JP2007107311A - 作業機械の干渉防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機体に対し昇降可能に設けたキャブと作業装置のアタッチメントとの干渉を確実に防止できる作業機械の干渉防止装置を提供する。
【解決手段】コントローラ64は、昇降可能に設けたキャブ13の全移動領域を覆うように干渉防止領域Ａを座標上設定し、ブーム角センサ62、スティック角センサ63、アタッチメント28の最大径の各情報から、監視対象部Ｂの座標を演算する。ブーム・アップ用のパイロットライン48buおよびスティック・イン用のパイロットライン48si中に、パイロット圧停止弁としての電磁比例弁66を設ける。この電磁比例弁66は、干渉防止領域Ａに監視対象部Ｂが到達した判断に基づくコントローラ64から出力したパイロット圧停止信号により、コントロール弁42へのブーム・アップ用パイロット圧信号およびスティック・イン用パイロット圧信号をなくす機能を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャブが昇降可能に設置された作業機械の干渉防止装置に関する。

必要に応じて高いアイポイントを得るために、固定式ハイ・アイポイント・キャブにより高いアイポイントを確保する作業機械、または油圧式キャブライザにより、作業にあったアイポイントまでキャブを昇降させることができる作業機械がある。

油圧式キャブライザとしては、車両本体に対し、２組のリンクまたはキャブ昇降シリンダをＸ形に構成したＸ形リンク機構、または上リンクおよび下リンクを平行に保たれるように構成したリンク機構と、キャブ昇降シリンダとにより、キャブを昇降可能に設けたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２０００−３３５８８３号公報（第４−６頁、図１−６） 特開２００２−１７８９５６号公報（第４頁、図１−２）

このような必要に応じたアイポイントを得るためにキャブの位置を上方および前方に設置された作業機械は、キャブと併設された作業装置の先端部に取付けられたアタッチメントと干渉するおそれがあるので、従来は、キャブとアタッチメントとが干渉しない範囲を確認した上で作業するように警告内容を記載した警告フィルムを、キャブ内に貼付けたり、取扱説明書に注意事項として記載することで、オペレータに注意を促がしているが、それでは、キャブとアタッチメントとの干渉を確実に防止できない問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、機体に対し昇降可能に設けられたキャブと作業装置のアタッチメントとの干渉を確実に防止できる作業機械の干渉防止装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、機体と、機体に対し昇降可能に設けられたキャブと、キャブとともに機体に設置された作業装置とを具備し、作業装置は、機体に対しブームフートピンを中心にブームシリンダにより回動されるブームと、ブームに対しブーム先端ピンを中心にスティックシリンダにより回動されるスティックと、スティックに対しスティック先端ピンを中心に回動可能なアタッチメントとを備えた作業機械において、少なくともブーム・アップまたはダウン用パイロット圧信号によりパイロット操作されてブームシリンダを制御するとともにスティック・インまたはアウト用パイロット圧信号によりパイロット操作されてスティックシリンダを制御するコントロール弁と、ブームフートピンに設けられたブーム角検出用のブーム角センサと、ブーム先端ピンに設けられたスティック角検出用のスティック角センサと、ブーム角センサで検出されたブーム角および既知のブーム長からブーム先端ピンの座標を演算し、スティック角センサで検出されたスティック角および既知のスティック長からスティック先端ピンの座標を演算し、スティック先端ピンの座標にアタッチメントの最もキャブ側に位置する箇所を加えた監視対象部の座標を演算し、昇降可能に設けられたキャブの全移動領域を覆うように座標上設定された干渉防止領域に、監視対象部が到達したか否かを判断する制御装置と、干渉防止領域に監視対象部が到達した判断に基づく制御装置から出力されたパイロット圧停止信号によりコントロール弁へのブーム・アップ用パイロット圧信号およびスティック・イン用パイロット圧信号をなくすパイロット圧停止弁とを具備した作業機械の干渉防止装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の作業機械の干渉防止装置におけるパイロット圧停止弁を、電磁比例弁としたものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の作業機械の干渉防止装置において、キャブ内に設けられコントロール弁にパイロット圧信号を出力するパイロット操作弁を備えた操作器と、操作器の操作によりコントロール弁に出力されるパイロット圧信号を検出する圧力スイッチとを具備し、制御装置は、圧力スイッチがパイロット圧信号を検出したときのみ、干渉防止領域に監視対象部が到達した判断に基づくパイロット圧停止信号をパイロット圧停止弁に対して出力するものである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の作業機械の干渉防止装置における制御装置が、作業装置に用いられる可能性のある複数のアタッチメントの最大径を記憶し、アタッチメントの選択によりスティック先端ピンの座標にアタッチメントの最大径を加えた監視対象部の座標を演算する機能を備えたものである。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の作業機械の干渉防止装置における干渉防止領域が、逆台形状に設定されたものである。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の作業機械の干渉防止装置において、キャブの位置を検出するキャブ位置センサを具備し、制御装置は、キャブ位置センサにより検出されたキャブの位置に応じて干渉防止領域を演算するものである。

