特開 2023-35987 建設機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023035987

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20230306BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20230306BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 Q

E02F9/20 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022135786

(22)【出願日】2022-08-29

(31)【優先権主張番号】10-2021-0116443

(32)【優先日】2021-09-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】520485941

【氏名又は名称】ボルボ・コンストラクション・イクイップメント・アクチエボラグ

【氏名又は名称原語表記】ＶＯＬＶＯ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＡＢ

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100169018

【弁理士】

【氏名又は名称】網屋 美湖

(74)【代理人】

【識別番号】100217076

【弁理士】

【氏名又は名称】宅間 邦俊

(72)【発明者】

【氏名】シン・フンヂュ

(72)【発明者】

【氏名】キム・ミオク

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA02

2D003BB13

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB04

2D003DB05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】バケットと作業領域との間の角度を考慮してバケットの速度を制御する。
【解決手段】下部走行体と、上部旋回体と、それぞれの油圧シリンダによって作動するブーム、アームおよびバケットを含み、前記上部旋回体によって支持される作業装置と、前記油圧シリンダを制御するコントロールバルブと、運転者の操作量に対応する操作信号を出力する操作レバーと、前記作業装置の作業領域を設定できる作業設定部と、前記作業装置の位置情報、姿勢情報および前記作業領域の位置情報のうちの一つ以上を提供する位置情報提供部と、前記操作レバー、前記作業設定部および前記位置情報提供部のうちの少なくとも一つから入力される信号により前記コントロールバルブに対する制御信号を出力する電子制御部と、を含み、前記電子制御部は、前記作業領域と作業装置との間の角度を演算し、演算された角度に基づいて作業装置の速度を制御する、建設機械を提供する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部走行体と、
前記下部走行体上で回転可能に支持される上部旋回体と、
それぞれの油圧シリンダによって作動するブーム、アームおよびバケットを含み、前記上部旋回体によって支持される作業装置と、
前記油圧シリンダを制御するコントロールバルブと、
運転者の操作量に対応する操作信号を出力する操作レバーと、
前記作業装置の作業領域を設定できる作業設定部と、
前記作業装置の位置情報、姿勢情報および前記作業領域の位置情報のうちの一つ以上を提供する位置情報提供部と、
前記操作レバー、前記作業設定部および前記位置情報提供部のうちの少なくとも一つから入力される信号により前記コントロールバルブに対する制御信号を出力する電子制御部と、を含み、
前記電子制御部は、前記作業領域と作業装置との間の角度を演算し、演算された角度に基づいて作業装置の速度を制御する、建設機械。

【請求項2】

前記電子制御部は、前記操作レバーの操作信号が入力されると、作業装置の回転半径が前記作業領域に侵入する可能性があるかどうかを判断し、作業装置が前記作業領域に侵入する可能性がある場合に限って作業装置の速度を制限する、請求項１に記載の建設機械。

【請求項3】

前記電子制御部は、前記回転半径と作業装置の回転中心から前記作業領域までの最短距離とを比較し、前記回転半径が前記最短距離より大きい場合に作業装置の速度を制限する、請求項２に記載の建設機械。

【請求項4】

前記回転半径は、前記回転中心とバケットの先端部とを連結する線である、請求項３に記載の建設機械。

【請求項5】

前記回転中心は、ブームピン、アームピンおよびバケットピンのうちの一つ以上である、請求項４に記載の建設機械。

【請求項6】

前記電子制御部は、作業装置の前記作業領域までの残りの角度に基づいて、作業装置の速度を制御する、請求項５に記載の建設機械。

【請求項7】

前記電子制御部は、現在の前記作業領域に対する作業装置の角度と、前記バケットが作業領域に侵入するときの前記作業領域に対する作業装置の角度との差が、予め設定された基準値以下であれば速度制限区間と判断する、請求項６に記載の建設機械。

【請求項8】

前記電子制御部は、前記速度制限区間で作業装置の減速率を設定し、設定された減速率に基づいて作業装置の速度を制限する、請求項７に記載の建設機械。

【請求項9】

前記電子制御部は、前記角度の差に基づいて、速度制限区間および／または減速率を設定する、請求項８に記載の建設機械。

【請求項10】

前記位置情報提供部は、建設機械の位置情報を測定する位置測定部と、建設機械の姿勢情報とそれぞれの作業装置の姿勢を測定する姿勢測定部と、前記位置測定部と前記姿勢測定部から測定された位置情報に基づいて座標を算出する座標算出部とのうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の建設機械。

【請求項11】

前記操作レバーは、電気式ジョイステックであって、運転者の操作量に比例して電気的信号を発生させて電子制御部に提供する、請求項１に記載の建設機械。

【請求項12】

前記作業設定部は、必要に応じて運転者が設定できる複数の作業モード設定機能を具備し、前記作業モードの設定によって前記位置情報提供部から提供された地形情報、位置情報および建設機械の姿勢情報のうちの少なくとも一つをディスプレイ画面に表示する、請求項１に記載の建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は建設機械に関し、さらに詳細には作業機械の回転半径と作業領域に対する角度とを考慮してバケットの速度を制御することによって、作業速度および作業能率を向上させる作業領域制限機能を有する建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に掘削機は、建設現場などで土地を掘り取る掘削作業、土砂を運ぶ運搬作業、基礎を作るための根切り作業、建物を解体する破砕作業、地面を整地する整地作業、地面を均す均し作業などの多様な作業を遂行する建設機械である。

