JP2597385B2

JP2597385B2 - 作業機の危険領域回避装置

Info

Publication number: JP2597385B2
Application number: JP10060088A
Authority: JP
Inventors: 邦雄古木; 勝則加藤; 雄次井上; 英機神山; 秀雄島添
Original assignee: Yanma Agricultural Equipment Co Ltd
Current assignee: Yanma Agricultural Equipment Co Ltd
Priority date: 1988-04-22
Filing date: 1988-04-22
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: JPH01271536A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明はバックホーにおいて、ブームやアームやバケ
ットを格納した場合に、旋回台の旋回円の内部にこれら
が収納されるように構成し、更に該構成のアーム部分を
ブームに対して左右へ平行移動してオフセット可能とし
た技術に関するものである。

（ロ）従来技術従来から、バックホーにおいてアームが一定以上近付
いて危険な状態と成った場合に、アームを停止する技術
は公知とされているのである。

例えば、実公昭58−12926号公報の如くである。

また、バックホーのアームをブームに対して、左右平
行位置にオフセットする技術も公知とされているのであ
る。

例えば、特公昭40−20879号公報の如くである。

（ハ）発明が解決しようとする問題点本発明においては、アームをブームに対してオフセッ
ト移動可能とし、かつバケットを収納状態で、キャビン
のすぐ側方に格納すべく構成したことにより、オペレー
ターが気を付けて操作しないと、バケットがオフセット
されたままで引き寄せられると、キャビンに干渉しオペ
レーターが危険な状態が発生するのである。

本発明においては、このように最低限の安全性を確保
する為に、バケットがキャビンの周囲に近付いた場合に
は、ブームまたはアームの回動を停止すべく、キャビン
２の周囲の危険領域を囲んで非接触センサーと接触セン
サーを併置したものである。

また、該危険領域での自動停止を検出するセンサー類
の故障やCPUの暴走により、これらの安全装置が効かな
くなった場合の、二重の安全装置として、これらの電気
回路の異常信号により作動するディスクリート回路を設
けて、電磁比例弁の電源を遮断し、各部の動きを停止し
たものである。

（ニ）問題を解決する為の手段本発明の目的は以上の如くであり、次に該目的を達成
する為の構成を説明する。

旋回台12上に上下回動可能に枢支したブーム６の先端
に、左右の平行位置へアーム４をオフセット可能に支持
し、該アーム４の先端にバケット１を掬い取り回動可能
に付設し、旋回時において、ブーム６とアーム４を折畳
んでキャビン２の側部にバケット１を収納可能とした構
成において、キャビン２の周囲の危険領域に、バケット
１が近付いたことを検出する非接触センサーと、バケッ
ト１がキャビン２に接触したことを検出する接触センサ
ーを併置し、両センサーがバケット１等を検出すること
により、ブーム６やアーム４やオフセットアーム22の駆
動を制御する電磁弁を停止すべく構成したものである。

また他の実施態様として、非接触センサー及び接触セ
ンサーの信号を入力するディスクリート回路であって、
前記センサーの異常により、一定レベル以上の信号が入
力されると電磁弁を停止するディスクリート回路53を介
装したものである。

（ホ）実施例本発明の目的・構成は以上の如くであり、次に添付の
図面に示した実施例の構成を説明する。

第１図は本発明の小旋回形バックホーの平面図、第２
図は同じく作業状態の側面図、第３図はバケット１を交
換したことを信号として伝達するバケット幅認識体25と
バケットセンサー26の部分の斜視図、第４図はバックホ
ーの各部に配置したセンサーとコントローラ21と電磁比
例弁装置20と操作ボックス27を示す図面である。

バックホーは、排土板10を付設したクローラー式走行
装置11の上に旋回台軸受13を配置し、該旋回台軸受13の
上に旋回台12を配置している。該旋回台12は360度水平
回動を可能としているのである。

