(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相互に枢着された少なくとも一対のアーム部材をシリンダ式アクチュエータで駆動する際に、検出された上記の各アーム部材の姿勢情報に基づいて、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建設機械の制御装置において、
該一対のアーム部材のそれぞれが、自己以外の他のアーム部材の制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、自己のアーム部材の制御系における制御目標値を補正すべく、相互に連携して制御されるように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、
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と、
該姿勢検出手段で検出された検出結果に基づいて、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制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段が、
該一対のアーム部材のうちの一方のアーム部材のための第１シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御する第１制御系と、
該一対のアーム部材のうちの他方のアーム部材のための第２シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御する第２制御系とをそなえるとともに、
該第２制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、該第１制御系の制御目標値を補正する第１補正制御系と、
該第１制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、該第２制御系の制御目標値を補正する第２補正制御系とをそなえて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３】
該姿勢検出手段が、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２記載の建設機械の制御装置。
【請求項４】
該第１補正制御系に、該第２制御系におけるフィードバック偏差情報から該第１制御系の制御目標値を補正するための第１補正値を発生する第１補正値発生部が設けられるとともに、
該第２補正制御系に、該第１制御系におけるフィードバック偏差情報から該第２制御系の制御目標値を補正するための第２補正値を発生する第２補正値発生部が設けられたことを特徴とする、請求項２記載の建設機械の制御装置。
【請求項５】
該第１補正制御系に、該第１補正値に対して第１重み係数を付加する第１重み係数付加部が設けられたことを特徴とする、請求項４記載の建設機械の制御装置。
【請求項６】
該第２補正制御系に、該第２補正値に対して第２重み係数を付加する第２重み係数付加部が設けられたことを特徴とする、請求項４記載の建設機械の制御装置。
【請求項７】
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、
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、
該ブーム姿勢検出手段の検出結果に基づいて、該ブーム油圧シリンダをフィードバック制御するブーム制御系と、
該スティック姿勢検出手段の検出結果に基づいて、該スティック油圧シリンダをフィードバック制御するスティック制御系と、
該スティック制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、該ブーム制御系の制御目標値を補正するブーム補正制御系と、
該ブーム制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、該スティック制御系の制御目標値を補正するスティック補正制御系とをそなえて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８】
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ブーム油圧シリンダ伸縮変位検出手段として構成されるとともに、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スティック油圧シリンダ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７記載の建設機械の制御装置。
【請求項９】
該ブーム補正制御系に、該スティック制御系におけるフィードバック偏差情報から該ブーム制御系の制御目標値を補正するためのブーム補正値を発生するブーム補正値発生部が設けられるとともに、
該スティック補正制御系に、該ブーム制御系におけるフィードバック偏差情報から該スティック制御系の制御目標値を補正するためのスティック補正値を発生するスティック補正値発生部が設けられたことを特徴とする、請求項７記載の建設機械の制御装置。
【請求項１０】
該ブーム補正制御系に、該ブーム補正値に対してブーム重み係数を付加するブーム重み係数付加部が設けら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】
該スティック補正制御系に、該スティック補正値に対してスティック重み係数を付加するスティック重み係数付加部が設けら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。
