JP2023150302A - 建設機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】傾斜面に配置されて稼働している状態で、旋回体の周囲で物体を検知した場合でも、周囲の物体との接触を防止することができる建設機械を提供する。【解決手段】油圧ショベルは、走行体1と、走行体1の上側に旋回可能に設けられた旋回体2と、旋回体2に連結された作業装置4と、旋回体2の周囲の物体を検知する物体検知センサ15A~15Cと、旋回体2の傾斜を検知する傾斜センサ16と、旋回体2の旋回動作を制限させる旋回制限弁24と、コントローラ22とを備える。コントローラ22は、物体検知センサ15A~15Cのうちのいずれかで検知された物体の位置が旋回体2の周囲に設定された旋回停止エリアに位置する場合に、旋回制限弁24を制御して旋回体2の旋回を停止させる。コントローラ22は、傾斜センサ16で旋回体2の傾斜が検出されたときには、旋回停止エリアを補正する。【選択図】図3
Description
本発明は、走行体に対し旋回可能な旋回体を備えた建設機械に関する。
建設機械の一つである油圧ショベルは、走行体と、走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、旋回体に連結された作業装置とを備える。作業装置は、旋回体に回動可能に連結されたブームと、ブームの先端部に回動可能に連結されたアームと、アームの先端部に回動可能に連結されたバケットとを備える。
特許文献1は、油圧ショベルの旋回体と周囲の物体との接触を回避する技術を開示する。特許文献1は、旋回体の周囲の物体を検知する物体検知センサと、物体検知センサで検知された物体の位置が旋回体の周囲に設定された旋回停止エリア(詳細には、旋回体から所定の距離以下の領域)に位置する場合に、旋回体の旋回を停止させるコントローラとを備える。
ところで、油圧ショベルは、傾斜面に配置されて稼動する場合がある。この場合、旋回体が傾斜の下側に向かって旋回するときに、旋回体の旋回の慣性力が大きくなる。そのため、このような状態で物体を検知した場合、旋回体の旋回が即座に停止できず、旋回体が周囲の物体と接触する可能性が高くなる。特許文献1は、このような課題について考慮していない。
本発明の目的は、傾斜面に配置されて稼働している状態で、旋回体の周囲で物体を検知した場合でも、周囲の物体との接触を防止することができる建設機械を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、走行体と、前記走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、前記旋回体に連結された作業装置と、前記旋回体の周囲の物体を検知する物体検知センサと、前記旋回体の旋回動作を制限させる旋回制限装置と、前記物体検知センサで検知された物体の位置が前記旋回体の周囲に設定された旋回停止エリアに位置する場合に、前記旋回制限装置を制御して前記旋回体の旋回を停止させるコントローラとを備えた建設機械において、前記旋回体の傾斜を検知する傾斜センサを備え、前記コントローラは、前記傾斜センサで前記旋回体の傾斜が検出されたときには、前記旋回停止エリアを補正する。
本発明の建設機械によれば、傾斜面に配置されて稼働している状態で、旋回体の周囲で物体を検知した場合でも、周囲の物体との接触を防止することができる。
本発明の第1の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図1及び図2は、本実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図及び上面図である。なお、以降、油圧ショベルの運転室内の運転席に着座した運転者の前側(図1及び図2の左側)、後側(図1及び図2の右側)、左側(図1の紙面に対して手前側、図2の下側)、右側(図1の紙面に対して奥側、図2の上側)を、単に前側、後側、左側、右側と称する。
本実施形態の油圧ショベルは、走行可能な走行体1と、走行体1の上側に旋回可能に設けられた旋回体2とを備え、走行体1及び旋回体2が車体を構成している。走行体は、走行モータ(図示せず)によって走行する。旋回体2は、旋回モータ3(後述の図3参照)によって旋回する。
旋回体2には作業装置4が連結されている。作業装置4は、旋回体2の前部に上下方向に回動可能に連結されたブーム5と、ブーム5の先端部に上下方向に回動可能に連結されたアーム6と、アーム6の先端部に上下方向に回動可能に連結されたバケット7とを備える。ブーム5、アーム6、及びバケット7は、ブームシリンダ8、アームシリンダ9、及びバケットシリンダ10によってそれぞれ回動する。
