JPH0820974A

JPH0820974A - 建設機械の作業範囲制限装置

Info

Publication number: JPH0820974A
Application number: JP15878394A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Fujishima; 一雄藤島
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1994-07-11
Filing date: 1994-07-11
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】作業機本体が移動した場合に、該作業機本体
の移動量に応じて侵入禁止領域を自動的に補正できる建
設機械の作業範囲制限装置の提供。【構成】フロント部材６を構成するブーム３とアーム
４およびバケット５の所定位置にモニタポイントＭ１〜
Ｍ６を設定し、フロント部材６の操作時に、マイクロコ
ンピュータ３１は各モニタポイントＭ１〜Ｍ６の現在の
座標を演算し、これらの座標と予め設定した侵入禁止領
域との距離に応じて減速の度合いＫを求め、このＫの値
を現在のアクチュエータの動作速度に乗じて該アクチュ
エータを減速または停止し、作業範囲を制限制御する。
また、このように作業範囲を制限制御しながら作業を行
っている最中に作業機本体が移動すると、マイクロコン
ピュータ３１は加速度計３８の出力ｇとジャイロ３９の
出力θ₀とから作業機本体の移動量を演算し、その演算
結果に基づいて侵入禁止領域を自動的に補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベル等の建設
機械に備えられるフロント部材の作業範囲制限装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の一例として挙げられる油圧シ
ョベルは、下部走行体と該下部走行体に旋回可能に設け
られた上部旋回体とで作業機本体を構成すると共に、前
記上部旋回体に回転可能に連結されたブームとアームお
よびバケットとでフロント部材を構成し、このフロント
部材の屈折作業運動を操作することにより、掘削や積み
込み等の種々の作業を行うようになっている。ところ
が、このような作業を行う作業現場においては、上方に
電線や看板等の障害物が存在したり、地中にガス管や水
道管等の障害物が存在することがあり、そのような作業
状況で作業を続行すると、作業中にフロント部材がこれ
らの障害物を破損したり、場合によってはオペレータに
災害が及ぶこともある。そこで、従来より、特開平３−
２０８９２３号公報や特開平４−１３６３２４号公報に
開示されているように、油圧ショベルにフロント部材の
作業範囲を制限する作業範囲制限装置を設け、この作業
範囲制限装置によって、上下方向や前方等に存在する障
害物とフロント部材との衝突を回避するようにしたもの
が提案されている。

【０００３】これらの公報に記載された作業範囲制限装
置は、予め所定位置に侵入禁止領域を設定し、フロント
部材の一部が前記侵入禁止領域の手前側の減速領域に侵
入すると、該フロント部材を駆動するアクチュエータの
動作速度を落とし、フロント部材の一部が前記侵入禁止
領域に到達すると、前記アクチュエータの動作を自動停
止するように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
作業範囲制限装置において、侵入禁止領域は停止してい
る作業機本体を基準として設定されるため、作業中に作
業機本体が移動すると、既に設定された侵入禁止領域が
本来制限したい領域からずれることがあり、そのまま作
業を続行すると、フロント部材が侵入禁止領域内に侵入
して障害物に接触したり、それとは逆にフロント部材が
障害物の遥か手前で自動停止してしまうことになる。し
かしながら、前述した従来の作業範囲制限装置では、侵
入禁止領域を設定した後の作業機本体の移動について何
ら考慮されていないため、作業中に作業機本体が移動し
た場合は侵入禁止領域を再度設定し直さなければなら
ず、作業効率が低下するという問題があった。また、侵
入禁止領域を設定するのはオペレータであるため、作業
機本体が移動した後に侵入禁止領域の再設定をし忘れる
という人為的ミスを犯す可能性があり、その場合は作業
範囲を適正に制限制御することができなくなるという問
題があった。

