JP3681527B2 - ２ピースブーム型作業機の操作制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２ピースブームを含む多関節型のフロント作業装置を備えた２ピースブーム型作業機に係わり、特にフロント作業装置の姿勢の変更を容易にする２ピースブーム型作業機の操作制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に油圧ショベルはフロント作業機として、ブーム、アーム、バケット、旋回という４つの作業部材を有している。これらの作業部材はそれぞれのアクチュエータにより駆動され、これらのアクチュエータは操作レバーを動かすことによって操作される。
【０００３】
ところで、１本のレバーは前後方向及び左右方向に動かすことができ、同時に２つのアクチュエータを操作できるようになっている。このため、油圧ショベルにおいてはフロント作業機の３つのアクチュエータと旋回モータの合計４つのアクチュエータを操作するために２本の操作レバーを備えている。これらを手で操作することにより、４つのアクチュエータを同時に操作することができる。
【０００４】
また、走行を行うために右側及び左側の走行装置を駆動する２つのアクチュエータも有している。これらを操作するためにも２本の操作レバーを備えており、これらを両手で操作するようになっている。しかし、前述のようにフロントアクチュエータを操作している場合は両手がふさがっているため、走行装置用のレバー操作を行うことができない。このために、走行装置用の操作レバーについてはペダルが併設されており、両足でも２つの走行装置を操作できるようになっている。このようにして、油圧ショベルにおいては、両手・両足を使うことにより同時に６つのアクチュエータを操作して作業を行うことができる。
【０００５】
ところで、近年油圧ショベルの用途がさらに拡大し、作業範囲の拡大等により一層の作業性向上を求める声が強くなってきている。そのための新たなフロント構造を備えた作業機械として２ピースブーム型の油圧ショベルがある。これは、例えば実開昭６２−１７２７５２公報に示すように、ブームを第１ブームと第２ブームに分割し、第２ブームを第１ブームに対して上下方向に回動可能に取り付け、この第２ブームを動かし、第１ブームに対する第２ブームの取り付け角度を変更することにより作業範囲を拡大できるようにしたものである。
【０００６】
この２ピースブーム型の油圧ショベルでは、第２ブームのアクチュエータを操作するための新たな操作装置が必要となる。しかし、第２ブーム用に新たに操作装置を設けた場合、オペレータは合計７つのアクチュエータを５個の操作装置で操作することになる。前述のようにオペレータの両手・両足は従来の６つのアクチュエータを操作するためにふさがっている。このため、この第２ブームのアクチュエータを操作するためにはどれか他のアクチュエータの操作を止め、それにより空いた手もしくは足で第２ブーム用の操作装置を操作しなければならない。
【０００７】
ここで、第２ブーム用の操作装置として操作レバーを採用した場合、この第２ブームを操作するために他の１本の操作レバーの操作を止めることになり、このため２つのアクチュエータが操作ができなくなる。その結果、フロント作業装置の複合動作が不可能となり、その作業能率が大幅に減少する。このため、実機の２ピースブーム型油圧ショベルでは、第２ブーム用の操作装置としてペダルが採用されている。
【０００８】
また、特開平７−２４３２２３号公報には、上部旋回体と第２ブームを第１ブームにクロスする固定式のリンク機構（以下、適宜「固定リンク」という）で連結し、第１ブームの動作に合わせて第２ブームが連動動作する機構が提案されている。これは、上部旋回体と第２ブームを連結するリンクを第１ブームにクロスさせると、第１ブームを上げた時に取付角度が大きくなり、逆に第１ブームを下げたときに取付角度が小さくなることで、前後方向の作業範囲を小さくし上下方向の作業範囲を拡大しており、このため狭い場所での作業に適している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の２ピースブーム型の油圧ショベルにおいては、次のような問題がある。
【００１０】
従来一般の２ピースブーム型油圧ショベルは、第１ブームと第２ブームの取付角度を大きくすることで、車体から遠い場所での作業を行うことができ、また取付角度を小さくすることで車体近辺での作業を容易に行うことができることから、幅広い作業範囲をカバーすることができる。ところが、遠方の作業から近辺の作業へと連続的に作業をしようする場合、第１ブームとアームの他に第２ブームを操作する必要があり、３つのアクチュエータの複合操作となるため、第２ブーム用の操作ペダルも操作しなければならず、操作装置の操作が難しく不便である。
【００１１】
特開平７−２４３２２３号公報に記載のクロス型のリンク機構では、上記のように第１ブームの動作に合わせて第２ブームが連動動作するので、第２ブーム用の操作ペダルを操作する必要はない。しかし、リンク機構は固定であるため、フロントの作動形態は決められた一形態に限定されてしまう。
【００１２】
例えば、リンクを第１ブームに対してパラレルに連結した場合は、クロス型とは逆に第１ブームを上げた時に取付角度が小さくなり、第１ブームを下げた時に取り付け角度が大きくなることで、上下方向の作業範囲を小さくし前後方向の作業範囲を拡大しており、このため上方に障害物のある様な高さの制約のある現場に適している。
【００１３】
また、同じクロス型でも、第１ブームにリンクがクロスする角度（リンクの取付位置）を変えた場合は、第１ブームを上げた時に取付角度が増大する量と第１ブームを下げたときに取付角度が減少する量が変化し、作業範囲を変更できる。
【００１４】
特開平７−２４３２２３号公報のように固定式のリンク機構を採用した場合、ある限られた作業には有効である反面、他の作業においては適さない場合がある。また、リンク構造を作業内容によって変更することは大変な手間がかかり、実際上不可能である。
【００１５】
更に、第２ブームは第１ブームに連動して動くだけであるため、第２ブームは作業に合った任意の姿勢を取ることができない。
【００１６】
本発明の第１の目的は、固定式のリンク機構と同等の作業性を有し、作業内容に応じて任意のリンク構造を取ることができる２ピースブーム型作業機の操作制御装置を提供することである。
【００１７】
本発明の第２の目的は、固定式のリンク構造と同等の作業性を有し、作業内容に応じて任意のリンク構造を取ることができると共に、更に必要なときは各アクチュエータを個別に操作することのできる２ピースブーム型作業機の操作制御装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、上部旋回体に取り付けられた第１ブームと、この第１ブームに取り付けられた第２ブームと、この第２ブームに取り付けられたアームと、このアームに取り付けられた作業装置と、これら第１ブーム、第２ブーム、アーム及び作業装置を駆動する複数のアクチュエータを含むそれぞれの駆動装置とを有するフロント作業機を備えた２ピースブーム型作業機の操作制御装置において、前記上部旋回体を前記第２ブームに連結する１本の仮想的な固定リンクを複数種類設定すると共に、その仮想的な固定リンクの種類を前記複数種類の中から選択できる選択設定手段と、前記第１ブーム及び第２ブームの取付姿勢を検出する姿勢検出手段と、前記第１ブームの動作速度を推定する動作推定手段と、前記姿勢検出手段の出力と前記動作推定手段の出力とに基づいて、前記第２ブームの動きが、前記選択設定手段で選択設定された仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ実固定リンクで前記第２ブームを前記上部旋回体に連結した場合と同等の動きとなるように、前記第２ブームの駆動装置を制御する制御手段とを備えるものとする。