請求項１記載の発明によれば、制御装置が、ブーム角センサおよびスティック角センサで検出されたブーム角およびスティック角などから、アタッチメントの最もキャブ側に位置する箇所を加えた監視対象部の座標を演算し、昇降可能に設けられたキャブの全移動領域を覆うように座標上設定された干渉防止領域に、監視対象部が到達したか否かを判断して、干渉防止領域に監視対象部が到達したと判断したときは、その判断に基づくパイロット圧停止信号によりパイロット圧停止弁を作動して、コントロール弁へのブーム・アップ用パイロット圧信号およびスティック・イン用パイロット圧信号をなくすので、キャブとの干渉動作となるブーム・アップ動作およびスティック・イン動作を強制停止させて、機体に対し昇降可能に設けられたキャブと作業装置のアタッチメントとの干渉を確実に防止できる。

請求項２記載の発明によれば、パイロット圧停止弁を電磁比例弁とすることで、コントロール弁へのブーム・アップ用パイロット圧信号およびスティック・イン用パイロット圧信号を完全になくす直前の減圧制御が可能となり、ブーム・アップ動作およびスティック・イン動作の停止時衝撃を緩和して円滑に止めることができる。

請求項３記載の発明によれば、操作器が操作されていることを圧力スイッチにより確認した上で、制御装置は、干渉防止領域に監視対象部が到達した判断に基づくパイロット圧停止信号をパイロット圧停止弁に対して出力するので、操作器が操作されていないときは、パイロット圧停止弁に対する無駄な出力を防止できる。

請求項４記載の発明によれば、現在装着されているアタッチメントを選択するのみで、スティック先端ピンの座標にアタッチメントの最大径を加えた監視対象部の座標を簡単に演算できる。

請求項５記載の発明によれば、逆台形状に設定された干渉防止領域により、機械足元の作業範囲を広く確保することができる。

請求項６記載の発明によれば、キャブ位置センサにより検出されたキャブの位置に応じて、制御装置が干渉防止領域を演算するので、例えばキャブがアタッチメントと干渉しない最下位に位置するような場合は、アタッチメントの可動範囲を拡大することができ、作業範囲を拡大できる。

以下、本発明を図１乃至図３に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図２は、作業機械10を示し、機体11に作業装置12が設置され、この作業装置12の側方にて機体11上にキャブ13が、機体11に対し昇降可能に設けられ、機体11とキャブ13との間には、このキャブ13を昇降するキャブ昇降装置14が設けられている。機体11は、履帯15を装着された下部走行体16に、上部旋回体17が旋回可能に設けられている。

