JP2009030235A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】干渉領域を前方に広く設定した場合に、バケットとキャビンの干渉を極力防止しながら足元作業を十分に確保する。
【解決手段】干渉領域Ｂの前限となる領域前面Ｂ１と、干渉領域Ｂの下限となる領域下面Ｂ２とで形成される領域前方下側の角部に、領域前面Ｂを垂直辺、領域下面Ｂ２を底辺とする側面視直角三角形でかつ一定の条件下で例外領域Ｃを設定し、アームトップピン８がこの例外領域Ｃ内にあるときは干渉防止機能を解除し、ブーム上げ、アーム引き、左オフセットの各動作を減速状態で許容するように構成した。また、同時に警報器２４を作動させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はバケットとキャビンの干渉を防止する機能を備えたショベルに関するものである。

図５〜図７によって背景技術を説明する。ここでは、キャビンと作業アタッチメントの干渉がとくに起こり易いオフセットタイプ型の油圧ショベルを例にとっている。

油圧ショベルは、クローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が搭載され、この上部旋回体２の前部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、このブーム５の先端にブームトップピン６まわりに上下回動可能に取付けられたアーム７と、このアーム７の先端にアームトップピン８まわりに上下回動可能に取付けられたバケット９とを備え、この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６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、図５,６中、１０はブーム５を起伏作動させるブーム起伏シリンダ、１１はアーム７を上下回動させるアームシリンダ、１２はバケット９を上下回動させるバケットシリンダ、１３はフロントブーム５ａを左右回動させるオフセットシリンダである。

上部旋回体２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）にキャビン１４が設置され、このキャビン４内で各種操作が行われる。

また、下部走行体１の前部にドーザ１５（図６では図示省略）が設けられ、このドーザ１５によって整地作業や、バケット９を併用した塵取り作業が行われる。

このような油圧ショベルでは、作業アタッチメント３がキャビン１４側に向かって屈折動作するため、バケット９とキャビン１４の干渉が起こり得る。とくに、例示したオフセット型のショベルでは、図６に示すように左オフセット状態でバケット９がキャビン１４の直前方に位置するため、干渉の危険性が高くなる。

そこで従来からこのバケット９とキャビン１４の干渉を防止する手段が講じられている。

従来の方法を図７によって説明する。

図７はショベル全体を模式的に示したもので、キャビン１４の前方に、アームトップピン８が侵入するとバケット９とキャビン１４の干渉が起こり得る領域としての干渉領域Ａが設定され、アームトップピン８がこの干渉領域Ａに入ると、アタッチメント動作（通常はブーム上げ、アーム引き、左オフセットの各動作）を停止させる構成がとられている。

以上の構成は特許文献１に示されている。
特開平３−１５６０３７号公報

上記干渉領域Ａは、バケット９のサイズが標準で、かつ、バケット９がアーム先端に直接取付けられる一般的なアタッチメント構成では、図７中の二点鎖線で示すようにキャビン１４の近くに設定される。

一方、バケットサイズが標準のものよりも大きい場合や、バケット９がアーム先端に対してクイックヒッチ等と称される着脱作業を簡便化するための特殊なバケット取付装置を介して取付けられる場合（以下、このようなアタッチメントを総称して特殊アタッチメントという）には、アームトップピン８からバケット歯先までの距離が標準アタッチメントの場合よりも長くなる。

このため、この特殊アタッチメント付きのショベルでは、図７中の破線で示すように、標準干渉領域Ａよりも前方に広い特殊干渉領域Ｂを設定し、アームトップピン８がこの特殊干渉領域Ｂに侵入するとアタッチメント動作を停止させる構成をとっている。

ところが、この結果、図７に示すようにバケット９が接地した状態でのバケット前限位置（干渉防止機能によってバケットが停止する位置）が前方にずれるため、下部走行体１の前端近くで掘削や土砂すくい等を行う足元作業が制限されてしまうという問題が発生していた。

