(57)【要約】【課題】作業機の始動時および停止時の揺れを確実に防止しつつ、始動遅れや停止遅れをなくすことで、従来に比してより機敏な動作を実現でき、かつ構成や処理を簡単にできる作業機の制御装置を提供すること。【解決手段】振動抑制手段２９において、振動をキャンセルするように速度目標値Ｖ１を速度目標値Ｖ２に補正する。従って、振動を小さくするために作動油の流量を制限したり、速度目標値Ｖ１をなまらせるのとは違って、作業機の停止遅れや開始遅れを防止でき、作業機を機敏に動作させることができる。また、補正された速度目標値Ｖ２はそのまま、指令信号Ｇに変換されて油圧シリンダを駆動するためのメインバルブに出力されるので、油圧シリンダを駆動する別の流量制御弁等を不要にでき、構造を簡単にできるうえ、制御も容易にできる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械の作業機の制御装置において、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて、前記作業機の動作目標値を生成する目標値演算手段を含む操作信号入力手段と、
生成された動作目標値を補正する目標値補正手段と、
補正された目標値に基づき、前記作業機を動作させるアクチュエータに対して指令信号を出力する指令信号出力手段とを備え、
前記目標値補正手段は、前記作業機の姿勢及び／又は負荷により変化する振動特性に応じて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する振動抑制手段を備えている
ことを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。
【請求項２】
建設機械の作業機の制御装置において、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて前記作業機の動作目標値を生成する目標値演算手段を含む操作信号入力手段と、
生成された動作目標値を補正する目標値補正手段と、
補正された目標値に基づき、前記作業機を動作させるアクチュエータに対して指令信号を出力する指令信号出力手段とを備え、
前記目標値補正手段は、前記建設機械の姿勢及び／又は負荷により変化する振動特性に応じて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する振動抑制手段を備えている
ことを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の建設機械の作業機の制御装置において、
前記操作信号入力手段は作業内容判定手段をさらに有し、
前記作業内容判定手段により定速作業が行われていると判断された場合には、前記動作目標値の補正を行わない
ことを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の建設機械の作業機の制御装置において、
前記操作信号入力手段は作業内容判定手段をさらに有し、
前記作業内容判定手段により転圧作業が行われていると判断された場合には、前記動作目標値の補正を行わない
ことを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の建設機械の作業機の制御装置において、
前記目標値補正手段は急操作制限手段をさらに有し、
前記急操作制限手段により急操作であると判断された場合には、前記動作目標値の変化率を小さくなるよう補正する
ことを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の建設機械の作業機の制御装置において、
前記目標値補正手段は、
前記建設機械又は前記作業機の姿勢及び／又は負荷に応じた振動数及び減衰率から、前記建設機械又は前記作業機の振動特性を決定する振動特性決定手段を備え、
前記振動抑制手段は、前記振動数及び前記減衰率により前記動作目標値を補正することを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。
【請求項７】
建設機械の作業機を制御する建設機械の作業機の制御方法において、
前記作業機の制御装置が、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて、前記作業機の動作目標値を生成する目標値生成ステップと、
この目標値生成ステップで生成された動作目標値に基づいて、前記作業機の姿勢及び／又は負荷により変化する振動特性を取得する振動特性取得ステップと、
取得した振動特性に基づいて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する目標値補正ステップと
を実行することを特徴とする建設機械の作業機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械の作業機の制御装置、及び建設機械の作業機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、油圧ショベル等の建設機械では、アームやブームからなる作業機を動作させて各種の作業を行うが、動作している作業機を停止させた際や、停止している作業機の動作開始時に、その作業機に揺れが生じるという問題がある。
この現象は、油圧シリンダを含むアクチュエータにより作業機を動作させる場合にあっては、アクチュエータへの作動油の供給を瞬時に停止したり、供給を瞬時に開始することで生じるものであり、動作または停止している作業機の慣性力をスムーズに吸収できないことによる。
【０００３】
そして、ブームやアームといった慣性の大きい作業機に揺れが生じると、油圧ショベル全体が大きく揺れ動いてしまうため、作業機レバーを操作するオペレータも揺れてしまい、操作性が損なわれる。
また、作業機が揺れていると、作業機を次の動作に移すことができないため、動作が遅れてしまって作業効率も悪くなる。ただし、作業機をゆっくりと動作させることにより、停止時や開始時の揺れを抑制することも可能であるが、これでは油圧ショベルのパワーを十分に発揮していないことになり、やはり作業効率が悪い。
そこで従来では、作業機の揺れを抑制するために、種々の制御装置あるいは制御方法が提案されている（例えば、特許文献１〜５）。
【０００４】
特許文献１の技術では、流量制御弁を動作させるパイロット回路中に絞りを設けることにより、作業機レバーと連動するパイロットバルブからのパイロット圧を絞り、流量制御弁を緩慢に動作させて振動を抑制している。
【０００５】
特許文献２の技術は、作業機レバーでの停止動作時において、減速動作開始時点での油圧シリンダの位置及び速度に基づいて、流量制御弁への指令信号をなまらせることにより、油圧シリンダへの作動油の流量を制限するモジュレーション方式であり、指令信号をなまらせるソフトモードを選択することで振動を抑制している。
【０００６】
特許文献３の技術では、油圧シリンダに作動油を供給するにあたり、作業機レバーからの指令信号で動作する第１の流量制御弁の他に、コントローラからの信号で動作する補助的な第２の流量制御弁を設け、第１の流量制御弁からの作動油の供給により作業機を停止させた際、振動が生じるタイミングを見計らって、第２の流量制御弁からも所定量の作動油を供給し、振動が生じるのを抑制している。
【０００７】
特許文献４の技術によれば、作業機レバーにより作業機の停止動作を行った場合に、この作業機レバーの操作時点から、油圧シリンダに供給される作動油の流量を漸次低減させ、作業機の振動を抑制している。
【０００８】
特許文献５の技術は、建設機械には直接関係がない溶接ロボットについてである。つまり、溶接ロボットにてウィービング溶接を行う場合において、ロボットが有する共振特性および位相特性により、ウィービングの指令振幅に対して実際の振幅が異なってしまうという現象が生じるが、これを解決するために、各特性を相殺するための逆伝達関数をフィルタとして適用し、指令振幅をこのフィルタを通して駆動部に出力することにより、入力した指令振幅通りの振幅でウィービング溶接を実現させている。そして、この技術を建設機械での振動抑制に用いることも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平２−４８６０２号公報
【特許文献２】特開平４−１８１００３号公報
【特許文献３】特開平４−３５３１３０号公報
【特許文献４】特開平９−３２４４４３号公報
【特許文献５】特開平６−２２２８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１の技術においては、作業機レバーを中立位置に戻す等して作業機の停止動作を行っても、絞りによってパイロット圧が絞られるため、流量制御弁が緩慢にしか動作しない。