【0003】

図１を参照すると、掘削機のような建設機械１は、下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設置される上部旋回体３と、上部旋回体３上に上下方向に作動可能に設置される作業装置４と、を具備する。

【0004】

また、作業装置４は、多関節に形成されて、後端部が上部旋回体３に回転可能に支持されたブーム４ａと、ブーム４ａの先端に後端部が回転可能に支持されたアーム４ｂと、アーム４ｂの先端側に回転可能に設置されたバケット４ｃと、を具備する。そして、使用者のレバー操作によって作動油が供給され、ブームシリンダ（５、作業用アクチュエータ）とアームシリンダ（６、作業用アクチュエータ）とバケットシリンダ（７、作業用アクチュエータ）がそれぞれ、ブーム４ａ、アーム４ｂおよびバケット４ｃを作動させる。

【0005】

このような建設機械１は、ブーム４ａ、アーム４ｂ、バケット４ｃ等の作業装置４をそれぞれの手動操作レバーを介して作動しているが、このような作業装置４はそれぞれ関節部によって連結されて回転運動をするので、作業装置４をそれぞれ操作して所定の領域を作業するのには運転者の相当な努力を必要とする。

【0006】

したがって、このような作業を容易にするために、掘削機の作業領域制御装置が特開平７－９４７３５号公報で提案されている。前記作業領域制御装置は、バケット４ｃの先端部Ａと侵入不可領域の境界線までの距離とによってバケット４ｃの動きを制御する。したがって、運転者が誤って侵入不可領域にバケット４ｃの先端部Ａを移動させようとしても、バケット４ｃは自動で侵入不可領域の境界線で停止することになる。また、運転者は、作業の途中で作業装置４の速度が減少していることから、作業装置４が侵入不可領域に近接しているということを認知してバケット４ｃの先端を戻すことができる。

【0007】

図２は、運転者が作業領域を設定した後に作業領域に堆積した作業物質を取り除く状況において、バケット４ｃの姿勢はそれぞれ異なるが、バケット４ｃの先端部Ａと作業領域（ｗｏｒｋ ａｒｅａ）との間の距離が同一の状況（ｃ）～（ｅ）を示す。

【0008】

このとき、運転者が設定した作業領域に堆積した作業物質を取り除くためには、バケット４ｃの操作が必要である。従来技術によると、バケット４ｃの速度がバケット４ｃの先端部Ａと作業領域との間の最短距離ｄによってのみ制限される。ただし、バケット４ｃの先端部Ａと作業領域との間の最短距離ｄが同一であっても、バケット４ｃの姿勢によってバケット４ｃが作業領域に侵入しないか侵入するのに時間的余裕が多い状況が発生し得る。この場合にも、従来技術によると、バケット４ｃの速度が一律的に同一に制限される。

【0009】

すなわち、状況（ｃ）および（ｄ）は状況（ｅ）とは異なり、運転者がバケット４ｃを操作しても、バケット４ｃが作業領域に侵入しない状況であるにもかかわらず、バケット４ｃの先端部と作業領域との間の最短距離ｄが同一に認識されて、状況（ｅ）と同一にバケット４ｃの速度が制限される。これによって、バケット４ｃを利用した掘削作業時に作業速度および能率が落ちることになる問題点がある。

【0010】

このような問題を解決するために、国際公開第２０２０／２０４２４０号パンフレットは、バケット４ｃの先端部の速度方向について作業領域までの距離を考慮してバケット４ｃの速度を制御する建設機械を提案している。ただし、従来と同様に、バケット４ｃが作業領域に侵入する可能性がなくてもバケット４ｃが作業面と近いため、バケット４ｃの先端部の速度方向について作業領域までの距離が小さいと、バケット４ｃの速度が制限されるという限界があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開平７－９４７３５号公報

【特許文献2】国際公開第２０２０／２０４２４０号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は前述した従来技術の問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、バケットと作業領域との間の角度を考慮してバケットの速度を制御することによって、作業速度および作業能率を向上させる作業領域制限機能を有する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】

【0013】

本発明の一側面は、下部走行体と、前記下部走行体上で回転可能に支持される上部旋回体と、それぞれの油圧シリンダによって作動するブーム、アームおよびバケットを含み、前記上部旋回体によって支持される作業装置と、前記油圧シリンダを制御するコントロールバルブと、運転者の操作量に対応する操作信号を出力する操作レバーと、前記作業装置の作業領域を設定できる作業設定部と、前記作業装置の位置情報、姿勢情報および前記作業領域の位置情報のうちの一つ以上を提供する位置情報提供部と、前記操作レバー、前記作業設定部および前記位置情報提供部のうちの少なくとも一つから入力される信号により前記コントロールバルブに対する制御信号を出力する電子制御部と、含み、前記電子制御部は、前記作業領域と作業装置との間の角度を演算し、演算された角度に基づいて作業装置の速度を制御する、建設機械を提供する。

