特許 5752350 建設機械の作業方法及び建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5752350

(24)【登録日】2015年5月29日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】建設機械の作業方法及び建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20150702BHJP

【ＦＩ】

   E02F3/43 J

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2009-252284(P2009-252284)

(22)【出願日】2009年11月2日

(65)【公開番号】特開2011-94453(P2011-94453A)

(43)【公開日】2011年5月12日

【審査請求日】2012年1月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】呉 春男

(72)【発明者】

【氏名】李 世鵬

【審査官】 須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−１３３１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１９５３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０６９４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１８６３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０５４０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７７５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２７８３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ３／４３

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２２

ＣｉＮｉｉ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

オペレータによる操作レバーの操作によって、上部旋回体に配置されたブーム及び旋回を含む作業部分を動かす建設機械の作業方法であって、
前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じて動作制御される前記作業部分により繰り返し実行される一連の作業を複数の動作区間に分け、
動作区間毎に、実行すべき動作に対する動作目標値を設定し、
各動作区間において、前記オペレータにより前記操作レバーの操作がされると、各関節に備える角度センサで検出された角度を用いて高さを含む現在の動作状態を表す現在値を算出し、
前記動作目標値を達成したら、前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じた次の動作区間への移行を許可し、分けられた動作区間が全て終了すると、前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じた次のサイクルを繰り返すべく、最初の動作区間から再度実行する
ことを特徴とする建設機械の作業方法。

【請求項2】

請求項１記載の建設機械の作業方法であって、
前記建設機械はブーム、アーム、及びバケットを前記作業部分として含む油圧ショベルであり、
バケットの高さに対して前記動作目標値を設定し、
バケットの高さを、ブーム、アーム、及びバケットの角度を検出する角度センサからの検出値に基づいて算出することを特徴とする建設機械の作業方法。

【請求項3】

請求項１記載の建設機械の作業方法であって、
前記建設機械は前記作業部分を旋回させる旋回機構を有し、
該旋回機構に設けられた角度センサによって旋回位置を検出することを特徴とする建設機械の作業方法。

【請求項4】

オペレータによる操作レバーの操作によって、上部旋回体に配置されたブーム及び旋回を含む作業要素を動かす建設機械であって、
前記作業要素の動作を制御する制御装置と各関節に備える角度センサを有し、
前記制御装置は、
前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じて動作制御される前記作業要素により繰り返し実行される一連の作業を複数の動作区間に分け、
動作区間毎に、実行すべき動作に対する動作目標値を設定し、
各動作区間において、前記オペレータにより前記操作レバーの操作がされると、前記角度センサで検出された角度を用いて高さを含む現在の動作状態を表す現在値を算出し、
前記動作目標値を達成したら、前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じた次の動作区間への移行を許可し、分けられた動作区間が全て終了すると、前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じた次のサイクルを繰り返すべく、最初の動作区間から再度実行する
ことを特徴とする建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はオペレータが建設機械を操作しながら行なう作業方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、建設機械はオペレータが操縦することにより各種の作業を行なうように設計されている。建設機械を用いて行なう作業には、同じ動作を繰り返し行なう作業が多い。例えば、建設機械の一例としてショベルが行なう掘削・積込み動作は、バケットにより土を掘削して運搬車に積み込むという一連の動作の繰り返しである。そのようなショベルが行なう掘削・積込み動作は、オペレータがショベル運転室のレバーを操作して、バケット、アーム、ブーム、及びキャビンの旋回を操作することで行なわれる。

【0003】

建設機械は内燃機械の動力や油圧等を用いて大きな力でアーム等を動かす作業が多く、オペレータが操縦を誤って意図しない動きを指令してしまった場合に、移動する部分が作業範囲内の物体と干渉して物体を損傷してしまうおそれがある。そこで、ショベルのバケット先端が干渉防止領域に侵入したときに、アームの移動を制限して干渉防止領域からバケットが退避する動作のみを行なうことができるようにした作業機の干渉防止装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この干渉防止装置は、ショベルの先端の軌跡を座標系で規定してショベルの先端が干渉防止領域に侵入したことを判断することにより、ショベルの先端の移動を制限する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−２７８３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のように干渉防止領域を設定することで、例えば熟練していないオペレータが建設機械を操縦した場合でも、操縦を誤って他の物体に作業部分を干渉させることを防止することができる。しかし、例えば、ショベル等のそれ自体が移動する建設機械では、移動することにより周囲の状況が変化するため、移動するたびに干渉防止領域を設定することが難しい。

