(57)【要約】【課題】フロント作業機で掘削や仕上げ，土羽打ちなどの作業を行なうに際し、かかる作業の開始時での位置合わせを容易にすることができるようにする。【解決手段】表示部１０には、１〜複数の目標作業面に関する情報が表示され、そのいずれかを作業面選択装置１１によって選択できる。また、作業モード選択装置１２により、選択された目標作業面での作業モードを選択できる。このように、目標作業面とその作業モードが選択され、操作レバー装置４ａ〜４ｆのいずれかが操作された状態でフロント位置合わせモード選択スイッチ９が操作されると、その操作期間、制御ユニット７がフロント位置合わせ制御動作を行ない、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆを動作させて、油圧ショベル１のバケットを選択された目標作業面に対して選択された作業モードに応じた目標位置に設定する。【選択図】図１
2008106440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節型のフロント作業機を構成する上下方向に回動可能なブーム，アーム及びバケットを含む複数のフロント部材と、該複数のフロント部材を夫々駆動する複数の油圧アクチュエータと、該複数のフロント部材の動作を指示する複数の操作手段と、該複数の操作手段の操作信号に応じて駆動され、該複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御弁とを備えた油圧ショベルに設けられ、該フロント作業機に掘削作業を連続して行なわせるフロント制御装置であって、
１面以上の目標掘削面を表示する表示手段と、
該表示手段で表示される１面以上の目標掘削面から１つの目標掘削面を選択する第１の選択手段と、
複数の作業モードから、目的とする作業モードを選択する第２の選択手段と、
該第１の選択手段で選択された該目標掘削面での、該第２の選択手段で選択された該作業モードによる該フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を演算する目標姿勢演算手段と、
該目標姿勢演算手段で演算された該目標姿勢に近づくように、該フロント作業機の姿勢を制御する制御演算手段と
を設け、
該フロント作業機の姿勢が該目標姿勢に近づくように、構成したことを特徴とする油圧ショベルの位置合わせ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の油圧ショベルの位置合わせ制御装置において、
前記目標姿勢演算手段は、前記第２の選択手段で選択された作業モードに応じて、前記フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を変更することを特徴とする油圧ショベルの位置合わせ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の油圧ショベルの位置合わせ制御装置において、
前記操作手段の近傍に位置合わせ作業スイッチを設け、
前記位置合わせ作業スイッチが押されているときのみ、前記フロント作業機の姿勢が、前記目標姿勢に近づくように、制御される動作が行なわれることを特徴とする油圧ショベルの位置合わせ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベルのフロント制御装置に係り、特に、掘削面での掘削，仕上げ，土羽打ちなどの作業の開始時のフロント作業機の位置合わせのための油圧ショベルのフロント制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルで掘削面の掘削作業や仕上げ作業，法面の成型作業（土羽打ち作業）を行なうには、ブームやアームなどの複数のフロント部材を同時に複合操作してバケット先端を直線状に動作させる必要がある。しかし、これらフロント部材は、夫々が関節部によって連結されて回動運動を行なうものであるため、これらフロント部材を操作してフロント作業機のバケット先端を直線状に移動させることは、熟練を伴う非常に困難な作業である。
【０００３】
そこで、このような作業を容易にするために、各種のフロント制御装置が従来提案されており、その一例として、掘削領域の掘削面に沿ってフロント作業機のバケット先端を移動させるようにしたフロント制御装置を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に記載のフロント制御装置は、フロント作業機の動き得る領域を制限した掘削制御を行なう領域制限掘削制御に際して、掘削時の負荷による影響を極力押さえるとともに、領域制限掘削制御の演算部分に干渉することなく、バケットの姿勢を一定に保持する制御を容易に組み込むことができるようにするものである。
【特許文献１】特開２００２−１６７７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術には、以下の問題点がある。
【０００６】
上記特許文献１に記載の領域制限掘削制御では、掘削領域の掘削面に沿ってフロント作業機のバケット先端を移動させることができ、バケットの姿勢を一定に保持しながら、このバケット先端を直線上を移動させることができる。
【０００７】
