JP2005206291A - 把持装置、把持力制御装置および把持装置用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低いコストで把持力の精度を向上できる把持装置、把持力制御装置および把持装置用駆動装置を提供する。
【解決手段】グラップル１４のフォーク２１，２２を開閉するフォークシリンダ３０は、シリンダ本体３２のボトム側端部（シリンダボトム）３２aがバネ４０を介して把持装置本体２０のシリンダ支持部２６に接続されている。これにより、シリンダ本体３２がバネ４０を介さずに直接把持装置本体２０のシリンダ支持部２６に接続された場合と比べて、シリンダロッド３１のストロークの変動に対する把持力の変動が小さくなる。フォークシリンダ３０の負荷圧力を圧力センサで検出して、操作レバーの操作量に応じた把持力となるように、制御ユニットで、把持力をフィードバック制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体圧力を動力源として液体圧アクチュエータを駆動して対象物を把持する把持装置に関する。

油圧アクチュエータを用いて対象物を把持する把持装置が知られている。この把持装置で対象物を把持する際の油圧アクチュエータに掛かる負荷圧力を制御する方法として、例えば、アクチュエータに掛かる負荷圧力の微分値とアクチュエータの負荷圧力とを加算した予測値に基づいて圧力制御演算を行い、油圧の振動現象を緩和する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−１２５２０６号公報

しかし、この方法では、対象物との接触状態によってアクチュエータの負荷圧力が敏感に応答する。このため、負荷圧力の微分値を正確に検出するには、非常に短いサンプリングタイムで負荷圧力を検出しなければならない。さらに、油圧回路は応答性が悪く、その補償のために、高速高精度な制御装置を供する必要があるため、コストが増大してしまう。

（１） 請求項１の発明による把持装置は、作動流体によって駆動される駆動アクチュエータと、駆動アクチュエータによって開閉運動を行って対象物を把持、開放する把持部材と、駆動アクチュエータの駆動力を把持部材へ伝達する弾性伝達手段とを備えることを特徴とする。
（２） 請求項２の発明は、請求項１に記載の把持装置において、駆動アクチュエータおよび把持部材は、それぞれ把持装置本体に設けられ、弾性伝達手段は、把持装置本体と駆動アクチュエータとの間に設けられて駆動反力を把持装置本体で支持することを特徴とする。
（３） 請求項３の発明による把持力制御装置は、請求項１または請求項２に記載の把持装置と、駆動アクチュエータに供給される作動流体の圧力を検出する検出手段と、検出手段が検出した作動流体の圧力から把持部材の把持力を演算する把持力演算手段と、把持力を設定する把持力設定手段と、把持部材の把持力が把持力設定手段で設定された把持力を越えないように制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
（４） 請求項４の発明は、請求項３に記載の把持力制御装置において、把持装置を操作する操作装置とともに運転席内に設けられ、把持力演算手段が演算した把持装置の把持力を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする。
（５） 請求項５の発明による把持装置用駆動装置は、作動流体によって伸縮駆動され、把持部材を開閉する駆動アクチュエータと、駆動アクチュエータの駆動力を把持部材へ伝達する弾性伝達手段と、弾性伝達手段と並列に接続される減衰手段とを備えることを特徴とする。
（６） 請求項６の発明による把持装置用駆動装置は、作動流体によって伸縮駆動され、把持部材を開閉する駆動アクチュエータと、駆動アクチュエータの駆動力を把持部材へ伝達する空気バネとを備えることを特徴とする。

（１） 請求項１の発明では、駆動アクチュエータの駆動力を弾性伝達手段を介して把持部材に伝達するようにした。これにより、把持部材が把持対象物に接触する前後および接触後における、駆動アクチュエータに供給される作動流体の圧力変動を小さくできる。したがって、駆動アクチュエータの負荷圧力を検出するサンプリングタイムを必要以上に短くすることなく、高価な高速高精度な制御装置を使用せずに対象物を略一定の把持力で把持し続けることが可能となるので、低いコストで把持力の制御精度を向上できる。
（２） 請求項３の発明による把持力制御装置は、把持部材の把持力が把持力設定手段で設定された把持力を越えないように制御するように構成した。これにより、把持対象物に合わせて最大把持力を設定することで、把持対象物を破損することなく把持するように制御できるので、利便性と安全性が高まる。
（３） 請求項５の発明による把持装置用駆動装置は、弾性伝達手段と並列に接続される減衰手段を有する。これにより、弾性伝達手段に起因する振動を防止でき、把持の際の安定性が高まる。
（４） 請求項６の発明による把持装置用駆動装置は、駆動アクチュエータの駆動力を把持部材へ伝達する空気バネを有する。これにより、駆動アクチュエータの駆動力は低い時には、バネ定数が小さいので把持対象物に負担を掛けずに把持できるとともに、駆動アクチュエータの駆動力が高い時には、バネ定数が大きくなり把持対象物を確実に把持できるので、利便性が高い。

