JP2006161465A

JP2006161465A - 作業機械の干渉防止装置

Info

Publication number: JP2006161465A
Application number: JP2004356501A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ito; 裕士伊藤; Wakichi Hanakawa; 和吉花川
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】作業用アタッチメントの作業範囲を広げる。
【解決手段】作業機本体に回動可能に連結された第１の腕１１と、この第１の腕１１の先端部に回動可能に連結された第２の腕１２と、第２の腕１２の先端部に揺動可能に連結され、運転室３に接近および離間する作業用アタッチメント１３とを有する作業装置１０を備えた作業機械の干渉防止装置において、第２の腕１２と作業用アタッチメント１３の姿勢関係が一定条件のときに、作業用アタッチメント１３が運転室３を含む作業機本体に接触することを防止する防止手段２０，３１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業用アタッチメントと運転室等との干渉を防止する作業機械の干渉防止装置に関する。

従来より作業機本体の前部に運転室を設け、この運転室の前方で回動操作される作業装置を有する建設機械にあっては、作業装置先端部の作業用アタッチメントと運転室との干渉を防止するために干渉防止装置を備えたものがある（特許文献１参照）。これによればブーム及びアームの回動角を検出し、アーム先端部のアタッチメントの回動支点を中心に、回動支点からアタッチメント先端までの長さを半径とした基準円を設定する。そして、この基準円が運転室の外側に設定した干渉防止領域に一定以上近づくとブーム、アームの動きを制限してアタッチメントの運転室への接近動作を制限する。

特開平９−２５６４０３号公報

しかしながら上記公報記載の装置では、アタッチメントの回動姿勢に拘わらず、アタッチメントの回動支点を中心にした基準円に基づきアタッチメントの運転室への接近動作を制限するため、作業範囲が狭くなる。

本発明は、作業機本体に回動可能に連結された第１の腕と、この第１の腕の先端部に回動可能に連結された第２の腕と、第２の腕の先端部に揺動可能に連結され、運転室に接近および離間する作業用アタッチメントとを有する作業装置を備えた作業機械の干渉防止装置において、第２の腕と作業用アタッチメントの姿勢関係が一定条件のときに、作業用アタッチメントが運転室を含む作業機本体に接触することを防止する防止手段を備えることを特徴とする。
第２の腕と作業用アタッチメントの姿勢関係を検出する検出手段を有し、検出手段により検出された姿勢関係に基づき作業装置と作業用アタッチメントの動作を制限することもできる。
この場合、長さに相関する物理量を検出することによって姿勢関係を検出することが好ましい。
長さに相関する物理量として、第２の腕を作動させるシリンダと作業用アタッチメントを作動させるシリンダの伸縮長さとしてもよく、第２の腕の角度と作業用アタッチメントの角度としてもよい。また、第２の腕の角度と作業用アタッチメントを作動させるシリンダの長さ、または第２の腕を作動させるシリンダの長さと作業用アタッチメントの角度とすることもできる。
作業用アタッチメントに応じて検出手段による検出位置を変更可能とすることが好ましい。
作業用アタッチメントに応じて前記姿勢関係の検出結果を補正する補正手段を設け、補正手段の補正値に基づき作業装置と作業用アタッチメントの動作を制限するようにしてもよい。
第１の腕の回動姿勢に応じて作業装置と作業用アタッチメントの姿勢関係を制限することもできる。
運転室を可動式とし、運転室の位置に応じて作業装置と作業用アタッチメントの姿勢関係を制限することもできる。
検出手段を、２つのシリンダに沿って配索された一本のワイヤにより２つのシリンダの伸縮長さを検出するワイヤ式長さ計とすることもできる。
さらに本発明は、作業用アタッチメントが運転室を含む作業機本体に接触することを防止するため、第２の腕と作業用アタッチメントの姿勢関係を物理的に拘束する手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、回動可能な第２の腕とその先端部に揺動可能に連結された作業用アタッチメントとの姿勢関係に基づきアタッチメントの干渉防止を行うので、従来のものに比べ作業範囲が広くとれる。