しかし、この特許文献１に記載のものは、掘削過程での制御を中心としたものであり、掘削開始時の目標とする掘削面に対する向きや掘削開始時のバケット位置（即ち、掘削開始位置）、さらには、バケットの姿勢などの位置合わせは、オペレータの技量に委ねられている。
【０００８】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、フロント作業機で掘削や仕上げ，土羽打ちなどの作業を行なうに際し、かかる作業の開始時での位置合わせを容易にすることができるようにした油圧ショベルの位置合わせ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、多関節型のフロント作業機を構成する上下方向に回動可能なブーム，アーム及びバケットを含む複数のフロント部材と、該複数のフロント部材を夫々駆動する複数の油圧アクチュエータと、該複数のフロント部材の動作を指示する複数の操作手段と、該複数の操作手段の操作信号に応じて駆動され、該複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御弁とを備えた油圧ショベルに設けられ、該フロント作業機に掘削作業を連続して行なわせるフロント制御装置であって、１面以上の目標掘削面を表示する表示手段と、該表示手段で表示される１面以上の目標掘削面から１つの目標掘削面を選択する第１の選択手段と、複数の作業モードから、目的とする作業モードを選択する第２の選択手段と、該第１の選択手段で選択された該目標掘削面での、該第２の選択手段で選択された該作業モードによる該フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を演算する目標姿勢演算手段と、該目標姿勢演算手段で演算された該目標姿勢に近づくように、該フロント作業機の姿勢を制御する制御演算手段とを設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、前記目標姿勢演算手段が、前記第２の選択手段で選択された作業モードに応じて、前記フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を変更することを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、本発明は、前記操作手段の近傍に位置合わせ作業スイッチを設け、前記位置合わせ作業スイッチが押されているときのみ、前記フロント作業機の姿勢が、前記目標姿勢に近づくように、制御される動作が行なわれることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フロント作業機の掘削開始時のバケットの位置決めを精度良く行なうことができるし、目標姿勢方向にのみ動作できるようになるので、短時間で位置決めを行なうことができるようになり、作業効率の向上ができる。
【００１３】
また、位置合わせ作業スイッチのオン・オフにより、バケットの位置決め機能を使用するか否かを選択できるので、必要な場合にのみかかる機能を使用でき、操作性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明によるフロント位置合わせ制御装置の一実施形態を油圧ショベルの油圧駆動装置とともに示す図であって、１は油圧ショベル、２は油圧ポンプ、３ａはブームシリンダ、３ｂはアームシリンダ、３ｃはバケットシリンダ、３ｄは旋回モータ、３ｅは左走行モータ、３ｆは右走行モータ、４ａはブーム操作レバー装置、４ｂはアーム操作レバー装置、４ｃはバケット操作レバー装置、４ｄは旋回操作レバー装置、４ｅは左走行モータ操作レバー装置、４ｆは右走行モータ操作レバー装置、５ａ〜５ｆは流量制御弁、６はをリリーフ弁、７は制御ユニット、７ａは情報記憶装置、８ａはブーム角度検出器、８ｂはアーム角度検出器、８ｃはバケット角度検出器、８ｄは上部旋回体角度検出器、９はフロント位置合わせモード選択スイッチ、１０は表示部、１１は作業面選択装置、１１ａは上キー、１１ｂは下キー、１１ｃは左キー、１１ｄは右キー、１１ｅは決定ボタン、１２は作業モード選択装置、１２ａは掘削モード選択ボタン、１２ｂ，１２ｃは仕上げモード選択ボタン、１２ｄは土羽打ちモード選択ボタンである。
【００１６】
同図において、油圧ショベル１の油圧駆動装置は、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２から吐出される圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆ（即ち、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，左走行モータ３ｅ，右左走行モータ３ｆ）と、これらアクチュエータ３ａ〜３ｆを操作するための複数の操作レバー装置４ａ〜４ｆ（即ち、ブームシリンダ３ａを操作するためのブーム操作レバー装置４ａ，アームシリンダ３ｂを操作するためのアーム操作レバー装置４ｂ，バケットシリンダ３ｃを操作するためのバケット操作レバー装置４ｃ，旋回モータ３ｄを操作するための旋回操作レバー装置４ｄ，左走行モータ３ｅを操作するための左走行モータ操作レバー装置４ｅ及び右左走行モータ３ｆを操作するための右走行モータ操作レバー装置４ｆ）と、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆ毎に設けられ、油圧ポンプ２から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ときに開くリリーフ弁６と、操作レバー装置４ａ〜４ｆの操作に応じた制御信号を生成し、流量制御弁５ａ〜５ｆに供給する制御ユニット７とから構成され、複数の操作レバー装置４ａ〜４ｆの操作に応じて、油圧ショベル１の被駆動部材を駆動する。