【０００５】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、その目的は、作業機本体が移動し
た場合には自動的に侵入禁止領域の補正を行い、上方や
下方等に存在する障害物に対する接触事故を確実に防止
できる建設機械の作業範囲制限装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、走行体および旋回体からなる作業機本体
と、この旋回体に回転可能に連結された複数の関節形可
動部からなるフロント部材と、このフロント部材の位置
を検出する位置検出手段とを備え、前記フロント部材が
その動作範囲に設定された侵入禁止領域に到達したと
き、該フロント部材の動作を停止させる建設機械の作業
範囲制限装置において、前記作業機本体の走行移動量を
検出する走行移動量検出装置と、前記作業機本体の傾斜
変化量を検出する傾斜変化量検出装置とを備え、作業範
囲を制限制御しながら作業を行っている際に、前記作業
機本体の移動状態を前記走行移動量検出装置と前記傾斜
変化量検出装置とによって検出し、これらの検出結果に
基づいて前記侵入禁止領域を補正することを、最も主要
な特徴としている。

【０００７】

【作用】作業を開始する前に、オペレータは作業現場に
存在する障害物を考慮して、作業機本体の上方や下方あ
るいは前方等の所定位置に侵入禁止領域を設定する。し
かる後、作業機本体を停止した状態でフロント部材を操
作すると、フロント部材の各関節角は位置検出手段であ
る角度センサ等により検出され、その検出信号からフロ
ント部材の所定箇所に設定されたモニタポイントの座標
が演算される。そして、モニタポイントが既に設定され
た侵入禁止領域に到達すると、フロント部材を駆動する
アクチュエータの動作を自動停止することにより、作業
範囲の制限制御が行われる。

【０００８】また、このように作業範囲を制限制御しな
がら作業を行っている際に、走行モータが駆動されて作
業機本体が移動すると、作業機本体の走行移動量と傾斜
変化量は、それぞれ走行移動量検出装置と傾斜変化量検
出装置によって検出され、マイクロコンピュータに入力
される。そして、マイクロコンピュータでは、既に設定
された侵入禁止領域をこれら走行移動量と傾斜変化量に
対して補正し、補正後の侵入禁止領域を新たな侵入禁止
領域として作業範囲の制限制御が行われる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の一実施例に係る油圧ショベルの側面
図であり、同図において、１は下部走行体、２は運転室
２ａを有する上部旋回体で、これら下部走行体１と上部
旋回体２とで作業機本体を構成している。３は上部旋回
体２に回動可能に連結されたブーム、４はブーム３に回
動可能に連結されたアーム、５はアーム４に回動可能に
連結されたバケットであり、これらブーム３とアーム４
およびバケット５とからなる複数の関節形可動部でフロ
ント部材６を構成している。７はブーム３を駆動するブ
ームシリンダ、８はアーム４を駆動するアームシリン
ダ、９はバケット５を駆動するバケットシリンダであ
り、これら各シリンダ７〜９は運転室２ａ内に設けた操
作レバー１０によって動作される。１１はブーム３と上
部旋回体２とのピン結合部、１２はブーム３とアーム４
とのピン結合部、１３はアーム４とバケット５とのピン
結合部である。１４はブーム３のピン結合部１１に取り
付けられたブーム角センサであり、上部旋回体２とブー
ム３との相対角度、すなわちブーム角を検出する。１５
はアーム４のピン結合部１２に取り付けられたアーム角
センサであり、ブーム３とアーム４との相対角度、すな
わちアーム角を検出する。また、Ｍ１はブーム３の上面
に設定されたモニタポイント、Ｍ２とＭ３はアーム４後
端の２箇所に設定されたモニタポイント、Ｍ４はバケッ
ト５の刃先円のうち最も高い位置に設定されたモニタポ
イント、Ｍ５はバケット５の刃先円のうち最も前方に設
定されたモニタポイント、Ｍ６はバケット５の刃先円の
うち最も低い位置に設定されたモニタポイントである。
なお、図２に各モニタポイントＭ１〜Ｍ６を含む各部の
寸法を表してある。

