A as shown in FIG. As the mark 70, for example, an arrow-shaped object may be manufactured from steel and attached to a predetermined position of the front device by welding.
【００３４】外部基準設定スイッチ７１は、上記の場
合、フロント装置１Ａを動かして外部基準８０である水
糸にフロント基準７０である矢印があった位置で操作さ
れるもので、この操作により外部基準８０の位置が検出
され、油圧ショベルの車体１Ｂと外部基準８０との位置
関係（車体に対する外部基準８０の位置）が演算設定さ
れる（後述）。In the above case, the external reference setting switch 71 is operated at a position where the front device 1A is moved and the water thread which is the external reference 80 has the arrow which is the front reference 70. By this operation, the external reference setting switch 71 is operated. The position 80 is detected, and the positional relationship between the vehicle body 1B of the hydraulic excavator and the external reference 80 (the position of the external reference 80 with respect to the vehicle body) is calculated and set (described later).
【００３５】なお、外部基準部材８０として工事現場の
測量などで使用するレーザ基準光発生器（レーザ燈台）
を使用し、フロント基準部材７０にそのレーザ光を検出
するレーザ検出器を使用しても良い。この場合、レーザ
燈台の光をレーザ検出器が検出したときにランプを点灯
させ、オペレータがこのランプの点灯を確認して外部基
準設定スイッチ７１を操作することで同等の機能が果た
せる。As the external reference member 80, a laser reference light generator (laser lighthouse) used for surveying at a construction site.
Alternatively, a laser detector that detects the laser light may be used as the front reference member 70. In this case, the same function can be achieved by turning on the lamp when the laser detector detects the light of the laser lighthouse, confirming the turning-on of this lamp and operating the external reference setting switch 71 by the operator.
【００３６】また、掘削領域の設定演算に際して車体の
製作公差の影響をできるだけ少なくするには、フロント
基準部材７０は作業に支障ない程度にできるだけアーム
１ｂの先端近くに設置され、実際に土に作用するバケッ
ト１ｃの先端の近いところで外部基準８０と一致させる
ようにすることが望ましい。外部基準設定スイッチ７１
は設定器７の中に組み込んでも良い。Further, in order to minimize the influence of the manufacturing tolerance of the vehicle body in the setting calculation of the excavation area, the front reference member 70 is installed as close as possible to the tip of the arm 1b so as not to interfere with the work, and actually acts on the soil. It is desirable to match the external reference 80 near the tip of the bucket 1c. External reference setting switch 71
May be incorporated in the setting device 7.
【００３７】制御ユニット９は、上記の設定器７の設定
信号と、外部基準設定スイッチ７１、角度計８ａ，８
ｂ，８ｃ及び傾斜計８ｄの検出信号を用いて掘削領域を
設定する。この制御ユニット９による掘削領域の設定方
法及び制御ユニット９の処理機能の概要を図４及び図５
を用いて説明する。なお、掘削領域は掘削領域と制限領
域の境界（以下、単に掘削領域の境界という）を設定す
ることにより設定され、本実施形態はこの掘削領域の境
界として水平面を設定するものである。The control unit 9 includes the setting signal of the setter 7, the external reference setting switch 71, and the angle meters 8a, 8a.
The excavation area is set using the detection signals of b and 8c and the inclinometer 8d. The outline of the method of setting the excavation area by the control unit 9 and the processing function of the control unit 9 is shown in FIGS.
This will be described with reference to FIG. The excavation area is set by setting a boundary between the excavation area and the restricted area (hereinafter simply referred to as a boundary of the excavation area), and the present embodiment sets a horizontal plane as the boundary of the excavation area.
【００３８】掘削領域の設定に際しては、まず、図４に
示すように、油圧ショベル本体の外部に外部基準部材８
０として上記のように例えば水糸を設置する。In setting the excavation area, first, as shown in FIG. 4, the external reference member 8 is provided outside the hydraulic excavator body.
For example, a water thread is set as 0 as described above.
【００３９】次に、オペレータは操作器７を用いて外部
基準８０から設定したい掘削領域の境界までの深さｈｒ
を入力し、この深さｈｒにより外部基準８０と掘削領域
の位置関係を設定する。すなわち、外部基準８０の位置
を基準とした掘削領域を設定する。この設定は図５に示
す制御ユニット９の第１設定手段１００の処理機能によ
り行われる。Next, the operator uses the operating device 7 to set the depth hr from the external reference 80 to the boundary of the excavation area to be set.
Is input, and the positional relationship between the external reference 80 and the excavation area is set by this depth hr. That is, the excavation area is set based on the position of the external reference 80. This setting is performed by the processing function of the first setting means 100 of the control unit 9 shown in FIG.
【００４０】次に、現在の油圧ショベルの車***置を基
準とした掘削領域を設定する。このために、まずオペレ
ータがフロント装置１Ａを動かして、フロント装置１Ａ
のアーム１ｂに備えられたフロント基準７０を外部基準
８０に一致させ、オペレータが外部基準設定スイッチ７
１を操作する。ここで、フロント装置１Ａを動かしてい
るとき、図５に示す第１演算手段１２０の処理機能によ
り角度計８ａ，８ｂ，８ｃ及び傾斜計８ｄの信号に基づ
き制御ユニット９内でフロント装置１Ａの位置と姿勢が
演算されており、フロント装置１Ａのアーム１ｂに備え
られたフロント基準７０が外部基準８０に一致し、オペ
レータが外部基準設定スイッチ７１が操作されると、第
１演算手段１２０から得られるそのときのフロント装置
１Ａの位置と姿勢の情報に基づき、図５に示す第２演算
手段１４０の処理機能により車体１Ｂと外部基準８０と
の位置関係として車体中心Ｏから外部基準８０までの高
さｈｆが演算され、この高さｈｆを補正値として、先に
設定した深さｈｒ（外部基準８０と掘削領域の位置関
係）から車体中心Ｏに対する掘削領域の境界面の深さｈ
ｓを演算する。そして、図５に示す第２設定手段１６０
の処理機能により、深さｈｓを油圧ショベルの車体１Ｂ
を基準とした掘削領域として設定する。油圧ショベルの
車体１Ｂを基準とした掘削領域の設定が終了すると図５
にブロック１８０として示すように領域制限掘削制御に
移行する。Next, an excavation area is set based on the current vehicle body position of the hydraulic excavator. For this purpose, the operator first moves the front device 1A to move the front device 1A.
The front reference 70 provided on the arm 1b of the operator is made to match the external reference 80, and the operator sets the external reference setting switch 7
Operate 1 Here, when the front device 1A is being moved, the position of the front device 1A in the control unit 9 is controlled based on the signals of the angle meters 8a, 8b, 8c and the inclinometer 8d by the processing function of the first computing means 120 shown in FIG. When the operator operates the external reference setting switch 71 and the front reference 70 provided on the arm 1b of the front device 1A matches the external reference 80, it is obtained from the first calculating means 120. Based on the information on the position and orientation of the front device 1A at that time, the height from the center O of the vehicle body to the external reference 80 is determined as the positional relationship between the vehicle body 1B and the external reference 80 by the processing function of the second computing means 140 shown in FIG. hf is calculated, and using this height hf as a correction value, the excavation area with respect to the vehicle body center O from the previously set depth hr (the positional relationship between the external reference 80 and the excavation area). The depth h of the boundary surface
Calculate s. Then, the second setting means 160 shown in FIG.
The depth hs can be adjusted by the processing function of the hydraulic excavator body 1B.
Is set as the excavation area. When the setting of the excavation area based on the body 1B of the hydraulic excavator is completed, FIG.
As shown in block 180 in FIG.
【００４１】油圧ショベルの車体１Ｂを基準とした掘削
領域の設定は外部基準設定スイッチ７１が操作されるご
とに行われ、油圧ショベルが走行して位置を変えてもそ
の場所で新たな掘削領域の設定が行われる。The setting of the excavation area based on the vehicle body 1B of the hydraulic excavator is performed every time the external reference setting switch 71 is operated, and even if the excavator runs and changes its position, a new excavation area is set at that location. Settings are made.
【００４２】上記第１設定手段１００における外部基準
８０と掘削領域の位置関係を設定する機能の詳細を図６
に処理フローで示す。図中、破線で囲んだ部分は油圧シ
ョベルのオペレータが行わなくてはならない操作を示
す。The details of the function of setting the positional relationship between the external reference 80 and the excavation area in the first setting means 100 are shown in FIG.
The processing flow is shown in. In the figure, the part surrounded by the broken line shows the operation that the operator of the hydraulic excavator must perform.
【００４３】まず、オペレータは地表から設定したい掘
削領域の境界までの深さｈｄを設計施工図面等により決
め、その数値を設定器７のボタン７ａ，７ｂを用いて入
力し、その数値が入力されたことを表示装置７ｅで確認
すると領域設定スイッチ７ｆを押す。制御ユニット９で
は、処理１０１にて領域設定スイッチ７ｆが押されたか
どうかを判定し、押されていない場合は処理１０１を続
行し、押されると処理１０２へ移る。処理１０２では、
外部基準８０から設定したい掘削領域の境界までの深さ
ｈｒを次の（１）式で演算する。First, the operator determines the depth hd from the surface of the earth to the boundary of the excavation area to be set according to the design and construction drawings, etc., and inputs the numerical value using the buttons 7a and 7b of the setting device 7, and the numerical value is input. When it is confirmed on the display device 7e, the area setting switch 7f is pressed. The control unit 9 determines whether or not the area setting switch 7f has been pressed in the processing 101. If the area setting switch 7f is not pressed, the processing 101 is continued, and if it is pressed, the processing shifts to the processing 102. In the process 102,
The depth hr from the external reference 80 to the boundary of the excavation area to be set is calculated by the following equation (1).
