JPH0971965A - 建設作業機の作業範囲制限装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定の高さ以上の位置に設定される侵入禁止
領域内にバケット等の作業機の一部が侵入して障害物に
接触する事故を確実に防止しながら、障害物が全く存在
しない領域内での土砂積込作業等の作業機の作業効率の
低下を阻止できる建設作業機の作業範囲制限装置を提供
する。 【構成】 マイクロコンピューター３１はブーム角セン
サー１４、アーム角センサー１５で検出したブーム角、
アーム角に基づいて作業機６の上部に設定された複数の
参照点の座標を演算し、そのｚ座標が制限範囲設定器３
０で設定した作業機６の上部の侵入禁止領域内に入った
時は減速係数を０とした減速信号を出力し、コントロー
ラー１８は電気レバー１６，１７からのブーム３、アー
ム４に対する操作信号に減速係数０を掛けた制御信号を
比例減圧弁ユニット２７に出力すると共に、回転儀３８
からの信号により上部旋回体２の下部走行体１に対する
相対旋回角を演算し、その相対旋回角が制限解除設定器
３９で設定した解除旋回角領域内にあった時は上述の作
業範囲制限動作を解除する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は関節型可動部を介してそ
れぞれ連設された複数の長尺支持体と、その先端部に設
けた作業体により建設作業を行う際に、参照点が作業機
の可動範囲の上部に設定された侵入禁止領域内に侵入し
た時に作業機を侵入させる油圧駆動手段の動作を停止さ
せるようにした建設作業機の作業範囲制限装置の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械、例えば、油圧ショベルにおい
ては、上部旋回体のフロント部に取り付けられたブーム
と、このブームの先端部に連結されたアームと、このア
ームの先端部に連結されたバケットで作業機が構成され
ている。操作者は操作レバーの操作により作業機を屈折
運動させ、掘削、積込等の土木建設作業を行っている。
ところで、油圧ショベル等の建設機械の作業現場では上
方に電線や看板等が設置されていたり、地中にガス管や
水道管が埋設されていることがあり、かかる作業現場で
不注意に作業を続行すると、作業機の一部がこれらの障
害物を破損したり、場合によっては作業機と障害物との
衝突の結果、運転者に災害を及ぶこともある。

【０００３】そこで、従来から作業機の一部が障害物に
接触するのを防止するための種々の提案が成されてい
る。例えば、特開平３−２０８９２３号公報には予め建
設機械の上方にフロント部材の侵入禁止領域と、これに
隣接する下方に減速領域を設定し、もしも、フロント部
材の一部が減速領域に侵入した時は該フロント部材を駆
動するアクチュエーターの動作速度を減速させ、さら
に、侵入禁止領域に到達した時には当該アクチュエータ
ーの動作を停止させるようにした作業高さ制限装置の発
明が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術を適用し
た油圧ショベルを用いて、例えば都市部のように、周囲
の建造物が一様でなく複雑な形状をした作業現場での建
設作業を考えてみる。図７はその一例として、上側方に
電線が架設された作業現場で油圧ショベルの前方の土砂
を掘削して後方に待機するダンプトラックに積み込む土
木作業を行っている様子を示す模式図である。

【０００５】まず、フロント部材の一部が上側方に架設
された電線Ｔに引っ掛かるのを防止するために、電線Ｔ
の高さより僅かに低い位置に侵入禁止領域の下限を設定
し、その下方に所定の高さおよび幅のの減速領域を設定
する。操作者はこのような作業高さ制限設定を行った
後、上記土木作業を開始する。操作者は操作レバーの操
作により作業機を運転して地面を掘削し、バケット内に
土砂を掻き入れた後、引き上げ、上部旋回体を１８０°
旋回させてバケット内の土砂をダンプトラックの荷台上
に落下させる。

【０００６】このようにして油圧ショベルが土砂の積込
作業を行っている間にダンプトラックの上部近傍に移動
したバケットの一部がたまたま設定された減速領域に侵
入すると、バケットの移動速度が急に低下し、さらに、
勢い余って侵入禁止領域にまで侵入すると、バケットは
その位置で停止してしまう。このような場合には操作者
は操作盤の作業高さ制限装置の解除レバーを操作して作
業高さ制限制御を解除しなければならない。このように
作業中に作業機の動きが操作レバーの操作に無関係に急
減速したり、停止してしまったりすると、操作者は焦燥
感を募らせたり、作業効率が低下したりするため、作業
高さ制限装置の本来の機能を十分果たせなかった。