【００１７】
操作レバー装置４ａ〜４ｆは、操作信号としてその操作量に応じた電気信号を出力する電気レバー装置であり、制御ユニット７は操作レバー装置４ａ〜４ｆからの操作信号に応じた流量制御弁５ａ〜５ｆの制御信号を生成する。流量制御弁５ａ〜５ｆは、制御ユニット７からの制御信号をパイロット圧に変換する電気油圧変換手段、例えば、比例電磁弁を両端に備えた電気・油圧操作方式の制御弁であり、制御ユニット７からの制御信号に応じてこれら比例電磁弁が制御されることにより、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆに供給される圧油の流量が制御され、制御された圧油の流量に応じて油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆが駆動される。
【００１８】
ここで、かかる油圧駆動装置によって駆動される油圧ショベルの駆動部材について説明する。
【００１９】
図２は油圧ショベル１の外観を示す斜視図であって、１Ａはフロント作業機、１Ｂは車体、１ａはブーム、１ｂはアーム、１ｃはバケット、１ｄは上部旋回体、１ｅは下部走行体、１３は操作室、１４ａは左走行駆動体、１４ｂは右走行駆動体であり、図１に対応する部分らは同一符号を付けている。
【００２０】
同図において、油圧ショベル１は、垂直方向に夫々回動するブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃからなる多関節型のフロント作業機１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅからなる車体１Ｂとで構成されている。
【００２１】
フロント作業機１Ａでは、ブーム１ａの基端が上部旋回体１ｄの前部に支持されており、このブーム１ａの先端にアーム１ｂの一端が支持され、このアーム１ｂの他端にバケット１ｃが支持されている。ブーム１ａはブームシリンダ３ａによって垂直方向に回動するように駆動され、アーム１ｂはアームシリンダ３ｂによって垂直方向に回動するように駆動され、バケット１ｃはバケットシリンダ３ｃによって垂直方向に回動するように駆動される。
【００２２】
車体１Ｂでは、操作室１３を有する上部旋回体１ｄが旋回モータ３ｄ（図２では、図示せず）を介して下部走行体１ｅ上に取り付けられており、この旋回モータ３ｄが駆動されることにより、上部旋回体１ｄが下部走行体１ｅに対して旋回する。また、下部走行体１ｅには、車体１Ｂの前進方向に対して左側に左走行駆動体１４ａが、右側に右走行駆動体１４ｂが夫々設けられており、左走行駆動体１４ａが左走行モータ３ｅにより駆動されることにより、また、右走行駆動体１４ｂが右走行モータ３ｆにより駆動されることにより、油圧ショベル１が前進あるいは後進走行し、また、走行方向を変更することができる。
【００２３】
操作レバー装置４ａ〜４ｆは、図２に図示しないが、上部旋回体１ｄの操作室１３内に設けられており、ブーム操作レバー装置４ａが操作されることにより、ブームシリンダ３ａが制御されてブーム１ａが垂直方向に回転駆動される。同様に、アーム操作レバー装置４ｂやバケット操作レバー装置４ｃが操作されることにより、アームシリンダ３ｂやバケットシリンダ３ｃが垂直方向に回転駆動され、旋回操作レバー装置４ｄが操作されることにより、旋回モータ３ｄが駆動されて上部旋回体１ｄが旋回し、左走行モータ操作レバー装置４ｅや右走行モータ操作レバー装置４ｆとが操作されることにより、左走行モータ３ｅや右走行モータ３ｆが駆動されて、油圧ショベル１が前進，後進走行し、また、走行方向を変える。
【００２４】
以上のような油圧ショベル１に本発明によるフロント位置合わせ制御装置の一実施形態が設けられている。
【００２５】
即ち、図１において、１〜複数の目標作業面を表示する、例えば、液晶モニタのような表示装置１０と、複数の目標作業面から掘削などの作業対象とする目標作業面を選択する作業面選択装置１１と、目標作業面での作業モードを選択する作業モード選択装置１２と、作業開始点へのバケット１ｃ（図２）の位置合わせ制御を行なうフロント位置合わせモードの作業を行なわせるためのフロント位置合わせモード選択スイッチ９と、角度検出器８ａ〜８ｄが設けられ、これら表示装置１０，作業面選択装置１１，作業モード選択装置１２，フロント位置合わせモード選択スイッチ９及び角度検出器８ａ〜８ｄの出力情報が制御ユニット７に供給されることにより、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆの動作を制御して作業を行なうための開始点（目標位置）へのバケット１ｃの位置合わせ制御を行なうフロント位置合わせ制御装置が構成されている。
