JP2000204580A - 建設機械の制御装置及び連続傾斜面の掘削形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】建設機械の制御装置及び建設機械による連続し
た傾斜面の掘削形成方法において、車体の移動量を検出
するセンサを必要とせず、安価に連続した傾斜面を掘削
形成できるようにする。 【解決手段】レーザ灯台１０ａによって形成されるレー
ザ基準面ＲＦが目標掘削面ＴＳに平行となるようセット
し、設定器７のスイッチ７ｂ，７ｃにより目標掘削面の
勾配β及び目標掘削面とレーザ基準面とのオフセット距
離Ｌdを入力する。次いで、オペレータはフロント装置
１Ａを操作することで受光器１０ｂをレーザ基準面ＲＦ
に一致させ、この状態で設定器７のスイッチ７ａを押
し、制御ユニット９内でレーザ受光位置のｘ−ｙ座標系
での座標位置（ＰLx，ＰLz）を、更に（１）〜（７）式
により目標掘削面の一次式を演算させ、目標掘削面とバ
ケット爪先との距離表示を見ながら目標掘削面に沿って
掘削を行う。車体移動後も同様である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧ショベル等の建
設機械の制御装置に係わり、特にレーザ等の外部基準を
参照して連続した掘削面を形成する建設機械の制御装置
及び建設機械による連続傾斜面の掘削形成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧ショベルによる高精度な直線
状の掘削作業においては、オペレータがブーム、アー
ム、バケットを同時に操作する必要があり、熟練が必要
であった。そこで、操作の容易化のために様々な自動軌
跡制御装置が提案されている。

【０００３】例えば特開昭４９−１３２８０１号公報に
提案される発明では、与えられた掘削角、バケット姿
勢、掘削速度に応じてシリンダの操作量を演算し、各部
の運動を制御して直線掘削を行っている。また、特開昭
５５−３００３８号公報に提案される発明では、アーム
先端の目標速度ベクトルに対するブーム・アーム速度を
与え、バケットを独立に制御して、直線状の掘削を行っ
ている。更に、特開平６−１９３０９０号公報に提案さ
れる発明では、目標の掘削面に対してバケットが接近す
ると徐々にブームが上がりバケットが目標掘削面を越え
ないような、いわば軌跡制御と範囲制限制御が組み合わ
された制御方式が提案されている。

【０００４】一方、これらの直線状の掘削軌跡制御装置
と車体外部に設置されたレーザ灯台などの外部基準面を
組み合わせて、基準となるレーザ面から一定の深さの面
を長距離に渡って連続的に掘削制御する方式が提案され
ている。例えば特開平４−１６１５２５号公報に提案さ
れる発明では、車体にレーザ受光器を設置し、車体の移
動に伴う上下方向のずれをレーザで補正して直線状の連
続した掘削面を形成する構成となっている。また、特開
平９−５３２５３号公報に提案される発明はレーザ受光
器をフロント部材に設置し、同様に車体の移動に伴う上
下方向のずれをレーザで補正しており、特にその図１２
には、傾斜面を設定し掘削する方法を開示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記提案
には次のような欠点がある。

【０００６】特開平４−１６１５２５号公報に提案され
る発明では、勾配が零でない連続した傾斜面を形成する
には車体の前後方向の移動量を検出するセンサが必要と
しているが、このようなセンサは設置の仕方や演算方法
が複雑でコストがかかるうえ、センサによっては精度が
悪く正確な移動量が検出されない場合がある。よって、
車体の前後方向の移動量を検出することは現実的には難
しい。

【０００７】特開平９−５３２５３号公報に提案される
発明では、勾配が零でない連続した傾斜面を形成するた
めの目標掘削面の設定は、車体から基準点までの距離を
１つのパラメータとして設定しているため、傾斜面に対
し車体が前後方向に移動した場合は、目標掘削面も移動
し、連続した傾斜面を掘削することはできない。車体が
前後方向に移動しても目標掘削面が連続するように補正
するためには、特開平４−１６１５２５号公報と同様、
車体の移動量を検出するセンサが必要となる。