―――第１の実施の形態―――
図１〜４を参照して本発明による干渉防止装置の第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る干渉防止装置を有する建設機械の側面図である。この建設機械は油圧ショベルをベースマシンとし、走行体１と、走行体１の上部に旋回可能に設けられた旋回体２と、旋回体２に回動可能に軸支された多関節型作業装置１０とを有する。

旋回体２の前部にはベッド８上に運転室３が設けられ、運転室３は可動装置５により昇降可能となっている。すなわち可動装置５は、ベッド８の後端部から上方に延設された鉛直部８ａと旋回体２のフレームに立設されたタワー部６との間に一対のリンクを連結して平行リンク７を形成したものであり、油圧シリンダ９の伸縮により平行リンク７を介してベッド８とともに運転室３が昇降する。

作業装置１０は、運転室３の側方に回動可能に軸支されたブーム１１と、ブーム先端部に回動可能に軸支されたアーム１２と、アーム１２の先端部に回動可能に軸支されたフォークグラップル１３（以下、単にグラップルと称する）とを有する。ブーム１１はブームシリンダ１１ａの駆動によって俯仰し、アーム１２はアームシリンダ１２ａにより俯仰する。グラップル１３はシリンダ１３ａの駆動により前後方向（矢印ＳＷ方向）に揺動し、図示しないモーターで矢印ＲＴ方向に回転する。アーム先端部の作業用アタッチメントは種々のもの（例えばバケット等）に変更可能である。各シリンダ１１ａ〜１３ａはそれぞれ図示しないブーム用操作レバー，アーム用操作レバー，グラップル用操作レバーの操作により伸縮駆動される。

このような建設機械では、作業装置１０が運転室３の前方において鉛直面に沿って前後方向に回動するため、グラップル１３が運転室３に干渉するおそれがある。これを防止するため本実施の形態では、運転室３の周囲に斜線で示すように、運転室３がどのような高さ位置にあってもグラップル１３と干渉しないような領域を干渉領域Ａとして予め設定し、グラップル１３がその干渉領域Ａに入りこむと作業装置１０の接近動作を制限する。

アームシリンダ１２ａのシリンダチューブには、内部にワイヤ２０ａを収容したワイヤ式の長さ計２０が設けられている。長さ計２０はワイヤ２０ａの繰り出し量を検出するものであり、ワイヤ２０ａはアームシリンダ１２ａの先端部の滑車２２を経由し、その先端はシリンダ１３ａのロッド先端部が連結されるリンク２４の端部２４ａに張力がかかった状態で連結されている。これによりワイヤ２０ａはアームシリンダ１２ａおよびシリンダ１３ａに沿って配索され、長さ計２０によってアームシリンダ１２ａの基端部からシリンダ１３ａの先端部までの長さ（図３のＬ１）を検出できる。ブーム先端部にはブーム１１に対するアーム１２の回動角θ１を検出する角度計２５が設けられている。なお、長さ計２０の出力値Ｖ１（電圧）はワイヤ２０ａの繰り出し量が多いほど大きく、角度計２５の出力値Ｒ１（電圧）はアーム１２の回動角が小さいほど大きい。

この場合、ワイヤ２０ａの繰り出し量が長いほど、あるいはアーム１２の回動角が大きいほど、グラップル１３が干渉領域Ａに接近する。そこで、本実施の形態では、長さ計２０と角度計２５の出力値によりグラップル１３が干渉領域Ａに達したか否かを判定し、作業装置１０の動作を制限する。これは以下のリレー回路により行う。