【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１４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、バケットのごとき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】
なお、上述の油圧ショベルは、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）が電磁弁などを用いてそれぞれ独立した電気制御系（フィードバックループ制御系）により制御されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に油圧ショベルでは、例えば、地面を平坦にならす（法面形成）といった作業を行なうために、バケット４００の歯先（つまり、スティック３００）を直線的に動かすという動作が必要になるが、上述のような従来のものでは、ブーム２００及びスティック３００をそれぞれ油圧シリンダ１２０，１２１により独立制御されるようになっているため、法面を高精度に仕上げることが非常に困難になっている。
【０００６】
すなわち、上述のごとくブーム２００及びスティック３００を電磁弁などを用いて電気的にフィードバック制御する場合、それぞれ対応する油圧シリンダ１２０，１２１を独立して制御すると、たとえそれぞれのフィードバック制御偏差が小さくても、ブーム２００，スティック３００の位置（姿勢）によっては、これらの制御偏差が無視できなくなり、目標とするバケット４００の歯先位置（制御目標値）に対する誤差が非常に大きくなってしまう場合がある。
【０００７】
例えば、バケット４００がこれから法面を形成しようとしている位置にあるときに、上記の制御偏差のためにスティック３００に対してブーム２００の制御が遅れると、バケット４００の歯先が地面に食い込むことになり、逆に、ブーム２００に対してスティック３００の制御が遅れると、バケット４００が宙に浮いたまま動作する状態となってしまう。
【０００８】
このように、ブーム２００及びスティック３００をそれぞれ完全に独立制御することは、制御目標値を維持しながらブーム２００及びスティック３００を動作させることを極めて困難にしてしまっている。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、上記フィードバック制御時の制御偏差を考慮してブーム，スティックなどのアーム部材を制御することにより、常に、フィードバック偏差情報を無くした理想的な状態でアーム部材を動作させて所定の作業を高精度に行なえるようにした、建設機械の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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相互に枢着された少なくとも一対のアーム部材をシリンダ式アクチュエータで駆動する際に、検出された上記の各アーム部材の姿勢情報に基づいて、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建設機械の制御装置において、上記の一対のアーム部材のそれぞれが、自己以外の他のアーム部材の制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、自己のアーム部材の制御系における制御目標値を補正すべく、相互に連携して制御されるように構成されたことを特徴としている。
【００１０】
上述のごとく構成された本発明の制御装置では、上記の一対のアーム部材をそれぞれ制御する際、自己以外の他のアーム部材の制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、自己のアーム部材の制御系における制御目標値を補正しながら各アーム部材を相互に連携して制御するので、フィードバック偏差情報を無くした理想的な状態で各アーム部材を動作させることができる。
【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、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と、この姿勢検出手段で検出された検出結果に基づいて、上記の各アーム部材が所定の姿勢となるように、上記のシリンダ式アクチュエータを制御する制御手段とをそなえ、この制御手段が、上記一対のアーム部材のうちの一方のアーム部材のための第１シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御する第１制御系と、上記一対のアーム部材のうちの他方のアーム部材のための第２シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御する第２制御系とをそなえるとともに、この第２制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、第１制御系の制御目標値を補正する第１補正制御系と、第１制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、第２制御系の制御目標値を補正する第２補正制御系とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１２】
上述のごとく構成された本発明の制御装置では、制御手段（第１，第２制御系）が姿勢検出手段で検出された検出結果に基づいて各アーム部材が所定の姿勢となるように上記の各（第１，第２）アクチュエータを制御する際、第１，第２補正制御系がそれぞれ第２，第１制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて自己（第１，第２）の制御系の制御目標値を補正するので、各アクチュエータの制御状態を相互に考慮した制御目標値の補正が行なわれ、各アーム部材はフィードバック偏差情報を無くした理想的な状態で動作する。
【００１３】
