JP6149350B2

JP6149350B2 - 建設機械の作業アタッチメント制御装置及び建設機械

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Publication number: JP6149350B2
Application number: JP2012119041A
Authority: JP
Inventors: 森　尚暢; 尚暢森; 修平貝磯
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: JP2013245456A

Description

本発明は、建設機械の作業アタッチメント制御装置及び建設機械に関する。

オフセット型の油圧ショベルについて図８及び図９に基づき説明する。油圧ショベルは、クローラ式の下部走行体２Ａ上に上部旋回体２Ｂが搭載され、上部旋回体２Ｂに作業アタッチメント３が装着されて構成される。

作業アタッチメント３は、ブームフットピン４を中心として起伏自在なブーム５と、ブーム５の先端にブームトップピン６まわりに回動可能に取付けられたアーム７と、アーム７の先端にアームトップピン８まわりに回動可能に取付けられたバケット９とを備え、作業アタッチメント３の起伏及び屈折動作により掘削、荷積み等の各種作業が行われる。

ブーム５は、リアブーム５ａとフロントブーム（オフセットブームともいう）５ｂとから成り、リアブーム５ａに対するフロントブーム５ｂの左右回動運動によりアーム７及びバケット９が左右に平行に移動（オフセット）して側溝掘り作業等が行われる。図９は左側にオフセットさせた状態を示し、αはそのオフセット角度である。

また、作業アタッチメント３には、ブーム５を回動させるブームシリンダ１０、アーム７を回動させるアームシリンダ１１、バケット９を回動させるバケットシリンダ１２、フロントブーム５ｂを左右回動させるオフセットシリンダ１３（図９）が設けられる。

上部旋回体２Ｂには、前部左右一側（通常は図示のように前部左側。以下、この例で説明する）に運転室１４が設置され、この運転室１４内で各種操作が行われる。運転室１４の右側には、上部旋回体２Ｂの意匠面を構成するガード１６が設けられている。

このような油圧ショベルにおいて、バケット９と運転室１４との干渉を防止する手段として、運転室１４の前方に干渉領域（アームトップピン８が侵入するとバケット９と運転室１４との干渉が起こり得る領域）を設定し、アームトップピン８がこの干渉領域に入ると、作業アタッチメントの動作（通常はブーム上げ、アーム引き、左オフセットの各動作）を自動停止させることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平３−１５６０３７号公報

上述したような建設機械（例えば油圧ショベル）において、ガードや作業アタッチメントの寸法によっては、運転室だけではなくガードに対しても先端アタッチメント（例えばバケット）が干渉する場合がある。特に、車幅内旋回姿勢（図１に示す姿勢）にした後に掘削作業に移るときに、オペレータの操作によって、先端アタッチメントがガードに干渉する場合がある。

そこで本発明は、主に車幅内旋回姿勢から作業アタッチメントを動かす場合に、ガードと先端アタッチメントとの干渉を防止する建設機械の作業アタッチメント制御装置及び建設機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、建設機械本体と、ブームとアームとオフセット機構と先端アタッチメントとを有する作業アタッチメントと、運転室と、前記運転室の側方に設けられ前記機械本体の意匠面を構成するガードとを備えた建設機械の作業アタッチメント制御装置であって、前記作業アタッチメントの姿勢に関連する値を検出する検出手段と、前記検出手段によって、前記姿勢に関連する値に基づき前記作業アタッチメントの姿勢が所定の停止範囲にあると検出された場合に、前記先端アタッチメントの放出側動作を停止する停止手段と、を備え、前記建設機械本体は、前記作業アタッチメント、前記運転室及び前記ガードが取り付けられる上部旋回体と、前記上部旋回体が搭載される下部走行体とを備え、前記停止手段は、平面視で、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回中心と前記アームの先端位置との距離が所定値未満である場合に前記先端アタッチメントの放出側動作を停止し、前記所定値は、前記先端アタッチメントが前記ガードに干渉する作業半径に所定長さを加えた距離に設定されており、これにより、前記先端アタッチメントと前記ガードとが鉛直方向に重なった位置にある姿勢から前記先端アタッチメントの放出側動作を停止することを特徴とする建設機械の作業アタッチメント制御装置を提供している。

