JP2001073412A - 作業機及びその操縦システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、熟練を必要とせず、スムーズに操
作することができる作業機及びその操縦システムを得る
ことを目的とするものである。 【解決手段】 操作側リンク部材１０８が回動操作され
ると、その回動が操作伝達手段１１１により機械的に伝
達され、操作側可動部１１２が変位される。これによ
り、作業側及び操作側可動部１１０，１１２間に相対的
な変位が生じると、差動センサ１１３から信号が出力さ
れ、作業側リンク部材１０３が回動される。この回動が
回動センサ１０５により検出され、モータ１０９が駆動
される。作業側可動部１１０は、モータ１０９により、
操作側可動部１１２を相対的な中立位置に戻すように変
位される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば油圧ショ
ベル等の重機、産業用ロボット、医療用処置装置、放射
性物質等の危険物取扱装置など、複数の作業側リンク部
材を有する作業装置が、同様のリンク機構を有する操作
装置により操作される作業機、及びその作業機に使用さ
れる操縦システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧ショベルには、作業装置のア
クチュエータを操作するための２本の作業用操作レバー
が設けられている。これらの作業用操作レバーは、それ
ぞれ４方向、合計８方向への操作が可能になっている。
また、油圧ショベルでは、ブーム、アーム、バケット及
び旋回体がそれぞれ２方向、合計８方向へ回動するた
め、上記の作業用操作レバーの操作方向にブーム、アー
ム、バケット及び旋回体の動作方向が対応している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の油
圧ショベルにおいては、ブーム、アーム、バケット及び
旋回体の動作方向と作業用操作レバーの操作方向とが異
なっているため、これら操作方向と動作方向との関係を
感覚的に把握し、作業装置をスムーズに動作させるため
にはかなりの熟練を要するという問題点があった。ま
た、熟練度などのオペレータの個人的な能力により作業
の進み具合に大きな差が生じてしまい、全体の工期にも
大きな影響を及ぼすという問題点があった。

【０００４】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、熟練を必要と
せず、スムーズに操作することができる作業機及びその
操縦システムを得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る作
業機は、回動可能に連結されている複数の作業側リンク
部材を有する作業装置、複数の作業側リンク部材をそれ
ぞれ回動させる駆動装置、作業側リンク部材にそれぞれ
対応して回動可能に連結されている複数の操作側リンク
部材を有する操作装置、作業側リンク部材の回動を検出
する回動センサ、回動センサからの信号に応じて駆動さ
れるモータ、モータにより正逆両方向へ駆動される作業
側可動部と、この作業側可動部に対する中立位置から所
定の範囲内で正逆両方向へ変位可能な操作側可動部と、
作業側可動部に対する操作側可動部の中立位置からの相
対的な変位を検出する差動センサとを有している差動検
出部、操作側リンク部材と操作側可動部との間に設けら
れ、操作側リンク部材の回動を機械的に伝達し、操作側
リンク部材の回動に応じて操作側可動部を変位させる操
作伝達手段、及び差動センサからの信号に応じて駆動装
置を制御する制御部を備え、作業側リンク部材は、対応
する操作側リンク部材の回動に対応して駆動装置により
回動され、作業側可動部は、操作側可動部を相対的に中
立位置に戻す方向へモータにより駆動されるものであ
る。

【０００６】請求項２の発明に係る作業機は、作業側可
動部と操作側可動部との間に、操作側可動部を中立位置
に戻す方向へ付勢する戻しばねを設けたものである。

【０００７】請求項３の発明に係る作業機は、モータ本
体と、このモータ本体により回動される回動軸とを有す
るサーボモータによりモータが構成され、回動軸の回動
により回動される作業側回動片により作業側可動部が構
成され、作業側回動片に対して所定の角度内で同心上で
回動可能に組み合わされている操作側回動片から操作側
可動部が構成され、作業側及び操作側回動片のいずれか
一方に搭載さた差動センサにより作業側回動片に対する
操作側回動片の相対的な回動が検出されるものである。

【０００８】請求項４の発明に係る作業機は、作業側リ
ンク部材を回動させる油圧シリンダと、油圧シリンダの
動作方向を切り換える切換バルブを含む油圧回路部とを
有する駆動装置を用い、差動センサからの信号に応じて
切換バルブを制御する制御バルブを有する制御部を用い
たものである。

【０００９】請求項５の発明に係る作業機は、電磁比例
バルブにより構成された制御バルブを用いたものであ
る。

【００１０】請求項６の発明に係る作業機は、差動セン
サからの信号に応じて制御バルブを機械的に操作するバ
ルブ操作モータを制御部に設けたものである。

【００１１】請求項７の発明に係る作業機、作業側リン
ク部材を回動させる油圧シリンダを有する駆動装置を用
い、差動センサからの信号に応じて油圧シリンダを制御
する切換バルブを有する制御部を用いたものである。

【００１２】請求項８の発明に係る作業機は、電磁比例
バルブにより構成された切換バルブを用いたものであ
る。

【００１３】請求項９の発明に係る作業機は、作業側リ
ンク部材を回動させる油圧シリンダと、油圧シリンダの
動作方向を切り換える切換バルブを含む油圧回路部とを
有する駆動装置を用い、差動センサからの信号に応じて
切換バルブを機械的に操作するバルブ操作モータを有す
る制御部を用いたものである。

【００１４】請求項１０の発明に係る作業機は、作業側
リンク部材を回動させる駆動電動モータを有する駆動装
置を用い、差動センサからの信号に応じて制御部により
駆動電動モータを制御するものである。

