JP2013189760A - 建設機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吊り具がバケットと干渉する危険性等を適切に回避することができる建設機械の制御装置の提供。
【解決手段】吊り具が設けられるバケットを備える建設機械の制御装置であって、吊り具がバケットと干渉する危険性のある所定の第１領域内に吊り具が位置することを検出又は予測した場合に、ブーム上げ動作を規制する第１制御、及び、アームシリンダボトム保持圧発生領域であって、アームシリンダボトム保持圧がゼロになると吊り荷が落下する危険性のある所定の第２領域内に吊り具が位置することを検出又は予測した場合に、アーム閉じ動作を規制する第２制御、のうちの少なくともいずれか一方の制御を実行することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、吊り具が設けられるバケットを備える建設機械の制御装置に関する。

従来から、バケットがキャブに干渉する危険性がある場合に、リモコン弁のパイロット出力圧をタンク圧に切り換えて（減圧弁を作動させて）キャブとバケットとの干渉を防止する干渉防止装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開2001-064992号公報

ところで、吊り具が設けられるバケットを備える建設機械においては、吊り作業時に、吊り具の位置によっては、吊り具がバケットと干渉する危険性が生じ、又は、アームシリンダボトム保持圧がゼロになると吊り荷が落下する危険性が生じうる。

そこで、本発明は、かかる危険性を適切に回避することができる建設機械の制御装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、吊り具が設けられるバケットを備える建設機械の制御装置であって、
吊り具がバケットと干渉する危険性のある所定の第１領域内に吊り具が位置することを検出又は予測した場合に、ブーム上げ動作を規制する第１制御、及び、アームシリンダボトム保持圧発生領域であって、アームシリンダボトム保持圧がゼロになると吊り荷が落下する危険性のある所定の第２領域内に吊り具が位置することを検出又は予測した場合に、アーム閉じ動作を規制する第２制御、のうちの少なくともいずれか一方の制御を実行することを特徴とする、建設機械の制御装置が提供される。

本発明によれば、吊り具がバケットと干渉する危険性等を適切に回避することができる建設機械の制御装置が得られる。

本発明に係る建設機械１の構成例を示す図である。 建設機械の制御装置１０を含む建設機械の要部構成を示すシステム構成図である。 制御装置１０により実現される主要処理の一例の流れを示すフローチャートである。 所定の作業姿勢（吊具干渉領域及びアームシリンダボトム保持圧発生領域）に対応するフック７０の位置領域を概略的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係る建設機械１の構成例を示す図である。図１において、建設機械１は、クローラ式の下部走行体２の上に、旋回機構を介して、上部旋回体３をＸ軸周りに旋回自在に搭載している。また、上部旋回体３は、前方中央部に、ブーム４、アーム５及びバケット６、並びに、これらをそれぞれ駆動する油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９から構成される掘削アタッチメントを備える。尚、建設機械１の制御方法は、ネガコン制御やポジコン、ロードセンシング等、任意であってよい。バケット６には、吊り作業用のフック７０（図１では図示せず、図４参照）が設けられる。フック７０は、バケットリンクに収納されており、使用時にバケットリンクから引き出される。

図２は、建設機械の制御装置１０を含む建設機械の要部構成を示すシステム構成図である。

制御装置１０は、例えばマイクロコンピューターにより構成される。制御装置１０は、任意のハードウェア、ソフトウェア、ハームウェア及びこれらの任意の組み合わせで実現されてもよい。

制御装置１０には、警報装置１２、吊りモードスイッチ１４、アーム角度センサ１６及びブーム角度センサ１８が接続される。

警報装置１２は、制御装置１０からの指令を受けて、警報を出力する。警報装置１２は、スピーカーであってもよい。但し、警報は、音声に代えて又は加えて、映像や振動等により生成されてもよい。

吊りモードスイッチ１４は、吊りモード（クレーンモード）を選択する際にユーザによりオンされるスイッチである。吊りモードスイッチ１４は、モード切換スイッチの一部であってもよい。また、吊りモードスイッチ１４に代えて、フック７０に荷重を計測するセンサ等を設けて、フック７０が使用位置にあるときに荷重が吊られていることを検出した場合に自動的に吊りモードに切り換える制御を用いてもよいし、バケットシリンダ９の伸長状態を検出するセンサ等を設けて、フック７０が使用位置にあるときにバケットシリンダ９が最大伸長位置（バケット閉じ最大姿勢）にあることを検出した場合に自動的に吊りモードに切り換える制御を用いてもよい。

