JPH1037230A - 油圧掘削機械の軌跡自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 操作性の極めて優れた油圧掘削機械の軌跡自
動制御装置を提供する。 【解決手段】 制御装置２４は作業機の各回動角センサ
ー１２〜１４が検出したブーム１６、アーム１７および
バケット１８の回動角の情報に基づいて、バケット１８
の刃先の座標（ｘ′，ｙ′）を常に演算し、この刃先の
座標（ｘ′，ｙ′）が所定の均し作業開始位置領域内に
あり、圧力センサーで検出したブーム上パイロット圧ｐ
_b 、アーム引パイロット圧ｐ_a 、バケット押パイロット
圧ｐ_c およびそれらの時間変動が均し作業開始時の初動
操作状態にあると判断した時、法面均し作業軌跡完全自
動制御（II）に滑らかに移行させるための初動移行作業
軌跡自動制御（Ｉ）を行い、これらの制御の途中で、均
し作業軌跡自動制御を中止する条件が満たされたなら
ば、通常の手動操作による一般作業に滑らかに移るため
の法面均し作業軌跡解除自動制御(IV)に移る。

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油
圧掘削機械の技術分野に属し、特にバケットの例えば、
先端の移動軌跡が所望の面となるように油圧駆動機構を
自動制御する軌跡自動制御の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械、例えば、油圧ショベルの作業
内容は多岐に亘るが、典型的な作業としては掘削作業、
積込・放土作業、搬送作業、均し作業等がある。これら
の作業の中、法面均し作業は傾斜地での道路建設等の際
にかなり頻度の高い作業であり、しかも、高い作業精度
が要求される。図１６は油圧ショベルにより前方の下り
法面均し作業を行う様子を示す見取図である。同図に示
すように、前方の下り法面均し作業はバケット１８を十
分遠方位置まで到達させた後、アーム１７を手前側に引
き込むように回動させると共に、ブーム１６を始めはゆ
っくり、後でやや速めに上昇させ、バケット１８を始め
はゆっくり、後でやや速めに押し込むように回動させる
複合操作を行うことにより、バケット１８の刃先を基準
法面Ｓ₀ に沿って移動させて、バケット１８の刃先に当
接する土砂を掻き均し、水平面に対して所定の角度を有
した基準法面Ｓ₀に沿った平面を作る作業を言う。

【０００３】作業機を構成する長尺構造体および作業
体、即ち、ブーム１６、アーム１７およびバケット１８
をそれぞれ単独で動作させた時は、矢印Ａ，Ｂ，Ｃで示
すようにブーム１６の油圧ショベル本体に対する枢着
部、アーム１７のブーム１６に対する枢着部、バケット
１８のアーム１７に対する枢着部の支点を中心とする回
動運動になり、バケット１８の刃先は矢印Ａ，Ｂ，Ｃに
相似の円弧軌跡を描く。このように、本来、単独動作で
はバケット１８の刃先に円弧軌跡を描かせるようなブー
ム１６、アーム１７およびバケット１８を複合動作させ
ることにより、直線状に傾斜した平面軌跡をバケット１
８の刃先に描かせる法面均し作業は、ブーム１６、アー
ム１７およびバケット１８の動きを操作するための操作
桿をそれぞれ対応した方向に独立して、微妙に均衡の取
れた操作量で操作して始めて達成可能になる作業であ
り、２つの操作桿を所定のベクトル量で同時に操作する
ことは高度の技量を要求されるので、法面均し作業によ
り優れた出来映えの法面を実現することは極めて難し
く、バケット１８の姿勢を一定に保った儘それを所定方
向に真っ直ぐ移動させる操作を実行できるようになるに
はかなりの熟練を要した。

【０００４】操作者が未熟だと、平らな法面を作るため
の法面均し作業を行ったはずなのに却って大きな凹凸面
を作ってしまうこともある。図１７は未熟な操作者が油
圧ショベルを操作して法面均し作業を行った場合の法面
均し作業結果の一例を示す見取図である。図示の法面均
し作業においては、ブーム１６の動きは自重に逆らって
上昇する回動動作であるのに対し、アーム１７の動きは
重心が自重の方向と同方向に下降する回動動作となるの
で、ややもすれば、アーム１７の動きが速くなりすぎ
て、バケット１８の刃先が法面に食い込んでしまう。そ
こで、操作者は慌ててブーム１６を急上昇させるようブ
ーム用操作桿を操作するが、今度はブーム１６の上昇が
速過ぎてバケット１８の刃先は法面から上に上がり過ぎ
てしまう。このようにバケット１８の刃先が上下動する
操作が繰り返された結果、作業面には図１７に示す大き
な凹凸面が形成されてしまう。

【０００５】このように、人手で操作するには極めて高
度な操作能力が要求される法面均し作業等の高度の技量
が要求される作業をコンピューター制御により精密に行
わせようとする試みが、例えば、特開昭５８−３６１３
５号公報、特開昭５５−３００３８号公報、特公平３−
１３３７８号公報、特公平３−２８５４４号公報開示の
発明等のように、従来より多数提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、何れも平面に沿った掘削作業や均し作業を行う際に
は作業領域や作業面の設定のための操作盤の操作による
数値入力、作業機を所望の動作位置に保った状態での位
置設定入力、自動制御作業開始に際しての作業開始指令
および自動制御作業終了に際しての作業終了指令の入力
操作、あるいは、補正用操作桿の操作による目標面との
ずれ量を設定するための操作を行わなければならない。
しかし、これら作業は多くの場合はそれまで行われてい
た重掘削作業、放土作業、吊荷作業等の手動操作による
作業を一旦中断して行われることになるため、上記入力
操作や設定操作は操作者の油圧掘削機に対する操作感覚
を著しく阻害すると共に、油圧掘削機による通常の一般
建設土木作業を行う際の操作である操作桿の手動操作と
は全く異なるこれらの操作は操作者の操作の連続性を損
ね、操作者に疎ましさや煩わしさを感ぜしめることにな
る。従って、折角、軌跡自動制御装置を油圧ショベルに
搭載しても実際にはこの装置が使用されないことが多
く、油圧掘削機の自動制御装置としてはあまり有用性の
あるものとは言えなかった。

【０００７】また、前述のように、法面均し作業開始時
にはアームの引込み動作がアームの自重による下向きの
回転モーメントと協動関係になるために、僅かなアーム
の引き込み動作が行われただけでもアームの先端のバケ
ット刃先は直ちに下降してしまい、アームの下向きの回
動量を検知した軌跡自動制御装置がアームの動きに追随
してブームを上昇させ、バケット刃先を所定の法面に沿
って移動させる法面均し作業を行わせるような自動制御
を行っても、油圧駆動機構の動作遅れ等のためにブーム
の上昇動作がアームの下降動作に追随し切れないという
事態が生じる。その結果、バケット１８の刃先の軌跡は
図１７に示した未熟な操作者による作業軌跡と同様にバ
ケット１８の刃先が法面に食い込んでしまうような軌跡
になり、その後の軌跡自動制御によってバケット１８の
刃先を法面側に復帰させるようにしても、急速な復帰制
御により刃先が法面を乗り越えてしまい、手動操作によ
る作業軌跡と殆ど大差無いものしか得られないというこ
とになる。

【０００８】このような不具合の発生を防止するには、
アームの移動量を検知した移動量情報を軌跡自動制御装
置に帰還させて帰還制御すると共に、初動時のアームの
下降動作をゆっくりしたものにするようすれば、容易に
ブームやバケットの動作をアームの動作に追随させる自
動制御を行うことができるが、それにより作業効率が著
しく低下するばかりでなく、自動制御機構が複雑化する
ため、やはり軌跡自動制御装置の実用的価値が低いもの
になってしまう。

【０００９】本発明は従来技術におけるかかる不具合を
解消して、所望の作業軌跡の自動動作制御開始に際し
て、通常の手動操作による一般作業の操作を中断する必
要がなく、つまり、軌跡自動制御のための特別の操作情
報の入力操作の必要がなく、所望の作業軌跡を形成させ
るために操作者が意図した通りの操作桿の手動操作を行
うだけで、通常の手動操作による一般作業の動作から所
望の作業軌跡の軌跡自動制御に違和感無く、しかも、滑
らかに移行でき、好ましくは、操作者が操作する操作桿
の操作状態がこれから移行するまたは現在行われている
軌跡自動制御による作業軌跡の形成を意図しないものと
判断した時は直ちに軌跡自動制御を中止して、操作者の
操作桿の手動操作による通常の油圧駆動動作に違和感無
く、しかも、滑らかに戻ることができる操作性の極めて
優れた油圧掘削機械の軌跡自動制御装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【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、軌跡自動制御動作を開始した後は、操作者
により操作された操作桿の操作状態を常に監視して、操
作桿の操作量および該操作桿の操作量の変化量が予め設
定された所定の標準軌跡初動操作範囲および標準軌跡初
動操作変化範囲内にあるか否かを判定し、その判断結果
が否であった時には、操作桿の操作状態に対応した駆動
指令を油圧駆動機構にその儘伝達して該駆動指令に従っ
た動作を行わせ、その判定結果が然りであった時には、
操作桿の操作状態は所定の標準的な移動軌跡を描かせる
ための初動操作と判断し、所定時間後に前記駆動指令に
修正を加えあるいは新たな駆動指令を生成して油圧駆動
機構に伝達することによりバケットに標準的な移動軌跡
を自動的に描かせる標準軌跡自動制御に移行させるべ
く、操作桿の１つの大きな値の操作量に対応した駆動指
令には標準軌跡自動制御に漸次近づくような制限を加え
た駆動指令を油圧駆動機構に伝達し、他の操作桿の操作
量に対応した駆動指令には標準軌跡自動制御に漸次近づ
くような制限を加えた駆動指令と、前記操作桿の１つの
大きな値の操作量に対応した駆動指令に応じて標準軌跡
自動制御を行わせる駆動指令との中、大きな値の駆動指
令を油圧駆動機構に伝達する初動移行制御を行うように
したものである。

【００１１】好ましくは、操作者により操作された操作
桿の操作状態に加えてバケットの所定個所に設定された
注目点の座標またはバケット角を常に監視して、操作桿
の操作量および該操作桿の操作量の変化量が予め設定さ
れた所定の標準軌跡初動操作範囲および標準軌跡初動操
作変化範囲内にあるか否かを判定すると共に、前記注目
点が所定の軌跡制御開始領域内にあるか否かまたはバケ
ットの姿勢が軌跡制御開始作業体姿勢範囲内にあるか否
かを判定し、その判断結果が否であった時には、操作桿
の操作状態に対応した駆動指令を油圧駆動機構にその儘
伝達して該駆動指令に従った動作を行わせ、その判定結
果が然りであった時には、前記操作状態は所定の標準的
な移動軌跡を描かせるための初動操作と判断し、初動移
行制御を行うようにしたものである。

【００１２】また、初動移行制御または標準軌跡自動制
御に移行した後、操作者により操作された操作桿の操作
状態を常に監視して、該操作状態が所定の標準作業軌跡
自動制御解除条件に合致するか否かを判定し、その判定
結果が然りであった時には、操作者は標準軌跡自動制御
を意図しないものと判断し、初動移行制御または標準軌
跡自動制御における駆動指令の内容を操作者による操作
桿の操作状態に対応した駆動指令の内容に徐々に近付け
る駆動指令を油圧駆動機構に伝達する軌跡自動制御解除
制御を行うようにしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明における軌跡自動制御も従
来装置と同様に、一般的な油圧掘削機械が搭載するマイ
クロコンピューター（マイコン）により好適に実現でき
る。油圧掘削機械は典型的には油圧ショベルであって、
軌跡自動制御の対象となる土木作業は高度の操作技量が
要求され、しかも、操作頻度の高い標準軌跡を描かせる
作業、例えば、地面の均し作業であり、より典型的には
傾斜した地面の均し作業である法面均し作業である。以
下の説明では上述の典型例である傾斜した地面を均す法
面均し作業の軌跡自動制御を念頭に置いた説明とする
が、比較的実施頻度が高く軌跡自動制御を適用するのに
好適な他の任意の標準的な作業軌跡を自動的に描かせる
場合についても全く同様に適用できる。