ここで、前記停止手段による放出側動作の停止を解除する解除手段を更に備えるのが好ましい。

また、前記検出手段によって、前記作業アタッチメントの姿勢が前記停止範囲とは異なる減速範囲にあると検出された場合に、前記先端アタッチメントの放出側動作を減速する減速手段を更に備え、前記減速手段は、前記作業アタッチメントの姿勢が前記停止範囲から離れるにつれて前記放出側動作の減速の程度を小さくするのが好ましい。

また本発明は、建設機械本体と、ブームとアームとオフセット機構と先端アタッチメントとを有する作業アタッチメントと、運転室と、前記運転室の側方に設けられ前記機械本体の意匠面を構成するガードと、前記作業アタッチメントの姿勢に関連する値を検出する検出手段と、前記検出手段によって、前記姿勢に関連する値に基づき前記作業アタッチメントの姿勢が所定の停止範囲にあると検出された場合に、前記先端アタッチメントの放出側動作を停止する停止手段とを有する制御装置とを備え、前記建設機械本体は、前記作業アタッチメント、前記運転室及び前記ガードが取り付けられる上部旋回体と、前記上部旋回体が搭載される下部走行体とを備え、前記停止手段は、平面視で、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回中心と前記アームの先端位置との距離が所定値未満である場合に前記先端アタッチメントの放出側動作を停止し、前記所定値は、前記先端アタッチメントが前記ガードに干渉する作業半径に所定長さを加えた距離に設定されており、これにより、前記先端アタッチメントと前記ガードとが鉛直方向に重なった位置にある姿勢から前記先端アタッチメントの放出側動作を停止することを特徴とする建設機械を提供している。

請求項１記載の建設機械の作業アタッチメント制御装置及び請求項５記載の建設機械によれば、作業アタッチメントの姿勢が所定の停止範囲にある状況で、オペレータが誤って先端アタッチメントの放出側動作を行い先端アタッチメントが建設機械本体に干渉することが防止される。また、アームの所定部分を基準として放出側動作の停止を行うことにより、的確に放出側動作の停止を行うことができる。

請求項２記載の建設機械の作業アタッチメント制御装置によれば、停止手段によって放出側動作が停止された場合に、その解除を行うことにより作業を続行することができる。

請求項３記載の建設機械の作業アタッチメント制御装置によれば、放出側動作の停止が解除される位置において急激に放出側動作が行われることがなく、放出側動作を滑らかに行うことができる。

本発明の実施形態による油圧ショベル（車幅内旋回姿勢）を示す右側面図。図１の油圧ショベルにおいて、車幅内旋回姿勢からバケットを放出側に動作させた状態を示す右側面図。図１の油圧ショベルを示す平面図。本発明の実施形態による建設機械の作業アタッチメント制御装置を示すブロック図。本発明の実施形態による油圧ショベルにおけるバケットの制御に関連する部分の回路図。本発明の実施形態によるバケット減速・停止制御の手順を示すフローチャート。本発明の実施形態による油圧ショベルにおける、アーム先端位置とバケット放出パイロット圧との関係を示すグラフ。公知のオフセット型油圧ショベルを示す左側面図。公知のオフセット型油圧ショベルを示す平面図。

本発明の実施の形態による建設機械の作業アタッチメント制御装置について図１から図７に基づき説明する。なお、油圧ショベルそのものの構造は従来と同じであるため、図８及び図９と同一の部分には同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。

