特許 6606103 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】6606103

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/08 20060101AFI20191031BHJP

   F15B 11/028 20060101ALI20191031BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   F15B11/08 A

   F15B11/028 G

   E02F9/20 Q

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-568336(P2016-568336)

(86)(22)【出願日】2015年12月25日

(86)【国際出願番号】JP2015086291

(87)【国際公開番号】WO2016111205

(87)【国際公開日】20160714

【審査請求日】2017年9月15日

(31)【優先権主張番号】特願2015-780(P2015-780)

(32)【優先日】2015年1月6日

(33)【優先権主張国】JP

(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】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】岡田 純一

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 匠

【審査官】 松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１８９２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２１２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９３７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２８０８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第２７８６９４１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特表２０１４−５１３２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３３０９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８４７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１０６６０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １１／００ − １１／２２

Ｆ１５Ｂ ２１／１４

Ｅ０２Ｆ ３／４２ − ３／４３

Ｅ０２Ｆ ３／８４ − ３／８５

Ｅ０２Ｆ ９／２０ − ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アタッチメントを駆動する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路と、
操縦者によって操作される入力装置と、
前記入力装置の操作量に応じた力を前記アタッチメントに発生させる第１制御モード、及び前記入力装置の操作量に応じた速度で前記アタッチメントを駆動する第２制御モードの少なくとも一方の制御モードで前記油圧回路を制御する機能を持つ制御装置と
を有し、
前記アタッチメントは、ブーム、アーム、及びバケットを含み、
前記制御装置は、前記バケットが空中に保持されているときに、前記第２制御モードで前記油圧回路を制御する建設機械。

【請求項2】

アタッチメントを駆動する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路と、
操縦者によって操作される入力装置と、
前記入力装置の操作量に応じた力を前記アタッチメントに発生させる第１制御モード、及び前記入力装置の操作量に応じた速度で前記アタッチメントを駆動する第２制御モードの少なくとも一方の制御モードで前記油圧回路を制御する機能を持つ制御装置と、
前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢センサと
を有し、
前記制御装置は、前記姿勢センサにより検出された前記アタッチメントの姿勢に基づいて、前記制御モードを決定する機能を持つ建設機械。

【請求項3】

アタッチメントを駆動する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路と、
操縦者によって操作される入力装置と、
前記入力装置の操作量に応じた力を前記アタッチメントに発生させる第１制御モード、及び前記入力装置の操作量に応じた速度で前記アタッチメントを駆動する第２制御モードの少なくとも一方の制御モードで前記油圧回路を制御する機能を持つ制御装置と
を有し、
前記油圧回路は、前記作動油を吐出する油圧ポンプを含み、
前記制御装置は、前記油圧ポンプの吐出圧の測定値に基づいて、前記制御モードを決定する機能、及び前記アタッチメントの先端の位置に基づいて、前記制御モードを決定する機能を有する建設機械。

【請求項4】

前記制御装置は、さらに、前記制御モードを前記第１制御モードと前記第２制御モードとの間で切り替える機能を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の建設機械。

【請求項5】

前記制御装置は、掘削動作中に前記第１制御モードで前記油圧回路を制御する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械。

【請求項6】

前記制御装置は、前記油圧シリンダに供給される前記作動油の圧力に基づいて、前記制御モードを決定する機能を持つ請求項１乃至５のいずれか１項に記載の建設機械。

【請求項7】

さらに、前記油圧シリンダに供給される前記作動油の圧力を測定する圧力センサを有し、
前記制御装置は、前記制御モードが前記第１制御モードであるとき、前記圧力センサの測定値に基づいて求まる前記油圧シリンダが発生する推力が、前記入力装置の操作量に基づく推力要求値に近づくように前記油圧回路を制御する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の建設機械。