【００４４】 ｈｒ＝ｈｄ＋ｈｏ …（１） 上記（１）式において、ｈｏは外部基準８０の高さ（地
表から外部基準８０までの高さ）であり、この値ｈｏは
既知であり、予め制御ユニット９に記憶させておく。そ
して、処理１０３に移り、深さｈｒを記憶する。なお、
外部基準８０の高さｈｏをオペレータが覚えておき、こ
の高さｈｏを含めた高さｈｒを設定器７を用いてオペレ
ータが直接入力してもよい。また、設定器７に外部基準
８０の高さｈｏを入力するためのボタンを設け、オペレ
ータの操作でこの高さｈｏの設定を変えれるようにして
もよい。Hr = hd + ho (1) In the above formula (1), ho is the height of the external reference 80 (height from the ground surface to the external reference 80), and this value ho is known and is previously set in the control unit. Store it in 9. Then, the process moves to step 103 and the depth hr is stored. In addition,
The operator may remember the height ho of the external reference 80 and directly input the height hr including this height ho using the setter 7. Further, the setting device 7 may be provided with a button for inputting the height ho of the external reference 80 so that the setting of the height ho can be changed by the operation of the operator.
【００４５】第２演算手段１４０及び第２設定手段１６
０における車体と掘削領域との位置関係を設定する機能
の詳細を図７に処理フローで示す。Second calculating means 140 and second setting means 16
The details of the function for setting the positional relationship between the vehicle body and the excavation region at 0 are shown in the processing flow in FIG. 7.
【００４６】まず、破線で囲んだ部分で示すように、オ
ペレータが操作レバー４０（図１参照）を操作してフロ
ント装置１Ａを動かし、フロント基準点７０を外部基準
８０に一致させる。そして、処理１４１においてオペレ
ータにより外部基準設定スイッチ７１が押されたかどう
かを判定する。押されていない場合は掘削領域の設定を
変えずに設定処理を終了する。処理１４１において外部
基準設定スイッチ７１が押されたと判定されると処理１
４２へ行く。First, as shown by a portion surrounded by a broken line, the operator operates the operation lever 40 (see FIG. 1) to move the front device 1A so that the front reference point 70 coincides with the external reference 80. Then, in process 141, it is determined whether or not the external reference setting switch 71 has been pressed by the operator. If it is not pressed, the setting process is terminated without changing the setting of the excavation area. When it is determined in step 141 that the external reference setting switch 71 has been pressed, step 1
Go to 42.
【００４７】処理１４２ではフロント装置１Ａに備えら
れた角度計８ａ，８ｂ及び傾斜計８ｄによりブーム１
ａ、アーム１ｂの角度α，β及び車体１Ｂの傾斜角θを
読み込む。次に処理１４３においてブーム、アームの角
度α，β及び傾斜角θを用いて外部基準設定スイッチ７
１が押されたとき（フロント基準点７０が外部基準８０
に一致したとき）の車体中心Ｏからフロント基準点７０
までの高さｈｆを演算する。In step 142, the boom 1 is moved by the angle meters 8a and 8b and the inclinometer 8d provided in the front device 1A.
a, the angles α and β of the arm 1b, and the inclination angle θ of the vehicle body 1B are read. Next, in step 143, the external reference setting switch 7 is set using the boom and arm angles α and β and the tilt angle θ.
When 1 is pressed (the front reference point 70 is the external reference 80
The front reference point 70 from the center O of the vehicle
The height hf up to is calculated.
【００４８】演算はまず次の（２）式により車体中心Ｏ
からブームとアームの接合点（アーム角度計８ｂの設置
点）の高さｈｂを求める。First, the calculation is performed by the following equation (2):
Then, the height hb of the joint point between the boom and the arm (the installation point of the arm angle meter 8b) is obtained.
【００４９】 ｈｂ＝Ｌ１×ｃｏｓ（α−θ） …（２） 上記（２）式においてＬ１はブーム１ａと車体１Ｂの接
合点（ブーム角度計８ａの設置点）とブームとアームの
接合点との距離であり、この値は既知であり、予め制御
ユニット９に記憶しておく。Hb = L1 × cos (α−θ) (2) In the above equation (2), L1 is the junction between the boom 1a and the vehicle body 1B (the installation point of the boom angle meter 8a), and the junction between the boom and the arm. Is a known distance and is stored in the control unit 9 in advance.
【００５０】次にブームとアームの接合点からフロント
基準７０までの高さｈｆｌを（３）式により求める。Next, the height hfl from the joining point of the boom and the arm to the front reference 70 is calculated by the equation (3).
【００５１】 ｈｆｌ＝Ｌｆ×ｃｏｓ（（α−θ）＋（β−θｆ））…（３） 上記（３）式においてＬｆはブームとアームの接合点か
らフロント基準７０の設置点までの距離であり、θｆは
ブームとアームの接合点とアームとバケットの接合点
（バケット角度計８ｃの設置点）とを結ぶ直線に対する
フロント基準部材７０の取り付け角度であり、これらの
値はそれぞれ既知であり、予め制御ユニット９に記憶し
ておく。Hfl = Lf × cos ((α−θ) + (β−θf)) (3) In the above formula (3), Lf is the distance from the junction point of the boom and arm to the installation point of the front reference 70. Yes, θf is a mounting angle of the front reference member 70 with respect to a straight line connecting a joining point of the boom and the arm and a joining point of the arm and the bucket (installation point of the bucket angle meter 8c), and these values are known, respectively. It is stored in the control unit 9 in advance.
【００５２】次に高さｈｂとｈｆｌから式（４）により
車体中心Ｏからフロント基準７０までの高さｈｆを演算
する。Next, the height hf from the center O of the vehicle body to the front reference 70 is calculated from the heights hb and hfl by the equation (4).
【００５３】 ｈｆ＝ｈｂ＋ｈｆｌ …（４） 次は、処理１４４に移り、設定器７で設定した外部基準
８０から掘削領域の境界までの深さｈｒを読み込む。Hf = hb + hfl (4) Next, the process moves to 144, and the depth hr from the external reference 80 set by the setter 7 to the boundary of the excavation area is read.
【００５４】次に、処理１４５において、先ほど演算し
た車体中心Ｏからフロント基準７０までの高さｈｆを補
正値として、この値ｈｆと設定器７で設定した外部基準
８０から掘削領域の境界までの深さｈｒとから、式
（５）により車体中心Ｏから掘削領域の境界までの深さ
ｈｓを演算する。Next, in processing 145, the height hf from the vehicle body center O to the front reference 70 calculated above is used as a correction value, and this value hf and the external reference 80 set by the setting device 7 to the boundary of the excavation area are set. From the depth hr, the depth hs from the vehicle body center O to the boundary of the excavation region is calculated by the equation (5).
【００５５】 ｈｓ＝ｈｒ＋ｈｆ …（５） 最後に、処理１６１において処理１４５で演算した掘削
領域の境界の深さｈｓを記憶し、車体を基準とした掘削
領域を設定する。Hs = hr + hf (5) Finally, in step 161, the depth hs of the boundary of the excavation area calculated in step 145 is stored, and the excavation area with respect to the vehicle body is set.
【００５６】以上において、処理１４１〜１４５は図５
に示す第２演算手段の処理機能に相当し、処理１６１は
図５に示す第２設定手段１６０の処理機能に相当する。In the above, the processes 141 to 145 are shown in FIG.
5 corresponds to the processing function of the second computing means, and the processing 161 corresponds to the processing function of the second setting means 160 shown in FIG.
【００５７】以上を終了し、掘削作業を開始すると、領
域制限掘削制御の演算へ処理が移る。When the above operation is finished and the excavation work is started, the processing is shifted to the calculation of the area limited excavation control.
【００５８】次に、上記の掘削領域設定機能を含む制御
ユニット９の全体制御機能を図８により説明する。図８
において、制御ユニット９は、第１掘削領域設定部９
ａ、フロント姿勢演算部９ｂ、目標シリンダ速度演算部
９ｃ、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、目標パイロット圧演算部９
ｊ、バルブ指令演算部９ｋ、位置関係演算部９ｍ及び第
２掘削領域設定部９ｎの各機能を有している。Next, the overall control function of the control unit 9 including the above-mentioned excavation area setting function will be described with reference to FIG. FIG.
In the control unit 9, the first excavation area setting unit 9
a, front attitude calculation unit 9b, target cylinder speed calculation unit 9c, target tip speed vector calculation unit 9d, direction conversion control unit 9e, corrected target cylinder speed calculation unit 9f, restoration control calculation unit 9g, corrected target cylinder speed calculation Section 9h, target cylinder speed selection section 9i, target pilot pressure calculation section 9
j, a valve command calculation unit 9k, a positional relationship calculation unit 9m, and a second excavation area setting unit 9n.
【００５９】第１掘削領域設定部９ａは図５の第１設定
手段１００に相当するもので、図６に示す処理フローの
処理１０１〜１０３により外部基準８０から掘削領域の
境界までの深さｈｒにより外部基準８０と掘削領域との
位置関係を設定する。The first excavation area setting unit 9a corresponds to the first setting means 100 in FIG. 5, and the depth hr from the external reference 80 to the boundary of the excavation area is set by the processing 101 to 103 in the processing flow shown in FIG. The positional relationship between the external reference 80 and the excavation area is set by.
【００６０】フロント姿勢演算部９ｂは図５の第１演算
手段１２０に相当するもので、制御ユニット９に記憶し
たフロント装置１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法と、角度計
８ａ，８ｂ，８ｃで検出した回動角α、β、γ及び傾斜
計で検出した傾斜角θを用いて設定及び制御に必要なフ
ロント装置１Ａの位置及び姿勢を演算する。The front attitude calculating section 9b corresponds to the first calculating means 120 in FIG. 5, and is detected by the angle gauges 8a, 8b, 8c and the respective dimensions of the front device 1A and the vehicle body 1B stored in the control unit 9. The position and orientation of the front device 1A necessary for setting and control are calculated using the rotation angles α, β, γ and the tilt angle θ detected by the inclinometer.