【０００８】本発明の目的は、車体の移動量を検出する
センサを必要とせず、安価に連続した傾斜面を掘削形成
することができる建設機械の制御装置及び建設機械によ
る連続傾斜面の掘削形成方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）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装置を構成す
る上下方向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数
の被駆動部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動
する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部
材の動作を指示する複数の操作レバーと、前記複数の操
作レバーの操作信号に応じて駆動され、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制御装置において、
前記建設機械の車体外部に設置され、目標掘削面と平行
になるよう外部基準を設定する外部基準設定手段と、前
記目標掘削面の勾配を設定する勾配設定手段と、前記外
部基準に対する前記目標掘削面のオフセット距離を設定
する掘削深さ設定手段と、前記外部基準に対する車体の
相対位置及び姿勢を演算する車体姿勢演算手段と、前記
勾配設定手段と前記掘削深さ設定手段と前記車体姿勢演
算手段からの信号を基に、前記目標掘削面を前記車体を
基準とした座標系に対する値として演算し設定する目標
掘削面設定手段とを備えるものとする。

【００１０】このように外部基準設定手段と、勾配設定
手段と、掘削深さ設定手段と、目標掘削面設定手段とを
設けることにより、次のように連続した傾斜面を形成す
ることが可能となる。

【００１１】まず、外部基準設定手段により建設機械の
車体外部に目標掘削面と平行になるよう外部基準を設定
し、勾配設定手段により目標掘削面の勾配を設定し、掘
削深さ設定手段により外部基準に対する目標掘削面のオ
フセット距離を設定する。次いで、現在の車体の位置で
車体姿勢演算手段により外部基準に対する車体の相対位
置及び姿勢を演算し、目標掘削面設定手段により、上記
のように設定された勾配及びオフセット距離と演算され
た車体の相対位置及び姿勢とから、車体を基準とした座
標系に対する値として目標掘削面を演算し、これを設定
する。このように目標掘削面を設定した後、この目標掘
削面に沿って掘削を行い、この目標掘削面での掘削が完
了すると車体を前後方向に移動し、その位置で目標掘削
面設定手段により目標掘削面を再設定し、この再設定さ
れた目標掘削面に沿って再び掘削を行う。

【００１２】このように車体が前後に移動した場合で
も、その都度、車体外部に設定された外部基準に対する
車体の相対位置及び姿勢を演算し、外部基準に対する車
体の相対位置及び姿勢を更新することにより、車体の移
動量を検出するセンサを用いずに、車体が移動した際の
目標掘削面のずれを補正し、車体移動前の目標掘削面と
車体移動後の目標掘削面とを精度良く連続的に設定し、
連続した傾斜面を掘削形成することが可能となる。

【００１３】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記掘削深さ設定手段は、設定器に設けられ、オペレー
タにより操作される操作手段を有し、この操作手段から
の入力信号により前記オフセット距離を設定する。

【００１４】これによりオペレータの操作により所望の
オフセット距離を設定することができる。

【００１５】（３）上記（１）において、前記掘削深さ
設定手段は、ダイレクトティーチにより得られた前記フ
ロント装置先端の位置を演算する手段を有し、この位置
データから前記オフセット距離を計算し設定するもので
あってもよい。

【００１６】これによりダイレクトティーチにより所望
のオフセット距離を設定することができる。

【００１７】（４）また、上記（１）において、好まし
くは、前記車体姿勢演算手段は、傾斜計と、前記フロン
ト装置に設けられたフロント基準と、このフロント基準
が前記外部基準と一致した時のフロント基準の位置を計
算し、この位置データと前記傾斜計の検出値とから前記
車体の相対位置及び姿勢を演算する手段とを有する。

【００１８】これにより車体姿勢演算手段は、外部基準
に対する車体の相対位置及び姿勢を演算することができ
る。

【００１９】（５）更に、上記（１）において、好まし
くは、前記目標掘削面と前記フロント装置先端との距離
を演算する距離演算手段と、この距離演算手段で演算し
た距離を表示する表示手段とを更に備えるものとする。

