JP3216851B2 - スライドアームを備えた作業機の干渉防止方法とその制御装置および位置制御方法とその制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、作業機の干渉防止方法
および位置制御方法に係り、特にブームの先端に設けた
アームがテレスコピックに伸縮するパワーショベルなど
の作業機の干渉防止方法とその制御装置および位置制御
方法とその制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、広範囲かつ多様な作業を行えるよ
うに、バケットを取り付けたアームを伸縮できるパワー
ショベルが用いられるようになっている。図８は、伸縮
可能なアームを備え、アームを車体の左右方向にオフセ
ットできるパワーショベルの側面図である。

【０００３】図８において、パワーショベルは、下部走
行体１０に旋回装置１２を介して上部旋回体１４が設け
てあり、この旋回体１４に操作室（運転室）１６が設置
してある。また、上部旋回体１４には、作業機１８が設
けてある。作業機１８は、ブーム１９が第１ブーム２０
と第２ブーム２８とからなり、第１ブーム２０の基端部
がフートピン２２を介して旋回体１４に枢着してある。
そして、第１ブーム２０と上部旋回体１４との間には、
ブームシリンダ２４が配設してあって、ブームシリンダ
２４を作動させることによりブーム１９を矢印２６のよ
うに上下方向に回動できるようになっている。

【０００４】第２ブーム２８は、第１ブーム２０の先端
部に枢着してある。そして、第２ブーム２８と第１ブー
ム２０との間には、ブラケットを介してオフセットシリ
ンダ３０が設けてあり、第２ブーム２８を図８の紙面に
直交した方向に回動できるようにして、図９に示す様に
アーム３２が実線の状態から破線の状態に移動する場合
や、破線の状態から実線の状態に移動するいわゆるオフ
セットできるようにしてある。また、第２ブーム２８の
先端部には、第３ブーム２９が枢着してあり、第３ブー
ム２９の先端にアーム３２を貫通させたアームホルダ３
４が枢着してある。そして、アームホルダ３４と第３ブ
ーム２９との間には、アームシリンダ３６が設けてあ
り、このアームシリンダ３６を作動することにより、ア
ームホルダ３４を介してアーム３２を矢印３８のように
第３ブーム２９に対して回動できるようになっている。
さらに、アームホルダ３４には図示しないモータ等のア
クチュエータが設けてあり、アクチュエータによってア
ーム３２の先端側を矢印４０のように、アームホルダ３
４に対してテレスコピックに伸縮できるようになってい
る。

【０００５】アーム３２の先端部には、バケット４２が
枢着してある。このバケット４２は、アームホルダ３４
に取り付けたバケットシリンダ４４のロッドにリンク機
構を介して接続してあり、バケットシリンダ４４を作動
することにより、矢印４６のようにアーム３２に対して
回動できるようにしてある。

【０００６】このように構成してある従来のスライドア
ームを備えた作業機１８においては、バケット４２の刃
先が車体の一部である操作室１６と干渉しないようにし
ている。すなわち、図１０に斜線をもって示したよう
に、操作室１６の周囲には作業機１８の進入禁止領域５
０が設定してあり、バケット４２の刃先が操作室１６か
ら予め定めた距離（例えば、３０ｃｍ）に近づくと、バ
ケット４２の接近が自動的に停止させられ、作業機１８
が操作室１６に接触しないようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の作業
機１８と操作室との干渉防止方法は、アーム３２が最短
（最縮）または最長状態のときに、操作室１６の３０ｃ
ｍ手前で停止するようになっている。そして、たとえバ
ケット４２の刃先を操作室１６の手前３０ｃｍの位置に
保持していたとしても、操作室１６の右側に位置してい
る車体のタンクカバー５２等の外装が図１１の斜線で示
したようになっている場合、操作室１６の上方にバケッ
ト４２の刃先が位置する状態でアーム３２を右方向にオ
フセットすると、バケット４２がタンクカバー５２など
に干渉してしまうことがある。

【０００８】一方、従来から作業機１８を所定の位置に
自動的に停止させることが行われている。例えば、トン
ネル内などでパワーショベルを使用する場合、ブーム１
９を高く上げ過ぎると、作業機１８がトンネルの天井と
干渉するおそれがある。例えば、図１２（Ａ）に示した
ように、バケット４２によって土砂を掬った状態でブー
ム１９を矢印５８のように上方に回動させると、アーム
３２の後端部６０が天井６２にぶつかってしまう場合が
ある。そこで、従来は、いわゆる高さモードと称する自
動停止方法を採用し、天井６２の高さに合わせて、ブー
ム１９が水平線に対して所定の角度以上上方に回動でき
ないようにしていた。