また、旋回台12の上の左半分にキャビン２を配置し、
後部にはエンジンやバランスウェイトを載置し、旋回台
12の略中央の位置に、ブーム６の基部を上下回動可能に
枢支している。

そして、ブーム６と旋回台12との間にブームシリンダ
ー５を配置し、該ブームシリンダー５の伸縮によりブー
ム６を上下に回動可能に構成している。

該ブーム６の先端には、オフセットアーム22と並行リ
ンク23が配置されており、該オフセットアーム22とブー
ム６との間にオフセットシリンダー３が介装されてい
る。該オフセットシリンダー３の伸縮によりオフセット
アーム22と並行リンク23が左右に回動しその先端に支持
されているアーム４は左右に平行状態でオフセット移動
するのである。

該オフセットアーム22の先端にアーム４が枢支されて
おり、オフセットアーム22と一体的に構成されたカバー
内に配置されたアームシリンダー24によりシリンダーが
上下に回動されるのである。

また、アーム４の先端にバケット１が枢支されてお
り、該アーム４はバケットシリンダー７により掬い取り
回動を可能としているのである。

以上のような全体的な構成において、ブーム６の基部
に該ブーム６の回動角を検出するブームセンサー15がポ
テンショメーター等により構成されて配置されており、
またオフセットアーム22の左右オフセット角を検出する
オフセットセンサー16が並行リンク23の基部にポテンシ
ョメーターにより構成されて配置されており、またアー
ム４の回動角を検出するアームセンサー17がオフセット
アーム22の先端とアーム４の枢支部に配置されているの
である。

また、操作レバー９の基部にブーム６やアーム４を同
動する為に操作レバー９を操作したことを検出するレバ
ーセンサー14が配置されているのである。また該操作レ
バー９の下部に、アーム４のオフセットを操作するオフ
セットペダル29が配置されており、該オフセットペダル
29の基部にオフセットペダルセンサー28が配置されてい
る。

電磁比例弁装置20はブームシリンダー５とアームシリ
ンダー24とオフセットシリンダー３の送油経路に介装さ
れており、自動制御とショックレス停止を行うものであ
る。

また、座席８の下の位置にコントローラ21が配置され
ている。

該コントローラ21の内部には、第４図の下部に記載し
たアナログ・デジタル変換回路A/Dや、中央演算回路CPU
や、インターフェイスI/Oや、バッファー回路や、ドラ
イバー回路や、ディスクリート回路や、電源遮断回路
や、電源回路が配置されて制御動作を行っているのであ
る。

また、第４図において、キャビン２の上部に、非接触
センサーとしての超音波センサー19と、接触センサーと
してのタッチセンサー18が付設されており、ブームセン
サー15やオフセットセンサー16やアームセンサー17によ
り構成した安全装置が、中央演算回路CPUの暴走により
効かなくなり、バケット１がキャビン２に接触する位置
まで近付いた場合において、該バケット１の格納位置へ
の引き寄せを停止し、警報を発するように二重・三重の
安全装置を構成しているのである。

また、第３図において示す如く、バケット１が交換さ
れた場合に、バケット幅を自動的に変更する為にバケッ
トセンサー26がアーム４の先端に配置されており、該ア
ーム４を交換するバケット１毎に設けたバケット幅認識
体25が変更されることにより、切り換えるべく構成して
いるのである。バケット幅認識体25は磁性体で構成して
も良いものである。

第７図は本発明の作業機の危険領域回避装置を構成す
る油圧回路図を示しており、ブームシリンダー５とアー
ムシリンダー24とオフセットシリンダー３への圧油を操
作する制御弁として、それぞれ手動操作制御弁と電磁比
例弁をポンプＰ側からタンデム形に介装した構成として
いるのである。

そして、手動操作制御弁と電磁比例弁とはそのポート
構成を略同じとしており、手動操作制御弁が上げポート
Ｕの側は、電磁比例弁も上げ側のＡポートとし、手動操
作制御弁が下げポートＤの場合には下げポートＤは下げ
側のＢポートとしているのである。