図１〜８を参照して、本発明による把持装置を作業車両に適用した一実施の形態を説明する。図１に示すように、油圧ショベルをベースとした作業車両１００は、走行体１に旋回体３が旋回可能に取り付けられている。旋回体３の前部には運転室４が取付けられている。運転室４の後方にはエンジン及び油圧ポンプを含む主要駆動装置５が設けられている。

旋回体３には多関節の腕を有するフロント作業機１０１が取り付けられている。フロント作業機１０１は、ブームシリンダ１１により上下方向に揺動自在に旋回体３に取り付けられたブーム１０と、ブーム１０に連結されてアームシリンダ１３により上下方向に揺動自在に取付けられたアーム１２と、アーム１２の先端部分に連結されて作業具シリンダ１５により上下方向に回動自在に取付けられた作業具であるグラップル１４とを有する。

図２（ａ），（ｂ）にグラップル１４の構造を示す。グラップル１４は、アーム１２の先端に取り付けられる把持装置本体２０と、先端側で対象物を把持できるように対向して設けられたフォーク２１，２２と、フォーク２１，２２を駆動するフォークシリンダ３０とを有する。フォーク２１，２２は、それぞれの後端の近傍で、把持装置本体２０に設けられた回動軸２３，２４を中心に回動可能に軸支されている。フォーク２１とフォーク２２とは、それぞれ回動軸２３，２４の近傍でリンク２５を介して接続されている。このリンク２５によって、それぞれのフォーク２１，２２は、回動軸２３，２４を中心に連動して回動するので、フォーク２１，２２の先端側の把持部２１ａ，２２ａで対象物を把持および開放できる。

フォークシリンダ３０のシリンダロッド３１のロッド先端３１ａは、フォーク２１の後端に設けられているシリンダロッド接続部２１ｂに接続され、シリンダ本体３２のボトム側端部（シリンダボトム）３２aが弾性伝達手段としてのバネ４０を介して把持装置本体２０のシリンダ支持部２６に接続されている。シリンダ支持部２６およびシリンダボトム３２ａには、バネ４０のガイドも兼ねて、シリンダロッド３１が伸長されてバネ４０が収縮しても、シリンダ支持部２６とシリンダボトム３２ａとが直接衝突しないようにストッパ２７，３３がそれぞれ設けられている。

シリンダガイド５０は、シリンダ支持部２６を中心に回動可能に設けられた部材であり、シリンダ本体３２を摺動可能に支持している。これにより、シリンダロッド３１が伸長されたときにシリンダ支持部２６とシリンダロッド接続部２１ｂとを結ぶ直線上からシリンダ本体３２が逸脱することを防止している。

図２（ａ）のようにフォーク２１，２２が開いている状態で、フォークシリンダ３０のボトム室に圧油が供給されると、シリンダロッド３１が伸長し、フォークシリンダ３０の駆動力（推力）はシリンダロッド接続部２１ｂに作用する。フォークシリンダ３０の推力による反力は、シリンダボトム３２に接続されたバネ４０を介してシリンダ支持部２６へ伝達される。これにより、フォーク２１は、回動軸２３を中心に右旋される。フォーク２１の右旋に伴ってリンク２５を介してフォーク２２は回動軸２４を中心に左旋される。したがって、フォーク２１，２２は閉じる方向に駆動されるので、把持対象物を把持できる。なお、フォークシリンダ３０とバネ４０とは直列に接続されているので、バネ４０は、フォークシリンダ３０で発生した推力と等しい圧縮力を受けている。

図２（ｂ）のようにフォーク２１，２２が閉じている状態で、フォークシリンダ３０のロッド室に圧油が供給されると、シリンダロッド３１が収縮し、上述の動作とは逆方向にフォーク２１，２２が駆動されて、把持対象物を開放する。この時、バネ４０は引張力を受けている。