【請求項8】

さらに、前記油圧シリンダに流入する前記作動油の流量を測定する流量センサを有し、
前記制御装置は、前記制御モードが前記第２制御モードであるとき、前記流量センサの測定値に基いて求まる前記油圧シリンダの動作速度が、前記入力装置の操作量に基づく動作速度要求値に近づくように前記油圧回路を制御する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧シリンダで作業部品を駆動する建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の一般的なショベルのブーム、アーム、及びバケットの駆動制御方法について、以下に説明する。

【0003】

バケットを駆動するレバー入力があると、バケット用の油圧シリンダの弁の開口の面積が広がる。弁の開口の面積が広がることによって、油圧シリンダに作動油が流入し、油圧シリンダが動作する。この油圧シリンダの動作によって、バケットが駆動される。アーム及びブームを駆動するレバー入力があったときの制御も、これと同様である。レバー入力が大きいと、弁の開口面積が大きくなり、油圧シリンダへ流入する作動油の流量が増加する。その結果として、油圧シリンダの速度や推力が変化する。

【0004】

下記の特許文献１に、油圧モータ、及び油圧モータと協働する電動機とによってブーム等の構造体を駆動する作業機械が開示されている。油圧モータは、油圧ポンプからコントロール弁を介して供給される作動油によって駆動される。

【0005】

特許文献１に開示された作業機械においては、構造体の動作量を決定するリモコン弁の操作量に基づく速度指令に対し、油圧モータの実回転数に基づく速度フィードバック制御と、油圧モータの吸入ポートと排出ポートとにおける作動油圧力差に基づく差圧フィードバック制御とが行われる。このフィードバック制御を行うことにより、油圧モータの実回転数における必要量の作動油を吐出するように、コントロール弁の開度制御が行われる。その結果、作動油がリリーフ弁からリリーフされることによるエネルギ損失を抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−１２７１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

油圧ポンプの吐出流量は、油圧シリンダの動作速度に対応する。油圧ポンプの吐出流量を増加させると、油圧シリンダの動作速度が速くなる。バケット等に反力が加わらないような動作、例えば位置決め動作を行う場合には、操作レバーの操作量に応じて、油圧シリンダの動作速度が変化することが好ましい。

【0008】

ところが、掘削、地ならし等の作業においては、地面からバケット（作用点）に大きな反力が加わる。リリーフ弁が開くような大きな反力がある場合には、油圧ポンプの吐出流量を増加させても、油圧シリンダの動作速度は速くならない。従って、操作レバーの操作量に応じた油圧シリンダの動作速度は得られない。このような場合には、操縦レバーの操作量に応じて油圧シリンダが発生する推力が変化することが好ましい。

【0009】

従来の方法では、操作レバーの操作量に応じて油圧シリンダのコントロール弁の開度を変化させているため、操作量に応じた動作速度や推力が得られるとは限らない。このため、作業性が低下してしまう。所望の動作速度や推力を得るためには、操作者に熟練が必要である。

【0010】

本発明の目的は、操作者の操作に応じて、適切な制御を行うことにより、作業性の低下を抑制することが可能な建設機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一観点によると、
アタッチメントを駆動する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダに作動油を供給する油圧回路と、
操縦者によって操作される入力装置と、
前記入力装置の操作量に応じた力を前記アタッチメントに発生させる第１制御モード、
及び前記入力装置の操作量に応じた速度で前記アタッチメントを駆動する第２制御モード
の少なくとも一方の制御モードで前記油圧回路を制御する機能を持つ制御装置と
を有し、
前記アタッチメントは、ブーム、アーム、及びバケットを含み、
前記制御装置は、前記バケットが空中に保持されているときに、前記第２制御モードで前記油圧回路を制御する建設機械が提供される。

【発明の効果】

【0012】

第１制御モードでは、入力装置の操作量に応じた力をアタッチメントに発生させることができ、第２制御モードでは、入力装置の操作量に応じた速度でアタッチメントを駆動することができる。このため、アタッチメントに大きな反力が加わらないような動作、及び大きな反力が加わるような動作のいずれにおいても適切な制御を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施例による建設機械の側面図である。