そして、該電磁比例弁の開閉には特殊のマイコン回路
であるランプ回路を介装し、開閉時において電圧が徐々
に上昇下降し、圧油の流れを比例的に変化させることに
より、駆動停止の動きをショックレス状態となるように
構成しているのである。

そして、危険領域以外の場合には、操作レバー９の向
動方向に電磁比例弁も開閉することによりショックレス
機構を構成し、また危険領域に入った場合には、操作レ
バー９の操作に関わらず自動的にブーム６とアーム４と
オフセットの動きを自動的に停止する操作は、該電磁比
例弁を手動操作制御弁と逆の方向に自動的に操作するこ
とにより、手動操作制御弁から送油される圧油を電磁比
例弁によりタンクポートに逃がすことにより、ブーム６
とアーム４とオフセットアーム22の回動を自動的にショ
ックレス状態で停止すべく構成しているのである。

（ヘ）発明の作用本発明の小旋回形バックホーの構成は以上の如くであ
り、次に第５図、第６図の制御フローチャートに沿っ
て、本発明の作用を説明する。

第５図は自動オフセットとショックレス停止制御の部
分のフローチャートを主に示したものである。

エンジンのキーによる始動と共に、押込みロック式の
スイッチにより構成した自動スイッチ35がONにされる
と、本発明の小旋回形バックホーの自動制御が開始され
るのである。

これと共に、コントローラ21と電磁比例弁装置20の回
路電源がONとされる。

次に、各部の角度センサーを構成しているポテンショ
メータの作動が正常であるかどうかがチェックされ、自
動制御状態でポテンショメータに異常がある場合には、
操作パネル27上の警報ランプ30と警報ブザー31がONとな
りオペレーターに危険を知らせるのである。

次に、バケット１の幅が標準であるかどうかがチェッ
クされるのである。該バケット１が標準であるか狭幅で
あるかをノンロック式の押込みスイッチで構成されたバ
ケット幅スイッチ33で入力するものであり、通常の自動
開始状態では広幅の通常バケット１にセットされてお
り、狭幅のバケットに変更した場合に、バケット幅スイ
ッチ33を押込むと、バケット１の格納位置が狭幅で最も
キャビン２に近付いた位置にセットされるように制御が
開始されるのである。

狭幅に変更していても、バケット幅スイッチ33を通常
のバケット１の位置にしておくと、狭幅のバケットは、
通常バケット１の収納される位置でキャビン２との間を
開けた状態の安全側の位置で格納されているのである。

次に、バケット高さ設定スイッチ34により制御開始高
さが設定されているかどうかがチェックされるのであ
る。

該バケット高さ設定スイッチ34はロータリー式スイッ
チに構成されており、最低高さの下にオフセット制御を
OFFとする位置も設けられており、該自動スイッチ35がO
Nされない場合には、オフセットはオフセットペダル29
の操作によりオペレーターの意図的な操作の元に行われ
るのである。

また、前記自動スイッチ35がONで、バケット高さ設定
スイッチ34がOFFの場合には、超音波センサー19やタッ
チセンサー18による危険表示や、ブーム６やアーム４や
オフセットアーム22のショックレス停止等は行われるの
であるが、自動オフセット制御は行われないのである。

掘削作業を開始し、ブーム６やアーム４やオフセット
アーム22の回動操作を開始すると、まずブーム操作レバ
ー9bかまたはアーム操作レバー9aがフル操作されている
かどうかがチェックされるのである。

そして、どちらかの操作レバー９がオペレーターによ
りフル操作されている場合には、ブーム電磁比例弁37ま
たはアーム電磁比例弁38は、Ａポート側またはＢポート
がONとなり、各ブームシリンダー５とアームシリンダー
24に、第７図のブーム手動制御弁40とアーム手動制御弁
41で制御された通りに圧油を送油することが可能となる
のである。

