(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械本体に装備された関節式アーム機構を構成するアーム部材を、伸縮変位速度が負荷に応じて変動するシリンダ式アクチュエータで駆動する際に、アーム機構操作レバーの操作位置情報から得られる該伸縮変位速度に関する制御目標値に基づいて、該関節式アーム機構が所定の姿勢となるように、該シリンダ式アクチュエータを少なくとも比例動作要素及び積分動作要素を有するフィードバック制御系にて制御する建設機械の制御装置において、
該シリンダ式アクチュエータの負荷が所定値以上の場合に、該制御目標値を低減して、該シリンダ式アクチュエータの該伸縮変位速度を低減させるように、該シリンダ式アクチュエータを制御すべく構成されたことを特徴とする、建設機械の制御装置。
【請求項２】
建設機械本体と、
該建設機械本体に一端部を枢着され他端側に作業部材を有するとともに、関節部を介して相互に接続された少なくとも一対のアーム部材を有する関節式アーム機構と、
伸縮変位速度が負荷に応じて変動するように伸縮動作を行なうことにより該アーム機構を駆動する複数のシリンダ式アクチュエータを有するシリンダ式アクチュエータ機構と、
アーム機構操作レバーの操作位置情報から該伸縮変位速度に関する制御目標値を求める制御目標値設定手段と、
該制御目標値設定手段で得られた該制御目標値に基づいて、上記の各アーム部材が所定の姿勢となるように、該シリンダ式アクチュエータを少なくとも比例動作要素及び積分動作要素を有するフィードバック制御系にて制御する制御手段と、
該シリンダ式アクチュエータの負荷状態を検出するアクチュエータ負荷検出手段とをそなえ、
該制御手段が、
該アクチュエータ負荷検出手段で検出された該シリンダ式アクチュエータの負荷が所定値以上の場合に、該シリンダ式アクチュエータの負荷状態に応じ、該制御目標値設定手段で設定された該制御目標値を低減させて、該シリンダ式アクチュエータによる該伸縮変位速度を低減させる速度低減補正手段を有していることを特徴とする、建設機械の制御装置。
【請求項３】
上記の各アーム部材の姿勢情報を検出する姿勢検出手段をそなえるとともに、
該制御手段が、該制御目標値設定手段で得られた該制御目標値と該姿勢検出手段で検出された上記の各アーム部材の姿勢情報とに基づいて、上記の各アーム部材が所定の姿勢となるように、該シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御するように構成されていることを特徴とする、請求項２記載の建設機械の制御装置。
【請求項４】
該アーム部材姿勢検出手段が、該シリンダ式アクチュエータの伸縮変位情報を検出する伸縮変位検出手段として構成されたことを特徴とする、請求項３記載の建設機械の制御装置。
【請求項５】
該速度低減補正手段が、該シリンダ式アクチュエータの負荷の増大に伴い、該制御目標値の低減量を増大させて、該シリンダ式アクチュエータによる該伸縮変位速度を低減させるように構成されていることを特徴とする、請求項２記載の建設機械の制御装置。
【請求項６】
該制御手段が、該アクチュエータ負荷検出手段で検出された該シリンダ式アクチュエータの負荷が所定値以上の状態から該所定値より小さい状態となる過渡状態下では、該アクチュエータ負荷検出手段で得られた検出結果の変化を緩慢にする積分手段を通じて得られた結果に基づいて、該シリンダ式アクチュエータによる該伸縮変位速度を増大させる速度増大補正手段をそなえていることを特徴とする、請求項２記載の建設機械の制御装置。
【請求項７】
該積分手段が、ローパスフィルタであることを特徴とする、請求項６記載の建設機械の制御装置。
【請求項８】
建設機械本体と、
該建設機械本体に対して、一端が回動可能に接続されるブームと、
該ブームに対して一端が該関節部を介して回動可能に接続されるとともに、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケットを他端に枢着されるスティックと、
該建設機械本体と該ブームとの間に介装され、端部間の距離が伸縮することにより該ブームを該建設機械本体に対して回転させるブーム油圧シリンダと、
該ブームと該スティックとの間に介装され、端部間の距離が伸縮することにより、該スティックを該ブームに対して回転させるスティック油圧シリンダと、
アーム機構操作レバーの操作位置情報から該ブーム油圧シリンダ及び該スティック油圧シリンダの伸縮変位速度に関する制御目標値を求める制御目標値設定手段と、
該制御目標値設定手段で得られた該制御目標値に基づいて、該バケットが所定の移動速度で移動するように、上記のブーム油圧シリンダ及びスティック油圧シリンダを少なくとも比例動作要素及び積分動作要素を有するフィードバック制御系にて制御する制御手段と、
上記のブーム油圧シリンダ又はスティック油圧シリンダの負荷状態を検出する油圧シリンダ負荷検出手段とをそなえ、
該制御手段が、
該油圧シリンダ負荷検出手段で検出されたいずれかのシリンダ負荷が所定値以上の場合に、該シリンダ負荷状態に応じ、該制御目標値設定手段で設定された該制御目標値を低減させて、上記のブーム油圧シリンダ及びスティック油圧シリンダによるバケット移動速度を低減させるバケット移動速度低減補正手段を有していることを特徴とする、建設機械の制御装置。
【請求項９】
該ブームの姿勢情報を検出するブーム姿勢検出手段と、
該スティックの姿勢情報を検出するスティック姿勢検出手段とをそなえるとともに、
該制御手段が、該制御目標値設定手段で得られた該制御目標値と上記のブーム姿勢検出手段及びスティック姿勢検出手段で検出された上記のブーム及びスティックの姿勢情報とに基づいて、該バケットが所定の移動速度で移動するように、上記のブーム油圧シリンダ及びスティック油圧シリンダをフィードバック制御するように構成されたことを特徴とする、請求項８記載の建設機械の制御装置。
【請求項１０】
該スティック姿勢検出手段が、該スティック油圧シリンダの伸縮変位情報を検出する伸縮変位検出手段として構成されるとともに、
該ブーム姿勢検出手段が、該ブーム油圧シリンダの伸縮変位情報を検出する伸縮変位検出手段として構成されたことを特徴とする、請求項９記載の建設機械の制御装置。
【請求項１１】
該バケット移動速度低減補正手段が、該シリンダ負荷の増大に伴い、該制御目標値の低減量を増大させて、該バケット移動速度を低減させるように構成されていることを特徴とする、請求項８記載の建設機械の制御装置。
【請求項１２】
該制御手段が、該油圧シリンダ負荷検出手段で検出されたいずれかのシリンダ負荷が所定値以上の状態から該所定値より小さい状態となる過渡状態下では、該油圧シリンダ負荷検出手段で得られた検出結果の変化を緩慢にする積分手段を通じて得られた結果に基づいて、上記のブーム油圧シリンダ及びスティック油圧シリンダによるバケット移動速度を増大させるバケット移動速度増大補正手段をそなえていることを特徴とする、請求項８記載の建設機械の制御装置。
【請求項１３】
該積分手段が、ローパスフィルタであることを特徴とする、請求項１２記載の建設機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地面を掘削する油圧ショベル等の建設機械に関し、特に、かかる建設機械の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械は、図１５に示すように、無限軌条部５００Ａを有する下部走行体５００上に、運転操作室（キャビン）６００付きの上部旋回体１００をそなえており、更にこの上部旋回体１００に、ブーム２００，スティック３００，バケット４００からなる関節式アーム機構を装備した構成となっている。
【０００３】
そして、ストロークセンサ２１０，２２０，２３０にて得られた、ブーム２００，スティック３００，バケット４００の各伸縮変位情報に基づき、ブーム２００，スティック３００，バケット４００を適宜それぞれ油圧シリンダ１２０，１２１，１２２で駆動して、バケットの進行方向或いはバケットの姿勢を一定に保って掘削できるようになっており、これにより、バケット４００などの作業部材の位置と姿勢の制御を正確に且つ安定して行ない得るようになっている。
【０００４】
具体的に、上述の油圧ショベルは、通常、ブーム２００（油圧シリンダ１２０），スティック３００（油圧シリンダ１２１），バケット４００（油圧シリンダ１２２）がそれぞれ電磁弁などを用いて電気的にＰＩＤフィードバック制御されるようになっており、作業部材の位置と姿勢の制御を適宜補正しながら所望の目標動作（姿勢）を正確に保てるようになっている。
【０００５】