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、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。これにより、本制御装置では、各アーム部材の姿勢情報を、シリンダ式アクチュエータの伸縮変位情報を検出することによって簡便に検出することができる。
【００１４】
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２記載の構成において、第１補正制御系に、第２制御系におけるフィードバック偏差情報から第１制御系の制御目標値を補正するための第１補正値を発生する第１補正値発生部が設けられるとともに、第２補正制御系に、第１制御系におけるフィードバック偏差情報から第２制御系の制御目標値を補正するための第２補正値を発生する第２補正値発生部が設けれらたことを特徴としている。
【００１５】
これにより、本制御装置では、第１補正制御系に第１補正値発生部を設け、第２補正制御系に第２補正値発生部を設けるという簡素な構成で、第１制御系の制御目標値を補正するための第１補正値，第２制御系の制御目標値を補正するための第２補正値をそれぞれ発生して、確実に、制御目標値の補正を行なうことができる。
【００１６】
さらに、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４記載の構成において、第１補正制御系に、上記の第１補正値に対して第１重み係数を付加する第１重み係数付加部が設けられたことを特徴としている。これにより、第１補正制御系では、第１制御系の制御目標値を補正するための第１補正値を必要に応じて可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができる。
【００１７】
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４記載の構成において、第２補正制御系に、上記の第２補正値に対して第２重み係数を付加する第２重み係数付加部が設けられたことを特徴としている。これにより、第２補正制御系でも、第２制御系の制御目標値を補正するための第２補正値を必要に応じて可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができる。
【００１８】
さらに、請求項７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、上記の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、上記の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、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、ブーム姿勢検出手段の検出結果に基づいて、ブーム油圧シリンダをフィードバック制御するブーム制御系と、スティック姿勢検出手段の検出結果に基づいて、スティック油圧シリンダをフィードバック制御するスティック制御系と、このスティック制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、ブーム制御系の制御目標値を補正するブーム補正制御系と、ブーム制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、スティック制御系の制御目標値を補正するスティック補正制御系とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１９】
上述のごとく構成された本発明の建設機械の制御装置では、ブーム／スティック制御系が対応するブーム／スティック姿勢検出手段で検出された検出結果に基づいてブーム／スティック油圧シリンダをフィードバック制御する際、ブーム／スティック補正制御系がそれぞれスティック／ブーム制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて自己の制御系の制御目標値を補正するので、常に、各油圧シリンダの制御状態を相互に考慮した制御目標値の補正が行なわれ、ブーム，スティックはそれぞれフィードバック偏差情報の無い理想的な状態で動作する。
【００２０】
また、請求項８記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項７記載の構成において、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ブーム油圧シリンダ伸縮変位検出手段として構成されるとともに、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スティック油圧シリンダ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】
これにより、本制御装置では、ブーム／スティックの姿勢情報を、ブーム／スティック油圧シリンダの伸縮変位情報を検出することによって簡便に検出することができる。
さらに、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７記載の構成において、ブーム補正制御系に、スティック制御系におけるフィードバック偏差情報からブーム制御系の制御目標値を補正するたためのブーム補正値を発生するブーム補正値発生部が設けられるとともに、上記のスティック補正制御系に、ブーム制御系におけるフィードバック偏差情報からスティック制御系の制御目標値を補正するたためのスティック補正値を発生するスティック補正値発生部が設けられたことを特徴としている。
【００２２】
これにより、本制御装置では、ブーム補正制御系にブーム補正値発生部を設け、スティック補正制御系にスティック補正値発生部を設けるという簡素な構成で、ブーム制御系の制御目標値を補正するためのブーム補正値，スティック制御系の制御目標値を補正するためのスティック補正値をそれぞれ発生して、確実に、制御目標値の補正を行なうことができる。