このため、作業機では、速度の変化が緩やかになるために振動が抑制される反面、停止するのに時間がかかり、停止遅れが生じるという問題がある。
【００１１】
特許文献２の技術によれば、作業機レバーの操作直後に、操作時点のストローク位置および速度を検出するとともに、この検出結果に応じて振動が生じないよう無理なく停止させるストローク位置を算出し、この停止ストローク位置に向かうように作動油の流量を制限するため、やはり停止遅れが生じるという問題がある。
【００１２】
特許文献３の技術では、補助的な電磁弁が必要であり、構成が複雑である。しかも、第２の流量制御弁からの流量を決定するのには、作業機の速度および負荷を考慮する必要があるため、いくつもの流量決定パターンを予め用意しておく必要があるとともに、パターン選択の処理が煩雑になるという問題がある。
さらに、この特許文献３においては、油圧シリンダが停止する瞬間の振動しか抑制されず、作業機の始動時の振動を抑制することができない。
【００１３】
特許文献４の技術では、作業機レバーからのレバー操作信号をなまらせることで、作動油の流量を漸次低減させているため、前述と同様に、流量制御弁を緩慢に動作させることになる。
従って、作業機レバーの操作時点から所定時間後に作動油の流量がゼロとなって作業機が停止するから、やはり停止遅れが生じるという問題がある。
【００１４】
そして、溶接ロボットでのウィービング溶接の技術が開示されている特許文献５によれば、制御装置に入力される指令振幅は正弦波に限られているため、入力される指令信号の波形が作業機レバーの操作の仕方次第でまったく異なってしまう建設機械の場合では、このような技術をそのまま転用しても、振動を確実に抑えることは困難である。
【００１５】
本発明の目的は、作業機の始動時および停止時の揺れを確実に防止しつつ、始動遅れや停止遅れをなくすことで、従来に比してより機敏な動作を実現でき、かつ構成や処理を簡単にできる作業機の制御装置、及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１発明に係る制御装置は、
建設機械の作業機の制御装置において、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて、前記作業機の動作目標値を生成する目標値演算手段を含む操作信号入力手段と、
生成された動作目標値を補正する目標値補正手段と、
補正された目標値に基づき、前記作業機を動作させるアクチュエータに対して指令信号を出力する指令信号出力手段とを備え、
前記目標値補正手段は、前記作業機の姿勢及び／又は負荷により変化する振動特性に応じて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する振動抑制手段を備えていることを特徴とする。
ここで、上述した目標値演算手段は、操作信号を増幅、変調等の手法により必ず変換しなければならない訳ではなく、殆ど変換しないで操作信号をダイレクトに動作目標値とした実質的に機能しないものも含む概念である。
【００１７】
第２発明に係る制御装置は、
建設機械の作業機の制御装置において、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて前記作業機の動作目標値を生成する目標値演算手段を含む操作信号入力手段と、
生成された動作目標値を補正する目標値補正手段と、
補正された目標値に基づき、前記作業機を動作させるアクチュエータに対して指令信号を出力する指令信号出力手段とを備え、
前記目標値補正手段は、前記建設機械の姿勢及び／又は負荷により変化する振動特性に応じて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する振動抑制手段を備えていることを特徴とする。
【００１８】
第３発明に係る制御装置は、第１発明又は第２発明において、
前記操作信号入力手段は作業内容判定手段をさらに有し、
前記作業内容判定手段により定速作業が行われていると判断された場合には、前記動作目標値の補正を行わないことを特徴とする。
【００１９】
第４発明に係る制御装置は、第１発明又は第２発明において、
前記操作信号入力手段は作業内容判定手段をさらに有し、
前記作業内容判定手段により転圧作業が行われていると判断された場合には、前記動作目標値の補正を行わないことを特徴とする。
【００２０】
第５発明に係る制御装置は、第１発明又は第２発明において、
前記目標値補正手段は急操作制限手段をさらに有し、
前記急操作制限手段により急操作であると判断された場合には、前記動作目標値の変化率を小さくなるよう補正することを特徴とする。
【００２１】
第６発明は、第１発明又は第２発明において、
前記目標値補正手段が、
前記建設機械又は前記作業機の姿勢及び／又は負荷に応じた振動数及び減衰率から、前記建設機械又は前記作業機の振動特性を決定する振動特性決定手段を備え、
前記振動抑制手段は、前記振動数及び前記減衰率により前記動作目標値を補正することを特徴とする。
【００２２】
第７発明は、
建設機械の作業機を制御する建設機械の作業機の制御方法において、
前記作業機の制御装置が、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて、前記作業機の動作目標値を生成する目標値生成ステップと、
この目標値生成ステップで生成された動作目標値に基づいて、前記作業機の姿勢及び／又は負荷により変化する振動特性を取得する振動特性取得ステップと、
取得した振動特性に基づいて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する目標値補正ステップと
を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
第１発明または第２発明によれば、建設機械やこれを構成する作業機の振動をキャンセルするように操作信号由来の動作目標値を補正するので、作業機の速度変化を緩やかにして振動度合いを小さく抑える（スムーズに減衰させる）従来とは、振動の抑制原理が全く異なる。従って、振動を小さくするために作動油の流量を制限したり、操作信号をなまらせる特許文献１，２，４とは違って、作業機の停止遅れや開始遅れが生じないため、作業機に振動が生じないのに加えて動作遅れもなく、作業機が従来に比してより機敏に動作するようになる。勿論、そのような動作目標値の補正は、あらゆる信号波形の動作目標値に対して可能であるから、正弦波のみを対象とした特許文献５の技術では困難な作業機の振動抑制が確実に行われるようになる。
また、油圧シリンダを含むアクチュエータを用いた場合では、補正された動作目標値はそのまま、指令信号に変換されて油圧シリンダを駆動するバルブに出力されるので、油圧シリンダを駆動する別の補助装置、例えば、特許文献３での第２の流量制御弁に相当する部品が不要であり、構造が簡単になるうえ、制御も容易である。
【００２４】
なお、ここでの「振動をキャンセルする」とは、振動を完全にキャンセルする場合の他、本発明の目的を達成できる程度に振動を小さくする場合も含む概念をいう。
さらに、作業機の振動状況をセンサ等で検出して制御装置にフィードバックし、作業機の振動をスムーズに減衰させるようにアクチュエータを制御する場合でも、作業機の振動特性に応じて振動発生を抑制しているといえるが、この場合は、実際の作業機動作に応じてアクチュエータへの制御出力を時々刻々調整しているのであって、一意の補正手段に従って動作目標値を補正している訳ではないから、前述したように抑制原理が異なり、本発明には含まれない。
【００２５】
また、制御装置が目標値補正手段を備え、この目標値補正手段は、作業機や建設機械の振動特性に応じて振動が起こらないような処理を行う振動抑制手段を備えている。そして、この際の振動抑制手段としては、例えば、作業機や建設機械に生じるであろう振動の状態を、振動モデル等によって予め予測可能に設けておくとともに、予測される振動をキャンセルするような逆特性演算等によって動作目標値を補正するように設けておけばよい。こうすることにより、補正された信号に基づいて生成される指令信号でアクチュエータを駆動すると、作業機は自身の振動特性や建設機械の振動特性により振動がキャンセルされ、補正前の動作目標値通りに動作するようになる。
【００２６】