【図2】図２は、実施例による建設機械の油圧回路及び油圧制御系の概略図である。

【図3】図３は、制御装置、油圧回路、及び油圧シリンダのブロック図である。

【図4】図４は、ブームシリンダの概略図である。

【図5】図５は、他の実施例による建設機械の制御装置、油圧回路、及び油圧シリンダのブロック図である。

【図6】図６は、さらに他の実施例による建設機械の制御装置、油圧回路、及び油圧シリンダのブロック図である。

【図7】図７は、ブームシリンダの概略図である。

【図8】図８は、さらに他の実施例による建設機械の制御装置、油圧回路、及び油圧シリンダのブロック図である。

【図9】図９は、ブーム、アーム、バケットの姿勢、及び姿勢センサの模式図である。

【図10】図１０Ａ〜図１０Ｃは、さらに他の実施例による建設機械の制御モード切替処理に関わる機能、及び参照されるデータのブロック図である。

【図11】図１１は、掘削作業中のバケットの移動範囲を説明する概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１〜図４を参照して、実施例による建設機械について説明する。
図１に、実施例による建設機械の側面図を示す。下部走行体１０に、旋回機構１１を介して上部旋回体１２が旋回可能に搭載されている。上部旋回体１２にブーム１３、アーム１５、及びバケット１７等の作業部品が連結されている。作業部品は、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８等の油圧シリンダにより油圧駆動される。ブーム１３、アーム１５、及びバケット１７により、掘削用のアタッチメントが構成される。なお、掘削用のアタッチメントの他に、破砕用のアタッチメント、リフティングマグネット用のアタッチメント等を連結することも可能である。

【0015】

次に、図２を参照して、本実施例による建設機械の油圧回路及び油圧制御系について説明する。図２に、実施例による建設機械の油圧回路及び油圧制御系の概略図を示す。油圧回路が、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８を含む油圧シリンダに作動油を供給する。さらに、この油圧回路は、油圧モータ１９、２０、及び２１にも作動油を供給する。油圧モータ１９、２０は、それぞれ下部走行体１０（図１）の２本のクローラを駆動する。油圧モータ２１は、上部旋回体１２（図１）を旋回させる。

【0016】

油圧回路は、油圧ポンプ２６及び制御弁２５を含む。エンジン３５によって油圧ポンプ２６が駆動される。エンジン３５には、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。油圧ポンプ２６は、制御弁２５に高圧の作動油を供給する。制御弁２５には、方向切換弁、流量調整弁等が含まれる。方向切換弁及び流量調整弁は、アクチュエータごとに準備される。

【0017】

ブームシリンダ１４のボトム室及びロッド室が、それぞれ油圧ライン１４１及び油圧ライン１４２を介して、制御弁２５に接続されている。アームシリンダ１６のボトム室及びロッド室が、それぞれ油圧ライン１６１及び油圧ライン１６２を介して、制御弁２５に接続されている。バケットシリンダ１８のボトム室及びロッド室が、それぞれ油圧ライン１８１及び油圧ライン１８２を介して、制御弁２５に接続されている。

【0018】

圧力センサ２７１、２７２が、それぞれブームシリンダ１４のボトム室及びロッド室に供給される作動油、またはボトム室及びロッド室から排出される作動油の圧力を測定する。圧力センサ２７３、２７４が、それぞれアームシリンダ１６のボトム室及びロッド室に供給される作動油、またはボトム室及びロッド室から排出される作動油の圧力を測定する。圧力センサ２７５、２７６が、それぞれバケットシリンダ１８のボトム室及びロッド室に供給される作動油、またはボトム室及びロッド室から排出される作動油の圧力を測定する。圧力センサ２７１〜２７６の測定結果が、制御装置３０に入力される。

【0019】

入力装置３１が、操縦者によって操作される操作レバー３１１を含む。入力装置３１は、操作レバー３１１の操作量ＯＡに応じたパイロット圧または電気信号を発生する。操作量ＯＡに応じたパイロット圧または電気信号が制御装置３０に入力される。

