JP2010265620A - 建設機械の干渉防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業範囲を従来の建設機械より拡大することができ、作業効率を向上させることが可能となる建設機械の干渉防止装置を提供する。
【解決手段】多関節フロントの関節部の検出角度および作業具１３の検出角度と、回動支点１４が円弧部の一部に含まれる作業具の包絡円２４の半径とから、包絡円２４の位置を演算する。包絡円２４の位置が、作業具１３と運転室５との干渉防止領域２３に達したか否かを判定した場合、作業具１３の運転室５への近接を制限する。
【選択図】図４

Description

本発明は、建設機械において、多関節フロントの先端に取付けられる作業具と運転室との干渉を防止する装置に関する。

多関節フロントを有する建設機械において、多関節フロントの先端に取付けた各種バケットやリフティングマグネット等の作業具と運転室に干渉することを防止するための干渉防止装置を備えたものがある。特許文献１に記載の干渉防止装置は、ブームおよびアームの回動角を検出して多関節フロント（アーム）先端部のバックホウバケットの回動支点の位置を演算し、この回動支点を中心に、回動支点からバックホウバケット先端までの長さを半径として基準円を設定する。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距離以上近づくと、バックホウバケットの運転室への接近動作を禁止する。

特開平９−２５６４０３号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の干渉防止装置においては、バックホウバケット等の作業具の回動支点を中心にし、作業具の最先端までを半径とする基準円に基づき作業具の運転室への接近動作を制限するため、実際に作業具が前方に向いていて干渉の虞がない場合でも、基準円が干渉防止領域内にある場合には、多関節フロントの動作が制限され、運転室近傍での作業が制限される結果、作業効率が低下するという状況が生じ得る。

本発明は、上記問題点に鑑み、作業範囲を従来の建設機械より拡大することができ、作業効率を向上させることが可能となる建設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の建設機械の干渉防止装置は、上部旋回体上に運転室を設置し、
前記上部旋回体に多関節フロントを取付け、
前記多関節フロントの先端に作業具を回動可能に取付け、
前記作業具の前記回動支点より前部に、前記作業具回動用油圧シリンダと前記作業具との間に介装するリンクを連結した建設機械における前記作業具と前記運転室との干渉を防止する建設機械の干渉防止装置において、
前記多関節フロントの関節部の回動部および前記作業具の回動部に設けられた角度センサの検出値と、前記回動支点が円弧部の一部に含まれる前記作業具の予め設定された包絡円の半径とから、前記包絡円の位置を演算する作業具位置演算手段と、
前記包絡円の位置が、作業具と運転室との干渉防止領域に属するか否かを判定する干渉判定手段と、
前記包絡円の位置が、作業具と運転室との干渉防止領域に達した際に前記作業具の前記運転室への近接を制限する動作制限手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２の建設機械の干渉防止装置は、請求項１に記載の干渉防止装置において、
前記作業具位置演算手段は、前記包絡円の位置として、包絡円の中心位置を求めるものであることを特徴とする。

請求項３の建設機械の干渉防止装置は、請求項１に記載の干渉防止装置において、
前記作業具位置演算手段は、前記包絡円の位置として、包絡円の運転室側の位置を求めるものであることを特徴とする。

多関節フロントの先端に作業具を回動可能に取付け、作業具の回動支点より前部に、作業具回動用油圧シリンダと作業具との間に介装するリンクを連結した建設機械において、従来の干渉防止装置では、作業具が前方を向いていて運転室との干渉のおそれが無い場合であっても、回動支点を中心とする基準円が運転室に一定以上近づくと干渉防止領域に達したかのような制御を行うので、作業効率の低下を招く。

一方、本願発明は、作業具の回動支点を円弧の一部として含む作業具の包絡円を作業具と運転室との干渉の判定に用いたので、実際の作業具の外形を良好に反映し、作業具の運転室に近接する方向の過度の動作制限が緩和され、作業範囲を拡大することができる。

本発明を適用する建設機械の一例を示す側面図である。 図１の要部を作業具を傾斜させて示す拡大図である。 本発明の干渉防止装置の一実施の形態を示すブロック図である。 図３に示すコントローラの機能ブロック図である。 この実施の形態において、作業具が運転室５側へ向いた場合での従来例との干渉防止動作の対比図である。 この実施の形態において、作業具が前方側へ向いた場合での従来例との干渉防止動作の対比図である。 本発明の干渉防止装置における他の演算態様を説明する側面図である。 本発明の干渉防止装置におけるさらに他の演算態様を説明する側面図である。