【００２６】
ここで、ブーム角度検出器８ａはブーム１ａ（図２）の回動支点に設けられて、ブーム１ａの回動角を検出するものであり、アーム角度検出器８ｂはアーム１ｂ（図２）の回動支点に設けられて、アーム１ｂの回動角を検出するものであり、バケット角度検出器８ｃはバケット１ｃ（図２）の回動支点に設けられて、バケット１ｃの回動角を検出するものであり、上部旋回体角度検出器８ｄは、上部旋回体１ｄ（図２）の方位角を検出するものであって、ここで、北方向を方位角零とする。
【００２７】
制御ユニット７には、油圧ショベル１でこれから掘削，仕上げもしくは土羽打ち作業する１〜複数の目標作業面に関する情報を記憶した情報記憶装置７ａが設けられており、表示部１０の電源をオンすると、この情報記憶装置７ａに記憶されている全ての目標作業面に関する情報が読み出され、表示部１０に表示される。作業面選択装置１１は、表示部１０に表示されている目標作業面に関する情報を基に、作業面を選択するためのものであって、この選択のための表示部１０に表示されているカーソル（図示せず）を上方に移動させる上キー１１ａと下方に移動させる下キー１１ｂと左方に移動させる左キー１１ｃと右方に移動させる右キー１１ｄと決定キー１１ｅとが設けられている。これらキー１１ａ〜１１ｄを操作することにより、表示部１０上でカーソルを作業対象とする目標作業面に関する情報の表示位置に移動させ、さらに、決定キー１１ｅを操作することにより、この作業対象とする目標作業面を選択することができる。このようにして選択された作業対象とする目標作業面に関する情報は、制御ユニット７に供給される。
【００２８】
なお、上記の１〜複数の目標作業面に関する情報は、図示しない情報読取装置によって読み取られて制御ユニット７の情報記憶装置７ａに記憶される。
【００２９】
作業モード選択装置１２には、掘削モード選択ボタン１２ａと、仕上げモード選択ボタン１２ｂ，１２ｃと、土羽打ちモード選択ボタン１２ｄとが設けられており、表示部１０で選択された目標作業面に対する作業モード、即ち、掘削モード，仕上げモード及び土羽打ちモードのいずれか１つを選択することができる。
【００３０】
フロント位置合わせモード選択スイッチ９は、操作室１３（図２）での操作パネルあるいは操作レバーのグリップ上に設けられたスイッチなどの入力手段であって、これが操作されることにより、フロント位置合わせ制御の開始を制御ユニット７に出力し、フロント位置合わせ制御の開始を制御ユニット７に指示するものである。表示部に表示される目標作業面に関する情報から、作業面選択装置１１の操作により、作業対象の目標作業面に関する情報が選択され、作業モード選択装置１２によって作業モードが選択された後、フロント位置合わせモード選択スイッチ９が操作されると、油圧ショベル１がこの選択された作業対象の目標作業面を選択された作業モードで作業する。
【００３１】
図３は油圧ショベル１の作業現場での目標作業面の表示部１０（図１）での表示方法の一具体例を示すものであって、同図（ａ）は斜め上方から見た斜視図、同図（ｂ）は上面図、同図（ｃ）は側面図であり、ＡはＡ面、ＢはＢ面、Ｃは作業対象の目標作業面、点ａ〜ｈは各面の角部である。
【００３２】
図３（ａ）〜（ｃ）において、Ａ面は点ｃ，ｄ，ｈ，ｇを角部とする水平面状の面とし、Ｂ面も点ａ，ｂ，ｆ，ｅを角部とする水平面状の面とする。これらＡ，Ｂ面間が作業対象とする目標作業面Ｃであり、点ｂ，ｃ，ｇ，ｆを角部とする傾斜面に掘削するものとする。この目標作業面ＣのＢ面側の境界線が角部ｂから角部ｆまでの線（以下、境界線ｂ−ｆという）であり、Ａ面側の境界線が角部ｃから角部ｇまでの線（以下、境界線ｃ−ｇという）である。
【００３３】
目標作業面Ｃに対する作業モードとして、上記のように、掘削モードと仕上げモードと土羽打ちモードとがあるが、いずれの作業モードにおいても、その作業開始するときには、油圧ショベル１のバケット１ｃの先端がこの目標作業面Ｃの作業を開始する位置に位置合わせされる。このバケット１ｃの先端が位置合わせされる位置は、目標作業面Ｃの上記の境界線ｂ−ｆ、あるいは境界線ｃ−ｇである。以下、かかる位置を目標位置という。この目標位置は作業を開始する境界線ｂ−ｆ、あるいは境界線ｃ−ｇ上に設定される。
【００３４】
この実施形態は、表示部１０で目標作業面Ｃを選択し、作業モード選択装置１２でこの目標作業面Ｃでの作業モードを選択して、フロント位置合わせモード選択スイッチ９を操作すると、この目標作業面Ｃに関する情報をもとに、制御ユニット７が流量制御弁５ａ〜５ｆを制御することにより、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆを制御し、ブーム１ａやアーム１ｂ，バケット１ｃなどのフロント作業機１Ａを動作させて、バケット１ｃの先端をこの目標作業面Ｃの作業を開始する境界線ｂ−ｆ、もしくは境界線ｃ−ｇ上の目標位置に移動させるものである。この場合、選択された作業モードに応じて、この目標位置でのバケット１ｃの姿勢も設定される。
【００３５】
図４は掘削モード選択ボタン１２ａ（図１）で掘削モードが選択された油圧ショベル１の図３に示す作業現場におけるバケット１ｃの目標位置を模式的に示す図であって、図２，図３に対応する部分には同一符号を付けている。