【0020】

制御装置３０は、入力装置３１から入力される操作量ＯＡに基づいて、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８からなる油圧シリンダを駆動するための指令値ＣＶを生成する。指令値ＣＶに応じたパイロット圧または電気信号が制御弁２５に与えられる。一部の制御弁２５にパイロット圧が与えられ、他の制御弁２５に電気信号が与えられる構成としてもよい。例えば、方向切換弁に油圧式の弁を用い、流量調整弁に電磁式の弁を用いてもよい。さらに、制御装置３０は、操作量ＯＡに基づいて、油圧モータ１９〜２１を駆動するための指令値ＣＶを生成する。指令値ＣＶに基づいて制御弁２５が制御されることにより、油圧シリンダ、及び油圧モータ１９〜２１が動作する。

【0021】

次に、図３及び図４を参照して、本実施例による建設機械で行われる油圧制御方法について説明する。

【0022】

図３に、制御装置３０、油圧回路４０、及び油圧シリンダのブロック図を示す。図３では、油圧シリンダとして、ブームシリンダ１４が示されている。油圧回路４０は、油圧ポンプ２６及び制御弁２５（図２）を含む。油圧回路４０は、油圧ライン１４１を介して、ブームシリンダ１４のボトム室に接続されており、他の油圧ライン１４２を介して、ブームシリンダ１４のロッド室に接続されている。アームシリンダ１６及びバケットシリンダ１８（図１、図２）に対しても、ブームシリンダ１４と同様の制御が行われる。

【0023】

制御装置３０が、推力制御部３０１を含む。推力制御部３０１は、推力要求値生成部３０１１、推力算出部３０１２、及びＰＩ制御部３０１３を含む。入力装置３１から推力要求値生成部３０１１に、操作量ＯＡが入力される。推力要求値生成部３０１１は、入力された操作量ＯＡに基づいて、推力要求値ＴＲを生成する。一例として、推力要求値ＴＲは操作量ＯＡに比例する。

【0024】

圧力センサ２７１、２７２で測定された圧力測定値Ｐ１、Ｐ２が推力算出部３０１２に入力される。一方の圧力センサ２７１は、ブームシリンダ１４のボトム室内の作動油の圧力を測定する。他方の圧力センサ２７２は、ブームシリンダ１４のロッド室内の作動油の圧力を測定する。

【0025】

推力算出部３０１２は、ブームシリンダ１４のボトム室内及びロッド室内の作動油の圧力測定値Ｐ１、Ｐ２から、ブームシリンダ１４の推力を算出し、算出結果を推力測定値ＴＭとして出力する。

【0026】

図４を参照して、推力測定値ＴＭの算出方法について説明する。ブームシリンダ１４のボトム室１４３の断面積をＡ１で表し、ロッド室１４４の断面積をＡ２で表す。ボトム室１４３内の作動油の圧力測定値Ｐ１、ロッド室１４４内の作動油の圧力測定値Ｐ２を用いて、推力測定値ＴＭは、以下の計算式で求めることができる。
ＴＭ＝（Ｐ１×Ａ１）−（Ｐ２×Ａ２）

【0027】

図３に示したＰＩ制御部３０１３が、推力要求値ＴＲと推力測定値ＴＭとの差分（推力差分）に基づいて、この差分が小さくなるように、油圧回路４０に指令値ＣＶを与える。指令値ＣＶは、例えば油圧回路４０の流量調整弁の開口面積に対応する。

【0028】

推力要求値ＴＲと推力測定値ＴＭとの推力差分が小さくなるように、油圧回路４０がフィードバック制御されるため、ブームシリンダ１４の推力が、操縦者による操作量ＯＡに応じた推力要求値ＴＲに近づく。操縦者の要求する推力を発生することができるため、作業部品の作用点に発生する力を調節する作業、たとえ掘削作業等の作業性を高めることができる。

