(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転室を有する本体と、この本体に回動可能に連結された複数の関節形可動部からなる作業機と、前記各可動部の相対角度を検出する角度検出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記作業機の位置を演算する座標演算手段と、前記作業機の上下方向の動作範囲を任意の制限値に設定可能な領域制限設定手段と、前記座標演算手段で求められた前記作業機の位置情報と前記本体の周囲に設定された干渉回避領域とに基づいて該作業機を制御するための演算を行う干渉防止制御手段と、前記座標演算手段で求められた前記作業機の位置情報と前記領域制限設定手段によって設定された前記制限値とに基づいて該作業機を制御するための演算を行う領域制限制御手段とを備えた建設機械の作業機制御装置において、
前記作業機の任意点を前記座標演算手段で求めた演算値と該任意点における実測値との差を演算する補正演算手段と、この補正演算手段で演算した結果を補正値として記憶する記憶手段とを備え、
前記領域制限制御手段は、前記作業機の位置情報および制限値に加え、前記補正値を前記作業機を制御するための演算に用いる共に、
前記干渉防止制御手段は、前記補正値を前記作業機を制御するための演算に用いないことを特徴とする建設機械の作業機制御装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記領域制限設定手段によって設定された制限値に前記補正値を加算する制限値補正手段を備えたことを特徴とする建設機械の作業機制御装置。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記制限値補正手段で補正された制限値に対して他の補正値を加算できるようにしたことを特徴とする建設機械の作業機制御装置。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記他の補正値を変更可能な補正値変更手段を備えたことを特徴とする建設機械の作業機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機の上下方向の動作範囲を任意の制限値に制限できる領域制限機能を持つ建設機械の作業機制御装置に係り、特に、領域制限機能に加えて作業機と本体との衝突を回避するための干渉防止機能を併せ持つ建設機械の作業機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルなどの建設機械において、作業機の上下方向の動作範囲を制限値によって規制するようにした領域制限機能が知られている。この領域制限機能は、例えば掘削作業時にオペレータが地面の任意深さに制限値を設定することにより、作業機の構成部材であるバケット先端の下方への可動範囲を制限値内に規制するものであり、この場合、制限値よりも深い位置に設置された配管などがバケット先端によって損傷されるのを防止することができる。
【０００３】
このような領域制限機能を有する建設機械では、作業機を構成するブームとアームおよびバケットなどの複数の関節形可動部の枢着点にポテンショメータなどの角度検出器を取り付け、これら角度検出器の出力信号に基づいてコントローラが作業機の任意点、例えばバケットの位置座標を演算することにより、制限値とバケットとの相対位置が検出されるようになっている。その際、角度検出器の出力信号に誤差があると演算された作業機の位置座標に狂いが生じ、制限値に対して作業機を適正に制御することができなくなるため、コントローラに角度検出器の出力信号の誤差を補正する機能を持たせるという技術が採用されている。
【０００４】
例えば、特開平７−１０２５９３号公報に開示された従来技術では、地面を掘削するにあたり、まず、旋回体の前後方向における２点について、バケットの上下方向位置の補正値をコントローラに記憶させ、バケットによる掘削が開始されると、コントローラは角度検出器の出力信号から算出したバケットの位置座標における補正値を演算し、この補正値を加算した修正値をバケットの上下方向の位置情報として出力するようになっている。この場合、補正値を求める２点間の距離はできるだけ大きくし、その２点間ではバケットの上下方向位置の補正値が直線的に変化しているものと仮定し、任意点における補正値を補間方法によって求める。