アーム角度センサ１６は、ブーム４に対するアーム５の角度（回転角度）を検出する。ブーム角度センサ１８は、上部旋回体３（キャブ）に対するブーム４の角度（回転角度）を検出する。

ブームシリンダ７は、ブーム用方向切換弁４２を介してポンプ（図示せず）が接続される。ポンプは、例えばエンジンに直結され、エンジンの回転により駆動される。ポンプは、電動機により駆動されてもよい。ポンプは、吐出量が可変であってもよい。ブーム用方向切換弁４２は、ブーム用操作レバー４８の操作に応じて動作される。例えば、ブーム用操作レバー４８がブーム下げ方向に操作されると、その操作量に応じたパイロット圧が油路４７ａを介してブーム用方向切換弁４２のパイロットポート４２ｂに印加され、ブーム用方向切換弁４２のスプール位置が変化する（図示の例では右側に移動する）。これにより、ブームシリンダ７のロッド側にポンプからの圧油が導入され、ブーム下げ動作が実現される。また、ブーム用操作レバー４８がブーム上げ方向に操作されると、その操作量に応じたパイロット圧が油路４７ｂを介してブーム用方向切換弁４２のパイロットポート４２ａに印加され、ブーム用方向切換弁４２のスプール位置が変化する（図示の例では左側に移動する）。これにより、ブームシリンダ７のボトム側にポンプからの圧油が導入され、ブーム上げ動作が実現される。

油路４７ｂには、ブーム上げ電磁弁４６が設けられる。ブーム上げ電磁弁４６は、常態では、図２に示すように、開いている。ブーム上げ電磁弁４６は、制御装置１０により制御される。制御装置１０から減圧信号（ブーム上げ停止指令）を受けると、ブーム上げ電磁弁４６は切り替わり、ブーム用方向切換弁４２のパイロットポート４２ａがタンクに連通する状態が形成される。この状態では、ブーム用方向切換弁４２のパイロットポート４２ａに印加されるパイロット圧が低下する。即ち、ブーム上げ方向のパイロット圧が減圧される。これにより、ブーム上げ動作が抑制される。

アームシリンダ８は、アーム用方向切換弁５２を介してポンプ（図示せず）が接続される。ポンプは、例えばエンジンに直結され、エンジンの回転により駆動される。ポンプは、電動機により駆動されてもよい。ポンプは、吐出量が可変であってもよい。ポンプは、ブームシリンダ７の駆動用のポンプと同一であってもよいし、別であってもよい。アーム用方向切換弁５２は、アーム用操作レバー５８の操作に応じて動作される。例えば、アーム用操作レバー５８がアーム開き方向に操作されると、その操作量に応じたパイロット圧が油路５７ａを介してアーム用方向切換弁５２のパイロットポート５２ｂに印加され、アーム用方向切換弁５２のスプール位置が変化する（図示の例では右側に移動する）。これにより、アームシリンダ８のロッド側にポンプからの圧油が導入され、アーム開き動作が実現される。また、アーム用操作レバー５８がアーム閉じ方向に操作されると、その操作量に応じたパイロット圧が油路５７ｂを介してアーム用方向切換弁５２のパイロットポート５２ａに印加され、アーム用方向切換弁５２のスプール位置が変化する（図示の例では左側に移動する）。これにより、アームシリンダ８のボトム側にポンプからの圧油が導入され、アーム閉じ動作が実現される。

油路５７ｂには、アーム閉じ電磁弁５６が設けられる。アーム閉じ電磁弁５６は、常態では、図２に示すように、開いている。アーム閉じ電磁弁５６は、制御装置１０により制御される。制御装置１０から減圧信号（アーム閉じ停止指令）を受けると、アーム閉じ電磁弁５６は切り替わり、アーム用方向切換弁５２のパイロットポート５２ａがタンクに連通する状態が形成される。この状態では、アーム用方向切換弁５２のパイロットポート５２ａに印加されるパイロット圧が低下する。即ち、アーム閉じ方向のパイロット圧が減圧される。これにより、アーム閉じ動作が抑制される。