【００１９】
このように選択設定手段と動作推定手段と制御手段を設けることにより、制御手段の出力が第２ブームの駆動装置に与えられ、第２ブームが、第２ブームを上部旋回体に選択設定手段で設定された仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで連結した場合と同等の動きをするようになり、従来の固定式のリンク機構と同等の操作性及び作業性を確保できる。
【００２０】
（２）上記（１）において、本発明の２ピースブーム型作業機の操作制御装置は、好ましくは、前記制御手段の出力の有効・無効を切り換える切換手段を更に備える。
【００２１】
これにより切換手段で制御手段の出力を有効にした場合は、上記（１）で述べたように第２ブームを固定リンクによる場合と同等の動きとなるよう制御でき、切換手段で制御手段の出力を無効にした場合は、通常の２ピースブーム型作業機と同様に各アクチュエータを個別に操作することができる。
【００２２】
（３）ここで上記（１）において、前記動作推定手段は、例えば、前記第１ブーム用の操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、この操作量に基づいて前記第１ブームの回転角速度を演算する角速度演算手段とを有する。
【００２３】
（４）上記（１）において、前記動作推定手段は、前記第１ブームの角度位置を検出する角度検出手段と、この第１ブームの角度位置に基づいて前記第１ブームの回転角速度を演算する角速度演算手段とを有していてもよい。
【００２４】
（５）また、上記（１）において、前記動作推定手段は、前記第１ブームの駆動速度指令を演算する速度演算手段と、この第１ブームの駆動速度指令に基づいて前記第１ブームの回転角速度を演算する角速度演算手段とを有していてもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図４により説明する。
【００２６】
図１において、本発明が係わる２ピースブーム型作業機は、上部旋回体１とフロント作業機２とを有し、フロント作業機２は、上部旋回体１に上下方向に回動可能に取り付けられた第１ブーム３、第１ブーム３に上下方向に回動可能に取り付けられた第２ブーム４、第２ブーム４に上下方向に回動可能に取り付けられたアーム５、アーム５に取り付けられた作業装置（アタッチメント）であるバケット６とで構成されており、第１ブーム３、第２ブーム４、アーム５、バケット６はそれぞれ、第１ブームシリンダ７、第２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により駆動される。
【００２７】
第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８はそれぞれ油圧ポンプ１２から供給される圧油により駆動され、第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８に供給される圧油の流れ方向及び流量は方向切換弁１３，１４により制御される。方向切換弁１３，１４は電磁操作式の弁であり、指令信号（電流）によってそれらの位置及び開口面積が調整される。
【００２８】
第１ブーム３と第２ブーム４はそれぞれ操作装置として操作レバー２０と操作ペダル２１が設けられ、その操作量Ｐ1，Ｐ2がポテンショメータ２２，２３によって検出される。また、第１ブーム３と第２ブーム４のリンクピン位置（回動中心）には、ポテンショメータ２４，２５が設けられており、それぞれの角度位置θ1，θ2を検出し信号を出力する。
【００２９】
２６はオペレータの近傍に設けられた仮想リンク設定器であり、オペレータの操作によりクロス１、クロス２、パラレルの３位置が選択できると共に、この３位置のそれぞれに対応して図２（ａ），図２（ｂ）及び図２（ｃ）に破線で示すように上部旋回体１と第２ブーム２を連結する仮想的な固定リンクＬcの取付位置を設定し、その設定値であるＬa，Ｌb，ψa，ψb（後述）を出力する。
【００３０】
第１ブーム用の操作レバー２０の上部にはスイッチ２７が設けられ、その操作状態は信号ＳＩＧとして出力される。
【００３１】
ポテンショメータ２２，２３，２４，２５、仮想リンク設定器２６及びスイッチ２７からの信号は制御装置３０に入力され、この制御装置３０から方向切換弁１３，１４に指令信号（電流）が出力される。
【００３２】
制御装置３０の処理機能を図３に機能ブロック図で示す。
【００３３】
制御装置３０は、第１ブーム速度演算部３１ａ、第２ブーム速度演算部３１ｂ、第１ブーム角速度演算部３２ａ、第２ブーム角速度演算部３２ｂ、第１ブーム制御速度演算部３３ａ、第２ブーム制御速度演算部３３ｂ、信号切換部３４、出力部３５ａ，３６ａ，３５ｂ，３６ｂの各機能を有している。
【００３４】
第１ブーム、第２ブームの速度演算部３１ａ，３１ｂは、操作レバー２０、操作ペダル２１の操作量Ｐ1，Ｐ2に応じた速度指令Ｖ1a，Ｖ2aを、例えば下記の式から演算する。
【００３５】
Ｖ1a＝Ｋ1a・Ｐ1 （Ｋ1a：係数）
Ｖ2a＝Ｋ2a・Ｐ2 （Ｋ2a：係数）
スイッチ２７が操作されない場合、信号ＳＩＧは有効となっておらず、信号切換部３４は図示される状態となっている。このため、速度演算部３１ａ，３１ｂの演算値Ｖ1a，Ｖ2aが第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８の駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iとして選択される。
【００３６】
出力部３５ａ〜３６ｂは、信号切換部３４で選択された駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iから方向切換弁１３，１４への指令信号（電流）を生成し、方向切換弁１３，１４のソレノイド部１３ａ〜１４ｂに出力する。
【００３７】
これにより、第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８の駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iは操作レバー２０と操作ペダル２１の操作量Ｐ1，Ｐ2応じたものとなるため、オペレータは操作レバー２０、操作ペダル２１を操作することによって、第１ブーム３、第２ブーム４を自由に回動操作することができる。
【００３８】
第１ブーム角速度演算部３２ａは操作レバー２０の操作量Ｐ1から第１ブーム３の角速度指令ｄθ1を下記の式から算出する。
【００３９】
ｄθ1＝Ｋ1b・Ｐ1 （Ｋ1b：係数）