図１及び図２は、本実施形態による油圧ショベル１を右側（運転室１４がある側とは反対側）から見た図である。図１はいわゆる車幅内旋回姿勢を示しており、バケット９は掘削側に折り畳まれている。図３は、図１の車幅内旋回姿勢にある油圧ショベル１を上方から見た図であり、オフセット機構によりアーム７及びバケット９が右側にオフセットされている。この状態で、バケット９とガード１６とは、鉛直方向に重なった位置にある。

このような油圧ショベル１において、掘削作業等を行う姿勢から車幅内旋回姿勢（図１）に作業アタッチメント３を動かす場合、通常、オペレータは注意して操作を行うため、バケット９がガード１６に干渉するおそれは小さい。一方、車幅内旋回姿勢から作業アタッチメント３を前方へ動かす場合は、オペレータは安全側に動かしているという意識があり、注意が払われない可能性が高い。このときに、不用意にバケット９を放出側（図２の状態）に動かしてガード１６とバケット９の爪先とが干渉することがある。

図４に、油圧ショベル１の作業アタッチメント制御装置１０１を示す。制御装置１０１は、コントローラ１０９、ブーム角度センサ１１１、アーム角度センサ１１３、オフセット角度センサ１１５、自動停止解除スイッチ１１７、ブーム上げ停止電磁比例弁１２１、アーム引き停止電磁比例弁１２３、オフセット左停止電磁比例弁１２５、オフセット右停止電磁比例弁１２７、及び、バケット放出停止電磁比例弁１２９を備える。

コントローラ１０９は運転室１４内に設けられている。コントローラ１０９は、上記角度センサ１１１〜１１５及び自動停止解除スイッチ１１７からの信号を入力して、種々の演算処理を行い、上記電磁比例弁１２１〜１２９に信号を出力する。また、コントローラ１０９内のメモリには、リアブーム５ａ、フロントブーム５ｂ、アーム７の各部寸法が記憶されている。

ブーム角度センサ１１１は、油圧ショベル１のブームフットピン４（図８参照）に設けられている。ブーム角度センサ１１１は、ブームシリンダ１０の伸長及び縮小に伴ってブーム５が動く度に、ブーム５の角度を検出し、当該角度に対応する電圧値をコントローラ１０９に入力する。

アーム角度センサ１１３はブームトップピン６に設けられている。アーム角度センサ１１３は、アームシリンダ１１の伸長及び縮小に伴ってアーム７が動く度に、アーム７の角度を検出し、当該角度に対応する電圧値をコントローラ１０９に入力する。

オフセット角度センサ１１５は、オフセットピン１８（図９参照）に設けられている。オフセット角度センサ１１５は、オフセットシリンダ１３の伸長及び縮小に伴ってオフセット角度が変化する度に、オフセット角度を検出し、当該角度に対応する電圧値をコントローラ１０９に入力する。

自動停止解除スイッチ１１７は、運転室１４内に設けられ、後述するようにバケット９の放出動作が自動停止された場合に、オペレータがこのスイッチを操作することにより自動停止状態を解除するためのものである。

ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、及び、オフセットシリンダ１３の作動方向及び速度は、運転室１４内に設けられる操作レバーによりコントロールされる。ブーム上げ停止電磁比例弁１２１、アーム引き停止電磁比例弁１２３、オフセット左停止電磁比例弁１２５、オフセット右停止電磁比例弁１２７、バケット放出停止電磁比例弁１２９は、前記操作レバーに直結されている油圧リモコン弁と、対応するシリンダのコントロールバルブとの間に設けられている。

ブーム上げ停止電磁比例弁１２１は、供給される電流値とその二次圧とが比例するタイプのものであり、二次圧でブームシリンダ１０用コントロールバルブのスプールを中立位置から移動させることによってブーム５の動きを制御する。よって、コントローラ１０９からの指令信号に基づきブーム上げ電磁比例弁１２１に供給される電流値を制御することにより、ブーム上げ動作を停止又は減速させることが可能である。