【０００５】
上記した従来技術によれば、基準面の複数点に接触させたバケットの上下方向の位置を検出し、これを上下方向の補正値としているため、掘削深さの検出誤差を小さくすることができ、掘削精度の向上が図れると共に、配管などをバケット先端によって損傷してしまうことを防止できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、油圧ショベルなどの建設機械においては、作業機と運転室との衝突を回避するための干渉防止機能が知られており、特に小旋回油圧ショベルでは広く採用されている。この干渉防止機能は、角度検出器の出力信号に基づいてコントローラが作業機の位置座標を演算し、その演算値から作業機と干渉回避領域との相対距離を求め、作業機が運転室の周囲に設定された干渉回避領域に侵入したと判断された場合、作業機の動作を自動的に減速、停止させるものである。
【０００７】
前述した従来例（特開平７−１０２５９３号公報）には干渉防止機能について特に記載されていないが、領域制限機能と干渉防止機能とが角度検出器の出力信号から作業機の位置座標を演算する点で共通しているため、仮に干渉防止機能を付加した場合、干渉防止機能が悪影響を受けるという問題が発生する。すなわち、基準面に接触させたバケットの上下方向位置を上下方向の補正値としており、作業機の姿勢に拘らずバケットの上下方向位置が補正されるため、干渉防止制御が実行されているときに、バケットの位置情報として上下方向の補正値を含む値が算出されてしまい、例えば、バケットが干渉回避領域から離れた位置にあるにも拘らず、作業機の動作が自動的に停止されてしまったり、その反対に、バケットが干渉回避領域内に侵入したにも拘らず、作業機の動作が減速、停止されないという問題が発生する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、オペレータが上下方向の任意位置に設定した制限値に対する領域制限制御時は、作業機の位置情報と制限値および補正値に基づいて作業機の動作を制御するための演算を行い、予め本体の周囲に設定された干渉回避領域に対する干渉防止制御時は、前記補正値を用いずに作業機の動作を制御するための演算を行うこととする。このように構成すると、作業機の上下方向位置に補正がかけられた状態で領域制限制御動作が実行されるため、例えばオペレータが地面の任意深さに制限値を設定した場合、制限値よりも深い位置に設置された配管などがバケット先端によって損傷されるのを防止することができ、一方、干渉防止制御動作時は、角度検出器の出力信号から求められる作業機の位置情報に基づいて、作業機と干渉回避領域との相対距離が演算されるため、干渉回避領域に対して作業機の動作を適正に制御して、作業機と本体との衝突を確実に回避することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による建設機械の作業機制御装置では、運転室を有する本体と、この本体に回動可能に連結された複数の関節形可動部からなる作業機と、前記各可動部の相対角度を検出する角度検出器と、この角度検出器の出力信号に基づいて前記作業機の位置を演算する座標演算手段と、前記作業機の上下方向の動作範囲を任意の制限値に設定可能な領域制限設定手段と、前記座標演算手段で求められた前記作業機の位置情報と前記本体の周囲に設定された干渉回避領域とに基づいて該作業機を制御するための演算を行う干渉防止制御手段と、前記座標演算手段で求められた前記作業機の位置情報と前記領域制限設定手段によって設定された前記制限値とに基づいて該作業機を制御するための演算を行う領域制限制御手段とを備えた建設機械の作業機制御装置において、前記作業機の任意点を前記座標演算手段で求めた演算値と該任意点における実測値との差を演算する補正演算手段と、この補正演算手段で演算した結果を補正値として記憶する記憶手段とを備え、前記領域制限制御手段は、前記作業機の位置情報および制限値に加え、前記補正値を前記作業機を制御するための演算に用いる共に、前記干渉防止制御手段は、前記補正値を前記作業機を制御するための演算に用いないように構成した。
【００１０】
