(57)【要約】【課題】掘削動作のためのオペレータのレバー操作量を低減し、オペレータに大きな負担を掛けずに適正な作業を行なうことができるようにする。【解決手段】操作レバー２０ａ，２０ｂのバケット，アームの上げ方向の操作量に応じた正値の速度指令信号ＳＣａ（＋），ＳＣｂ（＋）を速度指令生成部２４ａ，２４ｂが出力するとき、オフセットコントローラ２９は、センサ３３〜３６の検出出力を用いて、重負荷状態でバケット，アームが掘削対象物の掘削動作を行なっていることを検出すると、スイッチ２８をオンし、オフセット値設定器３７でのオフセット値ＯＦが、スイッチ２８を介し、オフセット信号生成部２７ａ，２７ｂでオフセット信号ＳＯａ，ＳＯｂに変換されて加算部２５ａ，２５ｂに供給され、速度指令信号ＳＣａ（＋），ＳＣｂ（＋）に加算される。加算部２５ａ，２５ｂの出力信号は、バケットやアームのシリンダの駆動信号の生成に用いられる。【選択図】図１
2009243157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作量と操作方向に応じた電気信号を発生するバケット操作用レバーと、操作量と操作方向に応じた電気信号を発生するアーム操作用レバーとを備え、該バケット操作用レバーの操作に応じてバケットシリンダを制御することにより、バケットを該操作量と操作方向に応じて動作させ、該アーム操作用レバーの操作に応じてアームシリンダを制御することにより、アームを該操作量と操作方向に応じて動作させる掘削作業機械の掘削制御装置において、
該バケット操作用レバーからの該電気信号により該バケットに対するバケット速度指令信号を生成するバケット速度指令信号生成手段と、
該アーム操作用レバーからの該電気信号により該アームに対するアーム速度指令信号を生成するアーム速度指令信号生成手段と、
該バケット速度指令信号と該アーム速度指令信号とのオフセット信号を生成するオフセット信号生成手段と、
該バケット及び該アームによる掘削対象物の掘削のための所定動作を行なう際に、該バケット速度指令信号に該オフセット信号を加算する第１の加算手段と、
該バケット及び該アームによる掘削対象物の掘削のための所定動作を行なう際に、該アーム速度指令信号に該オフセット信号を加算する第２の加算手段と、
該所定動作を行なう際に該オフセット信号が加算された該バケット速度指令信号に応じて該バケットシリンダを動作させ、該所定動作を行なう際に該オフセット信号が加算された該アーム速度指令信号に応じて該アームシリンダを動作させる速度指令信号生成手段と
を備え、
該バケット速度指令信号生成手段は、該バケットを上向き方向に所定の速度で回動させるに必要な操作方向に所定の操作量だけ該バケット操作用レバーが操作されたとき、第１のバケット速度指令信号を生成し、該バケットを下向き方向に所定の速度で回動させるに必要な操作方向に所定の操作量だけ該バケット操作用レバーが操作されたとき、第２のバケット速度指令信号を生成し、
該アーム速度指令信号生成手段は、該アームを上げ方向に所定の速度で回動させるに必要な操作方向に所定の操作量だけ該アーム操作用レバーが操作されたとき、第１のアーム速度指令信号を生成し、該アームを下げ方向に所定の速度で回動させるに必要な操作方向に所定の操作量だけ該アーム操作用レバーが操作されたとき、第２のアーム速度指令信号を生成し、
該第１の加算手段は、該バケット速度指令信号生成手段から該第１のバケット速度指令信号が出力されるときに、該第１のバケット速度指令信号に該オフセット信号を加算し、
該第２の加算手段は、該アーム速度指令信号生成手段から該第１のアーム速度指令信号が出力されるときに、該第１のアーム速度指令信号に該オフセット信号を加算する
ことを特徴とする掘削作業機械の掘削制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の加算手段での前記バケット速度指令信号への前記オフセット信号の加算と前記第２の加算手段での前記アーム速度指令信号への前記オフセット信号の加算とを許可するオフセットコントローラを設け、
該オフセットコントローラは、
前記バケットの角度が掘削対象物を掘削して持ち上げるときの第１の所定の
角度範囲にあるとともに、前記アームの角度が掘削対象物を掘削して持ち上
げるときの第２の所定の角度範囲にあって、前記アームシリンダでのボトム
側の押圧力とロッド側の押圧力との差が所定の閾値以上となったとき、前記
第１の加算手段での前記バケット速度指令信号への前記オフセット信号の加
算を許可するとともに、前記第２の加算手段での前記アーム速度指令信号へ
の前記オフセット信号の加算を許可する判定をする
ことを特徴とする掘削作業機械の掘削制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記オフセットコントローラは、
（１）前記バケットまたは前記アームの角度が前記第１または第２の所定の角度範囲外となるときに、前記第１の加算手段での前記バケット速度指令信号への前記オフセット信号の加算と前記第２の加算手段での前記アーム速度指令信号への前記オフセット信号の加算とを禁止する判定をし、
（２）前記オフセット信号の加算を許可する判定をしてから予め決められた所定時間経過後、前記オフセット信号の加算の許可を解除する判定をする
ことを特徴とする掘削作業機械の掘削制御装置。
【請求項４】
請求項２または３において、
オフセット値を出力するオフセット値設定手段と、
該オフセット値を前記バケット速度指令信号及び前記アーム速度指令信号に前記第１，第２の加算手段で加算するためのオフセット信号を生成するオフセット信号生成手段と、
前記オフセットコントローラの加算許可の判定によってオンし、該オフセット値設定手段で設定された該オフセット値を該オフセット信号生成手段に供給し、前記オフセットコントローラの加算禁止の判定によってオフし、該オフセット値設定手段で設定された該オフセット値の該オフセット信号生成手段への供給を禁止するスイッチ手段と
を有することを特徴とする掘削作業機械の掘削制御装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１つにおいて、
前記オフセットコントローラは、
掘削による前記バケットでの前記掘削対象物の積込重量を検出する第１の検出手段と、
掘削による前記バケットでの前記掘削対象物の積込体積を検出する第２の検出手段と、
該第１の検出手段で検出された該積込重量と該第２の検出手段で検出された該積込体積とから掘削による前記バケットでの前記掘削対象物の比重を算出する比重演算手段と、
該比重演算手段で算出された該比重に応じた前記オフセット値を求めるオフセット値生成手段と
からなることを特徴とする掘削作業機械の掘削制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つにおいて、
掘削作業機械を第１の位置から前記掘削対象物に近い第２の位置まで移動させて前記掘削対象物の掘削作業を行なわせ、前記バケットに掘削積込物を積み込んだまま該第１の位置まで戻る第１の作業動作と、前記バケットに該掘削積込物を積み込んだまま該第１の位置から第３の位置まで移動させて該掘削積込物を放出させ、該第３の位置から該第１の位置まで戻る第２の作業動作とがらなる一連の作業動作を繰り返し自動運転させる制御手段と、
該一連の作業動作毎に、該第１の作業動作が行なわれるサイクルタイムを計測するサイクルタイム計測手段と、
該一連の作業動作毎に、該第１の作業動作での前記バケットによる掘削積込物の積込重量を計測する積込重量計測手段と、
該一連の作業動作毎に、該積込重量計測手段で計測した該積込重量の累積値を該サイクルタイム計測手段で計測したサイクルタイムで除算して単位時間当りの前記バケットでの掘削積込物の積込重量を算出する積込重量算出手段と、
該一連の作業動作毎に、今回と前回との一連の作業動作での単位時間当りの前記バケットでの掘削積込物の積込重量を比較し、その比較結果に応じてオフセット値を所定値ずつ増減することにより、単位時間当りの前記バケットによる掘削積込物の積込重量が最大となるように、該オフセット値を調整するオフセット値調整手段と
を有し、
該自動運転時、前記オフセット信号生成手段が該オフセット値調整手段で調整された該オフセット値から前記オフセット信号を生成することを特徴とする掘削作業機械の掘削制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイルローダなどの車輪を有する掘削作業機械の掘削制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホイールローダのような掘削作業機械では、走行しながらバケットやアームなどを制御し、バケットを掘削対象物に貫入させてバケット内にこの掘削対象物の一部をすくい取り、バケットを上向きに回動させるとともに、アームを上げ方向に回動させることにより、掘削対象物の一部が積み込まれたバケットを持ち上げて掘削対象物の掘削を行なう。
【０００３】
このような掘削作業では、バケットやアームを制御するために、オペレータは掘削作業機械の運転室に設けられたバケット操作用レバーやアーム操作用レバーが操作されるのであるが、かかるバケット操作用レバーやアーム操作用レバーからは、その操作量に応じた電気信号が発生されるようにし、この電気信号に応じて油圧回路の電子制御式油圧バルブを制御することにより、アクチュエータのロッドを制御し、バケットやアームを制御するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
なお、この特許文献１に記載の技術では、上記の掘削作業のように繰り返し行なわれる作業については、オペレータのレバー操作内容を記憶し、かかる作業をパネルで選択できるようにしており、これを選択してボタンを押すと、これら選択されたレバー操作内容を自動的に再現し、作業が自動的に行なわれるようにしており、かかる自動化作業の修正は、操作レバーの操作によって行なわれるようにしている。
【０００５】
また、このように、掘削作業機械では、作業の自動化が図られているが、他の自動化の例として、掘削対象物の掘削からこの掘削した対象物をダンプトラックに積み込むまでの一連の作業を自動化することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平２−１４２９０６号公報
【特許文献２】特開平１０−８８６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載のような掘削作業機械では、掘削作業を行なう場合、一方の手で車体のステアリングを操作し、他方の手でアームやバケットの操作レバーを操作することが必要である。このようなレバー操作では、その操作量に応じてアームやバケットの回動速度が増すものであり、このため、掘削などに際しては、必要な回転量が得られるようにするために、掘削作業の状況に応じて操作レバーの操作量を増さなければならない。このようなオペレータの作業負担を低減するために、特許文献１に記載の発明では、掘削対象物の掘削の際の自動化が図られており、また、上記特許文献２に記載の発明では、掘削からダンプトラックへの積み込みまでの自動化が図られている。
【０００７】
ところで、上記特許文献１に記載の掘削作業機械では、記憶された操作量に応じた電気信号から生成される制御信号により、油圧回路では、電磁弁が制御されてコントロールバルブの開口面積が制御され、この開口面積を通過した圧油によってバケットやアームのシリンダが駆動されることにより、バケットやアームが回動駆動されるオープンループによる制御が行なわれる。このようなオープンループによる制御の場合には、掘削対象物の種類や状況（湿っていたり、乾燥したりしていることなど）などにより、シリンダにかかる負荷が異なるものであるが、図６に実線で示すように、シリンダにかかる負荷の大きさ（軽負荷，中負荷，重負荷）に応じてレバー操作量に対するシリンダ速度が異なることになる。このため、軽負荷時には、比較的レバー操作量に応じたシリンダ速度でシリンダが動作するものであるが、負荷が大きくなるにつれて同じレバー操作量に対するシリンダ速度が小さくなるように、変化していく。
【０００８】
このため、特許文献１に記載のホイールローダの場合のように、オペレータによるレバー操作内容を再現することによって掘削作業を自動的に行なう場合には、シリンダに負荷が掛かり過ぎてバケットが掘削対象物である土砂に充分に入り込まないのに、掘削動作が途中で終了してしまったり、バケット駆動用のシリンダとアーム駆動用のシリンダとに掛かる負荷がアンバランスとなり、いずれか一方のシリンダが高速に動作してバケットが土砂に貫入しないといった不具合が生ずることになる（以上、第１の問題点）。
【０００９】
また、上記特許文献１に記載の技術のように、自動化作業の修正をレバー操作によって行なう場合、自動化作業の速度指令信号にレバー操作による修正信号が加算されるものであるが、負荷が大きすぎる場合には、バケットやアームの動作が不充分であり、これを補うために、バケットやアームを動作させる方向の修正信号が得られるように、レバー操作をすればよい。しかしながら、負荷が軽いときには、シリンダ速度が大きくなってバケットやアームが速い速度で動作することになる。通常のレバー操作では、これを修正するために、操作レバーへの操作力を緩めて操作レバーを中立位置方向に操作し、シリンダ速度を低減するようにするものであるが、自動化作業の修正のためのレバー操作では、操作レバーを中立位置に設定しても、自動化作業によるシリンダの動作が行なわれているので、シリンダが動作している方向とは逆方向に動作させる修正信号を加算する必要があり、通常のレバー操作とは異なる修正操作が必要となる。このように、通常のレバー操作と自動化作業の修正操作とではその操作方法が異なるものであり、このため、オペレータは操作の混乱を招くことになる（以上、第２の問題点）。