従来のグラップルのように、シリンダ本体３２がバネ４０を介さずに直接把持装置本体２０のシリンダ支持部２６に接続された場合、グラップルで対象物を把持すると、フォークシリンダの推力がシリンダロッド接続部２１ｂに直接作用するので、硬質で弾力のない把持対象物にフォークが接触する前後ではフォークシリンダの負荷圧力が大きく変動する。すなわち、フォークを徐々に閉じて対象物を把持する際、フォークシリンダの負荷圧力は、フォークが対象物に接触する直前まで低い圧力であるが、フォークが対象物に接触した直後から急上昇する。対象物を把持した状態からフォークを少しでも閉じようとすると、把持力も急激に増大する。逆に、対象物を把持した状態からフォークを少しでも開こうとすると、把持した対象物が脱落してしまう。このため、一定の把持力で対象物を把持し続けるためには、非常に短いサンプリングタイムで負荷圧力を検出し、かつ、フォークシリンダのストロークを正確に制御する必要がある。

これに対して、本実施の形態のグラップル１４では、シリンダ本体３２がバネ４０を介して把持装置本体２０のシリンダ支持部２６に接続されているので、グラップル１４で対象物を把持すると、バネ４０のバネ定数kにバネ４０の撓み距離△Ｌを掛けた推力がシリンダロッド接続部２１ｂに作用する。なお、上述のように、この推力はフォークシリンダ３０で発生した推力に等しい。対象物の把持力はシリンダロッド接続部２１ｂに作用する推力に基づくものであるが、シリンダロッド３１のストロークが多少変動しても、シリンダロッド接続部２１ｂに作用する推力は、バネ定数ｋにシリンダロッド３１のストロークの変動距離を掛けた分だけしか変動しない。すなわち、シリンダ本体３２がバネ４０を介さずに直接把持装置本体２０のシリンダ支持部２６に接続された場合と比べて、シリンダロッド３１のストロークの変動に対する把持力の変動が小さくなる。したがって、フォークシリンダ３０の負荷圧力を検出するサンプリングタイムを必要以上に短くしなくても、対象物を略一定の把持力で把持し続けることが可能となる。また、シリンダロッド３１のストローク制御の精度を必要以上に高めなくてもよい。

図３は、作業車両１００のフロント作業機１０１を駆動する油圧回路の概略を示す図である。６０は、図示しないエンジンにより駆動されるメインポンプである。６１，６３，６５，６６は、それぞれフロント作業機１０１のブームシリンダ１１、アームシリンダ１３、作業具シリンダ１５、およびフォークシリンダ３０への圧油の流れを制御するコントロール弁であり、８１，８２，８３，８４は、制御ユニット８０を介して各コントロール弁６１，６３，６５，６６をそれぞれ制御して各シリンダを操作する操作装置である。６７は、フロント作業機１０１に係る油圧回路の最高圧力を規定するメインリリーフ弁であり、６８は、フォークシリンダ３０の負荷圧力を検出する圧力センサである。

後に詳述するように、制御ユニット８０は、操作装置８１，８２，８３，８４の操作量を検出して各コントロール弁６１，６３，６５，６６をそれぞれ制御する、すなわち、各コントロール弁６１，６３，６５，６６のスプール移動量をそれぞれ制御する制御回路である。また、制御ユニット８０は、操作装置８４の操作量の他にも、圧力センサ６８の検出圧力や把持力設定器（後述）１１０の設定内容に基づいてコントロール弁６６を制御して、フォークシリンダ３０で駆動されるグラップル１４の把持力を制御する。

操作装置８１，８２，８３，８４が操作されると、操作量に応じて制御ユニット８０がコントロール弁６１，６３，６５，６６のスプールの駆動量を決定してスプールを駆動する。コントロール弁６１，６３，６５，６６は、スプールの駆動量に応じた流量でメインポンプ６０から吐出された圧油を各シリンダ１１，１３，１５，３０へ供給してこれを駆動する。

図４は、操作装置８４の構造を示す図である。なお、操作装置８１〜８３も同じ構造であるので詳細な説明は省略する。操作装置８４は、操作レバー８４ａと、ポテンショメータ８４ｂと、中立復帰バネ８４ｃと、ストッパ８４ｄとを有する。操作レバー８４ａは、ストッパ８４ｄで規制された操作範囲内で前後方向もしくは左右方向に操作可能であり、操作力が加わってない状態では中立復帰バネ８４ｃによって中立位置に復帰する。ポテンショメータ８４ｂには、不図示の電源から＋５Ｖの電源が接続されるＶｓ端子と、作業車両１００の車体に接地されるＧＮＤ端子と、操作レバー８４ａの操作量に応じた電圧が出力されるＶｏｕｔ端子とが設けられている。Ｖｏｕｔ端子は、制御ユニット８０に接続されている。