アーム引き停止電磁比例弁１２３、オフセット左停止電磁比例弁１２５及びオフセット右停止電磁比例弁１２７もブーム上げ停止電磁比例弁１２１と同様のタイプのものである。アーム引き停止電磁比例弁１２３は、コントローラ１０９からの指令信号に基づいてアーム引き動作を停止又は減速させる。オフセット左停止電磁比例弁１２５及びオフセット右停止電磁比例弁１２７は、コントローラ１０９からの指令信号に基づいて、それぞれ左オフセット動作及び右オフセット動作を停止又は減速させる。

図５は、油圧ショベル１におけるバケット９の制御に関連する部分の回路図である。バケット放出停止電磁比例弁１２９は、操作レバー２０に直結されている油圧リモコン弁（図示せず）とコントロールバルブ２２との間に設けられている。詳しくは後述するが、コントローラ１０９は、上記各センサより作業アタッチメント３の姿勢に関連する信号を受信して、所定の演算を行い、演算結果に応じた信号をバケット放出停止電磁比例弁１２９に出力する。それにより、バケット放出パイロット圧が制御され（図７参照）、コントロールバルブ２２を介してバケット９（バケットシリンダ１２）の放出側動作を減速又は停止する制御が行われる。

＜ブーム、アーム及びオフセットの減速・停止制御＞
ブーム、アーム及びオフセットの減速・停止制御について簡単に説明する。運転室１４及びガード１６の前面及び上面に干渉防止エリアを設定し、干渉防止エリアの境界に関する情報をコントローラ１０９に記憶しておく。コントローラ１０９は、各角度センサの信号と、予め記憶されているリアブーム５ａ、フロントブーム５ｂ、アーム７の各部寸法とに基づき、アーム先端の位置（アームトップピン８の位置）を演算する。そして、コントローラ１０９は、アーム先端の位置と前記干渉防止エリアとの距離を演算し、干渉防止エリアに近づくと減速し、干渉防止エリアに到達すると停止するような信号を各電磁比例弁に出力する。この制御は公知（特開平３−１５６０３７号公報）であるから、詳細な説明を省略する。

＜バケット放出動作の減速・停止制御＞
次に、本発明の実施形態によるバケット放出動作の減速・停止制御の手順について図６のフローチャートに基づき説明する。この制御は、上述したブーム、アーム及びオフセットの減速・停止制御と並行して、所定のタイミングで実行される。

まずＳ１で、コントローラ１０９は、ブーム角度センサ１１１、アーム角度センサ１１３、及び、オフセット角度センサ１１５の出力値より、各相対角度を演算する。

Ｓ３では、記憶されているリアブーム５ａ、フロントブーム５ｂ、アーム７の各部寸法と、Ｓ１で求めた各相対角度とから、アーム先端位置（アームトップピン８の位置）を求め、更に、旋回中心を原点とする半径Ｒ（アーム先端位置と旋回中心との距離）を計算する。

Ｓ５では、半径Ｒが所定距離Ｒ１未満であるか否かの判断を行う。所定距離Ｒ１は、例えば、バケット９の歯先がガード１６に干渉する作業半径＋１００ｍｍの距離に設定される。半径Ｒが所定距離Ｒ１未満である場合（停止範囲）（Ｓ５：Ｙｅｓ）、バケット放出動作を停止するための信号をバケット放出停止電磁比例弁１２９へ出力する（Ｓ７）。つまり、平面視で、アーム先端位置が旋回中心を原点とする半径Ｒ１の円の内側に入っている場合、オペレータがバケット９を放出側に動かそうとしてもバケット９を動作させないようにする。バケット放出動作が停止された後、オペレータが自動停止解除スイッチ１１７を操作すると、コントローラ１０９からバケット放出停止電磁比例弁１２９へバケット放出動作の停止を解除する信号が出力され、バケットの放出側操作を行うことができるようになる。この場合、オペレータはバケット９がガード１６に干渉する危険性を認識しつつ操作を行うので、干渉するおそれは少ない。