【００２３】
また、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、ブーム補正制御系に、上記のブーム補正値に対してブーム重み係数を付加するブーム重み係数付加部が設けられたことを特徴としている。これにより、ブーム補正制御系では、ブーム制御系の制御目標値を補正するためのブーム補正値を必要に応じて可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができる。
【００２４】
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９記載の構成において、スティック補正制御系に、上記のスティック補正値に対してスティック重み係数を付加するスティック重み係数付加部が設けられたことを特徴としている。これにより、スティック補正制御系でも、スティック制御系の制御目標値を補正するためのスティック補正値を必要に応じて可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができる。
【００２５】
【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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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９参照），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１０参照），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１１参照），バケット角自動復帰モード（オートリターンモード）（図１２参照）等がある。
【００３６】
ここで、バケット角制御モードは、図９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。
【００３７】
法面掘削モードは、図１０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り、バケット角φも掘削中一定に保たれる。
【００３８】
なお、本実施形態では、後述するように、法面掘削モードにおいてバケット４００の歯先１１２（スティック３００）を精度高く直線的に動かすことができるよう、従来のようにブーム２００，スティック３００を完全に独立したフィードバック制御系により制御するのではなく、相互に連携して制御するようになっている。
【００３９】
バケット自動復帰モードは、図１２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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
λｂｍ＝（Ｌ１０１１０２  ２＋Ｌ１０１１１１  ２−２Ｌ１０１１０２・Ｌ１０１１１１ｃｏｓ（  θｂｍ＋Ａｘｂｍ  ））１／２      ・・（１）
λｓｔ＝（Ｌ１０３１０４  ２＋Ｌ１０４１０５  ２−２Ｌ１０３１０４・Ｌ１０４１０５ｃｏｓθｓｔ）１／２    ・・（２）
λｂｋ＝（Ｌ１０６１０７  ２＋Ｌ１０７１０９  ２−２Ｌ１０６１０７・Ｌ１０７１０９ｃｏｓθｂｋ）１／２    ・・（３）
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８参照）。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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８，１１参照），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。
【００６０】
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。ただし、本実施形態では、後述するように各シリンダ１２０，１２１は連携制御されるようになっている。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、各制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃとも、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。
【００６４】
すなわち、目標速度が与えられると、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。
【００６５】
このうち、フィードバックループ処理についてもう少し詳しく説明すると、本装置には、図５に示すように、シリンダ１２０〜１２２の動作情報を検出する動作情報検出手段９１が設けられており、コントローラ１では、この動作情報検出手段９１からの検出情報と、目標値設定手段８０で設定された目標動作情報（例えば、目標移動速度）とを入力情報として、ブーム２００等のアーム部材及び作業部材（バケット）４００が目標とする動作状態となるように制御信号を設定する。
【００６６】
なお、動作情報検出手段９１は、具体的には、ブーム２００，スティック３００の姿勢を検出する上述した姿勢情報検出手段８３であるが、この姿勢情報検出手段８３は、後述する運転状態検出手段９０としての機能を兼ね備えており、このような動作情報検出手段９１と後述の運転状態検出手段９０とにより、検出手段９３が構成されている。
【００６７】
一方、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のである。
【００６８】
