JP2010053601A - Operating lever device of construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建設機械の操作レバー装置、さらに詳しくは、一般に機体の振動が激しい建設機械に好適な電気式の操作レバー装置に関する。 The present invention relates to an operation lever device for a construction machine, and more particularly to an electric operation lever device suitable for a construction machine in which vibrations of a machine body are generally severe.
油圧ショベル等の建設機械の作業機等を操作する操作レバー装置には、装置の簡素化・小型化、そして電子制御のために、操作レバーの操作量および操作方向を操作レバーに備えた角速度センサと加速度センサによって電気的に検出するものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。 The operating lever device for operating construction machines such as hydraulic excavators has an angular velocity sensor with the operating lever operating amount and operating direction for simplification and miniaturization of the device and electronic control. Have been developed (see, for example, Patent Document 1).
この形態の操作レバー装置においては、操作量である傾転角度は、角速度センサからの角度データを積分することによって得られるが、角速度センサだけでは出力信号の温度変動・積分誤差の累積などによって、レバーを操作していない中立位置であるゼロ点の補正が困難なので、加速度センサを併用してゼロ点の補正が行われている。
しかしながら、上述したとおりの形態の建設機械の操作レバー装置には、次のとおりの解決すべき課題がある。 However, the operation lever device of the construction machine as described above has the following problems to be solved.
すなわち、積分演算は電子計算機にとっては煩雑な処理のため、処理時間が掛り、良好な応答性を得るには、高速な演算処理装置(CPU/MPU)が必要になる。また、建設機械は一般に機体の振動が激しく、その振動による加速度も加速度センサに印加されるので、加速度センサにとっては、操作レバーの傾転操作による加速度なのか振動による加速度なのか判別が不可能で、正確に角度センサのゼロ点補正を行うことができず、この場合操作レバーが機械的に中立位置にあっても、被操作部材が操作されてしまう。 In other words, the integral calculation is a complicated process for the electronic computer, so that processing time is required, and a high-speed arithmetic processing unit (CPU / MPU) is required to obtain good responsiveness. In general, construction machinery has vigorous vibration of the fuselage, and acceleration due to the vibration is also applied to the acceleration sensor, so it is impossible for the acceleration sensor to determine whether the acceleration is due to the tilting operation of the operation lever or the acceleration due to vibration. Therefore, the zero point of the angle sensor cannot be accurately corrected, and in this case, even if the operation lever is mechanically in the neutral position, the operated member is operated.
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、建設機械の操作レバーの操作量である傾転角度を、感知するセンサの出力を積分演算することなく、また機体の振動による影響を除いて、迅速に、そして正確に検出できるようにした、建設機械の操作レバー装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above facts, and its technical problem is that the tilt angle, which is the operation amount of the operation lever of the construction machine, is detected without integrating the output of the sensor for detecting the vibration of the aircraft. It is an object of the present invention to provide an operation lever device for a construction machine that can be detected quickly and accurately without the influence of the above.
本発明によれば上記技術的課題を解決する建設機械の操作レバー装置として、レバー支持体に傾転操作を可能に取付けられた操作レバーと、この操作レバーの上端部に取付けられ傾転操作の方向を含む鉛直面の方向の加速度を検出する第1の加速度センサと、該レバー支持体に取付けられ第1の加速度センサの該鉛直面と略平行の鉛直面の方向の加速度を検出する第2の加速度センサと、第1および第2の加速度センサの出力に基づいて操作レバーの傾転角度および傾転方向を演算し被操作体に操作信号を出力するコントローラと、を備えている、ことを特徴とする建設機械の操作レバー装置が提供される。 According to the present invention, as an operation lever device for a construction machine that solves the above technical problem, an operation lever that is attached to a lever support so as to be capable of tilting operation, and an tilting operation that is attached to the upper end of the operation lever. A first acceleration sensor that detects acceleration in the direction of the vertical plane including the direction, and a second acceleration sensor that is attached to the lever support and detects acceleration in the direction of the vertical plane that is substantially parallel to the vertical plane of the first acceleration sensor. And a controller that calculates the tilt angle and the tilt direction of the operation lever based on the outputs of the first and second acceleration sensors and outputs an operation signal to the operated body. An operating lever device for a construction machine is provided.
好適には、該コントローラは、第1および第2の加速度センサによって検出された、重力加速度および操作レバー装置全体に作用する振動加速度の、大きさおよび方向に基づいて該傾転角度および傾転方向を演算する。 Preferably, the controller includes the tilt angle and the tilt direction based on the magnitude and direction of the gravitational acceleration and the vibration acceleration acting on the entire operation lever device detected by the first and second acceleration sensors. Is calculated.
本発明に従って構成された建設機械の操作レバー装置は、操作レバーとレバー支持体に取付けた加速度センサの出力によってレバー傾転角度および傾転方向を検出するようにしたので、操作レバーの傾転角度および傾転方向を、積分演算の必要な角速度センサを用いることなく、また操作レバーとレバー支持体それぞれの加速度に基づいて、迅速に、そして正確に検出することができる。 Since the operation lever device for a construction machine configured according to the present invention detects the lever tilt angle and the tilt direction based on the output of the acceleration sensor attached to the operation lever and the lever support, the tilt angle of the operation lever. The tilt direction and the tilt direction can be detected quickly and accurately without using an angular velocity sensor that requires an integral calculation and based on the accelerations of the operation lever and the lever support.