図３は、制御装置１０により実現される主要処理の一例の流れを示すフローチャートである。図４は、図３の説明図であり、所定の作業姿勢に対応するフック７０の位置領域を概略的に示す図である。図３に示す処理ルーチンは、吊りモード時に起動されて、吊りモード時に所定周期毎に繰り返し実行されてよい。吊りモードであるか否かは、吊りモードスイッチ１４のオン／オフ状態に基づいて判断されてよい。また、吊り荷重の検出やバケットシリンダの伸長状態の検出により自動的に吊りモードに切り換えられる制御を用いる場合には、その制御により吊りモードに切り換えられたか否かに基づいて判断されてもよい。

ステップ３００では、アーム角度センサ１６及びブーム角度センサ１８からの各出力信号に基づいて、建設機械１の作業姿勢が演算される。建設機械１の作業姿勢は、例えばフック７０の位置（高さ、半径）で表されてよい。

ステップ３０２では、上記ステップ３００での演算結果に基づいて、現在の作業姿勢が、フック７０がバケット６に干渉する可能性の高い吊具干渉姿勢であるか否かが判定される。吊具干渉姿勢は、図４にて符合８０で示す領域（吊具干渉領域）内にフック７０が位置する姿勢に対応する。吊具干渉姿勢（吊具干渉領域）は、予め試験又は計算により算出することができる。従って、吊具干渉領域は、マップとして予め用意されてもよい。吊具干渉領域は、所定のマージン分だけ、実際にフック７０がバケット６に干渉する領域よりも大きく設定されてもよい。現在の作業姿勢が吊具干渉姿勢である場合は、ステップ３０４に進み、それ以外の場合（現在の作業姿勢が吊具干渉姿勢でない場合）は、ステップ３０６に進む。

ステップ３０４では、ブーム上げ停止指令が生成される。これを受けて、ブーム上げ電磁弁４６の位置が常態位置（中立位置）から切り替わり、ブーム用方向切換弁４２のパイロットポート４２ａがタンクに連通する状態が形成される。この状態では、ブーム用方向切換弁４２のパイロットポート４２ａに印加されるパイロット圧が低下する。これにより、ブーム上げ動作が抑制されるので、フック７０がバケット６に干渉するのを防止することができる。尚、ステップ３０４では、ブーム上げ停止指令と共に、好ましくは、警報指令が生成される。これを受けて、警報装置１２は、警報を出力する。警報は、単なる警報音（ブザー）であってもよいし、メッセージを伴うものであってもよい。これにより、作業者は、現在の作業姿勢（ブーム上げ操作）が不適切であることを瞬時に把握することができる。ステップ３０４の処理が終了すると、ステップ３０８に進む。

ステップ３０６では、ブーム上げ停止指令が解除される。尚、ブーム上げ停止指令が現在出力中でない場合（前回の処理周期でブーム上げ停止指令が出されていない場合）は、そのまま、ステップ３０８に進んでよい。

ステップ３０８では、上記ステップ３００での演算結果に基づいて、現在の作業姿勢が、アームシリンダボトム保持圧発生姿勢であって、アームシリンダボトム保持圧がゼロになると吊り荷が落下する危険性のある姿勢（以下、単に「アームシリンダボトム保持圧発生姿勢」という）であるか否かが判定される。尚、アームシリンダボトム保持圧がゼロになる事態は、フェール（油路を構成するホースの欠陥等）に起因して生じる。この場合、アーム５は、重力に従って開き方向に動き、吊り荷が落下する危険性がある。アームシリンダボトム保持圧発生姿勢は、図４にて符合８２で示す領域（アームシリンダボトム保持圧発生領域）内にフック７０が位置する姿勢に対応する。アームシリンダボトム保持圧発生姿勢（アームシリンダボトム保持圧発生領域）は、予め試験又は計算により算出することができる。従って、アームシリンダボトム保持圧発生領域は、マップとして予め用意されてもよい。アームシリンダボトム保持圧発生領域は、所定のマージン分だけ、実際にアームシリンダボトム保持圧が発生し且つアームシリンダボトム保持圧がゼロになると吊り荷が落下する危険性がある領域よりも大きく設定されてもよい。現在の作業姿勢がアームシリンダボトム保持圧発生姿勢である場合は、ステップ３１０に進み、それ以外の場合（現在の作業姿勢がアームシリンダボトム保持圧発生姿勢でない場合）は、ステップ３１２に進む。