なお、ここでは、少なくともブーム２００（油圧シリンダ１２０）及びスティック３００（油圧シリンダ１２１）のための油圧回路には、油圧シリンダ１２０，１２１の伸縮変位速度がそれぞれ油圧シリンダ１２０，１２１に作用する負荷に依存して変化する、いわゆるオープンセンタ型回路が用いられているものとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の油圧ショベルでは、上述のように油圧回路にオープンセンタ型回路が用いられているので、例えば、掘削負荷が極端に大きい場合、その負荷が増大するにつれてブーム２００（油圧シリンダ１２０），スティック３００（油圧シリンダ１２１）の油圧が上昇して油圧シリンダ１２０，１２１の伸縮変位速度が低減し、最終的にブーム２００，スティック３００の動作（つまり、バケット歯先の動作）が停止してしまうことがある。
【０００７】
このとき、ＰＩＤフィードバック制御系では、バケット歯先の速度情報がゼロになるとともに位置情報がスティック停止時の値に固定されるので、比例動作要素による油圧シリンダ１２０，１２１の伸縮変位速度の目標速度に影響はないが、Ｉ（積分要素）がこの制御系に入っているため、結果的に、各油圧シリンダ１２０，１２１の目標速度は増大し続けることになる。
【０００８】
従って、この状態で例えばバケット歯先にひっかかていた掘削中の岩が崩れるなどしてブーム２００，スティック３００から急に負荷が抜けると、各油圧シリンダ１２１，１２２は、突然、目標速度を大幅に上回る速度で動き出してしまうことになり、結果として、掘削作業などの仕上げ精度を大幅に低下させてしまう。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、シリンダに対する負荷の増大に応じてシリンダの伸縮変位速度を低減することにより、シリンダに作用する負荷が急激に抜けた場合でも、シリンダの伸縮変位をスムーズに制御できるようにした、建設機械の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の建設機械の制御装置は、建設機械本体に装備された関節式アーム機構を構成するアーム部材を、伸縮変位速度が負荷に応じて変動するシリンダ式アクチュエータで駆動する際に、アーム機構操作レバーの操作位置情報から得られる該伸縮変位速度に関する制御目標値に基づいて、関節式アーム機構が所定の姿勢となるように、シリンダ式アクチュエータを少なくとも比例動作要素及び積分動作要素を有するフィードバック制御系にて制御する建設機械の制御装置において、シリンダ式アクチュエータの負荷が所定値以上の場合に、制御目標値を低減して、シリンダ式アクチュエータの伸縮変位速度を低減させるように、シリンダ式アクチュエータを制御すべく構成されたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２記載の本発明の建設機械の制御装置は、建設機械本体と、この建設機械本体に一端部を枢着され他端側に作業部材を有するとともに、関節部を介して相互に接続された少なくとも一対のアーム部材を有する関節式アーム機構と、伸縮変位速度が負荷に応じて変動するように伸縮動作を行なうことによりアーム機構を駆動する複数のシリンダ式アクチュエータを有するシリンダ式アクチュエータ機構と、アーム機構操作レバーの操作位置情報から該伸縮変位速度に関する制御目標値を求める制御目標値設定手段と、この制御目標値設定手段で得られた制御目標値に基づいて、上記の各アーム部材が所定の姿勢となるように、シリンダ式アクチュエータを少なくとも比例動作要素及び積分動作要素を有するフィードバック制御系にて制御する制御手段と、シリンダ式アクチュエータの負荷状態を検出するアクチュエータ負荷検出手段とをそなえ、上記の制御手段が、アクチュエータ負荷検出手段で検出されたシリンダ式アクチュエータの負荷が所定値以上の場合に、シリンダ式アクチュエータの負荷状態に応じ、制御目標値設定手段で設定された制御目標値を低減させて、シリンダ式アクチュエータによる伸縮変位速度を低減させる速度低減補正手段を有していることを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項３記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項２記載の構成において、上記の各アーム部材の姿勢情報を検出する姿勢検出手段をそなえるとともに、制御手段が、制御目標値設定手段で得られた制御目標値と姿勢検出手段で検出された上記の各アーム部材の姿勢情報とに基づいて、上記の各アーム部材が所定の姿勢となるように、シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御するように構成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項３記載の構成において、アーム部材姿勢検出手段が、シリンダ式アクチュエータの伸縮変位情報を検出する伸縮変位検出手段として構成されたことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項２記載の構成において、速度低減補正手段が、シリンダ式アクチュエータの負荷の増大に伴い、制御目標値の低減量を増大させて、シリンダ式アクチュエータによる伸縮変位速度を低減させるように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項６記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項２記載の構成において、制御手段が、アクチュエータ負荷検出手段で検出されたシリンダ式アクチュエータの負荷が所定値以上の状態から所定値より小さい状態となる過渡状態下では、アクチュエータ負荷検出手段で得られた検出結果の変化を緩慢にする積分手段を通じて得られた結果に基づいて、シリンダ式アクチュエータによる伸縮変位速度を増大させる速度増大補正手段をそなえていることを特徴としている。
【００１６】
さらに、請求項７記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項６記載の構成において、積分手段が、ローパスフィルタであることを特徴としている。
【００１７】
さらに、請求項８記載の本発明の建設機械の制御装置は、建設機械本体と、この建設機械本体に対して、一端が回動可能に接続されるブームと、このブームに対して一端が関節部を介して回動可能に接続されるとともに、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケットを他端に枢着されるスティックと、建設機械本体とブームとの間に介装され、端部間の距離が伸縮することによりブームを建設機械本体に対して回転させるブーム油圧シリンダと、ブームとスティックとの間に介装され、端部間の距離が伸縮することにより、スティックをブームに対して回転させる、スティック油圧シリンダと、アーム機構操作レバーの操作位置情報から上記のブーム油圧シリンダ及びスティック油圧シリンダの伸縮変位速度に関する制御目標値を求める制御目標値設定手段と、この制御目標値設定手段で得られた制御目標値に基づいて、バケットが所定の移動速度で移動するように、上記のブーム油圧シリンダ及びスティック油圧シリンダを少なくとも比例動作要素及び積分動作要素を有するフィードバック制御系にて制御する制御手段と、上記のブーム油圧シリンダ又はスティック油圧シリンダの負荷状態を検出する油圧シリンダ負荷検出手段とをそなえ、制御手段が、油圧シリンダ負荷検出手段で検出されたいずれかのシリンダ負荷が所定値以上の場合に、シリンダ負荷状態に応じ、制御目標値設定手段で設定された制御目標値を低減させて、上記のブーム油圧シリンダ及びスティック油圧シリンダによるバケット移動速度を低減させるバケット移動速度低減補正手段を有していることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項９記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項８記載の構成において、ブームの姿勢情報を検出するブーム姿勢検出手段と、スティックの姿勢情報を検出するスティック姿勢検出手段とをそなえるとともに、制御手段が、制御目標値設定手段で得られた制御目標値と上記のブーム姿勢検出手段及びスティック姿勢検出手段で検出された上記のブーム及びスティックの姿勢情報とに基づいて、バケットが所定の移動速度で移動するように、上記のブーム油圧シリンダ及びスティック油圧シリンダをフィードバック制御するように構成されたことを特徴としている。
