JP2997118B2 - アーム式作業機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連結された複数のアー
ムの先端部に作業用アタッチメントを装着し、アタッチ
メントをガイドするキャッチホークを設けたアーム式作
業機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のようなアーム式作業機械と
しては、図１１に示すようなものが知られている。この
アーム式作業機械は、作業機械本体１を有しており、こ
の作業機械本体１には、第１アーム２、第２アーム３、
第３アーム４がこの順に連結されている。そして、第３
アーム４の先端部５にはアースオーガ装置６が吊り下げ
られている。また、このようなアーム式作業機械は、図
示しない軌跡制御装置を有しており、作業機械本体１の
回転中心Ｈと先端部５との作業半径Ｒを一定に保ちつつ
先端部５を鉛直下方に符号５ａ、５ｂのように移動さ
せ、これにより、アースオーガ装置６によって垂直に縦
穴を掘削する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来既知の
リーダ式アースオーガ装置を装着した移動式クローラク
レーンなどの作業機械では、作業機械本体からリーダ下
端部まで腕を延設させ、この腕の先端にキャッチホーク
を固定し、リーダに沿って昇降するアースオーガ装置の
オーガスクリューをキャッチホークでガイドしている。
しかしながら、上記従来のアーム式作業機械にあって
は、アーム先端部５の作業半径が一定していないため、
アースオーガ装置６のオーガスクリューをガイドするキ
ャッチホークの装着が難しかった。

【０００４】本発明の目的は、作業内容によってアーム
先端部の半径位置が変動してもそれに対応してアースオ
ーガ装置などのフロントアタッチメントをガイドできる
ようにしたアーム式作業機械を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、本発明は、作業機械本体１と、こ
の作業機械本体１に設けられた複数の連結されたアーム
２，３，４と、この連結されたアームの先端部５に装着
された作業用アタッチメント６とを備えたアーム式作業
機械に適用される。そして、作業用アタッチメント６を
ガイドするキャッチホーク１６と、このキャッチホーク
１６を作業機械本体１から延設させるとともに、作業機
械本体１に対するキャッチホーク１６の水平方向位置を
調節可能としたキャッチホーク保持装置１０と、アーム
先端部５の作業機械本体１に対する位置を検出し、キャ
ッチホーク保持装置１０を駆動して、検出されたアーム
先端部５の位置に対応してキャッチホーク１６の位置決
めをするキャッチホーク制御装置２０（図６）とを備
え、これにより上記目的を達成する。

【０００６】

【作用】キャッチホーク制御装置２０は、作業用アタッ
チメント６が装着されたアーム先端部５の位置を検出
し、キャッチホーク１６が先端部５の位置に対応した位
置に設定されるように、その検出結果に基づいてキャッ
チホーク保持装置１０を駆動する。従って、アーム先端
部５の作業半径が作業内容などに応じて変動するアーム
式作業機械であっても、キャッチホーク１６を装着でき
る。また、その位置決めを自動的に行うことができるの
で、作業効率を大幅に向上させることができる。

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【０００８】

【実施例】図１〜図７により本発明によるアーム式作業
機にアースオーガ装置を装着した場合の一実施例を説明
する。なお、従来例と同一構成の部分には同一符号を付
して相違点を主に説明する。図１は、本発明に係るアー
ム式作業機械の全体構成を示している。図中、符号１０
は図２、図３、図４を詳細に示すキャッチホーク保持装
置であり、このキャッチホーク保持装置１０は作業機械
本体１に一端が連結されたリンク１２を有し、このリン
ク１２の他端にはリンク１３の一端が連結されている。
１４，１５は、これらリンク１２，１３とそれぞれ平行
に配設されたレバーであり、リンク１３およびレバー１
５の先端側には略円筒状のキャッチホーク１６が連結さ
れている。これらのリンク１２，１３およびレバー１
４，１５は４個のリンク支点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよびリン
ク支点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆがそれぞれ平行四辺形となるよう
に組み立てられて平行運動機構を構成し、キャッチホー
ク１６の中心軸Ｉを常に垂直方向に維持したまま、キャ
ッチホーク１６を水平方向に移動させる。