【００１０】
また、特許文献１には、自動化作業が繰り返すとのみ記載され、その終了に関する記載がなく、自動化作業がどのようにして終了するのか、また、自動化作業からオペレータのレバー操作による通常運転へ移行させるためには、どのようにすればよいのか不明である（第３の問題点）。
【００１１】
また、特許文献１に記載の掘削作業機械では、バケットやアームに掛かる負荷に応じて記憶させる際または修正の際のレバー操作量が異なるものであり、負荷が大きいときには、レバー操作量も大きくなる。このため、掘削対象物の掘削動作時に掛かる負荷が大きいときには、シリンダを動かすためのレバー操作量が大きくなり、この結果、オペレータに過大の負担をかけることになる（第４の問題点）。
【００１２】
このように、特許文献１に記載の発明は、使い勝手に問題がある。
【００１３】
また、上記特許文献２に記載の技術は、掘削対象物の掘削からダンプトラックへの積み込みまでの一連の作業を自動化するものであるが、かかる作業の自動化においても、上記特許文献１に記載の技術と同様、オープンループによる制御の場合、制御誤差が大きくなるという問題（上記の第１の問題点）がある。この制御誤差を検出して修正するフィードバック制御を実施しようとしても、シリンダに掛かる負荷により、シリンダの動作速度が変動するため、アーム及びバケットの最適な動作制御を実現することができず、自動掘削作業に時間が掛かることになる（以上、第５の問題点）。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、掘削動作のためのオペレータのレバー操作量を低減し、オペレータに大きな負担を掛けずに適正な作業を行なうことができ、作業の自動化においても、この自動化に適応した制御を行なうことができるようにした掘削作業機械の掘削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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、操作量と操作方向に応じた電気信号を発生するバケット操作用レバーと、操作量と操作方向に応じた電気信号を発生するアーム操作用レバーとを備え、バケット操作用レバーの操作に応じてバケットシリンダを制御することにより、バケットを操作量と操作方向に応じて動作させ、アーム操作用レバーの操作に応じてアームシリンダを制御することにより、アームを操作量と操作方向に応じて動作させる掘削作業機械の掘削制御装置であって、バケット操作用レバーからの電気信号によりバケットに対するバケット速度指令信号を生成するバケット速度指令信号生成手段と、アーム操作用レバーからの電気信号によりアームに対するアーム速度指令信号を生成するアーム速度指令信号生成手段と、バケット速度指令信号とアーム速度指令信号とのオフセット信号を生成するオフセット信号生成手段と、バケット及びアームによる掘削対象物の掘削のための所定動作を行なう際に、バケット速度指令信号にオフセット信号を加算する第１の加算手段と、バケット及び該アームによる掘削対象物の掘削のための所定動作を行なう際に、アーム速度指令信号にオフセット信号を加算する第２の加算手段と、所定動作を行なう際にオフセット信号が加算されたバケット速度指令信号に応じてバケットシリンダを動作させ、所定動作を行なう際にオフセット信号が加算されたアーム速度指令信号に応じてアームシリンダを動作させる速度指令信号生成手段とバケット速度指令信号生成手段は、バケットを上向き方向に所定の速度で回動させるに必要な操作方向に所定の操作量だけバケット操作用レバーが操作されたとき、第１のバケット速度指令信号を生成し、バケットを下向き方向に所定の速度で回動させるに必要な操作方向に所定の操作量だけバケット操作用レバーが操作されたとき、第２のバケット速度指令信号を生成し、アーム速度指令信号生成手段は、アームを上げ方向に所定の速度で回動させるに必要な操作方向に所定の操作量だけアーム操作用レバーが操作されたとき、第１のアーム速度指令信号を生成し、アームを下げ方向に所定の速度で回動させるに必要な操作方向に所定の操作量だけアーム操作用レバーが操作されたとき、第２のアーム速度指令信号を生成し、第１の加算手段は、バケット速度指令信号生成手段から第１のバケット速度指令信号が出力されるときに、第１のバケット速度指令信号にオフセット信号を加算し、第２の加算手段は、アーム速度指令信号生成手段から第１のアーム速度指令信号が出力されるときに、第１のアーム速度指令信号にオフセット信号を加算することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明は、第１の加算手段でのバケット速度指令信号への前記オフセット信号の加算と第２の加算手段でのアーム速度指令信号へのオフセット信号の加算とを許可するオフセットコントローラを設け、オフセットコントローラは、バケットの角度が掘削対象物を掘削して持ち上げるときの第１の所定の角度範囲にあるとともに、アームの角度が掘削対象物を掘削して持ち上げるときの第２の所定の角度範囲にあって、アームシリンダでのボトム側の押圧力とロッド側の押圧力との差が所定の閾値以上となったとき、第１の加算手段でのバケット速度指令信号へのオフセット信号の加算を許可するとともに、第２の加算手段でのアーム速度指令信号へのオフセット信号の加算を許可する判定をすることを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、本発明は、オフセットコントローラが、（１）バケットまたはアームの角度が第１または第２の所定の角度範囲外となるとともに、第１の加算手段でのバケット速度指令信号へのオフセット信号の加算と第２の加算手段でのアーム速度指令信号へのオフセット信号の加算とを禁止する判定をし、（２）オフセット信号の加算を許可する判定をしてから予め決められた所定時間経過後、オフセット信号の加算の許可を解除する判定をすることを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、本発明は、オフセット値を出力するオフセット値設定手段と、オフセット値をバケット速度指令信号及びアーム速度指令信号に第１，第２の加算手段で加算するためのオフセット信号を生成するオフセット信号生成手段と、オフセットコントローラの加算許可の判定によってオンし、オフセット値設定手段で設定されたオフセット値をオフセット信号生成手段に供給し、オフセットコントローラの加算禁止の判定によってオフし、オフセット値設定手段で設定されたオフセット値のオフセット信号生成手段への供給を禁止するスイッチ手段とを有することを特徴とするものである。
【００１９】
さらに、本発明は、オフセット値設定手段が、掘削によるバケットでの掘削対象物の積込重量を検出する第１の検出手段と、掘削によるバケットでの掘削対象物の積込体積を検出する第２の検出手段と、第１の検出手段で検出された積込重量と第２の検出手段で検出された積込体積とから掘削によるバケットでの掘削対象物の比重を算出する比重演算手段と、比重演算手段で算出された比重に応じたオフセット値を求めるオフセット値生成手段とからなることを特徴とするものである。
【００２０】
さらに、本発明は、掘削作業機械を第１の位置から掘削対象物に近い第２の位置まで移動させて掘削対象物の掘削作業を行なわせ、バケットに掘削積込物を積み込んだまま第１の位置まで戻る第１の作業動作と、バケットに掘削積込物を積み込んだまま第１の位置から第３の位置まで移動させて掘削積込物を放出させ、第３の位置から第１の位置まで戻る第２の作業動作とがらなる一連の作業動作を繰り返し自動運転させる制御手段と、一連の作業動作毎に、第１の作業動作が行なわれるサイクルタイムを計測するサイクルタイム計測手段と、一連の作業動作毎に、第１の作業動作でのバケットによる掘削積込物の積込重量を計測する積込重量計測手段と、一連の作業動作毎に、積込重量計測手段で計測した積込重量の累積値をサイクルタイム計測手段で計測したサイクルタイムで除算して単位時間当りのバケットでの掘削積込物の積込重量を算出する積込重量算出手段と、一連の作業動作毎に、今回と前回との一連の作業動作での単位時間当りのバケットでの掘削積込物の積込重量を比較し、その比較結果に応じて、単位時間当りのバケットによる掘削積込物の積込重量が最大となるように、オフセット値を、所定値ずつ増減して、調整するオフセット値調整手段とを有し、自動運転時、オフセット信号生成手段がオフセット値調整手段で調整されたオフセット値からオフセット信号を生成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、シリンダに掛かる負荷が大きい状態であっても、オフセット信号の加算により、レバー操作量を小さくして所望の操作をすることができ、オペレータの負担を軽減することができるし、シリンダが操作レバーの操作方向に応じた動作を行なわせることができて、レバー操作量に応じた操作を行なうことができるタイミングもオペレータは予測可能であるから、オペレータは違和感のなく操作を行なうことができる。
【００２２】
また、掘削対象物の掘削時のシリンダに掛かる負荷に合わせたオフセット値を設定できるため、レバー操作による速度指令信号に近い速度でシリンダを動作させることができるので、自動作業での制御偏差を小さくできて、自動掘削の速度を向上させることができるし、さらに、掘削対象物の種類の変更や天候などによるその状況の変化に対しても、自動運転でのサイクルタイムや掘削量を最適化するように、オフセット量を調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２４】
図２は掘削作業機械の一例としてのホイールローダの掘削作業状態を示す図であって、同図（ａ）は掘削開始時の状態を、同図（ｂ）は掘削後の状態を夫々示し、１はホイールローダ、２は車体本体、３は操作室、４，５はタイヤ、６はアーム、７はバケット、８はアームピン、９はバケットピン、１０はアームシリンダ、１１はリンク機構、１２はバケットシリンダ、１３は駆動部、１４は支持部、１５はステレオカメラ、１６は掘削対象物、１６’は掘削積込物、７は地面である。
【００２５】
また、図３はホイールローダの掘削とダンプトラックへの積込作業との一連の掘削作業動作を示す図であって、１８はダンプトラックであり、図２に対応する部分には同一符号をつけている。
【００２６】
図２（ａ）において、ホイールローダ１の車体本体２には、前輪，後輪のタイヤ４，５が設けられており、操作室３でレバーを操作することにより、制御装置や油圧回路などからなる駆動部１３が動作し、これによってタイヤ４，５が駆動されてホイールローダ１を前進または後退させることができ、あるいは走行方向を変更させることができる。また、操作室３でのレバー操作により、駆動部１３が動作してアームシリンダ１０やバケットシリンダ１２が駆動され、アーム６やバケット７が動作して掘削対象物１６の掘削作業が行なわれる。
【００２７】
アーム６は、その後端部がアームピン８によって車体本体２に取り付けられ、アームシリンダ１０によってこのアームピン８を中心に回動するように駆動される。このアーム６の先端部には、バケットピン９によってバケット７が回動可能に取り付けられている。また、車体本体２には、バケットシリンダ１２が設けられ、このバケットシリンダ１２とバケット７とがリンク機構１１によってリンクされている。リンク機構１１は、その中心部がアーム６の中心部に取り付けられた支持部１４によって回動可能に支持されており、バケットシリンダ１２の伸縮に応じてこのリンク機構１１が支持部１４の先端部を中心に回動することにより、バケット７がバケットピン９を中心に、従って、アーム６に対して回動する。
【００２８】
地面１７上の掘削掘削対象物１６を掘削するときには、バケット７の底板を地面１７に平行（水平）にして地面１７に接触するように、バケット７の姿勢を設定し、かかる状態で、ステレオカメラ１５で前方を監視しながら、車体本体２を掘削対象物１６の方向に走行させ、バケット７を掘削対象物１６に貫入させる。これによって掘削対象物１６が掘削されてバケット７内に収納され、しかる後、アームシリンダ１０とバケットシリンダ１２とを駆動してアーム６とバケット７とを回動させることにより、バケット７が上向きの状態となって持ち上げられ、バケット７に掘削物１６’が積み込まれた図２（ｂ）に示す状態となる。このように、バケットシリンダ１２を伸ばすように制御することによってバケット７を上向き方向に回動（クラウド）させる。
【００２９】
かかる掘削作業は、図３において、作業場の所定の位置Ａから掘削対象物１６に近い位置Ｂへホイールローダ１を移動させることにより行なわれ、掘削対象物１６の１回の掘削作業が完了すると、図２（ｂ）で示すバケット７に掘削積込物１６’がある状態でホイールローダ１を位置Ａに戻し、しかる後、ダンプトラック１７が置かれている位置Ｃまで移動して、バケット７の掘削積込物１６’をダンプトラック１８に落し込む（ダンプする）。この場合、バケットシリンダ１２を縮めるように制御することにより、バケット７は下向き方向に回動する。
【００３０】