これにより、ブーム６かアーム４が、操作レバー９の
操作した方向に回動を開始するのであるが、オペレータ
ーがどちらかの操作レバー９を握ってフル操作の状態か
らレバーを少しでも戻した場合には、手動操作制御弁に
よる油路が切換られて回動が停止する前に、ブーム電磁
比例弁37かアーム電磁比例弁38が先にこれを感知して、
Ａポート側またはＢポート側の状態が中立位置に戻り、
この電磁比例弁による制御の方が優先されるので、比例
弁の操作により徐々に油量を調節して、ショックレス状
態として停止するのである。

即ち、それまでアーム電磁比例弁38かブーム電磁比例
弁37がソレノイドのONによりＡポート側またはＢポート
側に切り替わっていたのであるが、操作レバー９の回動
の開始により、Ａポート側またはＢポート側のソレノイ
ドがOFFとなり、比例弁が効いて徐々に停止するのであ
る。これにやや遅れて手動操作制御弁もOFFに切換えら
れて停止するのである。

また、どちらかの操作レバー９をフル操作状態でブー
ム６かアーム４が回動状態で、バケット１の位置が、そ
のまま回動すればキャビン２と干渉する左右の危険位置
であるかどうかをチェックし、該オフセット位置がキャ
ビン２の周囲の危険領域にある場合には、ブーム電磁比
例弁37またはアーム電磁比例弁38を、手動操作制御弁と
逆の側のポートであるＢポート側またはＡポート側をON
して、手動操作制御弁からの送油をタンク側に案内し、
ショックレス状態でOFFとして、オフセット位置が安全
位置に復帰するまで、ブーム６とアーム４の回動を停止
するのである。

また、オフセット自動制御の為のオフセット禁止区域
ａに近付いた際において、一旦ブーム電磁比例弁37とア
ーム電磁比例弁38をＢポート側に切換えて回動を停止さ
せ、オフセット電磁比例弁39のみON状態として、バケッ
ト１を格納可能な基準位置まで復帰させるのである。

次に、バケット１の高さをチェックし、バケット高さ
設定スイッチ34により設定した高さ以上である場合にの
み、オフセットの基準格納位置１″への自動復帰が開始
されるのである。

更に、アーム操作レバー9aかブーム操作レバー9bがフ
ル操作された状態で、オフセット自動復帰の為にオフセ
ット電磁比例弁39がONとなることにより格納位置への自
動復帰が開始し、基準位置に復帰した時点でオフセット
電磁比例弁39は中立へ切り替わるのである。

そして、該バケット１のオフセット基準位置への復帰
が終了後に、アーム操作レバー9aかブーム操作レバー9b
が、バケット１のオフセット基準位置への復帰するのを
待機する為に、手動操作制御弁と逆の側のＢポート側ま
たはＡポート側をONにしている場合には、この逆の側の
ポートをOFFとして、再度ブーム６かアーム４の回動を
開始するものである。

即ち、第１図に示したオフセット禁止区域ａの線上ま
でバケット１が引き寄せられた際において、未だバケッ
ト１が１′の位置に復帰していない場合には、ブーム６
かアーム４の回動を中止して、バケット１が１′の位置
に復帰するのを待つのである。

逆に、該オフセット禁止区域ａの位置に至るまでの間
には、バケット１の基準位置への復帰動作と、ブーム６
またはアーム４の引き寄せ動作は並行して行われるので
ある。

第６図は、本発明の要部である危険域での停止制御の
フローチャートを主として示したものである。特にこの
危険領域における自動停止が有効に働くのは、オフセッ
ト自動制御をOFFの状態として、手動により掬い込み・
排土の操作をしている場合であり、この場合にはバケッ
ト１が近付いてもオフセット自動制御が効かないのであ
るが、この場合においても危険性があるので、各センサ
ーにより、キャビン２の周囲の危険領域にバケット１が
近付いた場合の安全装置は構成されているのである。