【００６１】位置関係演算部９ｍは図５の第２演算手段
１４０に相当するもので、図７に示す処理フローの処理
１４１〜１４５により車体中心Ｏから掘削領域の境界ま
での深さｈｓを演算する。The positional relationship calculation unit 9m corresponds to the second calculation means 140 in FIG. 5, and calculates the depth hs from the vehicle body center O to the boundary of the excavation region by the processing 141 to 145 of the processing flow shown in FIG. To do.
【００６２】第２掘削領域設定部９ｎは図５の第２設定
手段１６０に相当するもので、図７に示す処理フローの
処理１６１により上記の深さｈｓにより油圧ショベルの
車体１Ｂを基準とした掘削領域を設定する。The second excavation area setting section 9n corresponds to the second setting means 160 in FIG. 5, and is based on the vehicle body 1B of the hydraulic excavator at the depth hs by the processing 161 of the processing flow shown in FIG. Set the excavation area.
【００６３】フロント姿勢演算部９ｂにおいて、フロン
ト装置１Ａの位置と姿勢はブーム１ａの回動支点を原点
としたＸＹ座標系で演算される。このＸＹ座標系は本体
１Ｂに固定した直交座標系であり、垂直面内にあるもの
とする。例えば、フロント装置１Ａのバケット１ｃの先
端位置は、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１
ｃ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、ＸＹ座
標系により下記の式より求まる。In the front posture calculation unit 9b, the position and posture of the front device 1A are calculated in the XY coordinate system with the pivot of the boom 1a as the origin. This XY coordinate system is an orthogonal coordinate system fixed to the main body 1B and is assumed to be in a vertical plane. For example, at the tip position of the bucket 1c of the front device 1A, the distance between the rotation fulcrum of the boom 1a and the arm 1b is L1, and the rotation fulcrum of the arm 1b and the bucket 1c.
If the distance from the rotation fulcrum of c is L2 and the distance between the rotation fulcrum of the bucket 1c and the tip of the bucket 1c is L3, it can be obtained from the following equation using the XY coordinate system.
【００６４】Ｘ＝Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）
＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ） Ｙ＝Ｌ１ｃｏｓα＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ
（α＋β＋γ） ただし、図４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。そこで本実施形
態では、車体１Ｂの傾斜角θを傾斜計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、Ｘ
Ｙ座標系を角度θ回転させたＸｂＹｂ座標系でバケット
先端の位置を計算している。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
しも傾斜計は必要としない。X = L1sinα + L2sin (α + β)
+ L3sin (α + β + γ) Y = L1cosα + L2cos (α + β) + L3cos
(Α + β + γ) However, when the vehicle body 1B is tilted as shown in FIG. 4, the relative positional relationship between the bucket, the tip, and the ground changes.
The excavation area cannot be set correctly. Therefore, in the present embodiment, the tilt angle θ of the vehicle body 1B is detected by the inclinometer 8d, and the value of the tilt angle θ is input to the front posture calculation unit 9b, and X
The position of the tip of the bucket is calculated in the XbYb coordinate system obtained by rotating the Y coordinate system by the angle θ. As a result, the correct area setting can be performed even if the vehicle body 1B is tilted. It should be noted that when the vehicle body is tilted, the inclinometer is not always necessary when the work is performed after correcting the vehicle body tilt or when the vehicle body is not tilted.
【００６５】第１掘削領域設定部９ａ、補正値演算部９
ｍ及び第２掘削領域設定部９ｎでは、深さｈｒ，ｈｓ、
高さｈｆ等をＸｂＹｂ座標系の値に変換して処理する。First excavation area setting unit 9a, correction value calculation unit 9
m and the second excavation area setting unit 9n, depths hr, hs,
The height hf and the like are converted into values in the XbYb coordinate system for processing.
【００６６】目標シリンダ速度演算部９ｃでは操作レバ
ー装置４ａ，４ｂ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）から流量制御弁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３
ｂの目標速度）を計算する。In the target cylinder speed calculator 9c, the pressure detector 60a, which is an operation signal for the operation lever devices 4a, 4b,
60b: Input the detection signals of 61a and 61b. From the operation signal (pilot pressure), the target discharge flow rate of the flow control valves 5a and 5b (boom cylinder 3a and arm cylinder 3
The target speed of b) is calculated.
【００６７】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９ｃで求めた目標シリンダ速度
と、制御ユニット９に記憶してある先のＬ１，Ｌ２，Ｌ
３等の各部寸法とからバケット１ｃの先端の目標速度ベ
クトルＶｃを求める。このとき、目標速度ベクトルＶｃ
は図４に示すＸａＹａ座標系の値として求める。このＸ
ａＹａ座標系は、第２掘削領域設定部９ｎで求めた車体
中心Ｏに対する掘削領域の境界面の深さｈｓだけＸｂＹ
ｂ座標系をＹｂ方向に平行移動した座標系である。ここ
で、ＸａＹａ座標系での目標速度ベクトルＶｃのＸａ座
標成分Ｖｃｘは目標速度ベクトルＶｃ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座標成分Ｖｃ
ｙ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。In the target tip speed vector calculation section 9d, the tip position of the bucket obtained by the front attitude calculation section 9b, the target cylinder speed obtained by the target cylinder speed calculation section 9c, and the previous L1 stored in the control unit 9 are stored. , L2, L
A target velocity vector Vc at the tip of the bucket 1c is obtained from the dimensions of each part such as 3. At this time, the target velocity vector Vc
Is obtained as a value in the XaYa coordinate system shown in FIG. This X
The aYa coordinate system is XbY only the depth hs of the boundary surface of the excavation area with respect to the vehicle body center O obtained by the second excavation area setting unit 9n.
The coordinate system is a translation of the b coordinate system in the Yb direction. Here, the Xa coordinate component Vcx of the target velocity vector Vc in the XaYa coordinate system becomes a vector component in the direction parallel to the boundary of the set region of the target velocity vector Vc, and the Ya coordinate component Vc
y is a vector component in the direction perpendicular to the boundary of the set region of the target velocity vector Vc.
【００６８】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。The direction conversion control unit 9e sets a vertical vector component when the tip of the bucket 1c is in the vicinity of the boundary within the set area and the target velocity vector Vc has a component in the direction of approaching the boundary of the set area. It is corrected so that it decreases as it approaches the boundary of the region. In other words, a vector (reverse direction vector) smaller than the set area is added to the vertical vector component Vcy.
【００６９】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Ｖ
ｃａに補正される。ここで、設定領域の境界から距離Ｙ
ａ１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。By correcting the vertical vector component Vcy of the target velocity vector Vc as described above, the vector component Vcy is reduced so that the reduction amount of the vertical vector component Vcy increases as the distance Ya decreases. , The target speed vector Vc is the target speed vector V
It is corrected to ca. Here, the distance Y from the boundary of the setting area
The range of a1 can be called a direction change area or a deceleration area.
【００７０】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９に示す。目標速度ベクトルＶｃ
が斜め下方に一定であるときには、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、軌跡は図示のごと
く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。FIG. 9 shows an example of the locus when the tip of the bucket 1c is subjected to the direction change control in accordance with the corrected target velocity vector Vca as described above. Target speed vector Vc
Is constant obliquely downward, its parallel component Vcx
Becomes constant, and the vertical component Vcy decreases as the tip of the bucket 1c approaches the boundary of the set region (as the distance Ya decreases). Since the corrected target velocity vector Vca is a combination thereof, the locus becomes a curved line that becomes parallel as it approaches the boundary of the set region as illustrated.
【００７１】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。In the corrected target cylinder speed calculating section 9f,
The target cylinder speeds of the boom cylinder 3a and the arm cylinder 3b are calculated from the corrected target speed vector obtained by the direction change control unit 9e. This is an inverse operation of the operation in the target tip speed vector operation unit 9d.
【００７２】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。このよう
に目標速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分Ｖｃ
ｙ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。When the tip of the bucket 1c goes out of the set area, the restoration control section 9g corrects the target velocity vector so that the tip of the bucket returns to the set area in relation to the distance from the boundary of the set area. . In other words, a vector (reverse vector) in the direction approaching the set area larger than that is added to the vertical vector component Vcy. Thus, the vertical vector component Vc of the target velocity vector Vc
By correcting y, the target speed vector Vc is corrected to the target speed vector Vca so that the vertical vector component Vcy becomes smaller as the distance Ya becomes smaller.
【００７３】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１０に示す。目標速度ベクトルＶｃが
斜め下方に一定であるときには、その平行成分Ｖｃｘは
一定となり、また復元ベクトル−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Ｖｃ
ａはその合成であるので、軌跡は図１０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。FIG. 10 shows an example of a locus when the tip of the bucket 1c is restored and controlled according to the corrected target velocity vector Vca as described above. When the target velocity vector Vc is constant obliquely downward, the parallel component Vcx is constant, and the restoration vector −KYa is proportional to the distance Ya, so that the vertical component of the vertical component becomes closer to the boundary of the set region as the tip of the bucket 1c approaches ( It decreases as the distance Ya decreases). Corrected target velocity vector Vc
Since a is the combination, the locus becomes a curved line that becomes parallel as it approaches the boundary of the set region as shown in FIG.
【００７４】このように復元制御部９ｇではバケット１
ｃ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。In this way, the restoration control unit 9g uses the bucket 1
Since the tip of c is controlled to return to the setting area, a restoration area can be obtained outside the setting area. Also in this restoration control, the movement of the tip of the bucket 1c in the direction approaching the boundary of the setting area is decelerated, and as a result, the moving direction of the tip of the bucket 1c is converted to a direction along the boundary of the setting area. In this sense, this restoration control can also be called direction change control.