【００１４】本発明においては軌跡自動制御動作を開始
していても、通常の操作桿の手動操作による一般作業を
行う時は、操作者の操作桿の手動操作による油圧掘削機
械の動作が通常の手動操作による油圧掘削機械の動作と
全く変わりなく行えるような構成になっているので、ア
クチュエーターの油圧駆動回路の駆動制御要素としては
好適には操作桿の操作による指令情報にその時々の最適
な操作指令となるような制限を加える制御を可能にする
電磁（比例）減圧弁を含むものとなる。操作桿の操作情
報である、操作された操作桿の操作方向および操作量の
伝達手段としてはパイロット油を介在させるパイロット
制御方式と電気信号を介して電気−機械変換を行う電気
制御方式が知られているが、何れの伝達手段によっても
制御形態は本質的に変わらず、パイロット制御方式が一
般的であることから、以下の説明ではパイロット制御方
式を念頭に置いたものとする。

【００１５】ただし、前述のようにマイコン制御を前提
とする限り、軌跡自動制御の本質的な部分は電気制御に
よるものになる。従って、この場合は操作桿の操作量は
操作桿に連結されたパイロット弁から流出するパイロッ
ト油の圧力、即ち、パイロット圧が圧力センサーで検出
されて変換された電気信号の圧力値であり、軌跡自動制
御はこの電気信号に変換されたパイロット圧を減圧する
方式を含むものであり、この減圧されたパイロット圧が
アクチュエーターに供給される作動油の方向と流量を切
り替える方向切替弁のパイロット受け部に伝達されるこ
とになる。つまり、この場合は方向切替弁のパイロット
受け部に伝達されるパイロット圧の制御は、パイロット
ポンプに直結された電磁減圧弁、あるいは操作桿に連結
されたパイロット弁に直結された電磁減圧弁に対する電
流制御ということになる。

【００１６】軌跡自動制御を行うには一般的には作業体
の位置および速度を検出しなければならないが、作業体
の位置は作業機の作業腕の関節部の回動角を検出する回
動角センサーによりそれぞれの作業腕の相対角度を検出
し、検出した相対角度を基に周知の座標変換により、作
業体の立体座標をマイコンで容易に演算することができ
る。また、標準的な軌跡の自動制御を開始するための前
提条件となる作業体の位置または操作桿の操作状態があ
るべき所定の軌跡制御開始領域情報または標準軌跡初動
操作範囲情報および標準軌跡初動操作変化範囲情報ある
いは軌跡制御動作を中止すべきか否かの判断の基になる
操作桿の操作状態に関する解除条件情報はマイコンのメ
モリ内に予め格納されている。

【００１７】次に、本発明の基本動作の概要を説明す
る。図２は軌跡自動制御の動作概要を説明するための動
作概念図である。本発明における軌跡自動制御では、通
常の操作桿の手動操作による一般作業の手動操作制御と
法面均し作業等の標準作業の軌跡自動制御を行う標準作
業軌跡自動制御が操作者により明確に区別されることな
く、また、一方の制御から他方の制御に移行する際に操
作が中断することなく連続した操作として実行できるよ
うになっている。

【００１８】同図に示すように、軌跡自動制御モードが
開始されると、通常の操作桿の手動操作による油圧掘削
機械の一般作業の手動操作制御と何ら変わらない動作が
行われている中で（Ｓ１）、比較的に頻度が高く、高度
の操作技量が要求される幾つかの標準作業を予め設定さ
れたプログラムに従って自動制御する標準作業軌跡自動
制御を開始するか否かの判断条件、即ち、標準作業開始
条件〔Ａ〕を満たすか否かを判断する（Ｓ２）。その判
断結果が然りならば、標準作業軌跡自動制御を実行し
（Ｓ３）、手順Ｓ２の判断結果が否ならば、手動操作に
よる通常の一般作業を継続する。従って、本発明におい
ては手順Ｓ２の判断結果が然りとならない限り、実質的
に手動操作による制御と全く変わらない制御が行われ
る。

【００１９】さらに、手順Ｓ２の判断結果が然りとなっ
て、標準作業軌跡自動制御を実行している間にも、操作
桿の操作状態を監視して、常にこの標準作業軌跡自動制
御を中止するか否かの判断条件、即ち、標準作業解除条
件〔Ｂ〕を満たすか否かを判断する（Ｓ４）。その判断
結果が然りならば、標準作業軌跡自動制御を中止して手
順Ｓ１の通常の手動操作による一般作業の制御に戻る。
手順Ｓ４の判断結果が否ならば、手順Ｓ３に戻って標準
作業軌跡自動制御を継続する。

【００２０】このように、本発明では手順Ｓ２で判断さ
れる標準作業開始条件あるいは手順Ｓ４で判断される標
準作業軌跡自動制御解除条件が満たされると、それぞれ
手順Ｓ１の通常の一般手動操作作業制御から手順Ｓ３の
標準作業軌跡自動制御へ、あるいは逆に手順Ｓ３の標準
作業軌跡自動制御から手順Ｓ１の通常の一般手動操作作
業制御へ随時転換できるようになっており、従来、これ
らの作業制御が操作者の作業開始情報の入力および作業
終了情報の入力に応じてそれぞれ異なる作業として、切
り離して処理されていたのとは大きく異なっている。

【００２１】即ち、手動操作による一般作業の制御が行
われている間に手順Ｓ２でマイコンが操作者の操作桿の
操作の内容または作業機の先端に取り付けられたバケッ
トの姿勢とバケットの中の所定の注目点、例えば、刃先
の座標を調べて、操作者が手動操作による通常の一般作
業の実行を意図しているのか、それとも軌跡自動制御が
可能な標準作業の実行を意図しているのかを判定して、
法面均し作業等の標準作業の実行を意図していると判断
した時には直ちに手順Ｓ３の標準作業軌跡自動制御に移
って、操作者の手動操作によるバケットの軌跡が所定の
標準作業の正確な軌跡となるように各アクチュエーター
への作動油の流量を調整する制御を行う。さらに、標準
作業軌跡自動制御が行われている間に、標準作業実行時
の操作と大きく異なる操作が為されたと判断した時は、
直ちに標準作業軌跡自動制御を解除して、操作者の手動
操作に忠実に従った通常の手動操作による一般作業の制
御に自動的に戻るようになっている。

【００２２】次に、手順Ｓ２および手順Ｓ４で判断され
る標準作業開始条件〔Ａ〕および標準作業解除条件
〔Ｂ〕について説明する。まず、標準作業開始条件
〔Ａ〕について説明する。標準作業開始条件〔Ａ〕は具
体的には幾つかの条件設定が可能であるが、例えば、前
述のように、操作者の操作桿の操作状態が標準作業開始
を意図したと判断できる操作範囲にあること、即ち、標
準軌跡初動操作範囲条件〔ＡI1〕と、操作桿の操作量の
変化が標準作業開始を意図したと判断できる変化範囲に
あること、即ち、標準軌跡初動操作変化範囲条件〔ＡI
2〕が１つの適切な標準作業開始条件〔ＡI 〕となる。

【００２３】また、他の標準作業開始条件〔Ａ〕として
は作業機の先端に取り付けられたバケットの刃先の座
標、さらにはバケットの姿勢が標準作業開始を意図した
と判断できる範囲にあること、即ち、バケットの所定の
座標の空間位置領域条件、つまり、軌跡制御開始領域条
件〔ＡII1 〕あるいは作業開始時のバケットの姿勢範囲
条件、つまり、軌跡制御開始作業体姿勢範囲条件〔ＡII
2 〕があり、これらの条件も同様に適切な標準作業開始
条件〔ＡII〕となる。標準作業開始条件〔Ａ〕は多数の
操作者による標準作業開始時の初動操作状態またはバケ
ットの空間位置や姿勢を調べて統計処理し、標準作業開
始頻度が大きな範囲を上記標準軌跡初動操作範囲条件
〔ＡI1〕、標準軌跡初動操作変化範囲条件〔ＡI2〕、軌
跡制御開始領域条件〔ＡII1 〕あるいは軌跡制御開始作
業体姿勢条件〔ＡII2 〕として設定する。

【００２４】次に、標準作業解除条件〔Ｂ〕について説
明する。標準作業解除条件〔Ｂ〕の設定においても幾つ
かの条件設定が可能であるが、本発明では操作者による
標準作業実行時の操作桿の操作状態を調べて、操作者の
操作桿の操作状態が標準作業を継続するためのものと著
しく異なるものを標準作業中止操作条件〔Ｂ〕としてい
る。実際には多数の標準作業実行中の操作桿の操作状態
の中で操作頻度が極めて少ない操作状態をこの標準作業
中止操作条件〔Ｂ〕とする。

【００２５】このように、標準作業軌跡自動制御の実行
中に常に図２の軌跡自動制御の概念手順Ｓ４の標準作業
解除条件〔Ｂ〕を満たすか否かの判断を行うことによ
り、操作者が標準作業を終了して、他の作業に移行すべ
く操作桿を操作した時、速やかに標準作業軌跡自動制御
を終了させることができるばかりでなく、操作者の意図
に反して、操作桿の操作状態を標準作業開始条件〔Ａ〕
を満足すると判断して標準作業軌跡自動制御を実行した
場合でも、その後の操作者による操作桿の操作状態が標
準作業解除条件〔Ｂ〕を満たすことにより、速やかに標
準作業軌跡自動制御を終了させ、一般手動操作作業の制
御（Ｓ１）に戻らせることができる。以下、図面を参照
して本発明を油圧ショベルの法面均し作業軌跡自動制御
に適用した実施例を詳細に説明する。

【００２６】

【実施例】図１は本発明の実施例に係る油圧制御回路図
である。同図において、１は図示しないブーム用方向切
替弁、アーム用方向切替弁およびバケット用方向切替弁
を含む油圧制御弁、２，３は流入するパイロット油の油
圧の中、高い方の油圧を選択して流出させる高圧選択
弁、４は後述するブーム上パイロット弁から流出するパ
イロット油の油圧を減圧するブーム上電磁（比例）減圧
弁、５は後述するパイロットポンプから吐出したパイロ
ット油の油圧を減圧して、ブーム上げ用パイロット圧を
補完するブーム上補完パイロット圧生成用のブーム上補
完圧生成電磁（比例）減圧弁、６は後述するアーム引パ
イロット弁から流出するパイロット油の油圧を減圧する
アーム引電磁（比例）減圧弁、７はパイロットポンプか
ら吐出したパイロット油の油圧を減圧して、バケット押
用パイロット圧を補完するバケット押補完パイロット圧
生成用のバケット押補完圧生成電磁（比例）減圧弁、８
は後述するバケット押パイロット弁から流出するパイロ
ット油の油圧を減圧するバケット押電磁（比例）減圧
弁、９は後述するブーム上用操作桿に連動して、ブーム
上げ操作時、操作量に応じたパイロット油が流出するブ
ーム上パイロット弁、９ａはブーム上用操作桿、１０は
後述するアーム引用操作桿に連動して、アーム引込み操
作時、操作量に応じたパイロット油が流出するアーム引
パイロット弁、１０ａはアーム引用操作桿、１１は後述
するバケット押用操作桿に連動して、バケット押込み操
作時、操作量に応じたパイロット油が流出するバケット
押パイロット弁、１１ａはバケット押用操作桿である。

【００２７】また、１２は後述する油圧ショベル本体に
おけるブーム１６の回動支点に設けられ、ブーム１６の
回動角θ_b を検出するブーム用回動角センサー、１３は
ブーム１６の先端部におけるアーム１７の回動支点に設
けられ、アーム１７の回動角θ_a を検出するアーム用回
動角センサー、１４はアーム１７の先端部におけるバケ
ット１８の回動支点に設けられ、バケット１８の回動角
θ_buを検出するバケット用回動角センサー、１５は油圧
ショベル本体、１９は作動油の供給源となる図示しない
油圧ポンプの吐出流量Ｑ_max を検出する油吐出流量検出
器である。