【００３６】
図４（ａ）は目標作業面Ｃよりも高いＢ面上に油圧ショベル１があって、下向きに傾斜した目標作業面Ｃを掘削する場合を示すものであって、かかる状態で掘削モード選択ボタン１２ａで掘削モードが選択されたときのフロント位置合わせ制御では、バケット１ｃの先端部（爪先）の目標位置がＡ面側の境界線ｃ−ｇ上に設定される。この目標作業面Ｃの掘削作業は、バケット１ｃがこの目標位置から矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
【００３７】
図４（ｂ）は目標作業面Ｃよりも低いＡ面上に油圧ショベル１があって、上向きに傾斜した目標作業面Ｃを掘削する場合を示すものであって、かかる状態で掘削モード選択ボタン１２ａで掘削モードが選択されたときのフロント位置合わせ制御では、バケット１ｃの目標位置はＢ面側の境界線ｂ−ｆ上に設定される。この目標作業面Ｃの掘削作業は、バケット１ｃがこの目標位置から矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
【００３８】
図４（ａ）の場合、バケット１ｃの複数の爪先の先端を結ぶ直線が境界線ｃ−ｇと一致するように、また、図４（ｂ）の場合、バケット１ｃの複数の爪先の先端を結ぶ直線が境界線ｂ−ｆと一致するように、夫々バケット１ｃの向きが設定されるが、これは上部旋回体１を回動させることにより、なされるものである。
【００３９】
なお、掘削モードでのフロント位置合わせ制御では、目標位置のみが制御対象となり、バケット１ｃの姿勢は制御の対象外となる。
【００４０】
図５は仕上げモード選択ボタン１２ｂ，１２ｃ（図１）で仕上げモードが選択された油圧ショベル１の図３に示す作業現場におけるバケット１ｃの目標位置とその姿勢を模式的に示す図であって、図２，図３に対応する部分には同一符号を付けている。
【００４１】
図１における作業モード選択装置１２で仕上げモード選択ボタン１２ｂが操作されて、油圧ショベル１で１つの仕上げモード（これを、以下、第１の仕上げモードという）が選択されると、図５（ａ）の（イ），（ロ）で示すように、バケット１ｃの目標位置と姿勢とが設定される。
【００４２】
図５（ａ）の（イ）は、油圧ショベル１が目標作業面Ｃよりも高いＢ面上にあって、このＢ面側から下向きに傾斜した目標作業面Ｃを仕上げ作業を開始する場合を示すものであって、油圧ショベル１がＢ面上にあるときに、仕上げモード選択ボタン１２ｂが操作されて第１の仕上げモードが選択されると、この場合のフロント位置合わせ制御により、バケット１ｃの爪先の目標位置は目標作業面ＣでのＢ面側の境界線ｂ−ｆ上に設定され（バケット１ｃの爪先とは反対側の奥側は目標作業面Ｃ上にある）、この目標位置において、バケット１ｃの底面の角度が目標作業面Ｃの傾斜角度とが等しくなるように、バケット１ｃの姿勢も制御される。この目標作業面Ｃの仕上げ作業はバケット１ｃが矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
【００４３】
また、図５（ａ）の（ロ）は、油圧ショベル１が目標作業面Ｃよりも低いＡ面上にあって、このＡ面側から上向きに傾斜した目標作業面Ｃを仕上げ作業を開始する場合を示すものであって、油圧ショベル１がこのようにＡ面上にあるときに、仕上げモード選択ボタン１２ｂが操作されて第１の仕上げモードが選択されると、この場合のフロント位置合わせ制御により、バケット１ｃの爪先の目標位置は目標作業面ＣでのＡ面側の境界線ｃ−ｇ上に設定され（バケット１ｃの爪先とは反対側の奥側は目標作業面Ｃ上にある）、この目標位置において、バケット１ｃの底面の角度が目標作業面Ｃの傾斜角度とが等しくなるように、バケット１ｃの姿勢も制御される。この目標作業面Ｃの仕上げ作業はバケット１ｃが矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
【００４４】
図１における作業モード選択装置１２で仕上げモード選択ボタン１２ｃが操作されて、油圧ショベル１で他の仕上げモード（これを、以下、第２の仕上げモードという）が選択されると、図５（ｂ）の（イ），（ロ）で示すように、バケット１ｃの目標位置と姿勢とが設定される。
【００４５】
図５（ｂ）の（イ）は、油圧ショベル１が目標作業面Ｃよりも高いＢ面上にあって、このＢ面側から下向きに傾斜した目標作業面Ｃを仕上げ作業を開始する場合を示すものであって、油圧ショベル１がこのようにＢ面上にあるときに、仕上げモード選択ボタン１２ｃが操作されて第２の仕上げモードが選択されると、この場合のフロント位置合わせ制御により、バケット１ｃの奥側先端の目標位置が目標作業面ＣでのＡ面側の境界線ｃ−ｇ上に設定され（バケット１ｃの爪先は目標作業面Ｃ上にある）、この目標位置において、バケット１ｃの底面の角度が目標作業面Ｃの傾斜角度とが等しくなるように、バケット１ｃの姿勢も制御される。この目標作業面Ｃの仕上げ作業はバケット１ｃが矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
【００４６】