【００１５】請求項１１の発明に係る作業機は、駆動電
動モータを駆動させるインバータを制御部に設けたもの
である。

【００１６】請求項１２の発明に係る作業機の操縦シス
テムは、回動可能に連結されている複数の作業側リンク
部材を有する作業装置と、複数の作業側リンク部材をそ
れぞれ回動させる駆動装置とを備えた作業機を操縦する
ためのものであって、作業側リンク部材にそれぞれ対応
して回動可能に連結されている複数の操作側リンク部材
を有する操作装置、作業側リンク部材の回動を検出する
回動センサ、回動センサからの信号に応じて駆動される
モータ、モータにより正逆両方向へ駆動される作業側可
動部と、この作業側可動部に対する中立位置から所定の
範囲内で正逆両方向へ変位可能な操作側可動部と、作業
側可動部に対する操作側可動部の中立位置からの相対的
な変位を検出する差動センサとを有している差動検出
部、操作側リンク部材と操作側可動部との間に設けら
れ、操作側リンク部材の回動を機械的に伝達し、操作側
リンク部材の回動に応じて操作側可動部を変位させる操
作伝達手段、及び操作側リンク部材の回動に対応して作
業側リンク部材が回動されるように、差動センサからの
信号に応じて駆動装置を制御する制御部を備え、作業側
可動部は、操作側可動部を相対的に中立位置に戻す方向
へモータにより駆動されるものである。

【００１７】請求項１３の発明に係る作業機の操縦シス
テムは、作業側可動部と操作側可動部との間に、操作側
可動部を中立位置に戻す方向へ付勢する戻しばねを設け
たものである。

【００１８】請求項１４の発明に係る作業機の操縦シス
テムは、モータ本体と、このモータ本体により回動され
る回動軸とを有するサーボモータにより構成されたモー
タを用い、回動軸の回動により回動される作業側回動片
により構成された作業側可動部を用い、作業側回動片に
対して所定の角度内で同心上で回動可能に組み合わされ
ている操作側回動片から構成された操作側可動部を用
い、作業側及び操作側回動片のいずれか一方に搭載され
た差動センサにより、作業側回動片に対する操作側回動
片の相対的な回動が検出されるものである。

【００１９】請求項１５の発明に係る作業機の操縦シス
テムは、作業側回動片及び操作側回動片のいずれか一方
に、円弧状の嵌合溝を設け、他方には、嵌合溝に挿入さ
れ操作側回動片の相対的な回動に伴って嵌合溝内を移動
する嵌合突起を設け、嵌合溝の一部には、操作側回動片
を中立位置に戻す方向へ付勢する戻しばねを収容する円
弧状のばね収容部を設け、嵌合突起には、戻しばねの両
端部に当接する一対の当接部を設けたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による作
業機の動作原理を一部ブロックで示す説明図である。こ
の発明は、複数の関節を有するリンク機構を持つ作業機
に特に有効であるが、ここでは簡単のため、まず１つの
関節を有するリンク機構について説明する。

【００２１】図において、実際の作業を行う作業装置１
０１は、互いに回動可能に連結されている第１及び第２
の作業側リンク部材１０２，１０３を有している。第２
の作業側リンク部材１０３は、駆動装置１０４により第
１の作業側リンク部材１０２に対して回動される。駆動
装置１０４は、油圧作業機であれば油圧モータや油圧シ
リンダが使用され、電動の作業機であれば電動駆動モー
タや、場合によってはリニアモータ等が使用される。第
１の作業側リンク部材１０２に対する第２の作業側リン
ク部材１０３の回動（回動量及び回動方向）は、回動セ
ンサ１０５により検出される。

【００２２】作業者が操縦する操作装置１０６は、第１
及び第２の作業側リンク部材１０２，１０３にそれぞれ
対応して互いに回動可能に連結されている第１及び第２
の操作側リンク部材１０７，１０８を有している。作業
側リンク部材１０２，１０３のサイズが大きい場合、操
作側リンク部材１０７，１０８は、操縦し易い大きさま
で縮小してもよい。

【００２３】回動センサ１０５には、モータ１０９が接
続されている。モータ１０９としては、例えばサーボモ
ータが使用される。作業側可動部１１０は、モータ１０
９により正逆両方向へ駆動される。第１の操作側リンク
部材１０７に対する操作側リンク部材１０８の回動（回
動量及び回動方向）は、操作伝達手段１１１を介して操
作側可動部１１２に機械的に伝達される。

【００２４】従って、作業側可動部１１０は、作業側リ
ンク部材１０３の回動に対応して変位し、操作側可動部
１１２は、操作側リンク部材１０８の回動に対応して変
位する。操作側可動部１１２は、作業側可動部１１０に
対する中立位置から所定の範囲内で正逆両方向へ変位可
能になっている。これら作業側及び操作側可動部１１
０，１１２の変位は、直線動作による変位でも回動動作
による周方向への変位でもよい。また、作業側可動部１
１２は、モータ１０９によって変位されるが、操作側か
ら作業側可動部１１２を変位させることは、モータ１０
９によって規制されている。

【００２５】作業側可動部１１０に対する操作側可動部
１１２の中立位置からの相対的な変位は、差動センサ１
１３により検出される。即ち、差動センサ１１３は、操
作側リンク部材１０８と作業側リンク部材１０３との差
動を検出する。差動検出部１１４は、作業側可動部１１
０、操作側可動部１１２及び差動センサ１１３により構
成されている。制御部１１５は、差動センサ１１３から
の信号に応じて駆動装置１０４を制御する。

【００２６】次に、動作について説明する。まず、第２
の操作側リンク部材１０８が作業者により回動されたと
すると、この回動が操作伝達手段１１１により操作側可
動部１１２に伝達される。操作側可動部１１２は、操作
側リンク部材１０８が停止されているときには作業側可
動部１１０に対して中立位置にあるが、操作側リンク部
材１０８が回動されると、中立位置から対応する方向へ
変位される。

