(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に回動可能な第１及び第２フロント部材（1b,1a）を含む複数のフロント部材（1a-1c）により構成される多関節型のフロント装置（1A）と、前記第１及び第２フロント部材を駆動する第１及び第２油圧アクチュエータ（3b,3a）を含む複数の油圧アクチュエータ（3a-3f）と、前記第１及び第２フロント部材の動作を指示する第１及び第２操作手段（14b,14a;4b,4a）を含む複数の操作手段（14a-14f;4a-4f）と、前記第１及び第２操作手段の操作に応じて駆動され、前記第１及び第２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第１及び第２油圧制御弁（15b,15a;5b,5a）を含む複数の油圧制御弁（15a-15f;5a-5f）とを備えた建設機械に設けられ、
前記複数の操作手段のうち少なくとも前記第１操作手段（14b;4b）による前記フロント装置（1A）の移動速度（b;Vc）を計算する第１演算手段（9e;9Od）と、
前記フロント装置が設定領域の境界に近づくに従って絶対値が小さくなる制限値（a;h;f(Ya)）を計算する第２演算手段（9c;9Oe）と、
前記第１演算手段で計算したフロント装置の移動速度及び前記第２演算手段で計算した制限値を用い、前記フロント装置が前記設定領域の境界に近づくに従ってその境界に接近する方向の移動速度を減じ、境界に沿った方向には移動するよう前記複数の操作手段のうち少なくとも前記第２操作手段（14a;4a）の操作信号を補正する信号補正手段（9f-9j;9f-9Bi,12;9Oe-9Ok,12）とを備える領域制限掘削制御装置において、
前記フロント装置（1A）に作用する負荷を検出する第１検出手段（41a）と；
前記第１検出手段によって検出された負荷の大きさに従い前記制限値（a;h;f(Ya)）を補正する制限値補正手段（9l;9Cl）とを備えることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記制限値補正手段（9l;9Cl）は、前記第１検出手段（41a）で検出したフロント装置（1A）に作用する負荷が大きくなるにつれて、前記設定領域の境界からより近かづいた位置で制限値（a;h;f(Ya)）が働くように補正することを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記第１検出手段（41a）が検出する前記フロント装置（1A）に作用する負荷は、前記第１油圧アクチュエータ（3b）の負荷圧力であることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記第１検出手段（41a）が検出する前記フロント装置（1A）に作用する負荷は、前記第２油圧アクチュエータ（3a）の負荷圧力であることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記制限値補正手段（9l）で補正される制限値は、前記設定領域の境界に接近する方向の速度の制限値（a;f(Ya)）であり、前記信号補正手段（9f-9j;9f-9Bi,12;9Oe-9Ok,12）は、前記フロント装置（1A）の速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分がその制限値を超えないよう前記第２操作手段（14a;4a）の操作信号を補正することを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記第１演算手段（9Od）で計算するフロント装置（1A）の移動速度は前記フロント装置の目標速度（Vc）であり、前記制限値補正手段（9Cl）で補正される制限値は、前記フロント装置の目標速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分を補正するための係数（h）であり、前記信号補正手段（9Oe-9Ok,12）は、この係数により補正された速度成分を持つフロント装置の目標速度が得られるよう前記第１及び第２操作手段（14b,14a;4b,4a）の操作信号を補正することを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項７】
請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記第１演算手段（9Od）で計算するフロント装置（1A）の移動速度は前記フロント装置の目標速度（Vc）であり、前記制限値補正手段（9Cl）で補正される制限値は、前記フロント装置の目標速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分の制限値（f(Ya)）であり、前記信号補正手段（9Oe-9Ok,12）は、その制限値を越えないように補正された速度成分を持つフロント装置の目標速度が得られるよう前記第１及び第２操作手段（14b,14a;4b,4a）の操作信号を補正することを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項８】
請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記制限値補正手段（9l;9Cl）に代え、前記第１検出手段（41a）によって検出された負荷の大きさに従い、前記第１演算手段（9e;9Od）で計算したフロント装置の移動速度（b;Vc）を制限する速度制限手段（9m）を備えることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
【請求項９】
請求項１記載の建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記複数のフロント部材は油圧ショベルのブーム（1a）とアーム（1b）を含み、前記第１フロント部材はアーム（1b）であり、前記第２フロント部材はブーム（1a）であることを特徴とする建設機械の領域制限掘削制御装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は多関節型のフロント装置を備えた建設機械、特にアーム、ブーム、バケット等のフロント部材からなるフロント装置を備えた油圧ショベルにおいて、フロント装置の動き得る領域を制限した掘削が行える領域制限掘削制御装置に関する。
背景技術
油圧ショベルではオペレータがブームなどのフロント部材をそれぞれの手動操作レバーによって操作しているが、これらフロント部材はそれぞれが関節部によって連結され回動運動を行うものであるため、これらフロント部材を操作して所定の領域を掘削することは、非常に困難な作業である。そこで、このような作業を容易にするための領域制限掘削制御装置が、特開平８−３３３７６８号公報やＷＯ９５／３００５９号公報及びＷＯ９５／３３１００号公報に提案されている。
特開平８−３３３７６８号公報に記載の領域制限掘削制御装置は、上下方向に回動可能な複数のフロント部材により構成される多関節型のフロント装置と、前記複数のフロント部材を駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記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、前記複数の操作手段の操作に応じて駆動され、前記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建設機械の領域制限掘削制御装置において、前記フロント装置の動き得る領域を設定する領域設定手段と；前記フロント装置の位置と姿勢に関する状態量を検出する第１検出手段と；前記第１検出手段からの信号に基づき前記フロント装置の位置と姿勢を演算する第１演算手段と；前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも第１の特定のフロント部材（例えばアーム）に係わる第１の特定のアクチュエータの駆動による前記フロント装置の速度を演算する第２演算手段と；前記第１及び第２演算手段の演算値を入力し、前記フロント装置が前記設定領域内でその境界近傍にあるとき、前記設定領域の境界に接近する方向の移動速度を制限するよう、前記複数の油圧アクチュエータのうちの少なくとも第２の特定のフロント部材（例えばブーム）に係わる第２の特定のアクチュエータの駆動による前記フロント装置の速度の制限値を演算する第３演算手段と；前記第２の特定のアクチュエータの駆動による前記フロント装置の速度が前記制限値を超えないよう前記第２の特定アクチュエータに係わる操作手段の操作信号を補正する信号補正手段とを備えており、第３演算手段で、フロント装置が設定領域内でその境界近傍にあるとき、第２の特定のフロント部材に係わる第２の特定のアクチュエータの駆動によるフロント装置の速度の制限値を演算し、信号補正手段で、第２の特定のアクチュエータの駆動によるフロント装置の速度がその制限値を超えないよう第２の特定アクチュエータに係わる操作手段の操作信号を補正することにより、設定領域の境界に対して接近する方向のフロント装置の動きを減速する方向変換制御が行われ、設定領域の境界に沿ってフロント装置を動かすことができる。これにより、バケットが設定領域の境界、すなわち設定した掘削深さを超えないように、設定領域の境界を目標掘削面とした掘削を能率良く円滑に行うことができる。
ＷＯ９５／３００５９号公報に記載の領域制限掘削制御装置は、フロント装置が動き得る領域を予め設定しておき、制御ユニットで角度検出器からの信号に基づきフロント装置の位置と姿勢を演算し、操作レバー装置からの信号に基づきフロント装置の目標速度ベクトルを演算し、フロント装置が設定領域内でその境界近傍にないときには目標速度ベクトルを維持し、フロント装置が設定領域内でその境界近傍にあるときは設定領域の境界に接近する方向のベクトル成分を減じるように目標速度ベクトルを補正し、この補正した目標速度ベクトルが得られるようにそれぞれの油圧制御弁を操作し、これにより領域を制限した掘削を能率良く円滑に行えるようにしている。