【００１０】図３は図１の油圧ショベルに備えられる作
業範囲制限装置を示す回路図であり、前述したブームシ
リンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、ブ
ーム角センサ１４およびアーム角センサ１５については
同一符号を付してある。同図において、１６，１７は前
記操作レバー１０の一例として用いられる電気レバー、
１８はコントローラ、１９は旋回モータ、２０〜２３，
３６，３７は方向切換弁、２４は原動機、２５は油圧ポ
ンプ、２６はパイロット油圧ポンプ、２７は比例減圧弁
ユニット、２８，２９は比例減圧弁ユニット２７を構成
する比例減圧弁、３０は侵入禁止領域を設定する設定
器、３１はマイクロコンピュータ、３２は範囲制限スイ
ッチ、３３は運転室２ａ内に設置された警報装置、３
４，３５は走行モータである。また、３８は作業機本体
（下部走行体１と上部旋回体２）の前後方向の加速度を
検出する加速度計、３９は作業機本体の傾きを検出する
ジャイロであり、加速度計３８が走行移動量検出装置を
構成し、ジャイロ３９が傾斜変化量検出装置を構成して
いる。

【００１１】前記電気レバー１６の操作方向のうち、矢
印Ｖ₁，Ｖ₂はバケットシリンダ９に、矢印Ｂ₁，Ｂ₂はブ
ームシリンダ７にそれぞれ対応し、また電気レバー１７
の操作方向のうち、矢印Ａ₁，Ａ₂はアームシリンダ８
に、矢印Ｓ₁，Ｓ₂は旋回モータ１９にそれぞれ対応す
る。また、ｉ₁，ｉ₂はそれぞれＢ₁，Ｂ₂に対応する信
号、ｒ₁，ｒ₂は信号ｉ₁，ｉ₂と設定器３０からの信号ｘ
およびマイクロコンピュータ３１からの信号ｙに基づい
て決定される比例減圧弁駆動信号であり、比例減圧弁２
８，２９は信号ｒ₁，ｒ₂の大きさに基づいた出力圧力を
ブーム用方向切換弁２０のパイロット受け部に出力す
る。他の方向切換弁２１〜２３も同様であり、これら方
向切換弁２１〜２３もコントローラ１８から比例減圧弁
ユニット２７に出力される比例減圧弁駆動信号の大きさ
に基づいて駆動される。また、方向切換弁２０〜２３は
油圧ポンプ２５から各アクチュエータに供給される圧油
の流れを制御し、例えば前述の如く、信号ｒ₁，ｒ₂に基
づく比例減圧弁ユニット２７からの出力圧力によって方
向切換弁２０が駆動されるとブームシリンダ７が短縮ま
たは伸長し、同様に、比例減圧弁ユニット２７からの出
力圧力によって方向切換弁２３が駆動されると上部旋回
体２が旋回する。一方、方向切換弁３６，３７は図示せ
ぬ走行用レバーおよび走行用パイロット圧油によって駆
動され、走行モータ３４，３５に供給される圧油の流れ
を制御し、走行モータ３４，３５はこの圧油により回転
する。

【００１２】ブーム角α_Bとアーム角α_Aはブーム角セン
サ１４とアーム角センサ１５からそれぞれ検出され、マ
イクロコンピュータ３１は、これらブーム角α_Bとアー
ム角α_Aを変数として各モニタポイントＭ１〜Ｍ６の現
在の座標を演算し、各モニタポイントＭ１〜Ｍ６毎に現
在座標と侵入禁止領域との距離に応じて後述する減速の
度合いＫ（Ｋ₁〜Ｋ₆）を演算する演算手段を内蔵してお
り、その演算結果Ｋの値は信号ｙとしてコントローラ１
８に出力される。コントローラ１８は、前記減速の度合
いＫを現在のレバー出力信号に乗じて、フロント部材の
動作速度を減速処理する減速手段と、各モニタポイント
Ｍ１〜Ｍ６の少なくとも１つが侵入禁止領域に到達した
とき、Ｋ＝０を現在のレバー出力信号に乗じて、フロン
ト部材の動作を停止処理する停止手段とを内蔵してい
る。

【００１３】次に、本実施例を上方の範囲制限に適用し
た場合の動作について、主に図４のフローチャートと図
５の説明図に従って説明する。なお、図５中のＨ_Lは侵
入禁止領域までの高さ、Ｈ_Sは減速領域までの高さ、θ₀
は地面の傾斜角をそれぞれ示している。