第３発明又は第４発明によれば、作業内容判定手段を備えているので、作業機の定速度作業や転圧作業を判定できる。そして、作業内容判定手段によれば、これら振動抑制を必要としない類の作業を行っている場合には、目標値補正を行わずに、直接的に指令信号を生成し、作業機の振動抑制を意図的に省くため、振動を抑制することで生じる弊害をなくすことができ、各作業を効率よく行える。
第５発明によれば、急操作制限手段を備えているので、作業機レバーを急操作した際には、動作目標値を補正して変化率を緩やかにするから、作業機が実質的に動作できないような動作目標値が得られる心配がなく、作業機を確実に動作させることができ、また、アクチュエータの損傷等も防止できる。
第６発明によれば、振動特性が振動数および減衰率に基づいて決定されるから、建設機械や作業機の振動特性を表す振動モデルなどは、例えば、線形２次遅れモデルで近似されるようになり、この線形２次遅れモデルによって速度目標値の補正が確実に行われるようになる。
第７発明によっても、前述した第１発明と同様の作用及び効果を享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る作業機および制御装置が搭載された建設機械を示す模式図。
【図２】制御装置を示すブロック図。
【図３】速度目標値、補正後の速度目標値、および作業機速度を説明するための図。
【図４】作業機の制御方法を説明するためのフローチャート。
【図５】定速度作業を説明するための図。
【図６】転圧作業を説明するための図。
【図７】振動特性の決定方法を説明するためのフローチャート。
【図８】急操作制限を説明するための図。
【図９】目標値の補正演算方法を説明するためのフローチャート。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る作業機および制御装置が搭載された建設機械を示す模式図。
【図１１】制御装置を示すブロック図。
【図１２】圧力Ｐを取り込むタイミングを説明するための図。
【図１３】作業機の制御方法を説明するためのフローチャート。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る作業機および制御装置が搭載された建設機械を示す模式図。
【図１５】本発明の変形例を説明するための図。
【図１６】レバー操作信号、変化率、および指令信号を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
■１．第１実施形態
（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る作業機およびその制御装置が搭載された油圧ショベル（建設機械）１を示す模式図である。図２は、制御装置を示すブロック図である。
【００２９】
図１において、油圧ショベル１は、作業機レバー２によって操作されるブーム１１、および作業機レバー２′によって操作されるアーム１２を備えており、アーム１２の先端にはバケット１３が取り付けられている。
ブーム１１は、油圧シリンダ１４により支承点Ｄ１を中心として回動する。
アーム１２は、ブーム１１上の油圧シリンダにより支承点Ｄ２を中心として回動する。
また、バケット１３は、作業機レバー２を別方向に操作することにより、アーム１２上の油圧シリンダによって回動する。そして、これらブーム１１、アーム１２、およびバケット１３により、本発明に係る作業機１０が構成されている。
【００３０】
なお、本実施形態では、本発明の詳細をブーム１１で代表して説明するため、アーム１２やバケット１３用の各油圧シリンダの図示を省略してある。
また、バケット１３の他、グラップル、ハンド等の任意のアタッチメントを用いてもよい。
【００３１】
これらブーム１１の支承点Ｄ１およびアーム１２の支承点Ｄ２にはそれぞれ、ロータリーエンコーダやポテンショメータ等の角度検出器１５，１６が設けられ、角度検出器１５では、図示しない車両本体に対するブーム１１の関節角度θ１が、角度検出器１６では、ブーム１１に対するアーム１２の関節角度θ２が検出され、これらの関節角度θ１，θ２がバルブコントローラ（制御装置）２０ａに対して角度信号として出力されるようになっている。
【００３２】
油圧シリンダ１４は、メインバルブ１７から供給される作動油によって油圧駆動されるものであり、メインバルブ１７のスプール１７Ａが一対の比例電磁弁であるＥＰＣバルブ１８，１８により移動し、油圧シリンダ１４への作動油の供給流量が調整される。
そして、これら油圧シリンダ１４、メインバルブ１７、およびＥＰＣバルブ１８により、本発明に係るアクチュエータ１９が構成されている。
また、メインバルブ１７には、スプール１７Ａの位置Ｅを検出する位置検出器１７Ｂが設けられ、ここからスプールの位置Ｅが位置信号としてバルブコントローラ２０ａに出力される。
【００３３】
ここで、作業機レバー２は、例えば、ポテンショメータや、静電容量あるいはレーザによるトルクセンサ等の倒し角度検出器を備えており、この倒し角度検出器からは作業機レバー２の倒し角度と１対１の相関があるレバー操作信号Ｆａがバルブコントローラ２０ａに対して出力される。
作業機レバー２が中立位置にある時、出力されるレバー操作信号Ｆａは「０（ゼロ）」であって、ブーム１１の速度が「０」となる。前方に傾倒させると、傾倒角度に応じた速度でブーム１１が下降し、また、後方に傾倒させることにより、傾倒角度に応じた速度でブーム１１が上昇する。このような制御は、以下のバルブコントローラ２０ａによって行われる。
【００３４】
バルブコントローラ２０ａは、作業機レバー２からのレバー操作信号Ｆａに基づいてブーム１１を動作させるとともに、これらの始動時および停止時の揺れを抑制する機能を担っている。このようなバルブコントローラ２０ａは、マイクロコンピュータ等によって構成されており、通常では、油圧ショベル１のエンジン制御用および油圧ポンプ制御用に搭載されたガバナ・ポンプコントローラの一部として組み込まれているが、本実施形態では、説明の便宜上単独で図示してある。
また、操作信号Ｆｂが入力されるバケット１３用のバルブコントローラ２０ｂ、および操作信号Ｆｃが入力されるアーム１２用のバルブコントローラ２０ｃも、略同様な機能および構成を有しているが、ここではブーム１１用のバルブコントローラ２０ａで代表して説明するため、各バルブコントローラ２０ｂ，２０ｃの詳細な説明を省略する。
【００３５】
（２）バルブコントローラ２０ａの構造
具体的にバルブコントローラ２０ａは、図２に示すように、作業機レバー２からのレバー操作信号Ｆａが入力されるレバー操作信号入力手段２１と、このレバー操作信号入力手段２１からの速度目標値（動作目標値）Ｖ１が入力される目標値補正手段２２と、この目標値補正手段２２からの補正された速度目標値（補正された目標値）Ｖ２が入力される指令信号出力手段２３と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなる記憶部２４とを備えている。
【００３６】
(2-1)レバー操作信号入力手段２１の構成
レバー操作信号入力手段２１は、それぞれコンピュータプログラム（ソフトウェア）からなる速度目標値演算手段２５および作業内容判定手段２６を備えて構成されている。
【００３７】
速度目標値演算手段２５は、作業機レバー２からのレバー操作信号Ｆａに基づき、ブーム１１の速度目標値Ｖ１を演算して求める。この速度目標値Ｖ１は、例えば、作業機レバー２を前方に傾倒させた後、所定時間傾倒させた状態を維持し、この後に中立位置に戻すと、図３（Ａ）に示すように、時間との関係で台形状の信号波形を形成する。
【００３８】
つまり、図３（Ａ）において、時刻Ｔ１にある時、作業機レバー２は中立位置にあって、ブーム１１が停止しており、ここから作業機レバー２を前方に傾倒させると、Ｔ２に達するまでは、ブーム１１が高位置から加速しながら下がり、作業機レバー２をそのまま維持させることにより、Ｔ２からＴ３の間においてブーム１１が一定速度で下がり、ここから作業機レバー２を中立位置に戻すことで、Ｔ３からＴ４に至るまでの間でブーム１１が減速しながら下がり、停止する。
【００３９】
作業内容判定手段２６は、ブーム１１を使用した作業の中で、特に定速度作業および転圧作業を判定し、これらの作業の場合には、ブーム１１の振動抑制のための制御を行わないようにする機能を有している。この機能については後述する。
【００４０】
(2-2)目標値補正手段２２の構成
目標値補正手段２２は、本実施形態で最も特徴的な構成であり、やはりコンピュータプログラム（ソフトウェア）からなる振動特性決定手段２７、急操作制限手段２８、および振動抑制手段２９を備えて構成されている。
【００４１】