また、図示のようにバケット９の歯先がドーザ１５まで到達しないため、足元作業の一種である、土砂等をドーザ１５側に引き寄せてバケット９ですくい取る所謂塵取り作業もできなくなっていた。図７中のβはバケット歯先からドーザ前面までの距離を示す。

なお、オフセットしないショベルでも、バケットの幅寸法が大きくてバケット左側がキャビン１４と干渉するおそれのある特殊アタッチメントを装着した場合には同様の問題が発生する。

そこで本発明は、上記特殊干渉領域を設定した場合に、バケットとキャビンの干渉を極力回避しながら、足元作業を十分に確保することができる建設機械を提供するものである。

請求項１の発明は、キャビンを備えた上部旋回体が下部走行体上に搭載されるとともに、この上部旋回体の前部に、起伏自在なブームと、このブームの先端にブームトップピンまわりに回動可能に取付けられたアームと、このアームの先端にアームトップピンまわりに回動可能に取付けられたバケットとを備えた作業アタッチメントが装着され、かつ、上記アームトップピンの位置を検出する位置検出手段を備え、アームトップピンが、キャビン前方に予め設定された干渉領域に侵入したときに、アタッチメント動作を制限する干渉防止機能を実行するように構成されたショベルにおいて、上記干渉領域の前限となる領域前面と、干渉領域の下限となる領域下面とで形成される角部に、上記領域前面を垂直辺、領域下面を底辺とする側面視直角三角形で、かつ、下記の条件下で例外領域が設定され、アームトップピンがこの例外領域内にあるときは上記干渉防止機能を解除するように構成されたものである。

条件
例外領域が無いとした場合においてバケットを接地させて後方に水平に移動させたときに干渉防止機能によってアームトップピンが停止するＸ座標位置を第１ポイントとし、アームトップピンが上記第１ポイントで停止したときのＹ座標位置に、バケットサイズ等に応じてアームトップピンの対接地面距離が増加する分の最大値を足したＹ座標位置を第２ポイントとし、上記第１ポイントでアームトップピンが停止したときのＸ座標位置に、バケット歯先から第１ポイントよりも後方に設定された目標点までの距離を足したＸ座標位置を第３ポイントとし、これら各ポイントを結ぶ直角三角形領域であること。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、作業アタッチメントがキャビン側に向かってオフセット作動可能に構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、下部走行体の前部にドーザが設けられ、このドーザの前面を目標点として、上記第１ポイントでアームトップピンが停止したときのＸ座標位置にバケット歯先から上記ドーザまでの距離を足したＸ座標位置を第３ポイントとして例外領域が設定されたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの構成において、アームトップピンが例外領域内にあるときは作業アタッチメントの動作を減速させるように構成されたものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの構成において、アームトップピンが例外領域内にあるときに警報器を作動させるように構成されたものである。

本発明によると、干渉領域の前限となる領域前面と、干渉領域の下限となる領域下面とで形成される角部（領域の前方下側角部）に、領域前面を垂直辺、領域下面を底辺とする側面視直角三角形で、かつ、一定の条件下で例外領域を設定し、アームトップピンがこの例外領域内にあるときは干渉防止機能を解除するように構成したから、バケット接地状態でのアームトップピンの前限位置を後方（機械側）にずらすことが可能となる。

従って、バケットを下部走行体に接近させる（請求項３ではドーザまで到達させる）ことができるため、足元作業（ショベルの場合は塵取り作業を含む）を十分確保することができる。

しかも、例外領域を、干渉領域の前方下側角部という、キャビンから最も遠い位置で、かつ、作業具が接地する状況となる領域に設定するため、バケットとキャビンの干渉が発生する可能性はきわめて低い。