【００１４】まず、作業を開始する前に、オペレータは
範囲制限スイッチ３２をＯＮした後（Ｓ−１）、設定器
３０によって上方に侵入禁止領域を設定する（Ｓ−
２）。この侵入禁止領域を決める方法としては、例えば
ブーム３を上方の障害物の近くまで上げ、その高さをブ
ーム角から演算したり、障害物までの距離を物差し等で
実測する方法がある。なお、本発明において、侵入禁止
領域とはフロント部材の一部が障害物に衝突する可能性
がある境界線を意味し、実際はある程度の安全性を見越
して障害物の手前に設定される。また、侵入禁止領域は
水平方向の基準面に対して一定の高さの面であり、よっ
て、Ｓ−２における侵入禁止領域の設定とは、図５中の
Ｈ_Lを設定することに他ならない。

【００１５】このようにして侵入禁止領域が設定される
と、その手前側（下方）に一定幅の減速領域も設定さ
れ、コントローラ１８は設定器３０からの信号ｘに基づ
いて、上方の範囲制限において最も高いモニタポイント
となりうるＭ１〜Ｍ４に対する減速の度合いをそれぞれ
Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄＝１に初期設定する（Ｓ−３）。そ
して、侵入禁止領域を設定した後、オペレータが操作レ
バー１０（電気レバー１６，１７）を操作すると、前述
の如く、その操作量に応じて各シリンダ７〜９や旋回モ
ータ１９等のアクチュエータが動作し、油圧ショベルは
掘削等の作業を行う。かかる作業中に、ブーム角センサ
１４とアーム角センサ１５から検出されるブーム角α_B
とアーム角α_Aは常にマイクロコンピュータ３１に入力
され（Ｓ−４）、マイクロコンピュータ３１はこれらの
ブーム角α_Bとアーム角α_Aを変数として各モニタポイン
トＭ１〜Ｍ４の現在のＺ軸方向の座標を演算する。

【００１６】各モニタポイントＭ１〜Ｍ４の現在のＺ座
標（Ｚ_M1、Ｚ_M2、Ｚ_M3、Ｚ_M4）を演算する式は以下の通
りである（式中の各定数は図２に示されており、また、
ブーム角はブーム下げ方向をプラス、アーム角はクラウ
ド方向をプラスとする）。ここで、Ｘ´−Ｚ´座標と
は、油圧ショベルの旋回軸をＺ´軸、Ｚ´軸が下部走行
体１の下面と交わる点を原点Ｏ、原点Ｏを通り下部走行
体１の下面と平行な線をＸ´軸とする座標であり、Ｘ−
Ｚ座標とは、原点Ｏを通る水平線をＸ軸、原点Ｏを通る
鉛直線をＺ軸とする座標である。また、傾斜角θ₀は図
５において反時計回り方向をプラス、時計回り方向をマ
イナスとする。

【００１７】まず、Ｘ´−Ｚ´座標におけるモニタポイ
ントＭ１〜Ｍ４の座標Ｍ１（Ｘ_M1´，Ｚ_M1´）、Ｍ２
（Ｘ_M2´，Ｚ_M2´）、Ｍ３（Ｘ_M3´，Ｚ_M3´）、Ｍ４
（Ｘ_M4´，Ｚ_M4´）は、Ｘ_M1´＝Ｌ_b1・cosα_B+Ｌ_b2・sinα_B+Ｓ₀ Z_M1´＝-Ｌ_b1・sinα_B+Ｌ_b2・cosα_B+Ｔ₀ Ｘ_M2´＝-Ｌ_a1・cos(α_B+α_A)+Ｌ_a2・sin(α_B+α_A)+ＬＢ・
cosα_B+Ｓ₀ Ｚ_M2´＝Ｌ_a1・sin(α_B+α_A)+Ｌ_a2・cos(α_B+α_A)-ＬＢ・s
inα_B+Ｔ₀ Ｘ_M3´＝-Ｌ_a3・cos(α_B+α_A)+Ｌ_a4・sin(α_B+α_A)+ＬＢ・
cosα_B+Ｓ₀ Ｚ_M3´＝Ｌ_a3・sin(α_B+α_A)+Ｌ_a4・cos(α_B+α_A)-ＬＢ・s
inα_B+Ｔ₀ Ｘ_M4´＝ＬＡ・cos(α_B+α_A)+ＬＢ・cosα_B+ＬＶ+Ｓ₀ Ｚ_M4´＝-ＬＡ・sin(α_B+α_A)-ＬＢ・sinα_B+ＬＶ+Ｔ₀ として求められる。次いで、このようにして求めたＺ_M1
´、Ｚ_M2´、Ｚ_M3´、Ｚ_M4´をＸ−Ｚ座標に変換するこ
とにより、各モニタポイントＭ１〜Ｍ４の現在のＺ座標
（Ｚ_M1、Ｚ_M2、Ｚ_M3、Ｚ_M4）は、Ｚ_M1＝Ｘ_M1´・sin（-θ₀）+Ｚ_M1´・cos（-θ₀）Ｚ_M2＝Ｘ_M2´・sin（-θ₀）+Ｚ_M2´・cos（-θ₀）Ｚ_M3＝Ｘ_M3´・sin（-θ₀）+Ｚ_M3´・cos（-θ₀）Ｚ_M4＝Ｘ_M4´・sin（-θ₀）+Ｚ_M4´・cos（-θ₀）として求められる。