キャブ13とともに機体11に設置された作業装置12は、機体11の旋回フレーム20に対し、ブームフートピン21により、ブーム22の基端が回動自在に軸支され、旋回フレーム20とブーム22との間に、ブーム22を上下方向に回動するためのブームシリンダ23が設けられ、ブーム22の先端に対し、ブーム先端ピン24により、スティック25の基端が回動自在に軸支され、ブーム22とスティック25との間にスティック回動用のスティックシリンダ26が設けられ、スティック25の先端に、スティック先端ピン27によりアタッチメント28が軸支されている。

図示されたアタッチメント28は、解体作業などに用いられるグラップルであり、このグラップルは、ワークを把持するためにアタッチメント用アクチュエータ（図示せず）により開閉駆動されるので、その径が変化する。アタッチメントとしては、マグネットまたはフォークなども用いられる。

キャブ昇降装置14は、キャブ13を所定の姿勢に保つリンク機構31と、キャブ13を昇降駆動するキャブ昇降シリンダ32とを備えている。

リンク機構31は、機体11の上部旋回体17上に立設された支持塔体33と、キャブ13の下部に一体に設けられたＬ形のリンク接続部34と、支持塔体33の上部とリンク接続部34の後背部との間に常に平行に保たれるようにピン35，36，37，38により回動自在に連結されキャブ昇降シリンダ32により上下方向に回動される上リンク39および下リンク40とを具備している。

キャブ昇降シリンダ32の基端は、支持塔体33の下部に一体に取付けられた軸受部（図示せず）に嵌着されたピンにより回動自在に軸支され、キャブ昇降シリンダ32のピストンロッド先端は、上リンク39にピンにより連結されている。

このように、キャブ13は、キャブ昇降装置14により昇降可能に設けられ、また、作業装置12は、機体11に対しブームフートピン21を中心にブームシリンダ23により回動されるブーム22と、このブーム22に対しブーム先端ピン24を中心にスティックシリンダ26により回動されるスティック25と、このスティック25に対しスティック先端ピン27を中心に回動可能なアタッチメント28とを備えている。

図１には、流体圧制御系の概略が示され、キャブ13内には、座席上のオペレータにより手動操作される操作器としての操作レバー41が設置され、一方、機体11側には、ブームシリンダ23、スティックシリンダ26、下部走行体16に対し上部旋回体17を旋回駆動する旋回モータ（図示せず）、アタッチメント用アクチュエータ（図示せず）などの流体圧アクチュエータを制御するそれぞれのスプールを備えたコントロール弁42が設置されている。

操作レバー41のヘッド部には、ホーンスイッチ43、エンジン回転数を制御するスイッチ44、キャブ昇降シリンダ32を操作するモジュレーションスイッチ45などが設けられている。

操作レバー41の下部には、コントロール弁42の各スプールに対してパイロット圧信号を出力するパイロット操作弁（減圧弁）46を備えており、このパイロット操作弁46は、パイロットポンプ47から供給されたパイロット元圧（１次圧）を操作レバー41の前後方向および左右方向の操作量に応じたパイロット圧信号（２次圧）に変換し、パイロットライン48を経てコントロール弁42の各スプールに出力する。

コントロール弁42は、タンク51からメインポンプ52により供給された作動流体（油）を各スプールが方向制御および流量制御して各流体圧アクチュエータに供給する。例えば、ブーム用スプール42bmは、ブーム・アップまたはダウン用パイロット圧信号によりパイロット操作されてブームシリンダ23を伸縮制御し、スティック用スプール42stは、スティック・インまたはアウト用パイロット圧信号によりパイロット操作されてスティックシリンダ26を伸縮制御する。コントロール弁42からタンク51への戻りラインには、チェック弁53および冷却器54が設置されている。

この作業機械10は、機体11およびキャブ13とアタッチメント28とが干渉することを防止する干渉防止装置61を備えている。

この干渉防止装置61は、ブームフートピン21に設けられたブーム角検出用のブーム角センサ62と、ブーム先端ピン24に設けられたスティック角検出用のスティック角センサ63と、昇降可能に設けられたキャブ13の全移動領域を覆うように座標上設定された干渉防止領域Ａに、監視対象部Ｂが到達したか否かを判断する制御装置としてのコントローラ64とを備えている。