振動特性決定手段２７は、関節角度θ１，θ２の入力により、ブーム１１およびアーム１２の姿勢に応じた振動数ωおよび減衰率ζを決定する機能を有している。ここで、関節角度θ１，θ２は、ブーム１１およびアーム１２の姿勢変化に連動して所定の範囲で変化するが、関節角度θ１，θ２に対応した振動数ωおよび減衰率ζは、実際の車両を対象とした計測・計算によって予め求められており、記憶部２４に格納されている。
従って、各関節角度θ１，θ２が入力されることで、これらに応じた振動数ωおよび減衰率ζが記憶部２４から即座に呼び出され、次の振動抑制手段２９で用いられることになる。尚、この記憶部２４に格納された作業機１０のパラメータω、ζに関しては、後述する。
【００４２】
急操作制限手段２８は、作業機レバー２の急操作によりブーム１１を急始動させたり、急停止させた場合の処理を行う機能を有しているが、これについても後述する。
【００４３】
振動抑制手段２９は、レバー操作信号Ｆａから求められる速度目標値Ｖ１を、結果としてブーム１１が振動しないような速度目標値Ｖ２に補正する機能を有している。これを図３で説明すると、（Ａ）に示すような速度目標値Ｖ１による信号波形を、（Ｂ）に示すような速度目標値Ｖ２の信号波形に補正するのである。
【００４４】
(2-3)速度目標値Ｖ２補正のロジック
具体的な振動特性の決定及び速度目標値Ｖ２の補正演算は、次のロジックにより行われる。
(a)速度目標値Ｖ２の演算の原理
ＥＰＣバルブ１８から作業機１０の動作に至るまでの特性は、作業機１０の姿勢や作業機１０の負荷（ペイロード）によって複雑に変化するものの、その前段で行っているバルブコントローラ２０aの演算とは無関係に決まる特性である。
そこで、本実施形態では、簡単な演算で作業機１０の振動の主要成分を除去するために、式（１）に示すような二次遅れ特性でＥＰＣバルブ１８から作業機１０の動作に至る特性を近似している。また、以下の説明では、ブーム１１を含む作業機１０の振動特性を求めているが、これに限らず、図示しない車両本体の振動特性をも近似したものとなっている。
ここで、ＸはＥＰＣバルブ１８への入力、Ｙは作業機１０の出力、Ｓはラプラス演算子、ωとζは、姿勢やペイロードによって変化するパラメータである。
【００４５】
【数１】
2010121441.tif 000003
【００４６】
ＥＰＣバルブ１８から作業機１０の動作に至る特性による残留振動を打ち消すため、作業機レバー２の入力からＥＰＣバルブ１８への入力までの間に演算器を挿入して、ＥＰＣバルブ１８以前の箇所に前記式（１）の逆数を含むような特性を持たせるようにする。本実施形態では、例えば、以下の式（２）のような特性を採用している。
ここで、Ｕは、レバーからの目標値、ＸはＥＰＣバルブ１８への入力、Ｓはラプラス演算子、ωとζは式（１）で用いたパラメータであり、ω０は別途設定する定数である。
【００４７】
【数２】
2010121441.tif 000004
【００４８】
このように、ＥＰＣバルブ１８以降の特性をそれ以前の特性で打ち消すような構成をとれば、作業機レバー２の入力から作業機１０の動作に至るまでの全体の特性は式（１）と式（２）の積となるので、以下の式（３）のように、作業機１０の振動を除去することが可能となるのである。
ここで、Ｕは作業機レバー２からの目標値、ＸはＥＰＣバルブ１８への入力、Ｙは作業機１０の出力、Ｓはラプラス演算子であり、ω０は別途設定する定数である。
【００４９】
【数３】
2010121441.tif 000005
【００５０】
(b)逆特性演算の実現方法
上記の原理に基づいて振動抑制手段２９は、逆特性となる速度目標値を次のように演算する。
まず、式（２）は以下の式（４）のように変形することができる。そして、式（４）における係数Ｃ０〜Ｃ２、Ｆ１、Ｆ２は、式（５）、式（６）のように関係づけられる。
ここで、Ｕは作業機レバー２からの速度目標値、ＸはＥＰＣバルブ１８への入力、Ｓはラプラス演算子である。
【００５１】
【数４】
2010121441.tif 000006
【００５２】
【数５】
2010121441.tif 000007
【００５３】
【数６】
2010121441.tif 000008
【００５４】
作業機１０のパラメータω、ζを既知としてω０を適当な値に設定すれば、係数Ｃ０〜Ｃ２は定数とみなすことができる。従って、時々刻々と変化する入力値Ｕ及びそこから導かれるＦ１、Ｆ２を計算すれば、ＥＰＣバルブ１８への入力Ｘは、それらの線形和として連続的に求めることができる。
入力ＵからＦ１を求める式は、ラプラス演算子Ｓを含む形で式（６）のようになるが、これはカットオフ周波数ω０となる一次遅れフィルタの演算式に他ならない。従って刻み時間Δｔ間隔で計算を繰り返す振動抑制手段２９内部では次の式（７）によってＦ１を求めることができる。
【００５５】
【数７】
2010121441.tif 000009
【００５６】
式（６）より、Ｆ２とＦ１の関係は、Ｆ１とＵの関係と同じであるから、次の式（８）によってＦ２を求めることができる。
【００５７】
【数８】
2010121441.tif 000010
【００５８】
このように式（５）で係数Ｃ０〜Ｃ２を、式（７）、（８）でＦ１とＦ２を計算して、これらを式（４）に代入すればＥＰＣバルブ１８への入力Ｘを求めることができる。
そして、振動抑制手段２９は、ＥＰＣバルブ１８への入力Ｘを求めることにより、作業機レバー２のレバー操作信号Ｆａから求められる速度目標値Ｖ１を、ブーム１１が振動しないような速度目標値Ｖ２に補正することが可能となる。
【００５９】
(c)作業機１０のパラメータの推定方法
ところで、作業機１０の振動特性を式（１）で近似した場合、式（１）に含まれるパラメータω、ζは作業機１０の姿勢やペイロードによって変化することになる。これらのパラメータは、実際に作業機１０を往復動作させてみれば計測することができるのだが、作業中には姿勢やペイロードが刻々と変化するので、その度にいちいちパラメータを計測するわけにはいかない。
−推定方法１−
そこで、パラメータω、ζの推定方法の一つとして、ブーム１１の関節角度θ１、アーム１２の関節角度θ２に応じた振動数ω、減衰率ζの値を予め記憶部２４に格納し、関節角度θ１、θ２に応じた振動数ω及び減衰率ζを決定することが考えられる。このような記憶部２４としては、例えば、次の表１のような形で振動数ωを格納したものを採用することができ、減衰率ζについても同様の形で格納したものを採用することができる。振動特性決定手段２７は、その一例としてこのような方法に基づいて、振動特性を決定することが可能となる。
【００６０】
【表１】
2010121441.tif 000011
【００６１】
−推定方法２−
振動特性決定手段２７による振動数ω及び減衰率ζの決定は、すべての作業姿勢において振動数ωやζを前もって求めることとすると、調整に時間が掛かってしまう。そこで、関節角度θ１、θ２それぞれについて代表的な２〜４点程度の姿勢を選んで、そこでのωとζを計測で求めておき、その中間姿勢については補間演算により求める方法も考えられる。
たとえば、関節角度θ１、θ２それぞれ３箇所ずつの代表角度を設定し、３×３＝９姿勢について最適なωを求めた場合には、（θ１、θ２、ω）の組合せが９セット得られることとなる。そこで以下の行列式（９）を解いて、予め９個の係数Ａ０〜Ａ８を求めておく。
【００６２】
【数９】
2010121441.tif 000012
【００６３】
実際の動作中においては、上述の係数Ａ０〜Ａ８及び動作中に実測した関節角度θ１、θ２の値を用いて、以下の式（１０）によってωを算出する。具体的には、予め記憶部２４内に式（９）で求められた係数Ａ０〜Ａ８を予め格納しておき、振動特性決定手段２７は、関節角度θ１、θ２が実測されると、格納された係数Ａ０〜Ａ８を呼び出して、式（１０）によって振動数ωの算出を行う。尚、減衰率ζについても同様の計算によって求めることができる。
【００６４】
【数１０】
2010121441.tif 000013
【００６５】
このような補正演算を行うことにより、図３（Ａ）、（Ｂ）において、作業機レバー２が中立位置にあり、ブーム１１が停止している状態から、作業機レバー２を前方に傾倒させてブーム１１を加速しながら下げると、作業機レバー２が中立位置から離れる方向へ動かされたことをトリガとして（Ｔ１）、振動特性決定手段２７は、単位時間Δｔ毎の作業機２の姿勢に応じた振動数ω、減衰率ζを表１や式（１０）によって算出する。振動抑制手段２９は、算出された振動数ω、減衰率ζを用いて式（５）、（７）、（８）により、単位時間Δｔ毎のＣ０〜Ｃ２、Ｆ１、Ｆ２を算出し、式（４）により出力Ｘを演算し、これを単位時間Δｔ毎に補正された速度目標値Ｖ２とする。