以下、かかる掘削作業機械における掘削制御装置の実施形態について説明する。各実施形態では、操作室３でのレバー操作により、その操作量に応じた電気信号が発生され、この電気信号に応じてアームシリンダ１０やバケットシリンダ１２が制御されて、アーム６やバケット７が回転駆動されるものである。
【００３１】
図１は本発明による掘削作業機械の掘削制御装置の第１の実施形態を示すブロック構成図であって、２０ａはバケット操作用レバー、２０ｂはアーム操作用レバー、２１は掘削制御装置、２２はＡＤ（アナログ・デジタル）変換器、２３は速度指令信号生成部、２４ａはバケット速度指令信号生成部、２４ｂはアーム速度指令信号生成部、２５ａ，２５ｂは加算部、２６ａ，２６ｂはスイッチ、２７ａ，２７ｂはオフセット信号生成部、２８はスイッチ、２９はオフセットコントローラ、３０はＡＤ変換器、３１ａ1はバケットクラウド用電磁弁駆動回路、３１ａ2はバケットダンプ用電磁弁駆動回路、３１ｂ1はアーム上げ用電磁弁駆動回路、３１ｂ2はアーム下げ用電磁弁駆動回路、３２ａ1はバケットクラウド用電磁弁、３２ａ2はバケットダンプ用電磁弁、３２ｂ1はアーム上げ用電磁弁、３２ｂ2はアーム下げ用電磁弁、３３はアームシリンダボトム圧力センサ、３４はアームシリンダロッド圧力センサ、３５はアーム角度センサ、３６はバケット角度センサ、３７はオフセット値設定器、３８はＡＤ変換器である。
【００３２】
図４はこの実施形態の動作を示すフローチャートであって、以下、図４を用いてこの第１の実施形態について説明する。
【００３３】
同図において、いま、バケット操作用レバー２０ａが操作されたとすると、その操作量に応じたレベルで、かつバケット操作用レバー２０ａの中立状態からの操作方向に応じて正（クラウド）または負（ダンプ）となる電気信号が発生して掘削制御装置２１に供給される。ここで、バケット７を上向きに回転させるためのバケット操作用レバー２０ａの操作を正操作といい、下向きに回転させるための操作を負操作ということにする。
【００３４】
なお、以下、バケット操作用レバー２０ａは１つのレバーとして説明するが、バケット７を上向き方向に回転させるためのクラウド用の操作レバーと下向き方向に回転させるためのダンプ用の操作レバーとを用いるようにしてもよく、この場合も同様であって、クラウド用の操作レバーを操作したときには、その操作量に応じたレベルの正の電気信号が発生し、ダンプ用の操作レバーを操作したときには、その操作量に応じたレベルの負の電気信号が発生する。
【００３５】
この掘削制御装置２１は、これによって制御される油圧回路などとともに、図３における駆動部１３に設けられているものであり、ＡＤ変換器２２や速度指令信号生成部２３，オフセットコントローラ２９，ＡＤ変換器３０，バケットクラウド用電磁弁駆動回路３１ａ1，バケットダンプ用電磁弁駆動回路３１ａ2，アーム上げ用電磁弁駆動回路３１ｂ1，アーム下げ用電磁弁駆動回路３１ｂ2，ＡＤ変換器３８などから構成されている。また、速度指令信号生成部２３は、バケット速度指令信号生成部２４ａやアーム速度指令信号生成部２４ｂ，加算部２５ａ，２５ｂ，スイッチ２６ａ，２６ｂ，オフセット信号生成部２７ａ，２７ｂ，スイッチ２８などから構成されている。
【００３６】
掘削制御装置２１では、バケット操作用レバー２０ａの操作量や正負の操作方向に応じた電気信号がＡＤ変換器２２に供給され、そのレベル（従って、バケット操作用レバー２０ａの操作量）がデジタル値で表わされ、かつバケット操作用レバー２０ａの正操作に対して正の、負操作に対して負のデジタル信号に変換されて、速度指令信号生成部２３に供給される（図４のステップＳ１００）。
【００３７】
この速度指令信号生成部２３では、ＡＤ変換器２２からのかかるデジタル信号がバケット速度指令生成部２４ａに供給される。バケット速度指令生成部２４ａは、デジタル信号の正負のデジタル値とバケット７の速度との関係を表わすテーブルからなるものであって、このデジタル信号をその正負のデジタル値に応じた正値または負値のバケット速度指令信号ＳＣａに変換する（図４のステップＳ１０１）。
【００３８】
バケット速度指令生成部２４ａから出力される正値のバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）は加算部２５ａを介し、速度指令信号生成部２３から出力されてバケットクラウド用電磁弁駆動回路３１ａ1に供給される。また、バケット速度指令生成部２４ａから出力される負値のバケット速度指令信号ＳＣａ（−）は、直接速度指令信号生成部２３から出力されて、バケットダンプ用電磁弁駆動回路３１ａ2に供給される。バケットクラウド用電磁弁駆動回路３１ａ1では、この正値のバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）がバケットクラウド用電磁弁３２ａ1の駆動電流（電磁弁駆動電流）に変換され、この電磁弁駆動電流によってこのバケットクラウド用電磁弁３２ａ1が駆動される。これにより、図示しない油圧回路が動作してバケットシリンダ１２（図２）が伸び方向に動作し、バケット７が上向き方向にバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）の値（即ち、バケット操作用レバー２０ａの正操作量）に応じた速度で回転する。バケットダンプ用電磁弁駆動回路３１ａ2では、負値のバケット速度指令信号ＳＣａ（−）がバケットダンプ用電磁弁３２ａ2の電磁弁駆動電流に変換され、この電磁弁駆動電流によってこのバケットダンプ用電磁弁３２ａ1が駆動される。これにより、図示しない油圧回路が動作してバケットシリンダ１２が縮む方向に動作し、バケット７が下向き方向にバケット速度指令信号ＳＣａ（−）の値（即ち、バケット操作用レバー２０ａの負操作量）に応じた速度で回転する。
【００３９】
なお、バケット操作用レバー２０ａが正操作されたときには、バケット速度指令信号生成部２４ａから正値のバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）が出力され、バケット速度指令信号ＳＣａ（−）は０となって出力されず、また、バケット操作用レバー２０ａが負操作されたときには、バケット速度指令信号生成部２４ａからバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）は０となって出力されず、負値のバケット速度指令信号ＳＣａ（−）が出力される。
【００４０】
アーム操作用レバー２０ｂが操作された場合も同様であって、アーム６（図２）を上げ方向にアーム操作用レバー２０ｂが操作された場合（正操作）には、その操作量に応じた正値の電気信号が、下げ方向にアーム操作用レバー２０ｂが操作された場合（負操作）には、その操作量に応じた負値の電気信号が夫々発生される。かかる電気信号は、ＡＤ変換器２２で正または負のデジタル信号に変換された後（図４のステップＳ１００）、速度指令信号生成部２３に供給される。
【００４１】
この速度指令信号生成部２３では、バケット７に対する上記のバケット速度指令信号生成部２４ａと同様のアーム速度指令信号生成部２４ｂにより、このデジタル信号がアーム速度指令信号ＳＣｂに変換される。アーム操作用レバー２０ｂが正操作されたときには、アーム速度指令信号生成部２４ｂから正値のアーム速度指令信号ＳＣｂ（＋）のみが出力され、負操作されたときには、負値のアーム速度指令信号ＳＣｂ（−）のみが出力される（図４のステップＳ１０１）。
【００４２】
正値のアーム速度指令信号ＳＣｂ（＋）は、加算部２５ｂを介して速度指令信号生成部２３から出力され、アーム上げ用電磁弁駆動回路３１ｂ1に供給される。負値のアーム速度指令信号ＳＣｂ（−）は直接速度指令信号生成部２３から出力されて、アーム下げ用電磁弁駆動回路３１ｂ2に供給される。アーム上げ用電磁弁駆動回路３１ｂ1では、この正値のアーム速度指令信号ＳＣｂ（＋）がアーム上げ用電磁弁３２ｂ1の駆動電流（電磁弁駆動電流）に変換され、この電磁弁駆動電流によってこのアーム上げ用電磁弁３２ｂ1が駆動される。これにより、図示しない油圧回路が動作してアームシリンダ１０（図２）が伸び方向に動作し、アーム６が上げ方向にアーム速度指令信号ＳＣｂ（＋）の値（即ち、アーム操作用レバー２０ｂの正操作量）に応じた速度で回転する。アーム下げ用電磁弁駆動回路３１ｂ2では、負値のアーム速度指令信号ＳＣｂ（−）がアーム下げ用電磁弁３２ｂ2の電磁弁駆動電流に変換され、この電磁弁駆動電流によってこのアーム下げ用電磁弁３２ｂ1が駆動される。
【００４３】
ここで、この実施形態に用いられる油圧回路について説明する。  
図５は図１における掘削制御装置２１によって制御される油圧回路の一具体例を示す図であって、２０は操作レバー、２４はフロントアタッチメント速度指令信号生成部、３１ａはシリンダ伸び方向用電磁弁駆動回路、３１ｂはシリンダ縮み方向用電磁弁駆動回路、３２ａはシリンダ伸び方向用電磁弁、３２ｂはシリンダ縮み方向用電磁弁、４０はシリンダ、４１はコントロールバルブ、４２ａ，４２ｂは油圧ポンプ、４３はタンクである。
【００４４】
同図において、操作レバー２０は、図１でのバケット操作用レバー２０ａまたはアーム操作用レバー２０ｂである。フロントアタッチメント速度指令信号生成部２４は、操作レバー２０がバケット操作用レバー２０ａであるとき、図１でのバケット速度指令信号生成部２４ａであり、アーム操作用レバー２０ｂであるとき、図１でのバケット速度指令信号生成部２４ｂである。シリンダ伸び方向用電磁弁駆動回路３１ａは、操作レバー２０がバケット操作用レバー２０ａであるとき、図１でのバケットクラウド用電磁弁駆動回路３１ａ1であり、アーム操作用レバー２０ｂであるとき、図１でのアーム上げ用電磁弁駆動回路３１ｂ1である。シリンダ縮み方向用電磁弁駆動回路３１ｂは、操作レバー２０がバケット操作用レバー２０ａであるとき、図１でのバケットダンプ用電磁弁駆動回路３１ａ2であり、アーム操作用レバー２０ｂであるとき、図１でのアーム下げ用電磁弁駆動回路３１ｂ2である。シリンダ伸び方向用電磁弁３２ａは、操作レバー２０がバケット操作用レバー２０ａであるとき、図１でのバケットクラウド用電磁弁３２ａ1であり、アーム操作用レバー２０ｂであるとき、図１でのアーム下げ用電磁弁３２ｂ1である。シリンダ縮み方向用電磁弁３２ｂは、操作レバー２０がバケット操作用レバー２０ａであるとき、図１でのバケットダンプ用電磁弁３２ａ2であり、アーム操作用レバー２０ｂであるとき、図１でのアーム下げ用電磁弁３２ｂ2である。また、シリンダ４０は、操作レバー２０がバケット操作用レバー２０ａであるとき、図２でのバケットシリンダ１２であり、アーム操作用レバー２０ｂのとき、アームシリンダ１０である。なお、図１におけるＡＤ変換器２２や加算器２５ａ，２５ｂなどは省略している。
【００４５】
いま、操作レバー２０（即ち、バケット操作用レバー２０ａまたはアーム操作用レバー２０ｂ）が正操作されると、フロントアタッチメント速度指令信号生成部２４から正値の速度指令信号ＳＣ（＋）（正値のバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）またはアーム速度指令信号ＳＣｂ（＋）に相当）が出力され、シリンダ伸び方向用電磁弁駆動回路３１ａに供給されてその値、即ち、操作レバー２０の操作量に応じたレベルの電磁弁駆動電流が生成される。この電磁弁駆動電流により、シリンダ伸び方向用電磁弁３２ａが制御される。
【００４６】
このシリンダ伸び方向用電磁弁３２ａは、電磁弁駆動電流が供給されるまでは閉じた状態にあるが、シリンダ伸び方向用電磁弁駆動回路３１ａから電磁弁駆動電流が供給されると、この電磁弁駆動電流のレベルに応じた開口面積で開口し、油圧ポンプ４２ａによってタンク４３から組み上げられる圧油をこの開口面積に応じた量分を通過させてコントロールバルブ４１に供給する。コントロールバルブ４１では、供給される圧油量に応じた押圧力が一方の方向、即ち、矢印Ｘ1方向に加わることになり、この押圧力に応じた開口面積で開口し、油圧ポンプ４２ｂによってタンク４３が汲み上げられた圧油がこの開口面積に応じた量の分通過して、シリンダ４０のボトム側に供給される。これにより、シリンダ４０では、油圧の供給量に応じた押圧力がボトム側からロッド４０ａに加わることになり、ロッド４０ａはこの押圧力、従って、操作レバー２０の操作量に応じた速度で負荷に抗した矢印Ｙ1方向に移動して伸びていくことになる。
【００４７】
また、操作レバー２０が負操作されると、同様にして、シリンダ縮み方向用電磁弁駆動回路３１ｂからこの操作レバー２０の操作量に応じたレベルの電磁弁駆動電流がシリンダ縮み方向用電磁弁３２ｂに供給される。これにより、シリンダ縮み方向用電磁弁３２ｂでは、この電磁弁駆動電流のレベルに応じた開口面積で開口し、油圧ポンプ４２ａによってタンク４３から組み上げられる圧油をこの開口面積に応じた量を通過させてコントロールバルブ４１に供給する。コントロールバルブ４１では、供給される圧油量に応じた押圧力が上記矢印Ｘ1方向とは反対の矢印Ｘ2方向に加わることになり、この押圧力に応じた開口面積で開口して、油圧ポンプ４２ｂによってタンク４３が汲み上げられた圧油がこの開口面積に応じた量の分通過し、シリンダ４０のロッド４０ａ側に供給される。これにより、シリンダ４０では、油圧の供給量に応じた押圧力がロッド４０ａに上記とは逆方向（矢印Ｙ2方向）に加わることになり、ロッド４０ａはこの押圧力、従って、操作レバー２０の操作量に応じた速度でこの矢印Ｙ2に移動して伸びていくことになる。
【００４８】