【００７５】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。In the corrected target cylinder speed calculator 9h,
The target cylinder speeds of the boom cylinder 3a and the arm cylinder 3b are calculated from the corrected target speed vector obtained by the restoration control unit 9g. This is an inverse operation of the operation in the target tip speed vector operation unit 9d.
【００７６】ここで、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。Here, when the restoration control is performed, the operation directions of the boom cylinder and the arm cylinder required for the restoration control are selected, and the target cylinder speed in the operation direction is calculated. However, in the restoration control, since the bucket tip is returned to the set region by raising the boom 1a, the raising direction of the boom 1 is always included. The combination is also determined by the control software.
【００７７】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。In the target cylinder speed selection unit 9i, the larger one of the target cylinder speed by the direction change control obtained by the target cylinder speed calculation unit 9f and the target cylinder speed by the restoration control obtained by the target cylinder speed calculation unit 9h (the maximum value) ) Is selected as the target cylinder speed for output.
【００７８】目標パイロット圧演算部９ｊでは、目標パ
イロット圧としてパイロットライン４４ａ，４４ｂ；４
５ａ，４５ｂの目標パイロット圧を計算する。In the target pilot pressure calculating section 9j, the pilot lines 44a, 44b; 4 are set as the target pilot pressures.
Calculate the target pilot pressure of 5a, 45b.
【００７９】バルブ指令演算部９ｋでは、目標パイロッ
ト圧演算部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。The valve command calculation unit 9k calculates a command value according to the target pilot pressure calculated by the target pilot pressure calculation unit 9j, and the corresponding electric signal is transmitted to the proportional solenoid valve 10a,
It is output to 10b, 11a, 11b.
【００８０】以上の本実施形態においては、オペレータ
の意志でフロント基準７０を外部基準８０に一致させ、
外部基準設定スイッチ７１を押すごとに外部基準８０と
車体１Ｂの位置関係を補正して車体と掘削領域の位置関
係を演算し、車体を基準とした掘削領域を設定するた
め、車体の移動による高さ変化をオペレータの意志で補
正して掘削作業が行える。このため、車体が移動し車体
高さが変化しても掘削領域の設定は変化せず、常に外部
基準８０を基準とした所定の深さを掘削することができ
る。In the above-described embodiment, the front reference 70 is matched with the external reference 80 by the operator's will,
Each time the external reference setting switch 71 is pressed, the positional relationship between the external reference 80 and the vehicle body 1B is corrected to calculate the positional relationship between the vehicle body and the excavation area, and the excavation area is set with reference to the vehicle body. The excavation work can be performed by compensating for the change in depth according to the operator's will. Therefore, even if the vehicle body moves and the vehicle body height changes, the setting of the excavation area does not change, and it is possible to always excavate a predetermined depth based on the external reference 80.
【００８１】また、フロント基準７０を実際に地面に作
用する部材であるバケットを備えたフロント装置１Ａの
バケット先端に近いところであるアーム１ｂに設定し、
このフロント基準７０と外部基準８０が一致し、外部基
準設定スイッチ７１が押されたときのフロント装置１Ａ
の位置と姿勢に基づき車体１Ｂを基準とした掘削領域を
設定するので、この掘削領域の設定に際して掘削領域設
定演算と掘削制御演算とで車体１Ｂの製作公差や、フロ
ント基準部材７０、角度センサ８ａ〜８ｃ等の精度、取
付け公差の誤差の影響が相殺される。このため、掘削制
御に際してバケット１ｃの先端の位置を演算するとき、
基準光を車体に設置したセンサで検出する従来方法に比
較して、上記公差や精度の誤差の影響が少なくなり、設
定した掘削領域との差を少なく設定通りに正確に掘削す
ることができる。Further, the front reference 70 is set to the arm 1b which is near the tip of the bucket of the front device 1A having a bucket which is a member which actually acts on the ground,
The front device 1A when the front reference 70 and the external reference 80 match and the external reference setting switch 71 is pressed
Since the excavation area is set based on the vehicle body 1B based on the position and the posture of the vehicle body, the manufacturing tolerance of the vehicle body 1B, the front reference member 70, and the angle sensor 8a are calculated by the excavation area setting calculation and the excavation control calculation when setting the excavation area. The effects of the accuracy of 8c and the error of the mounting tolerance are offset. Therefore, when calculating the position of the tip of the bucket 1c during excavation control,
Compared with the conventional method of detecting the reference light by the sensor installed on the vehicle body, the influence of the above tolerance and accuracy error is reduced, and the difference from the set excavation area is small and the excavation can be performed exactly as set.
【００８２】今、このことを更に説明する。特開平３−
２９５９３３号公報に記載の従来技術では、前述したよ
うに基準光による車体高さの補正は行える。掘削を行う
ときには車体高さを補正し、車体中心から設定された深
さｈｓにバケット先端を動かすように制御する。このと
き、制御装置は記憶装置に記憶されているブーム、アー
ム、バケットの寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３及び角度センサか
ら検出された各フロント部材の角度α，β，γを用いバ
ケット先端がｈｓの位置になるように制御演算を行う。
しかし、実際のフロント部材には製作誤差があり、例え
ばブームはＬ１＋εL1、アームはＬ２＋εL2、バケット
はＬ３＋εL3の寸法になっている。また、センサから検
出した角度α，β，γは真の角度α′，β′，γ′に対
してセンサ取り付け誤差、センサ自身の検出誤差等によ
りεα，εβ，εγの誤差を含んでいる。そのため、制
御装置が、 ｈｓ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，α(hs)，β(hs)，γ(hs)） にバケット先端を制御しようとしても、実際には ｈｓ′（Ｌ１′，Ｌ′，Ｌ３′，α′(hs)，β′(hs)，γ′(hs)） ＝ｈｓ′（Ｌ１＋εL1，Ｌ２＋εL2，Ｌ３＋εL3，α(hs)＋εα， β(hs)＋εβ，γ(hs)＋εγ） …（６） の位置になってしまう。Now, this will be further described. JP-A-3-
In the conventional technique disclosed in Japanese Patent No. 295933, the vehicle body height can be corrected by the reference light as described above. When excavating, the height of the vehicle body is corrected, and the tip of the bucket is controlled to move to the set depth hs from the center of the vehicle body. At this time, the control device uses the dimensions L1, L2, L3 of the boom, arm, and bucket stored in the storage device and the angles α, β, γ of the front members detected by the angle sensor, and the position of the bucket tip is hs. The control calculation is performed so that
However, there are manufacturing errors in the actual front member, for example, the boom has dimensions L1 + εL1, the arm has dimensions L2 + εL2, and the bucket has dimensions L3 + εL3. Further, the angles α, β, γ detected by the sensor include errors εα, εβ, εγ with respect to the true angles α ′, β ′, γ ′ due to sensor mounting errors, sensor detection errors, and the like. Therefore, even if the control device tries to control the bucket tip to hs (L1, L2, L3, α (hs), β (hs), γ (hs)), it is actually hs' (L1 ', L', L3 ', α' (hs), β '(hs), γ' (hs)) = hs' (L1 + εL1, L2 + εL2, L3 + εL3, α (hs) + εα, β (hs) + εβ, γ (hs) + εγ) ... It becomes the position of (6).
【００８３】ここで、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３：設計値 α，β，γ：検出値 Ｌ１′Ｌ２′Ｌ３′，α′，β′，γ′：実際値 εL1，εL2，εL3，εα，εβ，εγ：誤差 また、Ｌ１′＝Ｌ１＋εＬ１ Ｌ２′＝Ｌ２＋εＬ２ Ｌ３′＝Ｌ３＋εL3 α＝α′＋εα β＝β′＋εβ γ＝γ′＋εγ ただし、α(hs)，β(hs)，γ(hs)，α′(hs)，β′(h
s)，γ′(hs)はフロント装置が深さｈｓ検出の姿勢をと
ったときの角度の検出値と実際値。Here, L1, L2, L3: Design values α, β, γ: Detected values L1'L2'L3 ', α', β ', γ': Actual values εL1, εL2, εL3, εα, εβ, εγ: error Further, L1 ′ = L1 + εL1 L2 ′ = L2 + εL2 L3 ′ = L3 + εL3 α = α ′ + εα β = β ′ + εβ γ = γ ′ + εγ where α (hs), β (hs), γ (hs), α ′ (Hs), β ′ (h
s) and γ '(hs) are the detected value and the actual value of the angle when the front device is in the posture of detecting the depth hs.
【００８４】例えば、目標のブーム角が３０°とする
と、制御装置は検出値α(hs)＝３０°になるようにフロ
ント装置を制御する。このとき、検出値αと実際の角度
α′にεα＝０．５°の誤差が合った場合には、実際に
はα′＝３０．５°の位置に制御されてしまう。For example, when the target boom angle is 30 °, the control device controls the front device so that the detected value α (hs) = 30 °. At this time, when the detected value α and the actual angle α ′ have an error of εα = 0.5 °, the position is actually controlled to α ′ = 30.5 °.