また、図５（ｂ）の（ロ）は、油圧ショベル１が目標作業面Ｃよりも低いＡ面上にあって、このＡ面側から上向きに傾斜した目標作業面Ｃを仕上げ作業を開始する場合を示すものであって、油圧ショベル１がこのようにＡ面上にあるときに、仕上げモード選択ボタン１２ｃが操作されて第２の仕上げモードが選択されると、この場合のフロント位置合わせ制御により、バケット１ｃの奥側先端の目標位置が目標作業面ＣでのＢ面側の境界線ｂ−ｆ上に設定され（バケット１ｃの爪先は目標作業面Ｃ上にある）、この目標位置において、バケット１ｃの底面の角度が目標作業面Ｃの傾斜角度とが等しくなるように、バケット１ｃの姿勢も制御される。この目標作業面Ｃの仕上げ作業はバケット１ｃが矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
【００４７】
図６は土羽打ちモード選択ボタン１２ｄ（図１）で土羽打ちモードが選択された油圧ショベル１の図３に示す作業現場におけるバケット１ｃの状態を模式的に示す図であって、図２，図３に対応する部分には同一符号を付けている。
【００４８】
図６（ａ）は目標作業面Ｃよりも高いＢ面上に油圧ショベル１があって、下向きに傾斜した目標作業面Ｃを土羽打ちする場合を示すものであって、油圧ショベル１がＢ面上にある状態で土羽打ちモード選択ボタン１２ｄで土羽打ちモードが選択されたときのフロント位置合わせ制御では、バケット１ｃの目標位置の設定はなく、バケット１ｃが目標作業面Ｃに接するときに、バケット１ｃの底面の角度が目標作業面Ｃと同じ角度になるような目標角度になる。
【００４９】
図６（ｂ）は目標作業面Ｃよりも低いＡ面上に油圧ショベル１があって、上向きに傾斜した目標作業面Ｃを土羽打ちする場合を示すものであって、油圧ショベル１がＡ面上にある状態で土羽打ちモード選択ボタン１２ｄで土羽打ちモードが選択されたときのフロント位置合わせ制御では、バケット１ｃの目標位置の設定はなく、バケット１ｃが目標作業面Ｃに接するときに、バケット１ｃの底面の角度が目標作業面Ｃと同じ角度になるような目標角度になる。
【００５０】
図７は図１における制御ユニット７によるフロント位置合わせ制御の処理動作の一具体例を示すフローチャートである。以下、各図を用いて説明する。
【００５１】
図７において、フロント位置合わせ制御動作を行なわせる場合には、作業面選択装置１１を操作して表示部１０に表示される作業対象とする目標作業面Ｃ（図３）を選択し、作業モード選択装置１２を操作して作業モードを選択する。フロント位置合わせ制御動作ではなく、通常の作業を行なわせる場合には、これらの操作は行なわれない。
【００５２】
これらいずれの状態においても、操作レバー装置４ａ〜４ｆが操作されると、それらの操作に応じた操作信号が制御ユニット７に供給される（ステップ１００）。
【００５３】
制御ユニット７は、操作レバー装置４ａ〜４ｆからの操作信号を取り込むと、フロント位置合わせモード選択スイッチ９が操作されているか否かを判定し（ステップ１１０）、フロント位置合わせモード選択スイッチ９が操作されていなければ（ステップ１１０の“Ｎｏ”）、作業面選択装置１１や作業モード選択装置１２の操作が行なわれず、操作レバー装置４ａ〜４ｆからの操作信号に応じて流量制御弁５ａ〜５ｆを制御し、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆを動作させて通常の作業動作を行なわせる。そして、ステップ１００に戻って操作レバー装置４ａ〜４ｆからの操作信号を取り込み、フロント位置合わせモード選択スイッチ９が操作されず、かつ操作レバー装置４ａ〜４ｆが操作されている限り、ステップ１００，１１０，２００の一連の動作が所定の周期で繰り返されて通常の作業動作が継続する。
【００５４】
作業面選択装置１１や作業モード選択装置１２の操作が行なわれており、フロント位置合わせモード選択スイッチ９が操作されている場合には（ステップ１１０の“Ｙｅｓ”）、ブーム角度検出器８ａの検出出力（ブーム１ａの現状の回動角）やアーム角度検出器８ｂの検出出力（アーム１ｂの現状の回動角），バケット角度検出器８ｃの検出出力（バケット１ｃの現状の回動角）や上部旋回体角度検出器８ｄの検出出力（上部旋回体１ｄの現状の回動角）が制御ユニット７に取り込まれ、これらブーム１ａ，アーム１ｂ，バケット１ｃ及び上部旋回体１ｄの現状の状態（回動角）が検出される（ステップ１２０）。
【００５５】
次に、制御ユニット７は、作業面選択装置１１から表示部１０で選択された目標作業面Ｃに関する情報を取り込み、また、作業モード選択装置１２から選択された作業モードに関する情報を取り込む（ステップ１３０）。
【００５６】
ここで、この目標作業面Ｃに関する情報は、この目標作業面Ｃの位置情報や傾斜角などの目標作業面Ｃの状態に関する情報，その他作業に必要な情報からなるものである。かかる位置情報は、バケット１ｃの目標位置となる図４〜図６で示す目標作業面Ｃでの境界線ｂ−ｆや境界線ｃ−ｇの位置などを表わすものであって、かかる位置としては、例えば、
（１）予め設定される基準位置に対する境界線ｂ−ｆや境界線ｃ−ｇの位置を距離，方位で表わすもの、
（２）境界線ｂ−ｆや境界線ｃ−ｇの位置をグローバルな座標系（緯度，経度）で表わすもの