旋回体2は、基礎構造体をなす旋回フレーム11と、旋回フレーム11の前部に配置された運転室12と、旋回フレーム11の後部に配置された機械室13と、旋回フレーム11の後端に設けられ、作業装置4との釣り合いをとるカウンタウエイト14と、物体検知センサ15A,15B,15Cと、傾斜センサ16(後述の図3参照)とを備える。物体検知センサ15A,15B,15Cは、例えば測距センサ又はカメラであって、旋回体2の周囲(詳細には、旋回体2の左側、後側、及び右側)の物体を検知する。傾斜センサ16は、例えば慣性計測装置であって、水平面に対する旋回体2の傾斜方向及び傾斜角を検出する。
旋回体2の運転室12の内部には、運転者が着座する運転席(図示せず)が設けられている。運転席の前側には、走行体1の走行を指示する走行操作装置(図示せず)が配置されている。運転席の左側には、アーム6の回動及び旋回体2の旋回を指示する作業操作装置17(後述の図3参照)が配置されている。運転席の右側には、ブーム5の回動及びバケット7の回動を指示する作業操作装置(図示せず)が配置されている。
複数の油圧アクチュエータ(詳細には、上述した走行モータ、旋回モータ3、ブームシリンダ8、アームシリンダ9、及びバケットシリンダ10等)は、油圧ショベルに搭載された駆動装置によって駆動される。図3は、本実施形態における油圧ショベルの駆動装置の構成のうち、旋回モータ3の動作に係わる構成を表す図である。
本実施形態の駆動装置は、図示しない原動機(詳細には、例えばエンジン又は電動モータ)によって駆動される油圧ポンプ18及びパイロットポンプ19と、油圧ポンプ18から旋回モータ3への圧油の流れを制御する制御弁20と、操作レバー21の操作に応じて制御弁20を切換える作業操作装置17と、コントローラ22とを備える。
作業操作装置17は、操作レバー21の左側の操作量に応じて、パイロットポンプ19の吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成して出力する第1のパイロット弁(図示せず)と、操作レバー21の右側の操作量に応じて、パイロットポンプ19の吐出圧を元圧としてパイロット圧を生成して出力する第2のパイロット弁(図示せず)とを有する。
運転者が操作レバー21を左側に操作した場合に、第1のパイロット弁からのパイロット圧が制御弁20の一方側の受圧部に出力されて、制御弁20が図示左側の切換位置に切換えられる。これにより、制御弁20を介し油圧ポンプ18からの圧油が旋回モータ3の一方側のポートへ供給されて、旋回モータ3が一方向に回転する。したがって、旋回体2が左方向に旋回する。
運転者が操作レバー21を右側に操作した場合に、第2のパイロット弁からのパイロット圧が制御弁20の他方側の受圧部に出力されて、制御弁20が図示右側の切換位置に切換えられる。これにより、制御弁20を介し油圧ポンプ18からの圧油が旋回モータ3の他方側のポートへ供給されて、旋回モータ3が反対方向に回転する。したがって、旋回体2が右方向に旋回する。
制御弁20と第1のパイロット弁の間の油路には、パイロット圧センサ23Aが設けられ、制御弁20と第2のパイロット弁の間の油路には、パイロット圧センサ23Bが設けられている。パイロットポンプ19と第1及び第2のパイロット弁の間の油路には、旋回制限弁24(電磁開閉弁)が設けられている。
コントローラ22は、図示しないものの、プログラムに従って処理を実行するプロセッサと、プログラムやデータを記憶するメモリとを有する。コントローラ22は、機能的構成として、上述した物体検知センサ15A,15B,15Cの検知結果に基づき、旋回制限弁24を制御する旋回制限制御部25を有する。
コントローラ22の旋回制限制御部25は、旋回体2の周囲であって、旋回体2から所定の距離以下の領域として設定されて、その領域に物体が存在する場合に旋回体2の旋回を停止して物体との接触を防止する旋回停止エリアを記憶する。旋回制限制御部25は、物体検知センサ15A,15B,15Cで物体が検知されないか、若しくは、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回停止エリアに位置しない場合に、旋回制限弁24を開状態に制御する。これにより、第1及び第2のパイロット弁でパイロット圧が生成可能となり、旋回体2の旋回を許可する。一方、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回停止エリアに位置する場合に、旋回制限弁24を閉状態に制御する。これにより、第1及び第2のパイロット弁でパイロット圧が生成不能となり、旋回体2の旋回を停止させる。
ここで、本実施形態の大きな特徴として、コントローラ22は、上述した傾斜センサ16の検出結果に基づき、旋回停止エリアを補正するエリア補正部26を更に有する。エリア補正部26は、上述した傾斜センサ16で検出された旋回体2の傾斜角が所定の閾値以上であれば、旋回体2の傾斜が検出されたものとし、旋回停止エリアを補正する。詳細には、旋回体2の傾斜が検出されない場合と比べ、旋回停止エリアを拡大する。