また、例外領域を側面視で直角三角形に設定しているため、足元作業を確保しながら、四角形に設定した場合と比較して干渉の可能性が益々低くなる。

こうして、バケットとキャビンの干渉を極力防止しながら足元作業の作業範囲を拡充することができる。

また、請求項４の発明によると、アームトップピンが例外領域にあるときは作業アタッチメントの動作を減速させるため、万が一、作業具とキャビンの干渉が起こりそうなときは危険動作を速やかに停止させ、干渉を回避することができる。

請求項５の発明によると、アームトップピンが例外領域にあることをオペレータに警報で認識させ、態勢を取らせることで安全性を高めることができる。

本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。実施形態では、特殊アタッチメントが装着されたオフセット型のショベルを適用対象として例にとっている。

図１は実施形態に係るショベルとその干渉領域を模式的に示す。

ショベルそのものの構成は従来と同じであるため、図７と同一部分に同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

アームトップピン８が侵入するとバケット９とキャビン１４の干渉が生じ得る領域として、キャビン前方に特殊干渉領域（以下、単に干渉領域という）Ｂが設定され、原則としてこの干渉領域Ｂで干渉を防止するための機能が実行されてアタッチメント動作が制限される。具体的には、前記のようにアタッチメントのブーム上げアーム引き及び左オフセット各動作が停止する。

このショベルにおいては、干渉領域Ｂの前限となる領域前面Ｂ１と、干渉領域Ｂの下限となる領域下面Ｂ２とで形成される角部（前方下側角部）に、領域前面Ｂ１を垂直辺、領域下面Ｂ２を底辺とする側面視直角三角形の例外領域Ｃが干渉領域Ｂの全幅に亘って設定され、アームトップピン８がこの例外領域Ｃにあるときは干渉防止機能を解除する（後述するようにアタッチメント動作を許容する）ように構成されている。

この例外領域Ｃについて図２を参照して詳述する。

同領域Ｃの前限かつ下限である第１ポイントＰ１は、例外領域Ｃが無いとした場合においてバケット９を接地させて水平引きした（後方に水平移動させた）ときに、干渉防止機能によってアームトップピン８が停止するＸ座標位置（前後方向位置）である。

また、領域Ｃの前限かつ上限で、第１ポイントＰ１の上方に位置する第２ポイントＰ２は、アームトップピン８が第１ポイントＰ１で停止したときのＹ座標位置に、バケットサイズが大きいこと、またはクイックヒッチと称される特殊な取付装置が用いられていることによってアームトップピン８の接地面からのＹ座標位置が増加する分（想定される最大値）Ｖを足したＹ座標位置である。

そして第３ポイントＰ３は、第１ポイントＰ１でアームトップピン８が停止したときのＸ座標位置に、バケット歯先から第１ポイントＰ１よりも後方に設定された目標点（この実施形態ではドーザ１５の前面）までの距離Ｗを足したＸ座標位置である。

上記距離Ｗは、図７中に示すバケット歯先からドーザ１５の前面までの距離βと同じであり、第３ポイントＰ３はこの距離βを０とするために設定される。

なお、第３ポイントＰ３を決める目標点は、第１ポイントＰ１よりも後方の任意の点として設定され、ドーザ前面よりも少し前方でもよいし、ドーザ１５が無い場合にはドーザ位置よりも後方（下部走行体の前端よりは前方）に設定してもよい。

また、第２、第３両ポイントＰ２、Ｐ３に、機械の製作誤差や組立誤差による誤差分を加えるのが望ましい。

これら第１〜第３各ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３を結ぶ直角三角形の領域が例外領域Ｃとなる。

このショベルにおいては、図３に示す制御手段により、第２、第３両ポイントＰ２、Ｐ３の座標から直線Ｌを算出し、現在のアームトップピン８の位置を検出してこれが直線Ｌよりも上側（干渉領域Ｂ内で例外領域Ｃ外）にあるか下側（例外領域Ｃ内）にあるかを判別し、下側にある場合に限ってアタッチメント動作を許容する。