【０００７】従来技術のかかる困難を回避する方法の一
つとして作業制限領域を高さ方向だけでなく、前後や横
方向、あるいは旋回方向に対しても設け、即ち、三次元
的な作業制限領域を設けることも考えられるが、このよ
うな三次元的な作業制限領域を設定できる作業制限装置
は演算が複雑になり、あまりに高価になるため実用性に
欠ける。本発明は従来技術におけるかかる問題点を克服
すべく成されたものであり、所定の高さ以上の位置に設
定される侵入禁止領域内にバケット等の作業機の一部が
侵入して障害物に接触する事故を確実に防止しながら、
障害物が全く存在しない領域内での土砂積込作業等の作
業機の作業効率の低下を阻止できる建設作業機の作業範
囲制限装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、関節型可動部を介してそれぞれ連設された
ブーム等の複数の長尺支持体の中の先端の長尺支持体の
先端部に設けたバケット等の作業体、複数の長尺支持体
およびこれらの作業機を支持する上部旋回体を油圧駆動
手段により駆動して建設作業を行う際に、作業機の一部
に設定した複数の参照点の位置を随時検出して、少なく
とも１つの該参照点が作業機の可動範囲の上部に設定さ
れた侵入禁止領域内に侵入した時に当該参照点が設定さ
れた作業機の一部を駆動する油圧駆動手段の動作を停止
させる作業範囲制限を行うようにした建設作業機の作業
範囲制限装置において、上部旋回体の下部旋回体に対す
る旋回角を随時検出して、該旋回角が予め設定した解除
旋回角範囲にあると判定した時は、作業範囲制限動作を
解除するようにしたものである。好ましくは、旋回角が
解除旋回角範囲内のそれぞれの旋回境界の内方に予め設
定した所定の旋回角幅の解除判断範囲にあると判定した
時は、さらに、少なくとも１つの参照点が侵入禁止領域
内にあるか否かを判定して、該侵入禁止領域内にあると
判定した時は、上部旋回体の旋回境界に向かう旋回動作
を停止させるようにしたものである。

【０００９】

【作用】油圧駆動手段はバケット等の作業体、ブーム等
の複数の長尺支持体および上部旋回体を駆動して建設作
業を行う。その際に、作業機の一部に設定した複数の参
照点の位置を随時検出して、少なくとも１つの該参照点
が作業機の可動範囲の上部に設定された侵入禁止領域内
に侵入した時に当該参照点が設定された作業機の一部を
駆動する油圧駆動手段の動作を停止させる作業範囲制限
を行うが、上部旋回体の下部旋回体に対する旋回角を随
時検出して、該旋回角が予め設定した解除旋回角範囲に
あると判定した時は、作業範囲制限動作を解除する。好
ましい手段にあっては、旋回角が解除旋回角範囲内のそ
れぞれの旋回境界の内方に予め設定した所定の旋回角幅
の解除判断範囲にあると判定した時は、さらに、少なく
とも１つの参照点が侵入禁止領域内にあるか否かを判定
して、該侵入禁止領域内にあると判定した時は、上部旋
回体の旋回境界に向かう旋回動作を停止させる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。図２は本発明の実施例に係る油圧ショベ
ルの側面図である。同図において、１は下部走行体、２
は運転室２ａを具えた上部旋回体であり、これらで油圧
ショベル本体を構成している。３は上部旋回体２に回動
自在に連結されたブーム、４はブーム３の先端部に鉛直
方向に回動自在に連結されたアーム、５はアーム４の先
端部に鉛直方向に回動自在に連結された作業体を構成す
るバケットである。６はブーム３、アーム４、バケット
５およびこれらを連結する複数の関節形可動部で構成さ
れた作業機である。７，８，９はそれぞれブーム３、ア
ーム４およびバケット５を駆動するためのブームシリン
ダー、アームシリンダーおよびバケットシリンダー、１
０は運転室２ａ内に複数個配設された操作レバーであ
り、これらの各シリンダー７〜９は操作レバー１０によ
り運転操作される。

【００１１】１１，１２および１３はそれぞれ上部旋回
体２とブーム３、ブーム３とアーム４およびアーム４と
バケット５の間の関節部を構成するピン結合部である。
１４および１５はそれぞれ上部旋回体２とブーム３およ
びブーム３とアーム４の間のピン結合部１１，１２にお
ける相互の相対角度を検出するブーム角センサーおよび
アーム角センサーである。本実施例では作業機の運転時
の動きを記述するために、作業機の所定箇所に６個の参
照点Ｍ１〜Ｍ６を設定している。即ち、ブーム３の上面
のアームシリンダー８のボトム側の回動部に設定した参
照点Ｍ１、アーム４の一端側のアームシリンダー８のロ
ッド側の回動部に設定した参照点Ｍ２、アーム４の一端
側の前端縁に設定した参照点Ｍ３、バケット５の刃先の
内接円（円筒）の最上部に設定した参照点Ｍ４、同じ
く、最前部に設定した参照点Ｍ５、同じく、最下部に設
定した参照点Ｍ６である。

【００１２】図３は油圧ショベルの要部寸法図である。
同図では、各ピン結合部１１〜１３および参照点Ｍ１〜
Ｍ３の間の寸法、主要点の水平線あるいはピン結合部１
１とピン結合部１２およびピン結合部１２とピン結合部
１３を結ぶ線に対する仰角が示されている。その主なも
のを説明すると、上部旋回体２とブーム３の間のピン結
合部１１のｘ，ｚ座標を（Ｓ_0,Ｔ₀ ）、ピン結合部１１
とピン結合部１２との間の距離をＬB 、ピン結合部１２
とピン結合部１３との間の距離をＬA 、ピン結合部１３
のｘ軸に対する仰角、即ち、ブーム角をαB 、ピン結合
部１１とピン結合部１２を結ぶ線分とピン結合部１２と
ピン結合部１３を結ぶ線分との成す角度、即ち、アーム
角をαA とする。また、バケット５の刃先とピン結合部
１３との距離をＬV 、参照点Ｍ１のピン結合部１１とピ
ン結合部１２を結ぶ線分に平行な方向の距離をＬ_b1、同
じく、ピン結合部１１とピン結合部１２を結ぶ線分との
距離をＬ_b2、参照点Ｍ２のピン結合部１２とピン結合部
１３を結ぶ線分に平行な方向の距離をＬ_a1、同じく、ピ
ン結合部１２とピン結合部１３を結ぶ線分との距離をＬ
_a2等とする。なお、ブーム角αB はブーム３の下げ方向
を正、アーム角αA はアーム４を手前側に引き込む方向
を正に取る。