【０００９】ところが、高さモードは、同モードを設定
したときのアーム３２の長さを一定に保持している場合
にのみ有効となっている。このため、例えば高さモード
を設定した後にアーム３２を縮め、アームホルダ３４よ
りバケット４２側を短くすると、アーム３２のアームホ
ルダ３４より後端側の突出長さが長くなり、図１２
（Ｂ）のようにアーム３２の後端部６０が天井にぶつか
り、やはり作業機１８を損傷したり、天井面を覆ってい
る部材や梁などを破損したりするおそれがある。

【００１０】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、アームを伸縮しても作業機が車
体と干渉することがないスライドアームを備えた作業機
の干渉防止方法とその制御装置を提供することを目的と
している。また、本発明は、アームの長さを変えたとし
ても、作業機がトンネルの天井などにぶつかることがな
いスライドアームを備えた作業機の位置制御方法とその
制御装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るスライドアームを備えた作業機の干
渉防止方法は、車体に上下揺動自在に設けたブームの先
端部に上下揺動自在及び伸縮自在なアームを備えた作業
機の先端が、車体の周囲の予め定めた範囲に進入するの
を防止するスライドアームを備えた作業機の干渉防止方
法において、前記作業機の先端が車体から所定の距離以
内に接近した場合に、作業機の車体への接近動作を停止
し、この停止位置からのアーム伸長操作とブーム上げ操
作とアーム掘削方向操作とを不能にすると共に、アーム
伸長量が所定値以上で、かつブーム揺動角が所定値以上
のときには、前記停止位置からのブーム下げ操作を不能
にすることを特徴としている。

【００１２】また、その干渉防止制御装置は、ブームの
上下揺動角を検出するブーム角センサと、ブームの先端
部に上下揺動自在及び伸縮自在に設けたアームの上下揺
動角を検出するアーム角センサと、アームの先端部に上
下揺動自在に設けたバケット の上下揺動角を検出するバ
ケット角センサと、これらのセンサの検出値を入力し、
入力した検出値に基き作業機の先端位置を演算し、求め
た作業機の先端位置が車体の周囲の予め定めた停止範囲
に進入したか判断し、侵入したときには作業機の動作停
止を指令するコントローラとを備えて作業機の干渉を防
止するスライドアームを備えた作業機の干渉防止制御装
置において、前記アームの伸縮量を検出するアーム伸縮
量センサを付設し、前記コントローラは、前記ブーム角
センサ、アーム角センサ、バケット角センサ及びアーム
伸縮量センサの検出値を入力し、入力した検出値に基き
作業機の先端位置を演算し、求めた作業機の先端位置が
車体から所定の距離以内に接近した場合に、作業機の車
体への接近動作を停止する指令を出力し、この停止位置
からのアーム伸長操作とブーム上げ操作とアーム掘削方
向操作とを不能にする指令を出力すると共に、アーム伸
長量が所定値以上で、かつブーム揺動角が所定値以上の
ときには、前記停止位置からのブーム下げ操作を不能に
する指令を出力することを特徴としている。

【００１３】また、上記の目的を達成する本発明に係る
スライドアームを備えた作業機の位置制御方法は、上下
揺動自在なブームの先端部に取着されたアーム保持部に
伸縮自在に保持され、かつ最縮時に後端部を前記アーム
保持部から突出させる伸縮アームを備えた作業機が、所
定の上昇停止位置を越えないように制御するスライドア
ームを備えた作業機の位置制御方法において、ブームの
揺動角及びアームの後端部高さの少なくともいずれか一
方が所定値以上になったときに、ブーム上げ操作とアー
ム縮め操作とを不能にすることを特徴としている。

【００１４】さらに、その位置制御装置は、上下揺動自
在なブームと、ブームの先端部に上下揺動自在に取着さ
れたアーム保持部に伸縮自在に保持され、かつ最縮時に
後端部を前記アーム保持部から突出させる伸縮アーム
と、ブームの上下揺動角を検出するブーム角センサと、
ブーム角センサの検出値を入力し、入力した検出値に基
き作業機が所定の上昇停止位置を越えないように作業機
位置を制御するコントローラとを設けたスライドアーム
を備えた作業機の位置制御装置において、前記アームの
上下揺動角を検出するアーム角センサと、前記アームの
伸縮量を検出する アーム伸縮量センサとを付設し、前記
コントローラは、前記ブーム角センサ、アーム角センサ
及びアーム伸縮量センサの検出値を入力し、入力したこ
れらの検出値に基きアームの後端部高さを演算し、前記
入力したブーム揺動角及び前記求めたアームの後端部高
さの少なくともいずれか一方が所定値以上になったとき
に、ブーム上げ操作とアーム縮め操作とを不能にする構
成としている。