【００１８】作業中に各モニタポイントＭ１〜Ｍ４のＺ
座標は刻々変化するが、マイクロコンピュータ３１は、
上式で求められたＺ座標を基に、各モニタポイントＭ１
〜Ｍ４に対する減速の度合いＫ₁〜Ｋ₄を以下の式に従っ
て演算し（Ｓ−５〜Ｓ−８）、その演算結果をコントロ
ーラ１８に信号ｙとして出力する。

【００１９】Ｋ₁＝（Ｈ_L−Ｚ_M1）／（Ｈ_L−Ｈ_S）………………………… ただし、Ｋ₁＞１の場合Ｋ₁＝１、Ｋ₁＜０の場合Ｋ₁＝０Ｋ₂＝（Ｈ_L−Ｚ_M2）／（Ｈ_L−Ｈ_S）………………………… ただし、Ｋ₂＞１の場合Ｋ₂＝１、Ｋ₂＜０の場合Ｋ₂＝０Ｋ₃＝（Ｈ_L−Ｚ_M3）／（Ｈ_L−Ｈ_S）………………………… ただし、Ｋ₃＞１の場合Ｋ₃＝１、Ｋ₃＜０の場合Ｋ₃＝０Ｋ₄＝（Ｈ_L−Ｚ_M4）／（Ｈ_L−Ｈ_S）………………………… ただし、Ｋ₄＞１の場合Ｋ₄＝１、Ｋ₄＜０の場合Ｋ₄＝０このように、マイクロコンピュータ３１からコントロー
ラ１８に減速の度合いＫ₁〜Ｋ₄が出力されると、コント
ローラ１８は、Ｓ−９において各Ｋ₁〜Ｋ₄の値を比較
し、そのうち最小の値を減速の度合いＫ＝ｍｉｎ
（Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃，Ｋ₄）として現在のレバー出力信号に
乗じ（Ｓ−１０）、この値に応じた比例減圧弁駆動信号
を比例減圧弁ユニット２７に出力して比例減圧系を駆動
する（Ｓ−１１）。その結果、各方向切換弁２０〜２３
は比例減圧弁駆動信号の大きさに応じて駆動され、アク
チュエータが駆動される（Ｓ−１２）。