【００２７】このとき、作業側リンク部材１０３はまだ
回動していないため、作業側可動部１１０は停止してい
る。従って、操作側可動部１１２は、作業側可動部１１
０に対して相対的に変位され、この相対的な変位が差動
センサ１１３により検出される。この後、差動センサ１
１３から制御部１１５に信号が出力され、この信号に応
じて制御部１１５により駆動装置１０４が制御される。
即ち、第２の操作側リンク部材１０８が回動されると、
その動作に僅かに遅れて、第２の作業側リンク部材１０
３が駆動装置１０４により同方向へ回動される。

【００２８】このような第２の作業側リンク部材１０３
の回動は、回動センサ１０５により検出され、これによ
りモータ１０９が駆動され、操作側可動部１１２を中立
位置に戻す方向へ、作業側可動部１１０が操作側可動部
１１２に対して相対的に変位される。即ち、作業側可動
部１１０は、操作側可動部１１２を追従するように変位
される。従って、第２の操作側リンク部材１０８が連続
して回動されると、操作側及び作業側可動部１１２，１
１０が同方向へ変位し続け、第２の作業側リンク部材１
０３が連続して回動される。

【００２９】また、第２の操作側リンク部材１０８の回
動が停止されれば、操作側可動部１１２が作業側可動部
１１０に対して中立位置に戻され、第２の作業側リンク
部材１０３の回動も停止される。

【００３０】上記の例では、１つの関節を有するリンク
機構について説明したが、複数の関節を有するリンク機
構についても、回動センサ１０５、モータ１０９及び差
動検出部１１４の数を増やし、各関節での操作側リンク
部材の回動を操作伝達手段で対応する操作側可動部に伝
達することにより、操作側リンク部材の動作に応じて、
対応する作業側リンク部材を高精度で追従させることが
できる。

【００３１】従って、この発明は、図１に示したような
１関節のリンク機構を持つ作業機にも適用できるが、複
数の関節が直列に配置されたリンク機構を持つ作業機に
対して特に有効である。

【００３２】実施の形態２．次に、この発明を油圧作業
機である油圧ショベルに適用した例について説明する。
図２はこの発明の実施の形態２による油圧ショベルを示
す概略の構成図である。図において、下部走行体１上に
は、運転室２Ａを有する上部旋回体２が旋回可能に設け
られている。この上部旋回体２には、作業装置３が搭載
されている。この作業装置３は、ブーム連結部材３Ａ、
このブーム連結部材３Ａに回動可能に連結されているブ
ーム４、このブーム４に回動可能に連結されているアー
ム５、及びこのアーム５に回動可能に連結されているバ
ケット６を有している。

【００３３】ここで、作業装置３を作業側のリンク機構
として見た場合、ブーム連結部材３Ａ、ブーム４、アー
ム５、及びバケット６は、それぞれ作業側リンク部材に
相当する。

【００３４】ブーム連結部材３Ａとブーム４との間には
ブームシリンダ７、ブーム４とアーム５との間にはアー
ムシリンダ８、アーム５とバケット６との間にはバケッ
トシリンダ９がそれぞれ設けられている。これらのシリ
ンダ７，８，９としては、油圧シリンダが用いられる。
上部旋回体２は、油圧モータである旋回モータ１０によ
り下部走行体１に対して旋回可能になっている。運転室
２Ａには、作業装置３のリンク機構を適当な比率で縮小
した操作側のリンク機構を構成する操作装置１１が設け
られている。

【００３５】ブーム４の基端部には、ブーム４の回動を
検出する回動センサとしてのブームセンサ１２が設けら
れている。ブーム４とアーム５との連結部には、アーム
５の回動を検出する回動センサとしてのアームセンサ１
３が設けられている。バケット６を回動させるためのリ
ンク機構の一部には、バケット６の回動を検出する回動
センサとしてのバケットセンサ１４が設けられている。
これらのセンサ１２〜１４としては、例えばポテンショ
ンメータなど、回転状態に応じて電気信号を出力する周
知の回転センサを適宜選択して使用することができる。
また、絶対的な回動位置を検出するエンコーダを使用し
てもよい。

【００３６】上部旋回体２上の適当な場所には、作業装
置３を操作するための差動ユニット１５が配置されてい
る。各センサ１２〜１４と差動ユニット１５とは、配線
（図示せず）により電気的に接続されている。

【００３７】図３は図２の油圧ショベルの要部を示す概
略のブロック図である。図において、各シリンダ７〜９
及び旋回モータ１０には、それぞれの動作方向を切り換
える切換バルブ２１〜２４が接続されている。また、各
切換バルブ２１〜２４は、それぞれ制御バルブ２５〜２
８により制御される。ブーム制御バルブ２５、アーム制
御バルブ２６及びバケット制御バルブ２７には、電磁比
例バルブが使用されている。

【００３８】上記の切換バルブ２１〜２４を有する油圧
回路部２９には、タンク及び油圧ポンプ等（図示せず）
が設けられているのは勿論であり、周知の油圧ショベル
の油圧回路部を利用することもできる。従って、回路構
成の細部については、種々の変更が可能である。この実
施の形態２における駆動装置３０は、油圧シリンダ７〜
９、旋回モータ１０及び油圧回路部２９を有している。

【００３９】ブーム制御バルブ２５、アーム制御バルブ
２６及びバケット制御バルブ２７は、コントロールユニ
ット３１からの信号により制御される。コントロールユ
ニット３１には、差動ユニット１５からのアナログ信号
をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３２と、Ａ／Ｄ
変換器３２からの信号を処理して制御バルブ２５〜２７
に出力するＣＰＵ３３とが設けられている。制御部３４
は、制御バルブ２５〜２８及びコントロールユニット３
１を有している。