【００１５】

【作用】上記の如く構成した本発明の干渉防止方法によ
れば、作業機の先端が車体から所定の距離以内に接近し
たときに、作業機の車体への接近動作を停止し、この停
止位置からのアーム伸長操作とブーム上げ操作とアーム
掘削方向操作とを不能にするため、作業機が車体と干渉
するのを防ぐことができる。より具体的にその制御装置
を説明すると、コントローラは、ブーム角センサ、アー
ム角センサ、バケット角センサ及びアーム伸縮量センサ
からのそれぞれの検出値に基づき作業機の先端位置を演
算し、この求めた先端位置が車体から所定距離以内に接
近したかを判断し、所定距離以内に接近したときに、各
作業機アクチュエータに車体への接近動作を停止する指
令を出力し、上記のように停止位置からのアーム伸長操
作とブーム上げ操作とアーム掘削方向操作とを不能にす
る指令を出力する。さらに、アーム伸長量が所定値以上
で、かつブーム揺動角が所定値以上のときには、前記停
止位置からのブーム下げ操作を不能にするので、ブーム
を下げることによる作業機と車体との干渉を防止でき
る。

【００１６】一方、本発明の作業機の位置制御方法及び
その制御装置によれば、いわゆる高さモードの場合に、
コントローラによりブームの揺動角（所定基準線に対す
る角度）及びアームの後端部の高さの少なくともいずれ
か一方が予め定めた値以上になったときに、ブームの上
方への回動操作とアームを縮める操作とを不能にしてい
るため、スライドアームを有する作業機の上端（アーム
縮小時のアーム後端部）がトンネルの天井などにぶつか
るのを確実に防止することができる。

【００１７】

【実施例】本発明の好ましい実施例を、添付図面に従っ
て詳説する。なお、前記従来技術において説明した部分
に対応する部分については、同一の符号を付し、その説
明を省略する。

【００１８】図８に示したように、第１ブーム２０の枢
着点（フートピン２２位置）をＯ、第２ブーム２８の第
１ブーム２０への枢着点をＡ、アームホルダ３４の第３
ブーム２９への枢着点をＢ、バケット４２のアーム３２
への枢着点（アームトップピン位置）をＣ、アーム３２
の後端部６０をＤ、バケット４２の刃先をＥとし、図２
に示したように、ＯＡの長さをＬ1 、ＡＢの長さをＬ2
、ＢＣの長さをＬ3 とし、ＣＤの長さ、すなわちアー
ム３２の長さをＬ4 とする。そして、図２に示すよう
に、枢着点Ｏを原点として水平方向前方にｘ軸、垂直方
向上方にｙ軸を取り、第１ブーム２０が基準線であるｘ
軸となす角（ブーム角）をθ1 、第１ブーム２０と第２
ブーム２８とのなす角をα、第２ブーム２８（つまり線
分ＡＢ）と線分ＢＣとがなす角をθ2 、線分ＢＣとアー
ム３２（つまり線分ＣＤ）とがなす角をβ、線分ＢＣと
バケット４２（つまり線分ＣＥ）とのなす角をθ3 とす
る。

【００１９】各枢着点Ｏ、Ｂ、Ｃのそれぞれには、例え
ばポテンショメータのような角度センサを設け、θ1 、
θ2 、θ3 が検出できるようにしてある（いずれも図示
せず）。また、アーム３２とアーム３２を伸縮自在に保
持するアームホルダ３４との間には、アーム３２のスラ
イド量を検出するスライド量センサが設けられている。
但し、上記の枢着点Ｂの角度センサは、枢着点Ｂから線
分ＣＤに下ろした垂線と線分ＣＤとの交点をＢ1 とする
と、実質的に線分ＡＢと線分ＢＢ1 とのなす角度を検出
しており、上記枢着点Ｃの角度センサは実質的に線分Ｄ
Ｃと線分ＣＥとのなす角度を検出している。そして、角
度θ2 、即ち線分ＡＢと線分ＢＣとのなす角度、及び角
度θ3 、即ち線分ＢＣと線分ＣＥとがなす角度（＝線分
ＤＣと線分ＣＥとのなす角度−角度β）は、図２及び図
３に示すようにアーム３２が伸縮することにより変化す
る。このとき、アーム３２を最縮にしたときの線分ＢＣ
と線分ＡＢとがなす角度をθ20とし、アーム３２を最伸
にしたときの線分ＢＣと線分ＡＢとがなす角度をθ2'と
し、アーム３２の全スライド量をΔＳとすれば、ア ーム
３２の実スライド量がΔＳ1 のときは、角度θ20と角度
θ2'の差Δθ2 、全スライド量ΔＳ、及び実スライド量
ΔＳ1 に基づいて演算した値、Δθ2 ×ΔＳ1 ／ΔＳが
角度センサの計測値から求めた角度θ2 に対して補正す
べき角度である。同様にして、角度θ3 も角度センサの
計測した角度ＤＣＥから角度βを差し引いて補正する。