制御手段は、演算・指令信号の出力を行うコントローラ１６と、アームトップピン８の位置を検出する位置検出手段としてのブーム角度、アーム角度、オフセット角度各センサ１７,１８,１９と、オペレータの操作によって干渉防止機能をキャンセルする解除スイッチ２０と、コントローラ１６からの指令信号に基づいてブーム上げ、アーム引き、左オフセットの各動作を停止または減速させるための各停止比例弁２１,２２,２３と、アームトップピン８が例外領域Ｃ内にあるときにオペレータに向けて警報を発して注意を促す警報器（ブザー、ランプ等）２４とから成っている。

この制御手段の作用を図４のフローチャートによって説明する。

制御開始とともに各角度センサ１７〜１９によって検出された各検出値からアームトップピン８の位置（Ｘ、Ｙ両座標位置）を算出し（ステップＳ１）、この算出されたアームトップピン位置が干渉領域Ｂ内にあるか否かが判別される（ステップＳ２）。

ここでＹＥＳとなると、ステップＳ３でアームトップピン８のＸ座標位置が図２の第１、第３両ポイントＰ１、Ｐ３間に入っているか否かが判別され、ＮＯの場合、つまり例外領域Ｃ外で干渉領域Ｂ内にある場合は、本来の干渉防止機能としてブーム上げ、アーム引き、左オフセット各停止比例弁２１〜２３に停止信号を出力し、これらの各動作を停止させる（ステップＳ４）。

一方、ステップＳ３でＹＥＳのときは、アームトップピン８のＸ座標位置が両ポイントＰ１、Ｐ３間に入っている（例外領域Ｃ内にある）として、今度はステップＳ５で、アームトップピン８のＸ座標位置を予め求めた直線式に代入して、アームトップピン８のＸ座標位置に対応する直線L上のＹ座標点を算出する。

そして、続くステップＳ６で、アームトップピン８のＹ座標位置が、上記算出された直線Ｌ上のＹ座標点よりも大きい（上にある）か否かが判別され、ＮＯ（下側にある＝例外領域Ｃ内にある）となったときに、アタッチメント動作を許容すべきとして、ステップＳ７でブーム上げ、アーム引き、左オフセット各動作を許容する指令信号を各比例弁２１〜２３に出力する。

この場合、実施形態では、上記各動作を完全に自由にするとバケット９とキャビン１４の干渉が起こる危険性が高まるため、各動作を減速させる指令信号が出力される。

そして、ステップＳ８で警報器２４に対する作動指令信号が出力され、オペレータに向けて警報が出されてステップＳ１に戻る。

なお、ステップＳ６でＹＥＳ（アームトップピン８が直線Ｌよりも上側にある）となると、ステップＳ４でアタッチメント動作を停止させる。また、ステップＳ２でＮＯ（アームトップピン８が干渉領域Ｂ外にある）となるとステップＳ１に戻る。

このように、アームトップピン８が例外領域Ｃ内にあるときは干渉防止機能を解除する構成としたから、バケット接地状態でのアームトップピン８の前限位置を後方（機械側）にずらすことが可能となる。

従って、バケット９を接地状態で下部走行体１に接近させ、この実施形態ではバケット歯先をドーザ１５まで到達させることが可能となるため、塵取り作業を含めた足元作業を十分確保することができる。いいかえれば、このような状況が得られるように例外領域Ｃが設定される。

しかも、例外領域Ｃを、干渉領域Ｂの前方下側角部という、バケット９がキャビン１４から最も遠い位置で接地することとなる領域として設定しているため、バケット９とキャビン１４の干渉が起こる可能性はきわめて低いものとなる。

また、例外領域を側面視で直角三角形に設定しているため、足元作業を確保しながら、四角形に設定した場合と比較して干渉の可能性が益々低くなる。

以上の点により、バケット９とキャビン１４の干渉を極力防止しながら足元作業の作業範囲を拡充することができる。

また、アームトップピン８が例外領域Ｃにあるときはアタッチメント動作を減速させるため、万が一、バケット９とキャビン１４の干渉が起こりそうなときは危険動作を速やかに停止させ、干渉を回避することができる。

