JP2018035644A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度は高いが検出角度の制限された角度センサを使用しながら、ユーザの作業に合わせて検出範囲を容易に変更できるようにする。【解決手段】アーム６にアタッチメントの姿勢を算出する角度センサ１０を設ける。この角度センサ１０をアーム６の回動方向と同じ方向に取付角度を変更可能に構成する。取付角度として下部本体２の前方かつ下方を優先して検出可能な第１取付角度αと、下部本体の前方かつ上方を優先して検出可能な第２取付角度βとを設定する。【選択図】図３

Description

本発明は、アタッチメントに角度センサを有する作業機械に関し、特にその角度センサの計測可能範囲の改善に関する。

従来より、アーム部に対してリンク機構を介して回転自在に設けられたバケット部を用いて被加工面を掘削する掘削装置が知られている。このような掘削装置の作業現場において、掘削最終施工面の深さや勾配となるように整地するにはオペレータの技量が必須である。

そこで、経験の浅いオペレータでも素早く精密な掘削作業を行うために、例えば、特許文献１のように、アーム部に第１の傾斜センサを取り付け、リンク機構のうちのアーム部及びバケット部とはそれぞれ一体的に変位しない部分に第２の傾斜センサを取り付け、第１及び第２の傾斜センサの計測情報に基づいてバケット部の傾斜角を算出し、この算出結果に基づいて、バケット部の傾斜角を制御するものが知られている。

また、特許文献２の掘削機のセンサユニットのように、マグネットを利用してアームを改造することなく掘削深さを検知するセンサをアームに取り付けるものが知られている。

特許第３５３７０９４号公報 特開平９−１８９５８１号公報

ところで、角度センサは一般的に検出角度が３６０°と範囲は広いが検出精度はそれほど高くないセンサと、検出角度が±８０°などに制限されるが検出精度が高いセンサとが広く用いられている。

掘削最終施工面をより精度よく仕上げるためには、検出精度の高いセンサを使用することが望まれる。

しかしながら、精度が高いセンサでは、検出角度が狭くて全ての作業範囲を網羅できない可能性がある。通常このような場合は、角度センサの検出可能範囲となるように、作業機械の姿勢を調整して作業を行うが、ユーザによっては、姿勢を調整せずに無理やり作業をしてしまう可能性がある。

一方、検出角度を広くするために複数の高精度の角度センサを設けるには、アーム側面へのブラケットの溶接部位等が増えて残留応力等によりアームの強度が低下するという問題がある。

また、上記特許文献２のようなマグネット式のものは使用中に振動や衝突によってずれてしまうおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検出精度は高いが検出角度の制限された角度センサを使用しながら、ユーザの作業に合わせて検出範囲を容易に変更できるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、溶接箇所を増やすことなく角度センサを複数の取付角度に取付可能にした。

具体的には、第１の発明では、下部本体と、該下部本体に旋回可能に連結された上部旋回体と、該上部旋回体に回動可能に連結されるブーム、該ブームに回動可能に連結されるアーム及び該アームに回動可能に連結されるアイドラリンクを備えたアタッチメントとを有する作業機械を前提とする。

そして、上記作業機械は、
上記ブーム、アーム及びアイドラリンクのうち少なくともいずれか１つに上記アタッチメントの姿勢を算出する取付角度を変更可能な角度センサを有し、
上記角度センサは、上記アタッチメントの回動方向と同じ方向に取付角度を変更可能に構成されており、
上記取付角度は、少なくとも
上記下部本体の前方かつ下方を優先して検出可能な第１取付角度と、
上記下部本体の前方かつ上方を優先して検出可能な第２取付角度とで構成されている。

上記の構成によると、検出精度は高いが検出角度に制限のある角度センサを用いてもユーザの作業内容に合わせて角度センサの取付位置を変更するだけで、下方及び上方を含むできるだけ広い範囲で角度検出をしながら作業を行うことができる。また、予め少なくとも２つの取付角度が設定されているので、作業に合わせていずれかの取付角度を選択して取付位置を変更すればよく、取付角度の変更が容易である。

第２の発明では、第１の発明において、
上記角度センサは、上記アタッチメントに固定された取付部品を介して固定されており、
上記取付部品には、上記第１取付角度及び上記第２取付角度にそれぞれ対応する位置に上記角度センサを固定するためのボルト穴が形成されている。

上記の構成によると、取付部品自体は取り付けたままで角度センサを取り付けるボルト穴を変更するだけで角度センサの角度を変えることができる。このため、取付部品の溶接は最小限とすることができ、アタッチメントの強度が低下しない。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記角度センサには、互いに異なる方向に延びる一対のハーネスが接続されており、
上記角度センサは、該角度センサの上記アタッチメントの側方から見たときの中央位置を中心に回動されて取付角度を変更可能となっている。