すなわち、本装置には、図５に示すように、作動油の油温を検出する油温検出手段８１と、各シリンダ１２０〜１２２の負荷を検出するシリンダ負荷検出手段８２と、各シリンダの位置情報を検出するシリンダ位置検出手段８３とをそなえた運転状態検出手段９０が設けられており、上記ゲインスケジューラ７０は、この運転状態検出手段９０からの検出情報（即ち、建設機械の運転情報）に基づいて、各ゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆを変更するように構成されているのである。
【００６９】
このうち、油温検出手段８１は、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃの近傍に設けられた温度センサであり、ゲインスケジューラ７０では、油圧シリンダ１２０〜１２２に関連する温度に応じて各ゲインを補正するようになっている。なお、油圧シリンダ１２０〜１２２に関連する温度とは、例えば、制御用油（パイロットオイル）の温度であり、ここでは、パイロットオイルの温度が作動油の温度を代表する代表油温として検出されるようになっている。
【００７０】
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、図４に示すように、ブーム制御系（第１制御系）１Ａ′にスティック制御系（第２制御系）１Ｂ′におけるフィードバック制御偏差（フィードバック偏差情報）が供給されるとともに、スティック制御系１Ｂ′にブーム制御系１Ａ′におけるフィードバック制御偏差が供給され、各制御系１Ａ′，１Ｂ′においてこのフィードバック制御偏差に基づいてブーム／シリンダの制御目標値（位置，速度）の補正を行なうようになっている。
【００７１】
このため、コントローラ１は、図６に示すように、上記のブーム制御系１Ａ′，スティック制御系１Ｂ′のほかに、スティック制御系１Ｂ′におけるフィードバック制御偏差に基づいてブーム制御系１Ａ′の制御目標値を補正するブーム（第１）補正制御系１１Ａとして、ブーム（第１）補正値発生部１１１Ａとブーム（第１）重み係数付加部１１２Ａとをそなえるとともに、ブーム制御系１Ａ′におけるフィードバック制御偏差に基づいてスティック制御系１Ｂ′の制御目標値を補正するスティック（第２）補正制御系１１Ｂとして、スティック（第２）補正値発生部１１１Ｂとブーム（第２）重み係数付加部１１２Ｂとを有している。
【００７２】
ここで、上記のブーム補正値発生部１１１Ａは、スティック制御系１Ｂ′におけるフィードバック制御偏差（以下、単に制御偏差ということがある）からブーム制御系１Ａ′におけるブームシリンダ１２０の制御目標値を補正するためのブーム補正値（ブーム修正量）を発生するもので、ここでは、この図６中に示すように、他の制御系であるスティック制御系１Ｂ′からの制御偏差の大きさに略比例してブーム補正値を大きくするように設定されている。
【００７３】
また、ブーム補正値発生部１１１Ｂは、ブーム制御系１Ａ′における制御偏差からスティック制御系１Ｂ′におけるスティックシリンダ１２１の制御目標値を補正するためのブーム補正値を発生するもので、上述のブーム補正値発生部１１１Ａと同様に、他の制御系であるブーム制御系１Ａ′からの制御偏差の大きさに略比例してブーム補正値を大きくするように設定されている。
【００７４】
さらに、ブーム重み係数付加部１１２Ａ，スティック重み係数付加部１１２Ｂは、それぞれ対応するブーム補正値発生部１１１Ａ，スティック補正値発生部１１１Ｂで発生したブーム補正値，スティック補正値に対して重み係数を付加するもので、ここでは、例えば図７に示すように、ブーム補正値にはブーム重み係数付加部１１２Ａにより実線で示すような特性（バケット４００の歯先位置と建設機械本体１００との距離に応じて付加する係数の正負が入れ代わるような特性）を有するブーム重み係数がかけられる一方、スティック補正値にはスティック重み係数付加部１１２Ｂにより破線で示すような特性（上記ブーム重み係数と略逆特性）を有するスティック重み係数がかけられるようになっている。
【００７５】
これにより、各補正制御系１１Ａ，１１Ｂでは、各制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値を補正するための補正値が可変になり、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができるようになる。なお、上述のような重み係数付加部１１２Ａ（１１２Ｂ）は各補正制御系１１Ａ，１１Ｂのいずれか一方のみに設けてもよいが、ここでは、このように各補正制御系１１Ａ，１１Ｂの両方に設けることで、後述する制御偏差の相殺を高速に行なえるようにしている。
【００７６】
以下、上述のごとく構成されたコントローラ１での制御目標値の補正処理について説明する。例えば、法面掘削モード（バケット歯先直線掘削モード）において、バケット４００の歯先位置が建設機械本体１００に近い場所に位置するときに、ブーム２００（ブームシリンダ１２０）の制御がスティック３００（スティックシリンダ１２１）の制御に対して遅れると、スティック３００の動作速度が相対的に増加し、スティック制御系１Ｂ′において制御偏差が生じる。
【００７７】
この制御偏差はブーム補正制御系１１Ａのブーム補正値発生部１１１Ａに入力され、ブーム補正値発生部１１１Ａは、受けた制御偏差の大きさに応じて、ブームシリンダ１２０の制御目標値を上げるためのブーム補正値を発生するが、今、バケット４００の歯先位置が建設機械本体１００に近い場所に位置するので、このブーム補正値にはブーム重み係数付加部１１２Ａにおいてその値を大きくするような正の重み係数がかけられる（図７中の実線参照）。
【００７８】
そして、このように重み係数をかけられたブーム補正値はブームシリンダ１２０の目標値と加算され、この結果、ブームシリンダ１２０の動作速度が増加する。