さらに、アームトップピン８が例外領域Ｃ内にあることをオペレータに警報で認識させて注意を促し、警戒態勢を取らせることで安全性を高めることができる。

ところで、本発明は、通常、実施形態で挙げたオフセット型のショベルに適用されるが、作業アタッチメント３がオフセットしないショベルでも、バケット９が幅広の特殊アタッチメントを装着した場合にはキャビン１４との干渉が起こり得るため、本発明はこのようなショベルにも適用することができる。

本発明の実施形態にかかるショベルとその干渉領域を模式的に示す側面図である。 図１中の例外領域を拡大して示す図である。 制御手段のブロック構成図である。 作用を説明するためのフローチャートである。 油圧ショベルの概略構成を示す側面図である。 同平面図である。 従来の油圧ショベルにおける干渉領域を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ 作業アタッチメント
４ ブームフットピン（ブーム起伏支点）
５ オフセット式のブーム
５ａ ブームを構成するリアブーム
５ｂ 同フロントブーム
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
１４ キャビン
１５ ドーザ
１６ 制御用のコントローラ
１７〜１９ 位置検出手段としてのブーム、アーム、オフセット各角度センサ
２１〜２３ ブーム上げ、アーム引き、左オフセットの各動作を停止、減速させる比例弁
２４ 警報器
Ｂ 干渉領域
Ｂ１ 干渉領域の前面
Ｂ２ 干渉領域の下面
Ｃ 例外領域

Claims (5)

1. キャビンを備えた上部旋回体が下部走行体上に搭載されるとともに、この上部旋回体の前部に、起伏自在なブームと、このブームの先端にブームトップピンまわりに回動可能に取付けられたアームと、このアームの先端にアームトップピンまわりに回動可能に取付けられたバケットとを備えた作業アタッチメントが装着され、かつ、上記アームトップピンの位置を検出する位置検出手段を備え、アームトップピンが、キャビン前方に予め設定された干渉領域に侵入したときに、アタッチメント動作を制限する干渉防止機能を実行するように構成されたショベルにおいて、上記干渉領域の前限となる領域前面と、干渉領域の下限となる領域下面とで形成される角部に、上記領域前面を垂直辺、領域下面を底辺とする側面視直角三角形で、かつ、下記の条件下で例外領域が設定され、アームトップピンがこの例外領域内にあるときは上記干渉防止機能を解除するように構成されたことを特徴とするショベル。
   条件
   例外領域が無いとした場合においてバケットを接地させて後方に水平に移動させたときに干渉防止機能によってアームトップピンが停止するＸ座標位置を第１ポイントとし、アームトップピンが上記第１ポイントで停止したときのＹ座標位置に、バケットサイズ等に応じてアームトップピンの対接地面距離が増加する分の最大値を足したＹ座標位置を第２ポイントとし、上記第１ポイントでアームトップピンが停止したときのＸ座標位置に、バケット歯先から第１ポイントよりも後方に設定された目標点までの距離を足したＸ座標位置を第３ポイントとし、これら各ポイントを結ぶ直角三角形領域であること。
2. 作業アタッチメントがキャビン側に向かってオフセット作動可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載のショベル。
3. 下部走行体の前部にドーザが設けられ、このドーザの前面を目標点として、上記第１ポイントでアームトップピンが停止したときのＸ座標位置にバケット歯先から上記ドーザまでの距離を足したＸ座標位置を第３ポイントとして例外領域が設定されたことを特徴とする請求項１または２記載のショベル。
4. アームトップピンが例外領域内にあるときは作業アタッチメントの動作を減速させるように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のショベル。
5. アームトップピンが例外領域内にあるときに警報器を作動させるように構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のショベル。

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