該フローチャートに示す如く、ブーム６とアーム４と
オフセットアーム22毎に、危険角が決定されており、そ
れぞれのアーム毎に危険角度以下となった場合には、ブ
ーム電磁比例弁37かアーム電磁比例弁38の、手動操作制
御弁と逆の側のポートがONとなり、手動操作制御弁の操
作位置に関わらず、ブームシリンダー５とアームシリン
ダー24の伸縮が停止し安全状態を得るべく構成している
のである。

即ち、バケット１が右オフセット状態であるかどうか
をチェックし、右オフセット状態の場合には、ブーム６
やアーム４の回動位置をチェックしなくとも、バケット
１がキャビン２に干渉することはないので、そのまま作
業が続けられるのである。

バケット１が左側にオフセットされている場合には、
ブーム６の角度が危険角以下であるが、アーム４の角度
が危険角以下であるかどうかをチェックし、両方とも危
険角以下の場合においては、操作レバー９のうち、アー
ム操作レバー9aが操作されているか、ブーム操作レバー
9bが操作されているかをチェックするのである。

そして、ブーム操作レバー9bが操作されている場合に
は、ブーム電磁比例弁37の手動操作制御弁と逆の側のポ
ートをONにし、ブーム６の回動を停止するのである。

また、アーム操作レバー9aが操作されているのであれ
ば、アーム電磁比例弁38の手動操作制御弁と逆の側のポ
ートをONして、アーム４の回動を停止するのである。

また、両方が操作されている場合には、ブーム電磁比
例弁37とアーム電磁比例弁38の両方の、手動操作弁との
逆の側のポートをONにして回動を停止するのである。

該手動操作弁と逆の側のポートのON状態はレバー操作
が続けられている限り続行し、レバー操作が停止すると
手動操作弁と逆の側のポートはOFFとなるのである。

これにより、危険域にバケット１が近付くとブーム６
やアーム４の回動が停止し、バケット１が基準位置に復
帰した場合にのみ、危険角度以下への回動が可能となる
のである。

また、オフセットペダル29によりオフセットアーム22
をオフセット操作した場合には、このオフセット角が危
険域であるかどうか判断し、オフセット電磁比例弁39に
より安全の為に自動的に停止するのである。この場合に
もオフセット電磁比例弁39によりショックレス停止が行
われるのである。

第８図は本発明の作業機の危険領域回避制御のブロッ
ク線図、第９図、第10図は三重の安全装置として、超音
波センサーを付設した状態の前面図と側面図、第11図は
同じくタッチセンサーを付設した状態のキャビン２の斜
視図である。

本発明のバックホーにおいては、ブームセンサー15、
オフセットセンサー16、アームセンサー17のセンサーに
よる危険領域の判断と電磁比例弁による停止に基づく安
全装置を設けている。

また、該安全装置の他に、キャビン２の周囲に非接触
センサーとして超音波センサー19を配置し、また接触セ
ンサーとしてタッチセンサー18を併置し、これらのセン
サーの故障に基づく危険性を防止するディスクリート回
路53を併置しているのである。

即ち、前面超音波センサー19bと側面超音波センサー1
9aと上面超音波センサー19cを設けて、該超音波センサ
ーの検出範囲内にバケット１が到達すると電磁比例弁を
停止すべく構成しているのである。

また、超音波センサー19に併置してタッチセンサー18
を設けて、これにより第５の安全装置としているのであ
る。

即ち、タッチセンサー18も側面タッチセンサー18bと
前面タッチセンサー18cと上面タッチセンサー18aを、キ
ャビン２の各部に貼設して、これらにバケット１が接当
すると、電磁比例弁により各部の動きを停止すべく構成
しているのである。