【００４０】次に、図４は図２の差動ユニット１５の要
部を示す正面図、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図で
ある。サーボモータ３５は、ブームセンサ１２、アーム
センサ１３及びバケットセンサ１４のいずれか１つのセ
ンサからの信号に応じて駆動される。サーボモータ３５
は、モータ本体３６と、このモータ本体３６により回動
される回動軸３７とを有している。回動軸３７には、回
動軸３７と一体に回動するフランジ部材３８が固着され
ている。フランジ部材３８には、フランジ部３８ａが設
けられている。

【００４１】フランジ部材３８には、フランジ部材３８
と一体に回動する作業側可動部としての作業側回動片３
９が固定されている。作業側回動片３９は、フランジ部
３８ａにねじ（図示せず）により固定されている。ま
た、作業側回動片３９には、円弧状の嵌合溝３９ａと、
軸部３９ｂとが設けられている。

【００４２】作業側回動片３９には、操作側可動部とし
ての操作側回動片４０が組み合わされている。操作側回
動片４０は、作業側回動片３９と同一の軸線を中心とし
て所定の範囲（角度）内で正逆両方向へ相対的に回動可
能になっている。また、操作側回動片４０には、嵌合溝
３９ａに挿入され操作側回動片４０の相対的な回動に伴
って嵌合溝３９ａ内を移動する円弧状の嵌合突起４０ａ
が設けられている。

【００４３】操作側回動片４０には、ねじ（図示せず）
により差動ユニット側プーリ４１が固定されている。差
動ユニット側プーリ４１は、操作装置１１を操作するこ
とにより操作側回動片４０と一体に回動される。作業側
回動片３９の軸部３９ｂは、操作側回動片４０及び差動
ユニット側プーリ４１の中心部を貫通している。また、
回動軸３７、フランジ部材３８、作業側回動片３９、嵌
合溝３９ａ、軸部３９ｂ、操作側回動片４０、嵌合突起
４０ａ及び差動ユニット側プーリ４１は、それぞれ同一
の軸線を中心として配置されている。

【００４４】軸部３９ｂの先端部には、作業側回動片３
９と一体に回動されるピン支持板４２が固着されてい
る。ピン支持板４２には、ピン４３が立設されている。
差動ユニット側プーリ４１の側面には、台座４４を介し
て差動センサ４５が取り付けられている。台座４４は、
複数のねじ４６により差動ユニット側プーリ４１に固定
されている。

【００４５】差動センサ４５は、台座４４に固定された
センサ本体４７と、このセンサ本体４７に揺動可能に設
けられている揺動片４８とを有している。この実施の形
態２における差動検出部は、作業側回動片３９、操作側
回動片４０、ピン支持板４２、ピン４３、台座４４及び
差動センサ４５を有している。モータ本体３６及びセン
サ本体４７の内部構造は図示しない。揺動片４８には、
ピン４３が回動自在に貫通している。

【００４６】差動センサ４５は、台座４４及び差動ユニ
ット側プーリ４２を介して操作側回動片４０に搭載され
ており、操作側回動片４０とともに回動される。これに
対し、ピン４３は、作業側回動片３９の回動により変位
されるため、操作側回動片４０が作業側回動片３９に対
して相対的に回動変位されると、揺動片４８がセンサ本
体４７に対して揺動される。これにより、差動センサ４
５から制御部３４のコントロールユニット３１へアナロ
グ電気信号が出力される。

【００４７】図６は図５の作業側回動片３９を示す正面
図、図７は図５の操作側回動片４０を示す正面図であ
る。なお、図６は図５の右側から作業側回動片３９を見
た図、図７は図５の左側から操作側回動片４０を見た図
である。

【００４８】作業側回動片３９の嵌合溝３９ａの一部に
は、溝幅を広げることにより円弧状のばね収容部３９ｃ
が設けられている。ばね収容部３９ｃには、操作側回動
片４０を中立位置に戻す方向へ付勢する戻しばね４９が
収容されている。操作側回動片４０の嵌合突起４０ａに
は、戻しばね４９の両端部に当接する一対の当接部４０
ｂが設けられている。このような構成により、作業側回
動片３９に対する操作側回動片４０の相対的な回動範囲
が所定の角度内に規制されている。

【００４９】なお、差動ユニット１５には、ブーム４、
アーム５及びバケット６のそれぞれに対応して、図４な
いし図７に示した装置が３組設けられている。

【００５０】次に、図８は図２の操作装置１１を示す側
面図である。図において、運転室２Ａに固定された固定
部材５１には、旋回モータ１０用の旋回制御バルブ２８
が搭載されている。旋回制御バルブ２８は、固定部材５
１に固定されたバルブ本体２８ａと、このバルブ本体２
８ａに設けられた揺動可能なバルブ操作レバー２８ｂと
を有している。バルブ操作レバー２８ｂには、可動支持
部材５２が固定されている。この可動支持部材５２は、
固定部材５１に対して、バルブ操作レバー２８ｂと一体
に水平方向左右へ回動可能になっている。

【００５１】可動支持部材５２上には、操作装置基台５
３が固定されている。この操作装置基台５３には、ブー
ムレバー５４の基端部が回動可能に連結されている。こ
のブームレバー５４の先端部には、アームレバー５５が
回動可能に連結されている。さらに、アームレバー５５
の先端部には、バケットレバー５６が回動可能に連結さ
れている。

【００５２】バケットレバー５６は、操作装置１１の把
手を兼ねており、作業者が掴み易い形状に構成される。
また、バケットレバー５６には、付属的な機器を操作す
るための電気スイッチや安全スイッチ等を搭載すること
も可能である。

【００５３】ここで、操作装置１１を操作側のリンク機
構として見た場合、操作装置基台５３、ブームレバー５
４、アームレバー５５、及びバケットレバー５６は、そ
れぞれ操作側リンク部材に相当する。