【００８５】一方、本実施形態ではフロント装置（アー
ム）にフロント基準７０を設けているので、フロント基
準７０が外部基準８０と一致したときの位置ｈｆは制御
ユニット９の内部では、 ｈｆ（Ｌ１，Ｌｆ，α(hf)，β(hf)，θｆ） で演算された位置と認識される。その時の実際のフロン
ト基準７０は、 ｈｆ′（Ｌ１′，Ｌｆ′，α′(hf)，β′(hf)，θｆ′） ＝ｈｆ′（Ｌ１＋εL1，Ｌｆ＋εLf，α(hf)＋εα，β(hf)＋εβ， θｆ＋εθｆ） の位置にある。このときのバケット先端の位置は、 （Ｌ１′，Ｌ２′，Ｌ３′，α′(hf)，β′(hf)，γ′(hf)） ＝（Ｌ１＋εL1，Ｌ２＋εLf，Ｌ３＋εL3，α(hf)＋εα(hf)， β(hf)＋εβ(hf)，γ(hf)＋εγ(hf)） …（７） の位置になっている。On the other hand, in this embodiment, since the front reference 70 is provided on the front device (arm), the position hf when the front reference 70 coincides with the external reference 80 is hf (L1, It is recognized as the position calculated by Lf, α (hf), β (hf), θf). The actual front reference 70 at that time is: hf '(L1', Lf ', α' (hf), β '(hf), θf') = hf '(L1 + εL1, Lf + εLf, α (hf) + εα, β (hf ) + Εβ, θf + εθf). The position of the bucket tip at this time is (L1 ', L2', L3 ', α' (hf), β '(hf), γ' (hf)) = (L1 + εL1, L2 + εLf, L3 + εL3, α (hf) + εα (hf), β (hf) + εβ (hf), γ (hf) + εγ (hf)) (7).
【００８６】ここで、εθｆ：フロント基準７０の取り
付け誤差 α(hf)，β(hf)，γ(hf)：フロント装置がｈｆ検出の姿
勢をとったときの角度の検出値 α′(hf)，β′(hf)，γ′(hf)：フロント装置がｈｆ検
出の姿勢をとったときの角度の実際値 このとき、フロント基準７０は真の外部基準８０の位置
にあるので、制御ユニット９は誤差を含んだ形で真の外
部基準８０の位置を検出したことになる。このｈｆを領
域制限制御に用いれば、制御ユニット９内の検出位置ｈ
ｆと実際の位置ｈｆ′の誤差はｈｆを検出したときと同
じ誤差を含んでいるので、実際には相殺されて真のｈ
ｆ′の位置に一致する。Here, εθf: Mounting error of the front reference 70 α (hf), β (hf), γ (hf): Detected value α ′ (hf) of the angle when the front device takes the hf detection posture. , Β ′ (hf), γ ′ (hf): Actual values of angles when the front device is in the attitude for detecting hf At this time, since the front reference 70 is at the position of the true external reference 80, the control unit 9 Means that the position of the true external reference 80 is detected in a form including an error. If this hf is used for the area limiting control, the detection position h in the control unit 9
Since the error between f and the actual position hf ′ includes the same error as when the hf is detected, it is actually canceled out and the true h
It corresponds to the position of f '.
【００８７】例えば、外部基準８０を検出したときに実
際のブーム角α′＝３０°であったとし、センサ８ａに
よる検出値にεα＝０．５°の誤差があるとすると、α
＝２９．５°で検出される。この検出値α＝２９．５°
を用いれば、実際にはα′＝３０°の位置、つまり外部
基準８０の真の位置と一致するので、誤差は相殺され
る。For example, assuming that the actual boom angle α ′ = 30 ° when the external reference 80 is detected, and the detected value by the sensor 8a has an error of εα = 0.5 °, α
= Detected at 29.5 °. This detected value α = 29.5 °
Is actually matched with the position of α ′ = 30 °, that is, the true position of the external reference 80, the error is canceled.
【００８８】次に、領域制限制御を行うときにこのｈｆ
を用いて補正されたｈｓを目標にバケット先端位置を制
御すると、少なくともｈｆに内在されている誤差は先に
述べたように実際の外部基準位置から考えると相殺さ
れ、残りはｈｆを検出したときの姿勢からバケット先端
をｈｓに移動するまでのセンサの誤差によるものにな
る。このとき実際には、バケット先端は、 ｈｓ′（Ｌ１′，Ｌ２′，Ｌ３′，α′，β′(hs)，γ′(hs)） ＝ｈｓ′（Ｌ１＋εL1，Ｌ２＋εLf，Ｌ３＋εL3，α(hs)＋εα(hs)， β(hs)＋εβ(hs)，γ(hs)＋εγ(hs)） …（８） にある。Next, when the area restriction control is performed, this hf
When the bucket tip position is controlled with the target hs corrected by using, the error contained in at least hf is canceled when considering from the actual external reference position, and the rest is detected when hf is detected. Error from the attitude of moving the bucket tip to hs. At this time, the bucket tip is actually hs '(L1', L2 ', L3', α ', β' (hs), γ '(hs)) = hs' (L1 + εL1, L2 + εLf, L3 + εL3, α (hs ) + Εα (hs), β (hs) + εβ (hs), γ (hs) + εγ (hs)) (8).
【００８９】ここで、α(hs)，β(hs)，γ(hs)：フロン
ト装置がｈｓの制御姿勢をとったときの角度の検出値 α′(hs)，β′(hs)，γ′(hs)：フロント装置がｈｓの
制御姿勢をとったときの角度の実際値 このとき、本実施形態では（７）式に従いｈｆ検出時の
位置は外部基準８０の真の位置であるので、従来技術と
異なり、ｈｆ検出時からｈｓへ姿勢を制御したときの偏
差α(hs)−α(hf)，β(hs)−β(hf)，γ(hs)−γ(hf)に
係わる誤差、 Δεα＝εα(hs)−εα(hf) …（９） Δεβ＝εβ(hs)−εβ(hf) …（１０） Δεγ＝εγ(hs)−εγ(hf) …（１１） が実際に領域制限制御を行ったときの誤差に係わり、軽
微なものとなる。また、本実施形態では、フロント基準
７０をフロント装置１Ａに備えて、外部基準位置設定時
と掘削時の姿勢変化を極力少なくすることができ、その
場合は（９）〜（１１）式に係わる誤差は更に少なくす
ることができる。Here, α (hs), β (hs), γ (hs): detected values α ′ (hs), β ′ (hs), γ of the angle when the front device takes the hs control posture. ′ (Hs): Actual value of the angle when the front device takes the hs control posture At this time, in the present embodiment, the position at the time of hf detection is the true position of the external reference 80 according to the equation (7), Different from the prior art, errors related to deviations α (hs) -α (hf), β (hs) -β (hf), γ (hs) -γ (hf) when the attitude is controlled from hf detection to hs , Δεα = εα (hs) -εα (hf) (9) Δεβ = εβ (hs) -εβ (hf) (10) Δεγ = εγ (hs) -εγ (hf) (11) is the actual area It is a slight one, which is related to the error when the limit control is performed. Further, in the present embodiment, the front reference 70 is provided in the front device 1A to minimize the change in posture when the external reference position is set and during excavation. In that case, the expressions (9) to (11) are involved. The error can be further reduced.
【００９０】なお、後述するダイレクトティーチングに
よる場合は、ｈｒを設定する場合の誤差も設定時に取り
込み、制御時に操作できることからより正確な掘削の制
御ができる。In the case of direct teaching, which will be described later, an error in setting hr can be taken in at the time of setting and can be operated during control, so that more accurate excavation control can be performed.
【００９１】次に、本実施形態では、フロント装置１Ａ
の位置と姿勢を検出する角度センサ８ａ〜８ｃの誤差の
影響を受け難いので、車体が移動して車体高さが変化す
ることにより車体からの掘削深さが変化しても、その掘
削深さの変化量に対する角度センサ８ａ〜８ｃの誤差の
影響が少なくなり、車体高さが変化する前と後で掘削深
さが変化することが防止される。Next, in the present embodiment, the front device 1A
Since it is not easily affected by the error of the angle sensors 8a to 8c that detect the position and the posture of the vehicle, even if the excavation depth from the vehicle body changes due to the vehicle body moving and the vehicle body height changing, the excavation depth The influence of the error of the angle sensors 8a to 8c on the change amount of is reduced, and the excavation depth is prevented from changing before and after the vehicle body height changes.
【００９２】更に、特開平３−２９５９３３号公報に記
載の従来技術では、車体に備えられた基準光検出器が基
準光を検出できる広い範囲にあることが必要である。本
実施形態では、フロント装置１Ａを操作しフロント基準
７０を外部基準８０と一致させ、外部基準設定スイッチ
７１を押して設定するので、フロント装置１Ａに備えら
れるフロント基準部材７０は矢印鋼板等、小型でシンプ
ル部材でよく、大がかりで複雑なセンサを要することな
く車体の移動を補正できる。Further, in the conventional technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-295933, it is necessary that the reference light detector provided on the vehicle body is in a wide range capable of detecting the reference light. In the present embodiment, the front device 1A is operated to match the front reference 70 with the external reference 80, and the external reference setting switch 71 is pressed to set the front reference member 70. A simple member is sufficient, and movement of the vehicle body can be corrected without requiring a large and complicated sensor.
【００９３】同様に、フロント装置１Ａを操作しフロン
ト基準７０を外部基準８０と一致させ、外部基準設定ス
イッチ７１を押して設定するので、フロント装置１Ａの
広い可動範囲を考えれば車体の移動を広い範囲で補正で
きる。Similarly, the front device 1A is operated to bring the front reference 70 into agreement with the external reference 80, and the external reference setting switch 71 is pressed to set. Therefore, considering the wide movable range of the front device 1A, the vehicle body can be moved in a wide range. Can be corrected with.
【００９４】また、特開平３−２９５９３３号公報に記
載の従来技術では、上記のように車体に備えられた基準
光検出器が基準光を検出できる範囲にあることが必要で
あり、基準光検出器の大きさを考えれば大きな制約とな
る。本実施形態では、フロント基準部材７０はフロント
装置１Ａ、特にアームに備えられるので、フロント装置
の広い可動範囲を考えれば外部基準部材８０の設置場所
は大きな制約を受ない。このことは、例えば図１１に示
すように、車体１Ｂと同じ高さの地面に適当な外部基準
部材の設置場所がない場合に、溝Ｇの中に外部基準部材
８０を設置することができるなどのメリットがある。ま
た、このことにより先の誤差の問題から外部基準に位置
合わせするときの姿勢と掘削時の姿勢との間の変化を少
なくするように外部基準部材８０を設置することがで
き、掘削の精度を向上することができる。Further, in the conventional technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-295933, it is necessary that the reference photodetector provided in the vehicle body is within the range in which the reference light can be detected as described above. Considering the size of the vessel, it becomes a big limitation. In the present embodiment, since the front reference member 70 is provided in the front device 1A, particularly in the arm, the installation place of the external reference member 80 is not greatly restricted considering the wide movable range of the front device. This means that, for example, as shown in FIG. 11, the external reference member 80 can be installed in the groove G when there is no suitable external reference member installation place on the ground level with the vehicle body 1B. There is a merit of. In addition, this allows the external reference member 80 to be installed so as to reduce the change between the attitude when aligning with the external reference and the attitude during excavation due to the above error problem, and the accuracy of excavation is improved. Can be improved.