一方、半径Ｒが所定距離Ｒ１以上である場合（減速範囲）（Ｓ５：Ｎｏ）、コントローラ１０９は、Ｒに応じてバケット放出停止電磁比例弁１２９に信号を出力する（Ｓ９）。より具体的には、図７のグラフに実線で示すように、Ｒ＝Ｒ１のときバケット放出パイロット圧がゼロとなるような信号をバケット放出停止電磁比例弁１２９に出力し、ＲとＲ１との差（Ｒ−Ｒ１）が大きくなるに従って（つまりアーム先端位置が放出動作の停止領域から離れるに従って）バケット放出パイロット圧が大きくなるような信号をバケット放出停止電磁比例弁１２９に出力する。従って、バケット９が放出動作の停止領域から離れるにつれて放出動作の減速の程度が小さくなる。なお、本実施形態では、図７に実線で示すように、バケット放出パイロット圧が一次遅れで増加するように制御が行われる。

このように電磁比例弁を用いることにより、ＲとＲ１との差（Ｒ−Ｒ１）が大きくなるに従ってバケット放出速度が徐々に大きくなるように制御される。よって、例えば掘削作業を行おうとする場合、バケットの操作レバー２０を放出側に大きく操作した状態でバケット９を旋回中心から離していき、Ｒ＝Ｒ１を超えたときに急激にバケット９が放出側に動くことを防止することができる。

本発明によるショベルの作業アタッチメント制御装置は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。

上述した実施形態では、旋回中心を原点とするアーム先端位置の半径Ｒが所定距離Ｒ１未満である場合に、バケット放出動作を停止するようにしたが、このような実施形態に限られない。例えば、ブーム角度センサ１１１及びアーム角度センサ１１３からの信号に基づき、ブーム５の角度及びアーム７の角度が所定の範囲内にあることを判断したときにバケット放出動作を停止してもよい。このとき、ブーム５及びアーム７の角度に加えて、オフセットの角度を考慮してもよい。かかる変形例によれば、アーム先端位置を計算することなく、角度に基づいてバケット放出動作を停止するため、演算処理の負担を小さくすることができる。

上述した実施形態では、バケット放出動作の減速・停止を行うために電磁比例弁（バケット放出停止電磁比例弁１２９）を用いたが、ＯＮ／ＯＦＦ制御を行う電磁弁を用いることも可能である。この場合、アーム先端位置とバケット放出パイロット圧との関係は図７の点線で示すようなものとなり、Ｒ＜Ｒ１ではバケット放出パイロット圧がゼロ、Ｒ≧Ｒ１ではバケット放出パイロット圧が一定値となる。

上述した実施形態では、バケット放出動作の減速範囲において、バケット放出パイロット圧が一次遅れで増加するように制御が行われたが、このような実施形態に限られず、例えば直線的に増加するように制御が行われてもよい。

上述した実施形態では、作業アタッチメントの姿勢に関連する値を検出する検出手段として、角度センサ（ブーム角度センサ１１１、アーム角度センサ１１３、オフセット角度センサ１１５）を用いたが、このような実施形態に限られない。例えば、各シリンダの伸縮長さを検出するストロークセンサや、鉛直方向と基準方向との角度（傾き）を検出する傾斜センサを用いてもよい。

上述した実施形態では、先端アタッチメントとしてバケットを備えた油圧ショベルの制御装置について説明したが、先端アタッチメントはバケットに限られない。先端アタッチメントとして圧砕機、ブレーカ等を備えた建設機械の制御装置に本発明を適用してもよい。