【００５４】各レバー５４〜５６の基端部には、各レバ
ー５４〜５６と一体に回動するブームレバープーリ５
７、アームレバープーリ５８及びバケットレバープーリ
５９が固定されている。各レバープーリ５７〜５９の外
周には、それぞれループ状のブームワイヤ６０、アーム
ワイヤ６１及びバケットワイヤ６２の一部がそれぞれ巻
かれている。各ワイヤ６０〜６２は、例えば止めねじ
（図示せず）を締め付けることにより、各レバープーリ
５７〜５９にその円周上の１箇所で固定されている。

【００５５】また、ワイヤ６０〜６２は、それぞれワイ
ヤチューブ６０ａ，６１ａ，６２ａに摺動自在に挿通さ
れた状態で、各レバープーリ５７〜５９の近傍まで導か
れている。さらに、各ワイヤチューブ６０ａ，６１ａ，
６２ａの一端部は、操作装置基台５３、ブームレバー５
４及びアームレバー５５にそれぞれ固定されている。

【００５６】図９は図２の操作装置１１と差動ユニット
１５との接続状態を模式的に示す説明図である。上述し
たように、差動ユニット１５には、差動検出部とサーボ
モータ３５とを組み合わせたユニットが３組設けられて
いる。各ユニットの差動ユニット側プーリ４１には、図
８に示したワイヤチューブ６０ａ，６１ａ，６２ａによ
り導かれたワイヤ６０〜６２の一部がそれぞれ巻かれて
いる。各ワイヤ６０〜６２は、例えば止めねじ（図示せ
ず）を締め付けることにより、各差動ユニット側プーリ
４１にその円周上の１箇所で固定されている。

【００５７】従って、操作装置１１における各レバー５
４〜５６が回動され、対応するレバープーリ５７〜５９
が回動されると、ワイヤ６０〜６２が循環され、対応す
る差動ユニット側プーリ４１が回動される。この実施の
形態２における操作伝達手段は、レバープーリ５７〜５
９、ワイヤ６０〜６２、ワイヤチューブ６０ａ，６１
ａ，６２ａ、及び差動ユニット側プーリ４１を有してい
る。

【００５８】次に、動作について説明する。運転室２Ａ
に搭乗した作業者は、操作装置１１のバケットレバー５
６を把持し、バケット６及び作業現場を目視しながら、
バケット６を動かすようにバケットレバー５６を移動さ
せる。これにより、操作装置１１の各関節部分が回動さ
れる。

【００５９】例えば、ブームレバー５４が図８の反時計
方向（下げ方向）へ回動されたとすると、これとともに
ブームレバープーリ５７も同様に回動される。ブームレ
バープーリ５７にはブームワイヤ６０が固定されている
ので、ブームレバープーリ５７の回動によりブームワイ
ヤ６０はワイヤチューブ６０ａ内を循環され、対応する
差動ユニット側プーリ４１が同期して回動される。

【００６０】差動ユニット側プーリ４１が回動される
と、これと一体に操作側回動片４０が回動される。この
とき、ブーム４はまだ回動しておらず、ブームセンサ１
２からの信号では回動量がゼロであるため、作業側回動
片３９は停止したままである。従って、操作側回動片４
０は、作業側回動片３９に対して中立位置から一方向へ
相対的に回動される。

【００６１】このとき、嵌合突起４０ａが嵌合溝３９ａ
内を摺動し、一方の当接部４０ｂにより戻しばね４９が
圧縮される。作業側回動片３９に対する操作側回動片４
０の相対的な回動角度は、戻しばね４９の圧縮範囲によ
り規制されている。また、作業側回動片３９は、サーボ
モータ３５によって回動されるが、戻しばね４９の圧縮
範囲を超えて操作側から作業側回動片３９を無理に変位
させることは、サーボモータ３５によって規制されてい
る。

【００６２】このように、操作側回動片４０が作業側回
動片３９に対して相対的に回動されると、ピン４３によ
り揺動片４８が揺動され、差動センサ４５からコントロ
ールユニット３１に信号が出力される。差動センサ４５
からの信号は、Ａ／Ｄ変換器３２によりデジタル信号に
変換され、さらにＣＰＵ３３で演算処理された後、コン
トロールユニット３１からブーム制御バルブ２５に出力
される。

【００６３】ブーム制御バルブ２５は、コントロールユ
ニット３１からの信号により操作され、ブーム制御バル
ブ２５によりブーム切換バルブ２１が制御される。従っ
て、ブームレバー５４が回動されると、その動作に僅か
に遅れてブーム４が同様に回動される。

【００６４】このようなブーム４の回動は、ブームセン
サ１２により検出され、これにより対応するサーボモー
タ３５が駆動され、操作側回動片４０を中立位置に戻す
方向へ作業側回動片３９が回動される。即ち、操作装置
１１の操作により操作側回動片４０が回動されると、同
方向へ追従するようにサーボモータ３５により作業側回
動片３９が回動される。従って、ブームレバー５４を連
続して回動させると、操作側回動片４０及び作業側回動
片３９が回動され続け、ブーム４が連続して回動され
る。

【００６５】また、ブームレバー５４の回動が停止すれ
ば、作業側回動片３９が操作側回動片４０に追いつき、
操作側回動片４０が中立位置に戻り、差動センサ４５か
らの信号が出力されず（又は差動０の信号が出力さ
れ）、ブーム４の回動も停止される。なお、ブームレバ
ー５４を逆方向へ操作した場合は、上記の逆の動作とな
る。また、アーム５及びバケット６についてもブーム４
と同様に操作される。各レバー５４〜５６の回動方向
と、アーム５及びバケット６についてもブーム４の階同
方向とは、同じになるように予め設定されている。