図１に戻って、以上のようにして、パケット操作用レバー２０ａの操作により、バケットシリンダ１２（図２）が伸縮動作してバケット７（図１）が上向き方向，下向き方向の回転動作を行ない、また、アーム操作用レバー２０ｂの操作により、アームシリンダ１０（図２）が伸縮動作してアーム６（図２）が上げ方向，下げ方向の回転動作を行なう。
【００４９】
ところで、パケット操作用レバー２０ａが負操作されたときには、その操作量に応じた速度でバケット７が下向き方向の回転動作を行ない、また、アーム操作用レバー２０ｂが負操作されたときには、その操作量に応じた速度でアーム６が下げ方向の回転動作を行なうが、この第１の実施形態では、パケット操作用レバー２０ａが正操作されたときには、あるいはアーム操作用レバー２０ｂが正操作されたときには、アーム６やバケット７の状態に応じて、バケットクラウド用電磁弁３２ａ1やアーム上げ用電磁弁３２ｂ1に供給される電磁弁駆動電流にオフセット電流が加算されたものとし、これにより、これらバケットクラウド用電磁弁３２ａ1やアーム上げ用電磁弁３２ｂ1（図５での電磁弁３２ａ）の開口面積をより広くして、図５でのコントロールバルブ４１での矢印＆Ｘ1方向の押圧による開口面積をより大きくし、シリンダ４０でのロッド４０ａに伸び方向（矢印Ｙ1方向）に加わる押圧力をより大きくする。
【００５０】
このように、オフセット電流が加わることにより、パケット操作用レバー２０ａやアーム操作用レバー２０ｂの正操作の操作量に応じた速度よりも大きな速度でバケットシリンダ１２やアームシリンダ１０でのロッドが伸びることになり、この結果、バケット７やアーム６がパケット操作用レバー２０ａやアーム操作用レバー２０ｂの正操作の操作量に応じた回転力よりも大きな回転力で上向きの方向，上り方向に回転駆動されることになる。
【００５１】
このようなオフセット電流を上記の電磁弁駆動信号に付加できるようにするために、図１において、オフセット値ＯＦを発生するオフセット値設定器３７が設けられており、また、電磁弁駆動電流にかかるオフセット値に応じたオフセット電流を付加すべき状態にあるか否かを判定するためのオフセットコントローラ２９が設けられており、このオフセットコントローラ２９の判定結果に基づいて、電磁弁駆動電流にオフセット電流を付加するためのスイッチ２８とオフセット信号生成部２７ａ，２７ｂとスイッチ２６ａ，２６ｂと加算部２５ａ，２５ｂとが設けられている。
【００５２】
図２に図示しないが、ホイルローダ１（図２）のアームシリンダ１０には、そのボトム（根元）側の圧力を検出する圧力センサ（アームシリンダボトム圧力センサ）３３と、その先端（ロッド）側の圧力を検出する圧力センサ（アームシリンダロッド圧力センサ）３４とが設けられており、それらの検出出力が速度指令信号生成部２３に供給される。また、地面１７（図２）に平行な平面に対するアーム６の角度（アーム角度）を検出するアーム角度センサ３５と、アーム６に対するバケット７の角度（バケット角度）を検出するバケット角度センサ３６とが設けられており、これらセンサ３５，３６の検出出力も速度指令信号生成部２３に供給される。速度指令信号生成部２３では、これらセンサ３３〜３６の検出出力がＡＤ変換器３０でデジタル検出値に変換されて、オフセットコントローラ２９に供給される。
【００５３】
オフセットコントローラ２９は、ＡＤ変換器３０からのセンサ３３〜３６のデジタル検出値をもとに、上記のオフセット電流を付加すべき状態にあるか否かを判定し（図４のステップＳ１０２）、オフセット電流を付加すべき状態にあると判定したときには（図４のステップＳ１０３の“ＹＥＳ”）、スイッチ２８をオン状態に設定する。これにより、オフセット値設定器３７からの正のデジタル値のオフセット値ＯＦは、ＡＤ変換器３８でデジタル値に変換された後（図４のステップＳ１０４）、スイッチ２８を介してオフセット信号生成部２７ａ，２７ｂに供給される（図４のステップＳ１０６）。
【００５４】
バケットオフセット信号生成部２７ａは、オフセット値設定器３７からのオフセット値ＯＦをバケット速度指令信号生成部２４ａからの正値のバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）に加算するためのバケットオフセット信号ＳＯａに変換するテーブルからなるものであって、これによって得られたバケットオフセット信号ＳＯａはスイッチ２６ａに供給される。同様にして、アームオフセット信号生成部２７ａは、オフセット値設定器３７からのオフセット値ＯＦをアーム速度指令信号生成部２４ｂからの正値のアーム速度指令信号ＳＣｂ（＋）に加算するためのアームオフセット信号ＳＯｂに変換するテーブルからなるものであって、これによって得られたアームオフセット信号ＳＯｂはスイッチ２６ｂに供給される（図４のステップＳ１０５）。
【００５５】
スイッチ２６ａは、バケット速度指令信号生成部２４ａからの正値のバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）が出力する期間、オン状態に設定されるものであって、オン状態になると、加算器２５ａにおいて、このバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）にバケットオフセット信号ＳＯａが加算される（図４のステップＳ１０６）。これらの加算信号がバケットクラウド用電磁弁駆動回路３１ａ1に供給される（図４のステップＳ１０７）。これにより、バケット操作用レバー２０ａの正操作量に応じた電磁弁駆動電流にバケットオフセット信号ＳＯａに応じたオフセット電流が加算された電磁弁駆動電流がバケットクラウド用電磁弁３２ａ1に供給されることになる。スイッチ２６ｂも、バケット速度指令信号生成部２４ｂからの正値のアーム速度指令信号ＳＣｂ（＋）が出力する期間、オン状態に設定され、加算器２５ｂでこのアーム速度指令信号ＳＣｂ（＋）にアームオフセット信号ＳＯｂが加算される（図４のステップＳ１０６）。これらの加算信号がアームクラウド用電磁弁駆動回路３１ｂ1に供給される（図４のステップＳ１０７）。これにより、アーム操作用レバー２０ｂの正操作量に応じた電磁弁駆動電流にアームオフセット信号ＳＯｂに応じたオフセット電流が加算された電磁弁駆動電流がアームクラウド用電磁弁３２ｂ1に供給されることになる。
【００５６】
なお、オフセットコントローラ２９は、ＡＤ変換器３０からのセンサ３３〜３６のデジタル検出値をもとに、上記のオフセット電流を付加すべき状態にないと判定したときには（図４のステップＳ１０３の“ＮＯ”）、スイッチ２８をオフ状態に設定する。これにより、バケット速度指令信号生成部２４ａから正値のバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）が出力されても、この正値のバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）は加算器２５ａをそのまま通過し、バケットクラウド用電磁弁駆動回路３１ａ1に供給される（図４のステップＳ１０７）。同様に、アーム速度指令信号生成部２４ｂから正値のアーム速度指令信号ＳＣｂ（＋）は加算器２５ｂをそのまま通過して、アーム上げ用電磁弁駆動回路３１ｂ1に供給される（図４のステップＳ１０７）。
【００５７】
ここで、電磁弁駆動電流にオフセット電流を付加すべき状態とは、例えば、バケット７に掘削対象物１６を積み込んだ状態でこのバケット７を持ち上げるときの状態である。即ち、掘削対象物１６を掘削する場合、図２（ａ）に示すように、バケット７の底板を地面１７に平らに接触させた状態で車体本体２を前進させ、バケット７を掘削対象物１６に貫入させることにより、掘削対象物１６が掘削されてバケット７内に積み込まれるが、かかる状態からバケット７を上向きの状態にして所定の高さに持ち上げる動作が行なわれる状態が、上記の電磁弁駆動電流にオフセット電流を付加する対象となる状態である。
【００５８】
図６は負荷状態に応じたレバー操作に対するシリンダの速度の関係を模式的に示す特性図であって、実線の「軽負荷」，「中負荷」，「重負荷」は従来の場合を、実線の「軽負荷」，「中負荷」と一点鎖線の「重負荷」は上記の第１の実施形態の場合を夫々示している。
【００５９】
同図において、実線の「軽負荷」，「中負荷」，「重負荷」の特性で示すように、掘削対象物１６（図２）の材質や状況（乾燥や湿っているなど）に応じてバケット７やアーム６（図２）に対する負荷が異なり、図１におけるバケット操作用レバー２０ａやアーム操作用レバー２０ｂのレバー操作量に対するバケットシリンダ１２，アームシリンダ１０のシリンダ速度は、軽負荷，中負荷，重負荷の順に低下していく。そして、必要なシリンダ速度Ｖｃを得るために必要なレバー操作量Ｌｃは、負荷が大きくなる程大きくなる。シリンダ速度がレバー操作量だけに応じた従来の場合には、軽負荷，中負荷，重負荷でのレバー操作量に対するシリンダ速度の特性は実線で示すものであり、特に、重負荷の場合には、バケット７に掘削対象物１６が積み込まれた状態でこのバケット７を必要な速度Ｖｃで持ち上げるために必要なバケット操作用レバー２０ａやアーム操作用レバー２０ｂのレバー操作量Ｌｃ’が非常に大きくなる場合もあり、この場合には、オペレータとしては、これら操作レバー２０ａ，２０ｂを非常に大きく操作する必要がある。
【００６０】
これに対し、この第１の実施形態では、例えば、重負荷状態で掘削対象物１６が積み込まれた状態のバケット７を必要な速度Ｖｃで持ち上げる場合、レバー操作量に応じて速度指令信号ＳＣａ，ＳＣｂにオフセット信号ＳＯａ，ＳＯｂが加算される（即ち、電磁弁駆動電流にオフセット電流が加算される）ものである。重負荷時にオフセット信号ＳＯａ，ＳＯｂを加算することにより、バケット操作用レバー２０ａやアーム操作用レバー２０ｂのレバー操作量に対するバケットシリンダ１２，アームシリンダ１０のシリンダ速度は、図６に一点鎖線で示すように、オフセット信号ＳＯａ，ＳＯｂを加算しない実線で示す特性に比べ、大きく変化することになり、重負荷状態での必要なシリンダ速度Ｖｃを得るためのレバー操作量Ｌｃは、従来のオフセット信号が加算されない場合のレバー操作量Ｌｃ’に比べて、充分小さくすることができる。
【００６１】
また、この第１の実施形態では、上記のように、オフセット値設定器３７でのオフセット値ＯＦを調整可能であり、図７に示すように、オフセット値ＯＦを大きくする程、電磁弁駆動電流を大きくすることができる。
【００６２】
これにより、この第１の実施形態では、オフセット値設定器３７でのオフセット値ＯＦを適宜設定することにより、バケット７を掘削対象物１６に貫入して持ち上げる重負荷時のバケット７やアーム６の初速度をバケット操作用レバー２０ａやアーム操作用レバー２０ｂの小さな操作量でもって得ることが可能となり、オペレータへのレバー操作の負担を軽減してオペレータの疲労を減らすことが可能となる。また、オフセット値設定器３７でのオフセット値ＯＦを調整することにより、いずれの負荷状態にあっても、オペレータがレバー２０ａ，２０ｂの操作量を操作し易い量にすることができる。
【００６３】
図８は図１におけるオフセットコントローラ２９の一具体例を示すブロック構成図であって、４４は減算器、４５はヒステリシス付圧力判定部、４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂは角度範囲判定部、４８，４９はアンドゲート、５０はラッチ回路であり、図１に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。
【００６４】
同図において、アームシリンダボトム圧力センサ３３の検出出力（ＡＤ変換器３０（図１）によるデジタル値）とアームシリンダロッド圧力センサ３４の検出出力（ＡＤ変換器３０（図１）によるデジタル値）とは減算器４４に供給され、これら検出出力が差分演算処理されてアームシリンダ１０のロッドの両側に掛かる圧力の差（以下、ロッド押圧力という）ｄＰが得られる。このロッド押圧力ｄＰは、ロッドを伸びる方向または縮む方向に移動させるものであり、ヒステリシス付圧力判定部４５に供給される。
【００６５】
このヒステリシス付圧力判定部４５は、ロッド押圧力ｄＰの変化によってレベルが“０”，“１”と変化するラッチ信号ＬＴＣを生成するものであって、２つの閾値ｄＰ1，ｄＰ2（但し、ｄＰ1＜ｄＰ2）が設定されている。このロッド押圧力ｄＰがｄＰ＜ｄＰ2の状態からｄＰ2≦ｄＰの状態に変化したとき、ラッチ信号ＬＴＣを“０”から“１”にレベル遷移させ、このロッド押圧力ｄＰがｄＰ1≦ｄＰの状態からｄＰ＜ｄＰ1の状態に変化したとき、ラッチ信号ＬＴＣを“１”から“０”にレベル遷移させる。このラッチ信号ＬＴＣはラッチ回路５０に供給され、このラッチ信号ＬＴＣのレベルが“０”から“１”へ遷移する立上りエッジのタイミングを、アンドゲート４８からのデータＤのラッチタイミングとする。
【００６６】
なお、閾値ｄＰ2は、図２（ａ）に示す状態でバケット７を掘削対象物１６内に貫入し、これによって掘削対象物１６の掘削積込物１６’が積み込まれたバケット７を上向きにして持ち上げ開始することを検出するためのアームシリンダ１０のロッド押圧力であり、閾値ｄＰ1は閾値ｄＰ2よりも若干小さい値である。即ち、ロッド押圧力ｄＰがこの閾値ｄＰ2以上となると、掘削積込物１６’が積み込まれたバケット７の持ち上げ（クラウド）動作が開始されたことが検出されるものである。
【００６７】
ここで、２つの閾値ｄＰ1，ｄＰ2を用いることにより、ラッチ信号ＬＴＣが“０”から“１”へのレベル遷移の経路と“１”から“０”へのレベル遷移の経路とにヒステリシス特性を持たせているが、これは、“０”から“１”へのレベル遷移の誤動作を防止するためである。
【００６８】