以下、本発明に従って構成された建設機械の操作レバー装置について、好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。 Hereinafter, an operation lever device for a construction machine configured according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings illustrating a preferred embodiment.
なお、建設機械の操作レバーには、1本の操作レバーを中立位置から前後左右の直交する2方向に操作するジョイスティック形式のものもあるが、操作レバーは、説明を簡潔にするために、中立位置から例えば前後方向のような1方向に操作される場合を説明する。2方向に操作するジョイスティック形式の場合は、2つの操作方向それぞれに加速度センサを設置すればよい。 In addition, although there is a joystick type of operation lever for a construction machine that operates one operation lever in two directions orthogonal to the front, rear, left, and right from a neutral position, the operation lever is neutral for the sake of brevity. A case will be described in which the operation is performed in one direction such as the front-rear direction from the position. In the case of a joystick type operated in two directions, an acceleration sensor may be installed in each of the two operation directions.
図1を参照して説明する。番号2で示す操作レバー装置は、レバー支持体4に傾転操作を可能に取付けられた操作レバー6と、操作レバー6の上端部に取付けられ傾転操作の方向(FR)を含む鉛直面V1の方向の加速度を検出する第1の加速度センサS1と、レバー支持体4に取付けられ第1の加速度センサS1の鉛直面V1と略平行の鉛直面V2の方向の加速度を検出する第2の加速度センサS2と、第1および第2の加速度センサS1、S2の出力に基づいて操作レバー6の傾転角度および傾転方向を演算し被操作体8に操作信号を出力するコントローラ10を備えている。
A description will be given with reference to FIG. The operation lever device denoted by
図1とともに図2を参照して説明する。操作レバー6は、上端部に握り部6aを有し、基端部6bが、運転室のコンソール11に取付けられたレバー支持体4に傾転軸線Xを形成するピン5によって支持され、傾転軸線Xを中心に中立位置(図1、図2に示す位置)を挟んで一方のF方向および他方のR方向に傾転自在に取付けられている。
2 will be described with reference to FIG. The operation lever 6 has a
操作レバー6の基端部6bとレバー支持体4の間には、傾転軸線Xを挟んだ両側に一対の圧縮スプリング12,12が備えられている。この一対の圧縮スプリング12,12によって、操作レバー6を機械的に中立位置Nに保持し、かつ操作レバー6を傾転操作したときに中立位置N方向に戻す反力を付与する中立保持手段14が形成されている。
A pair of
第1の加速度センサS1は操作レバー6の上端部の握り部6a内に、第2の加速度センサS2はレバー支持体4内に取付けられている。加速度センサS1、S2は、レバー支持体4内を通した配線16によって、操作レバー6を備えた運転室のコントローラ10に接続されている。
The first acceleration sensor S1 is mounted in the
コントローラ10が接続される被操作体8は、例えば、電磁切換弁を備え、コントローラ10からの操作信号に応じて建設機械のアクチュエータへの作動油の流れを制御する。
The operated
図1、図2とともに図3、図4を参照して、加速度センサS1、S2による加速度の検出およびコントローラ10による傾転角度、傾転方向の演算について説明する。説明は、操作レバー6を中立位置Nから一方のF方向(図1、図2)に傾転操作した場合を例にして述べる。なお、説明を簡潔にするために、加速度センサS1,S2の加速度検出方向として鉛直面V1、V2と垂直で、平行かつ水平な平面H1、H2をそれぞれ設定する。実際の装置においてはこの平面H1、H2の厳密な平行は難しいが、補正値を把握することにより校正することができる。
The acceleration detection by the acceleration sensors S1 and S2 and the calculation of the tilt angle and tilt direction by the
第1の加速度センサS1には操作レバー6の傾転による加速度と操作レバー装置2全体に作用する振動加速度が作用する。第2の加速度センサS2には、操作レバー装置2全体に作用する振動加速度のみが作用する。
The acceleration due to the tilt of the operation lever 6 and the vibration acceleration acting on the entire
操作レバー6中立位置における加速度検出について主として図3を参照して説明する。角γは、中立位置でのレバーの初期傾転角度(レバー設置角度)であり、加速度センサS1,S2を含み鉛直面V1、V2に垂直な面と、鉛直面V1、V2、平面H1、H2に垂直な面との角度である。図3に示す、加速度センサS1の出力a1と加速度センサS2の出力a2が等しい場合には、操作レバー6は中立状態であると判断される。 The acceleration detection at the neutral position of the operation lever 6 will be described mainly with reference to FIG. An angle γ is an initial tilt angle (lever installation angle) of the lever at the neutral position, and includes the acceleration sensors S1 and S2 and a plane perpendicular to the vertical planes V1 and V2, and the vertical planes V1 and V2, and planes H1 and H2. It is an angle with a plane perpendicular to. When the output a1 of the acceleration sensor S1 and the output a2 of the acceleration sensor S2 shown in FIG. 3 are equal, it is determined that the operation lever 6 is in a neutral state.