【００１３】図１は油圧ショベルの駆動機構の要部制御
回路図である。同図において、１６，１７は一括して示
した操作レバー１０の操作に応じた操作信号を出力する
電気レバー、１８は駆動機構全体を制御するコントロー
ラー、１９は上部旋回体２を下部走行体１の上部で旋回
させる（油圧）旋回モーター、３４，３５は左右の走行
モーター、２０〜２３，３６，３７は各油圧アクチュエ
ーター（７〜９，３４，３５）の圧油の流れ方向の切替
えと流量の調整を行う方向切替弁、２４は原動機、２
５，２６はそれぞれ原動機２４に駆動される油圧ポンプ
およびパイロット油圧ポンプ、２７は方向切替弁２０〜
２３の方向切替動作および流量調整動作を制御する比例
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の内の１組、３０は作業機６の作
業範囲制限情報を入力するための制限範囲設定器、３１
はブーム角センサー１４およびアーム角センサー１５か
らそれぞれ角度情報を受信すると共にコントローラー１
８と情報の遣り取りを行って、作業機６の作業範囲制限
動作を行わせる制限信号を発生するマイクロコンピュー
ター（ＭＰＵ）、３２は作業範囲制限動作を行う時に投
入される作業範囲制限スイッチ、３３は運転室２ａ内に
設置され、作業機６の一部が侵入禁止領域内に入った時
あるいは作業範囲制限動作が解除される時に警報を発す
る警報装置、３８は上部旋回体２の下部走行体１に対す
る相対旋回角を検出する回転儀、３９は作業範囲制限を
解除する旋回角度情報を入力するための制限解除設定器
である。

【００１４】なお、油圧ショベルを走行させる走行モー
ター３４，３５への圧油の供給を制御する方向切替弁３
６，３７を制御する制御機構を具えているが、本発明の
説明には直接関係しないので図示および説明を省略して
いる。また、本実施例では作業範囲制限動作の対象とな
るアクチュエーターはブームシリンダー７およびアーム
シリンダー８のみとしている。操作レバー１０はそれぞ
れ異なる２方向に入力操作可能になっていて、矢印
Ｖ₁ ，Ｖ₂ および矢印Ｂ₁ ，Ｂ₂ はそれぞれバケットシ
リンダー９およびブームシリンダー７の伸縮動、矢印Ａ
₁ ，Ａ₂ および矢印Ｓ₁ ，Ｓ₂ はそれぞれアームシリン
ダー８の伸縮動および旋回モーター１９の旋回運動のレ
バー入力操作方向を示したものである。

【００１５】例えば、電気レバー１６からは矢印Ｂ₁ ，
Ｂ₂ で示すレバー入力操作に対応して操作信号ｉ₁ ，ｉ
₂ が出力される。ｒ₁ ，ｒ₂ はブームシリンダー７の圧
油の流れを切り替える方向切替弁２０に対する比例減圧
弁駆動用の制御信号であり、制限範囲設定器３０から出
力される作業範囲制限信号ｒｔおよび制限解除設定器３
９からの制限解除旋回角信号ｃに基づいてＭＰＵ３１か
ら出力される減速信号ｄに基づいたコントローラー１８
での演算結果により出力される。制御信号ｒ₁，ｒ₂ は
比例減圧弁ユニット２７内の比例減圧弁２８，２９に入
力され、比例減圧弁２８，２９からは制御信号ｒ₁ ，ｒ
₂ の大きさに応じたパイロット圧がブーム用の方向切替
弁２０のパイロット受け部に供給される。他の方向切替
弁２１〜２３の駆動制御動作も上述のブーム用の方向切
替弁２０のものと同様なので説明を省略する。ブーム用
の方向切替弁２０はそのパイロット受け部に供給された
パイロット圧に応じて切り替えられる。ブームシリンダ
ー７は方向切替弁２０から流出する圧油の流出方向によ
り伸縮し、その流量により動作速度が決定される。

【００１６】ブーム角αB およびアーム角αA はそれぞ
れブーム角センサー１４およびアーム角センサー１5 で
検出され、それらの検出信号はＭＰＵ３１に入力する。
ＭＰＵ３１は入力したブーム角αB およびアーム角αA
の検出信号に基づいて、内蔵するＲＯＭに予め格納され
た演算式に従って演算し、参照点Ｍ１〜Ｍ６の現在座標
を算出する。さらに、演算した参照点Ｍ１〜Ｍ４の現在
座標から侵入禁止領域境界との間の距離に応じたブーム
動作およびアーム動作に対する減速領域ＳＤ内の減速度
合いを表す減速係数Ｋ₁ 〜Ｋ₄ をも演算する。ＭＰＵ３
１は演算したこれらの減速係数Ｋ₁ 〜Ｋ₄ のデータを減
速信号ｄとしてコントローラー１８に出力する。