【０００９】一方、作業機械本体１とリンク１２との間
には油圧シリンダ１７が設けられ、この油圧シリンダ１
７によりリンク１２は作業機械本体１に対して揺動可能
にされている。また、リンク１２とリンク１３との間に
は油圧シリンダ１８が設けられ、この油圧シリンダ１８
により、リンク１２に対してリンク１３が揺動可能にさ
れている。したがって、油圧シリンダ１７，１８をそれ
ぞれ駆動することによってキャッチホーク１６は所定の
位置へ移動される。

【００１０】次に、キャッチホーク制御装置について説
明する。キャッチホーク制御装置は、第３アーム４の先
端部５と作業機械本体１の回転中心Ｈとの水平距離であ
る作業半径Ｒを求め、キャッチホーク１６を、その軸心
Ｉと回転中心Ｈとの水平距離が作業半径Ｒに等しくなる
ように移動させ位置決めするものである。

【００１１】まず、アームとリンクの座標系について図
５を用いて説明する。第１アーム２のアームフート部Ｇ
と作業機械本体１の回転中心Ｈとの水平距離をＬ1と
し、第１アーム２、第２アーム３、第３アーム４の長さ
をそれぞれｎ1、ｎ2、ｎ3とする。また、第１アーム２
と水平方向のなす角をθ1、第１アーム２と第２アーム
３とのなす角をθ2、第２アーム３と第３アーム４との
なす角をθ3とする。一方、リンク支点Ａと作業機械本
体１の回転中心Ｈとの水平距離をＬ2、リンク支点Ｆと
キャッチホーク１６の軸心Ｉとの水平距離をＬ3、リン
ク支点Ａとリンク支点Ｆとの垂直距離をＬ4とする。さ
らに、リンク１２の長さをｎｂ、リンク１３の長さをｎ
ａとし、リンク１２の水平方向とのなす角をθL2、リン
ク１２とリンク１３とのなす角をθL1とする。

【００１２】このような座標系において、作業機械本体
１の回転中心Ｈと第３アーム４の先端部５との水平距離
である作業半径Ｒは、次式により算出される。

【数１】 また、リンク支点Ａとリンク支点Ｆとの距離ＬAFは、Ｌ
2＋ＬAF＋Ｌ3をＲと等しくするように制御するのである
から、次式により算出される。

【数２】 一方、三角形ＡＦＤにおいて

【数３】 とおくと、θL1は、

【数４】 となり、θL2は、

【数５】 となる。従って、所望の作業半径Ｒに対する設定角度θ
L1ｓ，θL2ｓを求め、検出角度θL1，θL2がこの値にな
るように油圧シリンダ１７，１８を制御すれば、キャッ
チホーク１６を所定の位置に位置決めすることができ
る。

【００１３】次に、キャッチホーク制御装置２０の構成
について、図６を用いて説明する。キャッチホーク制御
装置２０は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどからなるマイ
クロコンピュータを主体とするコントローラ２１を有
し、このコントローラ２１には、アーム角度θ1の角度
計２２、アーム角度θ2の角度計２３、アーム角度θ3の
角度計２４が接続され、これら角度計により測定された
角度θ1，θ2，θ3がコントローラ２１に入力される。
また、コントローラ２１には、リンク角度θL1の角度計
２６、リンク角度θL2の角度計２７がそれぞれ接続さ
れ、角度θL1，角度θL2がコントローラ２１に入力され
る。さらにコントローラ２１には軌跡制御レバー３１が
接続され、軌跡制御信号が入力される。