【0029】

次に、図５を参照して、他の実施例による建設機械について説明する。以下、図１〜図４に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

【0030】

図５に、制御装置３０、油圧回路４０、及び油圧シリンダのブロック図を示す。図３に示した実施例では、操作量ＯＡを示すパイロット圧または電気信号が制御装置３０に入力された。図５に示す実施例では、操作量ＯＡを示すパイロット圧が制御装置３０に入力される。

【0031】

油圧回路４０の一部の制御弁は、指令値ＣＶを示すパイロット圧によって駆動される。他の一部の制御弁は、操作量ＯＡを示すパイロット圧によって駆動される。一例として、方向切換弁が操作量ＯＡを示すパイロット圧によって駆動され、流量調整弁が、指令値ＣＶを示すパイロット圧によって駆動される。

【0032】

図５に示した実施例においても、推力要求値ＴＲと推力測定値ＴＭとの推力差分が小さくなるように、油圧回路４０が制御される。このため、図１〜図４に示した実施例と同様に、ブームシリンダ１４の推力を、操縦者による操作量ＯＡに応じた推力要求値ＴＲに近づけることができる。

【0033】

次に、図６を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図１〜図４に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

【0034】

図６に、本実施例による建設機械の制御装置３０、油圧回路４０、及び油圧シリンダのブロック図を示す。図５では、油圧シリンダとして、ブームシリンダ１４が示されている。アームシリンダ１６及びバケットシリンダ１８（図１、図２）に対しても、ブームシリンダ１４と同様の制御が行われる。

【0035】

本実施例においては、制御装置３０が、図３に示した実施例の推力制御部３０１に替えて、速度制御部３０２を含む。油圧ライン１４１に流量センサ２８１が挿入されている。流量センサ２８１は、ブームシリンダ１４のボトム室に供給、またはボトム室から排出される作動油の流量を測定する。流量測定値Ｑ１が、制御装置３０に入力される。

【0036】

速度制御部３０２は、速度要求値生成部３０２１、速度算出部３０２２、及びＰＩ制御部３０２３を含む。入力装置３１で生成された操作量ＯＡが、速度要求値生成部３０２１に入力される。速度要求値生成部３０２１は、操作量ＯＡに基づいて動作速度要求値ＶＲを生成する。一例として、動作速度要求値ＶＲは操作量ＯＡに比例する。

【0037】

流量センサ２８１で測定された流量測定値Ｑ１が速度算出部３０２２に入力される。速度算出部３０２２は、流量測定値Ｑ１に基づいて、ブームシリンダ１４の動作速度を算出する。算出された動作速度が、動作速度測定値ＶＭとして出力される。

【0038】

図７を参照して、動作速度測定値ＶＭの算出方法について説明する。ブームシリンダ１４のボトム室１４３の断面積をＡ１で表し、ロッド室１４４の断面積をＡ２で表す。ボトム室１４３に流入する作動油の流量をＱ１で表し、ロッド室１４４に流入する作動油の流量をＱ２で表す。ブームシリンダ１４が伸びる方向の動作速度を正と定義すると、動作速度測定値ＶＭは、以下の計算式で表すことができる。
ＶＭ＝Ｑ１／Ａ１＝−Ｑ２／Ａ２

【0039】

ボトム室１４３に流入する作動油の流量測定値Ｑ１、及びロッド室１４４に流入する作動油の流量測定値Ｑ２のうち一方を取得すれば、動作速度測定値ＶＭを算出することができる。図６に示した実施例では、流量センサ２８１が、ボトム室１４３に流入する作動油の流量を測定し、流量測定値Ｑ１を出力する。