【0006】

また、上述の干渉の問題とは別に、熟練していないオペレータが建設機械を操縦した場合、作業部分を目標の位置まで移動させることができないこともあり得る。例えば、上述のショベルが行なう掘削・積込み動作では、掘削の都度バケットを目標の掘削深さまで移動させる必要があるが、熟練していないオペレータが操縦した場合にはバケットが目標の掘削深さまで移動する前に次の動作に移行してしまうことがあり、作業効率が低下してしまうといった問題が生じることがある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施態様によれば、オペレータによる操作レバーの操作によって、上部旋回体に配置されたブーム及び旋回を含む作業部分を動かす建設機械の作業方法であって、前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じて動作制御される前記作業部分により繰り返し実行される一連の作業を複数の動作区間に分け、動作区間毎に、実行すべき動作に対する動作目標値を設定し、各動作区間において、前記オペレータにより前記操作レバーの操作がされると、各関節に備える角度センサで検出された角度を用いて高さを含む現在の動作状態を表す現在値を算出し、前記動作目標値を達成したら、前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じた次の動作区間への移行を許可し、分けられた動作区間が全て終了すると、前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じた次のサイクルを繰り返すべく、最初の動作区間から再度実行することを特徴とする建設機械の作業方法が提供される。

【0008】

前記建設機械は油圧ショベルであり、バケットの高さに対して前記動作目標値を設定し、バケットの高さを、ブーム、アーム、及びバケットの角度を検出する角度センサからの検出値に基づいて算出することとしてもよい。また、前記建設機械は作業部分を旋回させる旋回機構を有し、該旋回機構に設けられた角度センサによって旋回位置を検出することとしてもよい。

【0009】

本発明の他の実施態様によれば、オペレータによる操作レバーの操作によって、上部旋回体に配置されたブーム及び旋回を含む作業要素を動かす建設機械であって、前記作業要素の動作を制御する制御装置と各関節に備える角度センサを有し、前記制御装置は、前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じて動作制御される前記作業要素により繰り返し実行される一連の作業を複数の動作区間に分け、動作区間毎に、実行すべき動作に対する動作目標値を設定し、各動作区間において、前記オペレータにより前記操作レバーの操作がされると、前記角度センサで検出された角度を用いて高さを含む現在の動作状態を表す現在値を算出し、前記動作目標値を達成したら、前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じた次の動作区間への移行を許可し、分けられた動作区間が全て終了すると、前記オペレータによる前記操作レバーの操作に応じた次のサイクルを繰り返すべく、最初の動作区間から再度実行することを特徴とする建設機械が提供される。

【発明の効果】

【0010】

上述の発明によれば、各動作区間で必ず達成しなければならない動作を確実に実行させることができる。したがって、熟練していないオペレータが建設機械を操縦したとしても、各動作区間における動作を完全に実行しないまま次の動作区間に移行することが防止される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】油圧ショベルの側面図である。

【図2】油圧ショベルの動作を規定するパラメータを示す図である。

【図3】掘削・積込み動作を説明するための図である。

【図4】本発明の一実施形態による建設機械で行なう作業方法のフローチャートである。

【図5】初期状態設定処理のフローチャートである。

【図6】掘削動作区間での動作終了判定処理のフローチャートである。

【図7】ブーム上げ旋回動作区間での動作終了判定処理のフローチャートである。

【図8】ダンプ動作区間での動作終了判定処理のフローチャートである。

【図9】ブーム下げ旋回動作区間での動作終了判定処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0013】

まず、本発明による作業方法を行なう建設機械の一例として油圧ショベルについて説明する。なお、本発明による作業方法が適用される建設機械は、油圧ショベルに限定されるものではない。

【0014】

図１は油圧ショベルの側面図である。油圧ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３からブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が接続される。さらに、アーム５の先端にバケット６が接続される。ブーム４、アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０及び動力源としてのエンジン（図示せず）が搭載される。また、上部旋回体３には油圧ショベルの各部の動作を制御する制御部として制御装置２０が搭載される。制御装置２０はマイクロコンピュータ及びメモリ等で構成される装置である。

【0015】

ブーム４は上部旋回体３に対して上下に旋回可能に支持されており、旋回支持部（関節）にブーム角度センサ（図示せず）が取り付けられている。ブーム角度センサは周知の角度検出器であればどのようなものでもかまわないが、安価なロータリエンコーダを用いることが好ましい。ブーム角度センサによりブーム角θ１を検出することができる。ブーム角θ１は水平方向からのブーム４の傾き角度である。なお、ブーム角θ１は、図２における反時計方向（ブームが開く方向）を正とする。