【００１９】
さらに、請求項１０記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項９記載の構成において、スティック姿勢検出手段が、スティック油圧シリンダの伸縮変位情報を検出する伸縮変位検出手段として構成されるとともに、ブーム姿勢検出手段が、ブーム油圧シリンダの伸縮変位情報を検出する伸縮変位検出手段として構成されたことを特徴としている。
【００２１】
さらに、請求項１１記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項８記載の構成において、バケット移動速度低減補正手段が、シリンダ負荷の増大に伴い、制御目標値の低減量を増大させて、バケット移動速度を低減させるように構成されていることを特徴としている。
【００２２】
さらに、請求項１２記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項８記載の構成において、制御手段が、油圧シリンダ負荷検出手段で検出されたいずれかのシリンダ負荷が所定値以上の状態から所定値より小さい状態となる過渡状態下では、油圧シリンダ負荷検出手段で得られた検出結果の変化を緩慢にする積分手段を通じて得られた結果に基づいて、上記のブーム油圧シリンダ及びスティック油圧シリンダによるバケット移動速度を増大させるバケット移動速度増大補正手段をそなえていることを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１３記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項１２記載の構成において、積分手段が、ローパスフィルタであることを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態にかかる建設機械としての油圧ショベルは、図１に示すように、左右に無限軌条部５００Ａを有する下部走行体５００上に、運転操作室６００付き上部旋回体（建設機械本体）１００が水平面内で回転自在に設けられている。
【００２５】
そして、この上部旋回体１００に対して、一端が回動可能に接続されるブーム（アーム部材）２００が設けられ、更にブーム２００に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続されるスティック（アーム部材）３００が設けられている。
さらに、スティック３００に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続され、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケット（作業部材）４００がが設けられている。なお、図１において符号１１２で示すものはバケット４００の歯先である。
【００２６】
このように、ブーム２００，スティック３００，バケット４００で、上部旋回体１００に一端部を枢着され他端側にバケット４００を有するとともに、関節部を介して相互に接続された一対のアーム部材としてのブーム２００，スティック３００を少なくとも有する関節式アーム機構が構成される。
また、シリンダ式アクチュエータとしてのブーム油圧シリンダ１２０，スティック油圧シリンダ１２１，バケット油圧シリンダ１２２（以下、ブーム油圧シリンダ１２０をブームシリンダ１２０又は単にシリンダ１２０ということがあり、スティック油圧シリンダ１２１をスティックシリンダ１２１又は単にシリンダ１２１ということがあり、バケット油圧シリンダ１２２をバケットシリンダ１２２又は単にシリンダ１２２ということがある）が設けられている。
【００２７】
ここで、ブームシリンダ１２０は、上部旋回体１００に対して一端が回動可能に接続されるとともに、ブーム２００に対して他の一端が回動可能に接続され、即ち上部旋回体１００とブーム２００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、ブーム２００を上部旋回体１００に対して回動させることができるものである。
【００２８】
また、スティックシリンダ１２１は、ブーム２００に対して一端が回動可能に接続されるとともに、スティック３００に対して他の一端が回動可能に接続され、即ちブーム２００とスティック３００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、スティック３００をブーム２００に対して回動させることができるものである。
【００２９】
さらに、バケットシリンダ１２２は、スティック３００に対して一端が回動可能に接続されるとともに、バケット４００に対して他の一端が回動可能に接続され、即ちスティック３００とバケット４００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、バケット４００をスティック３００に対して回動させることができるものである。なお、バケット油圧シリンダ１２２の先端部には、リンク機構１３０が設けられている。
【００３０】
このように上記の各シリンダ１２０〜１２２で、伸縮動作を行なうことによりアーム機構を駆動する複数のシリンダ式アクチュエータを有するシリンダ式アクチュエータ機構が構成される。
なお、図示しないが、左右の無限軌条部５００Ａをそれぞれ駆動する油圧モータや、上部旋回体１００を旋回駆動する旋回モータも設けられている。
【００３１】
ところで、図２に示すように、シリンダ１２０〜１２２や上記の油圧モータや旋回モータのための油圧回路が設けられており、この油圧回路には、エンジンＥによって駆動されるポンプ５１，５２，主制御弁（コントロールバルブ）１３，１４，１５等が介装されている。なお、本実施形態では、この油圧回路には、シリンダ１２０〜１２２の伸縮変位速度がそれぞれシリンダ１２０〜１２２に作用する負荷に依存するような所謂オープンセンタ型のものが用いられている。
【００３２】
また、主制御弁１３，１４，１５を制御するために、パイロット油圧回路が設けられており、このパイロット油圧回路には、エンジンＥによって駆動されるパイロットポンプ５０，電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，電磁切替弁４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，セレクタ弁１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ等が介装されている。
ところで、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃを介して、主制御弁１３，１４，１５を制御することにより、制御したいモードに応じて、ブーム２００，スティック３００，バケット４００が所望の伸縮変位となるように制御するコントローラ（制御手段）１が設けられている。なお、このコントローラ１は、マイクロプロセッサ，ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ，適宜の入出力インタフェースなどで構成される。
【００３３】
そして、このコントローラ１へは種々のセンサからの検出信号（設定信号を含む）が入力されるようになっており、コントローラ１は、これらのセンサからの検出信号に基づき、上記の制御を実行するようになっている。なお、このようなコントローラ１による制御を半自動制御というが、この半自動掘削モードにおいても、掘削中に手動にてバケット角及び目標法面高さの微調整は可能である。
【００３４】
上記の半自動制御モードとしては、バケット角制御モード（図１０参照），法面掘削モード（バケット歯先直線掘削モード又はレイキングモード）（図１１参照），法面掘削モードとバケット角制御モードとを組み合わせたスムージングモード（図１２参照），バケット角自動復帰モード（オートリターンモード）（図１３参照）等がある。
【００３５】
ここで、バケット角制御モードは、図１０に示すように、スティック３００及びブーム２００を動かしてもバケット４００の水平方向（垂直方向）に対する角度（バケット角）が常に一定に保たれるモードで、このモードは、モニタパネル１０上のバケット角制御スイッチをＯＮにすると、実行される。なお、バケット４００が手動にて動かされた時、このモードは解除され、バケット４００が止まった時点でのバケット角が新しいバケット保持角として記憶される。
【００３６】
法面掘削モードは、図１１に示すように、バケット４００の歯先１１２が直線的に動くモードである。但し、バケットシリンダ１２２は動かない。また、バケット４００の移動に伴いバケット角φが変化する。