図１は本発明を適用する建設機械の一例を示す側面図である。図１に示す建設機械は、下部走行体１上に旋回装置２を介して上部旋回体３を設置し、上部旋回体３にパワーユニット４や運転室５等を搭載するとともに、上部旋回体３に多関節フロント６を取付けて構成される。多関節フロント６は、上部旋回体３にブームシリンダ７により起伏可能に取付けられたブーム８と、ブーム８の先端にアームシリンダ９により回動可能に取付けられたアーム１０とを備える。

アーム１０の先端に作業具１３のブラケット１３ａを回動支点１４を中心に回動可能に取付ける。この例では作業具１３がリフティングマグネットである場合について示す。１５は作業具１３を回動させる油圧シリンダ（以下作業具シリンダと称す。）であり、そのヘッドをアーム１０にピン付けする。１６は一端をアーム１０に回動可能にピン付けし、他端を作業具シリンダ１５のピストンロッド１５ａにピン付けしたアームリンクである。１７は一端を作業具１３の取付け用ブラケット１３ａにピン付けし、他端を作業具シリンダ１５のピストンロッド１５ａにアームリンク１６と共にピン付けした作業具リンクである。作業具リンク１７とブラケット１３ａとのピンによる連結点は、作業具１３が水平姿勢をとる状態では回動支点１４より前部にある。

多関節フロント６の関節部には、ブーム８、アーム１０および作業具１３の回動角をそれぞれ検出する角度センサ２０，２１，２２が取付けられる。２３は作業具１３と運転室５との干渉を防止する領域であり、この干渉防止領域２３は運転室５の周囲から例えば３０ｃｍ程度離れた位置に境界が設定される。

図２は図１の要部拡大図である。２４はこの実施の形態において設定する包絡円である。この包絡円２４は、作業具１３の回動支点１４を円弧の一部に含み、ブラケット１３ａを除いた作業具１３の全体が包含されるように設定される。Ｏはこの包絡円２４の中心、ｒはこの包絡円２４の半径である。作業具１３が水平姿勢にある場合、包絡円２４の中心Ｏは、運転室５から見て回動支点１４よりも前方にある。

図３は作業具１３と運転室５との干渉を防止する装置の一実施の形態を示すブロック図である。図３において、２５は上部旋回体３に搭載した油圧ポンプ、２６はブームシリンダ７、アームシリンダ９、作業具シリンダ１５の動作制御を行うコントローラである。このコントローラ２６は、作業具１３が運転室５に近接した場合、各シリンダ７，９，１５のコントロール弁２７，２８，２９に対する操作装置３０，３１，３２の操作信号を作業具１３の位置情報に基づいて変更するものである。作業具１３の位置情報は、ブーム８の起伏角を検出する角度センサ２０の出力と、アーム１０の回動角を検出する角度センサ２１と、作業具１３の回動角を検出する角度センサ２２と、予めスイッチやキーボード等の設定手段３３により設定情報として与えられた作業具１３の包絡円２４の半径ｒとから、包絡円２４の位置情報として演算により求められる。

この実施の形態においてはコントロール弁２７〜２９が電磁弁により構成された場合を示す。２７ａ、２７ｂ〜２９ａ、２９ｂはコントロール弁２７〜２９のソレノイドである。３５ａ，３５ｂ〜３７ａ，３７ｂはそれぞれコントロール弁２７〜２９のソレノイド２７ａ、２７ｂ〜２９ａ、２９ｂにコントローラ２６から操作信号を送る操作線である。３８a〜３８ｃはそれぞれコントロール弁２７〜２９のシリンダ伸長側の操作線３５ａ〜３７ａに挿入され、作業具が干渉防止領域２３に達した際に、操作線３５ａ〜３７ａを経由する操作信号を断つ切断回路である。

図４はコントローラ２６により実現される干渉防止のための制御装置のブロック図である。この実施の形態の作業具位置演算手段４０は、前記角度センサ２０〜２２の出力と、作業具１３の包絡円２４の半径ｒとから、包絡円２４の中心Ｏの位置を演算するものである。干渉判定手段４１は、作業具位置演算手段４０により求められた包絡円２４の中心Ｏの位置が、作業具１３と運転室５との干渉を生じるおそれがある位置であるか否かを判定するものである。

干渉判定手段４１において、作業具１３が干渉防止領域２３に達したか否かの判定は、例えば下記のように行う。作業具位置演算手段４０により、包絡円２４の中心Ｏの位置情報として、例えば運転室５からの距離Ｌ（図２参照）を演算する。一方、作業具１３と運転室５との干渉を防止する包絡円２４の中心Ｏの基準距離Ｌ０を予め設定しておく。この基準距離Ｌ０は下記の式から得られる。
Ｌ０＝ｒ＋ΔＬ（ただしΔＬは干渉防止領域２３の幅）
動作制限手段４２は、包絡円２４の中心Ｏの運転室５からの距離Ｌが基準距離Ｌ０にまで近づく（Ｌ≦Ｌ０になる）と、切断回路３８a〜３８ｃに制御信号を送り、操作線３５ａ〜３７ａを電気的に切断し、作業具１３が運転室５に近接する方向となるシリンダ７，９，１５の伸長動作を禁止するものである。