【００９５】更に、本実施形態によれば、作業の初めに
外部基準部材８０（水糸、クイ、レーザ燈台など）を設
置し、設定器７を用いて設定を行っておけば、作業開始
時、あるいは油圧ショベル本体を走行して移動するごと
にバケット１ｃの先端を掘削領域の境界に位置決めする
ための補助員が不要となる。また、補助員の指示による
設定にかかる時間を無くすことができ、作業時間を短縮
できる。Further, according to the present embodiment, if the external reference member 80 (water thread, quill, laser lighthouse, etc.) is installed at the beginning of the work and the setting is performed using the setting device 7, at the start of the work. Alternatively, an auxiliary member for positioning the tip of the bucket 1c at the boundary of the excavation area every time the vehicle travels along the excavator body is not required. Further, the time required for setting by the instruction of the assistant can be eliminated, and the working time can be shortened.
【００９６】また、外部基準部材８０は車体の外部に設
置され、一度設置されればその位置を変える必要がな
く、車体が移動しても掘削領域の基準として継続的に使
用できる。Further, the external reference member 80 is installed outside the vehicle body, and once installed, it is not necessary to change its position and can be continuously used as a reference for the excavation area even if the vehicle body moves.
【００９７】なお、本実施形態では外部基準部材を水平
に設置する場合を述べたが、外部基準部材は必ずしも水
平に設置する必要はなく、工事の必要性で傾きを持たせ
て段々に掘削をし、大まかに勾配をつけた掘削をしても
良い。In this embodiment, the case where the external reference member is installed horizontally has been described. However, the external reference member does not necessarily have to be installed horizontally, and the excavation is gradually performed with a tilt depending on the necessity of construction. However, rough excavation may be performed.
【００９８】本発明の第２の実施形態を図１２〜図１５
により説明する。本実施形態は領域制限掘削制御の掘削
領域設定装置において、掘削領域として角度を持った掘
削領域を設定するものである。A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described below. In this embodiment, an excavation area setting device for area limited excavation control sets an excavation area having an angle as an excavation area.
【００９９】図１２において、本実施形態の第１掘削領
域設定部９ａ（図８参照；図５の第１設定手段１００に
相当）では図１３に示す設定器７Ａを用いて、外部基準
８０から掘削領域の基準点Ｐまでの深さｈｒと、車体中
心Ｏから基準点Ｐまでの距離ｈｒｘ、掘削領域の境界の
傾斜角度θｒを入力し設定する。従って、この場合は、
設定器７Ａを地表から掘削領域の基準点Ｐまでの深さｈ
ｄ、車体中心Ｏから基準点Ｐまでの距離ｈｒｘ、掘削領
域の境界の傾斜角度θｒのいずれを入力するかを選択す
る選択ボタン７ｃ，７ｇ，７ｄを有する構造とする。In FIG. 12, the first excavation area setting unit 9a (see FIG. 8; corresponding to the first setting means 100 in FIG. 5) of this embodiment uses the setting device 7A shown in FIG. The depth hr to the reference point P of the excavation region, the distance hrx from the vehicle body center O to the reference point P, and the inclination angle θr of the boundary of the excavation region are input and set. So in this case,
Set the setter 7A to the depth h from the ground surface to the reference point P of the excavation area.
d, a distance hrx from the vehicle body center O to the reference point P, and a selection button 7c, 7g, 7d for selecting which of the inclination angle θr of the boundary of the excavation region is input.
【０１００】図１４に第１掘削領域設定部９ａの処理フ
ローを示す。オペレータが深さｈｄ、距離ｈｒｘ、角度
θｒを入力すると、処理１０１，１０２では先の実施形
態と同様に領域設定スイッチ７ｆが押されたがどうかを
確認し、外部基準８０から設定領域の基準点Ｐまでの深
さｈｒ先の（１）式で演算し、処理１０３で深さｈｒ、
距離ｈｒｘ、角度θｒを記憶する。FIG. 14 shows a processing flow of the first excavation area setting unit 9a. When the operator inputs the depth hd, the distance hrx, and the angle θr, it is confirmed in processing 101 and 102 whether the area setting switch 7f is pressed as in the previous embodiment, and the external reference 80 is used as the reference point of the setting area. Depth hr up to P is calculated by the equation (1), and in process 103, the depth hr,
The distance hrx and the angle θr are stored.
【０１０１】また、第２掘削領域設定部９ｎ（図８参
照；図５の第２設定手段１６０に相当）では、図１５に
示した掘削領域設定の処理フローの処理１４１〜１４５
において先の実施形態と同様にフロント基準７０と外部
基準８０の位置を一致させ、外部基準設定スイッチ７１
を押したときに車体中心Ｏから掘削領域の基準点Ｐまで
の深さｈｓを演算し、処理１６１Ａにおいて距離ｈｒｘ
及び角度θｒを読み込み、深さｈｓとこれらの値を記憶
し、図１２に示すような車体を基準とした掘削領域の設
定を行う。Further, in the second excavation area setting unit 9n (see FIG. 8; corresponding to the second setting means 160 in FIG. 5), the processing steps 141 to 145 of the processing flow for excavation area setting shown in FIG.
In the same manner as in the previous embodiment, the positions of the front reference 70 and the external reference 80 are made to coincide with each other, and the external reference setting switch 71 is set.
When is pressed, the depth hs from the center O of the vehicle body to the reference point P of the excavation area is calculated, and the distance hrx is calculated in the processing 161A.
And the angle θr are read, the depth hs and these values are stored, and the excavation area is set based on the vehicle body as shown in FIG.
【０１０２】この実施形態によれば、紙面垂直方向に油
圧ショベルを移動させつつ領域制限掘削制御をするとき
第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、勾配を
付けた掘削領域を設定して領域制限掘削制御を行うこと
により上下水道管の埋設用の溝掘りのような作業が容易
に行えるようになる。According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained when the region limited excavation control is performed while moving the hydraulic excavator in the direction perpendicular to the paper surface. Further, by setting an excavation area having a slope and performing area restriction excavation control, it becomes possible to easily perform work such as digging a groove for burying a water and sewer pipe.
【０１０３】本発明の第３の実施形態を図１６〜図１８
により説明する。本実施形態は第１及び第２実施形態の
第１設定手段１００（図５参照）における外部基準８０
と掘削領域との位置関係の設定をダイレクトティーチン
グで行うものである。A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described below. In this embodiment, the external reference 80 in the first setting means 100 (see FIG. 5) of the first and second embodiments is used.
The positional relationship between the excavation area and the excavation area is set by direct teaching.
【０１０４】すなわち、第１及び第２の実施形態では、
第１設定手段１００において外部基準８０から掘削領域
の境界までの深さｈｒあるいは車体中心点Ｏから掘削領
域の基準点Ｐまでの距離ｈｒｘを設定器７のアップボタ
ン７ａ，７ｂ（図３参照）を使用して設定した。本実施
形態では、オペレータの操作レバーの操作でバケット１
ｃの先端を図１６に二点鎖線で示すように設定したいと
ころに動かして、その場所をダイレクトティーチングす
ることにより深さｈｒあるいは距離ｈｒｘを設定する。That is, in the first and second embodiments,
In the first setting means 100, the depth hr from the external reference 80 to the boundary of the excavation area or the distance hrx from the vehicle body center point O to the reference point P of the excavation area is set to the up buttons 7a and 7b (see FIG. 3). Set using. In the present embodiment, the bucket 1 is operated by the operator operating the operation lever.
The tip of c is moved to the place to be set as shown by the chain double-dashed line in FIG. 16 and the position is directly taught to set the depth hr or the distance hrx.
【０１０５】図１７に掘削領域のダイレクトティーチン
グによる設定方法の処理フローを示す。図中、破線で囲
んだ部分，は油圧ショベルのオペレータが行わなく
てはならない操作を示す。FIG. 17 shows a processing flow of the setting method by direct teaching of the excavation area. In the figure, the part surrounded by the broken line shows the operation that the operator of the hydraulic excavator must perform.
【０１０６】まず、オペレータは図１７のに示すよう
に、操作レバーを操作してバケット１ｃの先端を掘削領
域の設定点Ｐに来るようにフロント装置１Ａを動かす。
バケット１ｃの先端が基準点Ｐに来ると、オペレータは
設定器７の領域設定スイッチ７ｆ（図３参照）を押す。First, as shown in FIG. 17, the operator operates the operation lever to move the front device 1A so that the tip of the bucket 1c reaches the set point P of the excavation area.
When the tip of the bucket 1c reaches the reference point P, the operator pushes the area setting switch 7f (see FIG. 3) of the setting device 7.
【０１０７】制御ユニット９（図１参照）では、処理１
９０において領域設定スイッチ７ｆが押されたかどうか
を判定し、押されていない場合は処理１９０を継続す
る。領域設定スイッチ７ｆが押されると処理１９１へ移
る。In the control unit 9 (see FIG. 1), the process 1
At 90, it is determined whether or not the area setting switch 7f is pressed. If not, the process 190 is continued. When the area setting switch 7f is pressed, the process proceeds to processing 191.