【0040】

ＰＩ制御部３０２３（図６）が、動作速度要求値ＶＲと動作速度測定値ＶＭとの差分（速度差分）に基づいて、この差分が小さくなるように、油圧回路４０に指令値ＣＶ与える。すなわち、速度要求値ＶＲと速度測定値ＶＭとの速度差分が小さくなるように、油圧回路４０がフィードバック制御される。指令値ＣＶは、推力制御部３０１から出力される指令値ＣＶと同一の次元を持ち、例えば油圧回路４０の流量調整弁の開口面積に対応する。これにより、ブームシリンダ１４の動作速度が指令値ＣＶに一致するように、ブームシリンダ１４に流入する作動油の流量が調整される。操縦者は、操作量ＯＡを変化させることにより、所望の速度で作業部品を駆動することができる。

【0041】

次に、図８〜図９を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図１〜図４に示した実施例、及び図６〜図７に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。本実施例においては、油圧シリンダの制御モードとして推力制御モード及び速度制御モードが準備されており、制御モードが両者の間で切り替えられる。

【0042】

図８に、制御装置３０、油圧回路４０、及び油圧シリンダのブロック図を示す。図８では、油圧シリンダとして、ブームシリンダ１４が示されている。アームシリンダ１６及びバケットシリンダ１８（図１、図２）に対しても、ブームシリンダ１４と同様の制御が行われる。

【0043】

姿勢センサ２９が、建設機械の作業部品の姿勢を検出する。姿勢センサ２９の検出結果が制御装置３０に入力される。

【0044】

図９を参照して、姿勢センサ２９（図８）について説明する。姿勢センサ２９は、３つの角度センサ２９１、２９２、２９３を含む。角度センサ２９１は、ブーム１３の仰角θ１を測定する。角度センサ２９２は、ブーム１３とアーム１５とのなす角度θ２を測定する。角度センサ２９３は、アーム１５とバケット１７とのなす角度θ３を測定する。仰角θ１、及び角度θ２、θ３により、ブーム１３、アーム１５、及びバケット１７からなる作業部品の姿勢を特定することができる。

【0045】

角度センサ２９１、２９２、２９３に代えて、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、及びバケットシリンダ１８（図１、図２）の伸長量を測定するセンサを配置してもよい。各シリンダの伸長量から、仰角θ１、及び角度θ２、θ３を特定することができる。

【0046】

図８に示した制御装置３０が、推力制御部３０１、速度制御部３０２及び制御モード切替部３０３を含む。制御装置３０は、推力制御モードと速度制御モードとのいずれかの制御モードで、油圧シリンダを制御する。推力制御部３０１は、図３を参照して説明したように、ブームシリンダ１４等の油圧シリンダを、推力制御モードで制御する。速度制御部３０２は、図６を参照して説明したように、ブームシリンダ１４等の油圧シリンダを、速度制御モードで制御する。制御モード切替部３０３は、推力制御モードと速度制御モードとの切り替えを行なう。

【0047】

次に、制御モード切替部３０３の処理について説明する。制御モード切替部３０３は、姿勢センサ２９で検出された作業部品の姿勢、及びブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１８の各々の推力に基づいて、作業部品の作用点に加わっている反力を求める。作用点は、例えばバケット１７（図１）の先端に相当する。制御モード切替部３０３は、作業部品の作用点に加わっている反力が判定閾値を超えたことを検出すると、制御モードを、速度制御モードから推力制御モードに切り替える。反力が判定閾値未満になると、制御モードを、推力制御モードから速度制御モードに戻す。

【0048】

次に、図９を参照して、作用点に加わる反力の算出方法について説明する。ブーム１３、アーム１５、及びバケット１７に、重力、コリオリ力、及びブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１８による推力が作用する。さらに、バケット１７の先端の作用点ＡＰに、地面からの反力ＦＣが作用する。ブーム１３、アーム１５、及びバケット１７に作用する力、及びブーム１３、アーム１５、及びバケット１７の慣性モーメントＪ１、Ｊ２、Ｊ３、仰角θ１、角度θ２、θ３を用いて運動方程式を解くことにより、反力ＦＣを求めることができる。