このコントローラ64は、ブーム角センサ62で検出されたブーム角および既知のブーム長からブーム先端ピン24の座標を演算し、スティック角センサ63で検出されたスティック角および既知のスティック長からスティック先端ピン27の座標を演算し、スティック先端ピン27の座標にアタッチメント28の最もキャブ13側に位置する箇所、すなわちアタッチメント28の最大径を加えた監視対象部Ｂの座標を演算する。

コントローラ64のメモリには、作業装置12に用いられる可能性のある複数のアタッチメントの最大径が記憶され、キャブ13内に設置されたモニタ65によりアタッチメント28を選択すると、コントローラ64は、スティック先端ピン27の座標にアタッチメント28の最大径を加えた監視対象部Ｂの座標を演算する機能を備えている。

干渉防止領域Ａは、キャブ昇降装置14により最下位から最上位まで移動するキャブ13の全移動領域を覆うように、コントローラ64内のメモリの座標上に、一定の逆台形状に設定されている。

さらに、ブーム・アップ用のパイロットライン48buおよびスティック・イン用のパイロットライン48si中に、パイロット圧停止弁としての電磁比例弁66が設けられている。この電磁比例弁66は、干渉防止領域Ａに監視対象部Ｂが到達した判断に基づくコントローラ64から出力されたパイロット圧停止信号により、コントロール弁42へのブーム・アップ用パイロット圧信号およびスティック・イン用パイロット圧信号をなくす機能を備えた電磁比例減圧弁である。

また、パイロットライン48中には、操作レバー41の操作によりコントロール弁42に出力されるパイロット圧信号を検出するシャトル弁67および圧力スイッチ68が設けられている。シャトル弁67は、操作レバー41の全ての操作を監視して、いずれの操作があったときも、パイロット圧を圧力スイッチ68に作用させる。

圧力スイッチ68は、コントローラ64に接続され、このコントローラ64は、圧力スイッチ68がパイロット圧信号を検出したときのみ、干渉防止領域Ａに監視対象部Ｂが到達した判断に基づくパイロット圧停止信号を電磁比例弁66に対して出力する。

次に、コントローラ64による制御方法を、図３に示されるフローチャートを参照しながら説明する。なお、このフローチャートにおける丸数字は、制御手順を示すステップ番号である。

（ステップ１）
ブーム22のブームフートピン21からブーム先端ピン24までのブーム長、およびブーム先端ピン24からスティック先端ピン27までのスティック長をメモリに記憶させる。昇降可能に設けられたキャブ13の全移動領域を覆うように干渉防止領域Ａをメモリの座標上に設定する。

（ステップ２）
キャブ13内に設置されたモニタ65により現在装着されているアタッチメント28を選択すると、コントローラ64は、メモリに格納された情報の中から、そのアタッチメント28の最大径を選択する。

（ステップ３）
ブームフートピン21に設けられたブーム角センサ62により機体11に対するブーム22のブーム角を検出する。

（ステップ４）
ブーム角センサ62で検出されたブーム角および既知のブーム長からブーム先端ピン24の座標を演算する。

（ステップ５）
ブーム先端ピン24に設けられたスティック角センサ63によりブーム22に対するスティック25のスティック角を検出する。

（ステップ６）
スティック角センサ63で検出されたスティック角および既知のスティック長からスティック先端ピン27の座標を演算する。

（ステップ７）
ブーム角センサ62およびスティック角センサ63で検出されたブーム角およびスティック角などから演算されたスティック先端ピン27の座標に、アタッチメント28の最大径を加えた監視対象部Ｂの座標を演算する。