例えばオペレータが操作装置３０を操作することにより、コントロール弁２７のソレノイド２７ａに操作線３５ａを通して通電し、コントロール弁２７を右位置に切り換え、ブームシリンダ７を伸長させ、ブーム８を上げる動作中において、干渉判定手段４１がＬ＝Ｌ０となる判定を行った際には、干渉判定手段４１の出力により、ブーム８のコントロール弁２７の操作線３５ａに挿入された切断回路３８ａにより操作線３５ａを切断し、それ以上のブーム上げ動作を停止し、作業具１３と運転室５とが干渉することを防止する。

また、オペレータが操作装置３１を操作することによりコントロール弁２８のソレノイド２８ａに操作線３６ａを通して通電し、コントロール弁２８を右位置に切り換え、アームシリンダ９を伸長させ、アーム１０を運転室５側に近接させる動作中において、干渉判定手段４１がＬ≦Ｌ０となる判定を行った際には、干渉判定手段４１の出力により、アーム１０のコントロール弁２８の操作線３６ａに挿入された切断回路３８ｂにより操作線３６ａを切断し、それ以上のアーム１０の運転室５側への近接動作を停止し、作業具１３と運転室５とが干渉することを防止する。

また、オペレータが操作装置３２を操作することによりコントロール弁２９のソレノイド２９ａに操作線３７ａを通して通電し、コントロール弁２９を右位置に切り換え、作業具シリンダ１５を伸長させ、作業具１０を運転室５側に回動させ近接させる動作中において、干渉判定手段４１がＬ≦Ｌ０となる判定を行った際には、干渉判定手段４１の出力により、作業具１３のコントロール弁２９の操作線３７ａに挿入された切断回路３８ｃにより操作線３７ａを切断し、それ以上の作業具１３の運転室５側への近接動作を停止し、作業具１３と運転室５とが干渉することを防止する。

また、オペレータが操作装置３０〜３２のうち複数のものを操作した場合、干渉判定手段４１がＬ≦Ｌ０となる判定を行った際には同様の干渉防止制御を行なう。

なお、図３、図４の実施の形態においては、コントロール弁２７〜２９を電磁弁により構成した例を示したが、このコントロール弁２７〜２９を油圧操作式コントロール弁により構成することもできる。この油圧操作式コントロール弁を用いる場合は、干渉防止手段４１において作業具１３が干渉防止領域２３へ達した場合にコントロール弁２７〜２９の油圧操作回路をオフとするか、あるいは油圧操作回路へのパイロット圧油の供給を絶つ。

図５は前記特許文献１に記載の従来の干渉防止装置による場合と上記実施の形態による場合の作業具１３の近接可能距離を、作業具１３が運転室５側へ向いた場合について対比して示す図である。特許文献１に記載の干渉防止態様を踏襲すると、作業具１３の回動支点１４から最遠点１３ｂまでの距離Ｒを半径とする基準円５０を想定し、この基準円５０が干渉防止領域２３に達すると前述した多関節フロント６等の運転室５への近接動作を制限する。

一方、この従来方式に比較し、上記実施の形態による場合は、例えば作業具１３がリフティングマグネットである場合のように、作業具１３の回動支点１４を円弧の一部として含む包絡円２４は、実際の作業具１３の外形を良好に反映するので、包絡円２４の中心Ｏについて作業具１３と運転室５との干渉防止動作の要否を判定すれば、作業具１３の運転室５に近接する方向の過度の動作制限が緩和され、作業範囲をΔＸに示す幅分拡大することができる。

図６は前記特許文献１に記載の干渉防止装置による場合と上記実施の形態による場合の作業具１３の近接可能距離を、作業具１３が前方側へ向いた場合について対比して示す図である。従来方式による場合、作業具１３の向きに係らず回動支点１４が運転室５に近接できる距離は一定であるが、本実施の形態による場合、作業具１３が前向きになると、包絡円２４が前方に移動するので、回動支点１４の運転室５に近接可能な距離は、作業具１３が運転室５へ向いている場合に比較してさらに縮まり、従来方式に比較し、作業範囲をΔＸ１に示す分だけさらに拡大する（ΔＸ１＞ΔＸ）ことができる。