図２は、第１の実施の形態に係る干渉防止装置を構成するリレー回路を示す電気回路図である。電磁弁３１ａは、アーム用操作レバーの操作量に応じたパイロット圧を発生するアームシリンダ１２ａの伸長側のパイロット回路に介装され、電磁弁３１ｂは、グラップル用操作レバーの操作量に応じたパイロット圧を発生するシリンダ１３ａの伸長側のパイロット回路に介装される。そして、非通電時にこれらパイロット圧を連通し、通電時にパイロット圧を遮断する。警報装置３２は運転室に設けられ、作動時にブザー音などを発する。

比較器３４は長さ計２０の出力値Ｖ１と予め基準電圧源３３に設定された設定値Ｖ０とを比較し、Ｖ１≧Ｖ０のとき、すなわち長さ計２０により検出された長さＬ１が所定値Ｌ０以上となったとき、ハイレベル信号を出力する。ここで、設定値Ｖ０は、図３に示すようにグラップル１３の端部が干渉領域Ａの境界面に接したときの長さ計２０の出力値Ｖ１に相当し、グラップル１３の開閉動作の軌跡を考慮して設定される。すなわち開閉動作によりグラップル１３の一部でも干渉領域Ａの境界面に接すれば、そのときの長さ計２０の出力値が設定値Ｖ０に設定される。

一方、比較器３６は角度計２５の出力値Ｒ１と予め基準電圧源３５に設定された設定値Ｒ０とを比較し、Ｒ１≧Ｒ０のとき、すなわちアーム１２の回動角θ１が所定値θ０以下となったとき、ハイレベル信号を出力する。ここで、設定値Ｒ０は、図３に示すようにブームシリンダ１１ａを最大に伸長した状態で、アーム１２の先端部１４が境界面上にあるときの角度計２５の出力値Ｒ１に相当する。

比較器３４，３６の少なくとも一方からハイレベル信号が入力されると、オア回路３７はトランジスタ３８に信号を出力する。これによりトランジスタ３８が導通してリレー３９のコイルに電気が流れ、リレー３９の接点が閉じる。その結果、電磁弁３１ａ，３１ｂが通電され、シリンダ１２ａ，１３ａの伸長動作、すなわちグラップル１３の運転室３への接近動作を阻止する。また、警報装置３２が作動し、グラップル１３が運転室３に一定以上接近した旨を作業員に報知する。

次に、第１の実施の形態に係る干渉防止装置の動作をより具体的に説明する。
図１に示すようにグラップル１３が干渉領域Ａの外側にあるときは、アームシリンダ１２ａの基端部からシリンダ１３ａの先端部までの長さＬ１は所定値Ｌ０より短く、アーム１２の回動角θ１は所定値θ０より大きい。そのためオア回路３７にハイレベル信号は出力されずリレー３９の接点は開いたままであり、電磁弁３１ａ，３１ｂは非通電状態にある。この状態ではシリンダ１１ａ〜１３ａの伸縮動作は制限されず、操作レバーの操作量に応じた作業装置１０の動作が可能である。

この状態から操作レバーを操作し、例えば図３に示すようにアーム１２の先端部１４が干渉領域Ａの境界線上に位置し、グラップル１３の端部が境界面に接すると、長さ計２０により検出された長さＬ１およびアーム１２の回動角θ１がそれぞれ所定値Ｌ０，θ０となる。これによりリレー３９の接点が閉じて電磁弁３１ａ，３１ｂが通電され、シリンダ１２ａ，１３ａの伸長、すなわちグラップル１３の運転室３への接近動作が阻止される。その結果、グラップル１３が運転室３に干渉することを防止できる。また、同時に警報装置３２が作動するので、作業員はグラップル１３が干渉領域Ａにあることを認識できる。

この状態ではシリンダ１２ａ，１３ａの縮退のみが可能であり、アームシリンダ１２ａを縮退操作すると、グラップル１３が干渉領域Ａから離れ、ワイヤ２０ａの長さが短くなる。これにより電磁弁３１ａ，３１ｂが非通電状態となってシリンダ１３ａの伸長動作が可能となり、図４に示すようにグラップル１３を運転室側に回動させることができる。