（ステップ８）
昇降可能に設けられたキャブ13の全移動領域を覆うように座標上設定された干渉防止領域Ａに、監視対象部Ｂが到達したか否かを判断する。

（ステップ９）
操作レバー41が操作されているか否かを、圧力スイッチ68がオンか否かにより確認する。操作レバー41が全く操作されていないときのみ、圧力スイッチ68はオフとなる。

（ステップ１０）
干渉防止領域Ａに監視対象部Ｂが到達し、かつ圧力スイッチ68がオンのときのみ、コントローラ64から出力されたパイロット圧停止信号により電磁比例弁66を制御して、ブーム・アップ用のパイロットライン48buおよびスティック・イン用のパイロットライン48siを通じてコントロール弁42のブーム用スプール42bmおよびスティック用スプール42stに作用するブーム・アップ用パイロット圧信号およびスティック・イン用パイロット圧信号を、短時間のうちに減圧させた上で消圧させるとともに、キャブ13内に設置されたアラームを作動させる。

（ステップ１１）
警報音が鳴り、キャブ13との干渉動作となるブームシリンダ23のブーム・アップ動作およびスティックシリンダ26のスティック・イン動作が、短時間のうちに減速された上に停止される。これにより、機体11およびキャブ13と、作業装置12のアタッチメント28との干渉を確実に防止できる。

次に、この実施の形態の効果を説明する。

コントローラ64が、ブーム角センサ62およびスティック角センサ63で検出されたブーム角およびスティック角などから、アタッチメント28の最もキャブ13側に位置する箇所を加えた監視対象部Ｂの座標を演算し、昇降可能に設けられたキャブ13の全移動領域を覆うように座標上設定された干渉防止領域Ａに、監視対象部Ｂが到達したか否かを判断して、干渉防止領域Ａに監視対象部Ｂが到達したと判断したときは、その判断に基づくパイロット圧停止信号により電磁比例弁66を作動して、コントロール弁42へのブーム・アップ用パイロット圧信号およびスティック・イン用パイロット圧信号をなくすので、キャブ13との干渉動作となるブーム・アップ動作およびスティック・イン動作を強制停止させて、機体11に対し昇降可能に設けられたキャブ13と作業装置12のアタッチメント28との干渉を確実に防止できる。

パイロット圧停止弁を電磁比例弁66とすることで、コントロール弁42へのブーム・アップ用パイロット圧信号およびスティック・イン用パイロット圧信号を完全になくす直前の減圧制御が可能となり、ブーム・アップ動作およびスティック・イン動作の停止時衝撃を緩和して円滑に止めることができる。

操作レバー41が操作されていることを圧力スイッチ68により確認した上で、コントローラ64は、干渉防止領域Ａに監視対象部Ｂが到達した判断に基づくパイロット圧停止信号を電磁比例弁66に対して出力するので、操作レバー41が操作されていないときは、電磁比例弁66に対する無駄な出力を防止できる。

モニタ65により現在装着されているアタッチメント28を選択するのみで、スティック先端ピン27の座標にアタッチメント28の最大径を加えた監視対象部Ｂの座標を簡単に演算できる。

逆台形状に設定された干渉防止領域Ａにより、干渉防止領域Ａは、上部から下部にむかって機体側へ切込むように狭くなっているので、その分、干渉防止領域Ａの外にある作業範囲は下部ほど拡大し、機械足元の作業範囲を広く確保することができる。

次に、他の実施の形態を説明する。

図１に示されるように、キャブ昇降装置14の上リンク39を軸支するピン35にキャブ位置センサ71を設置する。このキャブ位置センサ71は、支持塔体33に対する上リンク39の角度を検出することで、キャブ13の位置を検出し、コントローラ64にキャブ位置情報を供給する。

したがって、コントローラ64は、キャブ位置センサ71により検出されたキャブ13の位置に応じて干渉防止領域Ａを演算し直す。すなわち、キャブ13の位置に応じて干渉防止領域Ａを変化させる。干渉防止装置61の他の構成および制御方法は、既に述べたものと同様であるから、それらの説明は省略する。