【００２０】これによりオペレータは表示手段の距離表
示を見ながらオペレータの意志で目標掘削面に沿って掘
削することができる。

【００２１】（６）また、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装置を構成する上下方向
に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動部
材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の
油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動作を
指示する複数の操作レバーと、前記複数の操作レバーの
操作信号に応じて駆動され、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による連続傾斜面の掘削形成方法
において、（ａ）前記建設機械の車体外部に目標掘削面
と平行になるよう外部基準を設定すること、（ｂ）前記
目標掘削面の勾配を設定すること、（ｃ）前記外部基準
に対する前記目標掘削面のオフセット距離を設定するこ
と、（ｄ）前記外部基準に対する車体の相対位置及び姿
勢を演算すること、（ｅ）前記設定された勾配及びオフ
セット距離と前記演算された車体の相対位置及び姿勢と
から、前記目標掘削面を前記車体を基準とした座標系に
対する値として演算し設定すること、（ｆ）前記設定さ
れた目標掘削面に沿って掘削をすること、（ｇ）車体を
前後方向に移動し、その位置で上記（ｄ）〜（ｆ）の手
順を実施して目標掘削面を再設定し、この再設定された
目標掘削面に沿って掘削をすること、（ｈ）前記（ｇ）
の手順を繰り返すことの各手順を実施するものとする。

【００２２】これにより上記（１）で述べたように、車
体の移動量を検出するセンサを用いずに、車体が移動し
た際の目標掘削面のずれを補正し、車体移動前の目標掘
削面と車体移動後の目標掘削面とは精度良く連続的に設
定され、連続した傾斜面を掘削形成することが可能とな
る。

【００２３】（７）上記（６）において、好ましくは、
前記（ｆ）及び（ｇ）の手順では、前記設定された目標
掘削面と前記フロント装置先端との距離を演算して表示
手段の画面に表示し、この画面に表示された距離をオペ
レータが見ながら前記複数の操作レバーを操作し、前記
目標掘削面を掘削形成する。

【００２４】これによりオペレータは表示手段の距離表
示を見ながらオペレータの意志で目標掘削面に沿って掘
削することができる。

【００２５】（８）また、上記（６）において、前記
（ｆ）及び（ｇ）の手順では、前記設定された目標掘削
面を軌跡制御により掘削形成してもよい。

【００２６】これにより軌跡制御により自動で目標掘削
面に沿って掘削することができる。

【００２７】（９）更に、上記（６）において、前記
（ｆ）及び（ｇ）の手順では、前記設定された目標掘削
面を領域制限掘削制御により掘削形成してもよい。

【００２８】これにより領域制限掘削制御により自動で
目標掘削面に沿って掘削することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】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１〜図６により説明する。

【００３０】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４ａ〜４
ｆと、操作レバー装置４ａ〜４ｆ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に対する油圧駆動装置を構
成している。

【００３１】本実施例では、操作レバー装置４ａ〜４ｆ
は操作信号として電気信号を出力する電気レバー方式で
あり、流量制御弁５ａ〜５ｆは電気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備え
ている。

【００３２】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３
ｂ、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４ａ
〜４ｆにより指示される。

【００３３】以上のような油圧ショベルに本実施形態に
よる制御装置が設けられている。この制御装置は、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の傾斜を検
出する傾斜計８ｄと、車体外部に設置され、図２に示す
ような外部基準としてのレーザ基準面ＲＦを形成するレ
ーザ灯台１０ａと、フロント部材のうちアーム１ｂの側
面に設置され、レーザ灯台１０ａによって形成されたレ
ーザ基準面ＲＦのレーザ光線を受光する受光器１０ｂ
と、設定器７からの入力信号、操作レバー装置４ａ〜４
ｆの操作信号、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの検出信
号、傾斜計８ｄの検出信号、受光器１０ｂの検出信号を
入力し、流量制御弁５ａ〜５ｆを制御する制御ユニット
９とから構成されている。

【００３４】設定器７は、例えば運転室内の操作パネル
の一部として設けられかつスイッチ等の操作手段を備え
ている。これら操作手段は、外部基準としてのレーザ基
準面ＲＦと車体１Ｂとの相対位置及び姿勢を設定・更新
するスイッチ７ａと、目標掘削面ＴＳの水平面に対する
勾配を数値入力により設定するスイッチ７ｂと、目標掘
削面ＴＳとこの目標掘削面ＴＳに対して平行に設定され
る外部基準としてのレーザ基準面ＲＦとのオフセット距
離を数値入力により設定するスイッチ７ｃとを含み、こ
れらスイッチ７ａ〜７ｃから出力された信号は制御ユニ
ット９に入力される。また、設定器７は表示画面７ｄを
有する表示装置を備えている。設定器７には他の補助手
段が設けられていても良い。また、スイッチ７ａ〜７ｃ
の一部あるいは全ては操作レバーのグリップ上に設けら
れてもよい。