一方、アーム角度センサ３５で検出されるアーム角度ψ（ＡＤ変換器３０でデジタル値に変換されている）は角度範囲判定部４６ａに供給され、バケット角度センサ３６で検出されるバケット角度θ（ＡＤ変換器３０でデジタル値に変換されている）は角度範囲判定部４６ｂに供給される。角度範囲判定部４６ａは、図２（ａ）に示すように、バケット７の底板が地面１７に平行で、かつ地面１７に接触しているときのアーム６の角度を含む所定の角度範囲ＡＲａ内に、この検出されるアーム角度ψがあるか否かを判定するものであり、また、角度範囲判定部４６ｂは、同じくこのときのバケット７の角度を含む所定の角度範囲ＡＲｂ内に、この検出されるバケット角度θがあるか否かを判定するものである。
【００６９】
アーム角度センサ３５で検出されたアーム角度ψが所定の角度範囲ＡＲａ内にある場合には、角度範囲判定部４６ａから“１”の判定信号ＣＳａが出力され、それ以外では、この判定信号ＣＳａは“０”となる。また、同様に、バケット角度センサ３６で検出されたバケット角度θが所定の角度範囲ＡＲｂ内にある場合には、角度範囲判定部４６ｂから“１”の判定信号ＣＳｂが出力され、それ以外では、この判定信号ＣＳｂは“０”となる。これら判定信号ＣＳａ，ＣＳｂはアンドゲート４８に供給され、これら判定信号ＣＳａ，ＣＳｂが同時に“１”となる期間（図２（ａ）に示されるアーム６とバケット７の状態の期間）“１”となるデータＤが得られる。このデータＤがラッチ回路５０の入力データＤとなる。
【００７０】
なお、角度範囲判定部４６ａ，４６ｂとしては、アーム角度ψと判定信号ＣＳａの“１”，“０”のレベルとの関係を規定するテーブルを、バケット角度θと判定信号ＣＳｂの“１”，“０”のレベルとの関係を規定するテーブルを夫々用いることができる。
【００７１】
ラッチ回路５０では、ヒステリシス付圧力判定部４５からのラッチ信号ＬＴＣの立上りエッジでアンドゲート４８からのデータＤをラッチし、このラッチされた信号をＱ出力端子から、スイッチ制御信号ＳＷとして、出力してスイッチ２８に供給する。ラッチ信号ＬＴＣの立上りエッジのラッチタイミングでデータＤが“０”のときには、スイッチ制御信号ＳＷが“０”となってスイッチ２８はオフ状態に保持され、このラッチタイミングでデータＤが“１”のときには、スイッチ制御信号ＳＷが“１”となってスイッチ２８はオン状態に保持される。
【００７２】
ラッチ回路５０で“１”のデータＤをラッチしたときには、オフセットコントローラ２９が、上記のように、電磁弁駆動電流にオフセット電流を付加すべきものと判定したことになり、このとき、スイッチ２８がオン状態に設定されることにより、図１において、加算部２５ａにより、バケット速度指令信号生成部２４ａからのバケット速度指令信号ＳＣａ（＋）にオフセット信号ＳＯａが加算され、また、加算部２５ｂにより、アーム速度指令信号生成部２４ｂからのアーム速度指令信号ＳＣｂ（＋）にオフセット信号ＳＯｂが加算されることになる。このときのホイールローダ１の状態は、図２（ａ）に示すバケット７，アーム６の姿勢でバケット７が掘削対象物１６に貫入して持ち上げるように操作する状態である。
【００７３】
アーム角度センサ３５で検出されるアーム角度ψ（ＡＤ変換器３０でデジタル値に変換されている）は、また、角度範囲判定部４７ａに供給され、バケット角度センサ３６で検出されるバケット角度θは、また、角度範囲判定部４７ｂに供給される。角度範囲判定部４７ａは、角度範囲判定部４６ａでの角度範囲ＡＲａを含み、かつこの角度範囲ＡＲａよりも広い角度範囲ＡＲａ’が設定されており、検出されたアーム角度ψがこの角度範囲ＡＲａ’内にあるか否かを判定するものである。また、角度範囲判定部４７ｂは、角度範囲判定部４６ｂでの角度範囲ＡＲｂを含み、かつこの角度範囲ＡＲｂよりも広い角度範囲ＡＲｂ’が設定されており、検出されたバケット角度θがこの角度範囲ＡＲｂ’内にあるか否かを判定するものである。
【００７４】
なお、角度範囲ＡＲａ’は、例えば、図２（ａ）に示すアーム６の状態でのアーム角度から図２（ｂ）に示す上り方向に回動した状態でのアーム角度までの範囲とし、角度範囲ＡＲｂ’は、例えば、図２（ａ）に示すバケット７の状態でのバケット角度から図２（ｂ）に示す上向きの方向に回動した状態でのバケット角度までの範囲とする。
【００７５】
アーム角度センサ３５で検出されたアーム角度ψが設定された角度範囲ＡＲａ’内にある場合には、角度範囲判定部４７ａから“１”の判定信号ＣＳａ’が出力され、それ以外では、この判定信号ＣＳａ’は“０”となる。また、同様に、バケット角度センサ３６で検出されたバケット角度θが設定された角度範囲ＡＲｂ’内にある場合には、角度範囲判定部４７ｂから“１”の判定信号ＣＳｂ’が出力され、それ以外では、この判定信号ＣＳｂ’は“０”となる。これら判定信号ＣＳａ’，ＣＳｂ’はアンドゲート４９に供給され、これら判定信号ＣＳａ’，ＣＳｂ’が同時に“１”となる期間“１”となるリセット信号ＲＳＴが得られる。このリセット信号ＲＳＴがラッチ回路５０のリセット(Reset)端子に供給される。
【００７６】
なお、角度範囲判定部４７ａ，４７ｂとしては、アーム角度ψと判定信号ＣＳａ’の“１”，“０”のレベルとの関係を規定するテーブルを、バケット角度θと判定信号ＣＳｂ’の“１”，“０”のレベルとの関係を規定するテーブルを夫々用いることができる。
【００７７】
ラッチ回路５０では、上記のように、ヒステリシス付圧力判定部４５からのラッチ信号ＬＴＣの立上りエッジでアンドゲート４８からの“１”のデータＤをラッチすることにより、スイッチ制御信号ＳＷが“１”となってスイッチ２８はオン状態に保持されるが、アンドゲート４９からのリセット信号ＲＳＴが“１”から“０”にレベル遷移する立ち下がりエッジのタイミングがヒステリシス付圧力判定部４５のリセットタイミングとなり、これによってスイッチ２８がオン状態からオフ状態に切り替わる。
【００７８】
上記のように、図２（ａ）に示すアーム６とバケット７との状態でバケット７が掘削対象物１６に貫入し、この掘削対象物１６をすくい取った状態でバケット７が持ち上げ開始されるときには、スイッチ制御信号ＳＷが“１”となってスイッチ２８がオン状態となるが、図２（ｂ）に示す状態となって、掘削対象物１６を積み込んだバケット７が持ち上げられてアーム角度ψが角度範囲判定部４７ａの角度範囲ＡＲａ’からはずれ、これとともに、バケット角度θが角度範囲判定部４７ｂの角度範囲ＡＲｂ’からはずれている状態になると、ラッチ回路５０がリセットされてスイッチ制御信号ＳＷが“０”となり、スイッチ２８がオフ状態となる。これにより、オフセット信号の付加のための動作が終了する。
【００７９】
図９は図１におけるオフセットコントローラ２９の他の具体例を示すブロック構成図であって、５１はタイマ、５２は立下りエッジ検出回路であり、図８に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。
【００８０】
同図において、この具体例は、ラッチ回路５０の次段にタイマ５１を設け、このラッチ回路５０のＱ出力の“０”から“１”への立上りエッジからタイマ５１を起動させるものである。タイマ５１の出力端子Ｐ＿ＯＵＴからはスイッチ２８のスイッチ制御信号ＳＷが出力されるが、タイマ５１が起動すると、スイッチ制御信号ＳＷは“０”から“１”にレベル遷移してスイッチ２８をオン状態にし、この起動時点から予め設定された所定時間Ｔだけ経過すると、タイマ５１が動作を完了してスイッチ制御信号ＳＷを“１”から“０”にレベル遷移させ、スイッチ２８をオフ状態にする。
【００８１】
また、このスイッチ制御信号ＳＷが立下りエッジ検出回路５２に供給されてその“１”から“０”にレベル遷移する立下りエッジが立下りエッジ検出回路５２で検出され、その検出信号がラッチ回路５０のリセット信号ＲＳＴに使用される。
【００８２】
このようにして、スイッチ２８は、オン状態に設定されると、所定時間Ｔの経過後、自動的にオフ状態に変更するようにすることができる。ここで、この所定時間Ｔとしては、例えば、図２（ｂ）に示すように、掘削積込物１６’を積み込んだバケット７を持ち上げて移動を開始するまでの時間とするが、これに限るものではない。
【００８３】
なお、この具体例では、タイマ５１の出力をラッチ回路５０のリセット信号の作成にのみ用い、ラッチ回路５０のＱ出力をスイッチ制御信号として用いるようにしてもよい。この場合には、ラッチ回路５０のリセット信号ＲＳＴの生成手段として、図８での角度範囲判定部４７ａ，４７ｂとアンドゲート４９からなる手段の代わりに、タイマ５１を用い、スイッチ２８のオン状態を一定の期間とするものである。
【００８４】
以上の第１の実施形態では、図１におけるオフセット値設定器３７でのオフセット値ＯＦを固定、もしくはオペレータが手動で調整可能とするものであるが、例えば、掘削対象物１６の状況（材質や環境などによる影響）に応じてオフセット値ＯＦを自動的に調整可能にすることもできる。以下では、このようなオフセット値設定器３７を用いた本発明による掘削作業機械の掘削制御装置の第２の実施形態について説明する。
【００８５】
図１０は本発明による掘削作業機械の掘削制御装置の第２の実施形態の要部、即ち、オフセット値設定器３７の構成を示す図であって、５３は演算部、５４はオフセット値生成部である。
【００８６】
この第２の実施形態は、図２（ｂ）に示す状態でのバケット７の掘削積込物１６’の比重からオフセット値ＯＦを求めるようにしたものである。
【００８７】
同図において、図２（ｂ）に示す状態でバケット７の掘削積込物１６’の積込重量Ｗと積込体積Ａとが計測され、これら積込重量Ｗと積込体積Ａとが演算部５３で演算処理されることにより、このときの掘削対象物１６の比重Ｄが算出される。オフセット値生成部５４では、この比重Ｄに応じたオフセット値ＯＦが求められ、掘削制御装置２１のＡＤ変換器３８に出力される。なお、オフセット値生成部５４としては、比重Ｄとオフセット値ＯＦとの関係を示すテーブルを用いることができる。
【００８８】
このように、この第２の実施形態では、バケット７での掘削積込物１６’の比重を求めてオフセット値ＯＦを生成するものであり、掘削作業を開始する場合には、まず、最初に掘削対象物１６を掘削して図２（ｂ）に示す状態とし、このときのバケット７での掘削積込物１６’の比重Ｄを求めてオフセット値ＯＦを生成し、これを２回目の掘削のときに用いるものであり、２回目の掘削では、同様にして、オフセット値ＯＦを求めて３回目の掘削に用いるようにし、このようにして、掘削によって求めたオフセット値ＯＦを次の回の掘削に用いるようにする。このようにすることにより、各回の掘削毎にオフセット値ＯＦが調整され、常に最適なオフセット値ＯＦが自動的に設定されることになる。
【００８９】
図１１は図１０における演算部５３で用いる積込重量Ｗを検出する積込重量検出部の一具体例を示すブロック構成図であって、５５は積込重量計測部、５６は積込重量算出部、５７は積込掘削物重心位置／体積検出部であり、前出図面に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。
【００９０】
同図において、積込重量計測部５５は、バケット７に掘削積込物１６’が積み込まれた図２（ｂ）に示す状態において、アームシリンダ１０（図２）にかかるその回転モーメントによる力Ｆａとアーム角度θとをもとに、バケット７での掘削積込物１６’の予め決められた仮想的な重心位置（空であるときのバケット７の重心位置）に掛かる積込重量Ｗ’を求めるものである。また、積込重量算出部５６は、この仮想的な重心位置に掛かる積込重量Ｗ’をこの掘削積込物１６’の実際の重心位置（積込掘削物重心位置）ｘでの積込重量Ｗに変換するものである。この積込掘削物重心位置ｘは、積込掘削物重心位置／体積検出部５７で検出され、積込重量Ｗ’から積込重量Ｗへの変換には、この積込掘削物重心位置ｘが用いられる。
【００９１】
アームシリンダボトム圧力センサ３３で検出されたアームシリンダ１０の根元（ボトム）側の圧力（ボトム圧）Ｐｂと、アームシリンダロッド圧力センサ３４で検出されたアームシリンダ１０の先端側の圧力（ロッド圧）Ｐｒと、アーム角度センサ３５で検出されたアーム角度θとが積込重量計測部５５に供給される。
【００９２】
ここで、アームシリンダ１０には、バケット７やアーム６の重量に比例したアームピン８を中心とする回転モーメントを受け止める機構を備えており、これにより、アームシリンダ１０にかかる回転モーメントに応じた回転力Ｆａが掛かることになる。この回転力Ｆａは、
Ｆａ＝Ｓｂ×Ｐｂ−Ｓｒ×Ｐｒ
但し、Ｓｂ：アームシリンダ１０のボトム側の受圧面積
Ｓｒ：アームシリンダ１０の先端側の受圧面積
で表わされる。積込重量計測部５５では、かかる演算処理により、回転力Ｆａが求められる。
【００９３】
また、バケット７やアーム６の重量に対する回転力Ｆａは、アーム角度θに応じて異なるものであり、アーム角度θが小さいほど回転力Ｆａは大きく、アーム角度θが大きいほど回転力Ｆａは小さい。そこで、積込重量計測部５５では、アーム角度θと補正係数ｋとの関係を表わすテーブルが設けられており、このテーブルをもとに検出されたアーム角度θに対する補正係数ｋを求め、
Ｗ’＝ｋ・Ｆａ
の演算処理を行なうことにより、積込重量Ｗ’を求める。
【００９４】
ところで、バケット７に積込掘削物１６’が積み込まれたときの図２（ｂ）に示す状態で、上記のようにして求めた積込重量Ｗ’は、上記の仮想的な重心位置でのバケット７やアーム６の重量も含めた重量である。そこで、積込重量計測部５５では、予め空であるときのバケット７とアーム６との積込重量Ｗ0を求めて保持しておき、これを用いて、
Ｗ”＝Ｗ’−Ｗ0