【００１７】コントローラー１８は操作者による操作レ
バー１０の入力操作により入力された操作信号ｉ_j （ｊ
＝１〜８）と減速信号ｄに基づいて比例減圧弁ユニット
２７に出力される制御信号ｒ_j を生成する。制御信号ｒ
_j はそれぞれ比例減圧弁ユニット２７内の各比例減圧弁
２８，２９，……に入力され、比例減圧弁２８，２９，
……から方向切替弁２０〜２３の方向切替動作および流
量調整動作を制御するパイロット圧油が流出する。そし
て、作業機６の参照点Ｍｌ（ｌ＝１〜４）が減速領域Ｓ
Ｄ内にあった時は電気レバー１６，１７から入力された
操作信号ｉ_j に対して０＜Ｋ_l ＜１の値の減速係数Ｋ_l
（ｌ＝１〜４）が乗じられた制御信号ｒ_j がコントロー
ラー１８から出力され、さらに、作業機６の参照点Ｍｌ
が侵入禁止領域ＦＢ内に侵入した時は操作信号ｉ_j に対
してＫ_l ＝０の減速係数Ｋ_l が乗じられた制御信号ｒ_j
がコントローラー１８から比例減圧弁ユニット２７に出
力される。こうして、比例減圧弁ユニット２７からは方
向切替弁２０，２１から流出する圧油の流量を操作レバ
ー１０の操作量に相当する流量を減速係数Ｋ_l の割合だ
け抑制し、あるいは０にするようなパイロット圧油がそ
れぞれブームシリンダー７およびアームシリンダー８の
パイロット受け部に対して供給されるから、上記各シリ
ンダー７，８のピストンの動きは減速係数Ｋ_l の値だけ
減速し、あるいは直ちに０になる。

【００１８】一方、ＭＰＵ３１は回転儀３８から出力さ
れた検出信号に基づいて上部旋回体２の下部走行体１に
対する相対旋回角θ_s を演算する。ＭＰＵ３１は相対旋
回角θ_s に基づいて作業機６が後述する作業制限領域内
に有るか否かを判断し、その領域外に有った時は、さら
に、解除判断領域に有るか否かを判断して、減速係数Ｋ
₅ ，Ｋ₆ を決定する。減速係数Ｋ₅ ，Ｋ₆ のデータは減
速信号ｄとしてコントローラー１８に出力される。コン
トローラー１８は電気レバー１６，１７からの旋回操作
の操作信号ｉ_j に対応する操作量に減速係数Ｋ₅ ，Ｋ₆
を乗算して、その値をデータ値とする制御信号ｒ_j を比
例減圧弁ユニット２７に出力する。比例減圧弁ユニット
２７からは旋回操作の制御信号ｒ_j に対応したパイロッ
ト圧油が方向切替弁２３のパイロット受け部に対して供
給され、旋回モーター１９による上部旋回体２の旋回動
作が制御される。

【００１９】図４および図５は作業機の作業領域制限処
理の流れを示す流れ図、図６は作業機の動作領域を説明
する説明図、図８は解除旋回角領域Ａ_C と制限旋回角領
域Ａ_H を示す模式図、図９は制限解除設定器３９の斜視
図と制限旋回角表示器の表示状態を示す説明図である。
以下に、これらの図を参照して本実施例の動作を説明す
る。本実施例では図６に示すように、座標原点ｏを下部
走行体１の接地面の中央に取り、油圧ショベルの前面水
平方向をｘ軸、地面の垂直上方をｚ軸とする基準座標系
は、下部走行体１の接地面前方向にｘ′軸、接地面に垂
直な方向にｚ′軸を取った接地座標系に対して傾斜角Θ
₀ だけ傾斜しているものとする。従って、地面に垂直な
ｚ′軸は鉛直なｚ軸に対してΘ₀ だけ傾斜している。な
お、傾斜角Θ₀ は図６において反時計回り方向を正とし
ている。また、侵入禁止領域ＦＢは水平面〈ｏｘ〉から
高さＨ_L 以上の空間、減速領域ＳＤは高さＨ_S 以上でＨ
_L未満の空間に設定されている。