法面掘削モード＋バケット角制御モード（スムージングモード）は、図１２に示すように、バケット４００の歯先１１２が直線的に動くモードであり、バケット角φも掘削中一定に保たれる。
【００３７】
バケット自動復帰モードは、図１３に示すように、バケット角が予め設定された角度に自動的に復帰するモードであり、復帰バケット角はモニタパネル１０によって設定される。このモードはブーム／バケット操作レバー６上のバケット自動復帰スタートスイッチ７をＯＮにすることで始動する。バケット４００が予め設定された角度まで復帰した時点でこのモードは解除される。
【００３８】
さらに、上記の法面掘削モード，スムージングモードは、モニタパネル１０上の半自動制御スイッチをＯＮにし、かつ、スティック操作レバー８上の法面掘削スイッチ９をＯＮにし、スティック操作レバー８とブーム／バケット操作レバー６の両方又はどちらか一方が動かされた時に、これらのモードに入るようになっている。なお、目標法面角はモニタパネル１０上のスイッチ操作にて設定される。
【００３９】
また、法面掘削モード，スムージングモードでは、スティック操作レバー８の操作量が目標法面角に対して平行方向のバケット歯先移動速度を与え、ブーム／バケット操作レバー６の操作量が垂直方向のバケット歯先移動速度を与えるようになっている。従って、スティック操作レバー８を動かすと、目標法面角に沿って、バケット歯先１１２が直線移動を開始し、掘削中にブーム／バケット操作レバー６を動かすことによって、手動による目標法面高さの微調整が可能となる。
【００４０】
また、法面掘削モード，スムージングモードでは、ブーム／バケット操作レバー６を操作することによって掘削中のバケット角を微調整するほか、目標法面高さも変更することができる。
なお、このシステムでは、手動モードも可能であるが、この手動モードでは、従来の油圧ショベルと同等の操作が可能となるほかに、バケット歯先１１２の座標表示が可能である。
【００４１】
また、半自動システム全体のサービス・メンテナンスを行なうためのサービスモードも用意されており、このサービスモードはコントローラ１に外部ターミナル２を接続することによって行なわれる。そして、このサービスモードによって、制御ゲインの調整や各センサの初期化等が行なわれる。
ところで、コントローラ１に接続される各種センサとして、図２に示すように、圧力スイッチ１６，圧力センサ１９，２８Ａ，２８Ｂ，レゾルバ（角度センサ）２０〜２２，傾斜角センサ２４等が設けられており、更にコントローラ１には、エンジンポンプコントローラ２７，ＯＮ−ＯＦＦスイッチ７，９，目標法面角設定器付きモニタパネル１０が接続されている。なお、外部ターミナル２は、制御ゲインの調整や各センサの初期化時等に、コントローラ１に接続される。
【００４２】
なお、エンジンポンプコントローラ２７は、エンジン回転数センサ２３からのエンジン回転数情報を受けてエンジンＥ及びポンプ５１，５２の傾転角を制御するもので、コントローラ１との間で協調情報を遣り取りできるようになっている。又、レゾルバ２０〜２２での検出信号は、信号変換器（変換手段）２６を介してコントローラ１へ入力されるようになっている。
【００４３】
圧力センサ１９は、スティック３００の伸縮用，ブーム２００の上下用の各操作レバー６，８から主制御弁１３，１４，１５に接続されているパイロット配管に取り付けられて、パイロット配管内のパイロット油圧を検出するものであるが、かかるパイロット配管内のパイロット油圧は、操作レバー６，８の操作量によって変化するため、この油圧を計測することで操作レバー６，８の操作量を推定できるようになっている。
【００４４】
圧力センサ２８Ａ，２８Ｂはブームシリンダ１２０，スティックシリンダ１２１の伸長伸縮状態を検出するものである。
なお、スティック操作レバー８は設定された掘削斜面に対して平行方向のバケット歯先移動速度を決定するものとして使用され、ブーム／バケット操作レバー６は設定斜面に対して垂直方向のバケット歯先移動速度を決定するものとして使用される。従って、スティック操作レバー８とブーム／バケット操作レバー６の同時操作時は設定斜面に対して平行及び垂直方向の合成ベクトルにてバケット歯先の移動方向とその速度が決定されることになる。
【００４５】
圧力スイッチ１６は、ブーム２００，スティック３００，バケット４００のための操作レバー６，８用のパイロット配管にセレクタ１７等を介して取り付けられて、操作レバー６，８が中立か否かを検出するために使用される。即ち、操作レバー６，８が中立状態の時、圧力スイッチ１６の出力がＯＦＦとなり、操作レバー６，８が使用されると、圧力スイッチ１６の出力がＯＮとなる。なお、中立検出用圧力スイッチ１６は上記圧力センサ１９の異常検出及び手動／半自動モードの切替用としても利用される。
【００４６】
レゾルバ２０は、ブーム２００の姿勢をモニタしうるブーム２００の建設機械本体１００への枢着部（関節部）に設けられてブーム２００の姿勢（姿勢情報）を検出する第１角度センサ（ブーム姿勢検出手段）として機能するものであり、レゾルバ２１は、スティック３００の姿勢をモニタしうるスティック３００のブーム２００への枢着部（関節部）に設けられてスティック３００の姿勢を検出する第２角度センサ（スティック姿勢検出手段）として機能するものである。
【００４７】
また、レゾルバ２２は、バケット４００の姿勢をモニタしうるリンク機構枢着部に設けられてバケット４００の姿勢を検出する第３角度センサとして機能するもので、これらのレゾルバ２０〜２２で、アーム機構の姿勢を角度情報で検出する角度検出手段が構成されている。
信号変換器（変換手段）２６は、レゾルバ２０で得られた角度情報（ブームの姿勢情報）をブームシリンダ１２０の伸縮変位情報に変換し、レゾルバ２１で得られた角度情報（スティックの姿勢情報）をスティックシリンダ１２１の伸縮変位情報に変換し、レゾルバ２２で得られた角度情報をバケットシリンダ１２２の伸縮変位情報に変換するもの、即ち、レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報を対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報に変換するものである。
【００４８】
つまり、本実施形態では、信号変換器２６とブーム姿勢検出手段としてのレゾルバ２０とで、ブーム油圧シリンダ１２０の伸縮変位情報を検出するブーム油圧シリンダ伸縮変位検出手段が構成され、信号変換器２６とスティック姿勢検出手段としてのレゾルバ２１とで、スティック油圧シリンダ１２１の伸縮変位情報を検出するスティック油圧シリンダ伸縮変位検出手段が構成されている。
【００４９】
このため、信号変換器２６は、各レゾルバ２０〜２２からの信号を受ける入力インタフェース２６Ａ，各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を記憶するルークアップテーブル２６Ｂ−１を含むメモリ２６Ｂ，各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を求めシリンダ伸縮変位情報をコントローラ１に通信しうる主演算装置（ＣＰＵ）２６Ｃ，主演算装置（ＣＰＵ）２６Ｃからのシリンダ伸縮変位情報を送出する出力インタフェース２６Ｄ等をそなえて構成されている。
【００５０】
ところで、各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報θbm，θst，θbkに対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報λbm，λst，λbkは余弦定理を用いて次式で求めることができる。
0003641096.tif 000002
ここで、上式において、Ｌijは固定長、Ａxbm は固定角を表し、Ｌの添字ｉｊは節点ｉ，ｊ間の情報を有する。例えばＬ101102は節点１０１と節点１０２との距離を表す。尚、節点１０１をｘｙ座標の原点とする（図９参照）。
【００５１】
もちろん、各レゾルバ２０〜２２で角度情報θbm，θst，θbkが得られる毎に、上式を演算手段（例えばＣＰＵ２６Ｃ）で演算してもよい。この場合は、ＣＰＵ２６Ｃが、各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報から角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を演算により求める演算手段を構成することになる。
なお、信号変換器２６で変換された信号は、半自動制御時のフィードバック制御用に利用されるほか、バケット歯先１１２の位置計測／表示用座標を計測するためにも利用される。