ＷＯ９５／３３１００号公報に記載の領域制限掘削制御装置は、上記ＷＯ９５／３００５９号公報に記載の制御装置において、油圧制御弁（流量制御弁）のメータリング特性がフロント装置の負荷によって変化することを考慮し、目標パイロット圧演算部で用いる関数関係をそのメータリング特性の負荷変化に合わせて補正し、この補正した関数関係を用いて目標パイロット圧を計算し、負荷の変化に係わらず精度の良い制御が行え、フロント装置の先端が目標速度ベクトル通りに動くようにしている。
発明の開示
一般に掘削作業を行う場合、掘削対象となる土壌の硬さは必ずしも一定ではなく、部分的に硬さが大きくなる箇所が存在することが多い。例えば、土壌の一部分の土質が他の部分より硬い土壌条件や、石、コンクリート、廃材等が土壌中に部分的に集積している土壌条件が存在する。このような土壌条件において、前述した特開平８−３３３７６８号公報に提案されている従来技術を適用し、掘削作業を行う場合、フロント装置が第２演算手段で演算したフロント装置の速度通りに動かなくなり、適切な方向変換制御が行えなくなる。
例えば、建設機械の車体の前方にフロント装置を伸ばした状態、すなわちフロントの構成要素であるブームを下げ方向に動かし、アームをブームに対して上げ方向（ダンプ方向）に操作した状態で、アームをクラウド方向に動かし、領域制限掘削制御により掘削作業を行う場合、バケットが硬い土壌部分に到達すると、アーム駆動用のアクチュエータの負荷が増大し、当該アクチュエータに圧油が流入し難くなるので、アームは指令速度よりも遅い速度でクラウド動作する。その結果、第２演算手段で演算したフロント装置の速度は実際のフロント装置の速度よりも速めとなり、この速めの速度を基に制限値が演算され、ブームを上げ方向に動かす制御が行われるので、アームクラウド動作に対しブームが上がり過ぎとなり、バケット先端が設定領域の境界に到達するまでの軌跡がその境界から上げ方向に離れ勝ちになる。
このため、上記の適用例では、バケットは硬い土壌部分を十分に掘削することができず、その硬い土壌部分の一部を掘り残し、掘削面に予想外の突出部を形成することとなり、設定領域の境界まで掘削するのに追加作業が数回必要となり、目標掘削面を形成するための作業時間が増加し、施工期限が遅延することがあった。
ＷＯ９５／３００５９号公報に提案されている従来技術でも、同様の土壌条件においては、バケットが硬い土壌部分に到達すると、バケット先端が計算した目標速度ベクトル通りに動かず、やはりバケット先端が設定領域の境界に到達するまでの軌跡がその境界から上げ方向に離れ勝ちになり、適切な方向変換制御が行えなくなる。
ＷＯ９５／３３１００号公報に記載の従来技術では、目標パイロット圧演算部で用いる関数関係を流量制御弁のメータリング特性の負荷変化に合わせて補正し、この補正した関数関係を用いて目標パイロット圧を演算することにより制御精度を向上し、上記のような硬い土壌部分がある条件下でもバケット先端が計算した目標速度ベクトル通りに動けるようにしている。この従来技術は、負荷に係わらずバケット先端の実際の移動速度ベクトルを計算した目標速度ベクトルに一致させ、制御精度を向上させるという考え方である。しかし、この方法では、目標パイロット圧演算部で用いる関数関係を負荷変化に応じて精度良く補正できるようにするための大量の補正データの収集や登録処理が必要であり、そのためには多大の手間暇と労力を要する。特に、領域制限掘削制御のようなブームとアームの複合操作の制御においては、アームとブームの複合状態が変わりフロント装置の姿勢が変わるとそれに応じて流量制御弁の負荷特性が変わり必要な補正量も変わるため、あらゆる複合状態を考慮して補正データを得る必要があるが、このような複合状態を考慮した補正データの収集は極めて困難である。また、製品の種類が変わり、流量制御弁が変われば、その都度データを取り直し、負荷補正データを記憶させる必要もある。
本発明の目的は、領域を制限した掘削制御を用いる掘削作業において、掘削対象となる土壌の硬さに影響されずに、設定領域を境界まで掘削することができ、しかもそのためのソフトの作成を容易に行える建設機械の領域制限掘削制御装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、上下方向に回動可能な第１及び第２フロント部材を含む複数のフロント部材により構成される多関節型のフロント装置と、前記第１及び第２フロント部材を駆動する第１及び第２油圧アクチュエータを含む複数の油圧アクチュエータと、前記第１及び第２フロント部材の動作を指示する第１及び第２操作手段を含む複数の操作手段と、前記第１及び第２操作手段の操作に応じて駆動され、前記第１及び第２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第１及び第２油圧制御弁を含む複数の油圧制御弁とを備えた建設機械に設けられ、前記複数の操作手段のうち少なくとも前記第１操作手段による前記フロント装置の移動速度を計算する第１演算手段と、前記フロント装置が設定領域の境界に近づくに従って絶対値が小さくなる制限値を計算する第２演算手段と、前記第１演算手段と計算したフロント装置の移動速度及び前記第２演算手段と計算した制限値を用い、前記フロント装置が前記設定領域の境界に近づくに従ってその境界に接近する方向の移動速度を減じ、境界に沿った方向には移動するよう前記複数の操作手段のうち少なくとも前記第２操作手段の操作信号を補正する信号補正手段とを備える領域制限掘削制御装置において、前記フロント装置に作用する負荷を検出する第１検出手段と；前記第１検出手段によって検出された負荷の大きさに従い前記制限値を補正する制限値補正手段とを備えるものとする。
以上のように構成した本発明においては、第２演算手段で、フロント装置が設定領域の境界に近づくに従って絶対値が小さくなる制限値を計算し、信号補正手段で、フロント装置が設定領域の境界に近づくに従ってその境界に接近する方向の移動速度を減じ、境界に沿った方向には移動するよう複数の操作手段のうち少なくとも第２操作手段の操作信号を補正することにより、設定領域の境界に対して方向変換制御が行われ、設定領域の境界に沿ってフロント装置を動かすことができる。これは特開平８−３３３７６８号公報やＷＯ９５／３００５９号公報及びＷＯ９５／３３１００号公報の提案技術と同じである。
そして本発明では、このような方向変換制御に際して、第１検出手段でフロント装置に作用する負荷を検出し、制限値補正手段で、第１検出手段によって検出された負荷の大きさに従い制限値を補正することにより、負荷が大きい場合には、負荷が小さいときよりフロント装置が設定領域の境界により近づかないと制限値が働かないようにすることができ、これにより掘削負荷でフロント装置が上がり気味になる現象が押さえられ、掘削対象となる土壌が硬く掘削負荷が大きい状態でも、土壌の硬さに影響されずに、設定領域を境界まで掘削することができる。
また、本発明は、硬い土壌など負荷の大きな掘削対象を上記制御を用いて掘削するとき、フロント装置が設定領域の境界に達するまでの速度ベクトル（軌跡）を問題にするのではなく、フロント装置が掘削対象から逃げること無く最終的に境界に達すれば良いという考え方に基づいており、そのために制限値を負荷補正している。従って、この制限値の補正は厳密性を必要とせず、メータリング特性を負荷補正する場合に比べてソフトの作成は極めて容易である。
上記において、好ましくは、前記制限値補正手段は、前記第１検出手段で検出したフロント装置に作用する負荷が大きくなるにつれて、前記設定領域の境界からより近づいた位置で制限値が働くように補正する。
また、好ましくは、前記第１検出手段が検出する前記フロント装置に作用する負荷は、前記第１油圧アクチュエータの負荷圧力である。
前記第１検出手段が検出する前記フロント装置に作用する負荷は、前記第２油圧アクチュエータの負荷圧力であってもよい。
更に、好ましくは、前記制限値補正手段で補正される制限値は、前記設定領域の境界に接近する方向の速度の制限値であり、前記信号補正手段は、前記フロント装置の速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分がその制限値を超えないよう前記第２操作手段の操作信号を補正する。
また、前記第１演算手段で計算するフロント装置の移動速度は前記フロント装置の目標速度であり、前記制限値補正手段で補正される制限値は、前記フロント装置の目標速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分を補正するための係数であり、前記信号補正手段は、この係数により補正された速度成分を持つフロント装置の目標速度が得られるよう前記第１及び第２操作手段の操作信号を補正してもよい。
更に、前記第１演算手段で計算するフロント装置の移動速度は前記フロント装置の目標速度であり、前記制限値補正手段で補正される制限値は、前記フロント装置の目標速度の前記設定領域の境界に接近する方向の成分の制限値であり、前記信号補正手段は、その制限値を越えないように補正された速度成分を持つフロント装置の目標速度が得られるよう前記第１及び第２操作手段の操作信号を補正してもよい。
また、前記制限値補正手段に代え、前記第１検出手段によって検出された負荷の大きさに従い、前記第１演算手段で計算したフロント装置の移動速度を制限する速度制限手段を備えてもよい。
更に、好ましくは、前記複数のフロント部材は油圧ショベルのブームとアームを含み、前記第１フロント部材はアームであり、前記第２フロント部材はブームである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態による建設機械の領域制限掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図である。
図２は、本発明が適用される油圧ショベルの外観を示す図である。
図３は、制御ユニットの制御機能を示す機能ブロック図である。
図４は、本実施形態の領域制限掘削制御における掘削領域の設定方法を示す図である。
図５は、バケット先端速度の制限値を求めるときの設定領域の境界からの距離との関係の一例を示す図である。
図６は、制限値補正部の演算内容の一例を示す機能ブロック図である。
図７は、図６のブロック図で用いる負荷圧と補正係数との関係を示す図である。
図８は、制限値補正部の演算内容の他の例を示す機能ブロック図である。
図９は、図８のブロック図で用いる距離と制限値の基本値との関係を示す図である。
図１０は、図８のブロック図で用いる負荷圧と補正係数との関係を示す図である。
図１１は、制限値補正部の演算内容の更に他の例を示す機能ブロック図である。