【0014】

一実施例において、前記電子制御部は、前記操作レバーの操作信号が入力されると、作業装置の回転半径が前記作業領域に侵入する可能性があるかどうかを判断し、作業装置が前記作業領域に侵入する可能性がある場合に限って作業装置の速度を制限することができる。

【0015】

一実施例において、前記電子制御部は、前記回転半径と作業装置の回転中心から前記作業領域までの最短距離とを比較し、前記回転半径が前記最短距離より大きい場合に作業装置の速度を制限することができる。

【0016】

一実施例において、前記回転半径は、前記回転中心とバケットの先端部とを連結する線であり得る。

【0017】

一実施例において、前記回転中心は、ブームピン、アームピンおよびバケットピンのうちの一つ以上であり得る。

【0018】

一実施例において、前記電子制御部は、作業装置の前記作業領域までの残りの角度に基づいて、作業装置の速度を制御することができる。

【0019】

一実施例において、前記電子制御部は、現在の前記作業領域に対する作業装置の角度と、前記バケットが作業領域に侵入するときの前記作業領域に対する作業装置の角度と、の差が予め設定された基準値以下であれば、速度制限区間と判断することができる。

【0020】

一実施例において、前記電子制御部は、前記速度制限区間で作業装置の減速率を設定し、設定された減速率に基づいて作業装置の速度を制限することができる。

【0021】

一実施例において、前記電子制御部は、前記角度の差に基づいて、速度制限区間および／または減速率を設定することができる。

【0022】

一実施例において、前記位置情報提供部は、建設機械の位置情報を測定する位置測定部、建設機械の姿勢情報とそれぞれの作業装置の姿勢を測定する姿勢測定部、および前記位置測定部と前記姿勢測定部から測定された位置情報に基づいて座標を算出する座標算出部のうちの少なくとも一つを含むことができる。

【0023】

一実施例において、前記操作レバーは、電気式ジョイステックであって、運転者の操作量に比例して電気的信号を発生させて電子制御部に提供することができる。

【0024】

一実施例において、前記作業設定部は、必要に応じて運転者が設定できる複数の作業モード設定機能を具備し、前記作業モードの設定によって前記位置情報提供部から提供された地形情報、位置情報および建設機械の姿勢情報のうちの少なくとも一つをディスプレイ画面に表示することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の一側面によると、作業装置の回転半径と、作業装置と作業領域との間の距離と、を基準としてバケットの速度制御開始の有無を判断することになるため、バケットが作業領域の近くに位置していても、作業装置の回転半径が作業領域に侵入する可能性がなければバケットの速度が強制的に制限されないので、作業者の作業連係が自然になる。

【0026】

現在のバケットの作業面に対する角度とバケットが作業領域に侵入するときのバケットの作業面に対する角度との差である角度偏差を基準としてバケットの速度を制御すると、バケットの掘削時にバケットの姿勢によりバケットが作業領域に侵入するのに時間的余裕が多い状況で、より効率的なバケットの操作が可能となる。

【0027】

本発明の効果は、前記した効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明または特許請求の範囲に記載された発明の構成から推論可能なすべての効果を含むものと理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】建設機械の基本構成を図示した斜視図である。

【図2】従来技術に係る作業装置の速度制御方法を示す概略図である。

【図3】本発明の一実施例に係る建設機械の作業領域制限機能の概略図である。

【図4】本発明の一実施例に係るバケットイン操作時の作業装置の速度制御方法を示す概略図である。

【図5】本発明の他の実施例に係る建設機械のアームイン操作時の作業装置の速度制御方法を示す概略図である。

【図6】本発明の他の実施例に係る建設機械の角度によるアクチュエータの速度許容比率を示す図面である。

【図7】本発明の他の実施例に係る建設機械の作業装置操作時の作業装置の速度制御方法を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下では、添付した図面を参照して本発明を説明する。しかし、本発明は多様な異なる形態で具現され得、したがって、ここで説明する実施例に限定されるものではない。そして、図面で本発明を明確に説明するために、説明にかかわらない部分は省略し、明細書全体を通して類似する部分に対しては類似する図面符号を付した。

【0030】

明細書全体で、或る部分が他の部分と「連結」されているとするとき、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その中間に他の部材を挟んで「間接的に連結」されている場合も含む。また、或る部分が何らかの構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対の記載がない限り他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに具備できるということを意味する。

【0031】

本明細書で使われる「第１」または「第２」のような序数を含む用語は、多様な構成要素または段階を説明するために使われ得るが、該当構成要素または段階は序数によって限定されてはならない。序数を含む用語は、一つの構成要素または段階を他の構成要素または段階から区別するための用途でのみ解釈されるべきである。