以上の第１の実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することがでえきる。
（１）長さ計２０によりアーム１２とグラップル１３の姿勢関係を検出し、この姿勢関係が一定条件のときに作業装置１０の動作を制限するので、グラップル１３の回動支点を中心として基準円を設定する場合に比べ、作業範囲を広げることができる。
（２）単一のワイヤ式の長さ計２０によりアームシリンダ１２ａの基端部からシリンダ１３ａの先端部までの長さを検出するので、部品点数を少なくすることができる。また、アーム１２とグラップル１３の姿勢関係を検出する際に各部の座標を演算する必要がなく、構成を簡素化できる。
（３）リレー回路により作業装置１０の動作を制限するので、制御コントローラを用いる必要がなく、安価に構成できる。

―――第２の実施の形態―――
図５〜図７を参照して本発明による干渉防止装置の第２の実施の形態について説明する。なお、以下では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、相違点を主に説明する。
第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、アーム１２とグラップル１３の姿勢関係の検出方法である。すなわち第１の実施の形態では単一の長さ計２０によりアームシリンダ１２ａの基端部からシリンダ１３ａの先端部までのトータルの長さを検出したが、第２の実施の形態では長さ計を複数設ける。

図５は、第２の実施の形態に係る干渉防止装置を有する建設機械の要部側面図である。アームシリンダ１２ａのシリンダチューブおよびシリンダ１３ａのシリンダチューブにはそれぞれワイヤ式の長さ計５０，５１が設けられている。各長さ計５０，５１のワイヤ５０ａ，５１ａの先端はそれぞれシリンダ１２ａ，１３のロッド連結部に連結され、長さ計５０，５１によりシリンダ１２ａ，１３ａの長さをそれぞれ検出する。

図６は、第２の実施の形態に係る干渉防止装置の構成を示すブロック図である。コントローラ５５には長さ計５０，５１と角度計２５が接続されている。コントローラ５５はこれらからの入力信号に基づき以下のような処理を実行し、電磁弁３１ａ，３１ｂおよび警報装置３２に制御信号を出力する。

図７は、コントローラ５５における処理を示す図である。演算部５５ａでは長さ計５０の出力値Ｖ２と長さ計５１の出力値Ｖ３を加算し、出力値の合計（Ｖ２＋Ｖ３）が予め定めた設定値Ｖ４より大きいか否かを判定する。設定値Ｖ４は、グラップルＡの端部が干渉領域Ａの境界線上にあるときの出力値Ｖ２であり、第１の実施の形態のＶ０に相当する。演算部５５ｂでは角度計２５の出力値Ｒ１が予め定めた設定値Ｒ０より大きいか否かを判定する。そして、Ｖ２＋Ｖ３がＶ４より大きい、あるいはＲ１がＲ０より大きいと、電磁弁３１ａ，３１ｂを通電するとともに警報装置３２を作動する。これによりグラップル１３の運転室３への接近動作が阻止され、グラップル１３と運転室３との干渉を防止することができる。

このように第２の実施の形態では長さ計５０，５１によりアーム１２とグラップル１３の姿勢関係を検出し、この姿勢関係が一定条件のときに作業装置１０の動作を制限するので、第１の実施の形態と同様、作業範囲を広げることができる。また、シリンダ１２ａ，１３ａの長さをそれぞれ長さ計５０，５１で検出するので、ワイヤ５０ａ，５１ａの配索が容易である。コントローラ５５では長さ計５０，５１の出力値Ｖ２，Ｖ３の合計および設定値Ｖ４との比較と、角度計２５の出力値Ｒ１と設定値Ｒ０との比較を行うだけなので、座標の演算等の複雑な処理の必要がなく、コントローラ５５も簡素なものを使用できる。