これにより、速度目標値Ｖ１は、例えば、図３（Ｂ）のようなカーブＱ１、Ｑ２、Ｑ３からなる速度目標値Ｖ２のように補正される。時刻Ｔ１をトリガとして形成されたカーブＱ１の部分では、速度目標値Ｖ２は速度目標値Ｖ１より大きく膨らむ方向に補正される。カーブＱ１の頂点を過ぎてから時刻Ｔ２まではカーブＱ３の部分であり、速度目標値Ｖ２は速度目標値Ｖ１より小さい値で、速度目標値Ｖ１の増加を追いかけるように補正される。そして、速度目標値Ｖ１が上限値に達した時刻Ｔ２をトリガとして形成されたカーブＱ２の部分では、速度目標値Ｖ２は、速度目標値Ｖ１より小さくなる方向に膨らむように補正され、速度目標値Ｖ１が上限値に達する時刻Ｔ２よりも時間的に遅れて上限に達するようになる。
尚、ここでは便宜上カーブＱ１〜Ｑ３に分けて説明したが、いずれのカーブも式（５）、（７）、（８）及び式（４）によって連続的に算出されるものであるので、演算式の切替は必要ない。
【００６６】
一方、下降しているブーム１１を停止させるために、作業機レバー２を中立位置に戻す場合においては、作業機レバー２が中立位置に近づく方向に動かされたことをトリガとして（Ｔ３）、前述と同様の演算が行われる。例えば、速度目標値Ｖ１は、カーブＱ４、Ｑ５、Ｑ６からなる速度目標値Ｖ２のように補正される。時刻Ｔ３をトリガとして形成されたカーブＱ４の部分では、速度目標値Ｖ２は、速度目標値Ｖ２は、速度目標値Ｖ１よりも小さくなる方向に膨らむように補正される。カーブＱ４の頂点を過ぎてから時刻Ｔ４まではカーブＱ６の部分であり、速度目標値Ｖ２は、速度目標値Ｖ１より大きい値で速度目標値Ｖ１の減少を追いかけるように補正される。そして、速度目標値Ｖ１が０に達した時刻Ｔ４をトリガとして形成されたカーブＱ６の部分では、速度目標値Ｖ２は、速度目標値Ｖ１より大きくなる方向に膨らむように補正され、速度目標値Ｖ１が０に達する時刻Ｔ４よりも時間的に遅れて作業機１０の停止に至るようになる。
【００６７】
このとき、アクチュエータ１９の動きに合わせてブーム１１が動くことになる。このとき、アクチュエータ１９からブーム１１までの間には作動油の圧縮性や配管の弾性などに起因する振動が加わることになるが、その振動成分は速度目標値Ｖ１を速度目標値Ｖ２に補正したときに用いた振動特性の丁度逆である。このため、ブーム１１は実際、図３（Ｃ）に示す作業機速度で動作することになる。すなわち、図３（Ｃ）に示す信号波形は、オペレータが要求する速度目標値Ｖ１での信号波形と同じであり、ブーム１１は振動することなくオペレータの要求通りに動作することになる。
【００６８】
なお、本実施形態では、速度目標値Ｖ１が台形状の信号波形となる場合について説明したが、例えば、Ｔ１からＴ２までの間において、中立位置から離れる方向への作業機レバー２の傾倒が一旦止められ、この後にさらに中立位置から離れる方向への傾倒が再開された場合や、Ｔ３からＴ４までの間において、中立位置に近づく方向への作業機レバー２の傾倒が一旦止められ、この後にさらに中立位置に近づく方向への傾倒が再開された場合のように、速度目標値Ｖ１の信号波形が略凸状となる場合でも、傾倒が一旦止められた時点および再開された時点で同様に補正される。速度目標値Ｖ１の信号波形が階段状となる場合でも同様である。
また、速度目標値Ｖ１から速度目標値Ｖ２への補正は、前述した「こと」をトリガになされればよいから、その「こと」から意図的に遅らせて補正した場合でも本発明に含まれる。
【００６９】
(2-4)指令信号出力手段２３の構成
指令信号出力手段２３は、補正された速度目標値Ｖ２に基づいてアクチュエータ１９への指令信号（電流信号）Ｇを生成し、この指令信号Ｇをアンプ２０Ａ，２０Ａを介してＥＰＣバルブ１８に出力する機能を有している。ＥＰＣバルブ１８は、この指令信号Ｇに基づいてメインバルブ１７を構成するスプール１７Ａを移動させ、油圧シリンダ１４への作動油の供給量を調整する。
【００７０】
（３）バルブコントローラ２０ａの作用、作業内容判定手段２６及び急操作制限手段２８の構造
次に、図４のフローチャートも参照し、ブーム１１の制御方法について説明し、併せて、図５ないし図７に基づいて、前述の作業内容判定手段２６および急操作制限手段２８について詳説する。
【００７１】
(a)  ステップＳ１：先ず、オペレータによって作業機レバー２が操作されると、作業機
レバー２からのレバー操作信号Ｆａに基づき、レバー操作信号入力手段２１の速度目標値演算手段２５が速度目標値Ｖ１を演算する。
【００７２】
(b)  ステップＳ２：次いで、作業内容判定手段２６が起動し、オペレータがブーム１１
を一定速度で動作させているか否かを判定する。
ブーム１１を一定速度で動作させるためには、作業機レバー２を一定角度で傾倒させた状態に確実に維持する必要があるが、オペレータが一定角度を寸分違わずに維持することは困難である。つまり、オペレータが一定速度でブーム１１を動作させているつもりでも実際には、図５（Ａ）に示すように、オペレータのレバー操作には実用上問題とならない程度の微少なぶれが生じており、レバー操作信号Ｆａが振れているのである。
【００７３】
そして、そのようなレバー操作信号Ｆａに基づいて速度目標値Ｖ１を求めるのはよいが、この速度目標値Ｖ１を補正して速度目標値Ｖ２を求めると、図５（Ｂ）に示すように、速度目標値Ｖ２が大きく振れることになる。このため、この速度目標値Ｖ２に基づいた指令信号Ｇ通りに動作するブーム１１は、結果として作業機レバー２の微少なぶれに過敏に反応してしまうことになり、かえって定速度作業がやりにくくなる。
それに、図５（Ａ）のように速度変化の幅が小さい場合には元々作業機１０の振動も小さいため、振動抑制手段２９による補正を行わなくても実用上問題はない。
【００７４】
そこで、作業内容判定手段２６は、レバー操作信号Ｆａの振れが所定の振れ幅Ｗ内におさまっていれば、定速作業が行われていると判断し、速度目標値Ｖ１に基づいて直接指令信号Ｇを生成するようにしている。このため、Ｓ２においては、レバー操作信号Ｆａが振れ幅Ｗを超えて振れている時には、定速度作業ではないと判断してＳ３に進むが、レバー操作信号Ｆａが振れ幅Ｗ内で振れている時には、定速度作業であると判断し、速度目標値Ｖ１の速度目標値Ｖ２への補正は行わずにステップＳ８にスキップする。
なお、定速作業は、ブーム１１を一定の低い速度で動作させることで、正確な位置合わせを行う場合に用いられることが多く、このような場合に、作業機レバー２の微少なぶれに過敏に反応させないことのメリットは大きい。
【００７５】
ステップＳ３：ここでも作業内容判定手段２６が起動し、オペレータが転圧作業を行っているか否かを判定する。
転圧作業は、作業機レバー２を、中立位置をまたいで、短い周期で前後方向に往復させることで行われる作業であり、いわばブーム１１に生じる振動を積極的に利用する作業である。このため、このような転圧作業時において、速度目標値Ｖ１の速度目標値Ｖ２への補正により、ブーム１１の振動が抑制されてしまったのでは、従来よりも転圧作業がやりにくい。
【００７６】
(c)  従って、ステップＳ３においては、オペレータが転圧作業を行っていると判断され
た場合、速度目標値Ｖ１の速度目標値Ｖ２への補正は行わずにステップＳ８にスキップし、速度目標値Ｖ１に基づく指令信号Ｇによってアクチュエータ１９を駆動させる。
なお、転圧作業を行っているか否かの判定は、図６に示すように、レバー操作信号Ｆａの値が「０」となる間隔ｔを検出することで行われる。この間隔ｔが所定の間隔よりも短い場合には、作業機レバー２が中立位置を境に繰り返し操作されているといえ、転圧作業を行っていると判定される。
【００７７】
（d)  ステップＳ４：ステップＳ２，Ｓ３において、定速作業および転圧作業のいずれも行われていない場合には、目標値補正手段２２の振動特性決定手段２７は、関節角度θ１，θ２に応じた振動数ωおよび減衰率ζを決定する。
振動数ω及び減衰率ζの決定は、前述した(2-3)(c)の作業機１０のパラメータの推定方法に基づいて行われるが、具体的には、図７に示されるフローチャートに基づいて行われる。
ステップＳ４Ａ、Ｓ４Ｂ：振動特性決定手段２７は、角度検出器１５で検出されたブーム１１の関節角度θ１、及び、角度検出器１６で検出されたアーム１２の関節角度θ２を取得する。
【００７８】
ステップＳ４Ｃ：推定方法１による場合、記憶部２４に格納された表１に示される関節角度に応じた振動数を記録したテーブルから関節角度θ１、θ２に応じた振動数ωを取得し、これと同様に記憶部２４に格納された関節角度に応じた減衰率ζを記録したテーブルから関節角度θ１、θ２に応じた減衰率ζを取得する。
ステップＳ４Ｄ、Ｓ４Ｅ：推定方法２による場合、記憶部２４に格納された係数Ａ０からＡ８を読み出して（Ｓ４Ｄ）、これを用いて式（１０）により振動数ω、減衰率ζを算出する（Ｓ４Ｅ）。