【００２０】例えば、図５に示すように、高さＨ_Lの位
置に侵入禁止領域が、高さＨ_Sの位置に減速領域が設定
され、電気レバー１６を図３の矢印Ｂ₁方向に傾けてブ
ーム３を矢印イ方向に単独で上げ動作した場合を想定す
ると、モニタポイントＭ２の現在の高さＺ_M2がＨ_Sに達
しない場合は、上記式で（Ｈ_L−Ｚ_M1）＞（Ｈ_L−
Ｈ_S）でＫ₂＞１となるが、Ｋ₂＞１＝１の条件からＫ₂＝
１がコントローラ１８に出力され、ブームシリンダ７は
電気レバー１６の操作量に対じた動作速度で駆動され
る。この状態からブーム３の上げ動作が続行され、モニ
タポイントＭ２の現在の高さＺ_M2がＨ_Sを越えると、す
なわちモニタポイントＭ２が上記減速領域に侵入する
と、（Ｈ_L−Ｚ_M2）＜（Ｈ_L−Ｈ_S）で０≦Ｋ₂≦１となる
ため、マイクロコンピュータ３１は上記式によって演
算したＫ₂をコントローラ１８に出力する。コントロー
ラ１８はこのＫ₂をアクチュエータであるブームシリン
ダ７の現在の動作指令信号ｉ₁に乗じ、この値に応じて
比例減圧弁駆動信号ｒ₁を比例減圧弁ユニット２７の比
例減圧弁２８に出力するため、比例減圧弁２８は信号ｒ
₁の大きさに基づいた出力圧力をブーム用方向切換弁２
０の右側のパイロット受け部に出力し、該ブームシリン
ダ７の動作速度は電気レバー１６の操作量に対じた動作
速度に比べて減じられ、ブーム３の上げ速度は遅くな
る。さらにブーム３の上げ動作が続行され、モニタポイ
ントＭ２の現在の高さＺ_M2がＨ_Lに到達すると、すなわ
ちモニタポイントＭ２が上記侵入禁止領域に侵入する
と、上記式中のＨ_LとＺ_M2が等しくＫ₂＝０となるた
め、マイクロコンピュータ３１はＫ₂＝０をコントロー
ラ１８に出力する。コントローラ１８はこのＫ₂＝０を
ブームシリンダ７の現在の動作指令信号ｉ₁に乗じて比
例減圧弁駆動信号ｒ₁を最小値とし、方向切換弁２０を
中立位置にする。これにより、アクチュエータであるブ
ームシリンダ７の動作速度は０となり、ブーム３は自動
停止する。

【００２１】また、図５に示す姿勢からブーム３の上げ
動作が行われると、モニタポイントＭ２に続いてモニタ
ポイントＭ３も減速領域や侵入禁止領域に侵入すること
がある。このような場合は、上記と同様にしてモニタポ
イントＭ３に対する減速の度合いＫ₃が上記によって
演算され、コントローラ１８はモニタポイントＭ２に対
するＫ₂の値とモニタポイントＭ３に対するＫ₃の値とを
比較し、それらのうち小さい方の値をブームシリンダ７
の動作速度に乗じる。

【００２２】さらに、図５に示す姿勢からブーム３の上
げ動作とアーム４の矢印ロ方向へのダンプ動作とが複合
操作された場合、モニタポイントＭ２とモニタポイント
Ｍ３に加えてモニタポイントＭ４も減速領域や侵入禁止
領域に侵入することがある。このような場合は、それぞ
れのモニタポイントＭ２〜Ｍ４に対して演算されたＫの
値（Ｋ₂〜Ｋ₄）を比較し、最小の値を現在のアクチュエ
ータの動作速度に乗じる。

【００２３】以上のＳ−１〜Ｓ−１２の動作により上方
の範囲制限が行われるが、このような動作中にも加速度
計３８から検出される出力ｇとジャイロ３９から検出さ
れる出力θ₀は常にマイクロコンピュータ３１に入力さ
れ（Ｓ−１３、Ｓ−１４）、作業中に作業機本体が傾斜
面上を移動すると、マイクロコンピュータ３１はこれら
の出力ｇと出力θ₀とに基づいて作業機本体の鉛直方向
の移動量を演算し（Ｓ−１５）、その演算結果に基づい
てＳ−２で設定した侵入禁止領域を補正する（Ｓ−１
６）。

【００２４】すなわち、上方の範囲制限を行っている最
中に走行モータ３４，３５が駆動され、下部走行体１が
図５のＸ´軸上を走行した場合、作業機本体のＸ´軸方
向の移動量ｊは、加速度計３８の出力ｇを時間に対して
２回積分することにより、ｊ＝∬ｇｄｔとして求められる。次いで、このｊとジャイロ３９の出
力θ₀とから、作業機本体のＺ軸方向（鉛直方向）の移
動量ｎが、ｎ＝ｊ×ｓｉｎ（−θ₀）…………………… として求められる。マイクロコンピュータ３１は、上記
式によって求められたｎを補正値とし、Ｓ−２で設定
したＨ_Lを、Ｈ_L→Ｈ_L＋ｎ…………………… として補正する。なお、下部走行体１が水平面上を走行
した場合、上方の侵入禁止領域と作業機本体の相対位置
は鉛直方向には変化せず、その場合はθ₀＝０で上記
式がｎ＝０となるため、当然のこととして侵入禁止領域
の補正は行われない。