【００３５】制御ユニット９は目標掘削面ＴＳを設定す
る目標掘削面設定部を有し、目標掘削面設定部では設定
器７からの指示で目標掘削面ＴＳの設定演算を行う。そ
の一例を図３及び図４を用いて説明する。

【００３６】図３は制御ユニット９の処理内容を示す機
能ブロック図である。図３において、９０は上記目標掘
削面設定部であり、目標掘削面設定部９０はレーザ受光
位置演算部９０ａと目標掘削面ＴＳの一次式演算部９０
ｂとを有している。また、制御ユニット９はバケット爪
先位置演算部９１と目標掘削面ＴＳとバケット爪先との
距離演算部９２を更に備えている。

【００３７】図４は目標掘削面ＴＳの設定方法を示す図
である。図４において、設定器７のスイッチ７ｂにより
設定された目標掘削面ＴＳの水平面に対する勾配をβ、
目標掘削面ＴＳとこの目標掘削面ＴＳに対して平行に設
定されるレーザ基準面ＲＦとのオフセット距離をＬdで
示し、この時の車体１Ｂの前後方向の傾きをαsで示し
ている。目標掘削面ＴＳは車体１Ｂを基準としたｘ−ｚ
座標系に対する一次式として求める。

【００３８】まず、目標掘削面設定部９０のレーザ受光
位置演算部９０ａにおいて、アーム側面に取り付けたレ
ーザ受光器１０ｂがレーザ光線を受光している状態にあ
る時に、設定器７に設けられたスイッチ７ａを押すこと
で、車体外部に設置されたレーザ基準面ＲＦと車体１Ｂ
との相対位置及び姿勢を設定・更新する。その演算内容
を以下に示す。

【００３９】レーザ受光器１０ｂがレーザ光線を受光し
ている状態でスイッチ７ａが押されると、この時のレー
ザ受光器１０ｂのｘ−ｚ座標における位置ＰLを演算す
る。この位置ＰLの位置座標を（ＰLx，ＰLz）とする。
この演算には角度検出器８ａ，８ｂの角度情報を用い
る。

【００４０】次いで、演算部９０ｂにおいて次の演算を
行う。まず、レーザ面が車体１Ｂのｘ−ｚ座標のｚ軸と
交わる点Ｐ1（Ｐ1x，Ｐ1z）の座標を求める。ここで、
Ｐ1点はＰL点を通る傾きαs＋β、切片Ｐ1zの直線なの
で、以下のように示される。

【００４１】 Ｐ1x＝０ …（１） Ｐ1z＝ＰLz−tan（αs＋β）・ＰLx …（２） 次に、レーザ面からＬdの距離だけ離れた目標掘削面Ｔ
Ｓがｘ−ｚ座標のｚ軸と交わる点Ｐ2（Ｐ2x，Ｐ2z）の
座標値を求める。Ｐ1−Ｐ2間の距離をＬd’とすると、
図４から正弦定理を用いて以下の式が成り立つ。

【００４２】 Ｌd’／sin（β＋９０゜）＝｜Ｌd｜／sin（９０゜−αs−β） …（３） これを変形して、 Ｌd’＝｜Ｌd｜×sin（β＋９０゜）／sin（９０゜−αs−β） ＝｜Ｌd｜×cosβ／cos（αs＋β） …（４） これより、点Ｐ2の位置座標は Ｐ2x＝０ …（５） Ｐ2z＝Ｐ1z＋Ｌd’ …（６） と求まる。αs，βの取りうる範囲や式の意味合いを考
慮して（６）式は以下のように書ける。

【００４３】 Ｐ2z＝Ｐ1z＋Ｌd’ ＝ＰLz−tan（αs＋β）・ＰLx＋Ｌd×cosβ／cos（αs＋β） ＝ＰLz−（ＰLx・sin（αs＋β）−Ｌd・cosβ）／cos（αs＋β） …（７） 従って、ｘ−ｚ座標に対する目標掘削面ＴＳの一次式は
Ｐ2zを切片とし、傾きαs＋βの直線式で表せる。