【００２８】さらに、２０はパイロット油の供給源とな
るパイロットポンプ、２１はブーム上パイロット弁９か
ら流出するパイロット油のブーム上パイロット圧ｐ_b を
検出するブーム上圧力センサー、２２はアーム引パイロ
ット弁１０から流出するパイロット油のアーム引パイロ
ット圧ｐ_a を検出するアーム引圧力センサー、２３はバ
ケット押パイロット弁１１から流出するパイロット油の
バケット押パイロット圧ｐ_c を検出するバケット押圧力
センサー、２４はマイクロコンピューターで構成され、
本発明に従った法面均し作業軌跡自動制御を実行する制
御装置である。なお、従来例と同一箇所には同一の符号
を付し、その重複する説明を省略する。また、油圧制御
弁１に含まれるブーム用方向切替弁、アーム用方向切替
弁およびバケット用方向切替弁の具体的な構成およびブ
ーム１６とブームシリンダー、アーム１７とアームシリ
ンダー、バケット１８とバケットシリンダーをそれぞれ
接続する油圧回路には何ら新規な特徴を有せず、図を煩
雑にするだけなので図示を省略した。

【００２９】図８は水平面に対して傾斜角Ｒ_i だけ傾い
た地面に平行に位置する油圧ショベル本体１５により、
地面に対して傾斜角Ｒ_d だけ傾いた法面の均し作業を行
う際のバケット１８の刃先Ｃの座標を記述するための三
次元座標系の間の関係を示す説明図である。同図におい
て、原点Ｏはブーム１６の回動支点、Ｚ軸は原点Ｏを通
って紙面に垂直な軸であり、本実施例ではこの原点Ｏお
よびＺ軸を共通にする３つの座標系、即ち、Ｘ−Ｙ座標
系、Ｘ′−Ｙ′座標系およびＸ″−Ｙ″座標系が導入さ
れている。Ｘ−Ｙ座標系はＹ軸を法面に垂直な軸、Ｘ軸
を法面に平行なアーム押方向の軸、Ｘ′−Ｙ′座標系は
Ｙ′軸を水平面に垂直な軸、Ｘ′軸を水平面に平行なア
ーム押方向の軸、Ｘ″−Ｙ″座標系はＹ″軸を油圧ショ
ベル本体１５が位置する地面に垂直な軸、Ｘ″軸を地面
に平行なアーム押方向の軸として設定されている。

【００３０】上述の説明から明らかなように、Ｘ′軸と
Ｘ″軸の成す角度は傾斜角Ｒ_i 、Ｘ軸とＸ″軸の成す角
度は傾斜角Ｒ_d となる。Ｔ₀ ，Ｒ₀ はそれぞれアーム１
７の回動支点と原点Ｏを結ぶ直線とＸ軸およびＸ′軸の
成す角度、Ｔ₁ ，Ｒ₁ はそれぞれアーム１７の回動支点
とバケット１８の回動支点を結ぶ直線とＸ軸およびアー
ム１７の回動支点と原点Ｏを結ぶ直線の成す角度、
Ｔ₂ ，Ｒ₂ はそれぞれバケット１８の回動支点とバケッ
ト１８の刃先Ｃを結ぶ直線とＸ軸およびアーム１７の回
動支点とバケット１８の回動支点を結ぶ直線の成す角
度、Ｒ_B はバケット１８の回動支点とバケット１８の刃
先Ｃを結ぶ直線とバケット１８の底面Ｓ_B のアーム押方
向の成す角度、Ｌ₀ ，Ｌ₁ ，Ｌ₂ はそれぞれアーム１７
の回動支点と原点Ｏを結ぶ線分の長さ、アーム１７の回
動支点とバケット１８の回動支点を結ぶ線分の長さおよ
びバケット１８の回動支点とバケット１８の刃先Ｃを結
ぶ線分の長さであり、他の角度および寸法は図示の通り
である。 説明を簡単にするために、以下の説明では地
面は水平面と一致する、即ち、Ｘ′−Ｙ′座標系とＸ″
−Ｙ″座標系は一致するものとする。従って、傾斜角Ｒ
_i ＝０となり、 Ｔ₀ ＝Ｒ₀ −Ｒ_d Ｔ₁ ＝Ｔ₀ −Ｒ₁ ＝Ｒ₀ −Ｒ_d −Ｒ₁ Ｔ₂ ＝Ｔ₁ −Ｒ₂ ＝Ｒ₀ −Ｒ_d −Ｒ₁ −Ｒ₂ ……(1) また、本実施例では法面の均し作業を行うことを前提と
しているので、 Ｔ₂ ＋Ｒ_B ＝−π ……(2) となる。(1) (2) 式よりＸ軸とＸ′軸の成す角度Ｒ
_d は、 Ｒ_d ＝Ｒ₀ −Ｒ₁ −Ｒ₂ ＋Ｒ_B ＋π ……(3) となる。

【００３１】次に、バケット１８の刃先Ｃの座標（ｘ，
ｙ）はＸ−Ｙ座標系では ｘ＝Ｌ₀ cosＴ₀ ＋Ｌ₁ cosＴ₁ ＋Ｌ₂ cosＴ₂ ｙ＝Ｌ₀ sinＴ₀ ＋Ｌ₁ sinＴ₁ ＋Ｌ₂ sinＴ₂ ……(4) となる。Ｘ−Ｙ座標系での座標（ｘ，ｙ）からＸ′−
Ｙ′座標系での座標（ｘ′，ｙ′）を求めるには、一般
的に知られた次の変換式により変換すれば良い。 ｘ′＝ｘ cosＲ_d ＋ｙ sinＲ_d ｙ′＝−ｘ cosＲ_d ＋ｙ cosＲ_d ……(5) 図１に示すように、制御装置１１はブーム用回動角セン
サー１２、アーム用回動角センサー１３、バケット用回
動角センサー１４がそれぞれ検出したブーム１６、アー
ム１７およびバケット１８の回動角θ_b ，θ_a ，θ_buお
よび既知の各作業腕の長さの情報に基づいて、バケット
１８の刃先Ｃの座標（ｘ，ｙ）即ち、座標（ｘ′，
ｙ′）を演算し、この刃先Ｃの座標（ｘ′，ｙ′）と、
ブーム上圧力センサー２１、アーム引圧力センサー２２
およびバケット押圧力センサー２３がそれぞれ検出した
ブーム上パイロット圧ｐ_b 、アーム引パイロット圧ｐ_a
およびバケット押パイロット圧ｐ_c と、油吐出流量検出
器１９が検出した油圧ポンプの吐出流量Ｑ_max に基づい
て、ブーム上電磁減圧弁４、ブーム上補完圧生成電磁減
圧弁５、アーム引電磁減圧弁６、バケット押補完圧生成
電磁減圧弁７およびバケット押電磁減圧弁８にそれぞれ
制御電流ｅ_b ，ｅ_d ，ｅ_a ，ｅ_e ，ｅ_c を出力する。

【００３２】これにより、各電磁減圧弁４〜８から流出
するパイロット油の油圧が絞り圧力ＳＶ_b ，ＳＶ_d ，Ｓ
Ｖ_a ，ＳＶ_e ，ＳＶ_c を越えないように制御され、油圧
制御弁１に流入する３系統のパイロット油の油圧、即
ち、ブーム上実パイロット圧ｐ_br、アーム引実パイロッ
ト圧ｐ_arおよびバケット押実パイロット圧ｐ_crがそれぞ
れ制御されることにより、その時の制御モードに応じた
均し作業軌跡自動制御が実行される。なお、均し作業軌
跡自動制御のプログラムは制御装置１１が内蔵する図示
しないＲＯＭに格納されている。

【００３３】前述のように、制御装置１１は作業機の各
回動角センサー１２〜１４が検出したブーム１６、アー
ム１７およびバケット１８の回動角θ_b ，θ_a ，θ_buお
よび既知の各作業腕の長さの情報に基づいて、バケット
１８の刃先Ｃの座標（ｘ′，ｙ′）を演算し、この刃先
Ｃの座標（ｘ′，ｙ′）が所定の法面均し作業開始位置
領域Ｒ内にあるか否かを判断すると共に、バケット１８
の底面の向きが所定の角度域内にあるか否かを判断す
る。さらに、ブーム上圧力センサー２１、アーム引圧力
センサー２２およびバケット押圧力センサー２３がそれ
ぞれ検出したブーム上パイロット圧ｐ_b 、アーム引パイ
ロット圧ｐ_a とバケット押パイロット圧ｐ_c の値および
それらの変化率を監視して、それぞれが予め設定した法
面均し作業開始操作域および法面均し作業開始操作変化
率域内にあるか否かを判断する。

【００３４】そして、これらの結果が全て然りと判断し
たならば、法面均し作業、即ち、バケット１８の姿勢を
所定の法面に沿うように保ったまま油圧ショベル本体１
５側に直線的に引き寄せる均し作業を行うために、操作
者がブーム上用操作桿９ａ、アーム引用操作桿１０ａお
よびバケット押用操作桿１１ａを手動操作した時に出力
される操作指令を補正して、バケット１８の刃先Ｃに確
実に所定の法面に沿った軌跡を描かせる法面均し作業軌
跡完全自動制御（II）に滑らかに移行できるように、法
面均し作業軌跡自動制御の開始位置から法面均し作業軌
跡完全自動制御（II）が行われる所定の基準法面Ｓ₀ に
バケット１８の刃先Ｃを所定時間だけ滑らかに移動させ
る初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）を実行する。

【００３５】さらに、初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）
または法面均し作業軌跡完全自動制御（II）が開始され
た後でも制御装置１１はブーム上パイロット圧ｐ_b とア
ーム引パイロット圧ｐ_a とバケット押パイロット圧ｐ_c
の値およびそれらの変化率を監視していて、その何れか
が均し作業継続操作域外に出たか否かを判断して、法面
均し作業継続操作域または法面均し作業継続操作変化域
外のものになったと判断したならば、各操作桿９ａ〜１
１ａの手動操作内容は操作者が法面均し作業軌跡完全自
動制御（II）の解除を意図したものと判断して、法面均
し作業軌跡完全自動制御（II）を解除し、操作者のブー
ム用操作桿９ａ、アーム用操作桿１０ａおよびバケット
押用操作桿１１ａの手動操作による通常の手動操作作業
の制御に滑らかに戻るための法面均し作業自動軌跡解除
制御(IV)を行う。なお、上記法面均し作業軌跡完全自動
制御（II）の詳細は従来より提案されている周知の傾斜
面の均し作業軌跡自動制御と同等のものなので、この明
細書では簡単にその説明をするに止めることにする。

【００３６】次に、本実施例の動作を説明する。図５乃
至図７は本実施例に係る法面均し作業軌跡自動制御の流
れ図である。これらの図を参照しながら法面均し作業軌
跡自動制御の動作を説明する。法面均し作業軌跡自動制
御モードが選択されると、この法面均し作業自動制御が
開始される。ただし、法面均し作業軌跡自動制御モード
が選択されていても、操作者はブーム用操作桿９ａ、ア
ーム用操作桿１０ａおよびバケット押用操作桿１１ａの
手動操作により、法面均し作業以外の一般の建設土木作
業をも手動操作による通常の作業と全く変わらない動作
で行えるようになっている。最初の手順Ｓ１１は操作者
が法面均し作業以外の一般作業を行うために、通常の手
動操作によりブーム用操作桿９ａ、アーム用操作桿１０
ａおよびバケット押用操作桿１１ａを操作した時に、作
業機が通常の手動操作による動作と全く変わらない動作
を行うことを許容する処理手順を示している。