【００２０】また、枢着点Ａにも角度センサが設けてあ
り、第２ブーム２８の第１ブーム２０に対する回動量
（オフセット角）、すなわちアーム３２のオフセット量
を検出できるようにしてあるが、本実施例の説明におい
ては、アーム３２がオフセットしていない、第１ブーム
２０と第２ブーム２８と第３ブーム２９との軸線が一致
している場合について説明する。

【００２１】まず、バケット４２が車体と干渉するのを
防止する方法は、パワーショベルに搭載したコントロー
ラ（図示せず）によって、図１のステップ７０の如く、
バケット４２の刃先Ｅのｘ座標を求める。刃先Ｅのｘ座
標Ｘは、図４に示したように、

【数１】Ｘ＝Ｘ1 ＋Ｘ2 −Ｘ3 −Ｘ4 である。ここに、Ｘ1 は第１ブーム２０のｘ軸への投影
長さ、Ｘ2 は第２ブーム２８のｘ軸への投影長さ、Ｘ3
は線分ＢＣのｘ軸への投影長さ、Ｘ4 はバケット４２の
ｘ軸への投影長さである。

【００２２】図４から明らかなように、

【数２】Ｘ1 ＝Ｌ1 ｃｏｓθ1

【数３】Ｘ2 ＝Ｌ2 ｃｏｓφ1 である。そして、

【数４】φ1 ＝θ1 −（π−α）＝θ1 ＋α−πである
から、

【数５】 Ｘ2 ＝Ｌ2 ｃｏｓ｛（θ1 ＋α）−π｝ ＝−Ｌ2 ｃｏｓ（θ1 ＋α） となる。

【００２３】さらに、

【数６】Ｘ3 ＝ＢＣｓｉｎφ2 ＝Ｌ3 ｓｉｎφ2

【数７】 φ2 ＝（π／２）−θ2 −φ1 ＝（３π／２）−θ1 −θ2 −α

【数８】 ∴Ｘ3 ＝Ｌ3 ｓｉｎ｛（３π／２）−θ1 −θ2 −α｝ ＝−Ｌ3 ｃｏｓ（θ1 ＋θ2 ＋α） となる。また、

【数９】Ｘ4 ＝Ｌ5 ｃｏｓφ3

【数１０】 φ3 ＝（π／２）−φ2 −（π−θ3 ） ＝θ1 ＋θ2 ＋θ3 ＋α−２π

【数１１】 ∴Ｘ4 ＝Ｌ5 ｃｏｓ（θ1 ＋θ2 ＋θ3 ＋α−２π） ＝Ｌ5 ｃｏｓ（θ1 ＋θ2 ＋θ3 ＋α）

【００２４】従って、刃先Ｅのｘ座標Ｘは、

【数１２】 Ｘ＝Ｘ1 ＋Ｘ2 −Ｘ3 −Ｘ4 ＝Ｌ1 ｃｏｓθ1 −Ｌ2 ｃｏｓ（θ1 ＋α） ＋Ｌ3 ｃｏｓ（θ1 ＋θ2 ＋α） −Ｌ5 ｃｏｓ（θ1 ＋θ2 ＋θ3 ＋α） として求められる。

【００２５】ところで、Ｌ3 は、図４に示すようにアー
ムホルダ３４の固定点Ｂ1 より先端側のアーム３２の実
アーム長さ、即ち線分Ｂ1 Ｃの長さをＳとしたとき、

【数１３】Ｌ3 ＝Ｓ／ｃｏｓβ と表される。ただし、線分ＢＣとアーム３２（線分Ｂ1
Ｃ）とのなす角βは、前述のようにアーム３２のスライ
ド量Ｓとともに変化するため、

【数１４】β＝β0 −Δθ である。

【００２６】ここに、β0 はアーム３２の最縮（最短）
時におけるアーム３２と線分ＢＣとのなす角であり、Δ
θはアーム３２の伸縮によるアーム３２と線分ＢＣとの
なす角の変化分である。また、θ2 も前述したように、
アーム３２をｘ軸に対して一定の角度に保ったとして
も、アーム３２の伸縮によって変化する。従って、θ2
は、前述同様にアーム３２を最縮にしたときの第２ブー
ム２８（線分ＡＢ）と線分ＢＣとのなす角をθ20とすれ
ば、

【数１５】θ2 ＝θ20−Δθ と表すことができる。ここで、Δθは数式１４のものと
等しく、前記補正値（＝Δθ2 ×ΔＳ1 ／ΔＳ）に等し
い。そして、実施例においては、β0 ＝１３°５３′
で、アーム３２の最縮状態における線分ＢＣの長さをＬ
S としたとき、