図５に、操作レバー８４ａの操作量と、Ｖｏｕｔ端子に出力される電圧との関係を図示する。操作レバー８４ａが中立位置であるとき、Ｖｏｕｔ端子には電圧Ｖ０が出力される。操作レバー８４ａが中立位置からＬ方向に操作されると、操作量に応じてＶｏｕｔ端子に出力される電圧が上昇する。操作レバー８４ａがＬ方向の上限（ＳＬｍａｘ）まで操作されると、Ｖｏｕｔ端子には電圧ＶＬが出力される。同様に、操作レバー８４ａが中立位置からＲ方向に操作されると、操作量に応じてＶｏｕｔ端子に出力される電圧が下降する。操作レバー８４ａがＲ方向の上限（ＳＲｍａｘ）まで操作されると、Ｖｏｕｔ端子には電圧ＶＲが出力される。

図６は、制御ユニット８０の構成を示すブロック図である。制御ユニット８０は、レバー信号処理部８０ａと、把持力制御処理演算部８０ｂと、出力指令演算部８０ｃとを有する。操作装置８１〜８３の各ポテンショメータから出力されたＶｏｕｔ端子の電圧は、レバー信号処理部８０ａに入力される。レバー信号処理部８０ａでは、入力されたＶｏｕｔ端子の電圧に基づいてコントロール弁６１，６３，６５のスプール移動量（速度指令値）を演算して、出力指令演算部８０ｃに出力する。出力指令演算部８０ｃは、入力された速度指令値に基づいて、各コントロール弁６１，６３，６５のスプールを移動させるソレノイドの励磁信号を出力する。

グラップル１４の開閉を操作する操作装置８４のポテンショメータ８４ｂから出力されたＶｏｕｔ端子の電圧も同様に、レバー信号処理部８０ａに入力される。レバー信号処理部８０ａでは、入力された操作装置８４のＶｏｕｔ端子の電圧に基づいて演算したコントロール弁６６の速度指令値を把持力制御処理演算部８０ｂに出力する。把持力制御処理演算部８０ｂには、圧力センサ６８で検出されたフォークシリンダ３０の負荷圧力の信号、および後述する把持力設定器１１０の各種設定信号も入力される。

把持力制御処理演算部８０ｂは、レバー信号処理部８０ａで演算されたコントロール弁６６の速度指令値と、フォークシリンダ３０の負荷圧力と、把持力設定器１１０の各種設定信号とに基づいてコントロール弁６６への指令値を演算して、出力指令演算部８０ｃに出力する。出力指令演算部８０ｃは、入力された指令値に基づいて、コントロール弁６６のスプールを移動させるソレノイドの励磁信号を出力する。

図７に示すように、把持力設定器１１０は、把持力Ｇの表示、および把持力の最大値（最大把持力Ｇｍａｘ）の設定が可能な設定器であり、作業車両１００の運転室４に設けられている。把持力設定器１１０は、把持力モニタ値インジケータ１１１と、把持力設定値インジケータ１１２と、把持力設定スイッチ１１３ａ，１１３ｂと、力制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１４と、力制御ＯＮ／ＯＦＦ状態表示ランプ１１５とを有する。

把持力モニタ値インジケータ１１１は、グラップル１４の実際の把持力Gを表示し、把持力設定値インジケータ１１２は、設定された最大把持力Ｇｍａｘを表示する。最大把持力Ｇｍａｘは、把持力設定スイッチ１１３ａ，１１３ｂを操作することで変更できる。すなわち、把持力設定スイッチ１１３ａが押圧されるたびに最大把持力Ｇｍａｘの設定値は上昇し、把持力設定スイッチ１１３ｂが押圧されるたびに最大把持力Ｇｍａｘの設定値は下降する。なお、グラップル１４の把持力Ｇは、フォークシリンダ３０の負荷圧力とフォークシリンダ３０のピストン径から算出されるフォークシリンダ３０の推力と、シリンダロッド接続部２１ｂや回動軸２３の位置などで定まるフォーク２１のレバー比とによって求めることができる。

力制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１４は、グラップル１４で対象物を把持する際に、操作レバー８４ａの操作量に応じた把持力で対象物を把持するようにフォークシリンダ３０を制御する（以下、力制御と呼ぶ）か否かを選択するスイッチである。力制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１４が操作されて、グラップル１４を力制御することが選択されると、力制御ＯＮ／ＯＦＦ状態表示ランプ１１５が点灯する。