【００３７】即ち、操作者が通常の一般作業を行うため
に各操作桿９ａ〜１１ａを操作した時は、制御装置１１
は操作者が法面均し作業以外の一般作業を行おうとして
いると判断すると、ブーム上電磁減圧弁４、ブーム上補
完圧生成電磁減圧弁５、アーム引電磁減圧弁６、バケッ
ト押補完圧生成電磁減圧弁７およびバケット押電磁減圧
弁８にそれぞれ出力される制御電流ｅ_b ，ｅ_d ，ｅ_a ，
ｅ_e ，ｅ_c の値を各電磁減圧弁４〜８の絞り圧力Ｓ
Ｖ_b ，ＳＶ_d ，ＳＶ_a ，ＳＶ_e ，ＳＶ_c がそれぞれブー
ム上圧力センサー６が検出したブーム上パイロット圧ｐ
_b に小さな値の付加圧Δｐ_b を加えた値、０、アーム引
圧力センサー７が検出したアーム引パイロット圧ｐ_a に
小さな値の付加圧Δｐ_a を加えた値、０、およびバケッ
ト押圧力センサー２３が検出したバケット押パイロット
圧ｐ_c に小さな値の付加圧Δｐ_c を加えた値となるよう
に制御する（Ｓ１１）。 ＳＶ_b ＝ｐ_b ＋Δｐ_b （Δｐ_b ＞０かつΔｐ_b ≒０） ＳＶ_d ＝０ ＳＶ_a ＝ｐ_a ＋Δｐ_a （Δｐ_a ＞０かつΔｐ_a ≒０） ＳＶ_e ＝０ ＳＶ_c ＝ｐ_c ＋Δｐ_c （Δｐ_c ＞０かつΔｐ_c ≒０） ……(6) このように、手順Ｓ１１における一般作業中はブーム上
電磁減圧弁４、アーム引電磁減圧弁６およびバケット押
電磁減圧弁８の絞り圧力ＳＶ_b ，ＳＶ_a ，ＳＶ_c の値を
常にブーム上パイロット圧ｐ_b 、アーム引パイロット圧
ｐ_a 、バケット押パイロット圧ｐ_c よりもそれぞれ小さ
な値の付加圧Δｐ_b ，Δｐ_a ，Δｐ_c だけ大きな値とし
ておくことにより、操作者が一般作業を行うためにブー
ム用操作桿９ａ、アーム引用操作桿１０ａおよびバケッ
ト押用操作桿１１ａを操作した時、ブーム上パイロット
弁９、アーム引パイロット弁１０およびバケット押パイ
ロット弁１１からそれぞれ流出したパイロット油のブー
ム上パイロット圧ｐ_b 、アーム引パイロット圧ｐ_a 、バ
ケット押パイロット圧ｐ_c がブーム上電磁減圧弁４、ア
ーム引電磁減圧弁６およびバケット押電磁減圧弁８によ
り減圧され、油圧制御弁１に伝達されるパイロット圧が
当初のブーム上パイロット圧ｐ_b 、アーム引パイロット
圧ｐ_a 、バケット押パイロット圧ｐ_c より小さな値に抑
制され、ブーム１６、アーム１７およびバケット１８の
動きが操作者が意図した動きと異なるものにならないよ
うにしている。つまり、操作者が一般作業を行うために
各操作桿９ａ〜１１ａを操作した時は、各パイロット弁
９〜１１から流出したパイロット油の各パイロット圧ｐ
_b ，ｐ_a ，ｐ_c はその儘、各実パイロット圧ｐ_br，
ｐ_ar，ｐ_crとして油圧制御弁１に出力される。

【００３８】なお、ブーム上補完圧生成電磁減圧弁５お
よびバケット押補完圧生成電磁減圧弁７で生成される補
完パイロット圧ｐ_d ，ｐ_e はこの場合は不要なので、絞
り圧力ＳＶ_d ，ＳＶ_e の値は０とされている。また、付
加圧Δｐ_b ，Δｐ_a ，Δｐ_cを正で小さな値としている
のは、手順Ｓ１１の一般作業許容制御が終了して、実質
的な軌跡自動制御が開始され、後述する初動移行作業軌
跡自動制御（Ｉ）に移った時のブーム上電磁減圧弁４、
アーム引電磁減圧弁６およびバケット押電磁減圧弁８の
立ち上げ時のスプールの移動距離を短くすることによ
り、自動制御動作の立ち上がり時間を可及的に短縮して
速やかに初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）の動作に移行
できるようにするためである。

【００３９】図９はアーム引電磁減圧弁６の制御電流ｅ
_a と絞り圧力ＳＶ_a の関係を示す特性図である。同図に
示すように、常に(6) 式が成立するように制御電流ｅ_a
の値を制御することにより、アーム引電磁減圧弁６の下
流には常にアーム引パイロット圧ｐ_a がその儘、伝達さ
れるようにすることができる。また、付加圧Δｐ_a が小
さな値となっているので、初動移行作業軌跡自動制御
（Ｉ）の動作に移行した時に、制御装置１１から出力さ
れた制御電流ｅ_a が小さな制御電流ｅ_a ′になった時に
速やかにアーム引電磁減圧弁６のスプールを移動させて
絞り圧力をＳＶ_a′に移行させることができる。絞り圧
力ＳＶ_b と制御電流ｅ_b および絞り圧力ＳＶ_c と制御電
流ｅ_c との関係においても上述の事情は全く同様であ
る。

【００４０】次に、手順Ｓ１２に移って、標準作業開始
条件〔Ａ〕の中、作業開始時の作業機の状態に関する条
件、即ち、軌跡制御開始領域条件〔ＡII1 〕および軌跡
制御開始作業体姿勢範囲条件〔ＡII2 〕を満たすか否か
の判断を行う。まず、軌跡制御開始領域条件〔ＡII1 〕
としてはバケット１８の刃先Ｃ（ｘ′，ｙ′）が法面均
し作業開始位置領域Ｒ内に在るか否か（Ｃ（ｘ′，
ｙ′）∈Ｒ？）の判断を行う。制御装置１１は作業機の
各回動角センサー１２〜１４が検出したブーム１６、ア
ーム１７およびバケット１８の回動角θ_b ，θ_a ，θ_bu
および既知の各作業腕の長さの情報に基づいて、バケッ
ト１８の刃先Ｃの座標（ｘ′，ｙ′）を常に演算してい
て、この刃先Ｃの座標（ｘ′，ｙ′）がＲＯＭから読み
出した所定の法面均し作業開始位置領域Ｒ内にあるか否
かを判断する。

【００４１】図３は法面均し作業開始位置領域を示した
模式図である。同図において、斜線が施された領域が法
面均し作業開始位置領域Ｒであり、図示していないが旋
回方向にも所定の広がりを持っている。この作業開始位
置領域Ｒは多数の操作者による法面均し作業開始時のバ
ケット１８の刃先Ｃ位置を調べて統計処理し、法面均し
作業開始頻度がかなり高い領域として設定される。

【００４２】また、軌跡制御開始作業体姿勢範囲条件
〔ＡII2 〕としてはバケット１８の姿勢、即ち、バケッ
ト１８の底面Ｓ_B の方向、つまり、バケット１８の回動
角θ_buが所定の範囲（回動角範囲）にあるか否かを判断
する。バケット１８の回動角θ_buはＸ軸とＸ′軸の成す
角度Ｒ_d で記述できるから、Ｘ軸とＸ′軸の成す角度Ｒ
_d の下限角と上限角をＲ_d1，Ｒ_d2とすると、軌跡制御開
始作業体姿勢範囲条件〔ＡII2 〕は次式で表される。 Ｒ_d1≦Ｒ_d ≦Ｒ_d2 ……(7) 下限角Ｒ_d1と上限角Ｒ_d2は作業開始位置領域Ｒと同様に
多数の操作者による法面均し作業開始時のバケット１８
の姿勢を調べて統計処理し、法面均し作業開始頻度がか
なり高い範囲の限界値として設定されるものであり、本
実施例では図４に示すように、バケット１８の底面Ｓ_B
の方向の限界は、矢印ａで示す水平方向と、ブーム１６
とアーム１７がほぼ直線に近づく程作業機の作業腕を延
ばした時のバケット１８の回動限界に近い矢印ｂで示す
傾斜限界方向に相当する値である。

【００４３】次に、手順Ｓ１２の判断結果が然り、即
ち、軌跡制御開始領域条件〔ＡII1 〕および軌跡制御開
始作業体姿勢範囲条件〔ＡII2 〕が共に満たされたなら
ば、手順Ｓ１３の標準作業開始条件〔ＡI 〕を満たすか
否かの判断に移る。判断対象が操作桿の操作条件となる
標準作業開始条件〔ＡI 〕は経験的に”ブーム上用操作
桿９ａ、アーム引用操作桿１０ａおよびバケット押用操
作桿１１ａを中立位置をやや越えた位置からやや遅い速
度で操作量を増大させる操作を行った時”に相当するブ
ーム上パイロット圧ｐ_b 、アーム引パイロット圧ｐ_a 、
バケット押パイロット圧ｐ_c の値とそれらの変化量の範
囲となる。従って、ブーム上パイロット圧ｐ_b 、アーム
引パイロット圧ｐ_a 、バケット押パイロット圧ｐ_c の時
間に対する変化、即ち、これらのパイロット圧ｐ_b ，ｐ
_a ，ｐ_c を時間微分したものをそれぞれブーム上パイロ
ット圧変動ｖ_b 、アーム引パイロット圧変動ｖ_a 、バケ
ット押パイロット圧変動ｖ_c とすると、標準作業開始条
件〔ＡI 〕、即ち、標準軌跡初動操作範囲条件〔ＡI
1〕、標準軌跡初動操作変化範囲条件〔ＡI2〕は、 ｐ_a1≦ｐ_a ≦ｐ_a2，ｐ_b1≦ｐ_b ≦ｐ_b2，ｐ_c1≦ｐ_c ≦ｐ_c2 かつｖ_a3≦ｖ_a ≦ｖ_a4，ｖ_b3≦ｖ_b ≦ｖ_b4，ｖ_c3≦ｖ_c ≦ｖ_c4 ただし、ｐ_a1，ｐ_a2≪ｐ_amax（アーム引最大パイロット圧）， ｐ_b1，ｐ_b2≪ｐ_bmax（ブーム上最大パイロット圧）， ｐ_c1，ｐ_c2≪ｐ_cmax（バケット押最大パイロット圧）， ｖ_a3，ｖ_a4≒ｖ_amax（アーム引最大パイロット圧変動）／ｎ， ｖ_b3，ｖ_b4≒ｖ_bmax（ブーム上最大パイロット圧変動）／ｎ， ｖ_c3，ｖ_c4≒ｖ_cmax（バケット押最大パイロット圧変動）／ｎ （ｎは２より大きく、１０より小さい数） ……(8') となる。

【００４４】標準軌跡初動操作範囲条件〔ＡI1〕および
標準軌跡初動操作変化範囲条件〔ＡI2〕を満たす時、値
が１となり、満たさない時、値が０となる仮想的関数Ψ
（ｐ_a ，ｐ_b ，ｐ_c ，ｖ_a ，ｖ_b ，ｖ_c ）を定義すれ
ば、標準軌跡初動操作範囲条件〔ＡI1〕および標準軌跡
初動操作変化範囲条件〔ＡI2〕は簡単に、 Ψ＝１ ……(8) と表すことができる。なお、各パイロット圧ｐ_b ，
ｐ_a ，ｐ_c および各パイロット圧変動ｖ_a ，ｖ_b ，ｖ_c
の値は前述のように、多数の操作者による法面均し作業
開始時の操作桿の初動操作状態を調べて統計処理し、法
面均し作業開始頻度が大きな各パイロット圧ｐ_a ，
ｐ_b ，ｐ_c と各パイロット圧変動ｖ_a ，ｖ_b ，ｖ_cの範
囲の境界値として設定される。

【００４５】手順Ｓ１３の判断結果が然り、即ち、標準
作業開始条件〔ＡI 〕が満たされた結果、標準作業開始
条件〔Ａ〕が全て満たされたならば、手順Ｓ１４に移っ
て、実質的な法面均し作業軌跡自動制御を開始する。こ
の手順では初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）を行って、
操作者の手動操作による法面均し作業の操作指令を補正
してバケット１８の刃先Ｃを基準法面Ｓ₀ に沿う方向に
滑らかに移動させ、法面均し作業軌跡完全自動制御（I
I）に円滑に移行できるようにする。これにより、従来
のように急激な均し作業の軌跡自動制御を導入した場合
の油圧制御系等の動作遅れによるバケット１８の大きな
上下振動の発生を防止できる。