【００４４】以上の演算により、車体１Ｂを基準とした
ｘ−ｚ座標系に対する一次式として目標掘削面ＴＳを求
めることができる。目標掘削面設定部９０ではこのよう
にして求めた目標掘削面ＴＳの一次式を制御ユニット９
のメモリに記憶し、目標掘削面ＴＳの設定を完了する。

【００４５】レーザ燈台１０ａは、油圧ショベルの車体
外部に設置され、目標掘削面ＴＳと平行になるよう外部
基準、即ちレーザ基準面ＲＦを設定する外部基準設定手
段を構成し、設定器７のスイッチ７ｂは、目標掘削面Ｔ
Ｓの勾配βを設定する勾配設定手段を構成し、設定器７
のスイッチ７ｃは、外部基準（レーザ基準面ＲＦ）に対
する目標掘削面ＴＳのオフセット距離Ｌdを設定する掘
削深さ設定手段を構成し、設定器７のスイッチ７ａ、レ
ーザ受光器１０ｂ、制御ユニット９内のレーザ受光位置
演算部９０ａは、外部基準（レーザ基準面ＲＦ）に対す
る車体１Ｂの相対位置及び姿勢を演算する車体姿勢演算
手段を構成し、制御ユニット９内の目標掘削面演算部９
０ｂは、上記勾配設定手段と掘削深さ設定手段と車体姿
勢演算手段からの信号を基に、目標掘削面ＴＳを車体１
Ｂを基準としたｘ−ｚ座標系に対する値として演算し設
定する目標掘削面設定手段を構成する。

【００４６】ところで、上記のような演算によって設定
された目標掘削面ＴＳに従って掘削する方法としては、
設定器７の表示画面７ｄに目標掘削面ＴＳとバケット１
ｃの先端との垂直距離を表示し、その数字を見ながら掘
削する方法がある。この場合、その数字がゼロとなるよ
うに掘削すれば目標掘削面ＴＳに沿った掘削が可能とな
る。

【００４７】このような掘削方法を可能とするため、バ
ケット爪先位置演算部９１と目標掘削面ＴＳとバケット
爪先との距離演算部９２とが設けられており、演算部９
１では角度検出器８ａ，８ａｂ，８ｃの角度情報からバ
ケット１ｃ爪先の位置を演算し、演算部９２では演算部
９０ｂで求めた目標掘削面ＴＳと演算部９１で求めたバ
ケット爪先の位置情報とから目標掘削面ＴＳとバケット
爪先との距離を計算する。この距離データは設定器７に
送られ、設定器７の表示画面７ｄに例えば数値で表示さ
れる。

【００４８】また、他の方法としては、軌跡制御又は領
域制限掘削制御と組み合わせて行う方法がある。即ち、
フロント装置の軌跡制御装置を備える場合は、目標掘削
面設定部９０で設定した目標掘削面ＴＳを目標軌跡とし
て軌跡制御により目標掘削面ＴＳに沿って掘削させれば
よい。この軌跡制御に関しては、例えば前述した特開昭
４９−１３２８０１号公報や特開昭５５−３００３８号
公報に詳しい。また、フロント装置の領域制限掘削制御
装置を備える場合は、目標掘削面設定部９０で設定した
目標掘削面ＴＳを制限領域の境界として領域制限掘削制
御により目標掘削面ＴＳに沿って掘削させてもよい。こ
の領域制限掘削制御に関しては、例えば前述した特開平
６−１９３０９０号公報や特開平９−５３２５３号公報
に詳しい。

【００４９】次に、以上のように構成した制御装置を備
えた油圧ショベルを用いて連続した傾斜面を掘削形成す
る作業手順を図５及び図６を用いて説明する。

【００５０】図５は当該作業手順を示すブロック図であ
る。図６は連続した傾斜面を掘削形成する様子を示す図
である。図６において、油圧ショベルの車体１Ｂは最初
はＡの位置にあるとする。

【００５１】図５において、まず、レーザ灯台１０ａに
よって形成されるレーザ基準面ＲＦが目標掘削面ＴＳに
平行となるよう、即ちレーザ基準面ＲＦの角度が目標掘
削面ＴＳの勾配βと同じ角度になるようレーザ灯台１０
ａをセットする（ブロック１００）。次いで、設定器７
のスイッチ７ｂにより目標掘削面ＴＳの勾配βを入力
し、スイッチ７ｃにより目標掘削面ＴＳとレーザ基準面
ＲＦとのオフセット距離Ｌdを入力し、勾配β及びオフ
セット距離Ｌdを設定する（ブロック１０１）。ブロッ
ク１００の手順とブロック１０１の手順は逆でも良い。