【００１４】さらに、コントローラ２１には初期値設定
ボタン２５が接続され、このボタン２５が押された時の
θ1，θ2，θ3の値を取込んでアーム先端部５の初期作
業半径Ｒｓを演算し、キャッチホーク１６をこの作業半
径に一致させる。なお後述するが、軌跡制御運転時に
は、この初期設定ボタン２５のオン後、軌跡制御レバー
３１が操作されるまでの間にアーム先端部５の作業半径
が変更されることがあり、この場合には、軌跡制御レバ
ー３１が操作されるまでの間、キャッチホーク１６の位
置はアーム先端部５の変動に追動される。

【００１５】コントローラ２１の出力側には流量制御弁
２８，２９が接続されている。この流量制御弁２８，２
９はそれぞれ、油圧シリンダ１７，１８に供給する圧油
を制御するもので、コントローラ２１からの出力信号に
したがって駆動される。

【００１６】次に、キャッチホーク制御装置の動作につ
いて図７のフローチャートを用いて説明する。まず、ス
テップＳ１において設定ボタン２５がＯＮされたかを判
定する。ボタン２５のＯＮが判定されるとステップＳ２
に進み、前述した計算方法にしがって作業半径Ｒを演算
し、この演算結果を初期作業半径Ｒｓとして記憶する。
その後ステップＳ３でＬAFを演算してステップＳ４に進
み、ステップＳ２，３でそれぞれ演算された初期作業半
径ＲｓとＬAFからθL1，θL2を演算し、この演算結果を
初期設定角度θL1ｓ，θL2ｓとして記憶する。次いで、
ステップＳ５で油圧シリンダ１７，１８の駆動を開始
し、ステップＳ６で、検出角度θL1，θL2がステップＳ
４で記憶したθL1ｓ，θL2ｓに等しいか否かを判定す
る。等しいと判定したときにステップＳ７で油圧シリン
ダ１７，１８を停止する。このようにして、第３アーム
４の先端部５の鉛直線とキャッチホーク１６の中心軸Ｉ
とが一致される。

【００１７】さらにその後、ステップＳ８で軌跡制御レ
バー３１が操作されたかを判定し、操作されたならばス
テップＳ９に進み、初期作業半径Ｒｓのアーム先端部５
が鉛直方向に降下するように、既知の方式で（たとえ
ば、特開平１−２７８６２３号公報）油圧シリンダ１
７，１８への圧油の供給を制御し、これにより、各アー
ム２，３を駆動して縦穴を掘削する。ステップＳ８で軌
跡制御レバー３１の操作が開始されていないと判定され
るときは、ステップＳ２〜ステップＳ７を繰り返し実行
し、上述したと同様にしてキャッチホーク１６の中心軸
をアーム先端部５の作業半径と一致させる作業を行な
う。ステップＳ９の軌跡制御運転時には作業半径が多少
変動するが、このときは、キャッチホーク１６は初期作
業半径Ｒｓに固定保持しておく。

【００１８】このように、軌跡制御運転中にキャッチホ
ーク１６を固定するのは次の理由による。軌跡制御運転
時の作業半径の変動はわずかであり、キャッチホーク１
６を追動させなくてもアースオーガ装置による掘削作業
に影響を与えないこと、および、追従させる場合には軌
跡制御演算と同時に上述した演算が必要となり、コント
ローラ２１の容量が大型化し好ましくないことが挙げら
れる。

【００１９】また、ステップＳ９が否定されるときにス
テップＳ２〜ステップＳ７を繰り返し実行することによ
り、次の効果がある。ボタン２５の操作により初期作業
半径Ｒｓを設定した後、軌跡制御レバー３１を操作する
までの間に、いずれかのアームを手動で操作して作業半
径が初期値からずれる場合があるが、この場合にキャッ
チホーク１６を作業半径の変動に追動させないと、オー
ガスクリューがキャッチホーク１６とぶつかり好ましく
ないからである。