図１２は、バケット先端が設定領域内にある場合と、設定領域の境界上にある場合と、設定領域外にある場合のブームによるバケット先端速度の補正動作の違いを示す図である。
図１３は、バケット先端が設定領域内にあるときの補正動作軌跡の一例を示す図である。
図１４は、バケット先端が設定領域外にあるときの補正動作軌跡の一例を示す図である。
図１５は、バケット先端速度の制限値を求めるときの設定領域の境界からの距離との関係の他の例を示す図である。
図１６は、本発明の第２の実施形態による建設機械の領域制限掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図である。
図１７は、制御ユニットの制御機能を示す図である。
図１８は、本発明の第３の実施形態による建設機械の領域制限掘削制御装置をその油圧駆動装置と共に示す図である。
図１９は、制御ユニットの制御機能を示す図である。
図２０は、方向変換制御部における処理内容を示すフローチャートである。
図２１は方向変換制御部におけるバケット先端と設定領域の境界との距離Ｙａと係数ｈとの関係を示す図である。
図２２はバケットの先端が演算通りに方向変換制御されたときの軌跡の一例を示す図である。
図２３は、アームシリンダ負荷圧力による係数ｈの補正の仕方を示す図である。
図２４は、方向変換制御部における他の方法による処理内容を示すフローチャートである。
図２５は、方向変換制御部における距離ＹａとＶｃｙｆ＝関数ｆ（Ｙａ）との関係を示す図である。
図２６は、アームシリンダ負荷圧力によるＹａ座標成分ｆ（Ｙａ）の補正の仕方を示す図である。
図２７は、復元制御部における処理内容を示すフローチャートである。
図２８はバ、ケットの先端が演算通りに復元制御されたときの軌跡の一例を示す図である。
図２９は、アームシリンダ負荷圧力による復元制御で用いる係数Ｋの補正の仕方を示す図である。
図３０は、本発明の第４の実施形態による建設機械の領域制限掘削制御装置における制御ユニットの制御機能を示す図である。
図３１は、掘削負荷によるバケット先端速度補正部の処理内容を示すフローチャートである。
図３２は、アームシリンダ負荷圧力とバケット先端速度補正係数との関係を示す図である。
図３３は、バケット先端速度を補正することによる作用を説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図６により説明する。
図１において、本発明が適用される油圧ショベルは、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２からの圧油により駆動されるブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ，３ｆを含む複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆのそれぞれに対応して設けられた複数の操作レバー装置１４ａ〜１４ｆと、油圧ポンプ２と複数の油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆ間に接続され、操作レバー装置１４ａ〜１４ｆの操作信号によって制御され、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１５ａ〜１５ｆと、油圧ポンプ２と流量制御弁１５ａ〜１５ｆの間の圧力が設定値以上になった場合に開くリリーフ弁６とを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を駆動する油圧駆動装置を構成している。
アームシリンダ３ｂのボトム側管路には、圧力検出器４１ａが設けられている。この圧力検出器４１ａは、掘削中にアームシリンダ３ｂに作用する負荷を圧力として検出するものである。
油圧ショベルは、図２に示すように、垂直方向にそれぞれ回動可能に連結されたブーム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装置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、フロント装置１Ａのブーム１ａの基端は上部旋回体１ｄの前部に支持されている。ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅはそれぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ，３ｆによりそれぞれ駆動される被駆動部材を構成し、それらの動作は上記操作レバー装置１４ａ〜１４ｆにより指示される。
また、操作レバー装置１４ａ〜１４ｆは操作信号として電気信号（電圧）を出力する電気レバー方式であり、流量制御弁１５ａ〜１５ｆは両端に電気油圧変換手段、例えば比例電磁弁を備えた電磁駆動部３０ａ，３０ｂ〜３５ａ，３５ｂを有し、操作レバー装置１４ａ〜１４ｆはオペレータの操作量と操作方向に応じた電圧を電気信号として対応する流量制御弁１５ａ〜１５ｆの電磁駆動部３０ａ，３０ｂ〜３５ａ，３５ｂへ供給する。
更に、流量制御弁１５ａ〜１５ｆはセンターバイパスタイプの流量制御弁であり、各流量制御弁のセンタバイパス通路はセンターバイパスライン２４２により直列に接続されている。センターバイパスライン２４２の上流側は供給ライン２４３を介して油圧ポンプ２に接続され、下流側はタンクに接続されている。
以上のような油圧ショベルに本実施形態による領域制限掘削制御装置が設けられている。この制御装置は、予め作業に応じてフロント装置の所定部位、例えばバケット１ｃの先端が動き得る掘削領域の設定を指示する設定器７と、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃのそれぞれの回動支点に設けられ、フロント装置１Ａの位置と姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検出する角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと、車体１Ｂの前後方向の傾斜角を検出する傾斜角検出器８ｄと、上記の圧力検出器４１ａと、操作レバー装置１４ａ〜１４ｆの操作信号、設定器７の設定信号及び角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと傾斜角検出器８ｄと圧力検出器４１ａの検出信号を入力し、バケット１ｃの先端が動き得る掘削領域を設定すると共に、領域を制限した掘削制御を行うための操作信号の補正を行う制御ユニット９とから構成されている。
設定器７は、操作パネルあるいはグリップ上に設けられたスイッチ等の操作手段により設定信号を制御ユニット９に出力し掘削領域の設定を指示するもので、操作パネル上には表示装置等、他の補助手段があってもよい。
制御ユニット９の制御機能を図３に示す。制御ユニット９は、フロント姿勢演算部９ａ、領域設定演算部９ｂ、バケット先端速度の制限値演算部９ｃ、掘削負荷による制限値補正部９ｌ、アームシリンダ速度演算部９ｄ、アームによるバケット先端速度演算部９ｅ、ブームによるバケット先端速度の制限値演算部９ｆ、ブームシリンダ速度の制限値演算部９ｇ、ブーム指令の制限値演算部９ｈ、ブーム指令の最大値演算部９ｊ、ブーム用バルブ指令演算部９ｉ、アーム用バルブ指令演算部９ｋの各機能を有している。
フロント姿勢演算部９ａでは、角度検出器８ａ〜８ｃ及び傾斜角検出器８ｄで検出したブーム、アーム、バケットの回動角及び車体１Ｂの前後の傾斜角に基づきフロント装置１Ａの位置と姿勢を演算する。
領域設定演算部９ｂでは、設定器７からの指示でバケット１ｃの先端が動き得る掘削領域の設定演算を行う。その一例を図４を用いて説明する。
図４において、オペレータの操作でバケット１ｃの先端を点Ｐの位置に動かした後、設定器７からの指示でフロント姿勢演算部９ａの演算したそのときのバケット１ｃの先端位置を入力し、更に設定器７で指示された傾斜角ζにより制限領域の境界Ｌを設定する。
ここで、制御ユニット９の記憶装置にはフロント装置１Ａ及び車体１Ｂの各部寸法が記憶されており、領域設定演算部９ｂはフロント姿勢演算部９ａにてこれらのデータと、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃで検出した回動角及び傾斜角検出器８ｄで検出した車体１Ｂの傾斜角を用いて点Ｐの位置を計算する。このとき、点Ｐの位置は例えばブーム１ａの回動支点を原点としたＸＹ座標系の座標値として求める。ＸＹ座標系は本体１Ｂに固定した垂直面内にある直交座標系である。
そして、点Ｐの位置と設定器７で指示された傾斜角ζにより制限領域の境界Ｌの直線式を立て、当該直線上に原点を持ち当該直線を一軸とする直交座標系、例えば点Ｐを原点とするＸａＹａ座標系を立て、ＸＹ座標系からＸａＹａ座標系への変換データを求める。
バケット先端速度の制限値演算部９ｃでは、バケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに基づき、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａを計算する。これは制御ユニット９の記憶装置に図５に示すような関係を記憶しておき、この関係を読み出して行う。
図５において、横軸はバケット先端の境界Ｌからの距離Ｄを示し、縦軸はバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａを示し、横軸の距離Ｄ及び縦軸の速度制限値ａはＸａＹａ座標系と同じくそれぞれ設定領域外から設定領域内に向かう方向を（＋）方向としている。この距離Ｄと制限値ａの関係は、バケット先端が設定領域内にあるときには、その距離Ｄに比例した（−）方向の速度をバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａとし、バケット先端が領域外にあるときには、その距離Ｄに比例した（＋）方向の速度をバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａとするように定められている。したがって、設定領域内では、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分が（−）方向で制限値を越えた場合だけ減速され、設定領域外では、バケット先端が（＋）方向に増速されるようになる。