第２ブーム角速度演算部３２ｂは、第１ブーム１と第２ブーム２の角度位置θ1，θ2、第１ブーム３の角速度指令ｄθ1、仮想リンク設定器２６で設定された設定値Ｌa，Ｌb，ψa，ψbと予め記憶しておいた第１ブーム３のリンクピン間長さＬ1から、下記の式より第２ブーム４の角速度指令ｄθ2を算出する。
【００４０】
【数１】
【００４１】
この式（１）は、第１ブーム３の角速度指令ｄθ1により第２ブーム４を仮想リンク設定器２６で設定された設定値を持つ固定リンクによる場合と同様の動きをさせるものである。
【００４２】
制御速度演算部３３ａ，３３ｂはそれぞれの角速度ｄθ1，ｄθ2と角度位置θ1，θ2から下記の式より第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８を駆動するため速度指令Ｖ1b，Ｖ2bを算出する。
【００４３】
【数２】
【００４４】
【数３】
【００４５】
いま、スイッチ２７が操作され信号ＳＩＧが有効になると、その信号ＳＩＧは信号切換部３４に伝えられ、信号切換部３４は、制御速度演算部３３ａ，３３ｂによって演算された速度指令Ｖ1b，Ｖ2bを駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iとして選択する。
【００４６】
これにより、操作レバー２０を操作することで、第１ブーム３が回動し、同時に第２ブーム４も第１ブーム３の回動速度に応じて回動する。この時の第２ブーム４の動きは、仮想リンク設定器２６で設定された仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで上部旋回体１を第２ブーム４に結合した場合と同等の動きとなる。
【００４７】
第２ブーム角速度演算部３２ｂでの式（１）の導出方法を図２（ａ）を用いて説明する。式（１）は第１ブーム３の角速度指令ｄθ1により第２ブーム４を固定リンクの場合と同様の動きをさせるものである。
【００４８】
図２（ａ）において、長さＬ1の第１ブームと長さＬcの固定リンクで構成される４角形を考えると、以下の関係が成り立つ。
【００４９】
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の各式を式（Ｄ）に代入して、
式（Ｅ）を時間微分し、β1＝ｄφ1／ｄｔ β2＝ｄφ2／ｄｔ とおくと、
よって、
【００５０】
【数４】
【００５１】
これにより、固定リンクと同じ動きを行うためには、角度φ1とφ2が、式（Ｇ）を満たす角速度β1及びβ2で変化すれば良いことが分かる。
【００５２】
ここで、
φ1＝−θ1＋ψa …（Ｈ）
φ2＝ θ2＋ψb …（Ｉ）
であるから、式（Ｈ）と式（Ｉ）を時間微分して、γ1＝ｄθ1／ｄｔ γ2＝ｄθ2／ｄｔとおくと、
β1＝−γ1 …（Ｊ）
β2＝ γ2 …（Ｋ）
式（Ｈ）（Ｉ）（Ｊ）（Ｋ）を式（Ｇ）に代入して、
【００５３】
【数５】
【００５４】
この式（Ｍ）は上記式（１）に相当する。
【００５５】
よって、第１ブーム３と第２ブーム４の回動角速度を式（１）の関係にすれば、第２ブーム４は固定リンクの場合と同様の動きをすることになる。
【００５６】
制御速度演算部３３ａ，３３ｂでの式（２）及び式（３）の導出方法を図４（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。
【００５７】
長さＡとＢの２つ部材と長さＳの油圧シリンダで構成される３角形を考え、シリンダの対角をＣとすると、
Ｓ2＝Ａ2＋Ｂ2−２ＡＢＣcosＣ
この式を時間微分すると、
２Ｓ・ｄＳ＝２ＡＢsinＣ・ｄＣ
よって、
ｄＳ＝ＡＢsinＣ／Ｓ ｄＣ
これにより、角速度ｄＣからシリンダ速度ｄＳを算出できることが分かる。
【００５８】
ここで、本実施形態の第１ブーム３においては、図４（ａ）に示すように、
Ｃ1＝θ1＋ψ21 （ψ21：部材の構造で決まる一定角度）
であるから、
ｄＣ1＝ｄθ1
sinＣ1＝sin（θ1＋ψ21）
cosＣ1＝cos（θ1＋ψ21）
また、シリンダ速度ｄＳ1＝Ｖ1bであるから、
【００５９】
【数６】
【００６０】
よって、
【００６１】
【数２】
【００６２】
また、第２ブーム４においては図４（ｂ）に示すように、
Ｃ2＋θ2＋ψ12＋ψ22＝３６０（deg）
（ψ12，ψ22：部材の構造で決まる一定角度）
であるから、
ｄＣ2＝−ｄθ2
sinＣ2＝sin（３６０−θ2−ψ12−ψ22）＝−sin（θ2＋ψ12＋ψ22）
cosＣ2＝cos（３６０−θ2−ψ12−ψ22＝cos（θ2＋ψ12＋ψ22）
また、シリンダ速度ｄＳ2＝Ｖ2bであるから、
【００６３】
【数７】
【００６４】
よって、
【００６５】
【数３】
【００６６】
以上のように構成した本実施形態においては、スイッチ２７を操作（ＯＮ）し信号ＳＩＧを有効にすると、信号切換部３４は、制御速度演算部３３ａ，３３ｂによって演算された速度指令Ｖ1b，Ｖ2bを駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iとして選択する。このため操作レバー２０を操作することで、第１ブーム３が回動すると共に、第２ブーム４も第１ブーム３の回動速度に応じて回動し、この時の第２ブーム４の動きは、仮想リンク設定器２６で設定された仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで上部旋回体１を第２ブーム４に結合した場合と同等の動きとなる。
【００６７】
即ち、仮想リンク設定器２６で図２（ａ）のクロス１が選択されていれば、第２ブーム４の動きは、クロス１の仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで上部旋回体１を第２ブーム４に結合した場合と同等の動きとなり、仮想リンク設定器２６で図２（ｂ）のクロス２が選択されていれば、第２ブーム４の動きは、クロス２の仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで上部旋回体１を第２ブーム４に結合した場合と同等の動きとなり、仮想リンク設定器２６で図２（ｃ）のパラレルが選択されていれば、第２ブーム４の動きは、パラレルの仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで上部旋回体１を第２ブーム４に結合した場合と同等の動きとなる。
【００６８】
スイッチ２７を操作しない（ＯＮにしない）場合は、信号ＳＩＧは有効となっておらず、信号切換部３４は図示される状態となっている。このため、速度演算部３１ａ，３１ｂの演算値Ｖ1a，Ｖ2aが第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８の駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iとして選択され、通常の２ピースブーム型油圧ショベルと同様に各アクチュエータを個別に操作することができる。
【００６９】
以上のように本実施形態によれば、スイッチ２７の操作によって第１ブームに連動して第２ブームが動くと共に、上部旋回体に第２ブームを固定式のリンクで連結した場合と同様の動きをさせることができ、固定式のリンクと同等の操作性及び作業性を確保できる。
【００７０】
また、仮想リンク設定器２６の位置の切換により仮想的な固定リンクの取付位置を任意に変更・設定できるため、幅広い作業に適用することができる。
【００７１】