【００２０】なお、軌跡制御レバー３１による自動運転
と、第１〜第３アーム操作レバー（図示せず）でオーガ
スクリューを鉛直方向に移動操作する手動運転とを選択
可能とすることもでき、手動運転時には、ボタン２５の
操作時に決定した初期作業半径Ｒｓに対してキャッチホ
ーク１６を固定したら、それ以降のアーム操作時にはキ
ャッチホーク１６の位置を変更させないほうが好まし
い。手動の場合には作業半径Ｒが大きく変動し易いの
で、キャッチホーク１６を固定しておき、その位置を目
安にオーガスクリューを降下させると運転が簡単にな
る。

【００２１】このように自動運転と手動運転とを選択可
能とする場合、軌跡制御レバー３１による自動運転と第
１〜第３アーム操作レバーによる手動運転を選択する選
択スイッチを設け、図８のフローチャートに示すよう
に、ステップＳ８が否定されたらステップＳ１１で自動
運転か手動運転かを判定し、手動運転と判定されるとリ
ターンに進み、自動運転が選択されていればステップＳ
２に進むように構成する。手動運転時にアーム先端部５
の作業半径を図１のＲからｒに変更する場合には、上記
選択スイッチを自動にして初期設定ボタン２５をオン操
作する。第１〜第３の操作レバーの操作により第３アー
ム先端部５の位置を変更すると、これに追従してキャッ
チホーク１６も移動し、キャッチホーク１６がアーム先
端部５に対応する位置に位置決めされる。位置決め終了
後、上記選択スイッチを手動に切換え、第１〜第３アー
ム操作レバーによりオーガスクリューを鉛直方向に移動
させる。

【００２２】また、軌跡制御自動運転機能を持たない作
業機械、すなわち、第１〜第３操作レバーだけでオーガ
スクリューを鉛直に移動させる手動運転専用機にも上述
したキャッチホーク装置２０を搭載できる。この場合、
上述のボタン２５をオンしている間だけ、アーム先端部
５の移動に追動してキャッチホーク１６を半径方向に移
動させるようにすれば、オーガスクリューによる掘削作
業中はキャッチホーク１６を固定して運転できる。な
お、軌跡制御自動運転中または手動でオーガスクリュー
を鉛直移動させる手動運転中のいずれの場合にも、常
時、キャッチホーク１６をアーム先端部５の動きに追従
させるようにしてもよい。

【００２３】次に、図９により、キャッチホーク１６を
アーム先端部５の移動に追従させる別方式を説明する。
まず、ステップＳ２１においてボタン２５がＯＮかを判
定する。次に、ステップＳ２２において、角度θ1，θ
2，θ3から先端部５と回転中心Ｈとの水平距離である作
業半径Ｒaを演算する。ステップＳ２３において、角度
θL1，θL2からキャッチホーク１６の軸心Ｉと回転中心
Ｈとの水平距離である作業半径Ｒbを演算する。そし
て、ステップ２４において、作業半径Ｒa＝作業半径Ｒb
であるか否かを判断し、キャッチホーク１６が所定の位
置に到達せず作業半径Ｒa≠作業半径Ｒbの場合は、ステ
ップ２５において油圧シリンダ１７，１８を駆動する。
一方、キャッチホーク１６が所定の位置に到達し作業半
径Ｒa＝作業半径Ｒbとなった場合は、ステップ２６にお
いて、油圧シリンダ１７，１８を停止する。以下、上述
と同様にステップＳ８、ステップＳ９を実行する。ステ
ップＳ８が否定されるときはステップＳ２２〜ステップ
Ｓ２６を繰り返し実行する。このような動作によって
も、先端部５の鉛直下方の位置にキャッチホーク１６を
位置決めできる。

【００２４】以上説明したように、これらの実施例にあ
っては、キャッチホーク保持装置１０を介してキャッチ
ホーク１６を作業機械本体１に離接可能に連結したか
ら、アーム先端部５の作業半径が変動するアーム式作業
機械にもリーダ式作業機械と同様なキャッチホークを装
着できる。また、キャッチホーク制御装置２０およびキ
ャッチホーク保持装置１０により、キャッチホーク１６
の位置決めを自動的に行うことができ、作業能率の向上
を図ることができる。特に、図１に示すように、作業半
径Ｒの位置で掘削した後、さらに作業半径ｒの位置で掘
削を行うように複数の掘削をする場合には、作業機械本
体１を移動せずに連続して掘削を行うことができるた
め、作業工程を大幅に短縮することができる。