の演算を行なうことにより、バケット７での掘削積込物１６’だけの仮想重心位置での積込重量Ｗ”を求める。この積込重量Ｗ”が積込重量算出部５６に供給される。
【００９５】
積込重量算出部５６は、上記のように、積込重量計測部５５で得られたバケット７での掘削積込物１６’の仮想重心位置での積込重量Ｗ”を、この掘削積込物１６’の重心位置（積込掘削物重心位置）ｘでの積込重量Ｗに変換するものであり、その積込掘削物重心位置ｘと変換係数α（但し、０＜α≦１）との関係を示すテーブルにより、積込掘削物重心位置／体積検出部５７で得られた現時点での掘削積込物１６’の積込掘削物重心位置ｘからこれに応じた変換係数αを求め、
Ｗ＝積込重量Ｗ”×変換係数α
の演算を行なうことにより、目的とする積込重量Ｗを求める。この積込重量Ｗが図１０での演算部５３に供給される。
【００９６】
図１２は図１０における積込掘削物重心位置／体積検出部５７の一具体例を示す構成図であって、７ａは先端、７ｂは水平面、１５ａは右カメラ、１５ｂは左カメラ、１６ａ’は基礎掘削積込物、１６ｂ’は余剰掘削積込物、５８はバケット角度演算部、５９は基礎重心位置／体積検出部、５９ａ，５９ｂはテーブル、６０は余剰重心位置／体積検出部、６０ａは三次元形状計測部、６０ｂは演算処理部、６１は演算部であり、前出図面に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。
【００９７】
同図において、アーム角度センサ３５で検出されたアーム角度ψとバケット角度センサ３６で検出されたバケット角度θとはバケット角度演算部５８に供給され、これら角度ψ，θからバケット７の地面１７（図２）に対するバケット角度、即ち、対地バケット角度θ0が算出される。この対地バケット角度θ0は、基礎重心位置／体積検出部５９に供給される。
【００９８】
ここで、バケット角度θが対地バケット角度θ0であるときの、バケット７内でのその底面からその先端７ａを通る水平面７ｂまでの空間（以下、これを基礎空間という）での掘削積込物（以下、これを基礎掘削積込物という）１６ａ’の積込体積（以下、これを基礎積込体積という）をＡ０、また、この基礎掘削積込物１６ａ’の重心位置（以下、これを基礎重心位置という）をｘ０とする。
【００９９】
基礎重心位置／体積検出部５９は、バケット７に掘削積込物１６’が積み込まれているときの、かかる基礎空間での基礎積込体積Ａ０と基礎重心位置ｘ０とを求めるものであるが、対地バケット角度θ0が変化すると、これに応じて基礎積込体積Ａ０が変化し、また、基礎積込体積Ａ０の変化とともに、基礎重心位置ｘ０も変化する。
【０１００】
そこで、基礎重心位置／体積検出部５９では、対地バケット角度θ0の変化に対する基礎重心位置ｘ０の変化が予めテーブル５９ａとして、また、対地バケット角度θ0の変化に対する基礎積込体積Ａ０の変化が予めテーブル５９ｂとして夫々求められており、バケット角度演算部５８からの対地バケット角度θ0に対する基礎重心位置ｘ０がテーブル５９ａによって、また、対地バケット角度θ0に対する基礎積込体積Ａ０がテーブル５９ｂによって夫々求められる。得られた基礎積込体積Ａ０と基礎重心位置ｘ０とは演算部６１に供給される。
【０１０１】
一方、バケット７での基礎空間の上（水平面７ｂ上）に積み込まれている掘削積込物（以下、これを余剰掘削積込物という）１６ｂ’の体積（以下、余剰積込体積という）Ａ１とこの余剰掘削積込物１６ｂ’の重心位置（以下、余剰重心位置という）ｘ１とは、ステレオカメラ１５を用いて余剰重心位置／体積検出部６０で検出される。
【０１０２】
余剰重心位置／体積検出部６０では、ステレオカメラ１５の右カメラ１５ａと左カメラ１５ｂとで撮影されたバケット７の水平面７ｂ上に堆積されている余剰掘削積込物１６ｂ’の画像が供給され、三次元形状計測部６０ａでこの余剰掘削積込物１６ｂ’の三次元形状が計測され、この三次元形状から、演算処理部６０ｂにより、余剰掘削積込物１６ｂ’の体積（即ち、余剰積込体積）Ａ１とその重心位置（即ち、余剰重心位置）ｘ１とが算出される。得られた余剰積込体積Ａ１と余剰重心位置ｘ１と演算部６１に供給される。
【０１０３】
演算部６１では、基礎重心位置／体積検出部５９から供給される基礎積込体積Ａ０と余剰重心位置／体積検出部６０から供給される余剰積込体積Ａ１とから、
Ａ＝Ａ０＋Ａ１
の演算処理が行なわれて積込体積Ａが求められ、また、基礎重心位置／体積検出部５９から供給される基礎重心位置ｘ０と余剰重心位置／体積検出部６０から供給される余剰重心位置ｘ１とから、
ｘ＝｛（ｘ０×Ａ０）＋（ｘ１×Ａ１）｝／Ａ
の演算処理が行なわれて積込掘削物重心位置ｘが算出される。得られた積込体積Ａは図１０における演算部５３に供給され、得られた積込掘削物重心位置ｘが図１１での積込重量検出部５６に供給される。
【０１０４】
このように、この第２の実施形態では、掘削対象物１６の比重Ｄを計測し、この比重Ｄに応じてオフセット値設定器３７でのオフセット値ＯＦを変更するものであるから、天候などの環境の変化や掘削対象物１６の種類の変更があって、オフセット値ＯＦの調整を要する状況になっても、自動的にオフセット値ＯＦが調整されることになり、オペレータの調整の手間を省いて、常に最適なオフセット値ＯＦを設定することが可能となる。そして、このように、オフセット値ＯＦが設定されることにより、通常操作レバーの大きな操作量を必要とする作業状況においても、オペレータのこのレバー操作量を小さくすることができ、オペレータの作業負担を低減して、違和感のない作業を行なうことを可能とする。
【０１０５】
そして、図３に示したような掘削作業を自動的に行なうことができるようにした自動運転システムを備えたホイールローダ１（図１）においても、かかる掘削作業を自動的に行なわせるとき、かかるオフセット値設定器３７を用いることにより、オフセット値ＯＦが自動的に最適な値に設定されて、良好な掘削作業が自動的に行なわれることになる。
【０１０６】
図１３は本発明による掘削作業機械の掘削制御装置の第３の実施形態のオフセット設定器を示すブロック構成図であって、６２はコントローラ、６３はオフセット値生成部、６４は操作部、６５は記憶部、６６はロッド押圧力計測部、６７はサイクルタイム計測部、６８は積込重量計測部、６９はバケット用信号生成部、７０はアーム用信号生成部、７１は走行用信号生成部である。
【０１０７】
この第３の実施形態は、図１に示す第１の実施形態の構成に、掘削作業の自動運転時に使用されるこの図１３に図示するオフセット値設定器を備えたものである。従って、かかるオフセット値設定器を備えていること以外、図１に示す第１の実施形態と構成が同様である。
【０１０８】
同図において、コントローラ６２は、各部の制御を行なう制御手段とともに、積込重量の算出処理を行なう積込重量算出手段やオフセット値を調整するオフセット値調整手段などを備えている。
【０１０９】
操作部６４は、ホイールローダ１の運転室３（図２）に設けられた図１でのパケット操作用レバー２０ａ，アーム操作用レバー２０ｂや走行用操作レバーなどの操作レバーや自動運転の開始／終了のための操作手段などを備えており、掘削対象物１６（図２）の掘削とダンプトラック（図３）へのその積み込みとの掘削作業の自動運転の開始／終了のための操作手段は、例えば、操作ボタンである。この操作部６４で自動運転の開始操作が行なわれることにより、コントローラ６２が各部を制御して自動運転を開始させ、また、この操作部６４で自動運転の終了操作が行なわれることにより、コントローラ６２が自動運転動作を終了させる。
【０１１０】
記憶部６５には、掘削作業の自動運転のためのプログラムや各種データが記憶されているものであって、操作部６４で自動運転の開始操作が行なわれると、コントローラ６２が、記憶部６５から自動運転のためのプログラムやデータを読み取り、ロッド押圧力計測部６６，サイクルタイム計測部６７及び積込重量計測部６８の出力を用いて自動運転のプログラムを実行し、オフセット値生成部６３，バケット用信号生成部６９，アーム用信号生成部７０及び走行用信号生成部７１を制御して、掘削作業の自動運転を実行する。
【０１１１】
ここで、この掘削作業の自動運転は、図３に示されるように、ダンプトラック１７が掘削対象物１６の近くの位置Ｃに置かれており、ホイールローダ１が作業場の所定の位置Ａから掘削対象物１６に近い位置Ｂに移動して掘削対象物１６の掘削を行ない、図２（ｂ）で示すように、バケット７に掘削積込物１６’が積み込まれた状態で位置Ａに戻り、しかる後、ダンプトラック１７の位置Ｃまで移動してバケット７の掘削積込物１６’をダンプトラック１８に落し込み、再び位置Ａに戻る掘削とダンプトラック１８への搬送との一連の作業を自動的に繰り返す作業の運転である。
【０１１２】
ロッド押圧力計測部６６は、アーム６（図２）のロッドにかかる押圧力を検出するものであって、図１１における積込重量計測部５５のように、アームシリンダボトム圧力センサ３３とアームシリンダロッド圧力センサ３４との検出圧力との減算処理によって得られるものであり、バケット７が掘削対象物１６に嵌入した状態を検出するために用いる。コントローラ６２は、このロッド押圧力計測部６６の検出出力（アーム６のロッド押圧力）が予め決められた閾値に達すると、バケット７が掘削対象物１６に貫入したものと判定し、自動運転のプログラムに従ってバケット用信号生成部６９を制御し、バケット７の掘削対象物１６への貫入動作を終了させて次のバケット７の上向きの回動動作に移行させる。
【０１１３】
積込重量計測部６８は、図２（ｂ）に示すようなバケット７の掘削積込物１６’の重量、即ち、積込重量Ｗを計測するものであって、図１１に示す積込重量検出部５５と同様の構成をなしている。この積込重量計測部６８の計測結果はコントローラ６２に供給され、その積込重量算出部により、積込重量の算出処理がなされる。この第３の実施形態が、手動運転の際に用いる図１０〜図１２に示すような構成のオフセット値設定器３７を備えているときには、積込重量計測部６８として、このオフセット値設定器３７の図１１に示す積込重量計測部５５を兼用してもよい。
【０１１４】
サイクルタイム計測部６７は、図３において、ホイールローダ１が位置Ａから位置Ｂに移動して掘削を行ない、一旦位置Ａに戻ってから位置Ｃに移動してバケット７の掘削積込物１６’をダンプトラック１８に移し、位置Ａに戻る一連の動作のうちの前半部分、即ち、ホイールローダ１が位置Ａから位置Ｂに移動して掘削を行ない、一旦位置Ａに戻る動作を１サイクルとし、それに要する時間をサイクルタイムＴｃとして計測するものであって、ホイールローダ１が位置Ａから走行開始する毎にリセット（Ｒ）され、その計時データＤがコントローラ６２に供給される。コントローラ６２は、ホイールローダ１が位置Ａから走行開始するタイミングでサイクルタイム計測部６７にリセット信号を送り、その時点からホイールローダ１が位置Ｂで掘削作業をして位置Ａに戻った時点での時間をサイクルタイム計測部６７からの計時データＤから求め、これをサイクルタイムＴｃとする。
【０１１５】
なお、位置Ａから位置Ｂ，位置Ｂから位置Ｃ，位置Ｃから位置Ａの経路は、例えば、操作部６４を操作することにより、ホイールローダ１を一度動作させ、位置Ａを開始位置として設定し、この開始位置Ａから位置Ｂまでの経路をホイールローダ１を走行させて位置Ｂで位置設定することにより、かかる経路と位置Ｂとが設定され、次いで位置Ｂから位置Ａまでの経路を走行させて位置Ａで位置設定操作することにより、かかる経路と位置Ａとが設定され、次いで位置Ａから位置Ｃまでの経路を走行させて位置Ｃで位置設定操作することにより、かかる経路と位置Ｃとが設定され、最後に位置Ｃから位置Ａまでの経路を走行させて位置Ａで終点位置の設定操作をすることにより、かかる経路と終点位置Ａとが設定される。かかる設定データはコントローラ６２に取り込まれ、記憶部６５に登録される。
【０１１６】
掘削の自動運転を開始するときには、コントローラ６２でかかる設定データが読み出され、この設定データをもとに走行用信号生成部７１が制御されて走行用信号ＳＴが発生され、ホイールローダ１の設定された経路に沿う走行が行なわれる。この場合、位置Ｂが設定されるときには、操作部６４の操作により、この位置Ｂでの掘削動作の設定も同時に行なわれ、また、位置Ｃが設定されるときには、バケット７の掘削積込物１６’のダンプトラック１８への積み込み作業を同時に設定する。但し、位置Ａ〜Ｃの設定は、ナビゲーションシステムによる位置検出を利用するようにしてもよい。
【０１１７】
また、経路の計測は、図示しないが、走行距離計測部と走行方向計測部とが設けられており、走行距離毎の走行方向データを経路データとしてコントローラ６２が取り込み、記憶部６５に登録する。掘削作業を行なうときには、コントローラ６２が記憶部６５からこの経路データを読み取り、これに基づいて走行用信号生成部７１を制御し、この経路データに応じた走行用信号ＳＴを生成してホイールローダ１の走行を制御する。
【０１１８】
オフセット値生成部６３は、サイクルタイムＴｃの１サイクル毎にオフセット値ＯＦ（ｎ）（ｎ＝０，１，２，……であって、ｎ＝０は起動時であり、ＯＦ（ｎ）はｎサイクルでのオフセット値ＯＦを表わす）を生成するものであって、コントローラ６２のオフセット値調整手段により、デフォルト値としてオフセット初期値ＯＦ（０）が設定され、サイクル毎にコントローラ６２の積込重量算出手段によって算出されたそのサイクルタイムＴｃでの積込重量Ｗに応じてオフセット調整量ＳＰのプラス・マイナスの調整が行なわれる。オフセット値生成部６３から出力されるオフセット値ＯＦ（ｎ）は、図１におけるスイッチ２８に供給される。