【００４６】図１１は未熟な操作者が油圧ショベルを操
作して法面均し作業を行った場合の初動時の操作桿の操
作状態をやや誇張して示す操作信号波形図、図１２は本
実施例の初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）におけるブー
ム上電磁減圧弁４、ブーム上補完圧生成電磁減圧弁５、
アーム引電磁減圧弁６、バケット押補完圧生成電磁減圧
弁７およびバケット押電磁減圧弁８にそれぞれ出力され
る制御電流ｅ_b ，ｅ_d，ｅ_a ，ｅ_e ，ｅ_c の生成過程を
説明するための信号波形図、図１３は制御電流ｅ_b ，ｅ
_d ，ｅ_a ，ｅ_e ，ｅ_c によって各電磁減圧弁４〜８にそ
れぞれ発生する絞り圧力ＳＶ_b ，ＳＶ_d ，ＳＶ_a ，ＳＶ
_e ，ＳＶ_c および油圧制御弁１に付与される各実パイロ
ット圧ｐ_br，ｐ_ar，ｐ_crの圧力波形図である。

【００４７】図１１において、曲線(i),(ii),(iii)は未
熟な操作者が各操作桿９ａ〜１１ａを操作した時の各パ
イロット弁９〜１１の流出側の各パイロット圧ｐ_b ，ｐ
_a ，ｐ_c の時間変化を、曲線(iv),(v)は曲線(i) に示す
アーム引パイロット圧ｐ_b に対応する真直ぐな法面軌跡
を与える各パイロット圧ｐ_b ，ｐ_c をそれぞれ示したも
のである。未熟な操作者が各操作桿９ａ〜１１ａを操作
した時に曲線(i),(ii),(iii)に示す各パイロット圧
ｐ_b ，ｐ_a ，ｐ_c が発生したならば、各々の時刻で各パ
イロット圧ｐ_b ，ｐ_a ，ｐ_c が真直ぐな法面軌跡を与え
る比率になっていないため、これらの各パイロット圧ｐ
_b ，ｐ_a ，ｐ_c により駆動された作業機の形成作業面は
真直ぐな法面にならず、凹凸のある斜面になる。

【００４８】しかし、制御装置１１が曲線(i) に示すア
ーム引パイロット圧ｐ_a に対応する曲線(iv),(v)に示す
真直ぐな法面軌跡を与える各実パイロット圧ｐ_br，ｐ_cr
を油圧制御弁１に直ちに与えるようにしても、大きく変
化するアーム引パイロット圧ｐ_a に対する油圧制御機構
の応答遅れ等により、実際に形成される作業面を真直ぐ
な法面にすることは困難である。そこで、本実施例の手
順Ｓ１４の初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）においては
所定の短時間後に真直ぐな法面軌跡を与える各実パイロ
ット圧ｐ_br，ｐ_ar，ｐ_crを油圧制御弁１に与えるように
し、その間は操作者の操作によりブーム上電磁減圧弁４
およびバケット押電磁減圧弁８に与えられたブーム上パ
イロット圧ｐ_b およびバケット押パイロット圧ｐ_c に所
定の制限を付与することにより、法面均し作業軌跡自動
制御（II）に円滑に移行できるようにしている。説明の
都合上、ここでは、時刻ｔ＝０において標準軌跡初動操
作範囲条件〔ＡI1〕、標準軌跡初動操作変化範囲条件
〔ＡI2〕、軌跡制御開始領域条件〔ＡII1 〕および軌跡
制御開始作業体姿勢範囲条件〔ＡII2 〕が全て満たされ
た結果、初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）に移行したも
のとする。

【００４９】この時のブーム上パイロット圧ｐ_b 、アー
ム引パイロット圧ｐ_a およびバケット押パイロット圧ｐ
_c をそれぞれｐ_b0，ｐ_a0，ｐ_c0、ブーム上パイロット圧
変動ｖ_b 、アーム引パイロット圧変動ｖ_a およびバケッ
ト押パイロット圧変動ｖ_c をそれぞれｖ_b0，ｖ_a0，ｖ_c0
とすると、(8) 式が成立するから、 ｐ_a1≦ｐ_a0≦ｐ_a2，ｐ_b1≦ｐ_b0≦ｐ_b2，ｐ_c1≦ｐ_c0≦ｐ_c2 かつｖ_a3≦ｖ_a0≦ｖ_a4，ｖ_b3≦ｖ_b0≦ｖ_b4，ｖ_c3≦ｖ_c0≦ｖ_c4 ……
（８’’） が成り立つ。

【００５０】操作開始時に操作者がブーム用操作桿９ａ
の上げ操作に対して相対的に強過ぎるアーム用操作桿１
０ａの引き操作を行った場合には、上述のように大きく
変化するアーム引パイロット圧ｐ_ａ に対して追随する
各実パイロット圧ｐ_br，ｐ_crを油圧制御弁１に与えるよ
うにしても、真直ぐな法面軌跡を形成させることが困難
になり、バケット１８の刃先Ｃの初動軌跡が法面の垂直
方向に大きく波打ってしまう。そこで、本実施例では制
御装置１１がブーム上電磁減圧弁４、アーム引電磁減圧
弁６およびバケット押電磁減圧弁８にそれぞれ制御電流
ｅ_b ，ｅ_a ，ｅ_cを出力して、各電磁減圧弁４，６，８
から流出するパイロット油の油圧が絞り圧力ＳＶ_b ，Ｓ
Ｖ_a ，ＳＶ_c を越えないようにパイロット圧を制御する
ことにより、油圧制御機構の応答遅れ等があっても、油
圧制御弁１に与えられる各実パイロット圧ｐ_br，ｐ_crを
油圧制御弁１に与えられるアーム引パイロット圧ｐ_arに
十分追随させることができるようにすると共に、バケッ
ト１８の刃先Ｃを初動状態から、滑らかに基準法面Ｓ₀
に沿ったバケット角一定移動制御が行われる法面均し作
業軌跡完全自動制御（II）に円滑に移行できるようにし
ている。なお、初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）が行わ
れる期間はΔｔ_I とする。

【００５１】初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）を行うに
は、先ず、アーム引電磁減圧弁６の絞り圧力ＳＶ_a の初
期値ＳＶ_a0＝ｐ_a0＋Δｐ_a と、初動移行作業軌跡自動制
御（Ｉ）の終了時のアーム引パイロット圧ｐ_a の目標値
ｐ_aeの２点間を滑らかに結ぶ補助曲線(vi)の関数式を演
算する。本実施例では簡単のため、この関数を直線で近
似するが、バケット１８の刃先Ｃの初動状態から期間Δ
ｔ_I 後に最も滑らかに法面均し作業軌跡完全自動制御
（II）に移行できる軌跡を実現できる補助曲線を実験的
に求めて、その補助曲線の関数式を用いればより優れた
初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）が可能になる。ここで
は、上記補助曲線(vi)の関数をλ（ｐ_a0，ｐ_ae，ｔ）で
表す。法面均し作業軌跡完全自動制御（II）では、アー
ム用操作桿１０ａの最大引き操作が行われる可能性があ
るので、その場合でも滑らかに法面均し作業軌跡完全自
動制御（II）に移行できるように制御するため、アーム
引パイロット圧ｐ_a の目標値ｐ_aeの値はアーム引パイロ
ット圧ｐ_a の最大目標値近傍の値に設定される。 こう
して、関数λ（ｐ_a0，ｐ_ae，ｔ）の関数式が演算できた
ら、この関数λ（ｐ_a0，ｐ_ae，ｔ）の値を初動移行作業
軌跡自動制御（Ｉ）におけるアーム引電磁減圧弁６に対
して発生させる絞り圧力ＳＶ_aIとする。即ち、 ＳＶ_aI＝λ（ｐ_a0，ｐ_ae，ｔ） ……(9) 図１２に示す具体例では、初動移行作業軌跡自動制御
（Ｉ）においては、関数λ（ｐ_a0，ｐ_ae，ｔ）を示す補
助曲線(vi)と、図１３に示す絞り圧力ＳＶ_aIを示す曲線
(xi)が一致する。油圧制御弁１に実際に付与されるアー
ム引実パイロット圧ｐ_arはこの曲線(xi)で示された絞り
圧力ＳＶ_aIではなく、流入圧がアーム引パイロット圧ｐ
_a であるパイロット油が電磁減圧弁６でこの絞り圧力Ｓ
Ｖ_aIに絞られて流出する流出側パイロット圧となる。即
ち、アーム引パイロット弁１０の流出側パイロット圧で
あるアーム引パイロット圧ｐ_a を示す曲線(i) と、関数
λ（ｐ_a0，ｐ_ae，ｔ）を示す補助曲線(vi)とから作られ
た曲線(xii) で示された値になる。即ち、 ｐ_ar＝ min（ｐ_a ，λ（ｐ_a0，ｐ_ae，ｔ）） ……(10) 次に、初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）における油圧制
御弁１に付与されるブーム上パイロット圧の制御につい
て説明する。図１に示すように、油圧制御弁１に付与さ
れるブーム上実パイロット圧ｐ_brはブーム上電磁減圧弁
４および補完圧生成電磁減圧弁５から流出したパイロッ
ト油の圧力の中、高い方の圧力が高圧選択弁２で選択さ
れることにより生成される。初動移行作業軌跡自動制御
（Ｉ）におけるブーム上電磁減圧弁４での絞り圧力ＳＶ
_bIはアーム引電磁減圧弁６に対する絞り圧力ＳＶ_aIと同
様に、絞り圧力ＳＶ_b の初期値ＳＶ_b0＝ｐ_b0＋Δｐ
_b と、初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）の終了時のブー
ム上パイロット圧ｐ_b の目標値ｐ_beの２点間を滑らかに
結ぶ補助曲線(vii) により規定される。即ち、補助曲線
(vii) の関数をκとすると、関数κはブーム上パイロッ
ト圧ｐ_b の初期値ｐ_b0、目標値ｐ_beおよび時間ｔの関数
であり、本実施例では関数λと同様に直線で近似され
る。なお、目標値ｐ_beは比較的ゆっくりした法面均し軌
跡制御を行った時の期間Δｔ_I 後のブーム上パイロット
圧ｐ_b であり、実際上は実験的に求めた期間Δｔ_I 後の
最小のブーム上パイロット圧ｐ_b として設定される。

【００５２】一方、ブーム上補完圧生成電磁減圧弁５に
対する絞り圧力、即ち、ブーム上補完パイロット圧は油
圧制御弁１に実際に付与されるアーム引実パイロット圧
ｐ_arと相関して、バケット１８の刃先Ｃを法面に沿って
移動させる通常の法面均し軌跡自動制御を行わせる法面
均しブーム上パイロット圧ｐ_bSとする。法面均しブーム
上パイロット圧ｐ_bSは後述する法面均し作業軌跡完全自
動制御（II）の手順に従って求めることができる。即
ち、法面均し軌跡制御を表す関数ｇ₁ （ｐ_ar，ｘ′，
ｙ′，Ｒ_d ，Ｑ_pmax）を用いて、法面均しブーム上パイ
ロット圧ｐ_bSは ｐ_bS＝ｇ₁ （ｐ_ar，ｘ′，ｙ′，Ｒ_d ，Ｑ_pmax）（曲線(ix)） ……(11) と表すことができる。従って、 ＳＶ_d ＝ｐ_bS ……(12) このことは、バケット１８の刃先Ｃ（ｘ′，ｙ′）の法
面均し作業軌跡完全自動制御（II）では、法面均しブー
ム上パイロット圧ｐ_bSは当然のことながら、アーム引パ
イロット圧ｐ_a を与えると一義的に決定されることを示
している。実際には、法面均し軌跡制御を行った時のア
ーム引パイロット圧ｐ_a とブーム上パイロット圧ｐ_b を
予め実験的に測定して関数ｇ₁ （ｐ_ar，ｘ′，ｙ′，Ｒ
_d ，Ｑ_max ）を求める。そして、この関数ｇ₁ （ｐ_ar，
ｘ′，ｙ′，Ｒ_d ，Ｑ_max ）のデータをメモリに記憶さ
せておき、法面均し作業軌跡完全自動制御（II）を行う
時は、制御装置１１はメモリから関数ｇ₁ のデータを読
み出して、操作者が所望の作業速度でアーム用操作桿１
０ａを操作して法面均し軌跡制御を行う時のアーム引実
パイロット圧ｐ_arに対応するブーム上パイロット圧ｐ_b
のデータを演算して、そのブーム上パイロット圧ｐ_b を
与える制御電流ｅ_b をブーム上電磁減圧弁４に出力す
る。上述の初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）において
は、関数ｇ₁ のデータは油圧制御弁１に実際に付与され
るアーム引実パイロット圧ｐ_arに対する法面均しブーム
上パイロット圧ｐ_bSを生成するブーム上補完圧生成電磁
減圧弁５の制御電流ｅ_d を作るのに用いられる。