上記の構成によると、異なる方向に延びる一対のハーネスが取り付けられている場合に、角度センサの中央位置を中心に回動させることにより、いずれか一方のハーネスに角度センサの回動に伴って偏って張りや弛みを発生させないようにすることができる。このため、ハーネスが張ることによる切断や弛むことによる傷害物への引っかかりを抑制することができる。

第４の発明では、第２の発明において、
上記角度センサは、上記アタッチメントに固定された取付部品を介して固定されており、
上記角度センサは、いずれかの上記ボルト穴を回動中心として角度変更可能に構成され、
上記角度センサには、互いに異なる方向に延びる一対のハーネスが接続されており、上記回動中心に近い一方側のハーネス側へ上記回動中心に遠い一方側のハーネスを折り返し、該一対のハーネスを上記一方側で束ねている。

上記の構成によると、特に回動中心に近いハーネス接続部は、角度センサの取付角度を変更しても動く範囲が限られているので、遠い側のハーネスの動きを主に調整すればよくなる。

以上説明したように、本発明によれば、角度センサの取付角度を下部本体の前方かつ下方を優先して検出可能な第１取付角度と、下部本体の前方かつ上方を優先して検出可能な第２取付角度とで変更可能としたことにより、検出精度は高いが検出角度の制限された角度センサを使用しながら、ユーザの作業に合わせて検出範囲を容易に変更できる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルの第１取付角度における検出可能な作業範囲を示す側面図である。 第１取付角度の角度センサを含むアームを拡大して示す側面図である。 角度センサ及びタップドブロックを拡大して示す側面図である。 第２取付角度における図１相等図である。 実施形態の変形例１に係る図３相当図である。 実施形態の変形例２に係る図３相当図である。 実施形態の変形例２に係る取付角度変更に伴うハーネスの移動の様子を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態の作業機械としての油圧ショベル１を示し、この油圧ショベル１は、下部本体２と、この下部本体２に旋回可能に連結された上部旋回体３とを備えている。下部本体２は、図１のようにクローラを有していてもよいし、ホイールを有していてもよいし、それ自体が走行不能であってもよい。上部旋回体３の前側には運転室３ａが設けられ、その右方にアタッチメント４が設けられている。アタッチメント４として、ブーム５が上部旋回体３に対して回動可能にブームシリンダ３ｂを介して連結されている。このブーム５には、アームシリンダ５ａを介してアーム６が回動可能に連結されている。このアーム６の先端側には、アイドラリンク７及びバケットリンク８がバケットシリンダ６ａを介して回動可能に連結されている。バケットリンク８にバケット９が連結されている。

そして、詳しくは図示しないが、油圧ショベル１は、ブーム５、アーム６及びアイドラリンク７のそれぞれにおいて、アタッチメント４の姿勢を算出する角度センサが設けられている。油圧ショベル１は、その他にも旋回角度センサ、ＧＰＳアンテナ等の各種センサ類を備えている。それぞれの角度センサの情報と、アタッチメント４の構成部品の寸法情報からアタッチメント４の作業姿勢が割り出される。例えば運転室３ａ内の図示しないコントローラが各センサからの情報を収集し、そのモニタ上にそのときの作業姿勢などを表示できるようになっている。その表示を見ながら作業することで、経験の浅いオペレータであっても、綺麗な法面仕上げを行うことができるようになっている。

本実施形態では、このような角度センサのうち、図２に拡大して示すように、アーム６に取り付けられた角度センサ１０について述べる。この角度センサ１０は、アーム６の回動方向に取付角度を変更可能に構成されている。角度センサ１０は、例えば、対地角センサを使用している。ここで、アーム６におけるアームフットピン６ｃとアームトップピン６ｄとを結ぶ直線を以下アーム軸Ｘとする。

図３に示すように、角度センサ１０は、下部本体２の前方かつ下方を優先して検出可能な第１取付角度αと、下部本体２の前方かつ上方を優先して検出可能な第２取付角度βとに切換可能に構成されている。具体的には、角度センサ１０は、アタッチメント４に固定された取付部品としてのタップドブロック１１を介して固定されている。このタップドブロック１１は、例えば、矩形状の鋼板よりなり、アーム６の側板に溶接されている。タップドブロック１１には、第１取付角度α及び第２取付角度βにそれぞれ対応する位置に角度センサ１０を固定するボルト１１ｂを締結するボルト穴１１ａが形成されている。タップドブロック１１の形状は、矩形状に限定されず、必要最小限の部分のみを残す形状としてもよい。角度センサ１０には、互いに異なる方向に延びる一対のハーネス１２，１３が接続されている。そして、角度センサ１０は、角度センサ１０のアタッチメント４の側方から見たときの中央位置Ｃ１を中心に回動されて取付角度を変更した状態でボルト穴１１ａを用いて固定可能となっている。