掘削負荷による制限値補正部９ｌでは、圧力検出器４１ａからアームシリンダ３ｂの負荷圧Ｐbaを入力し、図５の実線から二点鎖線への変化で示すように、その負荷圧Ｐbaの大きさに従い、バケット先端速度の制限値ａの境界からの距離Ｄに対する関係を急峻なものとする補正を行う行う。ここで、アームシリンダ３ｂのボトム側圧力Ｐbaを負荷圧として取り込むのは、掘削作業においてアームを手前に引き込む、すなわちアームシリンダ３ｂのボトム側に掘削負荷に抗して圧油を流入させる操作を行うからである。また、ここで負荷圧Ｐbaが大きくなるに従いバケット先端速度の制限値ａの境界からの距離Ｄに対する関係を急峻なものとするのは、掘削負荷が大きくなったときに境界に近づくときの制限値ができるだけ境界に近づく状態で働くようにするためである。
前記のバケット先端速度の制限値演算部９ｃでは、図５に示す負荷圧により補正された境界からの距離Ｄとバケット先端速度の制限値ａの関係を用いて制限値ａを求める。
制限値補正部９ｌで負荷圧Ｐbaの変化に応じて制限値ａを補正する方法の具体例を以下に説明する。
（１）図５のＤ−ａの関係式の補正係数（Ｋaとする）を予め負荷圧Ｐbaの関数式で求めておく方法。
図６に演算のブロック図を示し、図７に図６のブロック２００で用いる関数（Ｋa＝ｆka（Ｐba））の内容を示す。
図６のブロック２００では、図７の関係式であるＫa＝ｆka（Ｐba）を用いてブロック２１０で用いる図５のＤ−ａの関係式の係数Ｋaを求める。
ブロック２１０では、ブロック２００で求めた係数Ｋaを用い、ａ＝Ｋa・Ｄの関係式から制限値ａを求める。
この場合、係数Ｋaは図５で示したＤ−ａの関係をＰbaが大きくなるに従い急峻な傾きとするため、負荷圧Ｐbaの増加に従い大きくなる関係を持つ。また、図７では係数Ｋaの初期値をＰba＝０の時にＫa＝Ｋa0とし、負荷圧Ｐbaの増加に従い係数ＫaがＫa0以上の値をとるようにした。しかし、このＰba−Ｋaの関係はこれに限られず、所定の負荷圧ＰbaのときにＫa＝Ｋa0とし、負荷圧Ｐbaが所定値以下の場合にＫa＜Ｋa0となるようにしても良い。また、Ｐba−Ｋaの関係は直線式でなく、曲線を示す式であっても良い。これらの関係は負荷圧Ｐbaの増加に伴いＫaが増加する（Ｄ−ａの関係が急峻になる）関係で制御上所期の目的を果たすものであれば良い。
また、ここではＰba−Ｋaの関係を式で求めたが、この関係をテーブル化して制御ユニット９のメモリに記憶しておき、負荷圧Ｐbaの値に従ってテーブル値を読み出しても良い。
（２）図５の実線のＤ−ａの関係式で制限値ａを求め、その制限値ａを負荷圧Ｐbaで補正する方法。
図８に演算のブロック図を示し、図９に図８のブロック３１０で用いる関数（ａ１＝Ｋa・Ｄ（図５の実線の関係と同じ））の内容を示し、図１０に図８のブロック３００で用いる関数（Ｋal＝ｆkal（Ｐba））の内容を示す。
ブロック３１０では、図９の関係からバケット先端速度の制限値ａの基本値ａ１を求める。ブロック３００では、アームシリンダの負荷圧Ｐbaによる基本値ａ１の補正係数Ｋa1を求める。ブロック３２０では、先にブロック３１０で求めた基本値ａ１にブロック３００で求めた補正係数Ｋa1を乗じてバケット先端速度の制限値ａを求める。このときのＫa1とＰbaの関係は図５に二点鎖線で示したようにＤ−ａの関係が負荷圧Ｐbaの増加に従い急峻になるように定める。従って、制限値ａの基本値ａ１をＰba＝０のときのものとすると、図１０に示したようにＰba＝０でＫa1＝１であり、負荷圧Ｐbaの増加に従い補正係数Ｋa1が増加する関係となる。
このときのＰba−Ｋa1の関係はこれに限られず、所定の負荷圧ＰbaのときにＫa1＝１とし、負荷圧Ｐbaが所定値以下の場合にＫa1＜１となるようにしても良い。また、Ｐba−Ｋa1の関係は直線式でなく、曲線を示す式であっても良い。これらの関係は負荷圧Ｐbaの増加に伴いＫa1が増加する（Ｄ−ａの関係か急峻になる）関係で制御上所期の目的を果たすものであれば良い。
また、ここではＰba−Ｋa1の関係を式で求めたが、この関係をテーブル化して制御ユニット９のメモリに記憶しておき、負荷圧Ｐbaの値に従ってテーブル値を読み出しても良い。
（３）図５の実線のＤ−ａの関係をテーブル化してメモリに記憶しておき、Ｄの値に相当するａをメモリから呼び出し、その後負荷圧Ｐbaで補正する方法。
図１１に演算のブロック図を示す。
図１１のブロック４１０では、先の図５の実線と同様の関係式からバケット先端速度の制限値ａの基本値ａ２を求める。ここでは、図５の実線と同様のＤ−ａ２の関係をテーブル化してメモリに記憶しておく。そして、そのときの距離Ｄの値から基本値ａ２を読み出す。
ブロック４００では、アームシリンダの負荷圧Ｐbaによる基本値ａ２の補正係数Ｋa2を求める。ブロック４２０では、先にブロック４１０で求めた基本値ａ２にブロック４００で求めた補正係数Ｋa2を乗じてバケット先端速度の制限値ａを求める。このときのＫa2とＰbaの関係は図５二に点鎖線で示したようにＤ−ａの関係が負荷圧Ｐbaの増加に従い急峻になるように定める。従って、制限値ａの基本値ａ２をＰba＝０のときのものとすると、図１０のＫa1の場合と同様、Ｐba＝０でＫa2＝１であり、負荷圧Ｐbaの増加に従い補正係数Ｋa2が増加する関係となる。
アームシリンダ速度演算部９ｄでは、操作レバー装置１４ｂによる流量制御弁１５ｂへの指令値と、そのアームの流量制御弁１５ｂの流量特性により、アームシリンダ速度を推定する。
アームによるバケット先端速度演算部９ｅでは、アームシリンダ速度とフロント姿勢演算部９ａで求めたフロント装置１Ａの位置と姿勢によりアームによるバケット先端速度ｂを演算する。
ブームによるバケット先端速度の制限値演算部９ｆでは、演算部９ｅで求めたアームによるバケット先端速度ｂを領域設定演算部９ｂで求めた変換データを用いてＸＹ座標系からＸａＹａ座標系へ変換し、アームによるバケット先端速度の境界Ｌに水平および垂直な成分（ｂｘ，ｂｙ）を演算し、演算部９ｃで求めたバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａとそのアームによるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分ｂｙにより、ブームによるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ｃを演算する。これを図１２を用いて説明する。
図１２において、バケット先端速度の制限値演算部９ｃで求められるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａとアームによるバケット先端速度演算部９ｅで求められるアームによるバケット先端速度ｂの境界Ｌに垂直な成分ｂｙの差（ａ−ｂｙ）がブームによるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ｃであり、ブームによるバケット先端速度の制限値演算部９ｆではｃ＝ａ−ｂｙの式より制限値ｃを計算する。
制限値ｃの意味について、バケット先端が設定領域内にある場合、境界上にある場合、設定領域外にある場合に分けて説明する。
バケット先端が設定領域内の場合には、バケット先端速度は、バケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに比例してバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａに制限され、これよりブームによるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分はｃ（＝ａ−ｂｙ）に制限される。すなわち、アームによるバケット先端速度ｂの垂直な成分ｂｙがｃを越える場合には、ブームはｃに減速される。
バケット先端が設定領域の境界Ｌ上にある場合には、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ａは０となり、設定領域外に向かうアームによるバケット先端速度成分ｂｙは速度ｃのブーム上げによる補正動作によってキャンセルされ、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分も０となる。
バケット先端が領域外の場合には、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分はバケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに比例した上向きの速度ａに制限されることにより、常に設定領域内に復元するように速度ｃのブーム上げによる補正動作が行われる。
ブームシリンダ速度の制限値演算部９ｇでは、ブームによるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ｃとフロント装置１Ａの位置と姿勢に基ずき、上記変換データを用いた座標変換によりブームシリンダ速度の制限値を演算する。
ブーム指令の制限演算部９ｈでは、ブームの流量制御弁１５ａの流量特性に基づき、演算部９ｇで求めたブームシリンダ速度の制限値に対応するブームの指令制限値を求める。
ブーム指令の最大値演算部９ｊでは、演算部９ｈで求めたブーム指令の制限値と操作レバー装置１４ａの指令値を比較し、大きい方を出力する。ここで、操作レバー装置１４ａの指令値はＸａＹａ座標系と同じく、設定領域外から設定領域内に向かう方向（ブーム上げ方向）を（＋）方向としている。また、演算部９ｊでブーム指令の制限値と操作レバー装置１４ａの指令値の大きい方を出力することは、バケット先端が設定領域内の場合には制限値ｃが（−）であることから、操作レバー指令値が（＋）の場合は、操作レバー指令値を、操作レバー指令値が（−）の場合は、両者の絶対値の小さい方を出力することであり、バケット先端が領域外の場合には制限値ｃが（＋）であることから、操作レバー指令値が（−）の場合は、制限値ｃを、操作レバー指令値が（＋）の場合は、両者の絶対値の大きい方を出力することである。
ブーム用バルブ指令演算部９ｉでは、ブーム指令の最大値演算部９ｊから出力された指令値が正の値の場合には流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａに対応する電圧を出力し、ブーム下げ駆動部３０ｂには０の電圧を出力し、指令値が負の場合には逆にする。