【００６６】次に、旋回動作について説明する。バケッ
トレバー５６を握ったままで、操作装置１１全体を旋回
させたい方向へ回動させると、旋回制御バルブ２８のバ
ルブ操作レバー２８ｂが直接操作され、上部旋回体２全
体が同方向へ旋回される。従って、操作装置１１を旋回
方向へ回動させている間、上部旋回体２は同方向へ旋回
され、操作装置１１の回動を止めれば、上部旋回体２の
旋回も停止される。

【００６７】このように、操作装置１１のリンク機構に
追従して、作業装置３のリンク機構をスムーズに動作さ
せることができるため、作業者は、作業装置３を直接動
かすのに近い感覚で操作装置１１を容易に操作すること
ができる。また、バケットレバー５６を動かせば、操作
装置１１のリンク機構は自動的に最短距離で追従するの
で、各リンクの個別の角度等を考慮する必要もない。従
って、特別な熟練を必要とせずに作業効率を向上させる
ことができ、工期全体としても大幅な短縮を図ることが
できる。

【００６８】さらに、作業装置３及び操作装置１１の各
リンク部材は１：１で対応しているため、例えばブーム
４の動作に対するアーム５の対比速度や対比変位量など
を考慮する必要もなく、装置構成が簡単である。即ち、
各油圧シリンダ７〜９及び旋回モータ１０への作動油の
配分が自動的に行われるため、ディストリビュータでの
複雑な制御は不要であり、油圧回路部２９に設けられた
ポンプの出力を最大限に利用して、大幅なコストダウン
を図ることができる。また、既存の油圧作業機への操縦
システムの装着が容易であり、かつメンテナンスも容易
である。

【００６９】なお、各センサ１２〜１４からサーボモー
タ３５への信号の送信は、リード線を配線することによ
り行えばよいが、ワイヤレスで送信することも可能であ
り、リード線の断線等による故障を防止することができ
る。

【００７０】また、実施の形態２では、３つの油圧シリ
ンダ７〜９及び旋回モータ１０の動作について示した
が、例えばブーム４をスイング動作させる場合や、図２
の左右方向へ延びる軸を中心にブーム４を回動させる場
合にも、この発明は適用できる。

【００７１】さらに、作業装置及び操作装置をそれぞれ
２組設け、両手で同時に操縦するようにすることも可能
である。これらの場合、上記のような操縦システムを用
いれば、同様の構造の数を増やすだけでよいため、増設
が容易である。

【００７２】さらにまた、実施の形態２では、旋回制御
バルブ２４の操作も操作装置１１で行ったが、別のレバ
ーを設けたり、運転室２Ａの足元にペダルを設け、この
ペダルを足で操作することにより、旋回制御バルブ２４
を操作するようにしてもよい。

【００７３】また、実施の形態２では、プーリとワイヤ
とを用いた操作伝達手段を示したが、歯付きプーリと歯
付きベルトとを用いた操作伝達手段や、チェーンとスプ
ロケットとを用いた操作伝達手段としてもよい。

【００７４】さらに、実施の形態２では、油圧ショベ
ル、特に油圧バックホーについて示したが、この発明
は、例えばトラックバックホー、ジャンボブレーカ、ク
ラッシャ、クラムシェル、油圧フォーク（はさみ）、油
圧バイブロなど、種々の油圧作業機に適用することがで
きる。また、バケットの代わりに種々のアタッチメント
を取り付けてもよい。

【００７５】さらに、下部走行体を持たない定置式の作
業機にもこの発明を適用することができ、かつ操作装置
を作業機本体外に設けることも可能である。例えば、海
底、湖底、川底、深い穴の底等での作業を行うための作
業装置を、別に設けた操作装置により遠隔操作する場合
にも、この発明は適用できる。この場合、例えばコント
ロールユニット３１から制御バルブ２５〜２７への配
線、及び回動センサ１２〜１４からサーボモータ３５へ
の配線を引き延ばして、作業側と操作側とに配置を振り
分ければよい。さらにまた、建設用に限らず、あらゆる
作業に使用される油圧作業機にこの発明は適用できる。

【００７６】実施の形態３．また、実施の形態２では、
電磁比例バルブからなる制御バルブ２５〜２７を制御部
３４に設け、これらの制御バルブ２５〜２７により切換
バルブ２１〜２３を制御したが、例えば図１０に示すよ
うに、切換バルブ７１〜７３として電磁比例バルブを使
用し、コントロールユニット３１からの信号で切換バル
ブ７１〜７３を直接制御するようにしてもよい。この場
合、制御部７４は、コントロールユニット３１及び切換
バルブ７１〜７３を有しており、他の構成は実施の形態
２と同様である。

【００７７】実施の形態４．図１１はこの発明の実施の
形態４による油圧ショベルの要部を示す概略のブロック
図である。実施の形態２では、制御バルブ２５〜２７に
電磁比例バルブを使用し、コントロールユニット３１か
らの信号を制御バルブ２５〜２７に入力したが、例えば
図１１に示すように、機械的に操作される制御バルブ２
５〜２７を用い、コントロールユニット３１からの信号
を第１ないし第３のバルブ操作モータ８７〜８９に入力
し、これらのバルブ操作モータ８７〜８９により制御バ
ルブ２５〜２７を機械的に操作してもよい。

【００７８】実施の形態５．図１２はこの発明の実施の
形態５による油圧ショベルの要部を示す概略のブロック
図である。実施の形態２では、制御バルブ２５〜２７に
電磁比例バルブを使用し、コントロールユニット３１か
らの信号を制御バルブ２５〜２７に入力したが、例えば
図１２に示すように、コントロールユニット３１からの
信号を第１ないし第３のバルブ操作モータ８７〜８９に
入力し、これらのバルブ操作モータ８７〜８９により切
換バルブ２１〜２３を機械的に直接操作してもよい。