ステップＳ４Ｆ：ステップＳ４Ｄ又はステップＳ４Ｅによって得られた振動数ω、減衰率ζをコントローラ２０ａに設けられたＲＡＭ等のストレージにストアする。
【００７９】
(e)  ステップＳ５，Ｓ６：次いで、急操作制限手段２８が起動し、速度目標値Ｖ１での
速度変化率（速度変化の傾き）から作業機レバー２の操作が急操作であるか否かを判定する。
例えば、図８（Ａ）の速度目標値Ｖ１に示すように、ブーム１１をある速度から急速に停止させた場合には、急操作制限処理を行わないと、急操作によって生じるであろう振動をキャンセルするために、点線で示した速度目標値Ｖ２への補正が次のステップＳ７において行われる。しかし、この速度目標値Ｖ２によれば、ブーム１１を駆動させることのできる速度を超えていたり（ｈ１参照）、負の速度（ｈ２参照）となってしまう。この速度目標値Ｖ２は、数学的には正しいのであるが、現実にアクチュエータ１９が出すことのできる速度には限界があり、また、一瞬だけ負の速度を出すことも構造上難しいため、そのような速度目標値Ｖ２に合わせてアクチュエータ１９を動作させることは困難である。
【００８０】
そこで、急操作制限手段２８は、作業機レバー２の操作状態を逐一監視するとともに、速度の変化率を検出し、作業機レバー２の急操作により速度変化率が所定値を越えたと判断した場合には、図８（Ｂ）に示すように、速度目標値Ｖ１での速度変化の傾きを一点鎖線から二点鎖線のように自動的に変更する。これにより、ソフトウェア上で速度変化率を小さくし、ステップＳ７ではその速度に対して速度目標値Ｖ２（点線参照）の波形を作る。従って、速度目標値Ｖ２としては、作業機レバー２の急操作を行っても実現可能な速度範囲内の値となり、ブーム１１を無理なく動作させることが可能である。
【００８１】
なお、速度変化率の所定値は、ステップＳ４で求められたω、ζ、およびｈに基づいて計算により得ることが可能である。
また、急操作制限手段２８は、作業機レバー２の操作状態を常に監視しているため、図８（Ｃ）に示すように、作業機レバー２を一瞬急操作にて中立位置側に戻した後、途中から通常の速さで中立位置に完全に戻した場合には、急操作を行った初めの瞬間だけ、速度変化率の小さい速度目標値Ｖ１（二点鎖線）に基づいて速度目標値Ｖ２への補正を行うように振動抑制手段２９に指示し、傾きが緩やかになる途中からは、実線で示す実際の速度目標値Ｖ１に基づいて速度目標値Ｖ２の補正を行うように指示する。
さらに、このような急操作制限手段２８は、作業機レバー２の急操作によってブーム１１を停止させる場合のみならず、急操作によって始動させた場合にも同様に起動する。
【００８２】
(f)  ステップＳ７：ここでは、振動抑制手段２９により、速度目標値Ｖ１から速度目標
値Ｖ２を演算する。急操作処理が行われない場合には、ステップＳ１で演算された速度目標値Ｖ１から速度目標値Ｖ２を求め、急操作処理を行う場合には、急操作制限手段２８で設定される速度目標値Ｖ１から速度目標値Ｖ２を求める。
この際の演算には、ステップＳ４で求められた振動数ω、減衰率ζを用いて、前述した式（５）、（７）、（８）、及び式（４）により、図９に示されるフローチャートに基づいて、速度目標値Ｖ２を求める。
ステップＳ７Ａ：振動抑制手段２９は、ステップＳ４で得られ、ＲＡＭ等のストレージにストアされた振動数ω、減衰率ζの値をロードする。
ステップＳ７Ｂ：ロードされた振動数ω、減衰率ζから、式（５）に基づいて、Ｃ０〜Ｃ２を算出する。
ステップＳ７Ｃ：振動抑制手段２９は、速度目標値Ｖ１を式（７）、（８）の入力値Ｕとして、この式（７）、（８）に基づいて、Ｆ１、Ｆ２を算出する。
ステップＳ７Ｄ：算出されたＣ０〜Ｃ２及びＦ１、Ｆ２を、式（４）に代入して、出力Ｙを算出し、この出力Ｙを補正された速度目標値Ｖ２とする。
【００８３】
(g)  ステップＳ８：この後、指令信号出力手段２３が起動し、補正された速度目標値Ｖ
２を指令信号Ｇに変換してＥＰＣバルブ１８に出力する。
(h)  ステップＳ９：ＥＰＣバルブ１８からのパイロット圧により、メインバルブ１７の
スプール１７Ａが移動されると、指令信号出力手段２３は、位置検出器１７Ｂからフィードバックされるスプール１７Ａの位置Ｅを監視し、スプール１７Ａが正確な位置を維持するように指令信号Ｇを出力する。
【００８４】
以上により、メインバルブ１７からの油圧によってブーム１１が駆動されるとともに、ブーム１１が始動した瞬間や、ある速度から停止した際には、このメインバルブ１７が速度目標値Ｖ２に基づいて動作することで、ブーム１１自身の振動特性によって振動がキャンセルされ、ブーム１１は速度目標値Ｖ１に合わせて動くことになる。すなわち、ブーム１１の振動は勿論、油圧ショベル１の車両本体の揺れも抑制される。
【００８５】
（４）実施形態の効果
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
すなわち、油圧ショベル１に搭載されたバルブコントローラ２０ａによれば、目標値補正手段２２は、振動抑制手段２９を備えているので、レバー操作信号Ｆａから得られる速度目標値Ｖ１を、ブーム１１での予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した速度目標値Ｖ２に補正できる。従って、この速度目標値Ｖ２に基づいて生成される指令信号Ｇでアクチュエータ１９を駆動すると、ブーム１１は自身の振動特性により振動がキャンセルされ、ブーム１１を補正前の速度目標値Ｖ１通りに、揺れることなく歯切れよく動作させることができる。
【００８６】
この際、振動をキャンセルするように速度目標値Ｖ１が補正されるので、ブーム１１の速度変化を緩やかして振動度合いを小さく抑える従来とは、振動の抑制原理が全く異なる。このため、振動を小さくするために作動油の流量を制限したり、速度目標値Ｖ１をなまらせるのとは違って、ブーム１１の停止遅れや開始遅れを防止でき、ブーム１１を機敏に動作させることができる。
【００８７】
そして、速度目標値Ｖ２への補正は、あらゆる信号波形の速度目標値Ｖ１に対して可能であるから、従来では困難であった任意動作状態におけるブーム１１の振動抑制を確実に実現できる。
また、補正された速度目標値Ｖ２はそのまま、指令信号Ｇに変換されて油圧シリンダ１４を駆動するためのメインバルブ１７に出力されるので、油圧シリンダ１４を駆動する別の補助装置、例えば、特許文献３の第２の流量制御弁に相当する部品を必要とせず、構造を簡単にできるうえ、制御も容易にできる。
【００８８】
また、本実施形態での振動モデルは、車両本体の振動特性をも近似しているので、ブーム１１の揺れによって生じる車両本体の振動も防止できるとともに、このような振動が地盤に伝わるのも防止できるから、地盤との衝突による衝撃音を有効に低減でき、住宅地周辺の工事や夜間工事においても、周辺環境に与える影響を少なくできる。しかも、車両本体の振動が地盤に伝わりにくいので、比較的剛性の低い基台や土台、あるいは軟弱地盤の上でも、作業を効率的に行える。
【００８９】
さらに、ブーム１１の始動直後および停止直後の振動が抑制されることにより、次の動作に移るまでの時間を短くでき、作業効率を向上させることができる。このため、特に、土砂の搬送を繰り返し行う場合や、法面仕上げのように、バケット１３を所定位置まで速やかに、かつ正確に移動させる必要がある場合に有効である。
【００９０】
また、本実施形態の技術は、ブーム１１をより高速で動作させる程、その効果が顕著である。従って、従来では、転倒などの危険を回避するため、最高速を低く設定していた高速・重負荷対応の大型の油圧ショベル１でも、最高速を従来より高く設定しても、振動を生じさせずにスムーズに操縦できる。勿論、中小型の油圧ショベル１であっても、振動を十分に抑制できるから、乱暴な操作しかできずに振動が生じていた初心者の場合でも、そのような中小型の油圧ショベル１を快適に操縦できる。
【００９１】
加えて、本実施形態での最も特徴的な振動抑制手段２９は、ソフトウェアであるため、既存の油圧ショベル１のバルブコントローラ２０ａの内部に容易に組み込むことができ、コストアップを招くことなく、振動抑制を実現できる。
【００９２】
さらに、ブーム１１の振動特性は振動数ωおよび減衰率ζに基づいて決定されるから、振動特性を表す振動モデルを線形２次遅れモデルで近似することができる。従って、特許文献３のように多くのパターンを準備し選択する必要がなく、この線形２次遅れモデルによって速度目標値Ｖ１から速度目標値Ｖ２への補正を容易かつ正確にできる。
【００９３】