アーム用バルブ指令演算部９ｋでは、操作レバー装置１４ｂの指令値を入力し、当該指令値がアームクラウドの指令値である場合には流量制御弁１５ｂのアームクラウド駆動部３１ａに対応する電圧を出力し、アームダンプ駆動部３１ｂには０の電圧を出力し、指令値がアームダンプの指令値である場合には逆にする。
以上のように構成した本実施形態の動作を説明する。作業例として、バケット先端の位置決めを行おうとしてブーム用操作レバー装置１４ａの操作レバーをブーム下げ方向に操作してブームを下げる場合（ブーム下げ動作）と、手前方向に掘削しようとしてアーム用操作レバー装置１４ｂの操作レバーをアームクラウド方向に操作してアームクラウドする場合（アームクラウド操作）について説明する。
バケット先端の位置決めを行おうとしてブーム用操作レバー装置１４ａの操作レバーをブーム下げ方向に操作するとその操作レバー装置１４ａの指令値が最大値演算部９ｊに入力される。一方、これと同時に、演算部９ｃでは図５に示す関係からバケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット先端速度の制限値ａ（＜０）が計算され、演算部９ｆではブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−ｂｙ＝ａ（＜０）が計算され、ブーム指令の制限値演算部９ｈでは制限値ｃに応じた負のブーム指令の制限値が計算される。このとき、バケット先端が設定領域の境界Ｌから遠いときは演算部９ｈで求めたブーム指令の制限値より操作レバー装置１４ａの指令値の方が大きいので、ブーム指令の最大値演算部９ｊでは操作レバー装置１４ａの指令値が選択され、この指令値は負であるで、バルブ指令演算部９ｉでは流量制御弁１５ａのブーム下げ駆動部３０ｂに対応する電圧を出力し、ブーム上げ駆動部３０ａには０の電圧を出力し、これにより操作レバー装置１４ａの指令値に応じてブームが下がって行く。
上記のようにブームが下がり、バケット先端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて演算部９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ（＜０）は大きくなり（｜ａ｜又｜ｃ｜は小さくなり）、演算部９ｈで求めた対応するブーム指令の制限値が操作レバー装置１４ａの指令値よりも大きくなると、ブーム指令の最大値演算部９ｊでは当該制限値が選択され、バルブ指令演算部９ｉでは制限値ｃに応じて流量制御弁１５ａのブーム下げ駆動部３０ｂに出力する電圧を徐々に制限する。これにより、設定領域の境界Ｌに近づくにつれてブーム下げ速度が徐々に制限され、バケット先端が設定領域の境界Ｌに到達するとブームは停止する。したがって、バケット先端の位置決めが簡単に滑らかにできる。
また、上記の補正は速度制御であるため、フロント装置１Ａの速度が極端に大きかったり、急激に操作レバー装置１４ａを操作した場合には、油圧回路上の遅れなど制御上の応答遅れやフロント装置１Ａにかかる慣性力などによりバケット先端が設定領域の境界Ｌからはみ出す可能性がある。このようにバケット先端がはみ出した場合、演算部９ｃでは図５に示す関係からバケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット先端速度の制限値ａ（＝ｃ）が正の値として計算され、バルブ指令演算部９ｉでは制限値ｃに応じた電圧を流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａに出力する。これにより、ブームは距離Ｄに比例した速度で領域内に復元するように上げ方向に動かされ、バケット先端が設定領域の境界Ｌまで戻ると停止する。したがって、バケット先端の位置決めが更に滑らかに行える。
また、手前方向に掘削しようとしてアーム用操作レバー装置１４ｂの操作レバーをアームクラウド方向に操作するとその操作レバー装置１４ｂの指令値がアーム用バルブ指令演算部９ｋに入力され、流量制御弁１５ｂのアームクラウド駆動部３１ａに対応する電圧を出力し、アームは手前方向に下がるよう動かされる。一方、これと同時に、操作レバー装置１４ｂの指令値が演算部９ｄに入力されてアームシリンダ速度が計算され、演算部９ｅでアームによるバケット先端速度ｂが演算される。また、演算部９ｃでは図５に示す関係からケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット先端速度の制限値ａ（＜０）が計算され、演算部９ｆではブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−ｂｙが計算される。このとき、バケット先端が設定領域の境界Ｌから遠く、ａ＜ｂｙ（｜ａ｜＞｜ｂｙ｜）のときは制限値ｃは負の値として計算され、ブーム指令の最大値演算部９ｊでは操作レバー装置１４ａの指令値（＝０）が選択され、バルブ指令演算部９ｉでは流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａ及びブーム下げ駆動部３０ｂに０の電圧を出力する。これにより操作レバー装置１４ｂの指令値に応じてアームが手前方向に動かされる。
上記のようにアームが手前方向に動かされ、バケット先端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて演算部９ｃで計算されるバケット先端速度の制限値ａは大きくなり（｜ａ｜は小さくなり）、この制限値ａが演算部９ｅで計算されるアームによるバケット先端速度ｂの境界Ｌに垂直な成分ｂｙよりも大きくなると、演算部９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−ｂｙは正の値となり、ブーム指令の最大値演算部９ｊでは演算部９ｈで計算された制限値が選択され、バルブ指令演算部９ｉでは制限値ｃに応じた電圧を流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａに出力する。これにより、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分がバケット先端と境界Ｌからの距離Ｄに比例して徐々に制限されるように、ブーム上げによる補正動作が行われ、アームによるバケット先端速度の補正されていない境界Ｌに平行な成分ｂｘとこの制限値ｃによる補正された速度により、図１３に示すような方向変換制御が行われ、設定領域の境界Ｌに沿った掘削が行える。
ここで、掘削負荷が大きくなると、アームシリンダ３ｂに圧油が流入し難くなり、アーム速度が低下する。このため、アームによるバケット先端速度演算部９ｅで計算したバケット先端速度ｂは実際の速度よりも速くなり、この速めの速度ｂを基に演算部９ｆでブームによるバケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分の制限値ｃを計算し、ブームを上げ方向に動かす制御を行うので、アームクラウド動作に対してブーム１ａの上げ速度が相対的に速くなり過ぎ、フロント装置が上がり気味になる現象が生じる。
本実施形態では、掘削負荷が大きくなり、アームシリンダ３ｂのボトム側の圧力Ｐbaが大きくなると、前記掘削負荷による制限値補正部９ｌにおいて、アームシリンダ負荷により制限値ａを補正する。この制限値ａの補正により、負荷圧Ｐbaが大きい場合には、負荷圧が小さいときよりバケット先端が境界Ｌにより近づかないと制限値ａが大きくならなくなる。つまり、ブーム上げによる補正動作がより境界Ｌに近づかないと働かないことになる。このため、アームシリンダに圧油が流入し難くなり、アーム速度が低下しても、上記方向変換制御によるブーム上げの速度も低下したアーム速度にバランスし、フロント装置が上がり気味になる現象が押さえられ、負荷圧つまり掘削負荷が大きい状態でも、境界Ｌにより近づくように掘削できる。
また、この場合も、上記と同じ理由でバケット先端が設定領域の境界Ｌからはみ出す可能性がある。このようにバケット先端がはみ出した場合、演算部９ｃでは図５に示す関係からバケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット先端速度の制限値ａが正の値として計算され、演算部９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−ｂｙ（＞０）は制限値ａに比例して大きくなり、バルブ指令演算部９ｉから流量制御弁１５ａのブーム上げ駆動部３０ａに出力される電圧は制限値ｃに応じて増大する。これにより、設定領域外では距離Ｄに比例したバケット先端速度で領域内に復元するように、ブーム上げによる補正動作が行われ、アームによるバケット先端速度の補正されていない境界Ｌに並行な成分ｂｘとこの制限値ｃにより補正された速度により、図１４に示すように設定領域の境界Ｌに沿って徐々に戻りながらの掘削が行える。したがって、アームをクラウドするだけで滑らかに設定領域の境界Ｌに沿った掘削が行える。
以上のように本実施形態によれば、バケット先端が設定領域内にある場合は、バケット先端速度の設定領域の境界Ｌに垂直な成分は、バケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに比例して制限値ａにより制限されるので、ブーム下げ動作ではバケット先端の位置決めが簡単に滑らかにでき、アームクラウド操作では、設定領域の境界に沿ってバケット先端を動かすことができ、領域を制限した掘削を能率良く円滑に行うことができる。
また、バケット先端が設定領域外では、バケット先端の境界Ｌからの距離Ｄに比例して制限値ａによりフロント装置が設定領域に戻るように制御されるので、フロント装置を速く動かしたときでも設定領域の境界に沿ってフロント装置を動かすことができ、領域を制限した掘削を正確に行うことができる。
また、このとき、上記のように予め方向変換制御で減速されているので、設定領域外への侵入量は少なくなり、設定領域に戻るときのショックは大幅に緩和される。このため、フロント装置を速く動かしたときでも領域を制限した掘削を滑らかに行うことができ、領域を制限した掘削を円滑に行うことができる。
また、負荷圧つまり掘削負荷が大きい状態でも、アームシリンダに圧油が流入し難くなりアーム速度が低下しブームの上昇が勝ってフロントが上がり気味になる現象が押さえられて、境界Ｌにより近づくように掘削できる。そのため、掘削対象となる土壌が硬い場合でも、境界Ｌまでの掘削回数を少なくすることができる。