−角度センサの検出角度が±８０°の場合−
角度センサ１０の検出角度が±８０°の場合を例に上げて説明する。この場合は、角度センサ１０の検出範囲は鉛直に対して±８０°となる。アーム６の動作範囲（角度センサ１０が正常に働く範囲）の中心の位置にアーム６を置いたとき、角度センサ１０が鉛直上方を向くように取付ける。角度センサ１０をアーム軸Ｘに対して２０°で取り付けるとアーム６の動作範囲の上限は鉛直から１００°、下限は鉛直から−６０°となる。

そうすると、本実施形態では、例えば、α＝２０°であり、β＝４２°であるが、これらの角度は特に限定されない。

（第１取付角度）
角度センサ１０の取付位置をアーム軸Ｘに対してα＝２０°で取付けた場合
角度センサ１０の取付位置は、アーム軸Ｘが鉛直から＋２０°回動した位置にあるときに、角度センサ１０の検出範囲の中心が鉛直を向くようにアーム６に取り付けられる。図１に示すように、鉛直方向とアーム軸Ｘの角度が−６０°で動作範囲下限となり、このとき下部本体２よりも前方で、かつ下方の動作範囲を広く検出可能である。図１では、下方検出不可領域Ａが狭くなっている。

一方、鉛直方向とアーム軸Ｘの角度が１００°で動作範囲上限となり、ブームシリンダ３ｂとアームシリンダ５ａの最も伸びた状態付近の動作範囲を検出不可能な取付位置となっている。つまり、上方検出不可領域Ｂが比較的広くなっている。

（第２取付角度）
角度センサ１０の取付位置をアーム軸Ｘに対してβ＝４２°で取付けた場合
角度センサ１０の取付位置は、アーム軸Ｘが鉛直から＋４２°回動した位置にあるときに、角度センサ１０の検出範囲の中心が鉛直を向くようにアーム６に取り付けられる。図４に示すように、鉛直方向とアーム軸Ｘの角度が１２２°で動作範囲上限となり、このとき機械よりも上方を満足する取付位置となっている。すなわち、上方検出不可領域Ｂ’が第１取付角度αのときの範囲Ｂよりも狭くなっている。

鉛直方向とアーム軸Ｘの角度が−３８°で動作範囲下限となり、このとき下部本体２の手前の動作範囲Ｂ’が検出不可能な取付位置となっている。すなわち、下方検出不可領域Ａ’は、第１取付角度αのときの範囲Ａよりも広くなっている。

このように第１取付角度αのときと第２取付角度βのときとでは、検出可能な範囲が異なるので、下方での作業を優先するときには第１取付角度αで角度センサ１０を固定し、上方での作業を優先するときには第２取付角度βで角度センサ１０を固定すればよい。

本実施形態では、検出精度は高いが検出角度に制限のある角度センサ１０を用いてもユーザの作業内容に合わせて角度センサ１０の位置を変更するだけで、下方及び上方を含むできるだけ広い範囲で角度検出をしながら作業を行うことができる。

また、タップドブロック１１自体は取り付け直すことなく角度センサ１０の角度を変えることができるので、タップドブロック１１の溶接は最小限とすることができる。このため、アタッチメント４の強度が低下しない。

さらに、異なる方向に延びる一対のハーネス１２，１３が取り付けられている場合に、角度センサ１０の中央位置Ｃ１を中心に回動させることにより、いずれか一方のハーネス１２，１３に角度センサ１０の回動に伴って偏って張りや弛みを発生させないようにすることができる。このため、ハーネス１２，１３が張ることによる切断や弛むことによる傷害物への引っかかりを抑制することができる。

したがって、本実施形態に係る油圧ショベル１によると、検出精度は高いが検出角度の制限された角度センサ１０を使用しながら、ユーザの作業に合わせて検出範囲を容易に変更できる。

−変形例１−
図５は本発明の実施形態の変形例１を示し、角度センサ１０の角度変更の仕方が異なる点で上記実施形態と異なる。なお、以下の各変形例では、図１〜図４と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

すなわち、上記実施形態では、角度センサ１０の中央位置Ｃ１を中心に回動させて取付角度を変更するようにしているが、本変形例では、タップドブロック１１に設けた１つのボルト穴１１ａを回動中心Ｃ２として取付角度の変更をするようにしている。