【0016】

アーム５はブーム４の先端に旋回可能に支持されており、旋回支持部（関節）にアーム角度センサ（図示せず）が取り付けられている。アーム角度センサは周知の角度検出器であればどのようなものでもかまわないが、安価なロータリエンコーダを用いることが好ましい。アーム角度センサにより後述のアーム角θ２を検出することができる。アーム角θ２は水平方向からのアーム５の傾き角度である。なお、なお、アーム角θ２は、図２における反時計方向（アームが開く方向）を正とする。

【0017】

バケット６はアーム５の先端に旋回可能に支持されており、旋回支持部（関節）にバケット角度センサ（図示せず）が取り付けられている。バケット角度センサは周知の角度検出器であればどのようなものでもかまわないが、安価なロータリエンコーダを用いることが好ましい。バケット角度センサにより後述のバケット角θ３を検出することができる。バケット角θ３はアーム５に対するバケット６の傾き角度である。なお、バケット角θ３は、図２における反半時計方向（バケットが開く方向）を正とする。

【0018】

上部旋回体３を旋回させる旋回機構２には、旋回角度センサ（図示せず）が設けられている。旋回角度センサは周知の角度検出器であればどのようなものでもかまわないが、安価なロータリエンコーダを用いることが好ましい。旋回角度センサにより、後述の旋回角θ４を検出することができる。旋回角θ４は上部旋回体３が正面を向いた位置からの角度である。

【0019】

ブーム４，アーム５，バケット６の位置は、上述のブーム角θ１、アーム角θ２、バケット角θ３及び旋回角θ４をパラメータとして演算により求めることができる。図２はブーム角θ１、アーム角θ２、バケット角θ３及び旋回角θ４を示す図である。図２において、地面からブーム４の旋回支持部までの高さＨ１は既知の一定の値である。また、ブーム４の旋回支持部からアーム５の旋回支持部までの距離Ｌ１も既知の一定の値である。さらに、アーム５の旋回支持部からバケット６の旋回支持部までの距離Ｌ２も既知の一定の値である。また、バケット６の厚みＴ１も既知の一定の値である。したがって、地面からバケット６までの高さＨＢは以下の式に各パラメータ（θ１〜θ３）の値を入れて演算することで容易に求めることができる。

【0020】

ＨＢ＝Ｈ１＋Ｌ１・ｓｉｎθ１＋Ｌ２・ｓｉｎθ２−Ｔ１
また、バケット６の先端の高さＤＢは以下の式で求めることができる。

【0021】

ＤＢ＝Ｈ１＋Ｌ１・ｓｉｎθ１＋Ｌ２・ｓｉｎθ２＋Ｌ３・ｓｉｎ（θ２＋θ３）
また、バケット６の旋回方向の位置は、旋回機構２に設けられた旋回角度センサで検出した旋回角θ４で表される。

【0022】

次に、油圧ショベルを用いて行なう作業の一例について説明する。油圧ショベルを用いて行なう動作の代表的なものとして、掘削・積込み動作がある。掘削・積込み動作は、掘削動作と積込み動作を含む一連の動作であり、バケットで土を掘ってすくい上げ、ダンプカーの荷台等の所定の場所に排土する作業である。掘削・積込み動作については、社団法人日本建設機械化協会規格（ＪＣＭＡＳ）において詳細に規定されている。

【0023】

掘削・積込み動作について、図３を参照しながらさらに詳しく説明する。まず、図３（ａ）に示すように、上部旋回体３を旋回してバケット６が掘削位置の上方に位置している状態で、且つ、アーム５が開きバケット６も開いた状態で、オペレータはブーム４を下げ、バケット６の先端が目標の掘削深さＤとなるようにバケット６を下降させる。通常、旋回及びブーム下げは、オペレータが操作し、目視でバケット６の位置を確認する。また、上部旋回体３の旋回と、ブーム４の下げは同時に行なうことが一般的である。以上の動作をブーム下げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム下げ旋回動作区間と称する。

【0024】

オペレータがバケット６の先端が目標の掘削深さＤに到達したと判断したら、次に、図３（ｂ）に示すように水平引き動作に移る。水平引き動作では、バケット６の先端がほぼ水平に移動するように、アーム５が地面に対して垂直になるまでアーム５を閉じる。この水平引き動作により、所定の深さの土が掘削されバケット６でかき寄せられる。水平引き動作が完了したら、次に、図３（ｃ）に示すように、アーム５に対して９０度になるまでバケット６を閉じる。すなわち、バケット６の上縁が水平となるまでバケット６を閉じ、かき集めた土をバケット６内に収容する。以上の動作を掘削動作と称し、この動作区間を掘削動作区間と称する。