このように構成すると、作業機の上下方向位置に補正がかけられた状態で領域制限制御動作が実行されるため、例えばオペレータが地面の任意深さに制限値を設定した場合、制限値よりも深い位置に設置された配管などがバケット先端によって損傷されるのを防止することができ、一方、干渉防止制御動作時は、角度検出器の出力信号から求められる作業機の位置情報に基づいて、作業機と干渉回避領域との相対距離が演算されるため、干渉回避領域に対して作業機の動作を適正に制御し、作業機と本体との衝突を確実に回避することができる。
【００１１】
上記構成において、前記領域制限設定手段によって設定された制限値に前記補正値を加算する制限値補正手段を備えることが好ましく、このような制限値補正手段を設けると、座標演算手段で演算した作業機の位置情報を制限値補正手段で修正することにより、簡単に領域制限制御を実行することができると共に、座標演算手段で演算した作業機の位置情報に基づいて干渉防止制御を実行することができる。
【００１２】
また、前記制限値補正手段で補正された制限値に対して他の補正値、例えば、領域制限制御を実行する上での制御上のバラツキを補償するための補正値を加算できるように構成することが好ましく、この場合、他の補正値を補正値変更手段によって変更できるようにするとより効果的である。
【００１３】
なお、前記補正値を演算するときの作業機の姿勢は特に限定されないが、作業機の構成部材であるバケット先端とアーム先端を結んだ直線が地表面と垂直になる姿勢にし、この姿勢で作業機の任意点における演算値と実測値との差を演算するようにすると、１回の測定で補正値を簡単に演算することができる。
【００１４】
【実施例】
実施例について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施例に係る作業機制御装置のブロック図、図２は実施例における作業機の上下位置補正方法を示す説明図である。
【００１５】
図１において、１は走行体、２は運転室２ａを有し走行体１の上部に配置された旋回体であり、これら走行体１と旋回体２とで油圧ショベルの本体を構成している。３は運転室２ａの右側の旋回体２に回転可能に連結されたロアブーム、４はロアブーム３の先端に回転可能に連結されたアッパブーム、５はアッパブーム４の先端に回転可能に連結されたアーム、６はアーム５の先端に回転可能に連結されたバケットであり、両ブーム３，４とアーム５およびバケット６で作業機７を構成している。８はロアブーム３を駆動するブームシリンダ、９はアッパブーム４を駆動するオフセットシリンダ、１０はアーム５を駆動するアームシリンダ、１１はバケット６を駆動するバケットシリンダであり、オフセットシリンダ９によってアーム５とバケット６をロアブーム３に対し横方向に平行移動する。１２は旋回体２とロアブーム３との枢着点に取り付けられたブーム角度検出器であり、旋回体２とロアブーム３との相対角度を検出する。１３はロアブーム３とアッパブーム４の枢着点に取り付けられたオフセット角度検出器であり、ロアブーム３とアッパブーム４との相対角度を検出する。１４はアッパブーム４とアーム５との枢着点に取り付けられたアーム角度検出器であり、アッパブーム４とアーム５との相対角度を検出する。１５はアーム５とバケット６の枢着点に取り付けられたバケット角度検出器であり、アーム５とバケット６との相対角度を検出する。これら角度検出器１２〜１５はいずれもポテンショメータからなる。
【００１６】
運転室２ａの内部には、作業機７の動作を制御するための制御装置１６と、補正値演算を指示するための補正値演算指示装置１７と、制限値を制御装置１６に指示するための領域制限掘削制限値設定装置１８と、補正加算値を変更するための補正加算値変更設定装置１９とが設けてある。本実施例の場合、制限値はバケット６による掘削深さを制限するために用いられるため、バケット６は任意位置に設定された制限値よりも下方へ動作しないように制御されるが、制限値を作業機７の高さ制限として用いることも可能であり、この場合、作業機７は制限値を越えて上方へ動作しないように制御される。
【００１７】
制限装置１６は、座標演算部２０、補正演算部２１、基準姿勢位置記憶部２２、補正値記憶部２３、補正加算値記憶部２４、制限値演算部２５、作業機干渉防止制御部２６、作業機制御部２７、領域制限掘削制御部２８とから構成されている。座標演算部２０では、各角度検出器１２〜１５からの出力信号に基づいて、作業機７の任意点における位置座標を演算する。基準姿勢位置記憶部２２には、作業機７の任意点における基準面からの距離が不揮発性メモリに記憶されており、本実施例の場合は、アーム５とバケット６の連結部の中心である点Ｐ１によって作業機７の動作を制御するようにしているため、この点Ｐ１から地面Ｅまでの距離Ｌ１が記憶されている。補正演算部２１では、基準姿勢位置記憶部２２に記憶されたＬ１の値と、座標演算部２０で演算されたＰ１位置における上下方向の演算値とに基づいて、以下のようにして補正値を演算する。