【０１０８】処理１９１ではその時のフロント装置１Ａ
の姿勢から、車体中心Ｏからのバケット１ｃの先端まで
の深さｈｓ、距離ｈｒｘを演算する。In process 191, the front device 1A at that time
From the posture, the depth hs from the center O of the vehicle body to the tip of the bucket 1c and the distance hrx are calculated.
【０１０９】次に、オペレータは図１７のに示すよう
に、再び操作レバーを操作してフロント基準７０が外部
基準８０に一致するようにフロント装置１Ａを動かす。Then, the operator again operates the operation lever to move the front device 1A so that the front reference 70 coincides with the external reference 80, as shown in FIG.
【０１１０】制御ユニットはその間に処理１９２におい
て外部基準設定スイッチ７１が押されたかどうかの判定
を継続する。ここで、フロント基準７０と外部基準８０
が一致して、オペレータにより外部基準設定スイッチ７
１が押されると処理１９３へ移る。In the meantime, the control unit continues to determine in step 192 whether the external reference setting switch 71 has been pressed. Here, the front reference 70 and the external reference 80
And the external reference setting switch 7
When 1 is pressed, the process proceeds to process 193.
【０１１１】処理１９３では、その時のフロント装置１
Ａの姿勢から車体中心Ｏからフロント基準７０までの高
さｈｆｏを演算する。In process 193, the front device 1 at that time is
The height hfo from the center O of the vehicle body to the front reference 70 is calculated from the posture of A.
【０１１２】次に処理１９４において外部基準８０から
掘削領域の境界までの深さｈｒを、 ｈｒ＝ｈｓ−ｈｆｏ …（１２） の演算により求める。Next, in process 194, the depth hr from the external reference 80 to the boundary of the excavation region is obtained by the calculation of hr = hs-hfo (12).
【０１１３】最後に、処理１９５において、上記のよう
にして求めた深さｈｒを記憶し、設定を完了する。ま
た、第２の実施形態のように勾配を持つ掘削領域を設定
を設定する場合には、更に操作器７でを用いて角度θｒ
を入力し、深さｈｒと距離ｈｒｘと角度θｒとを記憶
し、図１６に二点鎖線で示すような掘削領域を設定す
る。Finally, in process 195, the depth hr obtained as described above is stored, and the setting is completed. When setting the excavation area having a slope as in the second embodiment, the operator 7 is further used to set the angle θr.
Is input, the depth hr, the distance hrx, and the angle θr are stored, and the excavation region as shown by the chain double-dashed line in FIG. 16 is set.
【０１１４】以上のように外部基準８０を基準とした掘
削領域の設定が完了すると、掘削制御を開始する。本実
施形態の第１設定手段以外の構成は第１の実施形態と同
じであり、掘削作業に際しては図５に示す第１演算手段
１２０、第２演算手段１４０及び第２設定手段１６０に
より、図１８に示すように処理１９４で求めたｈｒまた
は処理１９１，１９４で求めたｈｒｘ，ｈｒと角度θｒ
を使用し、車体が移動してオペレータによりフロント基
準７０と外部基準８０の位置が一致して外部設定スイッ
チ７１が押されるごとに補正値ｈｆを求めて深さｈｓを
更新し、車体を基準とした掘削領域を設定しつつ領域制
限掘削制御を行う。When the setting of the excavation area based on the external reference 80 is completed as described above, excavation control is started. The configuration other than the first setting means of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and during excavation work, the first calculating means 120, the second calculating means 140, and the second setting means 160 shown in FIG. As shown in 18, the hr obtained in the process 194 or the hrx, hr obtained in the processes 191, 194 and the angle θr
When the vehicle body moves, the operator adjusts the positions of the front reference 70 and the external reference 80 and presses the external setting switch 71, the correction value hf is calculated, and the depth hs is updated. Region limited excavation control is performed while setting the excavated region.
【０１１５】本実施形態によればダイレクトティーチン
グにより掘削領域を設定するので、作業状況に合わせて
所望の掘削領域を正確に設定することができる。According to the present embodiment, since the excavation area is set by direct teaching, the desired excavation area can be set accurately according to the work situation.
【０１１６】[0116]
【発明の効果】本発明によれば、車体が移動し作業現場
の地形の変化で油圧ショベルの高さが変化しても、常に
外部基準を基準とした所定の深さを掘削することがで
き、例えば水平な掘削面を設定した場合には、地面が傾
斜していても、車体を移動しつつ水平な面を掘削するこ
とができる。According to the present invention, even if the height of the hydraulic excavator changes due to the movement of the vehicle body and the change of the terrain at the work site, it is possible to always excavate a predetermined depth based on the external reference. For example, when a horizontal excavation surface is set, even if the ground is inclined, it is possible to excavate a horizontal surface while moving the vehicle body.
【０１１７】また、掘削時に、基準光を車体に設置した
センサで検出する方法に比較して、車体の製作公差やセ
ンサ等の精度、取付け公差の誤差の影響を受難く、設定
した掘削領域との差を少なく掘削することができる。Further, in comparison with the method of detecting the reference light by the sensor installed on the vehicle body at the time of excavation, it is less susceptible to the manufacturing tolerance of the vehicle body, the accuracy of the sensor, etc. It is possible to drill with less difference.
【０１１８】また、センサの誤差の影響を受け難いの
で、車体の移動により車体からの掘削深さが変化して
も、掘削するバケット先端点に近い所で外部基準とフロ
ント基準を一致させ、設定を更新するので、車体高さが
変化する前と後で掘削深さが変化することが防止でき
る。Further, since it is not easily affected by the error of the sensor, even if the excavation depth from the vehicle body changes due to the movement of the vehicle body, the external reference and the front reference are set to match each other near the tip of the bucket to be excavated. Is updated, it is possible to prevent the excavation depth from changing before and after the vehicle body height changes.
【０１１９】更に、フロント基準部材は矢印マークのよ
うに小型でシンプルな部材でよいので、大がかりで複雑
な光センサを要することなく車体の移動を補正できる。Further, since the front reference member may be a small and simple member such as an arrow mark, the movement of the vehicle body can be corrected without requiring a large and complicated optical sensor.
【０１２０】また、フロント基準部材を設置したフロン
ト装置の広い可動範囲を考えれば車体の移動を広い範囲
で補正できる。Further, considering the wide movable range of the front device having the front reference member, the movement of the vehicle body can be corrected in a wide range.
【０１２１】また、本発明によれば、制限領域との境界
を水平面とした掘削領域を設定できる。Further, according to the present invention, it is possible to set an excavation area having a boundary with the restricted area as a horizontal plane.
【０１２２】更に、本発明によれば、勾配を付けた掘削
領域を設定して領域制限掘削制御を行うことにより上下
水道管の埋設用の溝掘りのような作業が容易に行えるよ
うになる。Further, according to the present invention, by setting an excavation area having a slope and performing area restriction excavation control, an operation such as digging a groove for burying a water and sewer pipe can be easily performed.
【０１２３】また、本発明によれば、操作器を用いて作
業の初めに第１設定手段の設定を行っておけば、作業開
始時、あるいは車体を走行して移動するごとにフロント
装置を掘削領域の境界に位置決めするための補助員が不
要となる。また、補助員の指示による設定にかかる時間
を無くすことができ、作業時間を短縮できる。Further, according to the present invention, if the first setting means is set at the beginning of the work using the operation device, the front device is excavated at the start of the work or each time the vehicle is moved while moving. There is no need for assistants to position the boundaries of the area. Further, the time required for setting by the instruction of the assistant can be eliminated, and the working time can be shortened.
【０１２４】更に、本発明によれば、ダイレクトティー
チングにより第１設定手段の設定を行うので、作業状況
に合わせて所望の掘削領域を正確に設定することができ
る。Further, according to the present invention, since the setting of the first setting means is performed by direct teaching, it is possible to accurately set a desired excavation area according to the work situation.
【図１】本発明の第１の実施形態による掘削領域設定装
置を備えた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。FIG. 1 is a diagram showing an area limiting excavation control device for a construction machine equipped with an excavation area setting device according to a first embodiment of the present invention together with a hydraulic drive device.
【図２】本発明が適用された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。FIG. 2 is a diagram showing an appearance of a hydraulic excavator to which the present invention is applied and a shape of a setting area around the hydraulic excavator.
【図３】設定器の外観を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an appearance of a setting device.
【図４】第１の実施形態の掘削領域設定装置により掘削
領域を設定する際の外部基準との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship with an external reference when setting an excavation region by the excavation region setting device of the first embodiment.
【図５】第１の実施形態の掘削領域設定装置の全体の構
成を示す図である。。FIG. 5 is a diagram showing an overall configuration of the excavation area setting device according to the first embodiment. .
【図６】第１の実施形態の掘削領域設定装置における第
１設定手段の処理フローを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a processing flow of first setting means in the excavation area setting device of the first embodiment.
【図７】第１の実施形態の掘削領域設定装置における第
２演算手段及び第２設定手段の処理フローを示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a processing flow of a second calculation means and a second setting means in the excavation area setting device of the first embodiment.
【図８】制御ユニットの全体の制御機能を示す機能ブロ
ック図である。FIG. 8 is a functional block diagram showing an overall control function of a control unit.
【図９】領域制限掘削制御において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。FIG. 9 is a diagram showing an example of a trajectory when the tip end of the bucket is subjected to direction change control as calculated in the area limited excavation control.
【図１０】領域制限掘削制御においてバケットの先端が
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。FIG. 10 is a diagram showing an example of a trajectory when the tip of the bucket is restored and restored as calculated in the area limited excavation control.
【図１１】車体と同じ高さに適当な外部基準部材の設置
場所がない場合に、溝の中に外部基準部材を設置した状
態を示す図である。FIG. 11 is a view showing a state in which the external reference member is installed in the groove when there is no suitable installation place for the external reference member at the same height as the vehicle body.