角度センサ１０は、アタッチメント４に固定されたタップドブロック１１を介して固定されている。角度センサ１０は、いずれかのボルト穴１１ａを回動中心として角度変更可能に構成されている。

いずれのボルト穴１１ａを中心に取付角度の変更をするかは、一対のハーネス１２，１３との位置関係等を考慮して選択される。すなわち、一対のハーネス１２，１３の引っ張り具合及び弛み具合が最小となるボルト穴１１ａを中心に取付角度の変更をするのがよい。

−変形例２−
図６及び図７は本発明の実施形態の変形例２を示し、角度センサ１０の角度変更の仕方及びハーネス１２，１３の配線状態が異なる点で上記実施形態と異なる。

本変形例でも、角度センサ１０には、互いに異なる方向に延びる一対のハーネス１２，１３が接続されている。

本変形例では、回動中心Ｃ３に近い一方側のハーネス１２側へ回動中心Ｃ３に遠い一方側のハーネス１３を折り返し、これら一対のハーネス１２，１３を一方側で束ね、アタッチメント４の油圧配管（例えば図２に符号６ｂで示す）まで延ばしている。

本実施形態では、１つのボルト穴１１ａである回動中心Ｃ３に近いハーネス１２側の接続部は、角度センサ１０の取付角度を変更しても動く範囲が限られている。このため、遠い側のハーネス１３の動きを調整すればよくなり、調整が容易となる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、作業機械はバケット９を有する油圧ショベル１としたが、バケット９以外に破砕機、グラブその他の部品が取り付けられていてもよく、下部本体、上部旋回体、アタッチメントを備えた他の作業機械であってもよい。

上記実施形態では、取付部品をタップドブロックとしたが、これに限定されず、例えばボルトで脱着可能なブラケット状にしてもよい。

上記実施形態では、アーム６に取り付けた角度センサ１０について述べたが、アーム６の角度センサ１０ではなく、ブーム５又はアイドラリンク７に設けた角度センサ１０としてもよい。この場合も、その取り付ける部品の回動方向と同じ方向に取付角度を変更可能に構成すればよい。また、複数の部品に設けた角度センサ１０がそれぞれ取付角度を変更可能に構成されていてもよい。

上記実施形態では、第１取付角度αと第２取付角度βに変更可能に構成したが、さらに第３取付角度や第４取付角度にも変更可能にしてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 油圧ショベル（作業機械）
２ 下部本体
３ 上部旋回体
３ａ 運転室
３ｂ ブームシリンダ
４ アタッチメント
５ ブーム
５ａ アームシリンダ
６ アーム
６ａ バケットシリンダ
６ｂ 油圧配管
６ｃ アームフットピン
６ｄ アームトップピン
７ アイドラリンク
８ バケットリンク
９ バケット
１０ 角度センサ
１１ タップドブロック（取付部品）
１１ａ ボルト穴
１１ｂ ボルト
１２，１３ ハーネス

Claims (4)

1. 下部本体と、
   該下部本体に旋回可能に連結された上部旋回体と、
   該上部旋回体に回動可能に連結されるブーム、該ブームに回動可能に連結されるアーム及び該アームに回動可能に連結されるアイドラリンクを備えたアタッチメントとを有する作業機械において、
   上記ブーム、アーム及びアイドラリンクのうち少なくともいずれか１つに上記アタッチメントの姿勢を算出する取付角度を変更可能な角度センサを有し、
   上記角度センサは、上記アタッチメントの回動方向と同じ方向に取付角度を変更可能に構成されており、
   上記取付角度は、少なくとも
   上記下部本体の前方かつ下方を優先して検出可能な第１取付角度と、
   上記下部本体の前方かつ上方を優先して検出可能な第２取付角度とで構成されている
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   上記角度センサは、上記アタッチメントに固定された取付部品を介して固定されており、
   上記取付部品には、上記第１取付角度及び上記第２取付角度にそれぞれ対応する位置に上記角度センサを固定するためのボルト穴が形成されている
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１又は２に記載の作業機械において、
   上記角度センサには、互いに異なる方向に延びる一対のハーネスが接続されており、
   上記角度センサは、該角度センサの上記アタッチメントの側方から見たときの中央位置を中心に回動されて取付角度を変更可能となっている
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項２に記載の作業機械において、
   上記角度センサは、上記アタッチメントに固定された取付部品を介して固定されており、
   上記角度センサは、いずれかの上記ボルト穴を回動中心として角度変更可能に構成され、
   上記角度センサには、互いに異なる方向に延びる一対のハーネスが接続されており、上記回動中心に近い一方側のハーネス側へ上記回動中心に遠い一方側のハーネスを折り返し、該一対のハーネスを上記一方側で束ねている
   ことを特徴とする作業機械。

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