【００１８】
まず、図２に示すように、アーム５の上下両端の枢着点とバケット６の先端部（刃先部）を結んだ直線Ｑが地面Ｅと垂直になるような姿勢に作業機７をし、かつ、作業機７の点Ｐ１が地面Ｅから距離Ｌ１だけ離れた状態にする。この状態で補正値演算指示装置１７を操作して補正演算部２１に指示信号を与えると、補正演算部２１では、座標演算部２０から入力される作業機７の点Ｐ１における位置情報と、基準姿勢位置記憶部２２から入力されるＬ１値とから、両者の差を演算して補正値記憶部２３に出力する。例えば、基準姿勢位置記憶部２２に記憶されたＬ１が１．２ｍである場合、補正演算部２１が各角度検出器１２〜１５からの出力信号に基づいて点Ｐ１の地面Ｅからの高さを１．２５ｍと演算すると、補正演算部２１は両者の差（１．２５ｍ−１．２ｍ＝０．０５ｍ）を演算し、この値（０．０５ｍ）を補正値として補正値記憶部２３に出力する。すなわち、この補正値は、作業機７の点Ｐ１における上下方向の演算値（１．２５ｍ）と実測値（１．２ｍ）との差であり、各角度検出器１２〜１５のバラツキや作業機７の各部の寸法誤差などを補正することができる。
【００１９】
このようにして補正演算部２１で演算された補正値は補正値記憶部２３に記憶され、該補正値は制限値演算部２５に出力される。制限値演算部２５では、補正値記憶部２３からの補正値に加えて、補正加算値記憶部２４に記憶された他の補正値を入力する。補正加算値記憶部２４には、例えば領域制限制御を実行する上での制御上のバラツキを補償するための補正値が不揮発性メモリに記憶されており、この補正値は補正加算値変更設定装置１９からの指示によってオペレータが適宜変更できるようになっている。ただし、これら補正加算値記憶部２４と補正加算値変更設定装置１９は、領域制限掘削制御を実行する上で必要不可欠なものではなく、場合によっては省略することも可能であり、また、補正加算値記憶部２４に記憶された補正値を変更不可能な一定値としても良い。
【００２０】
また、制限値演算部２５では、領域制限掘削制限値設定装置１８によって指示された制限値を入力し、この制限値に対して補正値記憶部２３および補正加算値記憶部２４からの２つの補正値を加算し、この補正値が加算された制限値と座標演算部２０で演算された点Ｐ１との相対距離を求め、その結果を領域制限掘削制御部２８に出力する。この領域制限掘削制御部２８では、補正値が加算された制限値と点Ｐ１の位置との相対距離に基づき、バケット６の刃先部先端が制限値よりも下方へ潜り込まないようにするために、各シリンダ８〜１１の制御用コントロールバルブ（図示せず）への圧油供給量を最適な値に設定する指令を演算する。
【００２１】
一方、作業機干渉防止制御部２６では、座標演算部２０で演算された作業機７の任意点における位置座標に基づいて、運転室２ａを含む旋回体２の周囲に設定された干渉回避領域と作業機７の任意点との相対距離を判断し、作業機７が旋回体２と衝突しないようにするために、各シリンダ８〜１１の制御用コントロールバルブへの圧油供給量を最適な値に設定する指令を演算する。この干渉回避領域は作業機７を最小旋回姿勢にしたときの各可動部の長さと角度を基準にして設定されており、前述した各角度検出器１２〜１５の出力信号はこの最小旋回姿勢における各可動部の角度を初期値としている。そして、作業機制御部２７では、領域制限掘削制御部２８で演算された指令値と作業機干渉防止制御部２６で演算された指令値との最小値を選択し、この選択された指令値に基づいて図示せぬコントロールバルブへの圧油供給量が決定され、作業機７の動作が制御される。
【００２２】