【0049】

図８〜図９に示した実施例においては、作用点ＡＰに働く反力ＦＣが判定閾値未満の場合には、油圧シリンダが速度制御される。すなわち、入力装置３１（図８）の操作量ＯＡに応じた動作速度で、油圧シリンダの伸縮が行われる。このため、作業部品の位置決め操作等を容易に行なうことができる。さらに、作用点ＡＰに働く反力ＦＣが判定閾値を超えると油圧シリンダが推力制御される。推力制御が行われることにより、力が必要となる掘削等の作業性の向上を図ることが可能になる。

【0050】

操作量ＯＡに応じた所望の速度または推力で油圧シリンダを動作させることができるため、熟練度の低い操作者が作業を行う場合でも、作業性の低下を抑制することができる。

【0051】

次に、図１０Ａ〜図１０Ｃ、及び図１１を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図８〜図９に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。図８〜図９に示した実施例では、バケット１７の先端の作用点ＡＰ（図９）に働く反力ＦＣの大きさに基づいて、推力制御モードと速度制御モードとの切り替えを行った。本実施例においては、他の物理量に基づいて推力制御モードと速度制御モードとの切り替えを行う。

【0052】

図１０Ａ〜図１０Ｃに、制御モード切替処理に関わる機能、及び参照されるデータのブロック図を示す。

【0053】

図１０Ａに示した例では、ブームシリンダ推力測定値、アームシリンダ推力測定値、及びバケットシリンダ推力測定値と、これらのシリンダ推力判定閾値とを比較することにより、制御モードの切り替えを行う。例えば、いずれかのシリンダの推力測定値が判定閾値を超えている場合、制御モード切替部３０３が、制御モードを速度制御モードから推力制御モードに切り替える。これらのシリンダの推力測定値ＴＭは、図４に示したように、ボトム室内の作動油の圧力測定値Ｐ１、ロッド室内の作動油の圧力測定値Ｐ２、ボトム室の断面積Ａ１、及びロッド室の断面積Ａ２から算出することができる。すなわち、シリンダの推力測定値ＴＭは、圧力センサ２７１〜２７６の測定値に基づいて求めることができる。

【0054】

掘削作業においてバケット１７の先端を掘削対象物（例えば地面）に押し当てて荷重を加えているとき（掘削動作中）は、シリンダ推力測定値が大きくなる。実際に、掘削、持ち上げ、旋回、廃土の一連の動作を含む掘削作業を行い、各シリンダの推力測定値の時間変化を取得することにより、ショベルが掘削動作中であるか否かの判定を行うための各シリンダの推力測定値の判定閾値を定めることができる。

【0055】

図１０Ｂに示した例では、油圧ポンプ吐出圧測定値と、吐出圧判定閾値とを比較することにより、制御モードの切り替えを行う。例えば、油圧ポンプ吐出圧測定値が判定閾値を超えている場合、制御モード切替部３０３が、制御モードを速度制御モードから推力制御モードに切り替える。油圧ポンプ吐出圧測定値は、油圧ポンプ２６（図２）の出力側油圧回路に圧力センサを配置することにより測定することができる。

【0056】

掘削作業において、ショベルが掘削動作を行っているときは、大きなシリンダ推力を発生させるために、油圧ポンプ吐出圧が大きくなる。実際に掘削作業を行い、油圧ポンプ吐出圧の時間変化を取得することにより、掘削対象物に荷重を加えている状態か否かの判定を行うための吐出圧判定閾値を定めることができる。

【0057】

図１０Ｃに示した例では、油圧ポンプ吐出圧測定値と吐出圧判定閾値との比較結果、及びバケット位置算出値により、制御モードの切り替えを行う。掘削作業において掘削対象物に荷重を加えているときのバケット１７位置（上部旋回体１２に対する相対位置）は、ある特定の領域内に収まることが経験的に知られている。