【0025】

オペレータは、バケット６が９０度になるまで閉じたと判断したら、次に、図３（ｄ）に示すように、バケット６を閉じたままバケット６の底部が所定の高さＨとなるまでブーム４を上げる。これに続いて、あるいは同時に、上部旋回体３を旋回して排土する位置までバケット６を旋回移動する。以上の動作をブーム上げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム上げ旋回動作区間と称する。

【0026】

なお、バケット６の底部が所定の高さＨとなるまでブーム４を上げるのは、例えば、ダンプカーの荷台に排土する際にはバケット６を荷台の高さより高く持ち上げないとバケット６が荷台にぶつかってしまうためである。例えば熟練していないオペレータが操縦していた場合、バケット６を所定の高さＨまで持ち上げないまま旋回するおそれがある。そのような場合には、バケット６をダンプカーの荷台にぶつけてしまうおそれがある。

【0027】

オペレータは、ブーム上げ旋回動作が完了したと判断したら、次に、図３（ｅ）に示すようにアーム５及びバケット６を開いて、バケット６内の土を排出する。この動作をダンプ動作と称し、この動作区間をダンプ動作区間と称する。ダンプ動作では、バケット６のみを開いて排土してもよい。

【0028】

オペレータは、ダンプ動作が完了したと判断したら、次に、図３（ｆ）に示すように、上部旋回体３を旋回してバケット６を掘削位置の真上に移動させる。このとき、旋回と同時にブーム４を下げてバケット６を掘削開始位置まで下降させる。この動作は図３（ａ）にて説明したブーム下げ旋回動作の一部である。オペレータは、図３（ａ）に示すようにバケット６を掘削開始位置から目標の掘削深さＤまで下降させ、再び図３（ｂ）に示す掘削動作を行なう。

【0029】

以上の「ブーム下げ旋回動作」、「掘削動作」、「ブーム上げ旋回動作」、「ダンプ動作」、「ブーム下げ旋回動作」を一サイクルとしてこのサイクルを繰り返し行いながら、掘削・積込みを進めていく。各動作が完了したか否か、すなわち各動作区間においてなすべき動作が終了したか否かはオペレータの判断によるものであり、オペレータが判断を誤った場合などは、一つの動作区間が完了しないのに、次の動作区間に移行してしまうおそれがある。そのような場合は、完了しなかった動作区間をやり直すことで作業効率が低下するばかりでなく、例えば、バケット６をダンプカーの荷台にぶつけて損傷するといった問題を引き起こす可能性がある。

【0030】

そこで、本発明の一実施形態による作業方法では、上述の各動作区間において動作目標値を定め、動作目標値をクリアしなければ次の動作区間に進めないようにしている。例えば、図３（ａ）に示すブーム下げ旋回動作区間では、掘削深さの目標値を設定し、バケット６の位置が目標値に達しないと次の掘削動作区間に進むことができないように動作を制限する。

【0031】

ここで、本発明の一実施形態による作業方法について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。図４は本発明の一実施形態による建設機械で行なう作業方法のフローチャートである。図４に示す作業方法は、建設機械として上述の油圧ショベルを用い、上述の掘削・積込み動作を行なうものである。

【0032】

掘削・積込み動作を開始するには、オペレータは、まず、行なうべき作業動作（この場合、掘削・積込み動作）を選択する。本実施形態による作業方法を実行する油圧ショベルには、油圧ショベルで行なう作業動作の基本動作が設定されており、各動作区間での動作目標値が設定できるようになっている。そこで、オペレータは各動作区間での動作目標値を油圧ショベルの制御装置２０に入力する。動作目標値は、各動作区間で予め決定される設定値であり、本実施形態において、ブーム下げ旋回動作区間では、動作目標値はこれから掘削しようとする掘削深さＤである。また、掘削動作区間での動作目標値はアーム角θ２の値（例えば−９０度）及びバケット角θ３の値（例えば−９０度）である。ブーム上げ旋回動作区間での動作目標値は地面からバケット６までの高さＨＢである。ダンプ動作区間での動作目標値は、バケット角θ３の値（例えば０度）である。以上の各動作区間における動作目標値は、その動作区間で達成しなければならない動作が完了したか否かを判断するための設定値であり、上述の設定値に限定されるものではない。

【0033】

動作目標値の設定が終了したら、ステップＳ１において、オペレータは油圧ショベルを操縦して、掘削・積込み動作を開始するための初期状態に設定し、初期状態設定が終了したか否かを判定する。