以上のように本発明にかかる建設機械の作業アタッチメント制御装置は、建設作業等に使用される油圧ショベル等の作業アタッチメント制御装置として有用である。

１油圧ショベル、２Ａ下部走行体、２Ｂ上部旋回体、
３作業アタッチメント、４ブームフットピン、５ブーム、
５ａリアブーム、５ｂフロントブーム、６ブームトップピン、
７アーム、８アームトップピン、９バケット、
１０ブームシリンダ、１１アームシリンダ、１２バケットシリンダ、
１３オフセットシリンダ、１４運転室、１６ガード、
１８オフセットピン、２０操作レバー、２２コントロールバルブ
１０１作業アタッチメント制御装置、１０９コントローラ、
１１１ブーム角度センサ、１１３アーム角度センサ、
１１５オフセット角度センサ、１１７自動停止解除スイッチ、
１２１ブーム上げ停止電磁比例弁、１２３アーム引き停止電磁比例弁、
１２５オフセット左停止電磁比例弁、１２７オフセット右停止電磁比例弁、
１２９バケット放出停止電磁比例弁

Claims

建設機械本体と、ブームとアームとオフセット機構と先端アタッチメントとを有する作業アタッチメントと、運転室と、前記運転室の側方に設けられ前記機械本体の意匠面を構成するガードとを備えた建設機械の作業アタッチメント制御装置であって、
前記作業アタッチメントの姿勢に関連する値を検出する検出手段と、
前記検出手段によって、前記姿勢に関連する値に基づき前記作業アタッチメントの姿勢が所定の停止範囲にあると検出された場合に、前記先端アタッチメントの放出側動作を停止する停止手段と、を備え、
前記建設機械本体は、前記作業アタッチメント、前記運転室及び前記ガードが取り付けられる上部旋回体と、前記上部旋回体が搭載される下部走行体とを備え、
前記停止手段は、平面視で、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回中心と前記アームの先端位置との距離が所定値未満である場合に前記先端アタッチメントの放出側動作を停止し、前記所定値は、前記先端アタッチメントが前記ガードに干渉する作業半径に所定長さを加えた距離に設定されており、これにより、前記先端アタッチメントと前記ガードとが鉛直方向に重なった位置にある姿勢から前記先端アタッチメントの放出側動作を停止することを特徴とする建設機械の作業アタッチメント制御装置。
前記停止手段による放出側動作の停止を解除する解除手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の建設機械の作業アタッチメント制御装置。
前記検出手段によって、前記作業アタッチメントの姿勢が前記停止範囲とは異なる減速範囲にあると検出された場合に、前記先端アタッチメントの放出側動作を減速する減速手段を更に備え、
前記減速手段は、前記作業アタッチメントの姿勢が前記停止範囲から離れるにつれて前記放出側動作の減速の程度を小さくすることを特徴とする請求項１又は２記載の建設機械の作業アタッチメント制御装置。
建設機械本体と、
ブームとアームとオフセット機構と先端アタッチメントとを有する作業アタッチメントと、
運転室と、
前記運転室の側方に設けられ前記機械本体の意匠面を構成するガードと、
前記作業アタッチメントの姿勢に関連する値を検出する検出手段と、前記検出手段によって、前記姿勢に関連する値に基づき前記作業アタッチメントの姿勢が所定の停止範囲にあると検出された場合に、前記先端アタッチメントの放出側動作を停止する停止手段とを有する制御装置と、を備え、
前記建設機械本体は、前記作業アタッチメント、前記運転室及び前記ガードが取り付けられる上部旋回体と、前記上部旋回体が搭載される下部走行体とを備え、
前記停止手段は、平面視で、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回中心と前記アームの先端位置との距離が所定値未満である場合に前記先端アタッチメントの放出側動作を停止し、前記所定値は、前記先端アタッチメントが前記ガードに干渉する作業半径に所定長さを加えた距離に設定されており、これにより、前記先端アタッチメントと前記ガードとが鉛直方向に重なった位置にある姿勢から前記先端アタッチメントの放出側動作を停止することを特徴とする建設機械。