【００２０】操作者が作業機６を作業範囲制限モードで
動作させたい時は、まず、運転室内に配設された図示し
ない操作盤上の作業範囲制限スイッチ３２を押下する
（Ｓ−１）。そして、制限範囲設定器３０により侵入禁
止領域ＦＢの設定を行う（Ｓ−２）。実際の設定方法は
例えば、図７に示すように、作業現場付近に電線等の障
害物があった場合に、電線までの高さを物差し等で実測
して得た実測値に若干の安全値を見込んだ値を操作盤の
手入力により侵入禁止領域ＦＢの高さＨ_L として設定し
たり、ブーム３を電線等の障害物の近くまで上昇させ
て、その時のブーム角αB およびアーム角αA からブー
ム３およびアーム４の端部の高さを予めＲＯＭに格納し
た演算式により演算して、その値を侵入禁止領域ＦＢの
高さＨ_L の設定値とする。侵入禁止領域ＦＢが設定され
ると、侵入禁止領域ＦＢの下側境界から所定の幅を有し
た減速領域ＳＤの下側境界までの高さＨ_S が自動設定さ
れる。さらに、図９（ａ）に示す制限解除設定器３９に
より作業範囲制限を解除する上部旋回体２の解除旋回角
領域Ａ_C （θ_S1，θ_S2）の設定を行う（Ｓ−３）。図８
で斜線を施した範囲は電線等の障害物が近くにあるた
め、土木作業等に注意を要する制限旋回角領域Ａ_H であ
り、斜線を施していない範囲はこの領域内ならば作業機
６が上方に回動しても電線等の障害物に接触する虞がな
いため、ダンプトラックが進入して停車できる解除旋回
角領域Ａ_C である。制限解除設定器３９の制限旋回角表
示器３９１は初期状態で全旋回角に亘って点灯し、作業
範囲制限の解除が無い状態となるように設定されてい
る。

【００２１】そこで、操作者は上部旋回体２を旋回させ
て作業機６が上方に回動した時に障害物に接触する虞が
ある領域の一方の境界（θ_S1）で停止させ、解除設定ス
イッチ３９３を押す。次に、左回りスイッチ３９２を押
した後、上部旋回体２を左回りに旋回させて作業機６が
障害物に接触する虞がある領域の他方の境界（θ_S2）で
停止させ、解除設定スイッチ３９３を押す。これによ
り、図９（ｂ）に示すように、θ_S1＜θ_S ＜θ_S2の旋回
角に相当する制限旋回角表示器３９１の表示部位が消灯
し、θ_S1＜θ_S ＜θ_S2の旋回角の範囲が解除旋回角領域
Ａ_C に設定されたことを表示する。こうして、解除旋回
角θ_S1，θ_S2が設定されると、図８に示すように、θ_S1
＜θ_S ＜（θ_S1＋Δθ）および（θ_S2−Δθ）＜θ_S ＜
θ_S2の旋回角の範囲が解除判断領域Ａ_J1，Ａ_J2に自動設
定される。

【００２２】次に、コントローラー１８はＭＰＵ３１に
初期化指令を発し、ＭＰＵ３１は後述する参照点Ｍ１〜
Ｍ４に対応する第１ないし第４減速係数Ｋ_l （ｌ＝１〜
４）、上部旋回体２の左右の旋回方向に対する第５およ
び第６減速係数Ｋ₅ ，Ｋ₆ の値を１に初期化する（Ｓ−
４）。そして、回転儀３８からの検出信号に基づいて上
部旋回体２の下部走行体１に対する相対旋回角θ_s を演
算する（Ｓ−５）。操作者が操作レバー１０を所望の方
向に操作すると、その操作方向と操作量に応じた圧油の
方向と流量を規定する操作信号ｉ_j がコントローラー１
８に入力し、コントローラー１８は操作信号ｉ_j に基づ
いてブームシリンダー７等の各アクチュエーターを駆動
制御する。

【００２３】作業機６が始動して掘削等の土木作業が開
始すると、作業機６の関節部のピン結合部１１，１２に
設けられたブーム角センサー１４およびアーム角センサ
ー１５から出力されたブーム角αB およびアーム角αA
の検出信号は刻々ＭＰＵ３１に入力する（Ｓ−６）。Ｍ
ＰＵ３１は入力されたブーム角αB およびアーム角αA
の検出信号に基づいて次式に従って参照点Ｍ１〜Ｍ４の
現在のｘ−ｚ座標（ｘ_Ml，ｚ_Ml）（基準座標系）をそれ
ぞれ演算するが、基準座標系におけるｘ−ｚ座標
（ｘ_Ml，ｚ_Ml）を求めるのに先立って、まず、接地座標
系におけるｘ′−ｚ′座標（ｘ_Ml′，ｚ_Ml′）を求め
る。