【００５２】
また、半自動システムにおけるバケット歯先位置は油圧ショベルの上部旋回体１００のある１点を原点として演算されるが、上部旋回体１００がフロントリンケージ方向に傾斜した時、制御演算上の座標系を車両傾斜分だけ回転することが必要になる。傾斜センサ２４はこの座標系の回転分を補正するために使用される。
【００５３】
前述のごとく、コントローラ１からの電気信号によって、電磁比例弁３Ａ〜３Ｃはパイロットポンプ５０から供給される油圧を制御し、制御された油圧を切替弁４Ａ〜４Ｃ又はセレクタ弁１８Ａ〜１８Ｃを通して主制御弁１３，１４，１５に作用させることにより、シリンダ目標速度が得られるように、主制御弁１３，１４，１５のスプール位置を制御することが行なわれるが、切替弁４Ａ〜４Ｃを手動モード側にすれば、手動にてシリンダを制御することができる。
【００５４】
なお、スティック合流調整比例弁１１は目標シリンダ速度に応じた油量を得るために２つのポンプ５１，５２の合流度合を調整するものである。
また、スティック操作レバー８には、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ（法面掘削スイッチ）９が取り付けられており、オペレータがこのスイッチを操作することによって、半自動モードが選択又は非選択される。そして、半自動モードが選択されると、バケット歯先を直線的に動かすことができるようになる。
【００５５】
さらに、ブーム／バケット操作レバー６には、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ（バケット自動復帰スタートスイッチ）７が取り付けられており、オペレータがこのスイッチ７をＯＮすることによって、バケット４００を予め設定された角度に自動復帰させることができるようになっている。
安全弁５は電磁比例弁３Ａ〜３Ｃに供給されるパイロット圧を断続するためのもので、この安全弁５がＯＮ状態の時のみパイロット圧が電磁比例弁３Ａ〜３Ｃに供給されるようになっている。従って、半自動制御上、何らかの故障があった場合等は、この安全弁５をＯＦＦ状態にすることにより、速やかにリンケージの自動制御を停止することができる。
【００５６】
また、エンジンＥの回転速度はオペレータが設定したエンジンスロットルの位置によって異なり、更にエンジンスロットルが一定であっても負荷によってエンジン回転速度は変化する。ポンプ５０，５１，５２はエンジンＥに直結されているので、エンジン回転速度が変化すると、ポンプ吐出量も変化するため、主制御弁１３，１４，１５のスプール位置が一定であっても、シリンダ速度はエンジン回転速度の変化に応じて変化してしまう。これを補正するためにエンジン回転速度センサ２３が取り付けられているのである。すなわち、エンジン回転速度が低い時は、バケット歯先の目標移動速度を遅くするようになっている。
【００５７】
目標法面角設定器付きモニタパネル１０（以下、単に「モニタパネル」と呼ぶ場合がある）は、目標法面角α（図９，１１参照），バケット復帰角の設定器として使用されるほか、バケット歯先４００の座標や計測された法面角あるいは計測された２点座標間距離の表示器としても使用されるようになっている。なお、このモニタパネル１０は、操作レバー６，８とともに運転操作室６００内に設けられる。
【００５８】
すなわち、本実施形態にかかるシステムにおいては、従来のパイロット油圧ラインに圧力センサ１９及び圧力スイッチ１６を組込み、操作レバー６，８の操作量を検出し、レゾルバ２０，２１，２２を用いてフィードバック制御を行ない、制御は各シリンダ１２０，１２１，１２２毎にフィードバック制御ができるような構成となっている。これにより、圧力補償弁等の油器の追加が不要となる。
【００５９】
また、本実施形態にかかるシステムは、車両傾斜角センサ２４を用いて、上部旋回体１００の傾斜による影響を補正し、コントローラ１からの電気信号にて、シリンダ１２０，１２１，１２２を駆動するために電磁比例弁３Ａ〜３Ｃを利用した構成にもなっている。なお、手動／半自動モード切替スイッチ９によりオペレータは任意にモードを選択できるようになっているほか、目標法面角を設定することもできるようになっているのである。
【００６０】
つぎに、コントローラ１にて行なわれる半自動システムの制御アルゴリズムについて述べるが、このコントローラ１にて行なわれる半自動制御モード（バケット自動復帰モードを除く）の制御アルゴリズムは概略図４に示すようになっている。すなわち、最初に、バケット歯先１１２の移動速度及び方向を、目標法面設定角，スティックシリンダ１２１及びブームシリンダ１２０を制御するパイロット油圧，車両傾斜角，エンジン回転速度の情報より求める。次に、その情報を基に各シリンダ１２０，１２１，１２２の目標速度を演算する。この時、エンジン回転速度の情報はシリンダ速度の上限を決定するとき必要となる。
【００６１】
また、コントローラ１は、図３，４に示すように、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃをそなえており、各制御は、図４に示すように、制御フィードバックループとして構成されている。
ここで、本発明の建設機械の制御装置の要部について説明すると、図４に示す閉ループ制御内の補償構成は、ブーム制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃとも、基本的に、図５に示すように、変位，速度についてのフィードバックループとフィードフォワードループの多自由度構成となっており、制御ゲイン（制御パラメータ）可変のフィードバックループ式補償手段７２と、制御ゲイン（制御パラメータ）可変のフィードフォワード式補償手段７３とをそなえて構成されている。
【００６２】
すなわち、操作レバー（アーム機構操作部材）６，８の操作位置情報から目標シリンダ速度設定部（制御目標値設定手段）８０にて目標速度（制御目標値）が与えられると、フィードバックループ処理に関しては、目標速度と速度フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｖｐ（符号６２参照）を掛けるルートと、目標速度を一旦積分して（図５の積分要素６１参照）、この目標速度積分情報と変位フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｐｐ（符号６３参照）を掛けるルート（比例動作要素）と、上記目標速度積分情報と変位フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｐｉ（符号６４参照）を掛け更に積分（符号６６参照）を施すルート（積分動作要素）による処理がなされ、更にフィードフォワードループ処理に関しては、目標速度に所定のゲインＫｆ（符号６５参照）を掛けるルートによる処理がなされるようになっている。
【００６３】
つまり、本実施形態の制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、与えられた目標速度に基づいて、ブーム２００，スティック３００が所定の姿勢となるように（本実施形態では、特に、バケット４００が所定の移動速度で移動するように）、少なくとも比例動作要素及び積分動作要素を有するフィードバック制御系にて、油圧シリンダ１２０，１２１，１２２をそれぞれ制御するようになっている。
【００６４】
なお、上記のゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆの値は、それぞれゲインスケジューラ（制御パラメータ用スケジューラ）７０によって変更可能に構成されており、このようにゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆの値を変更，補正することで、ブーム２００やバケット４００等を目標とする動作状態に制御するようになっている。
【００６５】
また、図５に示すように、非線形除去テーブル７１が、電磁比例弁３Ａ〜３Ｃや主制御弁１３〜１５等の非線形性を除去するために設けられているが、この非線形除去テーブル７１を用いた処理は、テーブルルックアップ手法を用いることにより、コンピュータにて高速に行なわれるようになっている。
ところで、本実施形態では、前述したようにシリンダ１２０〜１２２のための油圧回路に、シリンダ１２０〜１２２の伸縮変位速度がそれぞれシリンダ１２０〜１２２に作用する負荷に依存するオープンセンタ型のものが用いられているため、バケット４００の歯先１１２にひっかかていた掘削中の岩が崩れるなどしてブーム２００，スティック３００に作用していた負荷が急に抜けると、各シリンダ１２０，１２１は、突然、目標速度を大幅に上回る速度で動き出してしまう可能性がある。