―――力制御ＯＦＦ状態―――
力制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１４が操作されて、グラップル１４を力制御しないことが選択されると、力制御ＯＮ／ＯＦＦ状態表示ランプ１１５は消灯する。この場合、把持力制御処理演算部８０ｂは、レバー信号処理部８０ａで演算されたコントロール弁６６の速度指令値を、そのままコントロール弁６６への指令値として出力指令演算部８０ｃに出力する。出力指令演算部８０ｃは、入力された指令値に基づいて、コントロール弁６６のスプールを移動させるソレノイドの励磁信号を出力する。すなわち、フォークシリンダ３０は、他の各シリンダ１１，１３，１５と同様に、操作装置８４の操作量に応じてコントロール弁６６のスプール駆動量が決定されるので、操作装置８４の操作量に応じた速度でフォーク２１，２２が開閉される。

―――力制御ＯＮ状態―――
力制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１４が操作されて、グラップル１４を力制御することが選択されると、力制御ＯＮ／ＯＦＦ状態表示ランプ１１５は点灯する。この場合、把持力制御処理演算部８０ｂは、レバー信号処理部８０ａで演算されたコントロール弁６６の速度指令値と、フォークシリンダ３０の負荷圧力と、把持力設定器１１０の各種設定信号とに基づいて演算したコントロール弁６６への指令値を出力指令演算部８０ｃに出力する。すなわち、把持力制御処理演算部８０ｂは、操作装置８４の操作内容によって、次のようにコントロール弁６６への指令値を演算して、出力指令演算部８０ｃに出力する。

（１） グラップル１４で把持するように操作装置８４が操作されると、操作レバー８４ａの操作量に対応する把持力で対象物を把持するように、レバー信号処理部８０ａで演算されたコントロール弁６６の速度指令値を把持力指令値Ｇｓに変換する。そして、フォークシリンダ３０の負荷圧力から求められる把持力Ｇが把持力指令値Ｇｓと等しくなるようにフィードバック制御を行い、指令値を出力指令演算部８０ｃに出力する。操作レバー８４ａが必要以上に操作されても、把持力Ｇの上限は最大把持力Ｇｍａｘとされる。なお、コントロール弁６６の速度指令値を把持力指令値Ｇｓに変換する変換テーブルは、制御ユニット８０の不図示のメモリにあらかじめ格納されている。

（２） グラップル１４が開放方向に駆動されるように操作装置８４が操作されると、把持力制御処理演算部８０ｂは、レバー信号処理部８０ａで演算されたコントロール弁６６の速度指令値を、そのまま指令値として出力指令演算部８０ｃに出力する。
（３） 操作装置８４が中立位置では、コントロール弁６６のスプールが待機位置となるよう指令値を出力指令演算部８０ｃに出力する。

出力指令演算部８０ｃは、上述した（１）〜（３）のように、把持力制御処理演算部８０ｂから出力された指令値に基づいて、コントロール弁６６のスプールを移動させるソレノイドの励磁信号を出力する。これにより、グラップル１４で把持する際には力制御されて、操作レバー８４ａの操作量に対応する把持力で対象物を把持できる。また、グラップル１４が開く時は、操作装置８４の操作量に応じた速度でフォーク２１，２２が開く。

―――フローチャート―――
図８は、作業車両１００に搭載されたグラップル１４の開閉操作の動作を示すフローチャートである。この処理は、制御ユニット８０の把持力制御処理演算部８０ｂで実行されるプログラムにより行われる。不図示のエンジンキースイッチがオンされるとこのプログラムが起動される。ステップＳ１において、制御ユニット８０の不図示のメモリにあらかじめ格納されているグラップルの最大把持力を最大把持力Ｇｍａｘの初期値として設定するとともに、その最大把持力を把持力設定値インジケータ１１２に表示してステップＳ２へ進む。ステップＳ２において、把持力設定器１１０の力制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１４がＯＮであるか否かを判断する。

ステップＳ２が否定判断されるとステップＳ３へ進み、力制御は行わずに、レバー信号処理部８０ａで演算されたコントロール弁６６の速度指令値をコントロール弁６６への指令値として出力指令演算部８０ｃに出力して、後述するステップＳ１６へ進む。