【0032】

以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

【0033】

図３は、本発明の一実施例に係る建設機械の作業領域制限機能の概略図であり、図４は、本発明の一実施例に係るバケットイン操作時の作業装置の速度制御方法を示す概略図である。

【0034】

図３および図４を参照すると、本発明の実施形態に係る作業領域制限機能を有する建設機械１０は、下部走行体１１と、前記下部走行体１１上で回転可能に支持される上部旋回体１２と、それぞれの油圧シリンダによって作動するブーム１３ａ、アーム１３ｂおよびバケット１３ｃを含み、前記上部旋回体１２により支持される作業装置１３と、油圧シリンダを制御するコントロールバルブ１００と、運転者の操作量に対応する操作信号を出力する操作レバー２００と、作業装置１３の作業領域を設定および／または選択できる作業設定部４００と、作業装置１３の位置情報、姿勢情報および／または作業領域の位置情報を収集および／または計算する位置情報提供部３００と、前記操作レバー２００、前記作業設定部４００および前記位置情報提供部３００のうちの少なくとも一つから入力される信号により前記コントロールバルブ１００に対する制御信号を出力する電子制御部５００と、を含む。

【0035】

このとき、本発明の一実施例に係る前記電子制御部５００は、作業装置１３と作業領域との間の角度を演算し、演算された角度に基づいて作業装置１３の速度を制御するように構成される。

【0036】

コントロールバルブ１００は、圧力を受けて軸線方向に移動するスプールによって流路を開閉する部材である。すなわち、コントロールバルブ１００は、油圧源である油圧ポンプによって供給される作動油の供給方向を油圧シリンダ側に切り換える役割をする。コントロールバルブ１００は、油圧配管を通じて油圧ポンプと連結され、油圧ポンプから油圧シリンダへの作動油の供給を誘導する。

【0037】

操作レバー２００は、油圧式ジョイステックまたは電気式ジョイステック（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｊｏｙｓｔｉｃｋ）であり得、好ましくは運転者の操作量に比例して電気的信号を発生させて電子制御部５００に提供する電気式ジョイステックであり得る。

【0038】

作業装置１３が設定された作業領域に侵入する可能性があるかどうかは、作業装置１３の回転半径と、作業装置１３と作業領域との間の距離と、を比較して判断することができる。例えば、作業装置１３の回転半径が回転中心から作業領域までの最短距離より小さい場合には、作業装置１３が設定された作業領域に侵入する可能性がないと判断して、作業装置１３の速度を制限しないようにすることができる。

【0039】

一方、作業装置１３の回転半径が作業装置１３の回転中心から作業領域までの最短距離より大きい場合には、作業装置１３が設定された作業領域に侵入する可能性があると判断して、作業装置１３の速度を制限し得る。

【0040】

好ましくは、作業装置１３の回転半径が作業装置１３の回転中心から作業領域までの最短距離と同一の場合にも、作業装置１３の速度を制限しないようにすることができる。

【0041】

位置情報提供部３００は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星が送出する信号を受信して建設機械１０の位置情報を測定する位置測定部、建設機械１０の姿勢情報とブーム１３ａ、アーム１３ｂおよびバケット１３ｃのうちの少なくとも一つの姿勢を測定する姿勢測定部、および前記位置測定部と前記姿勢測定部から測定された位置情報に基づいて建設機械１０の座標を算出する座標算出部のうちの少なくとも一つを含むことができる。

【0042】

位置測定部３１０は、ＧＰＳ衛星が送出する信号を受信できる受信機を具備することができ、受信した信号から建設機械１０の位置情報を測定する。

【0043】

姿勢測定部３２０は、複数の慣性測定装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ、ＩＭＵ）、角度センサ（Ａｎｇｌｅ Ｓｅｎｏｒ）等を利用してブーム１３ａ、アーム１３ｂおよびバケット１３ｃのうちの少なくとも一つの位置および／または姿勢、そして建設機械１０の本体の傾きなどを測定する。

【0044】

座標算出部３３０は、前記位置測定部３１０と前記姿勢測定部３２０から測定された位置情報および姿勢情報を利用して、ブーム１３ａ、アーム１３ｂおよびバケット１３ｃのうちの少なくとも一つの座標（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する。

【0045】

また、位置情報提供部３００は、作業位置周辺の地形情報および作業位置に対する施工情報を、算出された座標にマッピングするマッピング部をさらに具備することができる。前記マッピング部は、姿勢測定部で測定されたそれぞれの作業装置１３の位置および／または姿勢、そして建設機械１０の本体の傾きなどを、前記座標算出部で計算された各軸により調整してマッピングする。

【0046】

作業設定部４００は、作業装置１３の作業領域を設定および／または選択することができ、設定および／または選択された作業領域の平面情報を提供する。また、バケット姿勢制御（Ｂｕｃｋｅｔ Ｐｏｓｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）モード、作業領域制限（Ｗｏｒｋ Ａｒｅａ Ｌｉｍｉｔ）モード、スイングポジションコントロール（Ｓｗｉｎｇ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）モードなど、必要に応じて運転者が多様に設定および／または選択できる作業モード機能を具備することができる。