ステップ３１０では、アーム閉じ停止指令が生成される。これを受けて、アーム閉じ電磁弁５６の位置が常態位置（中立位置）から切り替わり、アーム用方向切換弁５２のパイロットポート５２ａがタンクに連通する状態が形成される。この状態では、アーム用方向切換弁５２のパイロットポート５２ａに印加されるパイロット圧が低下する。これにより、アーム閉じ動作が抑制されるので、フック７０がアームシリンダボトム保持圧発生領域に入るのを防止することができる。尚、ステップ３１０では、アーム閉じ停止指令と共に、好ましくは、警報指令が生成される。これを受けて、警報装置１２は、警報を出力する。警報は、単なる警報音（ブザー）であってもよいし、メッセージを伴うものであってもよい。これにより、作業者は、現在の作業姿勢（アーム閉じ操作）が不適切であることを瞬時に把握することができる。ステップ３１０の処理が終了すると、ステップ３１４に進む。

ステップ３１２では、アーム閉じ停止指令が解除される。尚、アーム閉じ停止指令が現在出力中でない場合（前回の処理周期でアーム閉じ停止指令が出されていない場合）は、そのまま、ステップ３１４に進んでよい。

ステップ３１４では、干渉防止制御が実行される。干渉防止制御とは、バケット６がキャブ（上部旋回体３の一部）に干渉する危険性があるか否かを判定し、バケット６がキャブに干渉する危険性があると判定した場合に、ブーム上げ電磁弁４６及びアーム閉じ電磁弁５６を作動してブーム上げ動作及びアームの閉じ動作を規制する制御である。バケット６がキャブに干渉する危険性があるか否かは、上記ステップ３００での演算結果（アーム角度センサ１６及びブーム角度センサ１８からの情報）に基づいて判断されてもよい。或いは、バケット６がキャブに干渉する危険性があるか否かは、アーム角度センサ１６及びブーム角度センサ１８からの情報に代えて又は加えて、上部旋回体３に設けられてよい近接センサからの情報を利用して判断されてもよい。ステップ３１４の処理が終了すると、今回周期の処理ルーチンは終了し、次回周期の処理のためにステップ３００に戻る。

このように図３に示す処理によれば、演算された現在の作業姿勢が吊具干渉姿勢である場合に、ブーム上げ動作が抑制されるので、ブーム上げ動作が継続されてフック７０がバケット６に干渉するのを防止することができる。また、演算された現在の作業姿勢がアームシリンダボトム保持圧発生姿勢である場合に、アーム閉じ動作が抑制されるので、作業姿勢がアームシリンダボトム保持圧発生姿勢にならないようにすることができる。

また、図３に示す処理によれば、ブーム上げ動作の抑制及びアーム閉じ動作の抑制は、干渉防止制御で使用される構成（ブーム上げ電磁弁４６及びアーム閉じ電磁弁５６）を利用して実現されるので、干渉防止制御を行う構成に対して追加の構成を必要とせずに実現することができる。

また、図３に示す処理によれば、ブーム上げ動作の抑制及びアーム閉じ動作の抑制のための各制御とは別に（独立して）、干渉防止制御が実行されるので、相対的に優先度の高い干渉防止制御を阻害せずに、ブーム上げ動作の抑制及びアーム閉じ動作の抑制を実現することができる。

尚、図３に示す処理では、吊具干渉領域内にフック７０が位置することが検出された場合に、ブーム上げ動作の抑制が実現されているが、これに代えて又は加えて、現時点から所定時間内に吊具干渉領域内にフック７０が位置することが予測された場合に、その時点からブーム上げ動作を抑制してもよい。この予測は、例えばアーム角度センサ１６及びブーム角度センサ１８からの各出力信号に基づく姿勢の変化履歴に基づいて実現されてもよい。

また、同様に、図３に示す処理では、アームシリンダボトム保持圧発生領域内にフック７０が位置することが検出された場合に、アーム閉じ動作の抑制が実現されているが、これに代えて又は加えて、現時点から所定時間内にアームシリンダボトム保持圧発生領域内にフック７０が位置することが予測された場合に、その時点からアーム閉じ動作を抑制してもよい。この予測は、例えばアーム角度センサ１６及びブーム角度センサ１８からの各出力信号に基づく姿勢の変化履歴に基づいて実現されてもよい。