ステップＳ２が肯定判断されるとステップＳ４へ進み、最大把持力Ｇｍａｘが変更されたか否かを判断する。これは、把持力設定スイッチ１１３ａ，１１３ｂが操作されたか否かにより判断される。ステップＳ４が肯定判断されるとステップＳ５へ進み、把持力設定スイッチ１１３ａ，１１３ｂの操作によって変更された把持力設定値を最大把持力Ｇｍａｘとして設定する。

ステップＳ４が否定判断されるかステップＳ５が実行されるとステップＳ６へ進む。ステップＳ６において、フォークシリンダ３０の負荷圧力を圧力センサ６８で検出してステップＳ７へ進む。ステップＳ７において、ステップＳ６で検出したフォークシリンダ３０の負荷圧力に基づいてグラップル１４の把持力Ｇを演算してステップＳ８へ進む。ステップＳ８において、ステップＳ７で演算したグラップル１４の把持力Ｇを把持力設定器１１０の把持力モニタ値インジケータ１１１に表示してステップＳ９へ進む。

ステップＳ９において、操作装置８４の操作方向および操作量を判断する。ステップＳ９において、操作装置８４の操作レバー８４ａがフォーク２１，２２を閉じる方向、すなわち把持方向に操作されていると判断するとステップＳ１０へ進み、上述した変換テーブルに基づいて、レバー信号処理部８０ａで演算されたコントロール弁６６の速度指令値を把持力指令値Ｇｓへ変換してステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１において、ステップＳ１０で変換した把持力指令値Ｇｓが最大把持力Ｇｍａｘ未満であるか否かを判断する。ステップＳ１１が否定判断されるとステップＳ１２へ進み、把持力指令値Ｇｓを最大把持力Ｇｍａｘとする。

ステップＳ１１が肯定判断されるか、ステップＳ１２が実行されるとステップＳ１３へ進み、グラップル１４の把持力Ｇが把持力指令値Ｇｓと等しくなるように、フォークシリンダ３０の負荷圧力に基づいて、フィードバック制御した指令値を出力してステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６において、エンジンキースイッチがオフされたか否かを判断する。ステップＳ１６が否定判断されるとステップＳ２へ戻り、ステップＳ１６が肯定判断されると、本プログラムを終了する。

ステップＳ９において、操作装置８４の操作レバー８４ａがフォーク２１，２２を開く方向、すなわち把持とは逆方向に操作されていると判断するとステップＳ１４へ進み、力制御は行わずに、レバー信号処理部８０ａで演算されたコントロール弁６６の速度指令値をコントロール弁６６への指令値として出力指令演算部８０ｃに出力して、ステップＳ１６へ進む。

ステップＳ９において、操作装置８４の操作レバー８４ａが操作されていない、すなわち操作レバー８４ａが中立状態であると判断するとステップＳ１５へ進み、コントロール弁６６のスプールが待機位置となるよう指令値を出力して、ステップＳ１６へ進む。

上述した本実施の形態の作業車両１００では、次の作用効果を奏する。
（１） バネ４０を介してフォークシリンダ３０の推力をフォーク２１，２２に伝達するようグラップル１４を構成した。これにより、フォーク２１，２２で対象物を把持した際のフォークシリンダ３０のストローク変動に対してシリンダロッド接続部２１ｂに作用する推力の変動を、ばねを設けないグラップルに比べて、小さくできる。すなわち、フォーク２１，２２が対象物に接触する前後および接触後における、フォークシリンダ３０に供給される圧油の圧力変動を小さくできる。したがって、フォークシリンダ３０の負荷圧力を検出するサンプリングタイムを必要以上に短くしなくても、対象物を略一定の把持力で把持し続けることが可能となる。また、フォークシリンダ３０のストローク制御の精度を必要以上に高めなくてもよい。これにより、低いコストで把持装置の把持力の精度を向上できる。

（２） バネ４０をシリンダ支持部２６とシリンダボトム３２ａとの間に設置した。これにより、簡便な構造で把持装置の把持力の精度を向上できるので、低コストで耐久性が高い。
（３） 把持力設定器１１０で設定した最大把持力Ｇｍａｘを越えないようにグラップル１４による把持力Ｇを制御ユニット８０の把持力制御処理演算部８０ｂで制御するように構成した。これにより、把持対象物に合わせて最大把持力Ｇｍａｘを設定することで、把持対象物を破損することなく把持できるので、作業車両１００の利便性が高まる。また、作業者が操作レバー８４ａの操作を誤っても、把持力Ｇは最大把持力Ｇｍａｘを越えないので、把持対象物の破損を防止でき、安全性が高まる。