【数１６】Ｌ3 ＝ＬS ＋０．９７８７ΔＳ1 として、枢着点Ｂと枢着点Ｃとの距離を求めるようにし
た。ここに、ΔＳ1 は、 前述したようにアーム３２の実
アーム長さＳと最縮時長さとの差値即ち実スライド量を
表している。

【００２７】このようにしてバケット４２の刃先Ｅの位
置Ｘを求めたら、ステップ７１のように、Ｘ≦Ｘ0 を判
断する。すなわち、刃先Ｅが原点Ｏから予め定めた距離
Ｘ0より近い位置にあるか否かを判断する。この予め定
めた距離Ｘ0 は、例えば車体から３００ｍｍ離れた位置
であって、図１１で示している車体右側のタンクカバー
５２の外形を表す式が、例えば−５９０ｍｍ≦ｙ＜６９
２．４ｍｍのときにｘ＝７２０ｍｍだとすると、

【数１７】Ｘ0 ＝１０２０ｍｍ となる。尚、車体（例えば操作室１６等）との上下方向
の接近距離も監視する場合には、上記と同様に、バケッ
ト４２の刃先Ｅのｙ座標Ｙを求め（後述の数式１８〜２
２を参考にして求めることができる）、これらのｘ座標
Ｘとｙ座標Ｙに基づいて、予め設定された、車体の外形
を表す式との間の距離が所定距離以内である範囲に位置
するかを判断すればよい。

【００２８】ステップ７１で、式「Ｘ≦Ｘ0 」を満足し
ていないときには、すなわち刃先が車体から予め定めた
範囲より離れている場合には、ステップ７０に戻って繰
り返して刃先Ｅの位置Ｘを求める。一方、ステップ７１
において、式「Ｘ≦Ｘ0 」を満足し、バケット４２の刃
先Ｅが車体から予め定めた距離以下に近づいている場合
には、ステップ７２に進んでアーム３２の伸長操作を禁
止し、バケット４２が車体と干渉するのを防止する。ま
た、アーム３２の最縮状態に対する伸長量（実スライド
量）ΔＳ1 を調べ、実スライド量ΔＳ1 が所定値（実施
例の場合２００ｍｍ）以上であるか否かを判断する（ス
テップ７３）。

【００２９】ΔＳ1 ＜所定値であれば、ステップ７４の
ようにブームの上げ操作、アーム掘削方向操作の停止指
令を出力し、これらの操作を不能にする。そして、図８
に示したパワーショベルの如く、アーム３２のオフセッ
ト機能を有している場合には、左右方向へのオフセット
操作を不能にする。これらのステップ７２，７４の処理
により、アーム伸長操作も含めて車体への接近動作が不
能となる。

【００３０】ステップ７３において、実スライド量ΔＳ
1 ≦２００ｍｍである場合、ブーム角θ1 を調べ、θ1
≧所定角（実施例では９０°）であるか否かを判断する
（ステップ７５）。もし、θ1 ＜所定角であれば、前記
したステップ７４で同じ処理を行なう。また、θ1 ≧所
定角の場合には、ステップ７４と同様に、ブーム上げ操
作、アーム掘削操作及びオフセット操作を不能にすると
ともに、この状態からのブーム下げ操作も不能とする
（ステップ７６）。これにより、ブーム下げ操作に伴な
ってバケット４２が車体と干渉するようなことも確実に
防止できる。以上により、アーム３２が伸縮可能な構造
となっていても、バケット４２が車体と干渉することを
防止することができる。

【００３１】作業機が、アームをブームの軸線と直交し
た方向に移動可能なオフセット機能を有している場合、
作業機の先端が車体から所定の距離に接近したときのア
ームの伸長量が所定値以上のとき、アームのオフセット
操作を不能とすることにより、オフセット操作での車体
との干渉を防止できる。さらに、作業機の先端が車体か
ら所定の距離に接近したときのアームの伸長量が所定値
以上で、かつブーム角が所定値以上のときに、ブーム下
げ操作を不能にすることにより、ブーム下げ操作による
車体との干渉も防止できる。

【００３２】次にブームを下方に回動させてバケット４
２を所定位置に停止させる、いわゆる深さモードの場
合、例えばアーム３２の先端部、すなわちバケット４２
を枢着したアームトップピンの位置を検出し、アームト
ップピンのｙ方向（上下方向）の座標を基準にして作業
機１８の停止位置を制御する。図５は、バケット４２の
枢着点Ｃのｙ座標の求め方を示したものである。