【００６６】
そこで、本実施形態ではこのような現象を回避すべく、上述の各制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃのうち、制御部１Ｂについては、図６に示すように、上述の構成に加えて、シリンダ負荷検出部８１，スイッチ８２，８３，ローパスフィルタ８４，微分処理部８５，スイッチ制御部８６および目標シリンダ速度補正部８７を設けるとともに、ゲインスケジューラ７０にＩゲイン補正部７０ａを設けている。
【００６７】
ここで、シリンダ負荷検出部８１は、油圧シリンダ１２１の負荷状態を検出するものであり、スイッチ８２，８３は、いずれも、このシリンダ負荷検出部８１で検出された油圧シリンダ１２１の負荷情報をそのまま目標シリンダ速度補正部８７へ出力するルート８８とローパスフィルタ８４で積分処理を施してから目標シリンダ速度補正部８７へ出力するルート８９とを切り替えるもので、それぞれスイッチ制御部８６によって同時に切り替えられるようになっている。
【００６８】
また、目標シリンダ速度補正部（速度低減補正手段）８７は、シリンダ負荷検出部８１で検出されたシリンダ負荷が所定値以上の場合に、そのときのシリンダ負荷状態に応じ、目標シリンダ速度設定部８０で設定された目標速度を低減させて、油圧シリンダ１２１によるバケット４００の移動速度を低減させるもので、例えば図７に示すような特性を有する目標バケット速度係数をルート８８又は８９を通じて入力される負荷情報に掛けることにより、シリンダ負荷の増大に伴って目標速度の低減量を増大させてバケット４００の移動速度を低減させるようになっている。
【００６９】
これにより、制御部１Ｂは、シリンダ１２１の負荷が急激に抜けた場合でも、シリンダ１２１の伸縮変位（バケット４００の移動速度）を急激に変動させることなくスムーズに制御することが可能になる。
ところで、上述のローパスフィルタ（積分手段）８４は、本実施形態では、この図６中に示すような積分特性を有し、シリンダ負荷検出部８１で検出された油圧シリンダ１２１の負荷情報が入力されると、その負荷情報を積分してその変化を時間軸に対して緩慢にするためのもので、これにより、スイッチ８２，８３が本ローパスフィルタ８４（ルート８９）側に切り替えられた場合は目標シリンダ速度補正部８７への入力負荷情報の変化が緩慢になるようになっている。なお、この積分手段にはローパスフィルタ以外の積分回路を用いてもよい。
【００７０】
さらに、微分処理部８５は、シリンダ負荷検出部８１で検出された負荷情報に対して微分処理を施すことによって負荷情報の時間変化率を検出するものであり、スイッチ制御部８７は、この微分処理部８５で得られた負荷情報の変化率に応じて、各スイッチ８２，８３を切り替えるもので、ここでは、負荷情報の変化率が正のときに各スイッチ８２，８３をルート８８側に切り替え、負のときに各スイッチ８２，８３をルート８９側に切り替えるようになっている。
【００７１】
つまり、本制御部１Ｂは、負荷情報の変化率が負（シリンダ１２１に作用している負荷が抜けてゆくとき）で、シリンダ負荷検出部８１で検出されたシリンダ負荷が所定値以上の状態から所定値より小さい状態となる過渡状態下では、スイッチ８２，８３をローパスフィルタ８４側に切り替え、ローパスフィルタ８４を通じて得られた負荷情報に基づいて、油圧シリンダ１２１によるバケット４００の移動速度を増大させるようになっているのである。
【００７２】
これにより、制御部１Ｂは、シリンダ１２１に作用している負荷が抜けてゆくときには、ローパスフィルタ８４を通じてその変化を緩慢にせしめられた負荷情報を基にバケット４００の移動速度を増大させるので、バケット４００に作用している負荷が急に抜けてもバケット４００をゆっくりとスムーズに動作させることができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、ローパスフィルタ８４と目標シリンダ速度補正部８７とでこの機能（速度増大補正手段）が実現されている。
一方、ゲインスケジューラ７０に設けられたＩゲイン補正部７０ａは、シリンダ負荷検出部８１で検出されたシリンダ負荷情報が所定値以上の場合に、そのシリンダ負荷状態に応じ、積分動作要素であるＩゲインＫｐｉによるフィードバック制御を規制するもので、ここでは、ＩゲインＫｐｉに例えば図８に示すような特性を有するＩゲイン係数を掛けることにより、シリンダ負荷の増大に応じて、ＩゲインＫｐｉによるフィードバック制御の規制量を増大させて、ＩゲインＫｐｉをゼロに近づけるようになっている。
【００７４】
つまり、このＩゲイン補正部７０ａは、シリンダ１２１の負荷が極端に大きくなり所定値以上となった場合でも、シリンダ１２１の伸縮変位速度が積分動作要素により増大し続けてしまうことを防止するようになっているのである。なお、このとき、他のゲインＫｆ，Ｋｐｐ，Ｋｖｐ（比例動作要素）についてはこのような規制は行なわないので、バケット４００による掘削時に必要最低限の掘削力（シリンダ１２１の伸縮変位速度）はこれらのゲインＫｆ，Ｋｐｐ，Ｋｖｐにより確保（維持）される。
【００７５】
なお、本実施形態では、制御部１Ｂのみを図６に示す構成としているが、ブーム制御系である制御部１Ａも図６に示すものと同様に構成してもよい。
このような構成により、油圧ショベルを用いて、図１４に示すような目標法面角αの法面掘削作業を半自動で行なう際に、本発明によるシステムでは、従来の手動制御のシステムに比して、ブーム２００及びスティック３００の合成移動量を掘削速度に合わせて自動調整する電子油圧システムにより、上記のような半自動制御機能を実現することができる。即ち、油圧ショベルに搭載されたコントローラ１へ種々のセンサからの検出信号（目標法面角の設定情報を含む）が入力され、このコントローラ１が、これらのセンサからの検出信号（信号変換器２６を介したレゾルバ２０〜２２での検出信号も含む）に基づき、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃを介して、主制御弁１３，１４，１５を制御することにより、ブーム２００，スティック３００，バケット４００が所望の伸縮変位となるような制御を施して、上記のような半自動制御を実行するのである。
【００７６】
ここで、この半自動制御に際しては、まず、バケット歯先１１２の移動速度及び方向を、目標法面設定角，スティックシリンダ１２１及びブームシリンダ１２０を制御するパイロット油圧，車両傾斜角，エンジン回転速度の情報より求め、その情報を基に各シリンダ１２０，１２１，１２２の目標速度を演算するのである。なお、この時エンジン回転速度の情報はシリンダ速度の上限を決定する時必要となる。
【００７７】
そして、このとき、本実施形態では、前述したように、制御部１Ｂにおいて、シリンダ負荷検出部８１で検出されたシリンダ負荷が所定値以上となると、シリンダ負荷の増大に伴って目標速度の低減量を増大させてバケット４００の移動速度を低減させるとともに、ＩゲインＫｐｉによるフィードバック制御の規制量を増大させてＩゲインＫｐｉをゼロに近づける。
【００７８】
これにより、バケット４００は、歯先１１２にひっかかていた掘削中の岩が崩れるなどしてシリンダ１２１の負荷が急激に抜けた場合でも、その移動速度が急激に変動することなくスムーズに制御される。また、シリンダ１２１に作用している負荷が抜けてゆくときには、ローパスフィルタ８４を通じてその変化を緩慢した負荷情報を基にバケット４００の移動速度を増大させるので、上述のごとくバケット４００に作用している負荷が急に抜けてもバケット４００はゆっくりとスムーズに動作する。
【００７９】
なお、上述の半自動システムにおける目標法面角の設定は、モニタパネル１０上のスイッチによる数値入力による方法，２点座標入力法，バケット角度による入力法によりなされ、同じく半自動システムにおけるバケット復帰角の設定は、モニタパネル１０上のスイッチによる数値入力による方法，バケット移動による方法によりなされるが、いずれも公知の手法が用いられる。
【００８０】
また、上記各半自動制御モードとその制御法は、レゾルバ２０〜２２で検出された角度情報を信号変換器２６でシリンダ伸縮変位情報に変換したものに基づいて、次のようにして行なわれる。
まず、バケット角度制御モードでは、バケット４００とｘ軸となす角（バケット角）φを任意の位置で一定となるように、バケットシリンダ１２２長さを制御する。このとき、バケットシリンダ長さλbkは、ブームシリンダ長さλbm，スティックシリンダ長さλst及び上記の角度φが決まると求められる。