【００５２】次いで、オペレータはフロント装置１Ａを
操作することでアーム１ｂの側部に設けられた受光器１
０ｂをレーザ基準面ＲＦに一致させ、この状態で設定器
７のスイッチ７ａを押す。これにより上述したように、
制御ユニット９内ではレーザ受光位置、即ちレーザ受光
器１０ｂのｘ−ｙ座標系での座標位置（ＰLx，ＰLz）が
演算され（ブロック１０２）、更に（１）〜（７）式に
より目標掘削面ＴＳ１の一次式が演算され（ブロック１
０３）、この目標掘削面ＴＳ１とバケット爪先との距離
が計算され、この距離が設定器７の表示画面７ｄに表示
される（ブロック１０４）。このように距離が表示され
ると、上述したようにオペレータはこの距離表示を見な
がら目標掘削面ＴＳ１に沿って掘削を行う（ブロック１
０５）。

【００５３】Ａの位置で目標掘削面ＴＳ１の掘削が完了
すると、オペレータは油圧ショベルの車体１Ｂを図６の
Ｂの後方の位置に移動する（ブロック１０６）。そし
て、このＢの位置で上記ブロック１０２，１０３，１０
５の手順を繰り返して目標掘削面ＴＳ２を設定し、手順
１０５で目標掘削面ＴＳ２に沿って掘削を行う。

【００５４】ここで、Ａの位置で設定された目標掘削面
ＴＳ１はレーザ基準面ＲＦに平行でかつＬdのオフセッ
ト距離を有する面であり、Ｂの位置で設定された目標掘
削面ＴＳ２もレーザ基準面ＲＦに平行でかつＬdのオフ
セット距離を有する面であり、図６から分かるようこれ
ら目標掘削面ＴＳ１，ＴＳ２は連続した傾斜面である。
即ち、車体１Ｂが前後に移動した場合でも、その都度、
車体外部に設定された外部基準であるレーザ基準面ＲＦ
に対する車体１Ｂの相対位置及び姿勢を演算し、レーザ
基準面ＲＦに対する車体１Ｂの相対位置及び姿勢を更新
することにより、車体１Ｂの移動量を検出するセンサを
用いずに、車体１Ｂが移動した際の目標掘削面のずれが
補正され、車体移動前の目標掘削面ＴＳ１と車体移動後
の目標掘削面ＴＳ２とが精度良く連続的に設定され、Ａ
の位置とＢの位置のそれぞれで目標掘削面ＴＳ１，ＴＳ
２に沿った掘削を行うことにより、連続した傾斜面を掘
削形成することが可能となる。

【００５５】Ｂの位置で目標掘削面ＴＳ２に沿った掘削
が完了した後、更に長い連続した傾斜面を掘削形成した
い場合は、油圧ショベルの車体１Ｂを更に後方に移動
し、上記ブロック１０２，１０３，１０５の手順を繰り
返す。この手順を必要回数繰り返すことにより、所望の
長さの連続した傾斜面を掘削形成することができる。

【００５６】図５において、目標掘削面ＴＳとバケット
爪先との距離表示を見ながら掘削をする代わりに、ブロ
ック１０７に示すように軌跡制御と組み合わせて掘削し
てもよい。また、ブロック１０８に示すように領域制限
掘削制御と組み合わせて掘削してもよい。このように軌
跡制御又は領域制限掘削制御と組み合わせても、同様に
目標掘削面ＴＳに沿って掘削を行え、連続した傾斜面を
掘削できる。

【００５７】以上のように本実施形態によれば、車体の
移動量を検出するセンサを必要とせず、安価に連続した
傾斜面を掘削形成することができる。

【００５８】以上の実施形態では、目標掘削面ＴＳから
レーザ基準面ＲＦまでのオフセット距離Ｌdを設定器７
のスイッチ７ｃにより入力したが、目標掘削面ＴＳの勾
配を設定した後、ダレクトティーチにより目標掘削面Ｔ
Ｓを設定し、オフセット距離Ｌdを演算し、設定しても
良い。この例を再び図４を用いて説明する。