そして、振動特性を決定する振動数ωおよび減衰率ζは、ブーム１１の姿勢状態を示す関節角度θ１，θ２に基づいて可変であるから、ブーム１１の上げ下げ加減に応じた適切な振動特性を得ることができ、速度目標値Ｖ２の補正を厳密に行ってブーム１１の操作性を一層向上させることができる。
【００９４】
また、レバー操作信号入力手段２１には、作業内容判定手段２６が設けられているので、ブーム１１を使用した定速度作業や転圧作業を判定できる。そして、作業内容判定手段２６によれば、これら振動抑制を必要としない類の作業を行っている場合には、速度目標値Ｖ１から速度目標値Ｖ２への補正を行わずに、速度目標値Ｖ１に基づいて直接的に指令信号Ｇを生成し、ブーム１１の振動抑制を意図的に省くため、振動を抑制することで生じる弊害をなくすことができ、各作業を効率よく行える。
【００９５】
さらに、目標値補正手段２２には、急操作制限手段２８が設けられており、作業機レバー２を急操作した際には、速度目標値Ｖ１を補正して速度変化率を緩やかにするから、速度目標値Ｖ１を補正しても、ブーム１１が実質的に動作できないような速度目標値Ｖ２が得られる心配がなく、ブーム１１を確実に動作させることができ、また、アクチュエータ１９の損傷等も防止できる。
【００９６】
■２．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略又は簡略する。
前述した第１実施形態は、油圧ショベル１に本発明を適用したものであり、ブーム１１及びアーム１２の関節角度θ１、θ２を検出し、検出された各々の関節角度θ１、θ２から振動数ω、減衰率ζを求め、これに基づいて、速度目標値Ｖ２を補正演算していた。
これに対して、第２実施形態は、図１０に示されるように、ホイルローダ３に本発明を適用したものであり、ホイルローダ３の作業機３０を構成するブーム３１の関節角度θと、このブーム３１を上下させる油圧シリンダ３３の油圧Ｐを検出し、これに基づいて、速度目標値Ｖ２の補正演算を行っている点が相違する。
【００９７】
また、前述した第１実施形態では、図４のフローチャートにおける作業機１０の制御において、ステップＳ２で作業内容判定手段２６が作業内容を判定した後、ステップＳ８で、作業内容の種類によらず、指令信号出力手段２３が、同種の指令信号Ｇを出力して、スプール１７Ａが正確な位置を維持するように制御していた。
これに対して、第２実施形態では、図１３のフローチャートに示されるように、作業機３０の制御において、ステップＳ２で作業内容判定手段が判定した作業内容の結果に応じて異なる指令信号Ｇ１、Ｇ２を出力して、スプールの位置制御を行っている点が相違する。
【００９８】
（１）作業機３０の構造
第２実施形態に係る建設機械としてのホイルローダ３は、図１０に示されるように、作業機３０を備え、この作業機３０は、ブーム３１、バケット３２、及び油圧シリンダ３３を備えて構成される。
ブーム３１は、図示を略した車両本体の支承点Ｄ３を中心に揺動自在に支持され、油圧シリンダ３３の伸縮により、ブーム３１は上下方向に揺動する。
バケット３２は、ブーム３１の先端に揺動自在に取り付けられ、図示を略したが、バケット用の油圧シリンダの伸縮により回動して、バケット３２に積み込んだ土砂ＤＳ等のダンプや積み込み等を行うことができる。
【００９９】
このような作業機３０は、第１実施形態と同様に、油圧シリンダ３３、メインバルブ１７、及びＥＰＣバルブ１８を含むアクチュエータ３４を備え、このアクチュエータ３４は、コントローラ３０ａからの指令信号Ｇ１、Ｇ２によって動作制御される。
ブーム３１の支承点Ｄ３には、角度検出器３５が設けられ、車両本体に対するブーム３１の関節角度θが検出され、検出された角度信号θは、バルブコントローラ３０ａに角度信号として入力する。
また、アクチュエータ３４のメインバルブ１７から油圧シリンダ３３の作動油供給流路、作動油排出流路のそれぞれには、圧力センサ３６が設けられ、それぞれの圧力センサ３６では、圧力信号Ｐが検出され、バルブコントローラ３０ａに対して圧力信号として出力されるようになっている。
これら圧力センサ３６から出力される圧力信号Ｐは、バケット３２内の土砂ＤＳ等が積載された際のペイロードによって変化する。
【０１００】
（２）コントローラ３０ａの構造
コントローラ３０ａは、図１１に示されるように、第１実施形態に係る油圧パワーショベル１のコントローラ２０ａと略同様に、アンプ２０Ａ、レバー操作信号入力手段２１、指令信号出力手段２３、及び記憶部２４を備えているが、目標値補正手段３７における処理が第１実施形態の場合と若干相違する。
すなわち、目標値補正手段３７は、急操作制限手段２８及び振動抑制手段２９は第１実施形態と同様の処理を行う構成であるが、振動特性決定手段３８による振動数ω、減衰率ζの決定方法が相違する。つまり、本実施形態においては、振動特性決定手段３８は、ブーム３１の関節角度θと、メインバルブ１７から油圧シリンダ３３に至る油圧供給排出流路の圧力信号Ｐとに基づいて、振動数ω、減衰率ζを決定する。
【０１０１】
この振動特性決定手段３８は、作業機３０の加減速による圧力変化を除くために、図１２に示すように、作業機３０が一定速度から減速動作に切り替わる瞬間の圧力Ｐと、その際の関節角度θとを取り込んで用いることにより、振動数ω、減衰率ζを決定する。尚、振動数ω、減衰率ζの決定は、前述した第１実施形態における推定方法１、推定方法２のいずれも採用することができる。
この振動特性決定手段３８により決定された振動数ω、減衰率ζは、振動抑制手段２９で用いられ、第１実施形態と同様のロジックにより速度目標値Ｖ２の演算が行われる。
【０１０２】
（３）コントローラ３０ａの作用
次に、図１３のフローチャートに基づいて、コントローラ３０ａによる作業機３０の制御方法について、第１実施形態の場合と相違する部分を中心に説明する。
(a)  速度目標値演算手段２５による速度目標値Ｖ１の演算（ステップＳ１）、作業内容
判定手段２６による定速度判定（ステップＳ２）、作業内容判定手段２６による転圧作業判定（ステップＳ３）、急操作制限手段２８による急操作判定（ステップＳ５）、急操作制限手段２８による急操作制限処理（ステップＳ６）、振動抑制手段２９による速度目標値Ｖ２補正演算（ステップＳ７）は、第１実施形態の場合と同様の処理を行っている。
【０１０３】
(b)  ステップＳ２の定速度判定において、定速度判定であると判定された場合、信号指
令出力手段Ｓ３１は、通常作業用指令信号Ｇ１をＥＰＣバルブ１８に出力し（ステップＳ３１）、位置検出器１７Ｂからフィードバックされるスプール１７Ａの位置Ｅを監視し、スプール１７Ａが正確な位置を維持するように指令信号Ｇ１を出力する（ステップＳ３２）。
(c)  ステップＳ２の定速度判定において、定速度判定でないと判定され、さらにステッ
プＳ３の転圧作業判定において、転圧作業でないと判定された場合、振動特性決定手段３８による振動特性の決定（ステップＳ３３）は、前述したように、ブーム３１の関節角度θ及び圧力信号Ｐに基づいて、振動数ω、減衰率ζを決定する。
【０１０４】
(d)  この後、ステップＳ７の補正演算により速度目標値Ｖ２が求められた後、指令信号
出力手段２３が起動し、補正された速度目標値Ｖ２を、高速応答用指令信号Ｇ２に変換してＥＰＣバルブ１８に出力し（ステップＳ３４）、位置検出器１７Ｂからフィードバックされるスプール１７Ａの位置Ｅを監視し、スプール１７Ａが正確な位置を維持するように指令信号Ｇ１を出力する（ステップＳ３５）。
【０１０５】
（４）実施形態の効果
このような第２実施形態によれば、第１実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果がある。
振動特性決定手段３８が、油圧シリンダ３３への作動油供給流路中の油圧Ｐ及びブーム３１の関節角度θに基づいて振動特性を決定しているので、関節角度θが一つしかないホイルローダ３のような建設機械であっても、本発明を採用することができ、ホイルローダ３のブーム３１を揺れることなく歯切れよく動作させることができる。
また、バケット３２内の土砂ＤＳ等のペイロードを計測しながら、振動特性決定手段３８が振動特性を決定しているため、作業機３０にペイロードに応じて適切な減衰動作をさせることができる。
また、速いバルブ応答を必要とする加速・減速作業及び転圧作業と、速い応答を必要としない定速度作業とを判別して、指令信号出力手段（Ｓ３１、Ｓ３４）を切り替えているため、例えば、作業機先端のハンチングが目立ちやすい低速位置決め作業などにおいては、レバー微振動に対して敏感でないバルブ制御を使用するといった制御則の使い分けが可能になり、建設機械の適用範囲を拡げることができる。
【０１０６】
■３．第３実施形態
次に本発明の第３実施形態について説明する。