また、本実施形態における制限値ａの補正は、硬い土壌など負荷の大きな掘削対象を領域制限制御を用いて掘削するとき、バケット先端が設定領域の境界に達するまでの速度ベクトル（軌跡）は問題とせず、フロント装置が掘削対象から逃げること無く最終的に境界に達すれば良いという考え方に基づいている。このため、負荷圧による制限値ａの補正は正確な値を必要とせず、制御上、バケット先端が掘削対象から逃げずに掘削が行える程度の大まかな補正でよい。従って、制限値補正部９ｌで用いる前述した負荷圧Ｐbaと補正係数Ｋa又はＫa1又はＫa2との関係は厳密性を必要とせず、制限値補正部９ｌのソフト（プログラム）は容易に作成できる。
ここで、境界Ｌからの距離Ｄとバケット先端速度の制限値ａの関係の補正方法は、図５に示したように直線の傾きを急峻にする形でなくとも良く、図１５に示すように直線から曲線に除々に変化するような関係としても良い。これは、前述したように、図７、図１０等に示した補正係数Ｋa又はＫa1又はＫa2を曲線の式にした場合に相当する。要は、負荷圧が大きくなるに従って境界Ｌからより近づいた位置でブーム上げの補正動作が行われるように制限値ａを補正すれば良い。
また、本実施形態ではアームシリンダのボトム側の圧力を負荷として検出しているが、例えばアームシリンダのボトム側とロッド側との差圧を用いるか、あるいはブームシリンダ３ａのロッド側に作用する圧力を負荷反力として検出しても良い。更に、それらを複合的に負荷の大きさの判定に用いても良い。
本発明の第２の実施形態を図１６及び図１７により説明する。本実施形態は、操作レバー装置として油圧パイロット方式を用いた油圧ショベルに適用したものである。図中、図１及び図３に示した部材又は機能と同等のものには同じ符号を付している。
図１６において、本実施形態が適用される油圧ショベルは、電気方式の操作レバー装置１４ａ〜１４ｆの代わりに油圧パイロット方式の操作レバー装置４ａ〜４ｆを備えている。操作レバー装置４ａ〜４ｆは、パイロット圧により対応する流量制御弁５ａ〜５ｆを駆動し、それぞれオペレータにより操作される操作レバー４０ａ〜４０ｆの操作量と操作方向に応じたパイロット圧を、パイロットライン４４ａ〜４９ｂを介して、対応する流量制御弁の油圧駆動部５０ａ〜５５ｂに供給する。
以上のような油圧ショベルに本実施形態による領域制限掘削制御装置が設けられている。この制御装置は、図１に示す第１の実施形態で備えられていたものの他に、アーム用の操作レバー装置４ｂのパイロットライン４５ａ，４５ｂに設けられ、操作レバー装置４ｂの操作量としてパイロット圧を検出する圧力検出器６１ａ，６１ｂと、一次ポート側がパイロットポンプ４３に接続され電気信号に応じてパイロットポンプ４３からのパイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁１０ａと、ブーム用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ａと比例電磁弁１０ａの二次ポート側に接続され、パイロットライン４４ａ内のパイロット圧と比例電磁弁１０ａから出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａに導くシャトル弁１２と、ブーム用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ｂに設置され、電気信号に応じてパイロットライン４４ｂ内のパイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁１０ｂとが備えられている。
図１７を用いて制御ユニット９Ｂにおける第１図の実施形態との制御機能の違いを説明する。
アームシリンダ速度演算部９Ｂｄでは、操作レバー装置４ｂによる流量制御弁５ｂへの指令値の代わりに、圧力検出器６１ａ，６１ｂで検出した流量制御弁５ｂへの指令値（パイロット圧）とアームの流量制御弁５ｂの流量特性とにより、アームシリンダ速度を推定する。
また、ブームパイロット圧の制限値演算部９Ｂｈでは、ブームの流量制御弁５ａの流量特性に基づき、演算部９ｇで求めたブームシリンダ速度の制限値ｃに対応するブームのパイロット圧（指令）制限値を求める。
更に、比例電磁弁１０ａ，１０ｂ及びシャトル弁１２を設けたので、ブーム指令の最大値演算部９ｊは必要なくなり、その代わりバルブ指令演算部９Ｂｉでは、ブームパイロット圧の制限値演算部９Ｂｈで得られたパイロット圧の制限値が正の場合には、ブーム上げ側の比例電磁弁１０ａに制限値に対応する電圧を出力し、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパイロット圧を当該制限値にし、ブーム下げ側の比例電磁弁１０ｂに０の電圧を出力して流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を０にする。また、制限値が負の場合には、ブーム下げ側の流量制御弁の油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を制限するように制限値に対応する電圧を比例電磁弁１０ｂに出力し、ブーム上げ側の比例電磁弁１０ａには０の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパイロット圧を０にする。
以上のように構成した本実施形態の動作を、第１の実施形態と同様ブーム下げ動作とアームクラウド操作について説明する。
バケット先端の位置決めを行おうとしてブーム用操作レバー装置４ａの操作レバーをブーム下げ方向に操作するとその操作レバー装置４ａの指令値であるパイロット圧がパイロットライン４４ｂを介して流量制御弁５ａのブーム下げ側の油圧駆動部５０ｂに与えられる。一方、これと同時に、演算部９ｃでは図５に示す関係からバケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット先端速度の制限値ａ（＜０）が計算され、演算部９ｆではブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−ｂｙ＝ａ（＜０）が計算され、ブームパイロット圧の制限値演算部９Ｂｈでは制限値ｃに応じた負のブーム指令の制限値が計算され、バルブ指令演算部９Ｂｉではブーム下げ側の流量制御弁の油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を制限するように制限値に対応する電圧を比例電磁弁１０ｂに出力し、ブーム上げ側の比例電磁弁１０ａには０の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパイロット圧を０にする。このとき、バケット先端が設定領域の境界Ｌから遠いときは演算部９Ｂｈで求めたブームパイロット圧の制限値の絶対値は大きく、これより操作レバー装置４ａのパイロット圧の方が小さいので、比例電磁弁１０ｂは操作レバー装置４ａのパイロット圧をそのまま出力し、これにより操作レバー装置４ａのパイロット圧に応じてブームが下がって行く。
上記のようにブームが下がり、バケット先端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて演算部９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ（＜０）は大きくなり（｜ａ｜又｜ｃ｜は小さくなり）、演算部９Ｂｈで求めた対応するブーム指令の制限値（＜０）の絶対値は小さくなる。そして、この制限値の絶対値が操作レバー装置４ａの指令値よりも小さくなり、バルブ指令演算部９Ｂｉから比例電磁弁１０ｂに出力される電圧がそれに応じて小さくなると、比例電磁弁１０ｂは操作レバー装置４ａのパイロット圧を減圧して出力し、流量制御弁５ａのブーム下げ側の油圧駆動部５０ｂに与えられるパイロット圧を制限値ｃに応じて徐々に制限する。これにより、設定領域の境界Ｌに近づくにつれてブーム下げ速度が徐々に制限され、バケット先端が設定領域の境界Ｌに到達するとブームは停止する。したがって、バケット先端の位置決めが簡単に滑らかにできる。
また、バケット先端が設定領域の境界Ｌからはみ出した場合は、演算部９ｃでは図５に示す関係からケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット先端速度の制限値ａ（＝ｃ）が正の値として計算され、バルブ指令演算部９Ｂｉでは制限値ｃに応じた電圧を比例電磁弁１０ａに出力し、ブーム上げ側の流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａに制限値ａに応じたパイロット圧を与える。これにより、ブームは距離Ｄに比例した速度で領域内に復元するように上げ方向に動かされ、バケット先端が設定領域の境界Ｌまで戻ると停止する。したがって、バケット先端の位置決めが更に滑らかに行える。
また、手前方向に掘削しようとしてアーム用操作レバー装置４ｂの操作レバーをアームクラウド方向に操作するとその操作レバー装置４ｂの指令値であるパイロット圧が流量制御弁５ｂのアームクラウド側の油圧駆動部５１ａに与えられ、アームは手前方向に下がるよう動かされる。一方、これと同時に、操作レバー装置４ｂのパイロット圧が圧力検出器６１ａで検出され、演算部９Ｂｄに入力されてアームシリンダ速度が計算され、演算部９ｅでアームによるバケット先端速度ｂが演算される。また、演算部９ｃでは図５に示す関係からケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット先端速度の制限値ａ（＜０）が計算され、演算部９ｆではブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−ｂｙが計算される。このとき、バケット先端が設定領域の境界Ｌから遠く、ａ＜ｂｙ（｜ａ｜＞｜ｂｙ｜）のときは制限値ｃは負の値として計算され、バルブ指令演算部９Ｂｉではブーム下げ側の流量制御弁の油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を制限するように制限値に対応する電圧を比例電磁弁１０ｂに出力し、ブーム上げ側の比例電磁弁１０ａには０の電圧を出力し流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパイロット圧を０にする。このとき、操作レバー装置４ａは操作されていないので、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ｂにはパイロット圧は出力されない。これにより操作レバー装置４ｂのパイロット圧に応じてアームが手前方向に動かされる。