（４） 把持力設定器１１０を運転席４に設け、グラップル１４の把持力Ｇを表示するように構成した。これにより、グラップル１４による把持力Ｇをリアルタイムで把握できるとともに、最大把持力Ｇｍａｘの設定が容易となる。特に、作業者が把持作業をしながら把持対象物の状態に応じて把持力Ｇ、すなわち操作レバー８４ａの操作量を調節したり、最大把持力Ｇｍａｘを設定できるので、作業効率が向上する。

（５） 操作レバー８４ａの操作量に対応する把持力Ｇで把持するように、制御ユニット８０で把持力Ｇのフィードバック制御を行うように構成した。これにより、簡単な操作で把持対象物の状態に応じた把持操作ができるので、作業者の習熟期間を短縮できる。
（６） 把持力設定器１１０に力制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１４を設けているので、作業状態に応じてグラップル１４の把持力の制御方法を変更でき、利便性が高い。

―――変形例―――
（１） 上述の説明では、図９（ａ）に示すように、弾性伝達手段としてのバネ４０をシリンダ支持部２６とシリンダボトム３２ａとの間に設けているが、本発明はこれに限定されず、様々に変形できる。例えば、図９（ｂ）に示すように、シリンダロッド３１の先端３１ａにバネ４０の一端を接続し、バネ４０の他端を、シリンダロッド接続部２１ｂに接続してもよい。

また、図９（ｃ）および図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダロッド３１のロッド先端３１ａとフォーク１２２との間に回動軸２３を中心に回動可能なリンク１２１を設け、同じく回動軸２３を中心に回動可能なフォーク１２２とリンク１２１との間にフォークシリンダ３０の駆動力を伝達するバネ１２３を設ける構造としてもよい。

（２） 上述の説明では、グラップル１４に用いるバネ４０のバネ定数ｋについて特に言及していないが、バネ定数ｋはグラップル１４の用途に応じて様々な値のものを用いることができる。なお、バネ定数ｋは一定でなくてもよく、バネ４０の撓み距離△Ｌによってその値が変化するものであってもよい。

（３） 弾性伝達手段は、金属の弾性を利用したバネ４０，１２３に限らない。ゴム等のエラストマーの弾性力を用いてもよく、図９（ｄ）に示すように、空気バネ１４０でもよい。弾性伝達手段に空気圧シリンダと同等の構造を有する空気バネを用いた場合、空気バネの縮み量が大きいほどバネ定数ｋが大きくなる。したがって、フォークシリンダ３０が低荷重の時には、バネ定数が小さいので把持対象物に負担を掛けずに把持できるとともに、フォークシリンダ３０が高荷重の時には、バネ定数が大きくなり把持対象物を確実に把持できるので、利便性が高い。また、図９（ｅ）に示すように、フォークシリンダ３０へ供給される油圧配管の途中に、圧油の圧力を緩衝できる緩衝器１５０を設けてもよい。

（４） 図９（ｆ）に示すように、バネ４０と並列に減衰手段（ダンパ）１６０を設けてもよく、図９（ｇ）に示すようにバネ４０およびフォークシリンダ３０と並列にダンパ１６０を設けてもよい。これによって、フォーク２１，２２の余計な振動を防止して、把持の際の安定性を高められる。
（５） 上述の説明では、グラップル１４の駆動源としてフォークシリンダ３０を用いているが本発明はこれに限定されない。フォークシリンダ３０のような直動型シリンダに限らず、例えば、ロータリアクチュエータを用いてもよい。また、作動流体は石油系作動油や合成作動油の他、水−グリコール系作動油のような難燃性作動油であってもよい。

（６） 上述の説明では、グラップル１４の開閉を操作する操作装置８４から出力されたＶｏｕｔ端子の電圧は、一旦、レバー信号処理部８０ａに入力された後、コントロール弁６６の速度指令値に変換されて、把持力制御処理演算部８０ｂに出力されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、操作装置８４から出力されたＶｏｕｔ端子の電圧が、直接、把持力制御処理演算部８０ｂに入力されるようにして、把持力制御処理演算部８０ｂにおいて、Ｖｏｕｔ端子の電圧からコントロール弁６６への指令値を演算して出力するようにしてもよい。