操作レバー6傾転位置における加速度検出について主として図4を参照して説明する。操作レバー6を中立位置の角度γから角度δ傾転させた傾転位置の角度をθとすると、θは数1式で表される。
[数1]θ=γ+δ
The acceleration detection at the operation lever 6 tilt position will be described mainly with reference to FIG. Assuming that the angle of the tilting position obtained by tilting the operating lever 6 from the angle γ of the neutral position by the angle δ is θ, θ is expressed by Formula 1.
[Formula 1] θ = γ + δ
この状態における加速度センサS1、S2の出力a1、a2は、次の数2式、数3式で表される。
[数2]a1=g・Sinθ+B・Cosθ
[数3]a2=B
ここで、
g:重力加速度
B:装置全体に作用する振動加速度
The outputs a1 and a2 of the acceleration sensors S1 and S2 in this state are expressed by the following equations (2) and (3).
[Formula 2] a1 = g · Sinθ + B · Cosθ
[Formula 3] a2 = B
here,
g: Gravitational acceleration B: Vibration acceleration acting on the entire device
数2式および数3式から次の数4式が得られる。
[数4]Cosθ=(a1・a2±g√(g2+a22−a12))/(g2+a22)
したがって、数4式で求めた角度θと数1式とから、傾転角度δおよび傾転方向が求められる。
The following Equation 4 is obtained from
[Formula 4] Cos θ = (a1 · a2 ± g√ (g 2 + a2 2 −a1 2 )) / (g 2 + a2 2 )
Therefore, the tilt angle δ and the tilt direction are obtained from the angle θ obtained by the equation 4 and the
すなわち、コントローラ10は、第1および第2の加速度センサS1、S2によって検出された、重力加速度gおよび操作レバー装置全体に作用する振動加速度Bの、大きさおよび方向に基づいて傾転角度θおよびその傾転方向を演算する。
That is, the
上述したとおりの建設機械の操作レバー装置2の作用効果について説明する。
The effect of the
操作レバー装置2は、操作レバー6とレバー支持体4に取付けた加速度センサS1、S2の出力によってレバー傾転角度θおよび傾転方向を検出するようにしたので、操作レバー6の傾転角度θおよび傾転方向を、積分演算の必要な角速度センサを用いることなく、また操作レバー6とレバー支持体4それぞれの加速度に基づいて、迅速に、そして正確に検出することができる。
Since the
なお、加速度センサは、1方向の検出に対して2個使用するので、2方向に操作するジョイスティック形式の場合は、4個の加速度センサが必要であるが、直角2軸方向の検出ができる加速度センサを利用すれば2個にすることができる。 Since two acceleration sensors are used for detection in one direction, in the case of a joystick type operated in two directions, four acceleration sensors are necessary, but acceleration capable of detection in two perpendicular directions is possible. If a sensor is used, it can be made two.
2:操作レバー装置
4:レバー支持体
6:操作レバー
8:被操作体
10:コントローラ
S1:第1の加速度センサ
S2:第2の加速度センサ
V1:鉛直面
V2:鉛直面
2: Operation lever device 4: Lever support body 6: Operation lever 8: Operated body 10: Controller S1: First acceleration sensor S2: Second acceleration sensor V1: Vertical plane V2: Vertical plane
Claims (2)
この操作レバーの上端部に取付けられ傾転操作の方向を含む鉛直面の方向の加速度を検出する第1の加速度センサと、
該レバー支持体に取付けられ第1の加速度センサの該鉛直面と略平行の鉛直面の方向の加速度を検出する第2の加速度センサと、
第1および第2の加速度センサの出力に基づいて操作レバーの傾転角度および傾転方向を演算し被操作体に操作信号を出力するコントローラと、を備えている、
ことを特徴とする建設機械の操作レバー装置。 An operation lever attached to the lever support so as to be tiltable,
A first acceleration sensor that is attached to the upper end of the operation lever and detects acceleration in the direction of the vertical plane including the direction of the tilting operation;
A second acceleration sensor attached to the lever support for detecting acceleration in a direction of a vertical plane substantially parallel to the vertical plane of the first acceleration sensor;
A controller that calculates a tilt angle and a tilt direction of the operation lever based on outputs of the first and second acceleration sensors and outputs an operation signal to the operated body.
An operation lever device for a construction machine.
第1および第2の加速度センサによって検出された、重力加速度および操作レバー装置全体に作用する振動加速度の、大きさおよび方向に基づいて該傾転角度および傾転方向を演算する、
ことを特徴とする請求項1記載の建設機械の操作レバー装置。 The controller
Calculating the tilt angle and the tilt direction based on the magnitude and direction of the gravitational acceleration and the vibration acceleration acting on the entire operation lever device detected by the first and second acceleration sensors;
The operation lever device for a construction machine according to claim 1.
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