更に、スイッチ２７をＯＦＦにしておくことで、通常の２ピースブーム型油圧ショベルと同様に各アクチュエータを個別に操作することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では位置検出手段としてリンクピン位置にポテンショメータ２２，２３取り付けたが、第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８の各油圧シリンダのストロークを検出し、演算により角度位置を算出してもよい。
【００７３】
本発明の第２の実施形態を図５により説明する。第１の実施形態では、第２ブーム４の角速度指令ｄθ2は演算された第１ブーム３の角速度指令ｄθ1を用いて算出したが、本実施形態は第１ブーム３の実際の角速度を用いて同様の効果を得るものである。図５中、図２に示す機能と同等のものには同じ符号を付している。
【００７４】
図５において、制御装置３０Ａは微分演算部３７を有し、この演算部３７で、検出された第１ブーム１の角度位置θ1を微分することによって実際の角速度ｄθ1rを算出する。この信号をもとに、第２ブーム角速度演算部３２ｂでは、第１の実施形態で示した（１）式と同じ関係より、下記の式により第２ブームの角速度指令ｄθ2を算出する。
【００７５】
【数８】
【００７６】
制御装置３０Ａにて制御された状態では、ｄθ1r＝ｄθ1であり、そのほかの部分は、第１の実施形態と同様となっている。このため、この実施形態も第１の実施形態と同様に作動し、同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、本実施形態では、角速度を算出するために、角度位置を微分するという方法を用いたが、エンコーダ等で直接角速度を検出してもよい。
【００７８】
本発明の第３及び第４の実施形態を図６及び図７により説明する。上記第１及び第２の実施形態では、第１ブームと第２ブーム用の駆動速度指令を共に切り換える方法を示したが、本実施形態は第２ブーム用の駆動速度指令だけを切り換えるものである。
【００７９】
図６において、制御装置３０Ｂは信号切換部３４Ｂを有し、第１ブーム用の速度演算部３１ａは、第１・第２の実施例でＶ1aと表記された速度指令値を信号切換部３４Ｂを介すこと無く、そのまま駆動速度指令Ｖ1iとして出力する。
【００８０】
信号切換部３４Ｂはスイッチ２７からの出力信号ＳＩＧによって、第２ブーム用の速度演算値Ｖ2aとＶ2bのみを切換選択して駆動速度指令Ｖ2iを出力する。
【００８１】
これにより、第１及び第２の実施形態においては、操作レバー２０の操作がスイッチ２７の非操作時には第１ブーム３のシリンダ速度を指示し、スイッチ２７の操作時には第１ブーム３の回転角速度を指示していたのに対して、本実施形態ではスイッチ２７の操作に係わらず第１ブーム３のシリンダ速度を指示するようになる。このため、スイッチ２７の操作による操作感の相違を無くすことができる。
【００８２】
また、第１の実施形態にあった、操作レバー２０の操作量Ｐ1から第１ブームの角速度指令ｄθ1を演算する角速度演算部３２ａ（図３参照）が無くなり、代わりに第１ブーム用の制御速度演算部３３ａが第１ブーム用の速度演算部３１ａの出力Ｖ1iと第１ブームの位置角度θ1から、第１の実施形態で示した（２）式の関係を用いて下記の式によりシリンダ速度Ｖ1iに相当する角速度ｄθ1を逆算し、出力する。
【００８３】
【数９】
【００８４】
図６は図４に示した第２の実施形態において、図５に示した実施形態と同様に第２ブーム用の駆動速度指令だけを切り換えるようにしたものである。第２の実施形態と比較して角速度演算部３２ａと制御速度演算部３３ａが不要となり、より簡素な構造とすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、第１ブームに連動して第２ブームを動かすことができかつこのときの第２ブームの動きを第２のブームを上部旋回体に固定式のリンクで連結した場合と同等に制御できるため、固定式のリンクと同等の操作性及び作業性を確保できる。
【００８６】
また、選択設定手段により仮想的な固定リンクの取付位置を任意に変更・設定できるため、幅広い作業に適用することができる。
【００８７】
更に、本発明によれば、切換手段を操作しないことで、通常の２ピースブーム型油圧ショベルと同様に各アクチュエータを個別に操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による２ピースブーム型作業機の操作制御装置を２ピースブーム型作業機と共に示す図である。
【図２】仮想的な固定リンクの原理を説明する図である。
【図３】制御装置の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図４】（ａ）第１ブームシリンダの取付状態を示す図であり、（ｂ）は第２ブームシリンダの取付状態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による制御装置の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による制御装置の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態による制御装置の処理内容を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１ 上部旋回体
２ フロント作業機
３ 第１ブーム
４ 第２ブーム
５ アーム
６ バケット
７ 第１ブームシリンダ
８ 第２ブームシリンダ
１２ 油圧ポンプ
１３，１４ 方向切換弁
２０ 操作レバー
２１ 操作ペダル
２２〜２５ ポテンショメータ
２６ 仮想リンク設定器
２７ スイッチ
３０ 制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、２ピースブームを含む多関節型のフロント作業装置を備えた２ピースブーム型作業機に係わり、特にフロント作業装置の姿勢の変更を容易にする２ピースブーム型作業機の操作制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に油圧ショベルはフロント作業機として、ブーム、アーム、バケット、旋回という４つの作業部材を有している。これらの作業部材はそれぞれのアクチュエータにより駆動され、これらのアクチュエータは操作レバーを動かすことによって操作される。
【０００３】
ところで、１本のレバーは前後方向及び左右方向に動かすことができ、同時に２つのアクチュエータを操作できるようになっている。このため、油圧ショベルにおいてはフロント作業機の３つのアクチュエータと旋回モータの合計４つのアクチュエータを操作するために２本の操作レバーを備えている。これらを手で操作することにより、４つのアクチュエータを同時に操作することができる。
【０００４】
また、走行を行うために右側及び左側の走行装置を駆動する２つのアクチュエータも有している。これらを操作するためにも２本の操作レバーを備えており、これらを両手で操作するようになっている。しかし、前述のようにフロントアクチュエータを操作している場合は両手がふさがっているため、走行装置用のレバー操作を行うことができない。このために、走行装置用の操作レバーについてはペダルが併設されており、両足でも２つの走行装置を操作できるようになっている。このようにして、油圧ショベルにおいては、両手・両足を使うことにより同時に６つのアクチュエータを操作して作業を行うことができる。