また、該タッチセンサー18と超音波センサー19からの
信号を、ディスクリート回路53内を通過させており、も
しこれらのセンサーに異常が発生しまたは安全回路の電
源をOFFとなり、安全回路が作動しなくなった場合に
は、電磁比例弁を停止して、安全側の位置でバケット１
が停止するように、五重・六重の安全装置が構成されて
いるのである。

（ト）発明の効果本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を
奏するものである。

第１に、ブーム６とアーム４とバケット１をキャビン
２の側方で旋回台12の円の中に格納することにより、小
旋回作業を可能としたバックホーにおいて、更に該アー
ムをブーム６に対して平行移動してオフセット可能にし
た場合には、該オフセット状態の掘削装置をそのままキ
ャビン２側に引き寄せてしまいオペレーターにとって危
険な状態が発生するのであるが、本発明の場合にはキャ
ビン２の周囲を危険領域に構成し、掘削装置がキャビン
２の周囲に至ると、非接触センサーである超音波センサ
ー19や、接触センサーであるタッチセンサー18により、
該掘削装置の近接を感知し、ブーム６やアーム４やオフ
セットアーム22の回動を自動的に停止すべく構成したの
で、操作ミスが発生してもオペレーターの安全を確保す
ることが出来るものである。

第２に、該接触センサーである超音波センサー19と、
接触センサーであるタッチセンサー18に異常が発生した
り、またはセンサーの電源がOFFとなった場合には、安
全回路が作動しなくなるのであるが、この場合には、デ
ィスクリート回路53によりこれを検出し電源遮断回路52
により電磁比例弁装置20の回路を遮断すべく構成したの
で、何重もの安全装置を構成することができ、オペレー
ターの安全を確保することが出来たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の小旋回形バックホーの平面図、第２図
は同じく作業状態の側面図、第３図はバケット１を交換
したことを信号として伝達するバケット幅認識体25とバ
ケットセンサー26の部分の斜視図、第４図はバックホー
の各部に配置したセンサーとコントローラ21と電磁比例
弁装置20と操作ボックス27を示す図面、第５図は自動オ
フセットとショックレス停止動作のフローチャート図、
第６図はショックレスと危険域での停止のフローチャー
ト図、第７図は小旋回形バックホーの油圧回路図、第８
図は本発明の作業機の危険領域回避制御のブロック線
図、第９図、第10図は三重の安全装置として、超音波セ
ンサーを付設した状態の前面図と側面図、第11図は同じ
くタッチセンサーを付設した状態のキャビン２の斜視図
である。１……バケット３……オフセットシリンダー４……アーム５……ブームシリンダー６……ブーム 9a……アーム操作レバー 9b……ブーム操作レバー 18……タッチセンサー 19……超音波センサー 52……電源遮断回路 53……ディスクリート回路

フロントページの続き (72)発明者加藤勝則大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内 (72)発明者井上雄次大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内 (72)発明者神山英機大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内 (72)発明者島添秀雄岡山県岡山市江並428番地セイレイ工業株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】旋回台12上に上下回動可能に枢支したブー
ム６の先端に、左右の平行位置へアーム４をオフセット
可能に支持し、該アーム４の先端にバケット１を掬い取
り回動可能に付設し、旋回時において、ブーム６とアー
ム４を折畳んでキャビン２の側部にバケット１を収納可
能とした構成において、キャビン２の周囲の危険領域
に、掘削装置が近付いたことを検出する非接触センサー
と、掘削装置がキャビン２に接触したことを検出する接
触センサーを併置し、両センサーが掘削装置を検出する
ことにより、ブーム６やアーム４やオフセットアーム22
の駆動を制御する電磁弁を停止すべく構成したことを特
徴とする作業機の危険領域回避装置。
【請求項２】非接触センサー及び接触センサーの信号を
入力するディスクリート回路であって、前記センサーの
異常により、一定レベル以上の信号が入力されると電磁
弁を停止するディスクリート回路53を介装したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の作業機の危険領域
回避装置。