【００７９】なお、図１０〜図１２では、旋回モータの
記載を省略したが、駆動装置に旋回モータが含まれる場
合、実施の形態２と同様に制御すればよい。また、旋回
モータについても、作業装置側に回動センサを設けると
ともに、操作伝達手段を設け、他の関節と同様に制御す
ることも可能である。特に、遠隔操作をする場合には、
旋回モータも他の関節と同様に制御するのが望ましい。

【００８０】実施の形態６．次に、図１３はこの発明の
実施の形態６による電動作業機の要部を示すブロック図
である。この例では、３関節の直列リンク機構を持つ作
業装置（図示せず）が使用される。３つの作業側リンク
部材は、第１ないし第３の電動駆動モータ８１〜８３に
より回動される。駆動装置８４は、第１ないし第３の電
動駆動モータ８１〜８３を有している。

【００８１】また、実施の形態６では、図４ないし図７
に示された差動ユニット１５及び図８に示された操作装
置１１を使用することができる。作業側リンク部材の回
動は、回動センサにより検出され、回動センサからの信
号は、サーボモータ３５に入力される。差動センサ４５
からの信号は、コントロールユニット３１に入力され
る。コントロールユニット３１からの指令信号は、イン
バータ８５を介して第１ないし第３の電動駆動モータ８
１〜８３に送られる。制御部（制御回路部）８６は、コ
ントロールユニット３１及びインバータ８５を有してい
る。

【００８２】このような構成により、電動の作業機につ
いても、操作装置１１のリンク機構に追従して、作業装
置のリンク機構をスムーズに動作させることができ、簡
単な構造により操作性を著しく向上させることができ
る。従って、医療用処置装置（例えば先端部の作業側リ
ンク部材に、レーザ照射ヘッド、内視鏡、又は放射線照
射装置が搭載されたものなど）、宇宙空間での作業機、
放射線など人体に有害な環境下での作業機など、あらゆ
る分野に使用されるマスタ・スレーブ方式の作業機に
も、この発明を適用することができる。

【００８３】なお、この発明を油圧重機に適用する場
合、作業装置よりも小さいサイズの操作装置を用いるこ
とが多いが、他の分野の作業機にこの発明を適用する場
合、作業装置と等倍の操作装置や、作業装置よりも小形
の操作装置を用いてもよい。

【００８４】また、上述したように、作業装置及び操作
装置のリンク機構の関節数は、特に限定されるものでは
ない。逆に言うと、この発明を適用することより、関節
数を増加させ、作業装置の細かい動きを実現することも
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による作業機の動作
原理を一部ブロックで示す説明図である。

【図２】 この発明の実施の形態２による油圧ショベル
を示す概略の構成図である。

【図３】 図２の油圧ショベルの要部を示す概略のブロ
ック図である。

【図４】 図２の差動ユニットの要部を示す正面図であ
る。

【図５】 図５は図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】 図５の作業側回動片を示す正面図である。