【0047】

作業設定部４００は、前記作業領域および／または前記作業モードの設定および／または選択により、位置情報提供部３００から提供された地形情報、位置情報、建設機械１０の姿勢情報、および作業設定部４００で設定された作業領域Ｗの平面情報のうちの少なくとも一つをディスプレイ４１０の画面に表示する。

【0048】

すなわち、運転者は、ディスプレイ４１０の画面で作業領域および／または作業モードを設定および／または選択し、これによって表示された情報を利用して容易に作業することができる。このとき、前記作業領域は、運転者が作業目標とするデザイン面（ＤｅｓｉｇｎＳｕｒｆａｃｅ）を意味する。

【0049】

電子制御部（５００、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、操作レバー２００の操作信号が入力されると、現在の作業装置１３が設定された作業領域に侵入する可能性があるかどうかを判断する。作業装置１３が設定された作業領域に侵入する可能性があると判断すると、作業装置１３と設定された作業領域との間の角度と、作業装置１３が設定された作業領域に侵入するときの角度との差を演算する。次に、演算された角度偏差θを予め設定された基準値θｔと比較して、作業装置１３の速度制限量を決定する。最後に、前記速度制限量に基づいて油圧シリンダを制御するコントロールバルブ１００に制御信号を出力する。

【0050】

すなわち、本発明に係る作業領域制限機能が作動すると、操作レバー２００の操作信号および／または位置情報提供部３００の多様な位置情報が電子制御部５００に入力される。そして、前記電子制御部５００は、収集された情報に基づいて作業装置１３の速度制限量を決定し、これによって作業装置１３の動きを制御することになる。

【0051】

図３および図４を参照すると、本発明の一実施例に係る作業領域制限機能を有する建設機械の動作方式は次の通りである。

【0052】

まず、運転者が、作業設定部４００上でアクティブ制御モード（ＡｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｅ）を選択し、目標とする作業領域を設定する。そして、前記作業領域に対するバケット１３ｃの掘削作業のために、バケット１３ｃの操作レバー２００を操作する。

【0053】

これと関連して、位置情報提供部３００が、作業装置１３の位置情報、姿勢情報および／または設定された作業領域の位置情報を収集および／または計算し、これを電子制御部５００に提供する。電子制御部５００は、前記位置情報提供部３００から提供される作業装置１３の位置情報、姿勢情報および／または設定された作業領域の位置情報に基づいて、作業装置１３が設定された作業領域に侵入する可能性があるかどうかを判断する。好ましくは、電子制御部５００は、バケット１３ｃの回転半径と、バケット１３ｃの回転中心と作業領域との間の距離とを比較判断する。

【0054】

詳細には、図４（ｃ）は、バケット１３ｃの回転半径Ｌ１のバケットピンＯからバケットの先端部Ａまでの距離が、バケット１３ｃの回転中心であるバケットピンＯから作業領域の最短地点Ｂまでの距離より小さい場合であり、図４（ｄ）は、バケット１３ｃの回転半径Ｌ１が、バケット１３ｃの回転中心Ｏから作業領域までの最短距離と同一の場合であり、図４（ｅ）は、バケット１３ｃの回転半径Ｌ１が、バケット１３ｃの回転中心Ｏから作業領域までの最短距離より大きい場合である。

【0055】

バケット１３ｃの先端部Ａと作業領域との間の最短距離ｄは図４（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）の姿勢においてすべて同一であるが、図４（ｃ）と（ｄ）の場合には回転半径Ｌ１が回転中心Ｏと作業領域の間の最短距離と同一であるかその最短距離より小さいため、バケット１３ｃを操作しても作業領域に侵入する可能性がない。それにもかかわらず、バケット１３ｃの先端部Ａと作業領域との間の最短距離ｄを基準としてバケット１３ｃの速度を制限すると、バケット１３ｃを利用した掘削作業時に作業速度および能率が低下し得る。

【0056】

したがって、作業装置１３の回転半径Ｌ１と、作業装置１３と作業領域との間の距離とを比較し、図４（ｅ）のように、作業装置１３の回転半径Ｌ１が作業装置１３と作業領域との間の距離より大きい場合に限って、バケット１３ｃの速度を制限する必要がある。

【0057】

このように、電子制御部５００が、作業装置１３の回転半径と作業装置１３と作業領域との間の距離とを比較してバケット１３ｃの速度を制御すると、バケット１３ｃが作業領域の近くに位置していても、作業装置１３の回転半径が作業領域に侵入する可能性がなければ、バケット１３ｃの速度が強制的に制限されないので、作業者の作業連係が自然になる。