次に、本実施形態のコントローラの処理手順について説明する。図4は、本実施形態におけるコントローラの処理手順を表すフローチャートである。
コントローラ22は、ステップS1にて、パイロット圧センサ23A又は23Bでパイロット圧が検出されたかどうか(すなわち、旋回の指示があるかどうか)を判定する。パイロット圧センサ23A又は23Bでパイロット圧が検出されたときに(すなわち、旋回の指示があるときに)、ステップS2に移る。
コントローラ22は、ステップS2にて、傾斜センサ16で旋回体2の傾斜が検出されたかどうかを判定する。傾斜センサ16で旋回体2の傾斜が検出されないときに、ステップS3に移る。
コントローラ22は、ステップS3にて、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回停止エリアS(詳細には、図5で示すように、旋回体2から距離r以下の領域)に位置するかどうかを判定する。物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回停止エリアSに位置する場合に、ステップS4に移る。ステップS4にて、旋回制限弁24を閉状態に制御して、旋回体2の旋回を停止させる。
コントローラ22は、ステップS2にて傾斜センサ16で旋回体2の傾斜が検出されたときに、ステップS5に移る。ステップS5にて、旋回体2の傾斜が検出されない場合と比べ、旋回体2からの距離r’が大きくなるように、旋回停止エリアSを拡大する(図6参照)。その後、ステップS3に移る。
コントローラ22は、ステップS3にて、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が、拡大された旋回停止エリアSに位置するかどうかを判定する。物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が、拡大された旋回停止エリアSに位置する場合に、ステップS4に移る。ステップS4にて、旋回制限弁24を閉状態に制御して、旋回体2の旋回を停止させる。
以上のように、本実施形態においては、旋回体2の傾斜が検出された場合に旋回停止エリアを補正する。詳細には、旋回体2の傾斜が検出されない場合と比べ、旋回停止エリアを拡大する。これにより、旋回体2と周囲の物体が遠く離れた段階で、旋回体2の旋回停止を開始することができる。したがって、旋回体2が傾斜の下側に向かって旋回するときに旋回体2の旋回の慣性力が大きくなって、旋回体2の旋回停止距離が大きくなっても、旋回体2と周囲の物体との接触を防止することができる。
なお、第1の実施形態において、油圧ショベルは、旋回体2の旋回動作を制限させる旋回制限装置として、パイロットポンプ19と第1及び第2のパイロット弁の間の油路に設けられた旋回制限弁24を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。油圧ショベルは、旋回制限弁24に加えて、若しくは、旋回制限弁24の代わりに、摩擦力によって旋回モータ3の回転軸を制動するブレーキ装置(図示せず)を備えてもよい。コントローラ22は、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回停止エリアに位置する場合に、旋回制限弁24及び/又はブレーキ装置を制御してもよい。
また、第1の実施形態において、旋回体2と周囲の物体との接触を回避する観点から、旋回停止エリアは、旋回体2の左側、後側、及び右側に設定された場合を例にとって説明したが、これに限られない。更に、作業装置4と周囲の物体との接触を回避する観点から、旋回停止エリアは、旋回体2の左側、後側、及び右側だけでなく、旋回体2の前側(言い換えれば、作業装置4の周囲)にも設定されてよい。
本発明の第2の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、旋回停止エリアの外側に旋回減速エリアが設定された実施形態である。なお、本実施形態において、第1の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
図7は、本実施形態における油圧ショベルの駆動装置の構成のうち、旋回モータの動作に係わる構成を表す図である。
本実施形態では、コントローラ22の旋回制限制御部25Aは、旋回停止エリアの外側に設定された領域であって、その領域に物体が存在する場合に旋回体2の旋回を減速する旋回停止エリアを記憶する。旋回制限制御部25Aは、物体検知センサ15A,15B,15Cで物体が検知されないか、若しくは、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回停止エリア及び旋回減速エリアに位置しない場合に、旋回制限弁24A(電磁比例弁)を開状態に制御する。これにより、第1及び第2のパイロット弁でパイロット圧が生成可能となり、旋回体2の旋回を許可する。物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回停止エリアに位置する場合に、旋回制限弁24Aを閉状態に制御する。これにより、第1及び第2のパイロット弁でパイロット圧が生成不能となり、旋回体2の旋回を停止させる。