【図７】 図５の操作側回動片を示す正面図である。

【図８】 図２の操作装置を示す側面図である。

【図９】 図２の操作装置と差動ユニットとの接続状態
を模式的に示す説明図である。

【図１０】 この発明の実施の形態３による油圧ショベ
ルの要部を示す概略のブロック図である。

【図１１】 この発明の実施の形態４による油圧ショベ
ルの要部を示す概略のブロック図である。

【図１２】 この発明の実施の形態５による油圧ショベ
ルの要部を示す概略のブロック図である。

【図１３】 この発明の実施の形態６による電動作業機
の要部を示すブロック図である。

【符号の説明】

３Ａ ブーム連結部材、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、１１ 操作装置、１２ブームセ
ンサ、１３ アームセンサ、１４ バケットセンサ、２
１，７１ ブーム切換バルブ、２２，７２ アーム切換
バルブ、２３，７３ バケット切換バルブ、２５ ブー
ム制御バルブ、２６ アーム制御バルブ、２７ バケッ
ト制御バルブ、２９ 油圧回路部、３０ 駆動装置、３
４，７４ 制御部、３５ サーボモータ、３６ モータ
本体、３７ 回動軸、３９ 作業側回動片、３９ａ 嵌
合溝、３９ｃ ばね収容部、４０ 操作側回動片、４０
ａ 嵌合突起、４５ 差動センサ、４９ 戻しばね、５
３ 操作装置基台、５４ ブームレバー、５５アームレ
バー、５６ バケットレバー。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回動可能に連結されている複数の作業側
   リンク部材を有する作業装置、 上記複数の作業側リンク部材をそれぞれ回動させる駆動
   装置、 上記作業側リンク部材にそれぞれ対応して回動可能に連
   結されている複数の操作側リンク部材を有する操作装
   置、 上記作業側リンク部材の回動を検出する回動センサ、 上記回動センサからの信号に応じて駆動されるモータ、 上記モータにより正逆両方向へ駆動される作業側可動部
   と、この作業側可動部に対する中立位置から所定の範囲
   内で正逆両方向へ変位可能な操作側可動部と、上記作業
   側可動部に対する上記操作側可動部の上記中立位置から
   の相対的な変位を検出する差動センサとを有している差
   動検出部、 上記操作側リンク部材と上記操作側可動部との間に設け
   られ、上記操作側リンク部材の回動を機械的に伝達し、
   上記操作側リンク部材の回動に応じて上記操作側可動部
   を変位させる操作伝達手段、及び上記差動センサからの
   信号に応じて上記駆動装置を制御する制御部を備え、上
   記作業側リンク部材は、対応する上記操作側リンク部材
   の回動に対応して上記駆動装置により回動され、上記作
   業側可動部は、上記操作側可動部を相対的に中立位置に
   戻す方向へ上記モータにより駆動されることを特徴とす
   る作業機。
2. 【請求項２】 上記作業側可動部と上記操作側可動部と
   の間には、上記操作側可動部を上記中立位置に戻す方向
   へ付勢する戻しばねが設けられていることを特徴とする
   請求項１記載の作業機の操縦システム。
3. 【請求項３】 上記モータは、モータ本体と、このモー
   タ本体により回動される回動軸とを有するサーボモータ
   により構成され、 上記作業側可動部は、上記回動軸の回動により回動され
   る作業側回動片により構成され、 上記操作側可動部は、上記作業側回動片と同一の軸線を
   中心として所定の角度内で回動可能に上記作業側回動片
   に組み合わされている操作側回動片から構成され、 上記差動センサは、上記作業側回動片に対する上記操作
   側回動片の相対的な回動を検出することを特徴とする請
   求項１又は請求項２に記載の作業機。
4. 【請求項４】 上記駆動装置は、上記作業側リンク部材
   を回動させる油圧シリンダと、上記油圧シリンダの動作
   方向を切り換える切換バルブを含む油圧回路部とを有
   し、上記制御部は、上記差動センサからの信号に応じて
   上記切換バルブを制御する制御バルブを有していること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
   の作業機。
5. 【請求項５】 上記制御バルブは、電磁比例バルブによ
   り構成されていることを特徴とする請求項４記載の作業
   機。
6. 【請求項６】 上記制御部には、上記差動センサからの
   信号に応じて上記制御バルブを機械的に操作するバルブ
   操作モータが設けられていることを特徴とする請求項４
   記載の作業機。
7. 【請求項７】 上記駆動装置は、上記作業側リンク部材
   を回動させる油圧シリンダを有し、上記制御部は、上記
   差動センサからの信号に応じて上記油圧シリンダを制御
   する切換バルブを有していることを特徴とする請求項１
   ないし請求項３のいずれかに記載の作業機。
8. 【請求項８】 上記切換バルブは、電磁比例バルブによ
   り構成されていることを特徴とする請求項７記載の作業
   機。
9. 【請求項９】 上記駆動装置は、上記作業側リンク部材
   を回動させる油圧シリンダと、上記油圧シリンダの動作
   方向を切り換える切換バルブを含む油圧回路部とを有
   し、上記制御部は、上記差動センサからの信号に応じて
   上記切換バルブを機械的に操作するバルブ操作モータを
   有していることを特徴とする請求項１ないし請求項３の
   いずれかに記載の作業機。
10. 【請求項１０】 上記駆動装置は、上記作業側リンク部
    材を回動させる駆動電動モータを有し、上記制御部は、
    上記差動センサからの信号に応じて上記駆動電動モータ
    を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３の
    いずれかに記載の作業機。
11. 【請求項１１】 上記制御部には、上記駆動電動モータ
    を駆動させるインバータが設けられていることを特徴と
    する請求項１０記載の作業機。
12. 【請求項１２】 回動可能に連結されている複数の作業
    側リンク部材を有する作業装置と、上記複数の作業側リ
    ンク部材をそれぞれ回動させる駆動装置とを備えた作業
    機を操縦するための作業機の操縦システムであって、 上記作業側リンク部材にそれぞれ対応して回動可能に連
    結されている複数の操作側リンク部材を有する操作装
    置、 上記作業側リンク部材の回動を検出する回動センサ、 上記回動センサからの信号に応じて駆動されるモータ、 上記モータにより正逆両方向へ駆動される作業側可動部
    と、この作業側可動部に対する中立位置から所定の範囲
    内で正逆両方向へ変位可能な操作側可動部と、上記作業
    側可動部に対する上記操作側可動部の上記中立位置から
    の相対的な変位を検出する差動センサとを有している差
    動検出部、 上記操作側リンク部材と上記操作側可動部との間に設け
    られ、上記操作側リンク部材の回動を機械的に伝達し、
    上記操作側リンク部材の回動に応じて上記操作側可動部
    を変位させる操作伝達手段、及び上記操作側リンク部材
    の回動に対応して上記作業側リンク部材が回動されるよ
    うに、上記差動センサからの信号に応じて上記駆動装置
    を制御する制御部を備え、上記作業側可動部は、上記操
    作側可動部を相対的に中立位置に戻す方向へ上記モータ
    により駆動されることを特徴とする作業機の操縦システ
    ム。
13. 【請求項１３】 上記作業側可動部と上記操作側可動部
    との間には、上記操作側可動部を上記中立位置に戻す方
    向へ付勢する戻しばねが設けられていることを特徴とす
    る請求項１２記載の作業機の操縦システム。
14. 【請求項１４】 上記モータは、モータ本体と、このモ
    ータ本体により回動される回動軸とを有するサーボモー
    タにより構成され、 上記作業側可動部は、上記回動軸の回動により回動され
    る作業側回動片により構成され、 上記操作側可動部は、上記作業側回動片と同一の軸線を
    中心として所定の角度内で回動可能に上記作業側回動片
    に組み合わされている操作側回動片から構成され、 上記差動センサは、上記作業側回動片に対する上記操作
    側回動片の相対的な回動を検出することを特徴とする請
    求項１２又は請求項１３に記載の作業機の操縦システ
    ム。
15. 【請求項１５】 上記作業側回動片及び上記操作側回動
    片のいずれか一方には、円弧状の嵌合溝が設けられ、他
    方には、上記嵌合溝に挿入され上記操作側回動片の相対
    的な回動に伴って上記嵌合溝内を移動する嵌合突起が設
    けられており、上記嵌合溝の一部には、上記操作側回動
    片を上記中立位置に戻す方向へ付勢する戻しばねを収容
    する円弧状のばね収容部が設けられており、上記嵌合突
    起には、上記戻しばねの両端部に当接する一対の当接部
    が設けられていることを特徴とする請求項１４記載の作
    業機の操縦システム。