【００２４】 ｘ_M1′＝ Ｌ_b1・COS(αB)＋Ｌ_b2・SIN(αB)＋Ｓ₀ …(1) ｚ_M1′＝−Ｌ_b1・SIN(αB)＋Ｌ_b2・COS(αB)＋Ｔ₀ …(2) ｘ_M2′＝−Ｌ_a1・COS(αA+αB)＋Ｌ_a2・SIN(αA+αB)＋ＬB ・COS(αB)＋Ｓ₀(3) ｚ_M2′＝ Ｌ_a1・SIN(αA+αB)＋Ｌ_a2・COS(αA+αB)−ＬB ・SIN(αB)＋Ｔ₀(4) ｘ_M3′＝−Ｌ_a3・COS(αA+αB)＋Ｌ_a4・SIN(αA+αB)＋ＬB ・COS(αB)＋Ｓ₀(5) ｚ_M3′＝ Ｌ_a3・SIN(αA+αB)＋Ｌ_a4・COS(αA+αB)−ＬB ・SIN(αB)＋Ｔ₀(6) ｘ_M4′＝ ＬA ・COS(αA+αB)＋ＬB ・COS(αB)＋ＬV ＋Ｓ₀ … (7) ｚ_M4′＝−ＬA ・SIN(αA+αB)＋ＬB ・SIN(αB)＋ＬV ＋Ｔ₀ … (8) 参照点Ｍ１〜Ｍ４の接地座標（ｘ_Ml′，ｚ_Ml′）が演算
式 (1)〜 (8)によって求められると、次に、これらは基
準座標（ｘ_Ml，ｚ_Ml）に変換されるが、実際に必要にな
るのは参照点Ｍ１〜Ｍ４の高さ、即ち、ｚ座標のみなの
で、参照点Ｍ１〜Ｍ４のｚ座標が次式によって与えられ
る。 ｚ_M1＝ｘ_M1′・SIN(−Θ₀)＋ｚ_M1′・COS(−Θ₀) … (9) ｚ_M2＝ｘ_M2′・SIN(−Θ₀)＋ｚ_M2′・COS(−Θ₀) … (10) ｚ_M3＝ｘ_M3′・SIN(−Θ₀)＋ｚ_M3′・COS(−Θ₀) … (11) ｚ_M4＝ｘ_M4′・SIN(−Θ₀)＋ｚ_M4′・COS(−Θ₀) … (12) 次に、相対旋回角θ_s を調べて作業機６の先端側が解除
旋回角領域Ａ_C 内にあるか否か、即ち、θ_S1＜θ_S ＜θ
_S2か否かを判断する（Ｓ−７）。判断結果がＮｏなら
ば、即ち、作業機６の先端側が制限旋回角領域Ａ_H 内に
あるならば、ＭＰＵ３１は参照点Ｍ１〜Ｍ４のｚ座標値
に基づいて参照点Ｍ１〜Ｍ４に対する第１ないし第４減
速係数Ｋ₁ 〜Ｋ₄ を演算する（Ｓ−８）。 Ｋ_l ＝（Ｈ_L −ｚ_Ml）／（Ｈ_L −Ｈ_S ） （ただし、ｌ＝１〜４：Ｋ_l ＝１；Ｋ_l ＞１，Ｋ_l ＝０；Ｋ_l ＜０）… (13) これらの演算結果は減速信号ｄとしてコントローラー１
８に出力される。図５に移って、コントローラー１８は
第１ないし第４減速係数Ｋ₁ 〜Ｋ₄ の値を調べて、その
最小値を実効減速係数Ｋとする（Ｓ−９）。そして、操
作者による操作レバー１０の回動操作により入力された
操作信号ｉ_j が表す制御量にこの実効減速係数Ｋを乗算
する（Ｓ−１０）。

【００２５】一方、手順Ｓ−７の判断結果がＹｅｓなら
ば、相対旋回角θ_s を調べて作業機６の先端側が解除判
断領域Ａ_J1，Ａ_J2内にあるか否か、即ち、θ_S1＜θ_S ＜
（θ_S1＋Δθ）または（θ_S2−Δθ）＜θ_S ＜θ_S2か否
かを判断する（Ｓ−１１）。その結果がＹｅｓならば、
参照点Ｍ１〜Ｍ４の何れかが侵入禁止領域ＦＢ内にある
か否か、即ち、Ｈ_L ＜ｚ_Ml（ｌ＝１〜４）か否かを判断
する（Ｓ−１２）。その結果がＹｅｓならば、作業機６
の先端側が解除判断領域Ａ_J1内にあれば、Ｋ₅＝０、解
除判断領域Ａ_J2内にあれば、Ｋ₆ ＝０にセットする（Ｓ
−１３）。手順Ｓ−１３の処理の後、あるいは、手順Ｓ
−１１，Ｓ−１２の判断結果がＮｏならば、そのまま手
順Ｓ−１４に移る。そして、左右の旋回操作の制御量に
それぞれＫ₅ ，Ｋ₆ の値を乗じる。こうして、手順Ｓ−
１０，Ｓ−１４を経て比例減圧弁ユニット２７に出力さ
れる制御信号ｒ_j が生成される。

【００２６】制御信号ｒ_j はそれぞれ比例減圧弁ユニッ
ト２７内の各比例減圧弁２８，２９，……に入力され、
比例減圧弁２８，２９，……から制御信号ｒ_j に応じた
パイロット圧油が方向切替弁２０〜２３のパイロット受
け部に流出する（Ｓ−１５）。これにより、操作レバー
１０の操作方向および操作量と、制限範囲設定器３０か
ら出力される作業範囲制限信号ｒｔおよび制限解除設定
器３９からの制限解除旋回角信号ｃに基づいてブームシ
リンダー７、アームシリンダー８、バケットシリンダー
９および旋回モーター１９が駆動制御される（Ｓ−１
６）。そして、操作盤上の作業範囲制限スイッチ３２が
断路されたか否かを判断し（Ｓ−１７）、その結果がＹ
ｅｓならば、作業領域制限処理の動作を終了し、判断結
果がＮｏならば、手順Ｓ−４に戻って上述の動作を繰り
返す。