（７） 上述の説明では、力制御することが選択されると、把持力指令値Ｇｓが最大把持力Ｇｍａｘ未満であれば、常に実際の把持力Ｇが把持力指令値Ｇｓと等しくなるようにフィードバック制御を行っていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、把持力Ｇが最大把持力Ｇｍａｘを越える場合のみ、把持力Ｇが最大把持力Ｇｍａｘとなるように制御するようにしてもよい。

（８） 上述の説明では、力制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１４は、把持力設定器１１０に設けているが、本発明はこれに限定されない。例えば、操作レバー８４ａに力制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１１４を設けてもよく、運転席４の他の場所に設けてもよい。
（９） 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

以上の実施の形態および変形例において、たとえば、駆動アクチュエータはフォークシリンダ３０に、把持部材はフォーク２１，２２に、弾性伝達手段はバネ４０，１２３に、検出手段は圧力センサ６８にそれぞれ対応する。把持力演算手段および制御手段は把持力制御処理演算部８０ｂに、把持力設定手段および表示手段は把持力設定器１１０にそれぞれ対応する。さらに、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における機器構成に何ら限定されない。

本発明による把持装置を搭載する作業車両１００の側面図である。 グラップル１４の構造を示す図であり、（ａ）は、フォーク２１，２２が開いた状態を示し、（ｂ）は、フォーク２１，２２が閉じた状態を示す。 作業車両１００のフロント作業機１０１を駆動する油圧回路の概略を示す図である。 操作装置８４の構造を示す図である。 操作レバー８４ａの操作量と、Ｖｏｕｔ端子に出力される電圧との関係を示す図である。 制御ユニット８０の構成を示すブロック図である。 把持力設定器１１０を示す図である。 作業車両１００に搭載されたグラップル１４の開閉操作の動作を示すフローチャートである。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。

符号の説明

４ 運転席
１０ ブーム １１ ブームシリンダ
１２ アーム １３ アームシリンダ
１４ グラップル １５ グラップルシリンダ
２０ 把持装置本体 ２１，２２，１２２ フォーク
２１ａ，２２ａ 把持部 ２１ｂ シリンダロッド接続部
２３，２４ 回動軸 ２５，１２１ リンク
２６ シリンダ支持部 ２７，３３ ストッパ
３０ フォークシリンダ ３１ シリンダロッド
３１ａ ロッド先端 ３２ シリンダ本体
３２ａ シリンダボトム ４０，１２３ バネ
６１，６３，６５，６６ コントロール弁 ６８ 圧力センサ
８０ 制御ユニット ８０ａ レバー信号処理部
８０ｂ 把持力制御処理演算部 ８０ｃ 出力指令演算部
８１，８２，８３，８４ 操作装置 １００ 作業車両
１０１ フロント作業機 １１０ 把持力設定器
１４０ 空気バネ １６０ ダンパ

Claims (6)

1. 作動流体によって駆動される駆動アクチュエータと、
   前記駆動アクチュエータによって開閉運動を行って対象物を把持、開放する把持部材と、
   前記駆動アクチュエータの駆動力を前記把持部材へ伝達する弾性伝達手段とを備えることを特徴とする把持装置。
2. 請求項１に記載の把持装置において、
   前記駆動アクチュエータおよび前記把持部材は、それぞれ把持装置本体に設けられ、前記弾性伝達手段は、前記把持装置本体と前記駆動アクチュエータとの間に設けられて駆動反力を前記把持装置本体で支持することを特徴とする把持装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の把持装置と、
   前記駆動アクチュエータに供給される前記作動流体の圧力を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した前記作動流体の圧力から前記把持部材の把持力を演算する把持力演算手段と、
   前記把持力を設定する把持力設定手段と、
   前記把持部材の把持力が前記把持力設定手段で設定された把持力を越えないように制御する制御手段とを備えることを特徴とする把持力制御装置。
4. 請求項３に記載の把持力制御装置において、
   前記把持装置を操作する操作装置とともに運転席内に設けられ、前記把持力演算手段が演算した前記把持装置の把持力を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする把持力制御装置。
5. 作動流体によって伸縮駆動され、把持部材を開閉する駆動アクチュエータと、
   前記駆動アクチュエータの駆動力を前記把持部材へ伝達する弾性伝達手段と、
   前記弾性伝達手段と並列に接続される減衰手段とを備えることを特徴とする把持装置用駆動装置。
6. 作動流体によって伸縮駆動され、把持部材を開閉する駆動アクチュエータと、
   前記駆動アクチュエータの駆動力を前記把持部材へ伝達する空気バネとを備えることを特徴とする把持装置用駆動装置。

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