【００２５】なお、以上の実施例において、アースオー
ガ装置６が作業用アタッチメントを、第１アーム２，第
２アーム３，第３アーム４がそれぞれアームを構成す
る。上記実施例においては、第１アーム２、第２アーム
３、第３アーム４の３つのアームが設けられているが、
少なくとも２つのアームがあれば掘削作業は可能であ
り、かかる場合にも本発明を適用することができる。ま
た、上記実施例においては、キャッチホーク保持装置と
してリンク１２，１３とレバー１４，１５とを有する平
行運動機構を採用しているが、これに限る必要はなく、
キャッチホーク１６を保持し移動できる機構であれば他
の機構でもよい。

【００２６】また以上では、オーガスクリューのキャッ
チホークについて説明したが、図１０に示すような地盤
改良用攪拌翼５１のキャッチホーク１６Ａとして同様に
適用できる。なお、図１０において、全体符号５０は地
盤改良攪拌装置を示し、符号５２は攪拌翼５１を先端に
保持して回転駆動するロッド、５３はロッド５２に回転
駆動力を与える駆動装置である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
キャッチホーク保持装置を介してキャッチホークを作業
機械本体に離接可能に連結したから、アーム先端部の作
業半径が変動するアーム式作業機械にもリーダ式作業機
械と同様なキャッチホークを装着できる。また、キャッ
チホーク制御装置およびキャッチホーク保持装置によ
り、キャッチホークの位置決めを自動的に行うことがで
き、作業能率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアーム式作業機械の一実施例を示
す正面図である。

【図２】本発明に係るアーム式作業機械の一実施例のキ
ャッチホーク保持装置を示す正面図である。

【図３】本発明に係るアーム式作業機械の一実施例のキ
ャッチホーク保持装置を示す上面図である。

【図４】本発明に係るアーム式作業機械の一実施例のキ
ャッチホーク保持装置を示す下面図である。

【図５】本発明に係るアーム式作業機械の座標系を示す
図である。

【図６】本発明に係るアーム式作業機械のキャッチホー
ク制御装置を示すブロック図である。

【図７】本発明に係るアーム式作業機械のキャッチホー
ク制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【図８】本発明に係るアーム式作業機械のキャッチホー
ク制御装置の動作の他の一例を示すフローチャートであ
る。

【図９】本発明に係るアーム式作業機械のキャッチホー
ク制御装置の動作のさらに他の一例を示すフローチャー
トである。

【図１０】本発明が適用される地盤改良攪拌装置を装着
したアーム式作業機械示す図である。

【図１１】従来のアーム式作業機械を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１ 作業機械本体 ２ 第１ア
ーム ３ 第２アーム ４ 第３ア
ーム ５ 先端部 ６ アース
オーガ装置 １０ キャッチホーク保持装置 １６ キャ
ッチホーク ２０ キャッチホーク制御装置 ２５ 初期
設定ボタン

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機械本体と、 この作業機械本体に設けられた複数の連結されたアーム
   と、 この連結されたアームの先端部に装着された作業用アタ
   ッチメントとを備えたアーム式作業機械において、 前記作業用アタッチメントをガイドするキャッチホーク
   と、 このキャッチホークを前記作業機械本体から延設させる
   とともに、作業機械本体に対するキャッチホークの水平
   方向位置を調節可能としたキャッチホーク保持装置と、 前記アーム先端部の作業機械本体に対する位置を検出
   し、前記キャッチホーク保持装置を駆動して、検出され
   たアーム先端部の位置に対応して前記キャッチホークの
   位置決めをするキャッチホーク制御装置とを備えたこと
   を特徴とするアーム式作業機械。