【０００５】
ところで、近年油圧ショベルの用途がさらに拡大し、作業範囲の拡大等により一層の作業性向上を求める声が強くなってきている。そのための新たなフロント構造を備えた作業機械として２ピースブーム型の油圧ショベルがある。これは、例えば実開昭６２−１７２７５２公報に示すように、ブームを第１ブームと第２ブームに分割し、第２ブームを第１ブームに対して上下方向に回動可能に取り付け、この第２ブームを動かし、第１ブームに対する第２ブームの取り付け角度を変更することにより作業範囲を拡大できるようにしたものである。
【０００６】
この２ピースブーム型の油圧ショベルでは、第２ブームのアクチュエータを操作するための新たな操作装置が必要となる。しかし、第２ブーム用に新たに操作装置を設けた場合、オペレータは合計７つのアクチュエータを５個の操作装置で操作することになる。前述のようにオペレータの両手・両足は従来の６つのアクチュエータを操作するためにふさがっている。このため、この第２ブームのアクチュエータを操作するためにはどれか他のアクチュエータの操作を止め、それにより空いた手もしくは足で第２ブーム用の操作装置を操作しなければならない。
【０００７】
ここで、第２ブーム用の操作装置として操作レバーを採用した場合、この第２ブームを操作するために他の１本の操作レバーの操作を止めることになり、このため２つのアクチュエータが操作ができなくなる。その結果、フロント作業装置の複合動作が不可能となり、その作業能率が大幅に減少する。このため、実機の２ピースブーム型油圧ショベルでは、第２ブーム用の操作装置としてペダルが採用されている。
【０００８】
また、特開平７−２４３２２３号公報には、上部旋回体と第２ブームを第１ブームにクロスする固定式のリンク機構（以下、適宜「固定リンク」という）で連結し、第１ブームの動作に合わせて第２ブームが連動動作する機構が提案されている。これは、上部旋回体と第２ブームを連結するリンクを第１ブームにクロスさせると、第１ブームを上げた時に取付角度が大きくなり、逆に第１ブームを下げたときに取付角度が小さくなることで、前後方向の作業範囲を小さくし上下方向の作業範囲を拡大しており、このため狭い場所での作業に適している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の２ピースブーム型の油圧ショベルにおいては、次のような問題がある。
【００１０】
従来一般の２ピースブーム型油圧ショベルは、第１ブームと第２ブームの取付角度を大きくすることで、車体から遠い場所での作業を行うことができ、また取付角度を小さくすることで車体近辺での作業を容易に行うことができることから、幅広い作業範囲をカバーすることができる。ところが、遠方の作業から近辺の作業へと連続的に作業をしようする場合、第１ブームとアームの他に第２ブームを操作する必要があり、３つのアクチュエータの複合操作となるため、第２ブーム用の操作ペダルも操作しなければならず、操作装置の操作が難しく不便である。
【００１１】
特開平７−２４３２２３号公報に記載のクロス型のリンク機構では、上記のように第１ブームの動作に合わせて第２ブームが連動動作するので、第２ブーム用の操作ペダルを操作する必要はない。しかし、リンク機構は固定であるため、フロントの作動形態は決められた一形態に限定されてしまう。
【００１２】
例えば、リンクを第１ブームに対してパラレルに連結した場合は、クロス型とは逆に第１ブームを上げた時に取付角度が小さくなり、第１ブームを下げた時に取り付け角度が大きくなることで、上下方向の作業範囲を小さくし前後方向の作業範囲を拡大しており、このため上方に障害物のある様な高さの制約のある現場に適している。
【００１３】
また、同じクロス型でも、第１ブームにリンクがクロスする角度（リンクの取付位置）を変えた場合は、第１ブームを上げた時に取付角度が増大する量と第１ブームを下げたときに取付角度が減少する量が変化し、作業範囲を変更できる。
【００１４】
特開平７−２４３２２３号公報のように固定式のリンク機構を採用した場合、ある限られた作業には有効である反面、他の作業においては適さない場合がある。また、リンク構造を作業内容によって変更することは大変な手間がかかり、実際上不可能である。
【００１５】
更に、第２ブームは第１ブームに連動して動くだけであるため、第２ブームは作業に合った任意の姿勢を取ることができない。
【００１６】
本発明の第１の目的は、固定式のリンク機構と同等の作業性を有し、作業内容に応じて任意のリンク構造を取ることができる２ピースブーム型作業機の操作制御装置を提供することである。
【００１７】
本発明の第２の目的は、固定式のリンク構造と同等の作業性を有し、作業内容に応じて任意のリンク構造を取ることができると共に、更に必要なときは各アクチュエータを個別に操作することのできる２ピースブーム型作業機の操作制御装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、上部旋回体に取り付けられた第１ブームと、この第１ブームに取り付けられた第２ブームと、この第２ブームに取り付けられたアームと、このアームに取り付けられた作業装置と、これら第１ブーム、第２ブーム、アーム及び作業装置を駆動する複数のアクチュエータを含むそれぞれの駆動装置とを有するフロント作業機を備えた２ピースブーム型作業機の操作制御装置において、前記上部旋回体を前記第２ブームに連結する１本の仮想的な固定リンクを複数種類設定すると共に、その仮想的な固定リンクの種類を前記複数種類の中から選択できる選択設定手段と、前記第１ブーム及び第２ブームの取付姿勢を検出する姿勢検出手段と、前記第１ブームの動作速度を推定する動作推定手段と、前記姿勢検出手段の出力と前記動作推定手段の出力とに基づいて、前記第２ブームの動きが、前記選択設定手段で選択設定された仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ実固定リンクで前記第２ブームを前記上部旋回体に連結した場合と同等の動きとなるように、前記第２ブームの駆動装置を制御する制御手段とを備えるものとする。
【００１９】
このように選択設定手段と動作推定手段と制御手段を設けることにより、制御手段の出力が第２ブームの駆動装置に与えられ、第２ブームが、第２ブームを上部旋回体に選択設定手段で設定された仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで連結した場合と同等の動きをするようになり、従来の固定式のリンク機構と同等の操作性及び作業性を確保できる。
【００２０】
（２）上記（１）において、本発明の２ピースブーム型作業機の操作制御装置は、好ましくは、前記制御手段の出力の有効・無効を切り換える切換手段を更に備える。
【００２１】
これにより切換手段で制御手段の出力を有効にした場合は、上記（１）で述べたように第２ブームを固定リンクによる場合と同等の動きとなるよう制御でき、切換手段で制御手段の出力を無効にした場合は、通常の２ピースブーム型作業機と同様に各アクチュエータを個別に操作することができる。
【００２２】