一方、このとき、ブーム制御系１Ａ′で生じた制御偏差がスティック補正制御系１１Ｂのスティック補正値発生部１１１Ｂに入力されており、スティック補正値発生部１１１Ｂは、受けた制御偏差の大きさに応じて、上述のブーム補正値発生部１１１Ａとは逆に、スティックシリンダ１２１の制御目標値を減少させるためのスティック補正値を発生するが、今、上述バケット４００の歯先位置が建設機械本体１００に近い場所に位置するので、このスティック補正値にはスティック重み係数付加部１１２Ｂにおいてその値を小さくするような負の重み係数がかけられる（図７中の破線参照）。
【００７９】
そして、このように重み係数をかけられたスティック補正値はスティックシリンダ１２１の目標値と加算され、この結果、スティックシリンダ１２１の動作速度が減少する。
これにより、ブーム制御系１Ａ′における制御偏差とスティック制御系１Ｂ′における制御偏差とが相互に相殺されることになり、ブーム２００，スティック３００は法面掘削モード（バケット歯先直線掘削モード）での直線的な掘削作業を安定して高精度に行なうことができる。
【００８０】
なお、バケット４００の歯先位置が建設機械本体１００から遠い場所に位置するときに、ブーム２００（ブームシリンダ１２０）の制御がスティック３００（スティックシリンダ１２１）の制御に対して遅れると、スティック３００の動作速度も遅れるが、この場合は、ブーム重み係数付加部１１２Ａにてブーム補正値に負の重み係数がかけられるとともに、ブーム重み係数付加部１１２Ｂにてブーム補正値に正の重み係数がかけられるので、スティックシリンダ１２１の動作速度が相対的に増加し制御偏差が相互に相殺されることになる。
【００８１】
つまり、上述のコントローラ１は、ブーム２００，スティック３００をそれぞれ制御する際、自己以外の制御系１Ｂ′，１Ａ′における制御偏差に基づいて、自己の制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値を補正しながらブーム２００，スティック３００を相互に連携して制御して、常に、各制御系１Ａ′，１Ｂにおける制御偏差を無くした理想的な状態でブーム２００，スティック３００を動作させるようになっているのである。
【００８２】
このような構成により、油圧ショベルを用いて、図１３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。
【００８３】
そして、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。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。
【００８４】
また、このときの制御は、基本的に、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎のフィードバックループとしているが、本実施形態では、前述したように、ブーム２００（ブームシリンダ１２０），スティック３００（スティックシリンダ１２１）をそれぞれ制御する際、自己以外の他の制御系１Ｂ′，１Ａ′における制御偏差に基づいて、自己の制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値をそれぞれ補正制御系１１Ａ，１１Ｂにおいて補正しながらブーム２００，スティック３００を相互に連携して制御して、常に、各制御系１Ａ′，１Ｂにおける制御偏差を無くした理想的な状態でブーム２００，スティック３００を動作させる。
【００８５】
なお、こ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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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８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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
このようにして、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】
また、ブーム２００（ブームシリンダ１２０），スティック３００（スティックシリンダ１２１）を、従来のようにそれぞれ完全に独立したフィードバック制御系により制御するのではなく、自己以外の他の制御系１Ｂ′，１Ａ′における制御偏差に基づいて、自己の制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値をそれぞれ補正制御系１１Ａ，１１Ｂにおいて補正しながらブーム２００，スティック３００を相互に連携して制御して、常に、各制御系１Ａ′，１Ｂにおける制御偏差を無くした理想的な状態でブーム２００，スティック３００を動作させるので、あらゆる建設作業（特に、バケット歯先直線掘削モードでの作業）を極めて高精度に行なうことができ、作業の仕上げ精度を大幅に向上することができる。
【００９８】
さらに、本実施形態では、レゾルバ２０，２１，信号変換器２６を用いて、ブーム２００，スティック３００の姿勢情報を、それぞれ油圧シリンダ１２０，１２１２１の伸縮変位情報を検出することによって簡便に検出することができるので、簡素な構成でブーム２００，スティック３００の姿勢情報を正確に得ることができる。
【００９９】
また、図６により前述したように、ブーム補正制御系１１Ａにブーム補正値発生部１１１Ａを設け、スティック補正制御系１１Ｂにスティック補正値発生部１１１Ｂを設けるという簡素な構成で、ブーム制御系１Ａ′の制御目標値を補正するためのブーム補正値，スティック制御系１Ｂ′の制御目標値を補正するためのスティック補正値をそれぞれ発生して、確実に、ブームシリンダ１２０，スティックシリンダ１２１の制御目標値の補正を行なうことができるので、補正処理時の信頼性も向上する。
【０１００】