などがある。上記（１）で境界線ｂ−ｆや境界線ｃ−ｇの位置が表わされる場合には、まず、油圧ショベル１をこの基準位置に初期設定し、走行距離検出器や方位検出器を用いて油圧ショベル１の移動状態を検出することにより、油圧ショベル１の現在の位置を基準とした境界線ｂ−ｆや境界線ｃ−ｇのローカルな座標位置を求ることができ、油圧ショベル１、従って、そのバケット１ｃの位置に対する境界線ｂ−ｆや境界線ｃ−ｇの位置を常時求ることができる。また、（１）で境界線ｂ−ｆや境界線ｃ−ｇの位置が表わされる場合には、ＧＰＳシステムを利用して油圧ショベル１の現在の位置座標を求ることができ、これにより、油圧ショベル１、従って、そのバケット１ｃの位置に対する境界線ｂ−ｆや境界線ｃ−ｇの位置を常時求ることができる。このように、油圧ショベル１の位置に対する目標作業面Ｃでの境界線ｂ−ｆや境界線ｃ−ｇの位置が把握できればよく、このことからして、上記の（１），（２）に限るものではない。
【００５７】
また、表示部１０での目標作業面の表示にしても、これを図面で表わすようにしてもよいし、数式などで表わすようにしてもよく、オペレータが対象とする目標作業面を容易に認識できるような表示方法とすればよい。さらに、かかる目標作業面に関する情報の入力方法としては、上記のように、記録媒体に記録されていたものを読取装置で読み取るようにしてもよいし、また、キーボードなどの入力手段を用いて手動で入力するようにしてもよい。
【００５８】
以上のように、各選択装置１１，１２からの上記の情報を取り込んだ（ステップ１３０）後、制御ユニット７は、これら情報を基に、作業モード選択装置１２で選択された作業モードでバケット１ｃの爪先もしくは奥側先端が目標位置に設定されるときのブーム１ａ，アーム１ｂ及びバケット１ｃからなるフロント作業機１Ａの全体的な姿勢や上部旋回体１ｄの向きを演算して求め（ステップ１４０）、かかる姿勢や向きを取るためのブーム１ａやアーム１ｂ，バケット１ｃ，上部旋回体１ｄ（以下、これらを回動部材という）の目標角度を演算して求る（ステップ１５０）。
【００５９】
ここで、選択された作業モードが作業モード選択装置１２で掘削仕上げモード選択ボタン１２ｂが操作されて掘削モードであるときには、フロント作業機１Ａの姿勢は、図４（ａ）または（ｂ）に示すように、バケット１ｃの爪先が境界線ｃ−ｇ上または境界線ｂ−ｆ上の目標位置にあるときの姿勢である。また、選択された作業モードが作業モード選択装置１２で仕上げモード選択ボタン１２ｂが操作されて第１の仕上げモードであるときには、フロント作業機１Ａの姿勢は、図５（ａ）の（イ）または（ロ）に示すように、バケット１ｃの爪先が境界線ｂ−ｆ上または境界線ｃ−ｇ上の目標位置にあるときの姿勢であり、作業モード選択装置１２で仕上げモード選択ボタン１２ｃが操作されて第２の仕上げモードであるときには、フロント作業機１Ａの姿勢は、図５（ｂ）の（イ）または（ロ）に示すように、バケット１ｃの奥側先端が境界線ｃ−ｇ上または境界線ｂ−ｆ上の目標位置にあるときの姿勢である。さらに、作業モード選択装置１２で土羽打ちモード選択ボタン１２ｄが操作されて土羽打ちモードであるときには、フロント作業機１Ａの姿勢は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、バケット１ｃの奥側先端が境界線ｃ−ｇ上または境界線ｂ−ｆ上の目標位置にあるときの姿勢である。
【００６０】
以下では、これらブーム１ａやアーム１ｂ，バケット１ｃ，上部旋回体１ｄ，走行モータ１４ａ，１４ｂを回動部材という。
【００６１】
そして、ステップ１００で入力された操作レバー装置４ａ〜４ｆからの操作信号による回動部材の回動角を求めて、これら回動部材毎に、その角度が夫々の目標角度に近づくか否かを判定する（ステップ１６０）。
【００６２】
これら回動部材のうちで、操作信号による回動により、その角度が目標位置から遠ざかる回動部材があれば（ステップ１６０の“Ｎｏ”）、この回動部材に対しては、入力された操作信号を零として（ステップ１９０）、作動させず（ステップ２００）、ステップ１００に戻る。
【００６３】
操作信号による回動により、その角度が目標位置から近づく回動部材に対しては（ステップ１６０の“Ｙｅｓ”）、その回動部材の角度が回動速度の減速領域に入ったか否かを判定し（ステップ１７０）、減速領域に入っていなければ（ステップ１７０の“Ｎｏ”）、ステップ１００で入力された操作信号に応じて該当する回動部材を回動させ（ステップ２００）、減速領域に入っていなければ（ステップ１７０の“Ｙｅｓ”）、ステップ１００で入力された操作信号に応じて回動角に減速係数α（＜１）を乗算して実際の回動角を低減する減速制御を行ない（ステップ１８０）、低減した回動角だけ回動させる（ステップ２００）。
【００６４】
ここで、ステップ１７０での減速領域とは、現在の角度と目標角度の関係がある一定の値以下になった領域をいう。このような領域では、操作レバー装置４ａ〜４ｆのいずれか、例えば、ブーム操作レバー装置４ａで最大の操作がなされて、最大のブーム操作信号が制御ユニット７に出力された場合、これでブーム１ａが回動されると、その角度がその目標角度を超えてしまう状態になる。これを防止するために、減速領域に入った回動部材に対しては、減速制御を行なうものである。この減速制御は、減速領域内でこの回動部材の現在の角度と目標角度との差が小さくなるほど、減衰係数αを小さくしていき、回動角を小さくし、現在の角度と目標角度とが等しくなると、あるいはほとんど等しくなると、減衰係数を零にする。