図７は本発明の他の制御態様を説明する側面図であり、この実施の形態においては、前記作業具位置演算手段４０において、包絡円２４の位置として、すなわち運転室５側の位置を求め、この位置の運転室５からの距離Ｌ１を求め、判定手段４１においては、この距離Ｌ１が干渉防止領域２３の距離（幅）ΔＬ以下に達したか否かを判定して干渉防止動作制限を行うようにしたものである。

なお、運転室５側の位置は、前記包絡円２４の中心Ｏの運転室５からの距離Ｌから（Ｌ−ｒ）なる演算によって求めることができる。また、作業具位置演算手段４０において求める包絡円２４の位置としては、運転室５側の最近接点ではなく、中心Ｏから見てこの最近接点の反対側の最遠点を用いることもできる。このような包絡円２４の位置の演算によっても前記実施の形態と同様の効果を上げることができる。

上記の実施の形態においては、包絡円２４の運転室５からの距離を演算することによって干渉の判定を行うようにしたが、包絡円２４の中心位置や運転室５側の位置情報そのものについて干渉の有無を予め判定しておき、包絡円２４の位置情報そのものから干渉の判定結果を得るようにしてもよい。図８はその一例であり、運転室５の周囲の干渉防止領域２３の周囲に半径ｒだけ幅を増やした領域２３Ａを設定し、干渉判定手段４１は、包絡円２４の中心Ｏの位置がこの領域２３Ａ内に至ったか否かによって干渉防止領域に至ったどうかを判定するものである。この例と異なり、包絡円２４の一部が干渉防止領域２３内に至ったか否かを包絡円２４の運転室５側の位置情報から判定するようにしてもよい。

また、上記実施の形態においては、運転室５が上部旋回体３に固定して搭載される例について説明したが、運転室５が例えば可動式ハイキャブである場合のように、運転室５の位置を上方、前方の少なくともいずれかに変位可能としたものにも適用できる。この場合は、運転室５の変位に応じて、運転室５の位置情報を変更する。

また、本発明は、干渉防止領域２３の周囲に所定幅の減速範囲を設定して動作制限を行うことも可能である。また、多関節フロント６の構成としては、上記実施の形態のような標準型ではなく、３本のアームや伸縮アームを付加したもの、あるいはアーム１０を水平に揺動させるものにも適用できる。また、本発明は、作業具がリフティングマグネットである場合以外の例えばグラップルバケット、ホークバケット、鋏状の破砕具など、他の種々の作業具である場合にも好適に適用できる。これらの開閉式作業具の場合には、最大の包絡円となる状態での作業具の包絡円を求めて干渉を判定する。

１：下部走行体、２：旋回装置、３：上部旋回体、４：パワーユニット、５：運転室、６：多関節フロント、７：ブームシリンダ、８：ブーム、９：アームシリンダ、１０：アーム、１３：作業具、１３ａ：ブラケット、１４：回動支点、１５：作業具シリンダ、１６：アームリンク、１７：作業具リンク、２０〜２２：角度センサ、２３：干渉防止領域、２４：包絡円、２５：油圧ポンプ、２６：コントローラ、２７〜２９：コントロール弁、２７ａ、２７ｂ〜２９ａ，２９ｂ：ソレノイド、３０〜３２：操作装置、３５ａ，３５ｂ〜３７ａ，３７ｂ：操作線、３８ａ〜３８ｃ：切断回路、Ｏ：包絡円の中心、ｒ：半径

Claims (3)

1. 上部旋回体上に運転室を設置し、
   前記上部旋回体に多関節フロントを取付け、
   前記多関節フロントの先端に作業具を回動可能に取付け、
   前記作業具の前記回動支点より前部に、前記作業具回動用油圧シリンダと前記作業具との間に介装するリンクを連結した建設機械における前記作業具と前記運転室との干渉を防止する建設機械の干渉防止装置において、
   前記多関節フロントの関節部の回動部および前記作業具の回動部に設けられた角度センサの検出値と、前記回動支点が円弧部の一部に含まれる前記作業具の予め設定された包絡円の半径とから、前記包絡円の位置を演算する作業具位置演算手段と、
   前記包絡円の位置が、作業具と運転室との干渉防止領域に属するか否かを判定する干渉判定手段と、
   前記包絡円の位置が、作業具と運転室との干渉防止領域に達した際に前記作業具の前記運転室への近接を制限する動作制限手段とを備えたことを特徴とする建設機械の干渉防止装置。
2. 請求項１に記載の干渉防止装置において、
   前記作業具位置演算手段は、前記包絡円の位置として、包絡円の中心位置を求めるものであることを特徴とする建設機械の干渉防止装置。
3. 請求項１に記載の干渉防止装置において、
   前記作業具位置演算手段は、前記包絡円の位置として、包絡円の運転室側の位置を求めるものであることを特徴とする建設機械の干渉防止装置。

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