【図１２】本発明の第２の実施形態の掘削領域設定装置
により掘削領域を設定する際の外部基準との関係を示す
図である。FIG. 12 is a diagram showing a relationship with an external reference when setting an excavation region by the excavation region setting device according to the second embodiment of the present invention.
【図１３】第２の実施形態で用いる設定器の外観を示す
図である。FIG. 13 is a diagram showing an appearance of a setting device used in the second embodiment.
【図１４】第２の実施形態の掘削領域設定装置における
第１演算手段の処理フローを示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a processing flow of a first calculation means in the excavation area setting device of the second embodiment.
【図１５】第２の実施形態の掘削領域設定装置における
第２演算手段及び第２設定手段の処理フローを示す図で
ある。FIG. 15 is a diagram showing a processing flow of a second calculation means and a second setting means in the excavation area setting device of the second embodiment.
【図１６】本発明の第３の実施形態の掘削領域設定装置
により掘削領域を設定する際の外部基準との関係を示す
図である。FIG. 16 is a diagram showing a relationship with an external reference when setting an excavation region by the excavation region setting device according to the third embodiment of the present invention.
【図１７】第３の実施形態の掘削領域設定装置における
第１設定手段の処理フローを示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a processing flow of first setting means in the excavation area setting device of the third embodiment.
【図１８】第３の実施形態の掘削領域設定装置による掘
削領域を設定したときの最初の設定時とその後の移動時
の関係を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a relationship between a first setting and a subsequent movement when the excavation region is set by the excavation region setting device of the third embodiment.
１Ａ フロント装置 １Ｂ 車体 １ａ ブーム １ｂ アーム １ｃ バケット １ｄ 上部旋回体 １ｅ 下部走行体 ２ 油圧ポンプ ３ａ〜３ｆ 油圧アクチュエータ ４ａ〜４ｆ；２０４ａ〜２０４ｆ 操作レバー装置 ５ａ〜５ｆ 流量制御弁 ６ リリーフ弁 ７ 設定器 ８ａ，８ｂ，８ｃ 角度計（検出手段） ８ｄ 傾斜計（検出手段） ９ 制御ユニット ９ａ 第１掘削領域設定部（第１設定手段） ９ｂ フロント姿勢演算部（第１演算手段） ９ｃ 目標シリンダ速度演算部 ９ｄ 目標先端速度ベクトル演算部 ９ｅ 方向変換制御部 ９ｆ 補正後目標シリンダ速度演算部 ９ｇ 復元制御部 ９ｈ 補正後目標シリンダ速度演算部 ９ｉ 目標シリンダ速度選択部 ９ｊ 目標パイロット圧演算部 ９ｋ バルブ指令演算部 ９ｍ 位置関係演算部（第２演算手段） ９ｎ 第２掘削領域設定部（第２設定手段） １０ａ 比例電磁弁 １０ｂ，１１ａ，１１ｂ 比例電磁弁 １２ シャトル弁 ４４ａ，４４ｂ〜４９ａ，４９ｂ パイロットライン ６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ 圧力検出器 ７０ フロント基準部材（フロント基準） ７１ 外部基準設定スイッチ ８０ 外部基準部材（外部基準） １００ 第１設定手段 １２０ 第１演算手段 １４０ 第２演算手段 １６０ 第２設定手段 1A Front device 1B Vehicle body 1a Boom 1b Arm 1c Bucket 1d Upper revolving structure 1e Lower traveling structure 2 Hydraulic pump 3a to 3f Hydraulic actuator 4a to 4f; 204a to 204f Operating lever device 5a to 5f Flow control valve 6 Relief valve 7 Setting device 8a , 8b, 8c Angle meter (detection means) 8d Inclinometer (detection means) 9 Control unit 9a First excavation area setting section (first setting means) 9b Front attitude calculation section (first calculation means) 9c Target cylinder speed calculation section 9d Target tip speed vector calculation unit 9e Direction conversion control unit 9f Corrected target cylinder speed calculation unit 9g Restoration control unit 9h Corrected target cylinder speed calculation unit 9i Target cylinder speed selection unit 9j Target pilot pressure calculation unit 9k Valve command calculation unit 9m Positional relation calculation section (second calculation means) 9n Second excavation area Fixed part (second setting means) 10a Proportional solenoid valve 10b, 11a, 11b Proportional solenoid valve 12 Shuttle valve 44a, 44b to 49a, 49b Pilot line 60a, 60b, 61a, 61b Pressure detector 70 Front reference member (front reference) 71 external reference setting switch 80 external reference member (external reference) 100 first setting means 120 first calculating means 140 second calculating means 160 second setting means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤島 一雄 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Fujishima 650 Kazunachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura factory
Claims (5)
方向に回動可能な複数のフロント部材と、前記フロント
装置を支持する車体とを備え、前記複数のフロント部材
をそれぞれ駆動制御してフロント部材の動作範囲を制限
制御する建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装
置において、 （ａ）前記建設機械の外部に設置され、掘削領域に対す
る基準位置となる外部基準を与える外部基準部材と； （ｂ）前記フロント装置に備えられ、前記外部基準に前
記フロント装置を合わせる目標となるフロント基準を与
えるフロント基準部材と； （ｃ）前記フロント装置の位置と姿勢に関する状態量を
検出する検出手段と； （ｄ）前記検出手段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）前記外部基準と掘削領域の位置関係を設定する第
１設定手段と； （ｆ）前記フロント基準が前記外部基準と一致したとき
に操作される外部基準設定スイッチと； （ｇ）前記外部基準設定スイッチが操作されたときの前
記第１演算手段で演算した前記フロント装置の位置と姿
勢の情報に基づき前記車体と前記外部基準との位置関係
を演算し、この車体と外部基準との位置関係と前記第１
設定手段で設定した外部基準と掘削領域の位置関係とか
ら前記車体と掘削領域との位置関係を演算する第２演算
手段と； （ｈ）前記第２演算手段で演算した前記車体と掘削領域
との位置関係から前記車体を基準とした掘削領域を設定
する第２設定手段と；を備えることを特徴とする建設機
械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装置。1. A front device comprising a plurality of vertically movable front members constituting an articulated front device, and a vehicle body supporting the front device, the front members being driven and controlled respectively. In an excavation area setting device for area limitation excavation control of a construction machine for limiting and controlling an operation range of a member, (a) an external reference member which is installed outside the construction machine and provides an external reference serving as a reference position for the excavation area; (B) a front reference member that is provided in the front device and that provides a front reference that is a target for aligning the front device with the external reference; and (c) detection means that detects a state quantity related to the position and orientation of the front device. (D) first calculation means for calculating the position and orientation of the front device based on the signal of the detection means; (e) the external reference and excavation; (F) an external reference setting switch that is operated when the front reference matches the external reference; and (g) when the external reference setting switch is operated. The positional relationship between the vehicle body and the external reference is calculated based on the information on the position and orientation of the front device calculated by the first calculating means, and the positional relationship between the vehicle body and the external reference and the first reference
Second computing means for computing the positional relationship between the vehicle body and the excavation area based on the external reference set by the setting means and the positional relationship between the excavation area; and (h) the vehicle body and the excavation area calculated by the second computing means. And a second setting means for setting an excavation area based on the vehicle body based on the positional relationship of the excavation area setting apparatus for area limited excavation control of a construction machine.
制御の掘削領域設定装置において、前記第１設定手段
は、前記外部基準から掘削領域と制限領域の境界までの
深さを設定する手段であることを特徴とする建設機械の
領域制限掘削制御の掘削領域設定装置。2. The excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine according to claim 1, wherein the first setting means sets a depth from the external reference to a boundary between the excavation area and the restricted area. An excavation area setting device for area limiting excavation control of a construction machine.
制御の掘削領域設定装置において、前記第１設定手段
は、前記外部基準から前記掘削領域と制限領域の基準点
までの深さ、前記車体から前記基準点までの距離、前記
掘削領域の境界の傾斜角度を設定する手段であることを
特徴とする建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定
装置。3. The excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine according to claim 1, wherein the first setting means has a depth from the external reference to a reference point of the excavation area and the restriction area, An excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine, which is means for setting a distance from a vehicle body to the reference point and an inclination angle of a boundary of the excavation area.
制御の掘削領域設定装置において、前記第１設定手段
は、設定器により入力されたデータを基に前記外部基準
と設定領域の位置関係を設定する手段であることを特徴
とする建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装
置。4. The excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine according to claim 1, wherein the first setting means has a positional relationship between the external reference and the setting area based on data input by a setting device. An excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine, which is a means for setting an excavation area.
制御の掘削領域設定装置において、前記第１設定手段
は、前記第１演算手段で演算した前記フロント装置の位
置と姿勢の情報に基づき、前記フロント装置を動かしフ
ロント装置の先端が設定領域の境界に来たときの前記フ
ロント装置の先端の位置を演算する手段と、前記第１演
算手段で演算した前記フロント装置の位置と姿勢の情報
に基づき、前記フロント装置を動かし前記フロント基準
が前記外部基準に一致したときの前記フロント基準の位
置を演算する手段と、前記フロント装置の先端位置と前
記フロント基準の位置とから前記外部基準と掘削領域の
位置関係を演算し、記憶する手段とを含むことを特徴と
する建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装置。5. The excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine according to claim 1, wherein the first setting means is based on position and orientation information of the front device calculated by the first calculating means. Means for computing the position of the tip of the front device when the tip of the front device comes to the boundary of the set area by moving the front device, and information on the position and orientation of the front device computed by the first computing means And a means for calculating the position of the front reference when the front reference coincides with the external reference, and the external reference and the excavation based on the tip position of the front device and the position of the front reference. An excavation area setting device for area limited excavation control of a construction machine, comprising: means for calculating and storing a positional relationship between areas.
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