コントローラ22の旋回制限制御部25Aは、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回減速エリアに位置する場合に、旋回制限弁24Aを絞り状態に制御する。これにより、第1及び第2のパイロット弁で生成されるパイロット圧を低減して、制御弁20を介し油圧ポンプ18から旋回モータ3へ供給される圧油の流量を低減する。その結果、旋回体2の旋回を減速させる。
第1の実施形態と同様、コントローラ22のエリア補正部26は、傾斜センサ16で旋回体2の傾斜が検出された場合に、旋回停止エリアを補正する。詳細には、旋回体2の傾斜が検出されない場合と比べ、旋回停止エリアを拡大する。これに伴い、旋回減速エリアを縮小する。
次に、本実施形態のコントローラの処理手順について説明する。図8は、本実施形態におけるコントローラの処理手順を表すフローチャートである。なお、図8において、第1の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
コントローラ22は、ステップS3にて、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回停止エリアSに位置しない場合に、ステップS6に移る。
コントローラ22は、ステップS6にて、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回減速エリアD(詳細には、図9で示すように、旋回体2から距離rを超え且つ距離R以下の領域)に位置するかどうかを判定する。物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回減速エリアDに位置する場合に、ステップS7に移る。ステップS7にて、旋回制限弁24Aを絞り状態に制御して、旋回体2の旋回を減速させる。
コントローラ22は、ステップS2にて傾斜センサ16で旋回体2の傾斜が検出されたときに、ステップS5に移る。ステップS5にて、旋回体2の傾斜が検出されない場合と比べ、旋回体2からの距離r’が大きくなるように、旋回停止エリアSを拡大する(図10参照)。これに伴い、旋回減速エリアDは、旋回体2から距離r’を超え且つ距離R以下の領域となって縮小する。その後、ステップS3に移る。
コントローラ22は、ステップS3にて、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が、拡大された旋回停止エリアSに位置するかどうかを判定する。物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が、拡大された旋回停止エリアSに位置する場合に、ステップS4に移る。ステップS4にて、旋回制限弁24Aを閉状態に制御して、旋回体2の旋回を停止させる。
以上のように本実施形態においても、旋回体2の傾斜が検出された場合に旋回停止エリアを補正する。詳細には、旋回体2の傾斜が検出されない場合と比べ、旋回停止エリアを拡大する。したがって、油圧ショベルが傾斜面に配置されて稼働している状態で、旋回体2の周囲で物体を検知した場合でも、旋回体2と周囲の物体との接触を防止することができる。また、本実施形態においては、旋回停止エリアの外側に旋回減速エリアを設定することにより、旋回体2と周囲の物体との接触を更に防止することができる。また、急な旋回動作の停止により、バケットの積載物の荷こぼれなどを防ぐことができる。
なお、第2の実施形態において、油圧ショベルは、旋回体2の旋回動作を制限させる旋回制限装置として、パイロットポンプ19と第1及び第2のパイロット弁の間の油路に設けられた旋回制限弁24Aを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。油圧ショベルは、旋回制限弁24Aに加えて、摩擦力によって旋回モータ3の回転軸を制動するブレーキ装置(図示せず)を備えてもよい。コントローラ22は、物体検知センサ15A,15B,15Cのうちのいずれかで検知された物体が旋回停止エリアに位置する場合に、旋回制限弁24A及びブレーキ装置を制御してもよい。
また、第2の実施形態において、旋回体2と周囲の物体との接触を回避する観点から、旋回停止エリア及び旋回減速エリアは、旋回体2の左側、後側、及び右側に設定された場合を例にとって説明したが、これに限られない。更に、作業装置4と周囲の物体との接触を回避する観点から、旋回停止エリア及び減速エリアは、旋回体2の左側、後側、及び右側だけでなく、旋回体2の前側(言い換えれば、作業装置4の周囲)にも設定されてよい。