上記のようにアームが手前方向に動かされ、バケット先端が設定領域の境界Ｌに近づくにつれて演算部９ｃで計算されるバケット先端速度の制限値ａは大きくなり（｜ａ｜は小さくなり）、この制限値ａが演算部９ｅで計算されるアームによるバケット先端速度ｂの境界Ｌに垂直な成分ｂｙよりも大きくなると、演算部９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−ｂｙは正の値となり、バルブ指令演算部９Ｂｉではブーム上げ側の比例電磁弁１０ａに制限値に対応する電圧を出力し、流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ａのパイロット圧を当該制限値にし、ブーム下げ側の比例電磁弁１０ｂに０の電圧を出力して流量制御弁５ａの油圧駆動部５０ｂのパイロット圧を０にする。これにより、バケット先端速度の境界Ｌに垂直な成分がバケット先端と境界Ｌからの距離Ｄに比例して徐々に制限されるように、ブーム上げによる補正動作が行われ、アームによるバケット先端速度の補正されていない境界Ｌに平行な成分ｂｘとこの制限値ｃによる補正された速度により、図１３に示すような方向変換制御が行われ、設定領域の境界Ｌに沿った掘削が行える。
ここで、掘削負荷が大きくなると、前述したようにアームシリンダ３ｂに圧油が流入し難くなり、アーム速度が低下し、上記方向変換制御によるブーム１ａの上げ速度が相対的に速くなり過ぎ、フロント装置が上がり気味になる現象が生じる。
本実施形態でも、掘削負荷が大きくなり、アームシリンダ３ｂのボトム側の圧力Ｐbaが大きくなると、掘削負荷による制限値補正部９ｌにおいて、アームシリンダ負荷圧力により制限値ａを補正する。この制限値ａの補正により、負荷圧Ｐbaが大きい場合には、負荷圧が小さいときよりバケット先端が境界Ｌにより近づかないと制限値ａが大きくならなくなる。つまり、ブーム上げによる補正動作がより境界Ｌに近づかないと働かないことになる。このため、アームシリンダに圧油が流入し難くなり、アーム速度が低下しても、上記方向変換制御によるブーム上げの速度も低下したアーム速度にバランスし、フロント装置が上がり気味になる現象が押さえられ、負荷圧つまり掘削負荷が大きい状態でも、境界Ｌにより近づくように掘削できる。
また、バケット先端が設定領域の境界からはみ出した場合は、演算部９ｃでは図５に示す関係からケット先端と設定領域の境界Ｌからの距離Ｄに比例したバケット先端速度の制限値ａが正の値として計算され、演算部９ｆで計算されるブームによるバケット先端速度の制限値ｃ＝ａ−ｂｙ（＞０）は制限値ａに比例して大きくなり、バルブ指令演算部９ｉからブーム上げ側の比例電磁弁１０ａに出力される電圧は制限値ｃに応じて増大する。これにより、設定領域外では距離Ｄに比例したバケット先端速度で領域内に復元するように、ブーム上げによる補正動作が行われ、アームによるバケット先端速度の補正されていない境界Ｌに並行な成分ｂｘとこの制限値ｃにより補正された速度により、図１４に示すように設定領域の境界Ｌに沿って徐々に戻りながらの掘削が行える。したがって、アームをクラウドするだけで滑らかに設定領域の境界Ｌに沿った掘削が行える。
以上のように本実施形態によれば、操作手段として油圧パイロット方式を採用したものにおいて第１の実施形態と同様の効果が得られる。
本発明の第３の実施形態を図１８〜図２９により説明する。本実施形態は、ＷＯ９５／３００５９号公報に記載の全操作信号補正方式の領域制限掘削制御装置に本発明を適用したものである。図中、図１又は図１６及び図３又は図１７に示した部材又は機能と同等のものには同じ符号を付している。
図１８において、本実施形態による領域制限掘削制御装置は、図１６に示す第２の実施形態で備えられていたものの他に、ブーム用の操作レバー装置４ａのパイロットライン４４ａ，４４ｂに設けられ、操作レバー装置４ａの操作量としてパイロット圧を検出する圧力検出器６０ａ，６０ｂと、アーム用のパイロットライン４５ａ，４５ｂに設置され、電気信号に応じてパイロットライン４５ａ，４５ｂ内のパイロット圧を減圧して出力する比例電磁弁１１ａ，１１ｂとが備えられ、圧力検出器６０ａ，６０ｂの信号は制御ユニット９Ｃに入力され、比例電磁弁１１ａ，１１ｂには制御ユニット９Ｃから信号が与えられる。
制御ユニット９Ｃの制御機能を図１９に示す。制御ユニット９Ｃは、フロント姿勢演算部９ａ、領域設定演算部９ｂ、目標シリンダ速度演算部９０ｃ、目標先端速度ベクトル演算部９０ｄ、方向変換制御部９０ｅ、補正後目標シリンダ速度演算部９０ｆ、復元制御演算部９０ｇ、補正後目標シリンダ速度演算部９０ｈ、掘削負荷による制限値補正部９Ｃｌ、目標シリンダ速度選択部９０ｉ、目標パイロット圧演算部９０ｊ、バルブ指令演算部９０ｋの各機能を有している。
フロント姿勢演算部９ａ及び領域設定演算部９ｂの機能は図３に示した第１の実施形態のものと同じである。
目標シリンダ速度演算部９０ｃでは圧力検出器６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂで検出したパイロット圧の値を入力し、流量制御弁５ａ，５ｂの吐出流量を求め、更にこの吐出流量からブームシリンダ３ａ及びアームシリンダ３ｂの目標速度を計算する。
目標先端速度ベクトル演算部９０ｄでは、フロント姿勢演算部９ｂで求めたバケットの先端位置及び目標シリンダ速度演算部９０ｃで求めた目標シリンダ速度と、制御ユニット９Ｃの記憶装置に記憶してあるフロント装置１Ａの各部の寸法とからバケット１ｃの先端の目標速度ベクトルＶｃを求める。このとき、目標速度ベクトルＶｃは、図４に示したＸａＹａ座標系の値として求める。
方向変換制御部９０ｅでは、バケット１ｃの先端が設定領域内でその境界近傍にあり、目標速度ベクトルＶｃが設定領域の境界に接近する方向の成分を持つ場合、垂直なベクトル成分を設定領域の境界に近づくにつれて減じるように補正する。
図２０に方向変換制御部９０ｅでの制御内容をフローチャートで示す。まず、手順１００において、目標速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に対して垂直な成分、すなわちＸａＹａ座標系でのＹａ座標値Ｖｃｙの正負を判定し、正の場合はバケット先端が設定領域の境界から離れる方向の速度ベクトルであるので、手順１０１に進み、目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘ及びＹａ座標値Ｖｃｙをそのまま補正後のベクトル成分Ｖｃｘａ，Ｖｃｙａとする。負の場合はバケット先端が設定領域の境界に接近する方向の速度ベクトルであるので、手順１０２に進み、方向変換制御のため目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘはそのまま補正後のベクトル成分Ｖｃｘａとし、Ｙａ座標値Ｖｃｙはこれに係数ｈを乗じた値を補正後のベクトル成分Ｖｃｙａとする。
ここで、係数ｈは図２１に示すように、バケット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａが設定値Ｙａ１より大きいときは１であり、距離Ｙａが設定値Ｙａ１より小さくなると、距離Ｙａが小さくなるにしたがって１より小さくなり、距離Ｙａが０になると、すなわちバケット先端が設定領域の境界上に達すると０となる値であり、制御ユニット９Ｃの記憶装置にはこのようなｈとＹａの関係が記憶されている。
以上のように目標速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙを補正することにより、図２２に示すように距離Ｙａが小さくなるにしたがって垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙの減少量が大きくなるようベクトル成分Ｖｃｙが減じられ、目標速度ベクトルＶｃは目標速度ベクトルＶｃａに補正される。即ち、係数ｈは距離ＹａがＹａ１以下では垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙを制限しており、係数ｈも１種の制限値と言える。
掘削負荷による制限値補正部９Ｃｌでは、圧力検出器４１ａからアームシリンダ３ｂの負荷圧Ｐbaを入力し、その負荷圧Ｐbaの大きさに従い上記の係数ｈを補正する。この係数ｈの補正は、図２３に示すように、アームシリンダ３ｂの負荷圧力Ｐbaが大きくなるに従いその傾きを大きくする。同時に、距離Ｙａの減少に伴って係数ｈが小さくなり始めるポイントＹａ１をＹａ＝０側へシフトしていく。方向変換制御部９０ｅでは、この補正された係数ｈを用いて目標速度ベクトルＶｃを補正する。これにより目標速度ベクトルＶｃがＶｃａに補正されて方向変換を始めるポイントＹａ１がより境界（Ｙａ＝０）に近づき、掘削負荷が大きくなってもバケットが逃げにくくなる。即ち、掘削負荷が大きくなったときに係数ｈができるだけ境界に近づく状態で働くようになる。
図２４に方向変換制御部９０ｅでの制御の他の例をフローチャートで示す。この例では、手順１００において、目標速度ベクトルＶｃの設定領域の境界に対して垂直な成分（目標速度ベクトルＶｃのＹａ座標値）Ｖｃｙが負と判定されると、手順１０２Ａに進み、制御ユニット９Ｃの記憶装置に記憶してある図２５に示すようなＶｃｙｆ＝ｆ（Ｙａ）の関数関係からバケット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａに対応する減速したＹａ座標値ｆ（Ｙａ）を求め、このＹａ座標値ｆ（Ｙａ）とＶｃｙの小さい方を補正後のベクトル成分Ｖｃｙａとする。このようにすると、バケット１ｃの先端をゆっくりと動かしているときは、バケット先端が設定領域の境界に近付いてもそれ以上は減速されず、オペレータの操作通りの動作が得られるという利点がある。
ここで、Ｙａ座標値ｆ（Ｙａ）はＶｃｙに対する制限値であり、制限値補正部９Ｃｌでは、アームシリンダ３ｂの負荷圧Ｐbaの大きさに従い上記のＹａ座標値ｆ（Ｙａ）を補正する。このＹａ座標値ｆ（Ｙａ）の補正も、図２６に示すように、アームシリンダ３ａの負荷圧力Ｐbaが大きくなるに従いその傾きを大きくする。これにより、図２４のフローチャートに示された手順１０２Ａにおいて、目標速度ベクトルＶｃの成分ＶｃｙがＹａ座標値ｆ（Ｙａ）より大きくなって、Ｖｃｙからｆ（Ｙａ）へと選択が切り替わるポイントがより境界（Ｙａ＝０）に近づき、掘削負荷が大きくなってもバケットが逃げにくくなる。