【0034】

図５は初期状態設定処理のフローチャートである。初期状態設定処理が開始されると、まず、ステップＳ１５において、油圧ショベルの制御装置２０は現在の掘削深さを算出する。そして、ステップＳ１６において、制御装置２０はバケット６の先端が掘削開始深さに到達したか否かを判定する。ステップＳ１６において、バケット６の先端が掘削開始深さに到達していないと判定されると、ブーム下げ旋回動作が完了していないと判定され、処理はステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、制御装置２０はブーム下げ旋回動作の終了を許可しない処理を行なう。ステップＳ１７の処理の後、処理はステップＳ１５からステップ１６に戻り、制御装置２０は再びバケット６の先端が掘削開始深さに到達したか否かを判定してブーム下げ旋回動作が完了したか否かを判定する。

【0035】

一方、ステップＳ１６において、バケット６の先端が掘削開始深さに到達したと判定されると、ブーム下げ旋回動作が完了したと判定され、処理はステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、制御装置２０はブーム下げ旋回動作の終了を許可する。これにより、オペレータは、操縦レバーを操作してブーム４を下げ、掘削動作を開始することができる。

【0036】

以上のように、オペレータは、バケット６を掘削開始位置に移動してからバケット６を掘削深さまで下降させる。このときの掘削深さは上述の動作目標値である。そして、オペレータはアーム５及びバケット６を操作して掘削動作を行なう。掘削動作を行なっている間は掘削動作区間である。

【0037】

図４に戻り説明を続ける。掘削動作区間が開始されると、ステップＳ２において、油圧ショベルの制御装置２０は掘削動作区間が終了したか否かを判定する。この判定は上述の動作目標値に基づいて行なわれる。すなわち、掘削動作区間では、油圧ショベルの制御装置２０はアーム角θ２及びバケット角θ３と動作目標値とを比較しており、アーム角θ２及びバケット角θ３の両方がそれぞれの動作目標値に到達したか否かを判定する。

【0038】

ステップＳ２においてアーム角θ２及びバケット角θ３がそれぞれの動作目標値に到達していないと判定されると、掘削動作区間は未だ終了していないと判定し、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３では、制御装置２０はブーム上げ旋回動作区間に移行することを許可しない制御処理を行なう。すなわち、ステップＳ３において、制御装置２０は、ブーム４を上げる動作及び上部旋回体３を旋回する動作の実行を禁止する。したがって、オペレータはブーム４を上げるように操縦レバーを操作してもブーム４は上がらなく、また、上部旋回体３を旋回するように操作レバーを操作しても、上部旋回体３は旋回しない。これにより、オペレータは未だ掘削動作区間が終了していないことを認識し、掘削動作を続けて行なう。ステップＳ３の処理が終了したら、処理はステップＳ２に戻り、再び、掘削動作区間が終了したか否かを判定する。

【0039】

一方、ステップＳ２においてアーム角θ２及びバケット角θ３がそれぞれの動作目標値に到達したと判定されると、掘削動作区間が終了したと判定し、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ブーム上げ旋回動作区間に移行することを許可する。すなわち、ステップＳ３において、制御装置２０は、ブーム４を上げる動作及び上部旋回体３を旋回する動作の実行を許可する。したがって、オペレータがブーム４を上げるように操縦レバーを操作すれば操作のとおりにブーム４は上がり、また、上部旋回体３を旋回するように操作レバーを操作すれば、操作のとおりに上部旋回体３は旋回する。これにより、オペレータは操作レバーを操作してブーム上げ旋回動作を行なうことができる。

【0040】

以上のステップＳ２〜Ｓ４までの処理が掘削動作区間での動作終了判定処理である。この切削動作区間での動作終了判定処理について、図５を参照しながらさらに詳細に説明する。図６は掘削動作区間での動作終了判定処理のフローチャートである。

【0041】

掘削動作区間に入ると、ステップＳ２１において、油圧ショベルの制御装置２０は現在のバケット６による掘削深さを演算により求める。そして、ステップＳ２２において、制御装置２０はアーム角θ２が−９０度なったか否かを判定する。アーム角θ２が−９０度になるということは、アーム５が地面に対して垂直になることである。バケット６の水平引き動作はアーム５が垂直になった時点で終了すると規定する。

【0042】

ステップＳ２２において、アーム角θ２が−９０度になっていないと判定されると、水平引き動作が完了していないと判定され、処理はステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、制御装置２０はバケット掘削を許可しない処理を行なう。バケット掘削とは、バケット６をアーム５に対して−９０度になるように閉じて土をバケット６ですくい上げることである。ステップＳ２３の処理の後、処理はステップＳ２２に戻り、制御装置２０は再び水平引き動作が完了したか否かを判定する。