【００５３】従って、図１２に示す具体例では、ブーム
上電磁減圧弁４に対する絞り圧力ＳＶ_bIは関数κ
（ｐ_b0，ｐ_be，ｔ）により決定され、ブーム上電磁減圧
弁４から実際に高圧選択弁２に与えられるブーム上パイ
ロット圧ｐ_b ′はブーム上パイロット圧ｐ_b （図１２に
曲線(ii)で示す）が関数κ（ｐ_b0，ｐ_be，ｔ）により大
きな値が制限されたものになる。そして、ブーム上電磁
減圧弁４とブーム上補完圧生成電磁減圧弁５からのパイ
ロット油が流入する高圧選択弁２では制御開始直後の僅
少時間Δｔ₀ の間はブーム上電磁減圧弁４からのブーム
上パイロット圧ｐ_b ′が選択され、その後は曲線(ix)で
示されたブーム上補完圧生成電磁減圧弁５からの法面均
しブーム上パイロット圧ｐ_bSが選択されて、油圧制御弁
１に付与される。従って、ブーム上実パイロット圧ｐ_br
は図１３に示す曲線(xiv) で示されたものとなる。即
ち、 ｐ_br＝ max（ｐ_b ′，ｐ_bS） ……(13) 次に、油圧制御弁１に付与されるバケット押パイロット
圧の制御について説明する。図１２に示すように、バケ
ット押パイロット圧の制御はブーム上パイロット圧の制
御と全く同様に行うことができる。従って、ここではそ
の重複する説明を省略することとし、その結果のみ記述
する。即ち、バケット押電磁減圧弁８での絞り圧力ＳＶ
_cIは絞り圧力ＳＶ_c の初期値ＳＶ_c0＝ｐ_c0＋Δｐ_c と、
初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）の終了時のバケット押
パイロット圧ｐ_c の目標値ｐ_ceの２点間を滑らかに結ぶ
補助曲線(viii)により規定される。即ち、補助曲線(vii
i)の関数をσとすると、関数σはバケット押パイロット
圧ｐ_c の初期値ｐ_c0、目標値ｐ_ceおよび時間ｔの関数で
あり、本実施例では直線で近似される。

【００５４】一方、バケット押補完圧生成電磁減圧弁７
に対する絞り圧力、即ち、バケット押補完パイロット圧
は油圧制御弁１に実際に付与されるアーム引実パイロッ
ト圧ｐ_arと相関して、バケット１８の刃先Ｃを法面に沿
って移動させる通常の法面均し軌跡自動制御を行わせる
法面均しバケット押パイロット圧ｐ_cSとする。この法面
均しバケット押パイロット圧ｐ_cSは法面均し軌跡制御を
表す関数ｇ₂ （ｐ_ar，ｘ′，ｙ′，Ｒ_d ，Ｑ_pmax）を用
いて、 ｐ_cS＝ｇ₂ （ｐ_ar，ｘ′，ｙ′，Ｒ_d ，Ｑ_pmax）（曲線(x) ） ……(14) と表すことができる。従って、 ＳＶ_e ＝ｐ_CS ……(15) また、バケット押実パイロット圧ｐ_crは、 ｐ_cr＝max （ｐ_c ′，ｐ_cS）（曲線(xvi) ） ……(16) となる。

【００５５】上述の説明から明らかなように、図１２に
示す具体例では、僅少時間Δｔ₀ は実質的な法面均し軌
跡自動制御に滑らかに移行させるための過渡期に相当し
ている。このように、本実施例では、初動移行作業軌跡
自動制御（Ｉ）を開始した後、僅少時間Δｔ₀ の過渡期
の制御を経ることにより、初動時の動作状態から徐々に
法面均し軌跡自動制御に移行するようにしているので、
法面均し作業軌跡完全自動制御（II）に移行する際に衝
撃や振動を生じることなく滑らかな初動動作が可能な自
動制御を行うことができる。

【００５６】初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）を開始し
た後、僅かな期間は操作者の手動操作によるアーム引パ
イロット圧ｐ_a 、ブーム上パイロット圧ｐ_b およびバケ
ット押パイロット圧ｐ_c にその儘追随したアーム引実パ
イロット圧ｐ_ar、ブーム上実パイロット圧ｐ_brおよびバ
ケット押実パイロット圧ｐ_crが出力され、その後、関数
λ（ｐ_a0，ｐ_ae，ｔ）、関数κ（ｐ_b0，ｐ_be，ｔ）およ
びσ（ｐ_c0，ｐ_ce，ｔ）によりそれぞれ大きな値が制限
され、やがてＳＶ_a ＝min （λ，ｐ_a ），ＳＶ_b ＝
ｐ_bS，ＳＶ_c ＝ｐ_cSによる実質的な法面均し軌跡自動制
御に移行するようになる。この過程で、アーム引パイロ
ット圧ｐ_a 、ブーム上パイロット圧ｐ_b およびバケット
押パイロット圧ｐ_c には不連続や急激な変化が無いか
ら、ブーム１６、アーム１７およびバケット１８を駆動
するシリンダーに衝撃が起きることがない。

【００５７】次に、図６に戻って、法面均し作業軌跡自
動制御の動作説明を継続する。手順Ｓ１５では、手順Ｓ
１４における初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）を継続し
ながらも、法面均し作業軌跡自動制御を解除する条件が
満たされたか否かを判断する。即ち、この均し作業軌跡
自動制御の解除条件をΦと表すと、Φ＝１か否かを判断
する。解除条件Φの具体的な内容は、”ブーム上用操作
桿９ａの上げ操作量や上げ速度がかなり大きい時、ある
いはブーム上用操作桿９ａが中立位置近傍に戻された
時、アーム引用操作桿１０ａの引き速度がかなり大きい
時、あるいはアーム引用操作桿１０ａが中立位置近傍に
戻された時、または、バケット押用操作桿１１ａの押し
操作量や押し速度がかなり大きい時、あるいはバケット
押用操作桿１１ａが中立位置近傍に戻された時”であ
る。

【００５８】法面均し作業の操作においてはブーム上
用、アーム引用、バケット押用の各操作桿９ａ，１０
ａ，１１ａにこのような操作が行われる場合は殆ど無い
ので、上記操作が行われた時は操作者は法面均し作業を
解除しようとしている、あるいは、始めから法面均し作
業を行う意図が無かったものと判断して、初動移行作業
軌跡自動制御（Ｉ）を中止し、通常の手動操作による一
般作業に移るための法面均し作業軌跡解除自動制御(IV)
に移る。法面均し作業軌跡解除自動制御(IV)のブーム上
用、アーム引用、バケット押用の各操作桿９ａ，１０
ａ，１１ａの操作内容を定式化すると、 ｐ_b ≧ｐ_b5（ｐ_b5≫０）；ｐ_b ≒０ ｖ_b ≧ｖ_b5（ｖ_b5≫０）；ｖ_b ≦ｖ_b6（ｖ_b6≪０） ｖ_a ≧ｖ_a5（ｖ_a5≫０）；ｖ_a ≦ｖ_a6（ｖ_a6≪０） ｐ_a ≒０；ｐ_c ≧ｐ_c5（ｐ_c5≫０） ｐ_c ≒０ ｖ_c ≧ｖ_c5（ｖ_b5≫０）；ｖ_c ≦ｖ_c6（ｖ_c6≪０） ……(17) となる。

【００５９】手順Ｓ１５の判断結果が否ならば、即ち、
法面均し作業軌跡自動制御の解除条件Φが０であった場
合は、時間ｔがΔｔ_I だけ経過したか否かを判断する
（Ｓ１６）。時間ｔがΔｔ_I だけ経過したら、初動移行
作業軌跡自動制御（Ｉ）の所要期間は終了するので、図
７の手順Ｓ１７に移り、未だ時間ｔがΔｔ_I だけ経過し
ていなかった時は、手順Ｓ１４に戻って初動移行作業軌
跡自動制御（Ｉ）を継続する。手順Ｓ１７では法面均し
作業軌跡完全自動制御（II）が行われる。法面均し作業
軌跡完全自動制御（II）においては、アーム引電磁減圧
弁６の絞り圧力ＳＶ_a としてはＳＶ_a ＝ｐ_a ＋Δｐ_a と
し、ブーム上電磁減圧弁４およびブーム上補完圧生成電
磁減圧弁５の絞り圧力ＳＶ_b 、バケット押補完圧生成電
磁減圧弁７およびバケット押電磁減圧弁８の絞り圧力Ｓ
Ｖ_c に対しては、手順Ｓ１４における初動移行作業軌跡
自動制御（Ｉ）で、関数ｇ₁ （ｘ，ｙ，ｐ_a ，
Ｑ_max ），ｇ₂ （ｐ_ar，ｘ′，ｙ′，Ｒ_d ，Ｑ_pmax）を
用いて作られた法面均しブーム上パイロット圧ｐ_bS、法
面均しバケット押パイロット圧ｐ_cSと同じものを演算し
て、各電磁減圧弁４，５および電磁減圧弁７，８の絞り
圧力ＳＶ_b ，ＳＶ_c とする。これにより、操作者のアー
ム用操作桿１０ａの引き操作量に応じた作業速度でバケ
ット１８の刃先Ｃ（ｘ′，ｙ′）を法面に沿って移動さ
せる法面均し作業軌跡完全自動制御（II）を実現でき
る。即ち、 ＳＶ_a ＝ｐ_a ＋Δｐ_a ，ＳＶ_b ＝ｐ_bS，ＳＶ_c ＝ｐ_cS ……(18) 次に、法面均し作業軌跡完全自動制御（II）における動
作を説明する。図１０は法面均し作業軌跡完全自動制御
を行う油圧ショベルの動きを示す見取図である。同図で
は、法面均し作業軌跡完全自動制御（II）によって作業
機が（あ）に示す状態から（う）に示す状態に変化し
て、バケット１８が基準法面Ｓ₀ に対して一定の傾斜角
Ｒ_d を保持した儘、刃先Ｃ（ｘ′，ｙ′）が基準法面Ｓ
₀ に沿ってΔｘだけ移動したことを示している。バケッ
ト１８の刃先Ｃが基準法面Ｓ₀ に沿ってΔｘだけ移動し
た時のブームシリンダーのボトム室、アームシリンダー
のボトム室およびバケットシリンダーのロッド室の容量
変化をそれぞれΔＬ_b ，ΔＬ_a ，ΔＬ_c （ΔＬ_b ，ΔＬ
_a ，ΔＬ_c ＞０）とする。また、（あ）に示す状態と
（う）に示す状態の中間的な図示しない状態（い）に変
化した時のブームシリンダーのボトム室、アームシリン
ダーのボトム室およびバケットシリンダーのロッド室の
容量変化をそれぞれΔｌ_b ，Δｌ_a ，Δｌ_c （Δｌ_b ，
Δｌ_a ，Δｌ_c ＞０）とすると、十分小さな距離Δｘに
対しては次式が成り立つ。 ΔＬ_b ：ΔＬ_a ：ΔＬ_c ＝Δｌ_b ：Δｌ_a ：Δｌ_c ……(19) （あ）に示す状態から状態（い）に変化するのに要する
時間をΔＴとすると、(19)式は、 ΔＬ_b ：ΔＬ_a ：ΔＬ_c ＝Δｌ_b ／ΔＴ：Δｌ_a ／ΔＴ：Δｌ_c ／ΔＴ ＝ｑ_b ：ｑ_a ：ｑ_c （ただし、ｑ_b ≡Δｌ_b ／ΔＴ，ｑ_a ≡Δｌ_a ／ΔＴ，ｑ_c ≡Δｌ_c ／ΔＴ） ……(20) (20)式で定義したｑ_b ，ｑ_a ，ｑ_c はそれぞれブームシ
リンダーのボトム室、アームシリンダーのボトム室およ
びバケットシリンダーのロッド室に流入する作動油の流
量である。つまり、法面均し作業軌跡完全自動制御（I
I）においては、基準法面Ｓ₀ に対して一定の傾斜角Ｒ
_d を保持した儘、バケット１８の刃先Ｃ（ｘ′，ｙ′）
を基準法面Ｓ₀ に沿って移動させるために、時事刻々変
化する作業機の状態で決まる(20)式で定義した流量比で
作動油を配分する制御を行うことと同等である。