【0058】

図１１を参照して、掘削作業中のバケット１７の位置について説明する。バケット１７の先端の作用点ＡＰが移動する範囲は、掘削動作領域５０、深堀動作領域５１、先端領域５２、高所領域５３、近接領域５４等に区分することができる。ブーム１３、アーム１５を前方に伸ばした時に作用点ＡＰが先端領域５２内に位置する。バケット１７を高所に持ち上げた時に、作用点ＡＰが高所領域５３内に位置する。バケット１７を上部旋回体１２に向かって引き寄せた時、作用点ＡＰが近接領域５４内に位置する。バケット１７の作用点ＡＰが先端領域５２、高所領域５３、または近接領域５４内に位置するときには、通常、掘削対象物に荷重を加えるような動作は行われない。

【0059】

先端領域５２と近接領域５４との間で、高所領域５３よりも低い位置に、掘削動作領域５０が定義される。さらに、下部走行体１０が接地している地面よりも深い位置に、深堀動作領域５１が定義される。バケット１７の作用点ＡＰが、掘削動作領域５０または深堀動作領域５１内に位置するとき、掘削対象物に荷重を加える動作が行われる可能性がある。

【0060】

図１０Ｃに支援した例では、制御委モードの切替条件として、油圧ポンプ吐出圧測定値のみならず、バケット位置算出値も利用される。例えば、算出されたバケット１７の位置が、先端領域５２、高所領域５３、または近接領域５４内であるとき、油圧ポンプ吐出圧測定値が判定閾値を超えても、制御モードを推力制御モードに切り替えず、速度制御モードに維持するような制御を行うことが可能である。このように、制御モードの切替に際し、バケット１７の位置を参酌することにより、操作者の要求をより正確に反映した動作を行うことが可能になる。

【0061】

図８〜図９に示した実施例、図１０Ａ〜図１０Ｃに示した実施例では、制御モードの切替判定に、バケット１７に加わる反力、シリンダ推力、油圧ポンプ吐出圧、バケットの位置等を利用したが、ショベルの動作に関わるその他のデータを利用することも可能である。一般的には、掘削動作中のとき、制御モードを推力制御モードに切り替え、その他のとき、すなわちバケット１７が空中に保持されているとき、制御モードを速度制御モードに繰り替えればよい。

【0062】

図８〜図９、図１０Ａ〜図１０Ｃに示した実施例では、ショベルの動作状況に応じて最適な制御モードでショベルを動作させることができる。

【0063】

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0064】

１０ 下部走行体
１１ 旋回機構
１２ 上部旋回体
１３ ブーム
１４ ブームシリンダ
１５ アーム
１６ アームシリンダ
１７ バケット
１８ バケットシリンダ
１９、２０、２１ 油圧モータ
２５ 制御弁
２６ 油圧ポンプ
２９ 姿勢センサ
３０ 制御装置
３１ 入力装置
３５ エンジン
４０ 油圧回路
５０ 掘削動作領域
５１ 深堀動作領域
５２ 先端領域
５３ 高所領域
５４ 近接領域
１４１、１４２、１６１、１６２、１８１、１８２ 油圧ライン
１４３ ボトム室
１４４ ロッド室
２７１、２７２、２７３、２７４、２７５、２７６ 圧力センサ
２８１ 流量センサ
２９１、２９２、２９３ 角度センサ
３０１ 推力制御部
３０２ 速度制御部
３０３ 制御モード切替部
３１１ 操作レバー
３０１１ 推力要求値生成部
３０１２ 推力算出部
３０１３ ＰＩ制御部
３０２１ 速度要求値生成部
３０２２ 速度算出部
３０２３ ＰＩ制御部
ＡＰ 作用点
ＣＶ 指令値
ＦＣ 反力
Ｊ１ ブームの慣性モーメント
Ｊ２ アームの慣性モーメント
Ｊ３ バケットの慣性モーメント
ＯＡ 操作量
Ｐ１ ボトム室内の作動油の圧力
Ｐ２ ロッド室内の作動油の圧力
Ｑ１ 作動油の流量測定値
ＴＭ 推力測定値
ＴＲ 推力要求値
ＶＭ 動作速度測定値
ＶＲ 動作速度要求値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】