【0058】

一方、バケット１３ｃの回転半径がバケット１３ｃの回転中心Ｏから作業領域までの最短距離より大きいため、バケット１３ｃが作業領域に侵入する可能性があると判断される場合には、バケット１３ｃの速度は、前記バケット１３ｃが前記作業領域に侵入するまでの残りの角度に基づいて制御することができる。すなわち、図４（ｂ）に示された通り、バケット１３ｃの速度は、作業領域に対する現在のバケット１３ｃの角度と、作業領域に侵入するときのバケット１３ｃの角度との偏差を基準として制御することができる。

【0059】

電子制御部５００は、前記位置情報提供部３００から提供される作業装置１３の位置情報および／または設定された作業領域の位置情報に基づいて、現在のバケット１３ｃの回転中心Ｏ、バケット１３ｃの先端部Ａおよび作業領域の最短地点Ｂの間の角度（∠ＡＯＢ）と、バケット１３ｃの回転中心Ｏ、バケット１３ｃの先端部Ａおよびバケット１３ｃの回動時に作業領域に最初に侵入する地点Ｃの間の角度（∠ＣＯＢ）との差である角度偏差（θ、∠ＡＯＣ）を演算する。引き続き、角度偏差θを予め設定された基準値θｔと比較する。このとき、予め設定された基準値θｔは、例えば１５度となり得るが、これに限定されるものではない。

【0060】

電子制御部５００は、角度偏差θが設定された基準値θｔを超過すると、バケット１３ｃの速度を制限しなくてもよいと判断する。すなわち、このときには、電子制御部５００がバケット１３ｃの速度を制限しない。

【0061】

ただし、電子制御部５００は、図４（ｃ）のように角度偏差θｃが基準値θｔ以下であれば速度制限区間と判断する。

【0062】

そして、電子制御部５００は、前記速度制限区間でのバケット１３ｃの減速率を設定する。このとき、バケット１３ｃの減速率は角度偏差θにより線形的に設定され得るが、これに限定されるものではなく、図６に示された通り、非線形的に設定されてもよい。

【0063】

これに伴い、バケット１３ｃの速度は、前記速度制限区間で前記減速率に基づいて制御される。

【0064】

すなわち、電子制御部５００は、現在の前記作業領域に対する前記バケット１３ｃの角度（∠ＡＯＢ）と、前記バケット１３ｃが作業領域に侵入するときの前記作業領域に対する前記バケット１３ｃの角度（∠ＣＯＢ）との差である角度偏差θによる減速率に基づいてコントロールバルブ１００に制御信号を出力し、コントロールバルブ１００は、前記制御信号に基づいて油圧シリンダを制御する。

【0065】

本発明によると、バケット１３ｃの回転半径Ｌ１がバケット１３ｃの回転中心Ｏと作業領域との間の距離より大きい場合に、現在のバケット１３ｃの回転中心Ｏ、バケット１３ｃの先端部Ａおよび作業領域の間の角度（∠ＡＯＢ）と、バケット１３ｃが作業領域に侵入するときのバケット１３ｃの回転中心Ｏ、バケット１３ｃの先端部Ａおよび作業領域の間の角度（∠ＣＯＢ）との差である角度偏差θを基準として制御し、これにより、バケット１３ｃの掘削時にバケット１３ｃの姿勢によりバケット１３ｃが作業領域に侵入するのに時間的余裕が多い状況で、より効率的なバケット１３ｃの操作が可能となる。

【0066】

図５は、本発明の他の実施例に係る建設機械のアームイン操作時の作業装置１３の速度制御方法を示す概略図である。

【0067】

図３および図５を参照すると、本発明の他の実施例に係る作業領域制限機能を有する作業機械の動作方式は次の通りである。

【0068】

本発明の他の実施例は、作業装置１３の回転中心を、アームピンＯ’を基準とするという点で以前の実施例と差がある。

【0069】

まず、運転者が作業設定部４００上でアクティブ制御モード（ＡｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｅ）を選択し、目標とする作業領域を設定する。そして、前記作業領域に対する掘削作業のためにアームイン操作レバー２００を操作する。

【0070】

これと関連して、位置情報提供部３００が、作業装置１３の位置情報、姿勢情報および／または設定された作業領域の位置情報を収集および／または計算し、これを電子制御部５００に提供する。電子制御部５００は、前記位置情報提供部３００から提供される作業装置１３の位置情報、姿勢情報および／または設定された作業領域の位置情報に基づいて、作業装置１３が設定された作業領域に侵入する可能性があるかどうかを判断する。好ましくは、電子制御部５００は、アームピンＯ’に対するバケット１３ｃの回転半径と、アームピンＯ’と作業領域との間の距離とを比較判断する。

【0071】

詳細には、図５（ｃ）は、アームピンＯ’に対するバケット１３ｃの回転半径Ｌ２であるアームピンＯ’からバケットの先端部Ａまでの距離が、アームピンＯ’から作業領域の最短地点Ｂまでの距離より小さい場合であり、図５（ｄ）は、アームピンＯ’に対するバケット１３ｃの回転半径Ｌ２が、アームピンＯ’から作業領域までの最短距離と同一である場合であり、図５（ｅ）は、アームピンＯ’に対するバケット１３ｃの回転半径Ｌ２が、アームピンＯ’から作業領域までの最短距離より大きい場合である。