（３）ここで上記（１）において、前記動作推定手段は、例えば、前記第１ブーム用の操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、この操作量に基づいて前記第１ブームの回転角速度を演算する角速度演算手段とを有する。
【００２３】
（４）上記（１）において、前記動作推定手段は、前記第１ブームの角度位置を検出する角度検出手段と、この第１ブームの角度位置に基づいて前記第１ブームの回転角速度を演算する角速度演算手段とを有していてもよい。
【００２４】
（５）また、上記（１）において、前記動作推定手段は、前記第１ブームの駆動速度指令を演算する速度演算手段と、この第１ブームの駆動速度指令に基づいて前記第１ブームの回転角速度を演算する角速度演算手段とを有していてもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図４により説明する。
【００２６】
図１において、本発明が係わる２ピースブーム型作業機は、上部旋回体１とフロント作業機２とを有し、フロント作業機２は、上部旋回体１に上下方向に回動可能に取り付けられた第１ブーム３、第１ブーム３に上下方向に回動可能に取り付けられた第２ブーム４、第２ブーム４に上下方向に回動可能に取り付けられたアーム５、アーム５に取り付けられた作業装置（アタッチメント）であるバケット６とで構成されており、第１ブーム３、第２ブーム４、アーム５、バケット６はそれぞれ、第１ブームシリンダ７、第２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により駆動される。
【００２７】
第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８はそれぞれ油圧ポンプ１２から供給される圧油により駆動され、第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８に供給される圧油の流れ方向及び流量は方向切換弁１３，１４により制御される。方向切換弁１３，１４は電磁操作式の弁であり、指令信号（電流）によってそれらの位置及び開口面積が調整される。
【００２８】
第１ブーム３と第２ブーム４はそれぞれ操作装置として操作レバー２０と操作ペダル２１が設けられ、その操作量Ｐ1，Ｐ2がポテンショメータ２２，２３によって検出される。また、第１ブーム３と第２ブーム４のリンクピン位置（回動中心）には、ポテンショメータ２４，２５が設けられており、それぞれの角度位置θ1，θ2を検出し信号を出力する。
【００２９】
２６はオペレータの近傍に設けられた仮想リンク設定器であり、オペレータの操作によりクロス１、クロス２、パラレルの３位置が選択できると共に、この３位置のそれぞれに対応して図２（ａ），図２（ｂ）及び図２（ｃ）に破線で示すように上部旋回体１と第２ブーム２を連結する仮想的な固定リンクＬcの取付位置を設定し、その設定値であるＬa，Ｌb，ψa，ψb（後述）を出力する。
【００３０】
第１ブーム用の操作レバー２０の上部にはスイッチ２７が設けられ、その操作状態は信号ＳＩＧとして出力される。
【００３１】
ポテンショメータ２２，２３，２４，２５、仮想リンク設定器２６及びスイッチ２７からの信号は制御装置３０に入力され、この制御装置３０から方向切換弁１３，１４に指令信号（電流）が出力される。
【００３２】
制御装置３０の処理機能を図３に機能ブロック図で示す。
【００３３】
制御装置３０は、第１ブーム速度演算部３１ａ、第２ブーム速度演算部３１ｂ、第１ブーム角速度演算部３２ａ、第２ブーム角速度演算部３２ｂ、第１ブーム制御速度演算部３３ａ、第２ブーム制御速度演算部３３ｂ、信号切換部３４、出力部３５ａ，３６ａ，３５ｂ，３６ｂの各機能を有している。
【００３４】
第１ブーム、第２ブームの速度演算部３１ａ，３１ｂは、操作レバー２０、操作ペダル２１の操作量Ｐ1，Ｐ2に応じた速度指令Ｖ1a，Ｖ2aを、例えば下記の式から演算する。
【００３５】
Ｖ1a＝Ｋ1a・Ｐ1 （Ｋ1a：係数）
Ｖ2a＝Ｋ2a・Ｐ2 （Ｋ2a：係数）
スイッチ２７が操作されない場合、信号ＳＩＧは有効となっておらず、信号切換部３４は図示される状態となっている。このため、速度演算部３１ａ，３１ｂの演算値Ｖ1a，Ｖ2aが第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８の駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iとして選択される。
【００３６】
出力部３５ａ〜３６ｂは、信号切換部３４で選択された駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iから方向切換弁１３，１４への指令信号（電流）を生成し、方向切換弁１３，１４のソレノイド部１３ａ〜１４ｂに出力する。
【００３７】
これにより、第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８の駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iは操作レバー２０と操作ペダル２１の操作量Ｐ1，Ｐ2応じたものとなるため、オペレータは操作レバー２０、操作ペダル２１を操作することによって、第１ブーム３、第２ブーム４を自由に回動操作することができる。
【００３８】
第１ブーム角速度演算部３２ａは操作レバー２０の操作量Ｐ1から第１ブーム３の角速度指令ｄθ1を下記の式から算出する。
【００３９】
ｄθ1＝Ｋ1b・Ｐ1 （Ｋ1b：係数）
第２ブーム角速度演算部３２ｂは、第１ブーム１と第２ブーム２の角度位置θ1，θ2、第１ブーム３の角速度指令ｄθ1、仮想リンク設定器２６で設定された設定値Ｌa，Ｌb，ψa，ψbと予め記憶しておいた第１ブーム３のリンクピン間長さＬ1から、下記の式より第２ブーム４の角速度指令ｄθ2を算出する。
【００４０】
【数１】
この式（１）は、第１ブーム３の角速度指令ｄθ1により第２ブーム４を仮想リンク設定器２６で設定された設定値を持つ固定リンクによる場合と同様の動きをさせるものである。
【００４２】
制御速度演算部３３ａ，３３ｂはそれぞれの角速度ｄθ1，ｄθ2と角度位置θ1，θ2から下記の式より第１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８を駆動するため速度指令Ｖ1b，Ｖ2bを算出する。
【００４３】
【数２】
【数３】
いま、スイッチ２７が操作され信号ＳＩＧが有効になると、その信号ＳＩＧは信号切換部３４に伝えられ、信号切換部３４は、制御速度演算部３３ａ，３３ｂによって演算された速度指令Ｖ1b，Ｖ2bを駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iとして選択する。
【００４６】
これにより、操作レバー２０を操作することで、第１ブーム３が回動し、同時に第２ブーム４も第１ブーム３の回動速度に応じて回動する。この時の第２ブーム４の動きは、仮想リンク設定器２６で設定された仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで上部旋回体１を第２ブーム４に結合した場合と同等の動きとなる。
【００４７】