―――変形例―――
上述の説明では、長さ計２０，５０，５１によりシリンダ１２ａ，１３ａの長さを検出したが、他の検出手段、例えば角度計２５によりアームシリンダ１２ａの長さを検出してもよい。また、グラップル１３の取付部に角度計を設け、この角度計によりシリンダ１３ａの長さを検出してもよく、これら長さ計２０，５０，５１や角度計２５を適宜組み合わせて用いてもよい。角度計２５の代わりにリミットスイッチを用いてもよい。アーム１２とグラップル１３の姿勢関係を検出するのであれば、検出手段が長さに関する物理量を検出するものでなくてもよい。

上記実施の形態に係る干渉防止装置はグラップル１３に適用したが、アーム先端部に揺動可能に軸支されて運転室３に接近および離間する他の作業用アタッチメントにも同様に適用できる。ここで、例えば図８に示すようなリフティングマグネットなどのアタッチメント６０を用いる場合、シリンダ１３ａの伸縮量に対するアタッチメント６０の運転室への接近の度合いがグラップル１３とは異なる。そこで、アタッチメント６０の形状に応じて長さ計２０，５１のワイヤ２０ａ，５１ａの先端の接続位置、すなわち検出手段による検出位置を図示のように変更してもよい。

ワイヤ２０ａ，５１ａの取付位置を予めリンク２４に複数設定し、アタッチメントに応じていずれかの取付位置を選択することもできる。また、アタッチメント６０の形状に応じて長さ計２０，５１を設ける位置やワイヤ２０ａ，５１ａの配索を変更してもよい。補正手段としてコントローラ５５で、長さ計５１の出力値Ｖ２にアタッチメント６０の形状に応じた任意の係数を乗じ、検出値を補正してもよい。

電磁弁３１ａ，３１ｂによりグラップル１３の運転室３への接近動作を制限したが、グラップル１３と運転室３との接触を防止する他の防止手段を用いてもよい。例えば電磁弁３１ａ，３１ｂの代わりに電磁比例弁を設け、グラップル１３が運転室３に一定以上近づいたときに、運転室３への接近速度を徐々に減速させるようにしてもよい。すなわち本明細書において動作を制限するとは動作を停止するだけでなく減速することも含む。アーム１２とグラップル１３の姿勢関係が一定条件のときに、防止手段が作動するのであれば、その姿勢関係の条件は図３に示したものに限らない。

シリンダ１２ａ，１３ａの油圧制御によりアーム１２とグラップル１３の姿勢関係を制限するのではなく、ワイヤなどで姿勢関係を物理的に拘束してもよい。すなわち所定長さのワイヤの両端部をそれぞれアームシリンダ１２ａの基端部とシリンダ１３ａの先端部とに連結して姿勢関係を物理的に拘束してもよい。

上記実施の形態では運転室３を可動式としたが、作業領域を一層拡大するため運転室３の位置に応じて干渉領域Ａを変化させ、設定値Ｖ０，Ｖ４を変更するようにしてもよい。また、ブーム１１の回動姿勢に応じて、設定値Ｖ０，Ｖ４を変更するようにしてもよい。運転室３と接触しないように干渉領域Ａを設定したが、運転室３を含む作業機本体との接触を避けるように干渉領域Ａを設定することが好ましい。

本発明は油圧ショベルに適用したが、回動可能なブーム１１（第１の腕）およびアーム１２（第２の腕）を有し、アーム先端部に揺動可能に軸支された作業用アタッチメントを有する他の作業機械にも同様に適用できる。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の干渉防止装置に限定されない。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。

本発明の第１の実施の形態に係る干渉防止装置を有する建設機械の側面図。第１の実施の形態に係る干渉防止装置を構成するリレー回路を示す電気回路図。図１の建設機械の動作の一例を示す図。図１の建設機械の動作の他の例を示す図。本発明の第２の実施の形態に係る干渉防止装置を有する建設機械の要部側面図。第２の実施の形態に係る干渉防止装置の構成を示すブロック図。図６のコントローラにおける処理を示す図。本発明の変形例を示す図。