【0043】

一方、ステップＳ２２において、アーム角θ２が−９０度になったと判定されると、水平引き動作が完了したと判定され、処理はステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、制御装置２０はバケット掘削を許可する。これにより、オペレータは、操縦レバーを操作してバケット６を閉じることができる。

【0044】

バケット６を閉じる動作が行なわれると、ステップＳ２５において、制御装置２０はバケット角θ３が−９０度になったか否かを判定する。バケット角θ３が−９０度になることは、バケット６の上縁が水平になるまでバケット６が閉じられたことであり、バケット６土をすくい上げた状態となったことである。したがって、この時点でバケット掘削が終了したと判定することができる。

【0045】

ステップＳ２５において、バケット角θ３が−９０度になっておらずバケット掘削が完了していないと判定されると、処理はステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、制御装置２０はブーム上げ旋回動作を許可しない処理を行なう。すなわち、ステップＳ２６では、ブーム４を上げる動作と、上部旋回体３を旋回する動作を行なうことができないように制御処理が行なわれる。この制御処理が行なわれると、オペレータが操作レバーを操作してブーム４を上げようとしても、ブーム４は動作しない。また、オペレータが操作レバーを操作して上部旋回体３を旋回させようとしても、上部旋回体は旋回しない。これにより、オペレータは未だバケット掘削が完了していないことを認識し、引き続きバケット６を閉じるように操作する。ステップＳ２６の処理の後、処理はステップＳ２５に戻り、制御装置２０は再びバケット掘削が完了したか否かを判定する。

【0046】

一方、ステップＳ２５において、バケット角θ３が−９０度になってバケット掘削が完了したと判定されると、処理はステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、制御装置２０はブーム上げ旋回動作を許可する処理を行なう。これにより、オペレータは操作レバーを操作してブーム４を上げて上部旋回体３を旋回させることができる。すなわち、ブーム上げ旋回動作区間へ移行することができる。

【0047】

以上の処理が図４のステップＳ２〜Ｓ４までの処理（掘削動作区間での処理）に相当する。ステップＳ４において、ブーム上げ旋回動作が許可されると、続いて、ステップＳ５において、油圧ショベルの制御装置２０はブーム上げ旋回動作区間が終了したか否かを判定する。この判定は上述の動作目標値に基づいて行なわれる。すなわち、ブーム上げ旋回動作区間では、油圧ショベルの制御装置２０はバケット６の高さＨＢと動作目標値とを比較しており、バケット６の高さＨＢが動作目標値に到達したか否かを判定する。

【0048】

ステップＳ５においてバケット６の高さＨＢが動作目標値に到達していないと判定されると、ブーム上げ旋回動作区間は未だ終了していないと判定し、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、制御装置２０はダンプ動作区間に移行することを許可しない制御処理を行なう。すなわち、ステップＳ６において、制御装置２０は、バケット６及びアーム５を開く動作の実行を禁止する。したがって、オペレータがバケット６を開くように操縦レバーを操作してもバケット６は開かなく、また、アーム５を開くように操作レバーを操作しても、アーム５は開かない。これにより、オペレータは未だブーム上げ旋回動作区間が終了していないことを認識し、ブーム上げ旋回動作を続けて行なう。ステップＳ６の処理が終了したら、処理はステップＳ５に戻り、再びブーム上げ旋回動作が終了したか否かを判定する。

【0049】

一方、ステップＳ５においてバケット６の高さＨＢが動作目標値に到達したと判定されると、ブーム上げ旋回動作区間が終了したと判定し、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７では、制御装置２０はダンプ動作区間に移行することを許可する制御処理を行なう。したがって、オペレータがバケット６を開くように操縦レバーを操作すればバケット６は開くようになり、また、アーム５を開くように操作レバーを操作すれば、アーム５は開くことになる。これにより、これにより、オペレータは操作レバーを操作してブーム上げ旋回動作を行なうことができる。

【0050】

以上のステップＳ５〜Ｓ７までの処理がブーム上げ旋回動作区間での動作終了判定処理である。このブーム上げ旋回動作区間での動作終了判定処理について、図７を参照しながらさらに詳細に説明する。図７はブーム上げ旋回動作区間での動作終了判定処理のフローチャートである。