【００６０】ブームシリンダーのボトム室およびバケッ
トシリンダーのロッド室に流入する作動油のアームシリ
ンダーのボトム室に流入する作動油に対する流量比をそ
れぞれｋ_b ，ｋ_c と定義すると、(20)式は ｑ_b ：ｑ_a ：ｑ_c ＝ｋ_b ：１：ｋ_c ……(21) 上述のように、流量比ｋ_b ，ｋ_c はその時の作業機の状
態により一義的に決定されるから、関数ｆ₁ ，ｆ₂ を次
式で定義すれば、 ｋ_b ＝ｆ₁ （ｘ′，ｙ′，Ｒ_d ） ｋ_c ＝ｆ₂ （ｘ′，ｙ′，Ｒ_d ） ……(22) と表すことができる。手順Ｓ１１に示す手動操作による
一般作業中におけるブームシリンダーのボトム室、アー
ムシリンダーのボトム室およびバケットシリンダーのロ
ッド室に流入する作動油の流量をそれぞれｑ_b ^* ，ｑ_a
^* ，ｑ_c ^* と定義すると、油圧ポンプの吐出流量Ｑ_max
が十分大きな値を有していれば、ｑ_b ^* ＝ｋ_b ・
ｑ_a ^* ，ｑ_c ^* ＝ｋ_c ・ｑ_a ^* が成り立つ。 従って、
油圧ポンプの吐出流量Ｑ_max が十分大きな値の場合、即
ち、Ｑ_max ≧ｑ_b ^* ＋ｑ_a ^* ＋ｑ_c ^* ならば、 ｑ_b ＝ｑ_b ^* ＝ｋ_b ・ｑ_a ^* ｑ_a ＝ｑ_a ^* ｑ_c ＝ｑ_c ^* ＝ｋ_c ・ｑ_a ^* ……(23) 一方、油圧ポンプの吐出流量Ｑ_max が十分大きな値を有
していない場合、即ち、Ｑ_max ＜ｑ_b ^* ＋ｑ_a ^* ＋ｑ_c
^* ならば、 ｑ_b ＝Ｑ_max ・ｑ_b ^* ／（ｑ_b ^* ＋ｑ_a ^* ＋ｑ_c ^* ） ｑ_a ＝Ｑ_max ・ｑ_a ^* ／（ｑ_b ^* ＋ｑ_a ^* ＋ｑ_c ^* ） ｑ_c ＝Ｑ_max ・ｑ_c ^* ／（ｑ_b ^* ＋ｑ_a ^* ＋ｑ_c ^* ） ……(24) となる。

【００６１】こうして作業機の各アクチュエーターの注
目する油室内に流入する作動油の流量ｑ_b ，ｑ_a ，ｑ_c
が求められると、作動油の流量ｑ_b ，ｑ_a ，ｑ_c と対応
する各パイロット圧ｐ_b ，ｐ_a ，ｐ_c は一義的に決定さ
れ、それぞれを関係付ける変換式により、法面均し作業
軌跡完全自動制御（II）における法面均しブーム上パイ
ロット圧ｐ_bS、アーム引パイロット圧ｐ_a 、法面均しバ
ケット押パイロット圧ｐ_cSを求めることができる。即
ち、法面均し作業軌跡完全自動制御（II）に対して関数
ｈ₁ ，ｈ₂ ，ｈ₃ を次式で定義することができる。 ｐ_bS＝ｈ₁ （ｐ_a ，ｘ′，ｙ′，Ｒ_d ，Ｑ_max ） ｐ_a ＝ｈ₂ （ｐ_a ，ｘ′，ｙ′，Ｒ_d ，Ｑ_max ） ｐ_cS＝ｈ₃ （ｐ_a ，ｘ′，ｙ′，Ｒ_d ，Ｑ_max ） ……(25) 次の手順Ｓ１８では初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）の
場合と同様に、均し作業軌跡自動制御を中止する条件が
満たされたか否か、即ち、解除条件Φ＝１か否かを判断
する。手順Ｓ１８の判断結果が然りならば、即ち、均し
作業軌跡自動制御の解除条件Φ＝１ならば、法面均し作
業軌跡完全自動制御（II）を解除し、通常の手動操作に
よる一般作業に移るための法面均し作業軌跡解除自動制
御(IV)に移る。手順Ｓ１８の判断結果が否ならば、手順
Ｓ１７に戻って法面均し作業軌跡完全自動制御（II）を
継続する。

【００６２】次に、手順Ｓ１５または手順Ｓ１８の判断
結果が然りであった時に実行される法面均し作業軌跡解
除自動制御(IV)の内容を説明する。図１４は初動移行作
業軌跡自動制御（Ｉ）を行っている時に、ブーム用操作
桿９ａの上げ操作量が次第に増大して、圧力センサー６
が検出したブーム上パイロット圧ｐ_b がｐ_b5以上にな
り、その結果、Φ＝１となり、均し作業軌跡自動制御を
解除する条件が満たされた場合の具体例におけるブーム
上パイロット圧ｐ_b 、ブーム上電磁減圧弁４の絞り圧力
ＳＶ_b およびブーム上補完圧生成電磁減圧弁５の絞り圧
力ＳＶ_d の変化を示した波形図、図１５はその時の油圧
制御弁１に付与されるブーム上実パイロット圧ｐ_brと、
法面均し作業軌跡解除自動制御(IV)が行われなかった場
合の仮想的なブーム上実パイロット圧ｐ_br′の変化を示
した波形図である。

【００６３】以下、この具体例に即して説明することと
する。図１４に示すように、初動移行作業軌跡自動制御
（Ｉ）を行っている時にブーム上パイロット圧ｐ_b が増
大し、ｔ＝Ｔ₀ でｐ_b ≧ｐ_b5となったとする。この時は
操作者は法面均し作業を解除しようとしている、あるい
は、始めから法面均し作業を行う意図が無かったものと
判断して、初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）は解除され
るが、ｔ＝Ｔ₀ の時点で直ちに手順Ｓ１１の手動操作に
よる一般作業制御に戻すと、それまで例えば、図１５に
示す油圧制御弁１に付与されるブーム上実パイロット圧
ｐ_brI が曲線(iixi)で示されたｔ＝Ｔ₀ で不連続になる
ブーム上実パイロット圧ｐ_brIV′になるため、油圧制御
弁１に接続されたブームシリンダーに大きな衝撃力を与
えてしまい、操作者が驚いて不安感を懐いたり、油圧装
置が損傷を受けたりする。

【００６４】そこで、法面均し作業軌跡解除自動制御(I
V)では、初動移行作業軌跡自動制御（Ｉ）において、制
御装置１１がバケット１８の刃先Ｃの軌跡がなるべく速
やかに水平面に沿ったものとなるように、操作者のブー
ム上用操作桿９ａおよびアーム引用操作桿１０ａの手動
操作による操作指令に制限を加えたり、逆に付勢するよ
うな制御電流ｅ_b ，ｅ_d ，ｅ_a をブーム上電磁減圧弁
４、ブーム上補完圧生成電磁減圧弁５およびアーム引電
磁減圧弁６にそれぞれ出力していたのを中止すると共
に、操作者の手動操作による操作指令に忠実に従った制
御に滑らかに移行させるための制御を行う。

【００６５】以下の説明ではブーム上げ操作の制御につ
いて説明するが、後述するようにバケット押し操作の制
御も全く同様にして行われる。法面均し作業軌跡解除自
動制御(IV)が行われる期間は、それまで行われていた軌
跡自動制御を解除して、操作者の手動操作による操作指
令に忠実に従った制御に滑らかに移行させる過渡期間Δ
ｔ₁ と、補完圧生成電磁減圧弁５の絞り圧力ＳＶ_d を０
に減衰させる補完圧減衰期間Δｔ₂ とから成る。

【００６６】まず、過渡期間Δｔ₁ においては、制御装
置１１は時刻ｔ＝Ｔ₀ で初動移行作業軌跡自動制御
（Ｉ）を中止した時刻ｔ＝Ｔ₀ でのブーム上電磁減圧弁
４の絞り圧力ＳＶ_bI＝ＳＶ_bIV ⁰ の座標点を始点とし、
期間Δｔ₁ 後の時刻ｔ＝Ｔ₁ でのブーム上パイロット圧
ｐ_b ＝ＳＶ_dIV ¹ と付加圧Δｐ_b との和（ｐ_b ＋Δ
ｐ_b ）＝ＳＶ_bIV ¹ の座標点を終点とする直線(xvii)、
および時刻ｔ＝Ｔ₀ での補完圧生成電磁減圧弁５の絞り
圧力ＳＶ_dI＝ＳＶ_dIV ⁰ の座標点を始点とし、時刻ｔ＝
Ｔ₁ のブーム上パイロット圧ｐ_b ＝ＳＶ_dIV ¹ の座標点
を終点とする直線(xviii) の関係式をそれぞれ演算す
る。そして、過渡期間Δｔ₁ における直線(xvii)，(xvi
ii) で表された圧力がそれぞれ絞り圧力ＳＶ_bIV および
絞り圧力ＳＶ_dIV となるような制御電流ｅ_b ，ｅ_d をブ
ーム上電磁減圧弁４および補完圧生成電磁減圧弁５に出
力する。即ち、 ＳＶ_bIV ＝ｐ_b ＋〔ｔ・（Δｐ_b ＋Δｓ₁ ）／Δｔ₁ 〕−Δｓ₁ ＝ｐ_b ＋（ｔ／Δｔ₁ ）・Δｐ_b ＋〔（ｔ／Δｔ₁ ）−１〕・Δｓ₁ （ただし、Δｓ₁ ＝ｐ_b ⁰ −ＳＶ_bIV ⁰ 、ｐ_b ⁰ はｔ＝Ｔ₀ におけるブーム上パ イロット圧ｐ_b ） ＳＶ_dIV ＝ｐ_b ＋ｔ・Δｓ₂ ／Δｔ₁ −Δｓ₂ ＝ｐ_b ＋〔（ｔ／Δｔ₁ ）−１〕・Δｓ₂ （ただし、Δｓ₂ ＝ｐ_b ⁰ −ＳＶ_dIV ⁰ ） ……(26) 図１４に示す具体例では、法面均し作業軌跡解除自動制
御(IV)の開始直後はＳＶ_bIV ⁰ ＜ＳＶ_dIV ⁰ なので、油
圧制御弁１に付与されるブーム上実パイロット圧ｐ_brは
ブーム上補完圧生成電磁減圧弁５の絞り圧力ＳＶ_dIV に
支配され、その後、ＳＶ_bIV とＳＶ_dIV の値が逆転する
とブーム上電磁減圧弁４の絞り圧力ＳＶ_bIV に支配され
る。そして、絞り圧力ＳＶ_bIV がブーム上パイロット圧
ｐ_b を上回るようになると、ブーム上実パイロット圧ｐ
_brはブーム上パイロット圧ｐ_b と一致する。従って、ブ
ーム上実パイロット圧ｐ_brは図１５に示す曲線(iix) の
ようになる。