【００８１】
スムージングモードでは、バケット角度φは一定に保たれるから、バケット歯先位置１１２と節点１０８は平行に移動する。まず、節点１０８がｘ軸に対して平行に移動する場合（水平掘削）を考えると、次のようになる。すなわち、この場合は、掘削を開始するリンケージ姿勢における節点１０８の座標を（ｘ108 ，ｙ108 ）とし、この時のリンケージ姿勢におけるブームシリンダ１２０とスティックシリンダ１２１のシリンダ長さを求め、ｘ108 が水平に移動するようにブーム２００とスティック３００の速度を求める。なお、節点１０８の移動速度はスティック操作レバー８の操作量によって決定される。
【００８２】
また、節点１０８の平行移動を考えた場合、微小時間Δｔ後の節点１０８の座標は（ｘ108 ＋Δｘ，ｙ108 ）で表わされる。Δｘは移動速度によって決まる微小変位である。従って、ｘ108 にΔｘを考慮することで、Δｔ後の目標ブーム及びスティックシリンダの長さが求められる。
法面掘削モードでは、スムージングモードと同様の要領の制御でよいが、移動する点が節点１０８からバケット歯先１１２の位置へ変更され、更にバケットシリンダ長さが固定されることを考慮した制御となる。
【００８３】
また、車両傾斜センサ２４による仕上げ傾斜角の補正については、フロントリンケージ位置の演算は図９における節点１０１を原点としたｘｙ座標系で行なわれる。従って、車両本体がｘｙ平面に対して傾斜した場合、上記ｘｙ座標が回転し、地面に対する目標傾斜角が変化してしまう。これを補正するため、車両に傾斜角センサ２４を取り付け、この傾斜角センサ２４によって、車両本体がｘｙ平面に対してβだけ回転していることが検出された場合、βだけ加算した値と置き直すことによって補正すればよい。
【００８４】
エンジン回転速度センサ２３による制御精度悪化の防止については、以下のとおりである。即ち、目標バケット歯先速度の補正については、目標バケット歯先速度はスティック及びブーム／バケット操作レバー６，８の位置とエンジン回転速度で決定される。また、油圧ポンプ５１，５２はエンジンＥに直結されているため、エンジン回転速度が低い時、ポンプ吐出量も減少し、シリンダ速度が減少してしまう。そのため、エンジン回転速度を検出し、ポンプ吐出量の変化に合うように目標バケット歯先速度を算出しているのである。
【００８５】
また、目標シリンダ速度の最大値の補正については、目標シリンダ速度はリンケージの姿勢及び目標法面傾斜角によって変化することと、ポンプ吐出量がエンジン回転速度の低下に伴い減少する場合、最大シリンダ速度も減少させる必要があることとを考慮した補正が行なわれる。なお、目標シリンダ速度が最大シリンダ速度を越えた時は、目標バケット歯先速度を減少して、目標シリンダ速度が最大シリンダ速度を越えないようにする。
【００８６】
以上、種々の制御モードとその制御法について説明したが、いずれもシリンダ伸縮変位情報に基づいて行なう手法で、この手法による制御内容については公知である。すなわち、本実施形態にかかるシステムでは、レゾルバ２０〜２２で角度情報を検出したのちに、角度情報を信号変換器２６でシリンダ伸縮変位情報に変換しているので、以降と公知の制御手法を使用できるのである。
【００８７】
以上のように、本実施形態にかかるシステムでは、制御部１Ｂにおいて、スティックシリンダ１２１の負荷が所定値以上の場合に、目標速度を低減してその伸縮変位速度を低減させるようにスティックシリンダ１２１を制御するので、シリンダ１２１の負荷が急激に抜けた場合でも、その伸縮変位を急激に変動させることなくバケット４００を極めてスムーズに制御することができる。従って、法面形成などの所望の建設作業における仕上げ精度が大幅に向上する。
【００８８】
また、このとき、制御部１Ｂでは、目標速度とスティック３００の姿勢情報とに基づいて、バケット４００が所定の移動速度で移動するように、シリンダ１２１をフィードバック制御するので、より正確にバケット４００の移動速度を制御することができ、さらに所望の建設作業における仕上げ精度が向上する。
ここで、上記のスティック３００の姿勢情報は、本実施形態では、シリンダ１２１の伸縮変位情報から検出するようになっているので、極めて簡素な構成で簡便に得られ、コントローラ１の簡素化に大いに寄与している。
【００８９】
また、シリンダ１２１の負荷が所定値以上の場合には、その負荷状態に応じて、ＩゲインＫｐｉによるシリンダ１２１のフィードバック制御を規制するので、必要最低限のシリンダ１２１の伸縮変位速度（バケット４００の掘削力）は確保（維持）しつつ、上記の伸縮変位速度が積分動作要素により増大し続けてしまうことを確実に防止することができる。従って、所望の建設作業を高精度に、且つ、効率良く行なうことが可能になる。
【００９０】
さらに、本実施形態では、シリンダ１２１の負荷の増大に伴い、目標速度の低減量を増大させて（図７参照）、バケット４００の移動速度を低減させるので、簡易な設定で、極めてスムーズにバケット４００の移動速度を低減（変化）させることができ、コントローラ１の簡素化と性能向上に大いに寄与している。
また、本実施形態では、図８により前述したように、シリンダ１２１の負荷の増大に伴い、ＩゲインＫｐｉによるフィードバック制御の規制量を増大させるので、簡易な設定で極めて迅速に、ＩゲインＫｐｉによるシリンダ１２１の伸縮変位速度（バケット４００の移動速度）の増大を抑止して、シリンダ１２１に対する急激な負荷変化に対応することができるようになっている。
【００９１】
さらに、シリンダ１２１の負荷が所定値より小さい状態となる過渡状態下では、ローパスフィルタ８４を通じてその変化を緩慢にした負荷情報を基に、バケット４００の移動速度を増大させるので、シリンダ１２１の負荷が急に抜けた場合でも、バケット４００の移動速度をゆっくり増大させることができる。従って、バケット４００は急に負荷が抜けても極めてスムーズに制御され、これにより、さらに所望の建設作業の仕上げ精度が大幅に向上する。
【００９２】
なお、上述の制御部１Ｂは、シリンダ１２１のための油圧回路がオープンセンタ型のものである場合に特に有効であるが、他のタイプのものに適用しても上記と同様の作用・効果が期待できる。
また、本実施形態では、制御部１Ｂに、Ｉゲイン補正部７０ａ，ローパスフィルタ８４および目標シリンダ速度補正部８７を設けているが、少なくとも目標シリンダ速度補正部８７を設ければ、シリンダ１２１に対する急激な負荷変化に対応することが可能である。
【００９３】
一方、上述のようにして、コントローラ１にて、各種の制御がなされるが、本実施形態にかかるシステムでは、レゾルバ２０〜２２で検出された角度情報信号が、信号変換器２６で、シリンダ変位情報に変換されて、コントローラ１へ入力されているので、従来のように、ブーム２００，スティック３００，バケット４００用シリンダの各伸縮変位を検出するための高価なストロークセンサを使用しなくても、従来の制御系で使用していたシリンダ伸縮変位を用いた制御を実行することができる。これにより、コストを低く抑えながら、バケット４００の位置と姿勢を正確に且つ安定して制御しうるシステムを提供しうるのである。
【００９４】
また、フィードバック制御ループが各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立しており、制御アルゴリズムが変位、速度およびフィードフォワードの多自由制御としているので、制御系を簡素化できるほか、油圧機器の非線型性をテーブルルックアップ手法により高速に線形化することができるので、制御精度の向上にも寄与している。
【００９５】
さらに、車両傾斜センサ２４により車両傾斜の影響を補正したり、エンジン回転速度を読み込むことにより、エンジンスロットルの位置及び負荷変動による制御精度の悪化を補正しているので、より正確な制御の実現に寄与している。
また、外部ターミナル２を用いてゲイン調整等のメインテナンスもできるので、調整等が容易であるという利点も得られる。
【００９６】
さらに、圧力センサ１９等を用いてパイロット圧の変化により、操作レバー７，８の操作量を求め、更に従来のオープンセンタバルブ油圧システムをそのまま利用しているので、圧力補償弁等の追加を必要としない利点があるほか、目標法面角設定器付モニタ１０でバケット歯先座標をリアルタイムに表示することもできる。また、安全弁５を用いた構成により、システムの異常時における異常動作も防止できる。
【００９７】
なお、上述した実施形態では、本発明を油圧ショベルに適用した場合について説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、シリンダ式アクチュエータで駆動される関節式アーム機構を有するトラクタ，ローダ，ブルドーザ等の建設機械であれば同様に適用され、いずれの建設機械においても上述と同様の作用効果を得ることができる。