【００２７】上述の作業領域制限処理の動作を具体例に
従ってさらに説明する。まず、油圧ショベルの作業機６
が制限旋回角領域Ａ_H 内で作業している場合（手順Ｓ−
７の判断結果がＮｏ）を考える。電気レバー１６が矢印
Ｂ₁ 側に操作され、ブーム３が図６で矢印（イ）で示す
ように単独上げ操作されているとする。この場合は、図
６で最も高い位置にある参照点Ｍ２が減速領域ＳＤの下
限境界面より低い位置にあれば、（Ｈ_L −ｚ_M2）／（Ｈ
_L −Ｈ_S ）＞１となるが、条件設定により、減速係数Ｋ
₂ の値は１となる。従って、この時の制御信号ｒ₁ は操
作レバー１６の矢印Ｂ₁ 側への操作に対応する操作信号
ｉ₁ と同じになり、この領域では実際上は何の動作制限
も受けなかった場合と変わらない。

【００２８】ブーム３が上昇し、やがて参照点Ｍ２が減
速領域ＳＤの下限境界面を越えると、Ｋ₂ ＝（Ｈ_L −ｚ
_M2）／（Ｈ_L −Ｈ_S ）＜１となり、ｒ₁ ＝ｉ₁ ・Ｋ₂ ＜
ｉ₁となるから、ブーム３は参照点Ｍ２が減速領域ＳＤ
の上限境界面に近付くに連れて値が大きくなる減速係数
Ｋ₂ が乗じられた制御信号ｒ₁ に従って、即ち、操作信
号ｉ₁ が減速領域ＳＤの上限境界面との距離に比例した
値に制限されつつ上昇する。そして、もしも参照点Ｍ２
が減速領域ＳＤの上限境界面に到達すると、ｒ₁ ＝Ｋ₂
＝０となり、コントローラー１８からは操作信号ｉ₁ が
０、即ち、操作レバー１６が中立位置に戻されたのと同
じ制御信号ｒ₁ が出力されるから、方向切替弁２０が閉
じてブーム３の上昇が停止する。

【００２９】上述の説明では参照点Ｍ２が最上位にある
場合を想定したが、最上位に来るのは必ずしも参照点Ｍ
２とは限らず、例えば、図６でブーム３が上昇し続けた
場合あるいは矢印（ロ）で示すように作業機６のダンプ
操作が並行して行われた場合には参照点Ｍ３あるいは参
照点Ｍ４が最上位点になることがある。これらの場合で
も参照点Ｍ２が最上位点となった上述の場合と同様に参
照点Ｍ３，Ｍ４に対する減速係数Ｋ₃ ，Ｋ₄ がそれぞれ
演算され、減速領域ＳＤあるいは侵入禁止領域ＦＢ内で
はこれらの減速係数Ｋ₃ ，Ｋ₄ に従ってブーム３の上昇
運動が制限される。

【００３０】次に、作業機６の先端側が解除旋回角領域
Ａ_C 内にあった場合（手順Ｓ−７の判断結果がＹｅｓ）
は、さらにそれが解除判断領域Ａ_J1，Ａ_J2内にあるか否
かを判断し、作業機６の先端側が解除判断領域Ａ_J1，Ａ
_J2内になかった場合、即ち、作業機６が制限旋回角領域
Ａ_H から離れた位置にある場合には、全ての減速係数は
Ｋ_l ，Ｋ₅ ，Ｋ₆ ＝１のままであるから、全ての制御信
号ｒ_j に対してｒ_j ＝ｉ_j となり、コントローラー１８
からは操作レバー１０のあらゆる方向の操作に対して実
際上は何の動作制限も受けなかった場合と変わらない制
御信号ｒ_j が出力される。つまり、この領域では作業機
６は何の動作制限も受けない。なお、この時には警報装
置３３により作業領域制限動作を解除する旨の警報を発
する。

【００３１】一方、作業機６の先端側が解除判断領域Ａ
_J1，Ａ_J2内にあった場合には、参照点Ｍ１〜Ｍ４の何れ
かが侵入禁止領域ＦＢ内にあった時のみ、作業機６の先
端側が制限旋回角領域Ａ_H に近付く方向の旋回動作に対
してＫ₅ ，Ｋ₆ ＝０となり、制限旋回角領域Ａ_H に近付
く方向の旋回動作が規制される動作制限が行われる。こ
れにより、解除旋回角領域Ａ_C 内の高い位置にあった作
業機６の先端側がいきなり制限旋回角領域Ａ_H の侵入禁
止領域ＦＢ内に侵入して障害物を破損するのを防止して
いる。

【００３２】このように、本実施例では作業機６の上方
に侵入禁止領域ＦＢは設定された場合で、障害物が存在
しない油圧ショベルの後方に停車するダンプトラックへ
の土砂の積み込み作業を行う場合のように、作業領域制
限処理により作業機６の先端部が障害物に接触してそれ
を破損するのを確実に防止しながら、作業機６の上方に
設定された侵入禁止領域ＦＢが上部旋回体２を旋回させ
ると共にバケット５を持ち上げてダンプトラックへ土砂
を積み込む土砂積込作業の作業効率の低下を防止するこ
とができる。