このように構成された作業機制御装置では、オペレータが領域制限掘削制限値設定装置１８によって任意位置に制限値を設定すると、この制限値に対する作業機７の領域制限掘削制御動作は、領域制限掘削制御部２８から入力された制限値に補正値を加算した状態で実行される。ここで、上記補正値は、作業機７を図２に示すような姿勢にしたときの点Ｐ１における上下方向の演算値と実測値との差であり、バケット６がこの姿勢を境に前後方向へ変位したとしても、各角度検出器１２〜１５のバラツキなどに起因する点Ｐ１の上下方向位置の誤差が、制限値を補正値分だけ修正することによりキャンセルされるため、制限値に対して作業機７を適正に制御することができ、制限値よりも深い位置に設置された配管などがバケット６によって損傷されるのを確実に防止することができる。一方、干渉回避領域に対する作業機７の干渉防止制御動作は、座標演算部２０で演算された作業機７の位置情報に基づいて実行されるため、干渉回避領域に対する作業機７の位置情報は補正値を含まない状態で算出される。これにより、作業機７の干渉防止制御動作が補正値によって悪影響を受けることはなく、干渉回避領域に対して作業機７の動作を適正に制御でき、作業機７と旋回体２との衝突を確実に回避することができる。
【００２３】
なお、上記実施例において、座標演算部２０が座標演算手段を、領域制限掘削制限値設定装置１８が領域制限設定手段を、作業機干渉防止制御部２６が干渉防止制御手段を、領域制限掘削制御部２８および制限値演算部２５が領域制限制御手段を、作業機制御部２７が作業機制御手段を、補正演算部２１が補正演算手段を、補正値記憶手段が記憶手段を、制限値演算部２５を形成する不図示の加算器が制限値補正手段を、補正加算値変更設定装置１９と補正加算値記憶部２４および制限値演算部２５を形成する不図示の加算器が補正値変更手段をそれぞれ構成する。
【００２４】
また、上記実施例では、基準姿勢位置記憶部２２に距離Ｌ１を記憶した場合について説明したが、この距離Ｌ１以外の値を実測値として用いることも可能である。例えばバケット６の刃先部によって作業機７の動作を制御する場合は、バケット６の刃先部Ｐ２から地面Ｅまでの距離Ｌ２を基準姿勢位置記憶部２２に記憶させ、作業機７を図２に示す姿勢にしたときの点Ｐ２における上下方向の演算値と距離Ｌ２（実測値）との差を補正値として演算しても良い。
【００２５】
また、上記実施例では、制限値に対して補正値を加算するようにしたが、座標演算部２０により算出された任意点Ｐ１の座標値に補正値を加算するようにしても良い。
【００２６】
また、上記実施例とは別の方法で補正値を演算することも可能であり、例えば、バケット６を旋回体２に最も近づけた位置と最も遠ざけた位置とで補正値を演算し、これら２位置間で補正値が直線的に変化するものと仮定して、制限値に対する作業機７の領域制限掘削制御動作を実行するようにしても良い。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２８】
オペレータが上下方向の任意位置に設定した制限値に対する領域制限制御時は、作業機の位置情報と制限値および補正値に基づいて作業機の動作を制御するための演算を行い、予め本体の周囲に設定された干渉回避領域に対する干渉防止制御時は、前記補正値を用いずに作業機の動作を制御するための演算を行うようにしたので、例えばオペレータが地面の任意深さに制限値を設定した場合、制限値よりも深い位置に設置された配管などがバケット先端によって損傷されるのを防止することができ、一方、干渉防止制御動作時は、角度検出器の出力信号から求められる作業機の位置情報に基づいて、作業機と干渉回避領域との相対距離が演算されるため、干渉回避領域に対して作業機の動作を適正に制御し、作業機と本体との衝突を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る作業機制御装置のブロック図である。
【図２】実施例における作業機の上下位置補正方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１  走行体
２  旋回体
２ａ  運転室
３  ロアブーム
４  アッパブーム
５  アーム
６  バケット
１２，１３，１４，１５  角度検出器
１６  制御装置
１７  補正値演算指示装置
１８  領域制限掘削制限値設定装置
１９  補正加算値変更設定装置
２０  座標演算部
２１  補正演算部
２２  基準姿勢位置記憶部
２３  補正値記憶部
２４  補正加算値記憶部
２５  制限値演算部
２６  作業機干渉防止制御部
２７  作業機制御部
２８  領域制限掘削制御部
【図１】
0003765461.tif 000002
【図２】
0003765461.tif 000003