JP3808137B2 - 伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高所作業車等の伸縮ブーム式作業機においては、伸縮ブームを伸縮させながら起伏動や旋回動を行なわせることにより作業範囲内で伸縮ブームを任意方向に直線移動を行なわせることができる。
【０００３】
伸縮ブームのこのような直線移動の過程において、伸縮ブームが最も縮小された，全縮小状態となる場合には、伸縮ブームをさらに短くすることができないので、伸縮ブームが全縮小状態となった点で伸縮ブームの直線移動が停止されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように伸縮ブームの直線移動が途中で停止すると、その作業機による作業効率が損なわれることになる。
【０００５】
また、伸縮ブームが全縮小状態となった後においても伸縮以外の起伏や旋回のみで伸縮ブームの駆動をそのまま継続して行なうこととした場合、伸縮ブームの移動が意図する直線から大きく逸脱することもあるので、かえって作業効率を損なうこともある。
【０００６】
この発明は、このような事情に基づいてなされたもので、伸縮ブームの直線移動において、伸縮ブームが全縮小状態となった場合であってもその後の伸縮ブームの移動が前記直線から過度に逸脱しない場合にはその伸縮ブームの移動を許容することとして、伸縮ブームの停止頻度を少なくして、伸縮ブーム式作業機における作業効率を向上させることを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、請求項１記載の発明は、起伏自在な伸縮ブームを備え、伸縮ブームの移動方向を選択する操作レバーと、伸縮ブームを起伏駆動と伸縮駆動をする起伏駆動手段と伸縮駆動手段と、伸縮ブームを操作レバー方向に移動させるように前記起伏駆動手段と伸縮駆動手段とを駆動制御する演算装置を有し、伸縮ブームの先端が鉛直方向とは交差して傾斜する直線方向に制御する伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置において、伸縮ブームが全縮小を検出したか否かを検出する全縮小センサと前記伸縮ブームの起伏角度を検出する起伏角センサとを備え、前記演算装置は、前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出したときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向となる直線と全縮小状態における伸縮ブーム先端部の起伏半径軌跡との間隔を演算するものとし、その演算の結果から前記直線が前記起伏半径軌跡内を通過するものとなる場合、前記直線からの前記起伏半径軌跡のはみ出し量を算出して、この算出値を予め定めた所定の長さと比較し、この比較の結果、前記算出値が所定の長さより小さい場合には、前記直線からはみ出している部分では伸縮ブームを前記起伏半径軌跡に沿って移動させるよう前記起伏駆動手段を駆動制御するようにし、前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出しないときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向となる直線を演算し、その演算結果から伸縮ブームを前記直線に沿って移動させるよう前記起伏駆動手段を駆動制御するようにしたことを特徴とする伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置である。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、旋回および起伏自在な伸縮ブームを備え、伸縮ブームの移動方向を選択する操作レバーと、伸縮ブームを起伏駆動と伸縮駆動と旋回駆動をする起伏駆動手段と伸縮駆動手段と旋回駆動手段と、伸縮ブームを操作レバー方向に移動させるように前記起伏駆動手段と伸縮駆動手段と旋回駆動手段を駆動制御する演算装置を有し、伸縮ブームの先端が鉛直方向とは交差して傾斜する直線方向に制御する伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置において、伸縮ブームが全縮小を検出したか否かを検出する全縮小センサと前記伸縮ブームの起伏角度を検出する起伏角センサとを備え、前記演算装置は、前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出したときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向を起伏面上と水平面上に射影した直線に分解し、起伏面上に射影した直線と全縮小状態における伸縮ブーム先端部の起伏半径軌跡との間隔を演算するものとし、その演算の結果から前記直線が前記起伏半径軌跡内を通過するものとなる場合、前記直線からの前記起伏半径軌跡のはみ出し量を算出して、この算出値を予め定めた所定