【００２５】以上のＳ−１３〜Ｓ−１６の動作により、
上方の侵入禁止領域に対する補正が行われ、上記式に
よって補正されたＨ_Lを新たな侵入禁止領域までの高さ
として、前述した上方の範囲制限が続行される。また、
このような上方の範囲制限を終了する場合は、オペレー
タが範囲制限スイッチ３２をＯＦＦにすると、Ｓ−１７
で範囲制限スイッチ３２がＯＦＦになったか否かが判断
され、ＯＦＦならばそこで上方の範囲制限を終了する
（Ｓ−１８）。

【００２６】なお、以上のＳ−１３〜Ｓ−１８の動作
は、上方の範囲制限を行う場合について説明したが、例
えば掘削深さを制御するように下方の範囲制限を行う場
合は、地面の下方に侵入禁止領域を設定し、この侵入禁
止領域とバケット５の刃先円の最も低い位置に設定され
たモニタポイントＭ６の現在の座標との距離に応じて、
下方の範囲制限を行えば良い。

【００２７】また、前方の範囲制限を行う場合は、フロ
ント部材６の前方に侵入禁止領域を設定し、この侵入禁
止領域とバケット５の刃先円の最も前方に設定されたモ
ニタポイントＭ５の現在の座標との距離に応じて、前方
の範囲制限を行えば良い。ただし、この場合は、前方の
範囲制限を行っている最中に作業機本体が移動すると、
前方の侵入禁止領域と作業機本体の相対位置が水平方向
に変化するため、加速度計３８の出力ｇとジャイロ３９
の出力θ₀とから、作業機本体の水平方向の移動量ｆ
を、ｆ＝ｊ×ｃｏｓ（−θ₀）…………………… として求め、この式によって求められたｆを補正値と
して、前方に初期設定された侵入禁止領域を補正すれば
良い。

【００２８】さらに、単一方向の範囲制限のみならず複
数方向の範囲制限を行うことも可能であり、例えばフロ
ント部材６の先端にブレーカを付けてトンネル掘進等を
行う場合は、侵入禁止領域を上下両方向と前方に設定
し、これら各侵入禁止領域と各モニタポイントＭ１〜Ｍ
６との距離に応じて、上下方向と前方の三方向について
範囲制限を行えば良い。

【００２９】このように、上記一実施例にあっては、フ
ロント部材６を構成するブーム３とアーム４およびバケ
ット５にそれぞれモニタポイントＭ１〜Ｍ６を設定し、
マイクロコンピュータ３１に内蔵された座標演算手段を
用いて、フロント部材６の操作時に、各モニタポイント
Ｍ１〜Ｍ６の現在の座標を演算し、これらの座標と予め
設定した侵入禁止領域との距離に応じた減速処理を行う
ようにしたため、作業現場に存在する障害物とフロント
部材６との接触を確実に回避することができる。また、
このように作業範囲を制限制御しながら作業を行ってい
る最中に下部走行体１が移動すると、マイクロコンピュ
ータ３１は加速度計３８の出力ｇとジャイロ３９の出力
θ₀とから作業機本体の移動量を演算し、その演算結果
に基づいて侵入禁止領域を自動的に補正するため、作業
機本体が移動した後に侵入禁止領域の再設定をし忘れる
という人為的ミスが皆無となり、オペレータは障害物と
フロント部材６との接触事故を懸念することなく作業を
行うことができ、作業効率の向上が図れる。

【００３０】なお、本発明による建設機械の作業範囲制
限装置は上記実施例に限定されず、種々の変形例が可能
である。例えば、上記実施例では、操作レバーとして電
気レバーを用いた場合について説明したが、その代りに
油圧パイロットレバーを用いることも可能であり、ま
た、フロント部材の各関節角を検出する手段として、上
記実施例で挙げた角度センサの代わりにシリンダのスト
ロークセンサ等を用いることも可能である。