【００５９】図４において、バケット先端座標からダイ
レクトティーチで目標掘削面ＴＳを設定し、バケット先
端による教示点を基にレーザ基準面ＲＦから目標掘削面
ＴＳまでのオフセット距離を演算する。バケット先端の
教示点Ｐｃの位置座標を（Ｐcx，Ｐcz）とすると、目標
掘削面ＴＳがｘ−ｚ座標と交わる点Ｐ2の位置座表（Ｐ2
x，Ｐ2z）は、次のように表せる。

【００６０】 Ｐ2x＝０ …（８） Ｐ2z＝Ｐcz−tan（αs＋β）・Ｐcx …（９） 正弦定理より、 ｜Ｌd｜＝Ｌd’×cos（αs＋β）／cosβ …（１０） ここで、Ｌd’はＰ1，Ｐ2点のｚ座標が分かっているの
で、次のようになる。

【００６１】 Ｌd’＝｜Ｐ1z−Ｐ2z｜ …（１１） （１１）式を（１０）式に代入してオフセット距離Ｌd
が求まる。

【００６２】オフセット距離Ｌdを求めた後の目標掘削
面ＴＳの一次式を演算し、設定する方法は上記実施形態
と同じである。

【００６３】また、この場合の連続傾斜面の掘削形成手
順は、図５に示すように、ブロック１００，１０１がブ
ロック１１０，１１１に置き換わる点を除いて、上述し
たのと同じである。

【００６４】図５において、ブロック１１０では、設定
器７のスイッチ７ｂにより目標掘削面ＴＳの勾配βを入
力すると共に、ダイレクトティーチにより目標掘削面Ｔ
Ｓを教示する。この教示は、オペレータがフロント装置
１Ａを操作してバケット先端を目標掘削面ＴＳを設定し
たい位置Ｐｃに移動し、その位置Ｐｃで教示ボタンを押
し、位置Ｐｃの位置座標（Ｐcx，Ｐcz）を設定する。教
示ボタンは例えば設定器７に設けられる。次いで、ブロ
ック１１１で、上記（８）式及び（１１）式により目標
掘削面ＴＳからレーザ基準面ＲＦまでのオフセット距離
Ｌdを演算する。この後は、ブロック１０２に移行し、
上述の手順で連続した傾斜面を掘削形成する。

【００６５】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態
では、外部基準としてレーザ燈台により形成されるレー
ザ基準面を用いたが、これは状況が許せば水糸等の外部
基準線でもよい。また、フロント装置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
角度計を用いたが、シリンダのストロークを検出しても
よい。更に、上記実施形態では、操作レバー装置として
電気レバーを用いたが、油圧パイロット式の操作レバー
装置を用いてもよい。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、車体の移動量を検出す
るセンサを必要とせず、安価に連続した傾斜面を掘削形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による建設機械の制御装置
をその油圧駆動装置と共に示す図である。

【図２】本発明が適用される油圧ショベルの外観と、外
部基準であるレーザ基準面及びこのレーザ基準面を形成
するレーザ灯台を示す図である。

【図３】制御ユニット内の処理内容を示す機能ブロック
図である。

【図４】目標掘削面の設定方法を示す図である。

【図５】本発明の制御装置を備えた油圧ショベルを用い
て連続した傾斜面を掘削形成する作業手順を示す図であ
る。

【図６】連続した傾斜面を掘削形成する様子を示す図で
ある。

【符号の説明】

１Ａ フロント装置 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〜３ｆ 油圧アクチュエータ ４ａ〜４ｆ 操作レバー装置 ５ａ〜５ｆ 流量制御弁 ６ リリーフ弁 ７ 設定器 ７ａ〜７ｃ スイッチ ７ｄ 表示画面 ８ａ〜８ｃ 角度検出器 ８ｄ 傾斜計 ９ 制御ユニット １０ａ レーザ燈台 １０ｂレーザ受光器 ＲＦ レーザ基準面 ＴＳ 目標掘削面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽賀 正和 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 渡邊 洋 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB01 AB02 AB03 BA01 BA03 BA06 BB02 BB07 BB09 BB10 BB11 CA02 DA03 DA04 DB04 DB05 EA00