第２ブーム角速度演算部３２ｂでの式（１）の導出方法を図２（ａ）を用いて説明する。式（１）は第１ブーム３の角速度指令ｄθ1により第２ブーム４を固定リンクの場合と同様の動きをさせるものである。
【００４８】
図２（ａ）において、長さＬ1の第１ブームと長さＬcの固定リンクで構成される４角形を考えると、以下の関係が成り立つ。
【００４９】
【００５０】
【数４】
これにより、固定リンクと同じ動きを行うためには、角度φ1とφ2が、式（Ｇ）を満たす角速度β1及びβ2で変化すれば良いことが分かる。
【００５２】
ここで、
φ1＝−θ1＋ψa …（Ｈ）
φ2＝ θ2＋ψb …（Ｉ）
であるから、式（Ｈ）と式（Ｉ）を時間微分して、γ1＝ｄθ1／ｄｔ γ2＝ｄθ2／ｄｔとおくと、
β1＝−γ1 …（Ｊ）
β2＝ γ2 …（Ｋ）
式（Ｈ）（Ｉ）（Ｊ）（Ｋ）を式（Ｇ）に代入して、
【００５３】
【数５】
この式（Ｍ）は上記式（１）に相当する。
【００５５】
よって、第１ブーム３と第２ブーム４の回動角速度を式（１）の関係にすれば、第２ブーム４は固定リンクの場合と同様の動きをすることになる。
【００５６】
制御速度演算部３３ａ，３３ｂでの式（２）及び式（３）の導出方法を図４（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。
【００５７】
長さＡとＢの２つ部材と長さＳの油圧シリンダで構成される３角形を考え、シリンダの対角をＣとすると、
Ｓ2＝Ａ2＋Ｂ2−２ＡＢＣcosＣ
この式を時間微分すると、
２Ｓ・ｄＳ＝２ＡＢsinＣ・ｄＣ
よって、
ｄＳ＝ＡＢsinＣ／Ｓ ｄＣ
これにより、角速度ｄＣからシリンダ速度ｄＳを算出できることが分かる。
【００５８】
ここで、本実施形態の第１ブーム３においては、図４（ａ）に示すように、
Ｃ1＝θ1＋ψ21 （ψ21：部材の構造で決まる一定角度）
であるから、
ｄＣ1＝ｄθ1
sinＣ1＝sin（θ1＋ψ21）
cosＣ1＝cos（θ1＋ψ21）
また、シリンダ速度ｄＳ1＝Ｖ1bであるから、
【００５９】
【数６】
よって、
【００６１】
【数２】
また、第２ブーム４においては図４（ｂ）に示すように、
Ｃ2＋θ2＋ψ12＋ψ22＝３６０（deg）
（ψ12，ψ22：部材の構造で決まる一定角度）
であるから、
ｄＣ2＝−ｄθ2
sinＣ2＝sin（３６０−θ2−ψ12−ψ22）＝−sin（θ2＋ψ12＋ψ22）
cosＣ2＝cos（３６０−θ2−ψ12−ψ22＝cos（θ2＋ψ12＋ψ22）
また、シリンダ速度ｄＳ2＝Ｖ2bであるから、
【００６３】
【数７】
よって、
【００６５】
【数３】
以上のように構成した本実施形態においては、スイッチ２７を操作（ＯＮ）し信号ＳＩＧを有効にすると、信号切換部３４は、制御速度演算部３３ａ，３３ｂによって演算された速度指令Ｖ1b，Ｖ2bを駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iとして選択する。このため操作レバー２０を操作することで、第１ブーム３が回動すると共に、第２ブーム４も第１ブーム３の回動速度に応じて回動し、この時の第２ブーム４の動きは、仮想リンク設定器２６で設定された仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで上部旋回体１を第２ブーム４に結合した場合と同等の動きとなる。
【００６７】
即ち、仮想リンク設定器２６で図２（ａ）のクロス１が選択されていれば、第２ブーム４の動きは、クロス１の仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで上部旋回体１を第２ブーム４に結合した場合と同等の動きとなり、仮想リンク設定器２６で図２（ｂ）のクロス２が選択されていれば、第２ブーム４の動きは、クロス２の仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで上部旋回体１を第２ブーム４に結合した場合と同等の動きとなり、仮想リンク設定器２６で図２（ｃ）のパラレルが選択されていれば、第２ブーム４の動きは、パラレルの仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ固定リンクで上部旋回体１を第２ブーム４に結合した場合と同等の動きとなる。
【００６８】
スイッチ２７を操作しない（ＯＮにしない）場合は、信号ＳＩＧは有効となっておらず、信号切換部３４は図示される状態となっている。このため、速度演算部３１ａ，３１ｂの演算値Ｖ1a，Ｖ2aが第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８の駆動速度指令Ｖ1i，Ｖ2iとして選択され、通常の２ピースブーム型油圧ショベルと同様に各アクチュエータを個別に操作することができる。
【００６９】
以上のように本実施形態によれば、スイッチ２７の操作によって第１ブームに連動して第２ブームが動くと共に、上部旋回体に第２ブームを固定式のリンクで連結した場合と同様の動きをさせることができ、固定式のリンクと同等の操作性及び作業性を確保できる。
【００７０】
また、仮想リンク設定器２６の位置の切換により仮想的な固定リンクの取付位置を任意に変更・設定できるため、幅広い作業に適用することができる。
【００７１】
更に、スイッチ２７をＯＦＦにしておくことで、通常の２ピースブーム型油圧ショベルと同様に各アクチュエータを個別に操作することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では位置検出手段としてリンクピン位置にポテンショメータ２２，２３取り付けたが、第１ブームシリンダ７及び第２ブームシリンダ８の各油圧シリンダのストロークを検出し、演算により角度位置を算出してもよい。
【００７３】
本発明の第２の実施形態を図５により説明する。第１の実施形態では、第２ブーム４の角速度指令ｄθ2は演算された第１ブーム３の角速度指令ｄθ1を用いて算出したが、本実施形態は第１ブーム３の実際の角速度を用いて同様の効果を得るものである。図５中、図２に示す機能と同等のものには同じ符号を付している。
【００７４】
図５において、制御装置３０Ａは微分演算部３７を有し、この演算部３７で、検出された第１ブーム１の角度位置θ1を微分することによって実際の角速度ｄθ1rを算出する。この信号をもとに、第２ブーム角速度演算部３２ｂでは、第１の実施形態で示した（１）式と同じ関係より、下記の式により第２ブームの角速度指令ｄθ2を算出する。
【００７５】
【数８】
制御装置３０Ａにて制御された状態では、ｄθ1r＝ｄθ1であり、そのほかの部分は、第１の実施形態と同様となっている。このため、この実施形態も第１の実施形態と同様に作動し、同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、本実施形態では、角速度を算出するために、角度位置を微分するという方法を用いたが、エンコーダ等で直接角速度を検出してもよい。
【００７８】
本発明の第３及び第４の実施形態を図６及び図７により説明する。上記第１及び第２の実施形態では、第１ブームと第２ブーム用の駆動速度指令を共に切り換える方法を示したが、本実施形態は第２ブーム用の駆動速度指令だけを切り換えるものである。
【００７９】
図６において、制御装置３０Ｂは信号切換部３４Ｂを有し、第１ブーム用の速度演算部３１ａは、第１・第２の実施例でＶ1aと表記された速度指令値を信号切換部３４Ｂを介すこと無く、そのまま駆動速度指令Ｖ1iとして出力する。