【００３１】また、上記実施例では、比例減圧弁ユニッ
トからのパイロット圧によって各方向切換弁を切換え動
作する場合について説明したが、アクチュエータの動作
速度を減じる手段として、油圧ポンプと方向切換弁とを
接続する管路に可変形流量調整弁を付設し、この可変形
流量調整弁をコントローラからの駆動信号で動作させる
ことにより、方向切換弁への圧油量を制御するようにし
ても良い。あるいは、油圧ポンプとアクチュエータを接
続する管路に、圧油の流れ方向を決定する電磁切換弁と
圧油の流量を決定する可変形流量調整弁とを設け、コン
トローラからの別々の駆動信号に基づいて、これら電磁
切換弁をＯＮ−ＯＦＦ的に切換えると共に可変形流量調
整弁を可変的に動作させることにより、アクチュエータ
に供給される圧油の流れと量を制御するようにしても良
い。

【００３２】さらに、上記実施例では、モニタポイント
をフロント部材の所定箇所に６つ設定した場合について
説明したが、モニタポイントの数や位置はこれに限定さ
れず、フロント部材の形状や侵入禁止領域の設定位置等
に応じて適宜増減しても良い。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
作業範囲を制限制御しながら作業を行っている最中に作
業機本体が移動すると、侵入禁止領域が作業機本体の移
動量に応じて自動的に補正されるため、作業現場に存在
する障害物とフロント部材との接触を確実に回避するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る油圧ショベルの側面図
である。

【図２】図１の油圧ショベルの各モニタポイントと各部
の寸法を示す説明図である。

【図３】図１の油圧ショベルに備えられる作業範囲制限
装置を示す回路図である。

【図４】図３の作業範囲制限装置の処理内容を示すフロ
ーチャートである。

【図５】図１の油圧ショベルの上方の範囲制限動作を示
す説明図である。

【符号の説明】

１下部走行体２上部旋回体２ａ運転室３ブーム４アーム５バケット６フロント部材７ブームシリンダ８アームシリンダ９バケットシリンダ１０操作レバー１４ブーム角センサ１５アーム角センサ１６，１７電気レバー１８コントローラ１９旋回モータ２０，２１，２２，２３，３６，３７方向切換弁２７比例減圧弁ユニット２８，２９比例減圧弁３０設定器３１マイクロコンピュータ３２位置制限スイッチ３３警報装置３４，３５走行モータ３８加速度計（走行移動量検出装置）３９ジャイロ（傾斜変化量検出装置）Ｍ１〜Ｍ６モニタポイント

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行体および旋回体からなる作業機本体
と、この旋回体に回転可能に連結された複数の関節形可
動部からなるフロント部材と、このフロント部材の位置
を検出する位置検出手段とを備え、前記フロント部材が
その動作範囲に設定された侵入禁止領域に到達したと
き、該フロント部材の動作を停止させる建設機械の作業
範囲制限装置において、前記作業機本体の走行移動量を検出する走行移動量検出
装置と、前記作業機本体の傾斜変化量を検出する傾斜変
化量検出装置とを備え、作業範囲を制限制御しながら作
業を行っている際に、前記作業機本体の移動状態を前記
走行移動量検出装置と前記傾斜変化量検出装置とによっ
て検出し、これらの検出結果に基づいて前記侵入禁止領
域を補正することを特徴とする建設機械の作業範囲制限
装置。
【請求項２】請求項１の記載において、前記走行移動
量検出装置が前記作業機本体に加わる加速度を検出する
加速度計を備え、この加速度計から出力される信号に基
づいて前記作業機本体の走行移動量を演算することを特
徴とする建設機械の作業範囲制限装置。
【請求項３】請求項１の記載において、前記傾斜変化
量検出装置が前記作業機本体の傾きを検出するジャイロ
を備え、このジャイロから出力される信号に基づいて前
記作業機本体の傾斜変化量を演算することを特徴とする
建設機械の作業範囲制限装置。