【0051】

ブーム上げ旋回動作区間に入ると、ステップＳ３１において、油圧ショベルの制御装置２０は現在のバケット６の高さＨＢを検出する。そして、ステップＳ３２において、制御装置２０はバケット６の高さＨＢが動作目標値として設定された高さとなったか否かを判定する。すなわち、バケット６が目標の高さまで上げられたか否かが判定される。この判定処理は、例えば、バケット６の最下部がダンプカーの荷台よりも上まで持ち上げられたか否かを判定する処理である。ダンプ動作は、バケット６の高さＨＢが動作目標値として設定された高さとなった時点で終了すると規定する。

【0052】

ステップＳ３２において、バケット６の高さＨＢが動作目標値として設定された高さとなっていないと判定されると、ダンプ動作が完了していないと判定され、処理はステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、制御装置２０はダンプ動作を許可しない処理を行なう。このステップＳ３３の処理は図４におけるステップＳ６の処理に相当する。ステップＳ３３の処理の後、処理はステップＳ３２に戻り、制御装置２０は再びバケット６の高さＨＢが動作目標値として設定された高さとなったか否かを判定する。

【0053】

一方、ステップＳ３２において、バケット６の高さＨＢが動作目標値として設定された高さとなったと判定されると、ブーム上げ旋回動作が完了したと判定され、処理はステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、制御装置２０はダンプ動作を許可する。このステップＳ３４の処理は図４のステップＳ７の処理に相当する。これにより、オペレータは、操縦レバーを操作してバケット６を開き、排土を行なうことができる。

【0054】

以上の処理が図４のステップＳ５〜Ｓ７までの処理（ブーム上げ旋回動作区間での処理）に相当する。ステップＳ７において、ダンプ動作が許可されると、続いて、ステップＳ８において、油圧ショベルの制御装置２０はダンプ動作区間が終了したか否かを判定する。この判定は上述の動作目標値に基づいて行なわれる。すなわち、ダンプ動作区間では、油圧ショベルの制御装置２０はバケット角θ３と動作目標値とを比較しており、バケット角θ３が動作目標値である０度に到達したか否かを判定する。

【0055】

ステップＳ７においてバケット角θ３が動作目標値である０度に到達していないと判定されると、ダンプ動作区間は未だ終了していないと判定し、処理はステップＳ９に進む。ステップＳ９では、制御装置２０はブーム下げ旋回動作区間に移行することを許可しない制御処理を行なう。すなわち、ステップＳ９において、制御装置２０は、ブーム４を下げて旋回する動作の実行を禁止する。したがって、オペレータがブーム４を下げるように操縦レバーを操作してもブーム４は下がらず、また、上部旋回体３を旋回させるように操作レバーを操作しても、上部旋回体３は旋回しない。これにより、オペレータは未だダンプ動作が終了していないことを認識し、ダンプ動作を続けて行なう。ステップＳ９の処理が終了したら、処理はステップＳ８に戻り、再びダンプ動作が終了したか否かを判定する。

【0056】

一方、ステップＳ８においてバケット角θ３が動作目標値である０度に到達したと判定されると、ダンプ動作区間が終了したと判定し、処理はステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、制御装置２０はブーム下げ旋回動作区間に移行することを許可する制御処理を行なう。したがって、オペレータがブーム４を下げるように操縦レバーを操作すればブーム４は下がるようになり、また、上部旋回体３を旋回するように操作レバーを操作すれば、上部旋回体３は旋回することとなる。これにより、オペレータは操作レバーを操作してブーム下げ旋回動作を行なうことができる。

【0057】

以上のステップＳ８〜Ｓ１０までの処理がダンプ動作区間での動作終了判定処理である。このダンプ動作区間での動作終了判定処理について、図８を参照しながらさらに詳細に説明する。図８はダンプ動作区間での動作終了判定処理のフローチャートである。

【0058】

ダンプ動作区間に入ると、ステップＳ４１において、油圧ショベルの制御装置２０は現在のバケット角θ３の値を検出する。そして、ステップＳ４２において、制御装置２０はバケット角θ３が動作目標値である０度なったか否かを判定する。

【0059】

ステップＳ４２において、バケット角θ３が０度になっていないと判定されると、ダンプ動作が完了していないと判定され、処理はステップＳ４３に進む。ステップＳ４３では、制御装置２０はブーム下げ旋回動作を許可しない処理を行なう。このステップＳ４３の処理は図４におけるステップＳ９の処理に相当する。ステップＳ４３の処理の後、処理はステップＳ４１からステップＳ４２に戻り、制御装置２０は再びバケット角θ３が０度に達したか否かを判定してダンプ動作が完了したか否かを判定する。