【００３３】また、各アクチュエーターの動作範囲の制
限は、方向切替弁２０〜２３の方向切替動作を制御する
制御信号ｒ_j をＭＰＩＵ３１からの減速信号ｄにより選
択的に低減させることにより行ったが、例えば、油圧ポ
ンプ２５と各方向切替弁２０〜２３の間を接続する管路
中に可変型流量調整弁を設けて、この可変型流量調整弁
をコントローラー１８からの流量調整信号により動作さ
せるようにしても良い。あるいは単独の可変型流量調整
弁に代えて圧油の流れ方向を決定する電磁切替弁と圧油
の流量を決定する可変型流量調整弁を設けて、電磁切替
弁による開閉制御と可変型流量調整弁による流量制御を
組み合わせるようにしても良い。もちろん、参照点の数
および設置位置は任意であって、作業機６の形状や所望
の作業形態に応じて適宜変更設定できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、上部旋回体の下部旋回体に対する旋回角を随
時検出して、該旋回角が予め設定した解除旋回角範囲に
あると判定した時は、作業範囲制限動作を解除するよう
にしたので、所定の高さ以上の位置に設定される侵入禁
止領域内にバケット等の作業機の一部が侵入して障害物
に接触する事故を確実に防止しながら、障害物が全く存
在しない領域内での土砂積込作業等の作業機の作業効率
の低下を阻止することができる。請求項２記載の発明に
よれば、旋回角が解除旋回角範囲内のそれぞれの旋回境
界の内方に予め設定した解除判断範囲にあると判定した
時は、さらに、少なくとも１つの参照点が侵入禁止領域
内にあるか否かを判定して、該侵入禁止領域内にあると
判定した時は、上部旋回体の旋回境界に向かう旋回動作
を停止させるようにしたので、解除旋回角範囲内の高い
位置にあった作業機の先端側がいきなり解除旋回角範囲
外の領域の侵入禁止領域内に侵入して障害物を破損する
のを防止することができる。請求項３記載の発明によれ
ば、作業範囲制限動作および作業範囲制限解除動作は長
尺支持体および上部旋回体を駆動する油圧駆動手段に供
給される圧油の方向と流量を切り替える方向切替弁の切
替え動作の制御により行うようにしたので、油圧駆動回
路の回路構成を簡単かつ安価にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る油圧ショベルの駆動機構
の要部制御回路図

【図２】同じく、油圧ショベルの側面図

【図３】同じく、油圧ショベルの要部寸法図

【図４】作業機の作業領域制限処理の流れ図

【図５】図４に続く作業領域制限処理の流れ図

【図６】作業機の動作領域を説明する説明図

【図７】作業機の土砂の積込作業の状態を示す説明図

【図８】解除旋回角領域と制限旋回角領域を示す模式図

【図９】制限解除設定器の斜視図と制限旋回角表示器の
表示状態を示す説明図

【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 作業機 ７ ブームシリンダー ８ アームシリンダー ９ バケットシリンダー １０ 操作レバー １４ ブーム角センサー １５ アーム角センサー １６，１７ 電気レバー １８ コントローラー １９ 旋回モーター ２０〜２３ 方向切替弁 ２５ 油圧ポンプ ２６ パイロット油圧ポンプ ２７ 比例減圧弁ユニット ２８，２９ 比例減圧弁 ３０ 制限範囲設定器 ３１ マイクロコンピューター（ＭＰＵ） ３２ 作業範囲制限スイッチ ３３ 警報装置 ３８ 回転儀 ３９ 制限解除設定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 宏之 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 関節型可動部を介してそれぞれ連設され
   た複数の長尺支持体の中の先端の長尺支持体の先端部に
   設けた作業体、複数の前記長尺支持体およびこれらの作
   業機を支持する上部旋回体を油圧駆動手段により駆動し
   て建設作業を行う際に、前記作業機の一部に設定した複
   数の参照点の位置を随時検出して、少なくとも１つの該
   参照点が前記作業機の可動範囲の上部に設定された侵入
   禁止領域内に侵入した時に当該参照点が設定された前記
   作業機の一部を駆動する前記油圧駆動手段の動作を停止
   させる作業範囲制限を行うようにした建設作業機の作業
   範囲制限装置において、前記上部旋回体の下部旋回体に
   対する旋回角を随時検出して、該旋回角が予め設定した
   解除旋回角範囲にあると判定した時は、前記作業範囲制
   限動作を解除するようにしたことを特徴とする建設作業
   機の作業範囲制限装置。
2. 【請求項２】 旋回角が解除旋回角範囲内のそれぞれの
   旋回境界の内方に予め設定した所定の旋回角幅の解除判
   断範囲にあると判定した時は、さらに、少なくとも１つ
   の参照点が侵入禁止領域内にあるか否かを判定して、該
   侵入禁止領域内にあると判定した時は、上部旋回体の前
   記旋回境界に向かう旋回動作を停止させるようにしたこ
   とを特徴とする請求項１記載の建設作業機の制御装置。
3. 【請求項３】 作業範囲制限動作および作業範囲制限解
   除動作は長尺支持体および上部旋回体を駆動する油圧駆
   動手段に供給される圧油の方向と流量を切り替える方向
   切替弁の切替え動作の制御により行うようにしたことを
   特徴とする請求項２記載の建設作業機の制御装置。