符号の説明

３運転室
１０作業装置
１１ブーム
１２アーム
１２ａアームシリンダ
１３グラップル
１３シリンダ
２０，５０，５１長さ計
２０ａ，５０ａ，５１ａワイヤ
２５角度計
３１ａ，３１ｂ電磁弁
３２警報装置
５５コントローラ
６０アタッチメント

Claims

作業機本体に回動可能に連結された第１の腕と、この第１の腕の先端部に回動可能に連結された第２の腕と、第２の腕の先端部に揺動可能に連結され、運転室に接近および離間する作業用アタッチメントとを有する作業装置を備えた作業機械の干渉防止装置において、
前記第２の腕と前記作業用アタッチメントの姿勢関係が一定条件のときに、前記作業用アタッチメントが前記運転室を含む作業機本体に接触することを防止する防止手段を備えることを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
請求項１に記載の作業機械の干渉防止装置において、
前記防止手段は、前記第２の腕と前記作業用アタッチメントの姿勢関係を検出する検出手段を有し、
前記検出手段により検出された姿勢関係に基づき、前記作業装置と前記作業用アタッチメントの動作を制限することを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
請求項２に記載の作業機械の干渉防止装置において、
前記検出手段は、長さに相関する物理量を検出することによって前記姿勢関係を検出することを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
請求項３に記載の作業機械の干渉防止装置において、
前記長さに相関する物理量は、前記第２の腕を作動させるシリンダと前記作業用アタッチメントを作動させるシリンダの伸縮長さであり、検出した２つのシリンダの伸縮長さにより前記姿勢関係を検出することを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
請求項３に記載の作業機械の干渉防止装置において、
前記長さに相関する物理量は、前記第２の腕の角度と前記作業用アタッチメントの角度であり、検出した２つの角度により前記姿勢関係を検出することを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
請求項３に記載の作業機械の干渉防止装置において、
前記長さに相関する物理量は、前記第２の腕の角度と前記作業用アタッチメントを作動させるシリンダの長さ、または前記第２の腕を作動させるシリンダの長さと前記作業用アタッチメントの角度であり、検出したいずれかのシリンダの長さと角度とにより前記姿勢関係を検出することを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
請求項２〜６のいずれか１項に記載の作業機械の干渉防止装置において、
前記作業用アタッチメントに応じて前記検出手段による検出位置を変更可能としたことを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
請求項２〜６のいずれか１項に記載の作業機械の干渉防止装置において、
前記作業用アタッチメントに応じて前記姿勢関係の検出結果を補正する補正手段を有し、
前記防止手段は前記補正手段の補正値に基づき前記作業装置と前記作業用アタッチメントの動作を制限することを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
請求項２〜８のいずれか１項に記載の作業機械の干渉防止装置において、
前記防止手段は、前記第１の腕の回動姿勢に応じて前記作業装置と前記作業用アタッチメントの姿勢関係を制限することを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
請求項２〜９のいずれか１項に記載の作業機械の干渉防止装置において、
前記運転室は可動式であり、
前記防止手段は、前記運転室の位置に応じて前記作業装置と前記作業用アタッチメントの姿勢関係を制限することを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
請求項４に記載の作業機械の干渉防止装置において、
前記検出手段は、前記２つのシリンダに沿って配索された一本のワイヤにより前記２つのシリンダの伸縮長さを検出するワイヤ式長さ計であることを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
作業機本体に回動可能に連結された第１の腕と、この第１の腕の先端部に回動可能に連結された第２の腕と、第２の腕の先端部に揺動可能に連結され、運転室に接近および離間する作業用アタッチメントとを有する作業装置を備えた作業機械の干渉防止装置において、
前記作業用アタッチメントが前記運転室を含む作業機本体に接触することを防止するため、前記第２の腕と前記作業用アタッチメントの姿勢関係を物理的に拘束する手段を備えることを特徴とする作業機械の干渉防止装置。