前述した第２実施形態に係るコントローラ３０ａには、ブーム３１の関節角度θと、油圧シリンダ３３の作動油圧力Ｐが信号入力され、目標値補正手段３７の振動特性決定手段３８は、関節角度θと、作動油圧力Ｐによって振動数ω、減衰率ζを決定していた。
これに対して、第３実施形態では、図１４に示されるように、ホイールローダ３の作業機３０を構成するブーム３１の先端のバケット３２の近傍に、歪みゲージ等の力覚センサ４１が設けられ、バケット３２内の土砂ＤＳ等によるペイロードを、この力覚センサ４１によりブーム３１の歪み信号Ｗとして検出し、コントローラ４０ａに出力している点が相違する。尚、コントローラ４０ａでは、角度検出器３５からの関節角度θ、歪み信号Ｗに基づいて、振動特性決定手段により、振動数ω、減衰率ζの決定を行っているが、入力信号Ｗが異なるだけで基本的には第２実施形態の場合と同様にして振動数ω、減衰率ζの決定を行っているので、詳細な説明は省略する。
【０１０７】
このような第３実施形態によれば、第２実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果がある。
すなわち、バケット３２の近傍の力覚センサ４１で検出された歪み信号Ｗによって、振動特性を決定しているので、より正確にペイロードを検出することができ、作業機３０のよりペイロードに即した減衰動作をさせることができる。
また、第２実施形態では作業機３０の駆動手段であるシリンダ３３の圧力をペイロード検出用の信号としていたため、作業機３０の負荷と慣性力だけでなく油の圧縮性やシリンダ３３内部の摩擦力などの影響が圧力値に含まれてしまい、そのため、作業機３０が一定速度から減速動作に切り替わる瞬間の圧力Ｐを抽出せざるを得なかった。
これに対して第３実施形態の力覚センサ４１には、純粋に負荷と慣性力のみが働くので、加速動作や定常動作中においても、ペイロードを計測することが可能なため、瞬時の値を使う場合よりも誤差の影響を小さくでき、より高精度な振動抑制を実現できる。
【０１０８】
■４．実施形態の変形
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記第１実施形態では、レバー操作信号Ｆａが入力されるレバー操作信号入力手段２１が構造上バルブコントローラ２０ａの本体内に設けられていたが、このようなレバー操作信号入力手段２１は、バルブコントローラ２０ａの機能の一部として構造上作業機レバー２側に設けられていてもよく、このような場合では、レバー操作信号入力手段２１から出力される速度目標値Ｖ１がバルブコントローラ２０ａ本体の目標値補正手段２２に直に入力されることになる。
【０１０９】
前記第１実施形態では、ブーム１１の振動抑制について説明したが、このような技術をアーム１２の振動を抑制するために用いてもよいし、振動が生じる他の可動部分が存在する場合では、その可動部分に適用することも可能である。
【０１１０】
また、車両本体のみの振動特性に応じて建設機械全体の振動が抑制されるのであれば、作業機の振動特性によらずに本発明を実施してもよい。要するに、作業機および／または車両本体といった建設機械の振動特性に応じて揺れや振動が抑制されれば、本発明に含まれる。
例えば、キャブが上昇、下降を行うパワーショベルのように、車体の重心が変動するような場合は、キャブの高さを検知するセンサからの信号を、振動特性の決定手段に入力することもできる。また、カウンタウェイトの脱着があった場合においては、ペイロードセンサにより脱着を検知し、その信号を同様に振動特性の決定手段に入力してもよい。
【０１１１】
前記第１実施形態では、ブーム１１の振動モデルとして、線形２次遅れモデルを採用したが、振動モデルとしてはこれに限定されず、ブーム１１の振動を予め予測できるモデルであればよい。
【０１１２】
前記第１実施形態では、関節角度θ１，θ２からブーム１１の作業姿勢を判定し、これに基づいて振動数ωおよび減衰率ζを決定していたが、このような作業姿勢を油圧シリンダ１４の油圧（負荷）によって判定し、この油圧に基づいて振動数ωおよび減衰率ζを決定してもよい。
また、振動数ω及び減衰率ζを作業姿勢や負荷によらぬ一定値に設定して、作業機の振動抑制を完全には行わない代わりに、関節角度センサや圧力センサを必要としない構成とすることにより、コストアップを小さくしつつ、従来よりも振動抑制性能をある程度まで向上させるという方策をとってもよい。
【０１１３】
前記第１実施形態のアクチュエータ１９は、油圧シリンダ１４や、これを油圧駆動するためのメインバルブ１７を含んで構成されていたが、本発明に係るアクチュエータとしては、電気モータあるいは油圧モータを用いてブーム１１を動作させる構成であってもよい。
【０１１４】
前記第１実施形態では、制御装置としてバルブコントローラ２０ａが用いられ、このバルブコントローラ２０ａにはレバー操作信号Ｆａを速度目標値Ｖ１に変換する速度目標値演算手段２５や、速度目標値Ｖ１を別の速度目標値Ｖ２に補正する振動抑制手段２９が設けられていたが、図１５に示すように、補正回路手段２０１を設けることにより、レバー操作信号Ｆを直接的に補正して指令信号Ｇを出力するようにし、速度指令値Ｖ１を生成する演算手段２５を省いてもよい。この場合、振動抑制手段２９と指令信号出力手段２３は、入力をＦとし、出力をＧとする形で補正回路手段２０１の機能の一部として置き換えられることになる。すなわち、このような補正回路手段２０１は、油圧ショベル１の車両本体および／または作業機１０の振動特性に応じて、油圧ショベル１の振動の発生を抑制するようにレバー操作信号Ｆを補正して指令信号Ｇを出力するのである。
【０１１５】
図１５に示すような構成の場合、レバー操作信号Ｆをその変化率に基づいて補正することができる。例えば、図１６（Ａ）〜（Ｃ）には、レバー操作信号Ｆが台形波形である場合が示されている。この場合の補正はつまり、レバー操作信号Ｆの変化率が増加したことをトリガとして（Ｔ１，Ｔ４）、レバー操作信号Ｆをより大きくなる方向に補正して指令信号ＧでのカーブＱ１，Ｑ５を形成し、レバー操作信号Ｆの変化率が減少したことをトリガとして（Ｔ２，Ｔ３）、レバー操作信号Ｆをより小さくなる方向に補正して指令信号ＧでのカーブＱ２，Ｑ４を形成するのである。
ただし、このような変化率の増減をトリガとした補正は、前記実施形態のように、速度目標値Ｖ１を速度目標値Ｖ２に補正する場合でも可能である。
【０１１６】
また、反対に、レバー操作信号Ｆを直接的に補正する場合でも、前記実施形態のように、作業機レバー２が中立位置から離れる方向へ動かされたことをトリガとして（Ｔ１）、レバー操作信号Ｆを指令信号ＧでのカーブＱ１のように、より大きくなるように補正し、また、作業機レバー２が中立位置から離れる方向で動いている状態から止められたことをトリガとして（Ｔ２）、レバー操作信号Ｆを指令信号ＧでのカーブＱ２のように、より小さくなるように補正してもよい。
【０１１７】
そして、下降しているブーム１１を停止させるために、作業機レバー２を中立位置に戻す場合においては、作業機レバー２が中立位置に近づく方向に動かされたことをトリガとして（Ｔ３）、レバー操作信号Ｆを指令信号ＧでのカーブＱ４のように、より小さくなるように補正し、作業機レバー２が中立位置に近づく方向で動いている状態から止められたこと（中立位置に戻されたこと）をトリガとして（Ｔ４）、レバー操作信号Ｆを指令信号ＧでのカーブＱ５のように、より大きくなるように補正してもよい。
【０１１８】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械の他、ホイルローダ等の建設機械にも適用でき、さらには、作業機の始動時および停止時に振動を生じるあらゆる建設機械に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１…油圧ショベル（建設機械）、２…作業機レバー、３…ホイルローダ（建設機械）、１０、３０…作業機、１１、３１…ブーム、１２…アーム、１３、３２…バケット、２０…制御装置、２０ａ、３０ａ、４０ａ…バルブコントローラ（制御装置）、１９、３４…アクチュエータ、２１…レバー操作信号入力手段、２２、３７…目標値補正手段、２３…指令信号出力手段、２９…振動抑制手段、Ｆ，Ｆａ…レバー操作信号、Ｇ、Ｇ１、Ｇ２…指令信号、Ｐ…圧力信号、Ｖ１，Ｖ２…速度目標値（目標値）、Ｗ…歪み信号、ζ…減衰率、θ１，θ２…関節角度、ω…振動数。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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