【００８０】
信号切換部３４Ｂはスイッチ２７からの出力信号ＳＩＧによって、第２ブーム用の速度演算値Ｖ2aとＶ2bのみを切換選択して駆動速度指令Ｖ2iを出力する。
【００８１】
これにより、第１及び第２の実施形態においては、操作レバー２０の操作がスイッチ２７の非操作時には第１ブーム３のシリンダ速度を指示し、スイッチ２７の操作時には第１ブーム３の回転角速度を指示していたのに対して、本実施形態ではスイッチ２７の操作に係わらず第１ブーム３のシリンダ速度を指示するようになる。このため、スイッチ２７の操作による操作感の相違を無くすことができる。
【００８２】
また、第１の実施形態にあった、操作レバー２０の操作量Ｐ1から第１ブームの角速度指令ｄθ1を演算する角速度演算部３２ａ（図３参照）が無くなり、代わりに第１ブーム用の制御速度演算部３３ａが第１ブーム用の速度演算部３１ａの出力Ｖ1iと第１ブームの位置角度θ1から、第１の実施形態で示した（２）式の関係を用いて下記の式によりシリンダ速度Ｖ1iに相当する角速度ｄθ1を逆算し、出力する。
【００８３】
【数９】
図６は図４に示した第２の実施形態において、図５に示した実施形態と同様に第２ブーム用の駆動速度指令だけを切り換えるようにしたものである。第２の実施形態と比較して角速度演算部３２ａと制御速度演算部３３ａが不要となり、より簡素な構造とすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、第１ブームに連動して第２ブームを動かすことができかつこのときの第２ブームの動きを第２のブームを上部旋回体に固定式のリンクで連結した場合と同等に制御できるため、固定式のリンクと同等の操作性及び作業性を確保できる。
【００８６】
また、選択設定手段により仮想的な固定リンクの取付位置を任意に変更・設定できるため、幅広い作業に適用することができる。
【００８７】
更に、本発明によれば、切換手段を操作しないことで、通常の２ピースブーム型油圧ショベルと同様に各アクチュエータを個別に操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による２ピースブーム型作業機の操作制御装置を２ピースブーム型作業機と共に示す図である。
【図２】仮想的な固定リンクの原理を説明する図である。
【図３】制御装置の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図４】（ａ）第１ブームシリンダの取付状態を示す図であり、（ｂ）は第２ブームシリンダの取付状態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による制御装置の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による制御装置の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態による制御装置の処理内容を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１ 上部旋回体
２ フロント作業機
３ 第１ブーム
４ 第２ブーム
５ アーム
６ バケット
７ 第１ブームシリンダ
８ 第２ブームシリンダ
１２ 油圧ポンプ
１３，１４ 方向切換弁
２０ 操作レバー
２１ 操作ペダル
２２〜２５ ポテンショメータ
２６ 仮想リンク設定器
２７ スイッチ
３０ 制御装置
Claims (5)
- 上部旋回体に取り付けられた第１ブームと、この第１ブームに取り付けられた第２ブームと、この第２ブームに取り付けられたアームと、このアームに取り付けられた作業装置と、これら第１ブーム、第２ブーム、アーム及び作業装置を駆動する複数のアクチュエータを含むそれぞれの駆動装置とを有するフロント作業機を備えた２ピースブーム型作業機の操作制御装置において、
前記上部旋回体を前記第２ブームに連結する１本の仮想的な固定リンクを複数種類設定すると共に、その仮想的な固定リンクの種類を前記複数種類の中から選択できる選択設定手段と、
前記第１ブーム及び第２ブームの取付姿勢を検出する姿勢検出手段と、
前記第１ブームの動作速度を推定する動作推定手段と、
前記姿勢検出手段の出力と前記動作推定手段の出力とに基づいて、前記第２ブームの動きが、前記選択設定手段で選択設定された仮想的な固定リンクと同じ取付位置を持つ実固定リンクで前記第２ブームを前記上部旋回体に連結した場合と同等の動きとなるように、前記第２ブームの駆動装置を制御する制御手段とを備えることを特徴とする２ピースブーム型作業機の操作制御装置。 - 請求項１記載の２ピースブーム型作業機の操作制御装置において、前記制御手段の出力の有効・無効を切り換える切換手段を更に備えることを特徴とする２ピースブーム型作業機の操作制御装置。
- 請求項１記載の２ピースブーム型作業機の操作制御装置において、前記動作推定手段が、前記第１ブーム用の操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、この操作量に基づいて前記第１ブームの回転角速度を演算する角速度演算手段とを有することを特徴とする２ピースブーム型作業機の操作制御装置。
- 請求項１記載の２ピースブーム型作業機の操作制御装置において、前記動作推定手段が、前記第１ブームの角度位置を検出する角度検出手段と、この第１ブームの角度位置に基づいて前記第１ブームの回転角速度を演算する角速度演算手段とを有することを特徴とする２ピースブーム型作業機の操作制御装置。
- 請求項１記載の２ピースブーム型作業機の操作制御装置において、前記動作推定手段が、前記第１ブームの駆動速度指令を演算する速度演算手段と、この第１ブームの駆動速度指令に基づいて前記第１ブームの回転角速度を演算する角速度演算手段とを有することを特徴とする２ピースブーム型作業機の操作制御装置。
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| JP32608797A JP3681527B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | ２ピースブーム型作業機の操作制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP32608797A JP3681527B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | ２ピースブーム型作業機の操作制御装置 |
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| JPH11158928A JPH11158928A (ja) | 1999-06-15 |
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-
1997
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| JPH11158928A (ja) | 1999-06-15 |
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