【０１１９】
バケット用信号生成部６９は、コントローラ６２の制御により、ホイールローダ１の経路走行中や掘削対象物１６の掘削動作中，ダンプトラック１８への積込動作中のバケット操作用レバー２０ａ（図１）の操作による上記の電気信号に相当するバケット用信号ＳＢを生成し、図１における掘削制御装置２１のバケット速度指令信号生成部２４ａに供給する。
【０１２０】
アーム用信号生成部７０は、コントローラ６２の制御により、ホイールローダ１の経路走行中や掘削対象物１６の掘削動作中，ダンプトラック１８への積込動作中のアーム操作用レバー２０ｂ（図１）の操作による上記の電気信号に相当するアーム用信号ＳＡを生成し、図１における掘削制御装置２１のアーム速度指令信号生成部２４ｂに供給する。
【０１２１】
次に、図１４により、この第３の実施形態の自動運転におけるオフセット値の設定動作の一具体例について説明する。
【０１２２】
操作部６４で掘削作業の自動運転の開始操作が行なわれると（このときには、自動運転のための設定データや経路データなどの自動運転に必要なデータが記憶部６５に設定されている）、コントローラ６２は記憶部６５からデフォルトのオフセット値（初期オフセット値）ＯＦ（０）とオフセット調整値ＳＰを読み取り、この初期オフセット値ＯＦ（０）をオフセット値生成部６３に供給する。これにより、オフセット値生成部６３からこの初期オフセット値ＯＦ（０）がオフセット値ＯＦとして出力し、スイッチ２８（図１）に供給する。また、作業回数ｎをｎ＝０に設定する（ステップＳ２００）。
【０１２３】
そして、コントローラ６２はバケット用信号生成部６９，アーム用信号生成部７０及び走行用信号生成部７１を制御し、これにより、図３に示すように、位置Ａから走行開始して位置Ｂに進み、バケット７で掘削積込物１６’を積み込んで持ち上げ、位置Ｂから位置Ａに戻る最初の掘削作業の前半の自動運転が開始される。そして、この自動運転の開始とともに、コントローラ６２は、サイクルタイム計測部６７をリセットして時間の計測動作（計時動作）を開始させ、積込重量計測部６８が計測するバケット７での掘削積込物１６’の積込重量Ｗを取り込んでこれをコントローラ６２の積込重量算出手段が順次積算する。但し、バケット７が掘削対象物１６（図２）に貫入してこれを持ち上げるまでは、積込重量Ｗ＝０である。
【０１２４】
また、この最初の掘削作業の前半の自動運転において、ホイールローダ１が図３での掘削対象物１６の近くの位置Ｂに達すると、コントローラ６２がバケット用信号生成部６９とアーム用信号生成部７０とを制御することにより、バケット７とアーム６とが図２（ａ）に示す状態となり、この状態でホイールローダ１を前進させてバケット７を掘削対象物１６に貫入させるが、このとき、コントローラ６２はロッド押圧力計測部６６が計測するロッド押圧力ｄＰを監視し、このロッド押圧力ｐｄが所定の閾値を超えると、バケット７が掘削対象物１６に充分貫入したと判定し、バケット用信号生成部６９とアーム用信号生成部７０とを制御してバケット７を上向きに回動させ、アーム６を上方向に回動させてバケット７に掘削積込物１６’が積み込まれた図２（ｂ）に示す状態とする。
【０１２５】
しかる後、コントローラ６２によるバケット用信号生成部６９とアーム用信号生成部７０と走行用信号生成部７１との制御により、アーム６及びバケット７がかかる状態に保持されてホイールローダ１が一旦位置Ｂに戻り（このために、位置Ｂから掘削対象物１６にバケット７が貫入するまでの経路や距離が計測されており、その計測データをもとに、位置Ｂに戻る）、しかる後、この位置Ｂから位置Ａに戻り、これにより、前半の自動運転が終了する。
【０１２６】
そして、コントローラ６２の積込重量算出手段により、この掘削作業の前半の自動運転の終了時点でのサイクルタイム計測部６７の計時データを取り込んでサイクルタイムＴｃとし、このサイクルタイムＴｃの期間に積込重量計測部６８で得られた積込重量Ｗを除算した累積値ΣＷをサイクルタイムＴｃで乗算して、単位時間当たりの積込重量（即ち、時間平均化された積込重量）ΣＷ／Ｔｃを求める（以上、ステップＳ２０１）。
【０１２７】
ここで、同じ自動運転においても、夫々の掘削作業毎に、掘削対象物１６の場所（表面部や内部）に応じて単位体積当りの重量が異なるばかりでなく、掘削積込物１６’を積み込んでバケット７を図２（ｂ）に示す状態に持ち上げる過程で積込重量Ｗが変動したり、バケット７に掘削積込物１６’を積み込んで位置Ａまで運ぶときの走行状態に応じて異なる振動が各シリンダに加わり、これによって積込重量Ｗが変動したりするので、このような影響をなくすために、時間平均化した単位時間当たりの積込重量ΣＷ／Ｔｃを用いるものである。即ち、この第３の実施形態では、図１０〜図１２で示す第２の実施形態での図２（ｂ）に示す状態での掘削積込物１６’の積込重量Ｗを用いるのではなく、掘削作業の前半の作業時間（サイクルタイムＴｃ）内で取り扱う積込重量をもとに、オフセット設定値ＯＦの更新を行なうものである。
【０１２８】
次いで、作業回数ｎが０か否かを判定し、この場合、初回の掘削作業でｎ＝０であるから（ステップＳ２０２の“ＹＥＳ”）、続いて、掘削作業の後半の自動運転、即ち、位置Ａからホイールローダ１を位置Ｃに移動させてバケット７の積込対象物１６’をダンプトラック１８に移し、しかる後、位置Ａに戻る後半の作業の自動運転が行なわれる（ステップＳ２０６）。そして、位置Ａに戻って以上の一連の動作の今回の自動運転が完了したとき（これにより、最初の掘削作業の自動運転が完了する）、操作部６４によって自動運転の停止操作がなされていないときには（ステップＳ２０７の“ＮＯ”）、作業回数ｎ＝ｎ＋１とし（この場合、ｎ＝１：ステップＳ２０８）、ステップＳ２０１に進んで次の（この場合、２回目の）掘削作業の前半の自動運転を開始する。
【０１２９】
２回目以降の掘削作業では、作業回数ｎは０でないから（ステップＳ２０２の“ＮＯ”）、ステップ２０１での今回の掘削作業で求めた単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（ｎ）と前回の掘削作業で求めた単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（ｎ−１）との大小関係が判定され、｛ΣＷ／Ｔｃ（ｎ）−ΣＷ／Ｔｃ（ｎ−１）｝≧０のときには（ステップＳ２０３の“ＹＥＳ”）、積込重量Ｗが前回の作業のときよりも大きくなったとして、今回の掘削作業で使用したオフセット設定値、即ち、前回の掘削作業で求めたオフセット値ＯＦ（ｎ−１）（なお、今回の掘削作業が２回目の掘削作業である場合、初期オフセット値ＯＦ（０））にオフセット調整値ＳＰを加算して次回の掘削作業で使用するオフセット設定値ＯＦを大きくする（ステップＳ２０５）。また、｛ΣＷ／Ｔｃ（ｎ）−ΣＷ／Ｔｃ（ｎ−１）｝＜０のときには（ステップＳ２０３の“ＮＯ”）、積込重量Ｗが前回の掘削作業のときよりも小さくなったとして、今回の掘削作業で使用したオフセット設定値ＯＦ（ｎ−１）にオフセット調整値ＳＰを減算して次回の掘削作業で使用するオフセット設定値ＯＦを小さくする（ステップＳ２０４，Ｓ２０５）。
【０１３０】
このようにして、この自動運転の次回の掘削作業で使用するオフセット設定値ＯＦ（ｎ＋１）がオフセット調整値ＳＰによって更新されると、操作部６４によるこの自動運転の停止操作がなされたか否かの判定がなされ、自動運転の停止操作がなされていなければ（ステップＳ２０７の“ＮＯ”）、作業回数ｎ＝ｎ＋１とし（ステップＳ２０８）、ステップＳ２０１に進んで次の（この場合、ｎ＋１回目の）掘削作業の自動運転を開始する。また、操作部６４によるこの自動運転の停止操作がなされていれば（ステップＳ２０７の“ＹＥＳ”）、ステップＳ２０５で更新したオフセット設定値ＯＦ（ｎ）を、次回の自動運転で使用する初期オフセット設定値ＯＦ（０）として、記憶部６５に格納して保存し（ステップＳ２０９）、この自動運転を終了する。
【０１３１】
そこで、いま、ｎ回目の掘削作業の自動運転において、単位時間当りの積込重量ΣＷ／ＴｃをＷ（ｎ）とし、ステップＳ２０５で設定されたオフセット設定値ＯＦをＯＦ（ｎ）として、次の（ｎ＋１）回目の掘削作業の自動運転において、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃが増加してＷ（ｎ）＋ΔＷとなったとすると、このときのオフセット設定値ＯＦは１つ前のｎ回目の掘削作業の自動運転で設定されたＯＦ（ｎ）であるから、シリンダ速度が遅くなってサイクルタイムＴｃ（ｎ＋１）はｎ回目の掘削作業の自動運転でのサイクルタイムＴｃ（ｎ）よりも長くなる。
【０１３２】
この状態において、
Ｗ（ｎ＋１）−Ｗ（ｎ）＞０
となった場合には、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃの増加に対してオフセット値ＯＦが小さ過ぎ、シリンダ速度が遅すぎることになり、（ｎ＋１）回目の掘削作業の自動運転でのステップＳ２０５において、オフセット値ＯＦがオフセット調整値ＳＰ分増加されることになる。
【０１３３】
また、
Ｗ（ｎ＋１）−Ｗ（ｎ）＜０
となった場合には、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃの増加に対してオフセット値ＯＦが大き過ぎ、シリンダ速度が速すぎることになり、（ｎ＋１）回目の掘削作業の自動運転でのステップＳ２０５において、オフセット値ＯＦがオフセット調整値ＳＰ分減少されることになる。
【０１３４】
これに対し、次の（ｎ＋１）回目の掘削作業の自動運転において、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃが減少してＷ（ｎ）−ΔＷとなったとすると、このときのオフセット設定値ＯＦは１つ前のｎ回目の掘削作業の自動運転で設定されたＯＦ（ｎ）であるから、シリンダ速度が速くなってサイクルタイムＴｃ（ｎ＋１）はｎ回目の掘削作業の自動運転でのサイクルタイムＴｃ（ｎ）よりも短くなる。
【０１３５】
この状態において、
Ｗ（ｎ＋１）−Ｗ（ｎ）＞０
となった場合には、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃの減少に対してオフセット値ＯＦが大き過ぎ、シリンダ速度が速過ぎることになって、（ｎ＋１）回目の掘削作業の自動運転でのステップＳ２０５において、オフセット値ＯＦがオフセット調整値ＳＰ分減少されることになる。
【０１３６】
また、
Ｗ（ｎ＋１）−Ｗ（ｎ）＜０
となった場合には、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃの減少に対してオフセット値ＯＦが小さ過ぎ、シリンタブ速度が遅すぎることになり、（ｎ＋１）回目の掘削作業の自動運転でのステップＳ２０５において、オフセット値ＯＦがオフセット調整値ＳＰ分増加されることになる。
【０１３７】
このように、常に、積込対象物の状態の変化に対して、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃが大きくなるように、オフセット値ＯＦ（従って、ロッド押圧力によるシリンダ速度）がオフセット調整値ＳＰによって調整されるものである。
【０１３８】
図１５は以上の図１４のステップ２０１〜ステップ２０８のオフセット値ＯＦの調整動作の時間的な流れの一具体例を示すフローチャートである。
【０１３９】
ここで、図１５においては、横軸にオフセット値ＯＦ（ｎ）をとり、縦軸に単位当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃをとり、単位当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃの最大値をＷｍａｘとして、この最大値Ｗｍａｘを通る縦軸を時間軸ｔとしている。この時間軸ｔに沿ってオフセット値ＯＦの時間的な変化を示している。また、横軸状に示すＮ＝０，Ｎ＝１，……，ｎ＝４は夫々、オフセット値ＯＦ（ｎ）を表わしており、ｎ＝０はオフセット値ＯＦ（０）を、ｎ＝１はオフセット値ＯＦ（１）を、ｎ＝２はオフセット値ＯＦ（２）を、ｎ＝３はオフセット値ＯＦ（３）を、ｎ＝４はオフセット値ＯＦ（４）を夫々表わしている。
【０１４０】
また、ｔ3，ｔ4，ｔ5，……，ｔ8は時間軸ｔ上の時刻を表わすものであって、夫々オフセット値ＯＦがオフセット調整値ＳＰによって変更されるタイミングを示すものであり、換言すると、順次の掘削作業の自動運転の開始タイミング（即ち、図３において、ホイールローダ１が位置Ａから移動開始するタイミング）である。ここで、時刻ｔ3は３回目の位置Ａからの移動開始タイミング、時刻ｔ4は４回目の位置Ａからの移動開始タイミング、……、時刻ｔ8は８回目の位置Ａからの移動開始タイミングである。
【０１４１】
また、小さい黒丸は各時刻ｔ3，ｔ4，ｔ5，……，ｔ8でのオフセット値ＯＦを表わすものであり、その値は横軸に投影したときのその投影点での値である。さらに、各時刻ｔ3，ｔ4，ｔ5，……，ｔ8での２つのオフセット値ＯＦ間の矢印は、オフセット調整値ＳＰを表わすものであり、この矢印が右向きの場合、オフセット調整値ＳＰは正値（即ち、＋ＳＰ）、この矢印が左向きの場合、オフセット調整値ＳＰは負値（即ち、−ＳＰ）である。
【０１４２】
なお、ここでは、順番が異なる掘削作業の自動運転でのオフセット値ＯＦが等しい場合には、図面が複雑とならないように、これらオフセット値ＯＦは同じ形態で表示されるものとする。例えば、図示する例では、時刻ｔ5でのオフセット値ＯＦはｎ＝３でのＯＦ（３）であり、時刻ｔ7でのオフセット値ＯＦはこれと同じであるので、ＯＦ（３）で表わすことにする。