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多関節型のフロント装置を構成する上下方
   向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動
   部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数
   の油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動作
   を指示する複数の操作レバーと、前記複数の操作レバー
   の操作信号に応じて駆動され、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制御装置において、 前記建設機械の車体外部に設置され、目標掘削面と平行
   になるよう外部基準を設定する外部基準設定手段と、 前記目標掘削面の勾配を設定する勾配設定手段と、 前記外部基準に対する前記目標掘削面のオフセット距離
   を設定する掘削深さ設定手段と、 前記外部基準に対する車体の相対位置及び姿勢を演算す
   る車体姿勢演算手段と、 前記勾配設定手段と前記掘削深さ設定手段と前記車体姿
   勢演算手段からの信号を基に、前記目標掘削面を前記車
   体を基準とした座標系に対する値として演算し設定する
   目標掘削面設定手段とを備えることを特徴とする建設機
   械の制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の建設機械の制御装置におい
   て、 前記掘削深さ設定手段は、設定器に設けられ、オペレー
   タにより操作される操作手段を有し、この操作手段から
   の入力信号により前記オフセット距離を設定することを
   特徴とする建設機械の制御装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の建設機械の制御装置におい
   て、 前記掘削深さ設定手段は、ダイレクトティーチにより得
   られた前記フロント装置先端の位置を演算する手段を有
   し、この位置データから前記オフセット距離を計算し設
   定することを特徴とする建設機械の制御装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の建設機械の制御装置におい
   て、 前記車体姿勢演算手段は、傾斜計と、前記フロント装置
   に設けられたフロント基準と、このフロント基準が前記
   外部基準と一致した時のフロント基準の位置を計算し、
   この位置データと前記傾斜計の検出値とから前記車体の
   相対位置及び姿勢を演算する手段とを有することを特徴
   とする建設機械の制御装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の建設機械の制御装置におい
   て、 前記目標掘削面と前記フロント装置先端との距離を演算
   する距離演算手段と、この距離演算手段で演算した距離
   を表示する表示手段とを更に備えることを特徴とする建
   設機械の制御装置。
6. 【請求項６】多関節型のフロント装置を構成する上下方
   向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動
   部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数
   の油圧アクチュエータと、前記複数の被駆動部材の動作
   を指示する複数の操作レバーと、前記複数の操作レバー
   の操作信号に応じて駆動され、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による連続傾斜面の掘削形成方
   法において、 （ａ）前記建設機械の車体外部に目標掘削面と平行にな
   るよう外部基準を設定すること、 （ｂ）前記目標掘削面の勾配を設定すること、 （ｃ）前記外部基準に対する前記目標掘削面のオフセッ
   ト距離を設定すること、 （ｄ）前記外部基準に対する車体の相対位置及び姿勢を
   演算すること、 （ｅ）前記設定された勾配及びオフセット距離と前記演
   算された車体の相対位置及び姿勢とから、前記目標掘削
   面を前記車体を基準とした座標系に対する値として演算
   し設定すること、 （ｆ）前記設定された目標掘削面に沿って掘削をするこ
   と、 （ｇ）車体を前後方向に移動し、その位置で上記（ｄ）
   〜（ｆ）の手順を実施して目標掘削面を再設定し、この
   再設定された目標掘削面に沿って掘削をすること、 （ｈ）前記（ｇ）の手順を繰り返すことを特徴とする建
   設機械による連続傾斜面の掘削形成方法。
7. 【請求項７】請求項６記載の建設機械による連続傾斜面
   の掘削形成方法において、前記（ｆ）及び（ｇ）の手順
   では、前記設定された目標掘削面と前記フロント装置先
   端との距離を演算して表示手段の画面に表示し、この画
   面に表示された距離をオペレータが見ながら前記複数の
   操作レバーを操作し、前記目標掘削面を掘削形成するこ
   とを特徴とする建設機械による連続傾斜面の掘削形成方
   法。
8. 【請求項８】請求項６記載の建設機械による連続傾斜面
   の掘削形成方法において、前記（ｆ）及び（ｇ）の手順
   では、前記設定された目標掘削面を軌跡制御により掘削
   形成することを特徴とする建設機械による連続傾斜面の
   掘削形成方法。
9. 【請求項９】請求項６記載の建設機械による連続傾斜面
   の掘削形成方法において、前記（ｆ）及び（ｇ）の手順
   では、前記設定された目標掘削面を領域制限掘削制御に
   より掘削形成することを特徴とする建設機械による連続
   傾斜面の掘削形成方法。