復元制御部９０ｇでは、バケット１ｃの先端が設定領域の外に出たとき、設定領域の境界からの距離に関係して、バケット先端が設定領域に戻るように目標速度ベクトルを補正する。
図２７に復元制御部９０ｇでの制御内容をフローチャートで示す。まず、手順１１０において、バケット１ｃの先端と設定領域の境界との距離Ｙａの正負を判定する。距離Ｙａが正の場合、バケット先端がまだ設定領域内にあるので手順１１１に進み、先に説明した方向変換制御を優先するため目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘ及びＹａ座標値Ｖｃｙをそれぞれ０とする。負の場合はバケット先端が設定領域の境界の外に出たので、手順１１２に進み、復元制御のため目標速度ベクトルＶｃのＸａ座標値Ｖｃｘはそのまま補正後のベクトル成分Ｖｃｘａとし、Ｙａ座標値Ｖｃｙは設定領域の境界との距離Ｙａに係数−Ｋを乗じた値を補正後のベクトル成分Ｖｃｙａとする。ここで、係数Ｋは制御上の特性から決められる任意の値であり、−ＫＶｃｙは距離Ｙａが小さくなるにしたがって小さくなる逆方向の速度ベクトルとなる。
以上のように目標速度ベクトルＶｃの垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙを補正することにより、図２８に示すように、距離Ｙａが小さくなるにしたがって垂直方向のベクトル成分Ｖｃｙが小さくなるよう、目標速度ベクトルＶｃは目標速度ベクトルＶｃａに補正される。
制限値補正部９Ｃｌでは、アームシリンダ３ｂの負荷圧力Ｐbaの大きさに従い上記の係数Ｋを補正する。この係数Ｋの補正は、図２９に示すように、アームシリンダ３ｂの負荷圧力が大きくなるに従い係数Ｋを大きくする。これにより方向変換制御部９０ｅの係数ｈの補正に合わせて係数Ｋを補正し、「方向変換制御」と「復元制御」の制御ゲインを合わすことができ、もし仮に負荷が大きくなって方向変換制御で方向変換が境界近くでないと働かないことで、バケットが境界を越えてしまっても、素早く戻るよう制御することができるようになる。
ただし、この復元制御の係数Ｋについては特にアームシリンダ３ｂの負荷圧力で変化させる必要が無い場合は、Ｋ＝一定でもよい。
補正後目標シリンダ速度演算部９０ｆ，９０ｈでは、制御部９０ｅ，９０ｇで求めた補正目標速度ベクトルからブームシリンダ３ａ及びアームシリンダ３ｂの目標シリンダ速度を演算する。
目標シリンダ速度選択部９０ｉでは目標シリンダ速度演算部９０ｆ，９０ｈで得た目標シリンダ速度の大きい方（最大値）を選択し、出力用の目標シリンダ速度とする。
目標パイロット圧演算部９０ｊでは、目標シリンダ速度選択部９０ｉで得た出力用の目標シリンダ速度からパイロットライン４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂの目標パイロット圧を演算する。
バルブ指令演算部９０ｋでは、目標パイロット圧演算部９０ｊで計算した目標パイロット圧からそのパイロット圧を得るための比例電磁弁１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの指令値を演算する。この指令値は増幅器で増幅され、電気信号として比例電磁弁に出力される。
目標シリンダ速度演算部９０ｃ〜バルブ指令演算部９０ｋの更なる詳細はＷＯ９５／３００５９号公報に記載の通りである。
以上のように構成した本実施形態においては、全操作信号補正方式の領域制限掘削制御装置において、掘削負荷が大きくなり、アームシリンダ３ｂのボトム側の圧力Ｐbaが大きくなると、掘削負荷による制限値補正部９Ｃｌにおいて、アームシリンダ負荷圧力により係数ｈ（又はＹａ座標値ｆ（Ｙａ））を補正し、この補正により掘削負荷が大きくなってもバケットが逃げにくくなり、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
本発明の第４の実施形態を図３０〜図３３により説明する。上記実施形態では掘削負荷による補正を制限値に加えたが、本実施形態は計算したバケット先端速度に補正を加えるものである。図中、図１、図３に示した部材又は機能と同等のものには同じ符号を付している。
図３０において、本実施形態では、制御ユニット９Ｄに図３の掘削負荷による制限値補正部９ｌの代わりに掘削負荷によるバケット先端速度補正部９ｍを備え、演算部９ｅで演算したアームによるバケット先端速度ｂを補正する。
補正部９ｍの演算手段を図３１にフローチャートで示す。まず、手順１００において、圧力検出器４１ａからアームシリンダ３ｂの負荷圧Ｐbaを入力し、図３２に示すアームシリンダ圧力Ｐbaとバケット先端速度補正係数Ｋｖの関係からその時のバケット先端速度補正係数Ｋｖを求める。次に、手順１１０において、手順１００で求めた速度補正係数Ｋｖを用いて、下記演算式によりアームによるバケット先端速度ｂを補正する。
ｂ′＝Ｋｖ＊ｂ
これにより、図３３に示すように、バケット先端速度ｂはｂ′に補正演算され、設定領域の境界Ｌに垂直な速度成分もｂｙ′に補正される。このため、そのときのバケット先端位置Ｄにおける速度の制限値ａと垂直速度成分ｂｙ′との差であるブームによるバケソト先端速度の制限値ｃ′が、補正しないときの制限値ｃより境界Ｌ向きに大きくなり、その結果ブームに対する上げ指令が小さくなるので、負荷が大きくなっても作業装置が逃げにくくなる。
また、本実施形態における速度ｂの補正も、硬い土壌など負荷の大きな掘削対象を領域制限制御を用いて掘削するとき、バケット先端が設定領域の境界に達するまでの速度ベクトル（軌跡）は問題とせず、フロント装置が掘削対象から逃げること無く最終的に境界に達すれば良いという考え方に基づいている。このため、負荷圧による速度ｂの補正は正確な値を必要とせず、制御上、バケット先端が掘削対象から逃げずに掘削を行える程度の大まかな補正でよい。従って、この場合も図３２に示す負荷圧Ｐbaと補正係数Ｋｖとの関係は厳密性を必要とせず、速度補正部９ｍのソフト（プログラム）を容易に作成することができる。
このように掘削負荷によりバケット先端速度を補正しても、第１の実施形態で制限値を補正したのと同様な効果を得ることができる。
なお、以上の実施形態では、設定領域の境界に対する距離としてバケットの先端からの距離について述べたが、簡易的に実施するならばアーム先端ピンからの距離をとってもよい。また、フロント装置との干渉を防止し安全性を図るために領域を設定する場合は、その干渉が起こり得る他の部位であってもよい。
また、適用される油圧駆動装置はセンタバイパスタイプの流量制御弁を有する開回路システムとしたが、クローズドセンタータイプの流量制御弁を用いた閉回路システムであってもよい。
また、バケット先端と設定領域の境界との距離とバケット先端速度の制限値又はバケット先端速度の計算値との関係は、前述したように直線的に比例する関係に限らず種々の設定が可能である。
更に、バケット先端が設定領域の境界から離れているときは、目標速度ベクトルをそのまま出力したが、この場合でも別の目的をもって当該目標速度ベクトルを補正してもよい。
また、目標速度ベクトルの設定領域の境界に接近する方向のベクトル成分は設定領域の境界に対し垂直方向のベクトル成分としたが、設定領域の境界に沿った方向の動きが得られれば、垂直方向からずれていてもよい。
また、油圧パイロット方式の操作レバー装置を持つ油圧ショベルに本発明を適用した第２及び第３の実施形態では、電気油圧変換手段及び減圧手段として比例電磁弁を用いたが、これらは他の電気油圧変換手段であってもよい。
更に、第２及び第３の実施形態では全ての操作レバー装置及び流量制御弁を油圧パイロット方式としたが、少なくともブーム用とアーム用のみが油圧パイロット方式であればよい。
産業上の利用可能性
本発明によれば、領域を制限した掘削制御を用いる掘削作業において、掘削対象となる土壌の硬さに影響されずに、設定領域を境界まで掘削することができるので、追加作業を削減することができ、作業能率を向上すると共に、施工期間の遅延を抑止することができる。また、制限値又は計算した速度の補正は厳密でなくても良く、簡単なプログラムで補正を実施できる。
【図１】
0003811190.tif 000002
【図２】
0003811190.tif 000003
【図３】
0003811190.tif 000004
【図４】
0003811190.tif 000005
【図５】
0003811190.tif 000006
【図６】
0003811190.tif 000007
【図７】
0003811190.tif 000008
【図８】
0003811190.tif 000009
【図９】
0003811190.tif 000010
【図１０】
0003811190.tif 000011
【図１１】
0003811190.tif 000012
【図１２】
0003811190.tif 000013
【図１３】
0003811190.tif 000014
【図１４】
0003811190.tif 000015
【図１５】
0003811190.tif 000016
【図１６】
0003811190.tif 000017
【図１７】
0003811190.tif 000018
【図１８】
0003811190.tif 000019
【図１９】
0003811190.tif 000020
【図２０】
0003811190.tif 000021
【図２１】
0003811190.tif 000022
【図２２】
0003811190.tif 000023
【図２３】
0003811190.tif 000024
【図２４】
0003811190.tif 000025
【図２５】
0003811190.tif 000026
【図２６】
0003811190.tif 000027
【図２７】
0003811190.tif 000028
【図２８】
0003811190.tif 000029
【図２９】
0003811190.tif 000030
【図３０】
0003811190.tif 000031
【図３１】
0003811190.tif 000032
【図３２】
0003811190.tif 000033
【図３３】
0003811190.tif 000034