【0072】

バケット１３ｃの先端部Ａと作業領域との間の最短距離ｄは、図５（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）の姿勢においてすべて同一であるが、図５（ｃ）と（ｄ）の場合には回転半径Ｌ２が回転中心Ｏ’と作業領域との間の最短距離と同一であるかその最短距離より小さいため、アーム１３ｂを操作しても作業領域に侵入する可能性がない。それにもかかわらず、バケット１３ｃの先端部Ａと作業領域との間の最短距離ｄを基準としてアーム１３ｂの速度を制限すると、掘削作業時に作業速度および能率が低下し得る。

【0073】

したがって、作業装置１３の回転半径Ｌ２と、作業装置１３と作業領域との間の距離とを比較し、図５（ｅ）のように、作業装置１３の回転半径Ｌ２が作業装置１３と作業領域との間の距離より大きい場合に限って、バケット１３ｃの速度を制限する必要がある。

【0074】

このように、電子制御部５００が、作業装置１３の回転半径と、作業装置１３と作業領域との間の距離とを基準としてアーム１３ｂの速度を制御すると、バケット１３ｃが作業領域の近くに位置していても、作業装置１３の回転半径が作業領域に侵入する可能性がなければ、アーム１３ｂの速度が強制的に制限されないので、作業者の作業連係が自然になる。

【0075】

一方、電子制御部５００は、アームピンＯ’に対するバケット１３ｃの回転半径Ｌ２が、アームピンＯ’から作業領域までの最短距離より大きいためバケット１３ｃが作業領域に侵入する可能性があると判断する場合には、アーム１３ｂの速度を前記バケット１３ｃが前記作業領域に侵入するまでの残りの角度に基づいて制御することができる。

【0076】

すなわち、図５（ｂ）に示された通り、アーム１３ｂの速度は、作業領域に対する現在のバケット１３ｃおよびアームピンＯ’の角度と、作業領域に侵入するときの作業領域に対するバケット１３ｃおよびアームピンＯ’の角度との偏差を基準として制御することができる。

【0077】

電子制御部５００は、前記位置情報提供部３００から提供される作業装置１３の位置情報および／または設定された作業領域の位置情報に基づいて、現在のアームピンＯ’、バケット１３ｃの先端部Ａおよび作業領域の最短地点Ｂの間の角度（∠ＡＯ’Ｂ）と、アームピンＯ’、バケット１３ｃの先端部Ａおよびバケット１３ｃの回動時に作業領域に最初に侵入する地点Ｃの間の角度（∠ＣＯ’Ｂ）との差である角度偏差（θ、∠ＡＯ’Ｃ）を演算する。引き続き、角度偏差θを予め設定された基準値θｔと比較する。このとき、予め設定された基準値θｔは、例えば１５度となり得るが、これに限定されるものではない。

【0078】

電子制御部５００は、角度偏差θが設定された基準値θｔを超過すると、アーム１３ｂの速度を制限しなくてもよいと判断する。すなわち、このときには、電子制御部５００がアーム１３ｂの速度を制限しない。

【0079】

ただし、電子制御部５００は、図５（ｃ）のように、角度偏差θｃが基準値θｔ以下であれば速度制限区間と判断する。

【0080】

そして、電子制御部５００は、前記速度制限区間でのアーム１３ｂの減速率を設定する。このとき、アーム１３ｂの減速率は角度偏差θにより線形的に設定され得るが、これに限定されるものではなく、図６に示された通り、非線形的に設定されてもよい。

【0081】

これに伴い、アーム１３ｂの速度は、前記速度制限区間で前記減速率に基づいて制御される。

【0082】

すなわち、電子制御部５００は、現在の前記作業領域に対する前記バケット１３ｃおよびアーム１３ｂの角度（∠ＡＯ’Ｂ）と、前記バケット１３ｃが作業領域に侵入するときの前記作業領域に対する前記バケット１３ｃおよびアーム１３ｂの角度（∠ＣＯ’Ｂ）との差である角度偏差θによる減速率に基づいて、コントロールバルブ１００に制御信号を出力し、コントロールバルブ１００は、前記制御信号に基づいて油圧シリンダを制御する。

【0083】

本発明によると、アームピンＯ’に対するバケット１３ｃの回転半径Ｌ２がアームピンＯ’と作業領域との間の距離より大きい場合に、現在のアームピンＯ’、バケット１３ｃの先端部Ａおよび作業領域の間の角度（∠ＡＯ’Ｂ）と、バケット１３ｃが作業領域に侵入するときのアームピンＯ’、バケット１３ｃの先端部Ａおよび作業領域の間の角度（∠ＣＯ’Ｂ）との差である角度偏差θを基準としてアーム１３ｂの速度を制御し、これにより、掘削時にアーム１３ｂの姿勢によりバケット１３ｃが作業領域に侵入しないか侵入するのに時間的余裕が多い状況で、より効率的なアーム１３ｂ操作が可能となる。