さらに、ブーム補正制御系１１Ａに、ブーム重み係数付加部１１２Ａを設けるとともに、スティック補正制御系１１Ｂに、スティック重み係数付加部１１２Ｂを設けることにより、各補正値を必要に応じて可変にすることが可能になっているので、ブームシリンダ１２０，スティックシリンダ１２１の制御目標値の補正を柔軟に行なうことができ、ブーム２００，スティック３００がどのような状態（姿勢）にあっても常に最適な補正，制御を高速に行なうことができる。なお、このような重み係数付加部１１２Ａ（１１２Ｂ）は各補正制御系１１Ａ，１１Ｂのいずれか一方のみに設けるようにしてもよい。
【０１０１】
また、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
【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、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相互に枢着された少なくとも一対のアーム部材をそれぞれ制御する際、自己以外の他のアーム部材の制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、自己のアーム部材の制御系における制御目標値を補正しながら各アーム部材を相互に連携して制御するので、常に、フィードバック偏差情報を無くした理想的な状態で各アーム部材を動作させることができ、これにより、あらゆる建設作業を極めて高精度に行なうことができる（請求項１）。
【０１０５】
また、本発明の建設機械の制御装置によれば、第１／第２（ブーム／スティック）制御系が姿勢検出手段で検出された検出結果に基づいて第１／第２シリンダ式アクチュエータ（ブーム／スティック油圧シリンダ）を制御する際、第１／第２（ブーム／スティック）補正制御系がそれぞれ第２／第１（スティック／ブーム）制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて自己の制御系の制御目標値を補正するので、常に、各アクチュエータ（油圧シリンダ）の制御状態を相互に考慮した制御目標値の補正が行なわれ、各アーム部材（ブーム，スティック）はフィードバック偏差情報の無い理想的な状態で動作する。従って、この場合も、あらゆる建設作業を極めて高精度に行なうことができるようになる（請求項２，７）。
【０１０６】
なお、上記の姿勢検出手段は、上記のシリンダ式アクチュエータ（ブーム／スティック油圧シリンダ）の伸縮変位情報を検出する（ブーム／スティック）伸縮変位検出手段として構成すれば、各アーム部材（ブーム，スティック）の姿勢情報を、シリンダ式アクチュエータ（油圧シリンダ）の伸縮変位情報を検出することによって簡便に検出することができるので、簡素な構成で各アーム部材（ブーム，スティック）の姿勢情報を正確に得ることができる（請求項３，８）。
【０１０７】
また、本制御装置では、上記の第１（ブーム）補正制御系に第１（ブーム）補正値発生部を設け、第２（スティック）補正制御系に第２（スティック）補正値発生部を設けるという簡素な構成で、第１（ブーム）制御系の制御目標値を補正するための第１（ブーム）補正値，第２（スティック）制御系の制御目標値を補正するための第２（スティック）補正値をそれぞれ発生して、確実に、制御目標値の補正を行なうことができるので、補正処理時の信頼性も向上する（請求項４，９）。
【０１０８】
さらに、上記の第１（ブーム）補正制御系に、上記の第１（ブーム）補正値に対して第１（ブーム）重み係数を付加する第１（ブーム）重み係数付加部を設ければ、第１（ブーム）補正値を必要に応じて可変にすることができるので、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができ、アーム部材（ブーム）がどのような状態（姿勢）にあっても常に最適な補正，制御を行なうことができる（請求項５，１０）。
【０１０９】
また、上記の第２（スティック）補正制御系に、上記の第２（スティック）補正値に対して第２（スティック）重み係数を付加する第２（スティック）重み係数付加部を設ければ、第２（スティック）補正値も必要に応じて可変にすることができるので、この場合も、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができ、アーム部材（スティック）がどのような状態（姿勢）にあっても常に最適な補正，制御を行なうことができる（請求項６，１１）。
【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重み係数付加部の特性を説明するための図である。
【図８】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９】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】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
１Ａ′  ブーム（第１）制御系
１Ｂ′  スティック（第２）制御系
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
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
８０  目標値設定手段
８１  油温検出手段
８２  シリンダ負荷検出手段
８３  姿勢検出手段
９０  運転状態検出手段
９１  動作情報検出手段
１００  上部旋回体（建設機械本体）
１１１Ａ  ブーム（第１）補正値発生部
１１１Ｂ  スティック（第２）補正値発生部
１１２  歯先
１１２Ａ  ブーム（第１）重み係数付加部
１１２Ｂ  スティック（第２）重み係数付加部
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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