また、第1及び第2の実施形態において、コントローラ22は、傾斜センサ16で旋回体2の傾斜が検出されたときに、旋回停止エリアSの全体を拡大する場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば図11で示すように、旋回停止エリアは、旋回体2の幅方向中心線Lにより、旋回体2の幅方向一方側のエリアS1と、旋回体2の幅方向他方側のエリアS2に区分されてもよい。コントローラ22は、傾斜センサ16で検出された旋回体2の幅方向の傾斜角が所定の閾値以上であれば、旋回体2の幅方向の傾斜が検出されたものとし、エリアS1,S2のうち、旋回体2の幅方向の傾斜の下側に相当するエリア(図11では、エリアS1)を選択して拡大してもよい。これに伴い、対応する旋回減速エリアの一部を縮小してもよい。
また、第1及び第2の実施形態において、コントローラ22は、拡大された旋回停止エリアを可変しない場合を例にとって説明したが、これに限られない。コントローラ22は、傾斜センサ16で検出された旋回体2の傾斜角が大きくなるほど、旋回体2からの距離が大きくなるように、旋回停止エリアの全体(S)若しくは一部(S1又はS2)を拡大してもよい。
図示しないものの、油圧ショベルは、作業装置4のモーメントに係わる状態量を検出する状態量センサとして、ブームシリンダ8のボトム圧を検出する圧力センサを備えてもよい。あるいは、ブーム5の回動角、アーム6の回動角、及びバケット7の回動角をそれぞれ検出する3つの角度センサと、バケット7内の掘削物の重量を検出する重量センサとを備えてもよい。コントローラ22は、前述した圧力センサの検出結果、若しくは、前述した3つの角度センサ及び重量センサの検出結果に基づき、作業装置4のモーメントを演算してもよい。そして、作業装置4のモーメントが大きくなるほど、旋回体2からの距離が大きくなるように、旋回停止エリアの全体(S)若しくは一部(S1又はS2)を拡大してもよい。
なお、以上においては、本発明の適用対象として油圧ショベルを例にとって説明したが、これに限られない。油圧クレーン等の他の建設機械に本発明を適用してもよい。
1 走行体
2 旋回体
4 作業装置
15A~15C 物体検知センサ
16 傾斜センサ
22 コントローラ
24,24A 旋回制限弁(旋回制限装置)
2 旋回体
4 作業装置
15A~15C 物体検知センサ
16 傾斜センサ
22 コントローラ
24,24A 旋回制限弁(旋回制限装置)
Claims (6)
- 走行体と、
前記走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、
前記旋回体に連結された作業装置と、
前記旋回体の周囲の物体を検知する物体検知センサと、
前記旋回体の旋回動作を制限させる旋回制限装置と、
前記物体検知センサで検知された物体の位置が前記旋回体の周囲に設定された旋回停止エリアに位置する場合に、前記旋回制限装置を制御して前記旋回体の旋回を停止させるコントローラとを備えた建設機械において、
前記旋回体の傾斜を検知する傾斜センサを備え、
前記コントローラは、前記傾斜センサで前記旋回体の傾斜が検出されたときには、前記旋回停止エリアを補正することを特徴とする建設機械。 - 請求項1に記載の建設機械において、
前記コントローラは、前記傾斜センサで前記旋回体の傾斜が検出されたときには、前記旋回停止エリアを拡大することを特徴とする建設機械。 - 請求項2に記載の建設機械において、
前記コントローラは、前記傾斜センサで検出された前記旋回体の傾斜角が大きくなるほど、前記旋回体からの距離が大きくなるように、前記旋回停止エリアを拡大することを特徴とする建設機械。 - 請求項2に記載の建設機械において、
前記作業装置のモーメントに係わる状態量を検出する状態量センサを備え、
前記コントローラは、前記状態量センサの検出結果に基づいて前記作業装置のモーメントを演算し、前記作業装置のモーメントが大きくなるほど、前記旋回体からの距離が大きくなるように、前記旋回停止エリアを拡大することを特徴とする建設機械。 - 請求項2に記載の建設機械において、
前記旋回停止エリアは、前記旋回体の幅方向一方側のエリアと前記旋回体の幅方向他方側のエリアに区分されており、
前記コントローラは、前記傾斜センサで前記旋回体の幅方向の傾斜が検出されたときに、前記旋回体の幅方向一方側のエリアと前記旋回体の幅方向他方側のエリアのうち、前記旋回体の幅方向の傾斜の下側に相当するエリアを選択して拡大することを特徴とする建設機械。 - 請求項2に記載の建設機械において、
前記コントローラは、前記物体検知センサで検知された物体が、前記旋回停止エリアの外側に設定された旋回減速エリアに位置する場合に、前記旋回制限装置を制御して前記旋回体の旋回を減速させており、更に、前記旋回停止エリアの拡大に伴い、前記旋回減速エリアを縮小することを特徴とする建設機械。
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