【０１４３】
また、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃが最大値Ｗｍａｘとなるオフセット値ＯＦは、オフセット値ＯＦ（３）とオフセット値ＯＦ（４）との間の値であるが、ここでは、このようなオフセット値（ｎ）は設定できないものとする。
【０１４４】
以下、動作を説明すると、１回目の掘削動作と２回目の掘削動作とで使用するオフセット値ＯＦは、ともに、初期オフセット値ＯＦ（０）である。
【０１４５】
２回目の掘削動作のタイムサイクルＴｃが終了して、１回目の掘削作業での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（１）に対し、２回目の掘削作業での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（２）が大きい場合には（図１４でのステップ２０３の“ＹＥＳ”）、３回目の掘削動作が開始する時刻ｔ3のタイミングでこれまでの初期オフセット値ＯＦ（０）にオフセット調整値ＳＰを加算し、３回目の掘削動作に対するオフセット値ＯＦ（１）とする（図１４でのステップ２０５）。３回目の掘削動作では、このオフセット値ＯＦ（１）が設定されて掘削作業が行われるが、このときも、２回目の掘削作業での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（２）に対し、３回目の掘削作業での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（３）が大きい場合には（図１４でのステップ２０３の“ＹＥＳ”）、次の４回目の掘削動作が開始する時刻ｔ4のタイミングでこれまでのオフセット値ＯＦ（１）にオフセット調整値ＳＰが加算され、４回目の掘削動作に対するオフセット値ＯＦ（２）とする（図１４でのステップ２０５）。
【０１４６】
同様にして、図示するように、５回目，６回目の掘削動作が開始する時刻ｔ5，ｔ6のタイミングで４回目，５回目の掘削動作のオフセット値ＯＦ（２），（３）にオフセット調整値ＳＰが加算されて、オフセット値ＯＦ（３），（４）で５回目，６回目の掘削動作が行なわれるが、５回目の掘削動作での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（５）に対し、６回目の掘削動作での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（６）が小さい場合には（図１４でのステップ２０３の“Ｎｏ”）、次の７回目の掘削動作を開始する時刻ｔ7でこれまでのオフセット値ＯＦ（４）にオフセット調整値ＳＰが減算され、７回目の掘削動作に対するオフセット値ＯＦ（３）とする（図１４でのステップ２０４，２０５）。そして、７回目の掘削動作がオフセット値ＯＦ（３）で行われるが、６回目の掘削動作での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（６）に対し、７回目の掘削動作での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（７）が大きい場合には（図１４でのステップ２０３の“ＹＥＳ”）、次の８回目の掘削動作を開始する時刻ｔ8でこれまでのオフセット値ＯＦ（３）にオフセット調整値ＳＰが減算され、８回目の掘削動作に対するオフセット値ＯＦ（２）とする（図１４でのステップ２０４，２０５）。８回目の掘削動作がオフセット値ＯＦ（２）で行われるが、７回目の掘削動作での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（７）に対し、８回目の掘削動作での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃ（８）が小さい場合には（図１４でのステップ２０３の“Ｎｏ”）、次の９回目の掘削動作を開始する時刻ｔ9でこれまでのオフセット値ＯＦ（４）にオフセット調整値ＳＰが加算され、９回目の掘削動作に対するオフセット値ＯＦ（３）とする（図１４でのステップ２０５）。そして、図示しないが、次の１０回目の掘削動作に用いるオフセット値ＯＦは９回目の掘削動作に用いたオフセット値ＯＦ（３）にオフセット調整値ＳＰが加算されたものとなる。
【０１４７】
以下、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃが最大値Ｗｍａｘとなるときのオフセット値ＯＦ（Ｘ）の上下の３つのオフセット値ＯＦ（２），（３），（４）が、
オフセット値ＯＦ（２）＜オフセット値ＯＦ（３）＜オフセット値ＯＦ（Ｘ）
＜オフセット値ＯＦ（４）
であって、かつオフセット値ＯＦ（２），（３），（４）での単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃを夫々Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4として、
Ｗ3＞Ｗ4＞Ｗ2
であるときには、掘削動作が進む毎に、オフセット値ＯＦはオフセット値ＯＦ（２），（３），（４），（３），〔２〕の切り替わりを繰り返すことになる。
【０１４８】
これに対し、図１６に示すように、
Ｗ3，Ｗ5＜Ｗ4
である場合には、図１４のステップ２０３で“ＹＥＳ”となるので、時刻ｔ7で始まる７回目の掘削動作に用いるオフセット値ＯＦは、時刻ｔ6で始まる６回目の掘削動作に用いたオフセット値ＯＦ（４）にオフセット調整値ＳＰが加算されたものとなり、時刻ｔ8で始まる８回目の掘削動作に用いるオフセット値ＯＦが７回目の掘削動作に用いたオフセット値ＯＦ（５）にオフセット調整値ＳＰが減算されたものとなり、時刻ｔ9で始まる９回目の掘削動作に用いるオフセット値ＯＦが８回目の掘削動作に用いたオフセット値ＯＦ（４）にオフセット調整値ＳＰが減算されたものとなる。そして、図示しないが、次の１０回目の掘削動作に用いるオフセット値ＯＦは９回目の掘削動作に用いたオフセット値ＯＦ（３）にオフセット調整値ＳＰが加算されたものとなる。このため、これ以降では、掘削動作が進む毎に、オフセット値ＯＦは、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃが最大値Ｗｍａｘとなるときのオフセット値（Ｘ）よりも小さいオフセット値ＯＦ（３）と大きいオフセット値ＯＦ（４），（５）とが順にかつ繰り返し切り替わることになる。
【０１４９】
以上は、初期オフセット値ＯＦ（０）が単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃが最大値Ｗｍａｘとなるときのオフセット値（Ｘ）よりも小さい場合であったが、大きい場合であって、オフセット値ＯＦの変化する方向が逆になるだけであって、同様の調整が行なわれる。
【０１５０】
なお、ここでは、自動運転の開始時の掘削作業（ｎ＝０）で用いる初期オフセット設定値ＯＦ（０）として、前回の最後の掘削作業の自動運転で求めたオフセット値ＯＦを用いるようにしたが、初期オフセット設定値ＯＦ（０）を常に一定値としてもよい。
【０１５１】
以上のように、この第３の実施形態では、各掘削作業の自動運転毎にサイクルタイムＴｃで時間平均化した単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃを求め、その変化に応じてオフセット設定値ＯＦを調整するものであるから、積込重量Ｗが大きく、前回よりも今回の方が単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃが大きい場合には、オフセット設定値ＯＦがオフセット調整値ＳＰ分だけ増加するように調整されるから、前回に比べて掘削の速度が速くなる。また、前回の方が今回よりも単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃが大きい場合には、オフセット設定値ＯＦがオフセット調整値ＳＰ分だけ減少するように調整されるから、掘削の速度が前々回と同じになる。
【０１５２】
このように、オフセット値ＯＦが調整されることにより、掘削対象物１６の種類や状況が異なった場合には、これに応じてオフセット値ＯＦは、単位時間当りの積込重量ΣＷ／Ｔｃが大きくなるように、調整される。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明による掘削作業機械の掘削制御装置の第１の実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】掘削作業機械の一例としてのホイールローダの掘削作業状態を示す図である。
【図３】ホイールローダの掘削とダンプトラックへの積込作業との一連の掘削作業動作を示す図である。
【図４】図１に示す第１の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】図１における掘削制御装置によって制御される油圧回路の一具体例を示す図である。
【図６】レバー操作に対するシリンダの速度の関係を模式的に示す特性図である。
【図７】図１でのオフセット値設定器での設定オフセット値に対するレバー操作量と電磁弁駆動電流との関係を模式的に示す特性図である。
【図８】図１におけるオフセットコントローラの一具体例を示すブロック構成図である。
【図９】図１におけるオフセットコントローラの他の具体例を示すブロック構成図である。
【図１０】本発明による掘削作業機械の掘削制御装置の第２の実施形態におけるオフセット値設定器の一具体例を示す図である。
【図１１】図１０における演算部で用いる積込重量Ｗを検出する積込重量検出部の一具体例を示すブロック構成図である。
【図１２】図１０における積込掘削物重心位置／体積検出部の一具体例を示す構成図である。
【図１３】本発明による掘削作業機械の掘削制御装置の第３の実施形態における自動運転のためのオフセット値設定器の一具体例を示すブロック構成図である。
【図１４】図１３に示す第３の実施形態での自動運転におけるオフセット値の設定動作の一具体例を示すフローチャートである。
【図１５】図１４のステップ２０１〜ステップ２０８のオフセット値ＯＦの調整動作の時間的な流れの一具体例を示すフローチャートである。
【図１６】図１４のステップ２０１〜ステップ２０８のオフセット値ＯＦの調整動作の時間的な流れの他の具体例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１５４】
１  ホイールローダ
３  操作室
６  アーム
７  バケット
７ａ  先端
７ｂ  水平面
１０  アームシリンダ
１２  バケットシリンダ
１５  ステレオカメラ
１５ａ  右カメラ
１５ｂ  左カメラ
１６  掘削対象物
１６’  掘削積込物
１６ａ’  基礎掘削積込物
１６ｂ’  余剰掘削積込物
１７  地面
１８  ダンプトラック
２０ａ  バケット操作用レバー
２０ｂ  アーム操作用レバー
２１  掘削制御装置
２２  ＡＤ変換器
２３  速度指令信号生成部
２４ａ  バケット速度指令信号生成部
２４ｂ  アーム速度指令信号生成部
２５ａ，２５ｂ  加算部
２６ａ，２６ｂ  スイッチ
２７ａ，２７ｂ  オフセット信号生成部
２８  スイッチ
２９  オフセットコントローラ
３０  ＡＤ変換器
３１ａ1  バケットクラウド用電磁弁駆動回路
３１ａ2  バケットダンプ用電磁弁駆動回路
３１ｂ1  アーム上げ用電磁弁駆動回路
３１ｂ2  アーム下げ用電磁弁駆動回路
３２ａ1  バケットクラウド用電磁弁
３２ａ2  バケットダンプ用電磁弁
３２ｂ1  アーム上げ用電磁弁
３２ｂ2  アーム下げ用電磁弁
３３  アームシリンダボトム圧力センサ
３４  アームシリンダロッド圧力センサ
３５  アーム角度センサ
３６  バケット角度センサ
３７  オフセット値設定器
３８  ＡＤ変換器
４４  減算器
４５  ヒステリシス付圧力判定部
４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ  角度範囲判定部
４８，４９  アンドゲート
５０  ラッチ回路
５１  タイマ
５２  立下りエッジ検出回路
５３  演算部
５４  オフセット値生成部
５５  積込重量計測部
５６  積込重量算出部
５７  積込掘削物重心位置／体積検出部
５８  バケット角度演算部
５９  基礎重心位置／体積検出部
５９ａ，５９ｂ  テーブル
６０  余剰重心位置／体積検出部
６０ａ  三次元計測部
６０ｂ  処理部
６１  演算部
６２  コントローラ
６３  オフセット値生成部
６４  操作部
６５  記憶部
６６  ロッド押圧力計測部
６７  サイクルタイム計測部
６８  積込重量計測部
６９  バケット用信号生成部
７０  アーム用信号生成部
７１  走行用信号生成部
【図１】
2009243157.tif 000003
【図２】
2009243157.tif 000004
【図３】
2009243157.tif 000005
【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】
2009243157.tif 000012
【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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