【００３３】枢着点Ｃの深さ位置Ｙd は、図５から明ら
かなように、

【数１８】Ｙd ＝Ｙ1 −Ｙ2 −Ｙ3 として求められる。そして、

【数１９】Ｙ1 ＝Ｌ1 ｓｉｎθ1

【数２０】 Ｙ2 ＝Ｌ2 ｓｉｎ（π−θ1 −α） ＝Ｌ2 ｓｉｎ（θ1 ＋α） である。また、Ｙ3 は、すなわち線分ＢＣのｙ軸への投
影長さは、アーム３２が第２ブーム２８に対していかな
る角度をとったとしても、アーム３２がｘ軸に対して垂
直であると仮定して求める。従って、Ｙ3 は線分ＢＣの
長さＬ3 と等しく、アーム３２の実スライド量をΔＳ1
とすれば、前述したように

【数２１】Ｙ3 ＝Ｌ3 ＝ＬS ＋０．９７８７ΔＳ1 となる。従って、

【数２２】 Ｙd ＝Ｌ1 ｓｉｎθ1 −Ｌ2 ｓｉｎ（θ1 ＋α） −（ＬS ＋０．９７８７ΔＳ1 ） となる。

【００３４】このようにして、枢着点Ｃの深さ方向位置
Ｙd を求め、このＹd が目標の深さＹ0 の上方の所定位
置（例えば、Ｙ0 の上方２５０ｍｍの位置）まで下降し
たときに、ブーム１９の下げ操作及びアーム３２伸長操
作などのバケット４２を下降させる方向の操作を停止す
る指令を出すことにより、作業機１８が慣性によってさ
らに下方に移動したとしても、バケット４２が地面に衝
突するなどの事故を防ぐことができる。しかも、従来の
ブーム角θ1 によって制御していた場合と異なり、アー
ムトップピンの位置を検出して制御するため、アーム３
２を伸縮させた場合であっても、バケット４２が地面に
衝突することを防ぐことができる。尚、前述のように、
上記と同様にしてバケット４２の刃先Ｅのｙ座標を算出
して、刃先Ｅが車体上方から車体に接近するときの刃先
と車体との干渉を防止する ようにすることもできる。

【００３５】次に、作業機１８の上端部がトンネルの天
井などにぶつかるのを防ぐ、いわゆる高さモードの場
合、実施例においては、ブーム角θ1 とアーム３２の後
端部Ｄの位置とによって制御する。図６は、アームホル
ダ３４から後方に突出したアーム３２の後端部Ｄのｙ座
標Ｙh の求め方を示した図である。なお、図６に示した
矢印８０は、アーム３２のスライド方向を示している。

【００３６】図６に示すように、Ｙh は、

【数２３】Ｙh ＝Ｙ1 ＋Ｙ2 −Ｙ3 ＋Ｙ4 である。Ｙ1 は、前記した〔数１９〕によって求めるこ
とができる。そして、Ｙ2 は、

【数２４】 Ｙ2 ＝Ｌ2 ｓｉｎφ1 ＝Ｌ2 ｓｉｎ｛（θ1 ＋α）−π｝ ＝−Ｌ2 ｓｉｎ（θ1 ＋α） また、Ｙ3 は、

【数２５】 Ｙ3 ＝Ｌ3 ｃｏｓφ2 ＝Ｌ3 ｃｏｓ｛（３π／２）−θ1 −θ2 −α｝ ＝−Ｌ3 ｓｉｎ（θ1 ＋θ2 ＋α） である。さらに、Ｙ4 は、

【数２６】Ｙ4 ＝Ｌ4 ｓｉｎφ4 として求めることができる。

【００３７】そして、

【数２７】φ4 ＝（π／２）−β−φ2 ＝（π／２）−β−｛（３π／２）−θ1 −θ2 −α｝ ＝θ1 ＋θ2 ＋α−β−π であるから、

【数２８】 Ｙ4 ＝Ｌ4 ｓｉｎ（θ1 ＋θ2 ＋α−β−π） ＝−Ｌ4 ｓｉｎ（θ1 ＋θ2 ＋α−β） となる。従って、Ｙh は、次式のようになる。

【数２９】 Ｙh ＝Ｌ1 ｓｉｎθ1 −Ｌ2 ｓｉｎ（θ1 ＋α） ＋Ｌ3 ｓｉｎ（θ1 ＋θ2 ＋α） −Ｌ4 ｓｉｎ（θ1 ＋θ2 ＋α−β） ただし、ここにβは〔数１４〕によって表され、Ｌ3 は
〔数１６〕として求められる。