【００６７】補完圧減衰期間Δｔ₂ においては、制御装
置１１は時刻ｔ＝Ｔ₁ における絞り圧力ＳＶ_dIV ¹ の座
標点を始点とし、時刻ｔ＝Ｔ₂ における絞り圧力ＳＶ
_dIV ＝０の座標点を終点とする直線(xviv)を演算し、こ
の直線(xviv)で表された圧力が絞り圧力ＳＶ_dIV とな
り、（ｐ_b ＋Δｐ_b ）が絞り圧力ＳＶ_bIV となるような
制御電流ｅ_b ，ｅ_d をブーム上電磁減圧弁４およびブー
ム上補完圧生成電磁減圧弁５にそれぞれ出力する。即
ち、 ＳＶ_dIV ＝ｐ_b ¹ −ｐ_b ¹ ・（ｔ−Δｔ₁ ）／Δｔ₂ （ただし、ｐ_b ¹ はｔ＝Ｔ₁ におけるブーム上パイロット圧ｐ_b ） ……(27) 制御電流ｅ_b ，ｅ_d により制御されるバケット押補完圧
生成電磁減圧弁７およびバケット押電磁減圧弁８の絞り
圧力ＳＶ_e ，ＳＶ_c に付いても全く同様の制御方式が適
用できるから、過渡期間Δｔ₁ においては、ＳＶ_cIV ＝
ｐ_c ＋（ｔ／Δｔ₁ ）・Δｐ_c ＋〔（ｔ／Δｔ₁ ）−
１〕・Δｓ₁ ′（ただし、Δｓ₁ ′＝ｐ_c ⁰ −ＳＶ_cIV
⁰ 、ｐ_c ⁰ はｔ＝Ｔ₀ におけるバケット押パイロット圧
ｐ_c ） ＳＶ_e ＝ｐ_c ＋〔（ｔ／Δｔ₁ ）−１〕・Δｓ₂ ′ （ただし、Δｓ₂ ′＝ｐ_c ⁰ −ＳＶ_eIV ⁰ ） ……(28) また、補完圧減衰期間Δｔ₂ においては、 ＳＶ_eIV ＝ｐ_c ¹ −ｐ_c ¹ ・（ｔ−Δｔ₁ ）／Δｔ₂ （ただし、ｐ_c ¹ はｔ＝Ｔ₁ におけるバケット押パイロット圧ｐ_c ）……(29) が成立する。

【００６８】

【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、軌跡自動制御動作を開始した後は、操作者に
より操作された操作桿の操作状態を常に監視して、操作
桿の操作量およびその変化量が予め設定された所定の標
準軌跡初動操作範囲および標準軌跡初動操作変化範囲内
にあるか否かを判定し、その判断結果が否であった時に
は、操作桿の操作状態に対応した駆動指令に従った動作
を行わせ、その判定結果が然りであった時には、前記操
作状態は所定の標準的な移動軌跡を描かせるための初動
操作と判断し、所定時間後に標準軌跡自動制御に移行さ
せるべく、操作桿の１つの大きな値の操作量に対応した
駆動指令には標準軌跡自動制御に漸次近づくような制限
を加えた駆動指令を発し、他の操作桿の操作量に対応し
た駆動指令には標準軌跡自動制御に漸次近づくような制
限を加えた駆動指令と、操作桿の１つの大きな値の操作
量に対応した駆動指令に応じて標準軌跡自動制御を行わ
せる駆動指令との中、大きな値の駆動指令を発する初動
移行制御を行うようにしたので、所望の作業軌跡の自動
動作制御開始に際して、通常の手動操作による一般作業
の操作を中断して軌跡自動制御のための特別の操作情報
の入力操作の必要がなく、所望の作業軌跡を形成させる
ために操作者が意図した通りの操作桿の手動操作を行う
だけで、手動操作による一般作業の動作から所望の作業
軌跡の軌跡自動制御に違和感無く、しかも、滑らかに移
行できるから、軌跡自動制御装置の操作性を極めて優れ
たものとすることができる。

【００６９】請求項２記載の発明によれば、軌跡自動制
御動作を開始した後は、操作者により操作された操作桿
の操作状態に加えてバケットの所定個所に設定された注
目点の座標またはバケット角を常に監視して、操作桿の
操作量およびその変化量が予め設定された所定の標準軌
跡初動操作範囲および標準軌跡初動操作変化範囲内にあ
るか否かを判定すると共に、注目点が所定の軌跡制御開
始領域内にあるか否かまたはバケットの姿勢が軌跡制御
開始作業体姿勢範囲内にあるか否かを判定し、その判断
結果が否であった時には、操作桿の操作状態に対応した
駆動指令に従った動作を行わせ、その判定結果が然りで
あった時には、操作状態は所定の標準的な移動軌跡を描
かせるための初動操作と判断し、初動移行制御を行うよ
うにしたので、標準軌跡自動制御への移行の判断の妥当
性をより確かなものにすることができる。

【００７０】請求項３記載の発明によれば、初動移行制
御または標準軌跡自動制御に移行した後、操作者により
操作された操作桿の操作状態を常に監視して、該操作状
態が所定の標準作業軌跡自動制御解除条件に合致するか
否かを判定し、その判定結果が然りであった時には、操
作者は標準軌跡自動制御の継続を意図しないものと判断
し、初動移行制御または標準軌跡自動制御における駆動
指令の内容を操作者による操作桿の操作状態に対応した
駆動指令の内容に徐々に近付ける駆動指令を発するよう
にしたので、初動移行制御または標準軌跡自動制御中に
操作者の操作桿の手動操作による通常の油圧駆動機構の
駆動制御に違和感無く戻ることができるから、軌跡自動
制御装置の操作性を一層優れたものとすることができ
る。請求項４記載の発明によれば、標準軌跡自動制御は
水平面に対して所定の角度を有した傾斜した平面である
法面を均す法面均し軌跡自動制御としたので、高度の操
作性が要求され、かつ、実行頻度が高い法面均し軌跡自
動制御の操作性を極めて優れたものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る油圧制御回路図

【図２】軌跡自動制御の動作概要を説明するための動作
概念図

【図３】法面均し作業開始位置領域を示した模式図

【図４】バケットの法面均し作業開始回動角範囲を示し
た模式図

【図５】本実施例に係る法面均し作業軌跡自動制御の流
れ図

【図６】図５に続く法面均し作業軌跡自動制御の流れ図

【図７】図６に続く法面均し作業軌跡自動制御の流れ図

【図８】バケットの刃先の座標を記述するための三次元
座標系の間の関係を示す説明図

【図９】アーム引電磁減圧弁の制御電流ｅ_a と絞り圧力
ＳＶ_a の関係を示す特性図

【図１０】法面均し作業軌跡自動制御を行う油圧ショベ
ルの動きを示す見取図

【図１１】未熟な操作者が法面均し作業を行った場合の
初動時の操作桿の操作信号波形図

【図１２】初動移行作業軌跡自動制御における各電磁減
圧弁に出力される制御電流の生成過程を説明するための
信号波形図

【図１３】同じく、各電磁減圧弁に発生する絞り圧力お
よび油圧制御弁に付与される各実パイロット圧の圧力波
形図

【図１４】法面均し作業軌跡解除自動制御の内容を説明
するためのパイロット圧力波形図

【図１５】同じく、油圧制御弁に付与されるパイロット
圧の圧力波形図

【図１６】従来例により法面均し作業を行う様子を示す
見取図

【図１７】未熟な操作者が法面均し作業を行った場合の
作業結果の一例を示す見取図

【符号の説明】

１ 油圧制御弁 ２，３ 高圧選択弁 ４ ブーム上電磁減圧弁 ５ ブーム上補完圧生成電磁減圧弁 ６ アーム引電磁減圧弁 ７ バケット押補完圧生成電磁減圧弁 ８ バケット押電磁減圧弁 ９ａ ブーム上用操作桿 １０ａ アーム引用操作桿 １１ａ バケット押用操作桿 １２〜１４ 回動角センサー １５ 油圧ショベル本体 １６ ブーム １７ アーム １８ バケット ２０ パイロットポンプ ２１〜２３ 圧力センサー ２４ 制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機を構成する、多関節屈折部で連結
   されたアーム、ブームおよびバケットを制御された作動
   油により駆動するシリンダー等の各アクチュエーターに
   油圧駆動機構により制御された作動油を供給して前記バ
   ケットの移動軌跡が所望のものとなるように自動制御す
   る油圧掘削機械の軌跡自動制御装置において、軌跡自動
   制御動作を開始した後は、操作者により操作された操作
   桿の操作状態を常に監視して、前記操作桿の操作量およ
   び該操作桿の操作量の変化量が予め設定された所定の標
   準軌跡初動操作範囲および標準軌跡初動操作変化範囲内
   にあるか否かを判定し、その判断結果が否であった時に
   は、前記操作桿の操作状態に対応した駆動指令を前記油
   圧駆動機構にその儘伝達して該駆動指令に従った動作を
   行わせ、その判定結果が然りであった時には、前記操作
   状態は所定の標準的な移動軌跡を描かせるための初動操
   作と判断し、所定時間後に前記駆動指令に修正を加えあ
   るいは新たな駆動指令を生成して前記油圧駆動機構に伝
   達することにより前記バケットに標準的な移動軌跡を自
   動的に描かせる標準軌跡自動制御に移行させるべく、前
   記操作桿の１つの大きな値の操作量に対応した駆動指令
   には前記標準軌跡自動制御に漸次近づくような制限を加
   えた駆動指令を前記油圧駆動機構に伝達し、他の前記操
   作桿の操作量に対応した駆動指令には前記標準軌跡自動
   制御に漸次近づくような制限を加えた駆動指令と、前記
   操作桿の１つの大きな値の操作量に対応した駆動指令に
   応じて前記標準軌跡自動制御を行わせる駆動指令との
   中、大きな値の駆動指令を前記油圧駆動機構に伝達する
   初動移行制御を行うようにしたことを特徴とする油圧掘
   削機械の軌跡自動制御装置。
2. 【請求項２】 軌跡自動制御動作を開始した後は、操作
   者により操作された操作桿の操作状態に加えてバケット
   の所定個所に設定された注目点の座標またはバケット角
   を常に監視して、前記操作桿の操作量および該操作桿の
   操作量の変化量が予め設定された所定の標準軌跡初動操
   作範囲および標準軌跡初動操作変化範囲内にあるか否か
   を判定すると共に、前記注目点が所定の軌跡制御開始領
   域内にあるか否かまたはバケットの姿勢が軌跡制御開始
   作業体姿勢範囲内にあるか否かを判定し、その判断結果
   が否であった時には、前記操作桿の操作状態に対応した
   駆動指令を前記油圧駆動機構にその儘伝達して該駆動指
   令に従った動作を行わせ、その判定結果が然りであった
   時には、前記操作状態は所定の標準的な移動軌跡を描か
   せるための初動操作と判断し、初動移行制御を行うよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の油圧掘削機械の
   軌跡自動制御装置。
3. 【請求項３】 初動移行制御または標準軌跡自動制御に
   移行した後、操作者により操作された操作桿の操作状態
   を常に監視して、該操作状態が所定の標準作業軌跡自動
   制御解除条件に合致するか否かを判定し、その判定結果
   が然りであった時には、操作者は標準軌跡自動制御を意
   図しないものと判断し、前記初動移行制御または前記標
   準軌跡自動制御における駆動指令の内容を操作者による
   前記操作桿の操作状態に対応した駆動指令の内容に徐々
   に近付ける駆動指令を前記油圧駆動機構に伝達する軌跡
   自動制御解除制御を行うようにしたことを特徴とする請
   求項１または請求項２記載の油圧掘削機械の軌跡自動制
   御装置。
4. 【請求項４】 バケットに標準的な移動軌跡を自動的に
   描かせる標準軌跡自動制御は水平面に対して所定の角度
   を有した傾斜した平面である法面を均す均し軌跡自動制
   御であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の中の
   何れか記載の油圧掘削機械の軌跡自動制御装置。