また、図３に示す処理では、アームシリンダボトム保持圧発生領域内にフック７０が位置するか否かは、アーム角度センサ１６及びブーム角度センサ１８からの情報に基づいて判定されているが、アームシリンダボトム圧センサ５４を備える場合は、アーム角度センサ１６及びブーム角度センサ１８からの情報に代えて又は加えて、アームシリンダボトム圧センサ５４からの情報に基づいて、同判定を実現してもよい。例えば、アームシリンダボトム圧センサ５４により検出されたアームシリンダボトム圧センサが所定圧以上である場合に、アームシリンダボトム保持圧発生領域内にフック７０が位置すると判定することとしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、ブーム上げ動作の抑制のための制御と、アーム閉じ動作の抑制のための制御の双方を実行しているが、いずれか一方のみを実現する構成であってもよい。

また、上述した実施例では、ブーム上げ動作の抑制のための制御と、アーム閉じ動作の抑制のための制御は、干渉防止制御と共に実行されているが、干渉防止制御は、省略されてもよい。即ち、干渉防止制御を行わない構成であってもよい。

また、上述した実施例では、ブーム用方向切換弁４２及びアーム用方向切換弁５２は、パイロット切換弁であったが、電磁切換弁であってもよい。この場合、制御装置１０は、ブーム用操作レバー４８の操作量（操作方向を含む）を電気的に検出し、操作量に応じてブーム用方向切換弁４２を制御する。また、同様に、制御装置１０は、アーム用操作レバー５８の操作量（操作方向を含む）を電気的に検出し、操作量に応じてアーム用方向切換弁５２を制御する。尚、操作量を電気的に検出する方法は、パイロット圧を圧力センサで検出する方法であってもよいし、レバー角度を検出する方法であってもよい。制御装置１０は、吊具干渉領域内にフック７０が位置することが検出された場合に、その際に得られるブーム用操作レバー４８の操作量の検出値をゼロに補正して、ブーム用方向切換弁４２を制御すればよい。同様に、制御装置１０は、アームシリンダボトム保持圧発生領域内にフック７０が位置することが検出された場合に、その際に得られるアーム用操作レバー５８の操作量の検出値をゼロに補正して、アーム用方向切換弁５２を制御すればよい。尚、かかる構成においては、ブーム上げ電磁弁４６及びアーム閉じ電磁弁５６は不要である。

１ 建設機械
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ 制御装置
１２ 警報装置
１４ 吊りモードスイッチ
１６ アーム角度センサ
１８ ブーム角度センサ
４２ ブーム用方向切換弁
４６ ブーム上げ電磁弁
４７ａ，４７ｂ 油路
４８ ブーム用操作レバー
５２ アーム用方向切換弁
５４ アームシリンダボトム圧センサ
５６ アーム閉じ電磁弁
５７ａ，５７ｂ 油路
５８ アーム用操作レバー
７０ フック

Claims (4)

1. 吊り具が設けられるバケットを備える建設機械の制御装置であって、
   吊り具がバケットと干渉する危険性のある所定の第１領域内に吊り具が位置することを検出又は予測した場合に、ブーム上げ動作を規制する第１制御、及び、アームシリンダボトム保持圧発生領域であって、アームシリンダボトム保持圧がゼロになると吊り荷が落下する危険性のある所定の第２領域内に吊り具が位置することを検出又は予測した場合に、アーム閉じ動作を規制する第２制御、のうちの少なくともいずれか一方の制御を実行することを特徴とする、建設機械の制御装置。
2. バケットがキャブに干渉する危険性がある場合に減圧弁を作動してブーム上げ動作及びアームの閉じ動作を規制する干渉防止制御を実行し、
   前記第１制御及び前記第２制御は、前記減圧弁を作動して実現される、請求項１に記載の建設機械の制御装置。
3. 前記第１制御及び前記第２制御は、警報の出力を伴う、請求項１又は２に記載の建設機械の制御装置。
4. 前記第１制御及び前記第２制御に基づいてブーム上げ動作及びアーム閉じ動作が規制されない状況下においても、バケットがキャブに干渉する危険性がある場合には、前記干渉防止制御を実行する、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の建設機械の制御装置。

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