【0084】

本発明の他の実施例は、作業装置１３の回転中心をブームピンＯ″を基準とするという点で以前の実施例と差がある。図７に示された通り、ブームピンＯ″に対するバケット１３ｃの先端部Ａの回転半径Ｌ３がブームピンＯ″と作業領域との間の距離より大きければ、作業領域に侵入する可能性があると判断する。

【0085】

詳細には、電子制御部５００は、前記位置情報提供部３００から提供される作業装置１３の位置情報、姿勢情報および／または設定された作業領域の位置情報に基づいて、作業領域に対する現在のバケット１３ｃおよびブームピンＯ″の角度と、作業領域に侵入するときのバケット１３ｃおよびブームピンＯ″の角度との偏差θｃを演算して予め設定された基準値θｔと比較し、演算された角度偏差が設定された基準値θｔ以下であるとブーム１３ａの速度を制限することになる。このとき、予め設定された基準値θｔは、例えば１５度となり得るが、これに限定されるものではない。

【0086】

電子制御部５００は、角度偏差θが設定された基準値θｔを超過すると、ブーム１３ａの速度を制限しなくてもよい判断する。すなわち、このときには、電子制御部５００がブーム１３ａの速度を制限しない。

【0087】

ただし、電子制御部５００は、図７（ｂ）のように、角度偏差θｃが基準値θｔ未満であれば速度制限区間と判断する。

【0088】

そして、電子制御部５００は、前記速度制限区間でのブーム１３ａの減速率を設定する。このとき、ブーム１３ａの減速率は角度偏差θにより線形的に設定され得るが、これに限定されるものではなく、図６に示された通り、非線形的に設定されてもよい。

【0089】

これに伴い、ブーム１３ａの速度は、前記速度制限区間で前記減速率に基づいて制御される。

【0090】

すなわち、電子制御部５００は、角度偏差θによる減速率に基づいてコントロールバルブ１００に制御信号を出力し、コントロールバルブ１００は、前記制御信号に基づいて油圧シリンダを制御する。

【0091】

本発明によると、ブームピンＯ″に対するバケット１３ｃの回転半径Ｌ３がブームピンＯ″と作業領域との間の距離より大きい場合に、角度偏差θを基準としてブーム１３ａの速度を制御するので、掘削時にブーム１３ａの姿勢によりバケット１３ｃが作業領域に侵入しないか侵入するのに時間的余裕が多い状況で、より効率的なブーム１３ａの操作が可能となる。

【0092】

本発明の他の実施例は、作業装置１３の回転中心としてブームピンＯ″、アームピンＯ’およびバケットピンＯを同時に考慮するという点で以前の実施例と差がある。詳細には、バケット１３ｃの先端部Ａと、それぞれの回転中心の間の距離である回転半径と、それぞれの回転中心での作業領域との間の最短距離とを比較し、三つの場合のうちいずれか一つでも回転半径が最短距離より大きければバケット１３ｃが作業領域に侵入する可能性があると判断する。併せて、作業領域に侵入する可能性があると判断された作業装置１３を、前記作業領域に侵入するまでの残りの角度に基づいて制御することができる。

【0093】

例えば、図７に示された通り、運転者が作業領域に対する掘削作業のためにブーム１３ａ、アーム１３ｂおよびバケット１３ｃのうち一つ以上を操作すると仮定すると、バケットピンＯに対するバケット１３ｃの回転半径Ｌ１がバケットピンＯから作業領域までの最短距離より小さく、かつアームピンＯ’に対するバケット１３ｃの回転半径Ｌ２がアームピンＯ’から作業領域までの最短距離より小さいので、アーム１３ｂとバケット１３ｃの速度は制限する必要がない。

【0094】

しかし、ブームピンＯ″に対するバケット１３ｃの回転半径Ｌ３がブームピンＯ″から作業領域までの最短距離より大きいので、ブーム１３ａの速度は、前記バケット１３ｃが前記作業領域を侵入するまでの残りの角度に基づいて制御され得る。

【0095】

このように、作業装置１３の回転中心としてブームピンＯ″、アームピンＯ’およびバケットピンＯを同時に考慮して作業領域に侵入する可能性がある作業装置１３の速度を制御すると、掘削時に作業装置の姿勢によりバケット１３ｃが作業領域に侵入しないか侵入するのに時間的余裕が多い状況で、より効率的に作業装置１３の操作が可能となる。

【0096】

前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形できることが理解できるであろう。したがって、以上で記述した実施例はすべての面で例示的なものであり限定的ではないものと理解されるべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素は分散されて実施されてもよく、同様に分散されたものとして説明されている構成要素も結合された形態で実施され得る。

【0097】

本発明の範囲は後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲そしてその均等概念から導き出されるすべての変更または変形された形態は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0098】

１０：建設機械
１００：コントロールバルブ
２００：操作レバー
３００：位置情報提供部
４００：作業設定部
５００：電子制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】