このように、キャブ位置センサ71により検出されたキャブ13の位置に応じて、コントローラ64が干渉防止領域Ａを演算するので、例えばキャブ13がアタッチメント28と干渉しない最下位に位置するような場合は、アタッチメント28の可動範囲を拡大することができ、作業範囲を拡大できる。

本発明に係る作業機械の干渉防止装置の一実施の形態を示す回路図である。 同上干渉防止装置を搭載した作業機械の側面図である。 同上干渉防止装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

11 機体
12 作業装置
13 キャブ
21 ブームフートピン
22 ブーム
23 ブームシリンダ
24 ブーム先端ピン
25 スティック
26 スティックシリンダ
27 スティック先端ピン
28 アタッチメント
41 操作器としての操作レバー
42 コントロール弁
46 パイロット操作弁
61 干渉防止装置
62 ブーム角センサ
63 スティック角センサ
64 制御装置としてのコントローラ
66 パイロット圧停止弁としての電磁比例弁
68 圧力スイッチ
71 キャブ位置センサ
Ａ 干渉防止領域
Ｂ 監視対象部

Claims (6)

1. 機体と、
   機体に対し昇降可能に設けられたキャブと、
   キャブとともに機体に設置された作業装置とを具備し、
   作業装置は、機体に対しブームフートピンを中心にブームシリンダにより回動されるブームと、ブームに対しブーム先端ピンを中心にスティックシリンダにより回動されるスティックと、スティックに対しスティック先端ピンを中心に回動可能なアタッチメントとを備えた作業機械において、
   少なくともブーム・アップまたはダウン用パイロット圧信号によりパイロット操作されてブームシリンダを制御するとともにスティック・インまたはアウト用パイロット圧信号によりパイロット操作されてスティックシリンダを制御するコントロール弁と、
   ブームフートピンに設けられたブーム角検出用のブーム角センサと、
   ブーム先端ピンに設けられたスティック角検出用のスティック角センサと、
   ブーム角センサで検出されたブーム角および既知のブーム長からブーム先端ピンの座標を演算し、スティック角センサで検出されたスティック角および既知のスティック長からスティック先端ピンの座標を演算し、スティック先端ピンの座標にアタッチメントの最もキャブ側に位置する箇所を加えた監視対象部の座標を演算し、昇降可能に設けられたキャブの全移動領域を覆うように座標上設定された干渉防止領域に、監視対象部が到達したか否かを判断する制御装置と、
   干渉防止領域に監視対象部が到達した判断に基づく制御装置から出力されたパイロット圧停止信号によりコントロール弁へのブーム・アップ用パイロット圧信号およびスティック・イン用パイロット圧信号をなくすパイロット圧停止弁と
   を具備したことを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
2. パイロット圧停止弁は、電磁比例弁である
   ことを特徴とする請求項１記載の作業機械の干渉防止装置。
3. キャブ内に設けられコントロール弁にパイロット圧信号を出力するパイロット操作弁を備えた操作器と、
   操作器の操作によりコントロール弁に出力されるパイロット圧信号を検出する圧力スイッチとを具備し、
   制御装置は、圧力スイッチがパイロット圧信号を検出したときのみ、干渉防止領域に監視対象部が到達した判断に基づくパイロット圧停止信号をパイロット圧停止弁に対して出力する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械の干渉防止装置。
4. 制御装置は、
   作業装置に用いられる可能性のある複数のアタッチメントの最大径を記憶し、アタッチメントの選択によりスティック先端ピンの座標にアタッチメントの最大径を加えた監視対象部の座標を演算する機能を備えた
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の作業機械の干渉防止装置。
5. 干渉防止領域は、逆台形状に設定された
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の作業機械の干渉防止装置。
6. キャブの位置を検出するキャブ位置センサを具備し、
   制御装置は、キャブ位置センサにより検出されたキャブの位置に応じて干渉防止領域を演算する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の作業機械の干渉防止装置。

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