【００３８】そして、実施例の高さモードにおいては、
ブーム角θ1 とアーム３２の後端部Ｄの位置Ｙh とによ
って作業機１８の位置を制御する。すなわち、図示しな
いコントローラは、図７のステップ９０、９１に示した
ように、ブーム１９の角度を検出するセンサが出力する
ブーム角θ1 を読み込むとともに、各種センサの検出信
号に基づいて、〔数２９〕によりアーム３２の後端部Ｄ
の高さ位置（ｙ座標）Ｙh を演算する。そして、コント
ローラは、読み込んだブーム角θ1 を、天井の高さに応
じて予め設定したブーム１９の上限角θH と比較し、θ
H とθ1 との差を求め、この差値が予め定めた減速開始
角度（例えば、９度）以内になったか否かを調べる（ス
テップ９２）。

【００３９】θH とθ1 との差値が減速開始角度以内で
ある場合、すなわちθH −θ1 ≦９°である場合には、
ブーム１９を上げる速度を減速する（ステップ９４）。
しかし、θH −θ1 ＞９°の場合には、次にアーム３２
の後端部Ｄの位置Ｙh と予め設定した上限値ＹH と比較
してＹH とＹh との差値を求め、この差値が予め定めた
減速開始距離（図７で示す実施例の場合、３５０ｍｍ）
以下になったか否か判断する（ステップ９３）。そし
て、ＹH −Ｙh ≦３５０ｍｍであれば、ブーム１９の上
げ速度及びアーム３２の縮み速度を減速する（ステップ
９４）。しかし、ＹH −Ｙh ＞３５０ｍｍの場合には、
ステップ９０に戻って、前記の処理を繰り返す。

【００４０】ステップ９４において、ブーム１９の上げ
速度及びアーム３２の縮み速度を減速したコントローラ
は、さらにブーム角θ1 と後端部Ｄの高さ位置Ｙh とを
監視し、θH −θ1 及びＹH −Ｙh の少なくともいずれ
か一方が、ブーム上げ操作及びアーム縮小操作を停止さ
せるためにそれぞれ設定した所定値（図７で示した実施
例の場合、１度と５０ｍｍ）以下になったか否かを調べ
る（ステップ９５、９６）。そして、θH −θ1 ≦１°
またはＹH −Ｙh ≦５０ｍｍとなると、ブーム上げ操作
及びアーム縮小操作の停止指令を出力するとともに、こ
の停止位置からのブーム１９の上げ操作及びアーム３２
の縮め操作を不能にする（ステップ９７）。一方、θH
−θ1 ＞１°かつＹH −Ｙh ＞５０ｍｍである場合に
は、ステップ９５、９６の処理が繰り返される。

【００４１】このように、実施例の高さモードにおいて
は、ブーム角θ1 ばかりでなく、アーム３２の後端部の
高さＹh をも監視しているため、アーム３２の伸縮状態
が変化した場合であっても、作業機１８がトンネルの天
井などにぶつかるおそれがなく、安全性を向上できると
ともに、作業機１８の破損などを防止することが可能と
なる。

【００４２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のスライ
ドアームを備えた作業機の干渉防止方法及びその制御装
置によれば、作業機の先端が車体から所定の距離以内に
接近したときに、先端の車体への接近動作を停止すると
ともに、アームの伸長操作、ブーム上げ操作及びアーム
掘削方向操作を不能にするため、作業機が車体と干渉す
るのを防ぐことができる。

【００４３】また、作業機が、アームをブームの軸線と
直交した方向に移動可能なオフセット機能を有している
場合、作業機の先端が車体から所定の距離以内に接近し
たときに、アームのオフセット操作を不能にしたため、
アームがオフセットされることにより作業機が操作室
（運転室）やタンクカバーなどに接触するような事故を
なくすことができる。さらに、作業機の先端が車体から
所定の距離に接近したときのアームの伸長量が所定値以
上で、かつブーム角が予め定めた値以上のときに、ブー
ムの下げ操作を不能したため、この状態からブームを下
げることによる作業機と車体との干渉を防止できる。

【００４４】また、本発明のスライドアームを備えた作
業機の位置制御方法及びその制御装置によれば、いわゆ
る高さモードの場合に、ブーム角度及びアームの後端部
高さの少なくともいずれか一方が所定値以上になったと
きに、ブームの上方への回動操作とアームを縮める操作
とを不能にしているため、スライドが伸縮しても作業機
の上端がトンネルの天井などにぶつかるのを確実に防止
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干渉防止方法を説明する
フローチャートである。