【００９８】
また、上述した実施形態では、シリンダ式アクチュエータを動作させる流体圧回路が油圧回路である場合について説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、作動油以外の液体圧や空気圧などによる流体圧回路を用いてもよく、この場合も上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、上述した実施形態では、油圧回路に介装されたポンプ５１，５２が吐出量可変型のものである場合について説明したが、油圧回路に介装されるポンプは吐出量固定型（固定容量型）のものでもよく、この場合も上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９９】
また、上述した実施形態では、エンジンＥが、例えばディーゼルエンジンである場合について説明したが、本発明は、流体圧回路に吐出圧を作用させるポンプを駆動することのできる原動機（各種内燃機関等）であればよく、ディーゼルエンジン等に限定されるものではない。
そして、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明とその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の建設機械の制御装置によれば、アーム部材を駆動するシリンダ式アクチュエータ（油圧シリンダ）の負荷が所定値以上の場合に、アーム機構操作レバーの操作位置情報から得られるシリンダ式アクチュエータ（油圧シリンダ）の伸縮変位速度に関する制御目標値を低減してその伸縮変位速度を低減させるようにこのアクチュエータ（油圧シリンダ）を制御するので、アクチュエータ（油圧シリンダ）の負荷が急激に抜けた（軽くなった）場合でも、その伸縮変位を急激に変動させることなく極めてスムーズに制御することができ、これにより、所望の建設作業における仕上げ精度を大幅に向上させることができる。
【０１０１】
このとき、制御目標値とアーム部材（ブーム，スティック）の姿勢情報とに基づいて、アーム部材が所定の姿勢となるように（バケットが所定の移動速度で移動するように）、上記のアクチュエータ（油圧シリンダ）をフィードバック制御すれば、より正確にアーム部材が所定の姿勢となるように制御することができるので、さらに所望の建設作業における仕上げ精度を向上させることができる。
【０１０２】
また、上記の姿勢情報は、上記のアクチュエータ（油圧シリンダ）の伸縮変位情報から検出することにより、極めて簡素な構成で簡便に得られるので、本制御装置の簡素化に大いに寄与する。
【０１０３】
また、このとき、上記のアクチュエータの負荷（シリンダ負荷）の増大に伴い、制御目標値の低減量を増大させて、上記のアクチュエータによる伸縮変位速度（バケット移動速度）を低減させるようにすれば、簡易な設定で、極めてスムーズにアクチュエータの伸縮変位速度（バケット移動速度）を低減（変化）させることができるので、本制御装置の簡素化と性能向上に大いに寄与する。
【０１０５】
また、上記のアクチュエータの負荷（シリンダ負荷）が所定値より小さい状態となる過渡状態下では、検出したアクチュエータの負荷（シリンダ負荷）の変化を積分手段を通じて緩慢にして、上記の伸縮変位速度（バケット移動速度）を増大させるようにすれば、アクチュエータ（油圧シリンダ）の負荷が急に抜けた場合でも、その伸縮変位速度（バケット移動速度）を緩慢に増大させることができるので、アーム部材を極めてスムーズに制御して所望の建設作業の仕上げ精度を大幅に向上させることができる。
【０１０６】
なお、上記の積分手段として、ローパスフィルタを用いれば、極めて簡素な構成で且つ容易に上記の制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる制御装置を搭載した油圧ショベルの模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる制御システム構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる制御装置の制御系構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる制御システムの全体構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる要部制御ブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる要部制御ブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる目標シリンダ速度補正部の特性を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかるＩゲイン補正部の特性を説明するための図である。
【図９】本発明による油圧ショベルの動作部分の概略図である。
【図１０】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１１】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１２】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１３】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１４】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１５】従来の油圧ショベルの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１  コントローラ（制御手段）
１Ａ〜１Ｃ  制御部
２  外部ターミナル
３Ａ〜３Ｃ  電磁比例弁
４Ａ〜４Ｃ  電磁切替弁
５  安全弁
６  ブーム，バケット操作レバー
７  バケット自動復帰スタートスイッチ
８  スティック操作レバー
９  法面掘削スイッチ
１０  目標法面角設定器付モニタパネル
１１  スティック合流比例弁
１１Ａ  ブーム（第１）補正制御系
１１Ｂ  スティック（第２）補正制御系
１３  ブーム用主制御弁
１４  スティック用主制御弁
１５  バケット用主制御弁
１６  圧力スイッチ
１７  セレクタ弁（操作レバー用）
１８  セレクタ弁（手動／半自動モード用）
１９  圧力センサ
２０  ブームシリンダ用レゾルバ（第１角度センサ：ブーム姿勢検出手段）
２１  スティックシリンダ用レゾルバ（第２角度センサ：スティック姿勢検出手段）
２２  バケットシリンダ用レゾルバ（第３角度センサ）
２３  エンジン回転速度センサ
２４  傾斜角センサ
２６  信号変換器（変換手段）
２６Ａ  入力インタフェース
２６Ｂ  メモリ
２６Ｂ−１  ルークアップテーブル
２６Ｃ  主演算装置（ＣＰＵ）
２６Ｄ  出力インタフェース
２７  エンジンポンプコントローラ
２８Ａ，２８Ｂ  圧力センサ
５０  パイロットポンプ
５１，５２  ポンプ
７０  ゲインスケジューラ
７０ａ  Ｉゲイン補正部
７１  非線形除去テーブル
７２  フィードバックループ式補償手段
７３  フィードフォワードループ式補償手段
８１  シリンダ負荷検出部
８２，８３  スイッチ
８４  ローパスフィルタ（速度増大補正手段）
８５  微分処理部
８６  スイッチ制御部
８７  目標シリンダ速度補正部（速度低減補正手段）
８８，８９  ルート
１００  上部旋回体（建設機械本体）
１１２  歯先
１２０  ブームシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１２１  スティックシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１２２  バケットシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１３０  リンク機構
２００  ブーム
３００  スティック
４００  バケット
５００  下部走行体
５００Ａ  無限軌条部
６００  運転操作室
Ｅ  エンジン
【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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