【0060】

一方、ステップＳ４２において、バケット角θ３が０度になったと判定されると、ダンプ動作が完了したと判定され、処理はステップＳ４４に進む。ステップＳ４４では、制御装置２０はブーム下げ旋回動作を許可する。このステップＳ４４の処理は図４のステップＳ１０の処理に相当する。これにより、オペレータは、操縦レバーを操作してブーム４を下げ、且つ上部旋回体３を旋回させることができる。

【0061】

以上の処理が図４のステップＳ８〜Ｓ１０までの処理（ブーム下げ旋回動作区間での処理）に相当する。ステップＳ１０において、ブーム下げ旋回動作が許可されると、続いて、ステップＳ１１において、油圧ショベルの制御装置２０はブーム下げ旋回動作区間が終了したか否かを判定する。この判定は上述の動作目標値に基づいて行なわれる。すなわち、ブーム下げ旋回動作区間では、油圧ショベルの制御装置２０はバケット６の先端の高さと動作目標値とを比較しており、バケット６の先端の高さが動作目標値である掘削深さに到達したか否かを判定する。

【0062】

ステップＳ１１においてバケット６の先端の高さが動作目標値である掘削深さに到達していないと判定されると、ブーム下げ旋回動作区間は未だ終了していないと判定し、処理はステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、制御装置２０はブーム下げ旋回動作の終了を許可しない制御処理を行なう。

【0063】

以上のステップＳ１１〜Ｓ１２までの処理がブーム下げ旋回動作区間での動作終了判定処理である。このブーム下げ旋回動作区間での動作終了判定処理について、図９を参照しながらさらに詳細に説明する。図９はブーム下げ旋回動作区間での動作終了判定処理のフローチャートである。

【0064】

ブーム下げ旋回動作区間に入ると、ステップＳ５１において、油圧ショベルの制御装置２０は現在の掘削深さを算出する。そして、ステップＳ５２において、制御部はバケット６の先端が掘削開始深さに到達したか否かを判定する。今回掘削した位置からずれた位置で同じ掘削深さで掘削する場合は、掘削開始深さは初期状態設定において設定した深さとすればよい。あるいは、今回掘削した位置と同じ位置でより深く掘削するのであれば、掘削開始深さをより深い値に設定することとしてもよい。

【0065】

ステップＳ５２において、バケット６の先端が掘削開始深さに到達していないと判定されると、ブーム下げ旋回動作が完了していないと判定され、処理はステップＳ５３に進む。ステップＳ５３では、制御装置２０はブーム下げ旋回動作の終了を許可しない処理を行なう。このステップＳ５３の処理は図４におけるステップＳ１２の処理に相当する。ステップＳ５３の処理の後、処理はステップＳ５１からステップ５２に戻り、制御装置２０は再びバケット６の先端が掘削開始深さに到達したか否かを判定してブーム下げ旋回動作が完了したか否かを判定する。

【0066】

一方、ステップＳ５２において、バケット６の先端が掘削開始深さに到達したと判定されると、ブーム下げ旋回動作が完了したと判定され、処理はステップＳ５４に進む。ステップＳ５４では、制御装置２０はブーム下げ旋回動作の終了を許可する。これにより、オペレータは、操縦レバーを操作してブーム４を下げ、再び掘削動作を開始することができる。

【0067】

なお、掘削・積込み動作の一サイクルを終えて次のサイクルを実行するときに、それまで実行したサイクルの回数に基づいて、掘削深さを自動的に深くするように設定してもよい。あるいは、それまで実行したサイクルにより掘削した部分の幅に基づいて掘削深さを自動的に深くすることもできる。

【0068】

図４に戻り、ステップＳ１１においてバケット６の先端の高さが動作目標値である掘削深さに到達したと判定されると、処理はステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、今回の掘削作業が完了したか否かを判定する。ステップＳ１３において今回の掘削作業が完了していないと判断された場合は、処理はステップＳ２に戻り、掘削作業を続ける。ステップＳ１３において今回の掘削作業が完了したと判断された場合は、掘削・積み込み動作を行なう処理を終了する。

【0069】

以上のように、本実施形態による作業方法によれば、建設機械を用いて行なう作業を動作区間に分け、動作区間毎に動作目標値を設定して、動作目標値が達成されたか否かを判定する。そして、動作目標値が達成されないと、次の動作区間に進むことができないようにしておくことで、各動作区間で必ず達成しなければならない動作を確実に実行させることができる。したがって、熟練していないオペレータが建設機械を操縦したとしても、各動作区間における動作を完全に実行しないまま次の動作区間に移行することが防止される。本実施形態による作業方法は、バケットの軌跡を求めて制御するような複雑な演算を必要とせず、簡単な制御で達成することができる。

【符号の説明】

【0070】

１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
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 キャビン
２０ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】