【００６５】
以上のようにして、フロント位置合わせ制御が行なわれて、各回動部材が、その角度がそれらの該当する目標角度となるように、夫々の操作レバー装置４ａ〜４ｆの操作に応じて回動し、それらの回動が減速領域に入ると、その回動角が順次低減されていって徐々に目標角度に近づくことになり、角度が目標角度になると、停止することになる。
【００６６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、目標作業面Ｃを平面としたが、曲面てあってもよく、その微小領域で考えることにより、同様の手法を適用できる。また、各作業モードにおいて、図４〜図６に示すように、目標作業面Ｃに対するバケット１ｃの目標位置を、この目標作業面Ｃに対する油圧ショベル１の位置関係に応じて、目標作業面Ｃの手前側と奥側との２箇所の境界線いずれかとするようにしたが、フロント位置合わせモード選択スイッチ９が操作開始された瞬間での近い方の境界線上を目標位置としてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、フロント作業機１Ａがブーム，アーム及びバケットの３つのフロント部材を有する油圧ショベルに関するものであったが、ブームが第１のブームと第２のブームとからなる２ピースブーム式、あるいはオフセット式のフロント作業機を有する油圧ショベルであってもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、操作レバー装置は電気レバー方式としたが、油圧パイロット方式であってもよいし、フロント作業機１Ａの位置と姿勢に関する状態量を検出する手段として回動角を検出する角度検出器８ａ〜８ｄを用いたが、シリンダのストロークを検出するようにしてもよい。
【００７０】
さらに、上記実施形態では、左右や前後など車体１Ｂの傾斜については考慮しなかったが、車体１Ｂのかかる傾斜を考慮し、表示装置などで車体傾斜をなくすように指示するようにしてもよい。
【００７１】
さらに、上記実施形態では、本発明の機能のみを説明したが、例えば、特開２００２−１６７７９４号公報に記載の領域制限掘削制御などと組み合わせて使用してもよい。
【００７２】
上記実施形態では、フロント位置合わせモード選択スイッチ９が押されて、かつ操作レバー装置４ａ〜４ｆのいずれかが操作された場合にのみ、フロント位置合わせ制御の処理動作が行なわれるものとしたが、フロント位置合わせモード選択スイッチ９が押されている期間に自動的にバケット１ｃが目標位置に設定される姿勢になるように、フロント位置合わせ制御が行なわれるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明によるフロント位置合わせ制御装置の一実施形態を油圧ショベルの油圧駆動装置とともに示す図である。
【図２】油圧ショベルの外観を示す斜視図である。
【図３】油圧ショベルの作業現場での目標作業面の図１における表示部での表示の一具体例を示す図である。
【図４】図１における掘削モード選択ボタンで掘削モードが選択された油圧ショベルの図３に示す作業現場におけるバケットの目標位置を模式的に示す図である。
【図５】図１における仕上げモード選択ボタンで仕上げモードが選択された油圧ショベルの図３に示す作業現場におけるバケットの目標位置とその姿勢を模式的に示す図である。
【図６】図１における土羽打ちモード選択ボタンで土羽打ちモードが選択された油圧ショベルの図３に示す作業現場におけるバケットの状態を模式的に示す図である。
【図７】図１における制御ユニットによるフロント位置合わせ制御の処理動作の一具体例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１  油圧ショベル
１Ａ  フロント作業機
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  ブームシリンダ
３ｂ  アームシリンダ
３ｃ  バケットシリンダ
３ｄ  旋回モータ
３ｅ  左走行モータ
３ｆ  右走行モータ
４ａ  ブーム操作レバー装置
４ｂ  アーム操作レバー装置
４ｃ  バケット操作レバー装置
４ｄ  旋回操作レバー装置
４ｅ  左走行モータ操作レバー装置
４ｆ  右走行モータ操作レバー装置
５ａ〜５ｆ  流量制御弁
６  リリーフ弁
７  制御ユニット
７ａ  情報記憶装置
８ａ  ブーム角度検出器
８ｂ  アーム角度検出器
８ｃ  バケット角度検出器
８ｄ  上部旋回体角度検出器
９  フロント位置合わせモード選択スイッチ
１０  表示部
１１  作業面選択装置
１１ａ  上キー
１１ｂ  下キー
１１ｃ  左キー
１１ｄ  右キー
１１ｅ  決定ボタン
１２  作業モード選択装置
１２ａ  掘削モード選択ボタン
１２ｂ，１２ｃ  仕上げモード選択ボタン
１２ｄ  土羽打ちモード選択ボタン
１３  操作室
１４ａ  左走行駆動体
１４ｂ  右走行駆動体
Ｃ  作業対象の目標作業面
【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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