【図２】実施例に係るブーム、アーム、バケットの関係
の模式的な説明図である。

【図３】スライドアームのスライド量による角度の変化
の説明図である。

【図４】実施例に係るバケット先端部のｘ座標の求め方
の説明図である。

【図５】実施例に係るアーム先端位置のｙ座標の求め方
の説明図である。

【図６】実施例に係るアーム後端部位置のｙ座標の求め
方の説明図である。

【図７】実施例に係る高さモードを説明するフローチャ
ートである。

【図８】スライドアームを備えたパワーショベルの側面
図である。

【図９】アームのオフセットの説明図である。

【図１０】従来の干渉防止のためのバケット進入禁止領
域の説明図である。

【図１１】パワーショベルのタンクカバー等車体の外形
の説明図である。

【図１２】従来のスライドアームを備えた作業機の高さ
モードの説明図である。

【符号の説明】

１８…作業機、１９…ブーム、２０…第１ブーム、２８
…第２ブーム、２９…第３ブーム、３０…オフセットシ
リンダ、３２…アーム、３４…アームホルダ、４２…バ
ケット

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体に上下揺動自在に設けたブームの先
   端部に上下揺動自在及び伸縮自在なアームを備えた作業
   機の先端が、車体の周囲の予め定めた範囲に進入するの
   を防止するスライドアームを備えた作業機の干渉防止方
   法において、前記作業機の先端が車体から所定の距離以
   内に接近した場合に、作業機の車体への接近動作を停止
   し、この停止位置からのアーム伸長操作とブーム上げ操
   作とアーム掘削方向操作とを不能にすると共に、アーム
   伸長量が所定値以上で、かつブーム揺動角が所定値以上
   のときには、前記停止位置からのブーム下げ操作を不能
   にすることを特徴とするスライドアームを備えた作業機
   の干渉防止方法。
2. 【請求項２】 ブームの上下揺動角を検出するブーム角
   センサと、ブームの先端部に上下揺動自在及び伸縮自在
   に設けたアームの上下揺動角を検出するアーム角センサ
   と、アームの先端部に上下揺動自在に設けたバケットの
   上下揺動角を検出するバケット角センサと、これらのセ
   ンサの検出値を入力し、入力した検出値に基き作業機の
   先端位置を演算し、求めた作業機の先端位置が車体の周
   囲の予め定めた停止範囲に進入したか判断し、侵入した
   ときには作業機の動作停止を指令するコントローラとを
   備えて作業機の干渉を防止するスライドアームを備えた
   作業機の干渉防止制御装置において、 前記アームの伸縮量を検出するアーム伸縮量センサを付
   設し、 前記コントローラは、前記ブーム角センサ、アーム角セ
   ンサ、バケット角センサ及びアーム伸縮量センサの検出
   値を入力し、入力した検出値に基き作業機の先端位置を
   演算し、求めた作業機の先端位置が車体から所定の距離
   以内に接近した場合に、作業機の車体への接近動作を停
   止する指令を出力し、この停止位置からのアーム伸長操
   作とブーム上げ操作とアーム掘削方向操作とを不能にす
   る指令を出力すると共に、アーム伸長量が所定値以上
   で、かつブーム揺動角が所定値以上のときには、前記停
   止位置からのブーム下げ操作を不能にする指令を出力す
   ることを特徴とするスライドアームを備えた作業機の干
   渉防止制御装置 。
3. 【請求項３】 上下揺動自在なブームの先端部に取着さ
   れたアーム保持部に伸縮自在に保持され、かつ最縮時に
   後端部を前記アーム保持部から突出させる伸縮アームを
   備えた作業機が、所定の上昇停止位置を越えないように
   制御するスライドアームを備えた作業機の位置制御方法
   において、 ブームの揺動角及びアームの後端部高さの少なくともい
   ずれか一方が所定値以上になったときに、ブーム上げ操
   作とアーム縮め操作とを不能にすることを特徴とするス
   ライドアームを備えた作業機の位置制御方法。
4. 【請求項４】 上下揺動自在なブームと、ブームの先端
   部に上下揺動自在に取着されたアーム保持部に伸縮自在
   に保持され、かつ最縮時に後端部を前記アーム保持部か
   ら突出させる伸縮アームと、ブームの上下揺動角を検出
   するブーム角センサと、ブーム角センサの検出値を入力
   し、入力した検出値に基き作業機が所定の上昇停止位置
   を越えないように作業機位置を制御するコントローラと
   を設けたスライドアームを備えた作業機の位置制御装置
   において、 前記アームの上下揺動角を検出するアーム角センサと、 前記アームの伸縮量を検出するアーム伸縮量センサとを
   付設し、 前記コントローラは、前記ブーム角センサ、アーム角セ
   ンサ及びアーム伸縮量センサの検出値を入力し、入力し
   たこれらの検出値に基きアームの後端部高さを演算し、
   前記入力したブーム揺動角及び前記求めたアームの後端
   部高さの少なくともいずれか一方が所定値以上になった
   ときに、ブーム上げ操作とアーム縮め操作とを不能にす
   ることを特徴とするスライドアームを備えた作業機の位
   置制御装置。