の長さと比較し、この比較の結果、前記算出値が所定の長さより小さい場合には、前記直線からはみ出している部分では伸縮ブームを前記起伏半径軌跡に沿って移動させ、前記水平面上に射影した直線と全縮小状態における伸縮ブーム先端部の旋回半径軌跡との間隔を演算するものとし、その演算の結果から前記直線が前記旋回半径軌跡内を通過するものとなる場合、前記直線からの前記旋回半径軌跡のはみ出し量を算出して、この算出値を予め定めた所定の長さと比較し、この比較の結果、前記算出値が所定の長さより小さい場合には、前記直線からはみ出している部分では伸縮ブームを前記旋回半径軌跡に沿って移動させるよう、前記起伏駆動手段と旋回駆動手段を駆動制御するようにし、前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出しないときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向となる直線を演算し、その演算結果から伸縮ブームを前記直線に沿って移動させるよう前記起伏駆動手段を駆動制御するようにしたことを特徴とする伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、伸縮ブーム式作業機としての高所作業車における実施の形態によりこの発明を説明するが、第１の実施の形態は請求項２に対応するものであり、第２の実施の形態は請求項１に対応するものである。
【００１０】
まず、第１の実施の形態について、図１から図６を参照しつつ説明する。
【００１１】
図２において、１は高所作業車を示し、２は車体である。
【００１２】
車体２上には、不図示の旋回台を介して伸縮ブーム４が設置されており、この伸縮ブーム４は鉛直軸Ｏ1回りに旋回駆動されるとともに、水平軸Ｏ2回りに起伏駆動されるようになっている。
【００１３】
伸縮ブーム４は、基端ブーム４ａと先端ブーム４ｂとの２段構成であって、互いにはめ合わされ、テレスコピックに伸縮駆動するようになっている。
【００１４】
そして、先端ブーム４ｂの先端部には、作業員が搭乗して高所作業を行なうバケット６が取付金具を介して装着されており、このバケット６は鉛直軸Ｐ回りで首振り駆動するようになっている。
【００１５】
このような高所作業車１の伸縮ブーム４は、図３に示す油圧回路７により駆動され、前記バケット６を適宜の空中位置に位置させることができる。
【００１６】
図３に示す油圧回路７において、１１は伸縮ブーム４を伸縮駆動する伸縮シリンダ，１２は伸縮ブーム４を起伏駆動する起伏シリンダであり、１３は旋回台を駆動して伸縮ブーム４を旋回させる旋回モータである。
【００１７】
この油圧回路７は、油圧ポンプ１８と第１の電磁流量制御弁２１と第２の電磁流量制御弁２２と第３の電磁流量制御弁２３とを有するもので、これらの第１〜第３の電磁流量制御弁２１〜２３は前記油圧ポンプ１８の吐出側管路とオイルタンク２４に至る管路との間に互いに並列に接続されている。
【００１８】
前記第１の電磁流量制御弁２１は伸縮シリンダ１１に、第２の電磁流量制御弁２２は起伏シリンダ１２に、第３の電磁流量制御弁２３は旋回モータ１３にそれぞれ対応して設置されており、各電磁流量制御弁はそれぞれが対応する各アクチュエータに供給する圧油の流量を制御し、かつ切り換えを行なうものである。
【００１９】
そして、これらの第１〜第３の電磁流量制御弁２１〜２３のソレノイド部にはこれらを電気的に制御するための電気回路１７が接続されている。
【００２０】
電気回路１７は、マイクロコンピュータからなる演算装置２６と記憶装置２７とが設けられ、前記演算装置２６には、伸縮ブーム４の長さを検出するブーム長さセンサ３１，伸縮ブーム４の対地角度を検出する起伏角センサ３２および伸縮ブーム４の旋回角を検出する旋回角センサ３３からの電気信号を入力するようになっている。
【００２１】
また、この演算装置２６には、バケット６に設置され、そのバケット６，すなわち伸縮ブーム４の先端の移動方向を手動操作するための操作レバー３４からの信号が入力されるようになっている。
【００２２】
この演算装置２６は、図４に示すように、はみ出し量演算装置３５と比較器３６と目標速度演算装置３７と出力演算装置３８とを有するものである。
【００２３】
はみ出し量演算装置３５における演算の内容は記憶装置２７に予め記憶されており、図１に示す手順で行なわれるものである。
【００２４】
以下、図５および図６を参照しつつその演算の内容を説明する。
【００２５】
なお、この明細書でいう，はみ出し量とは、操作レバー３４により入力されたバケット６の移動方向直線から、全縮小状態とした場合のブーム長さによる半径軌跡が膨らみだしている長さ寸法のことであり、第１の実施の形態のはみ出し量演算装置３５においては、水平面でのはみ出し量の演算と垂直面でのはみ出し量の演算とが行なわれので、前記の半径軌跡としては、水平面での半径軌跡（旋回半径軌跡）と伸縮ブームが起伏する起伏面での半径軌跡（起伏半径軌跡）とが用いられる。
【００２６】
まず、水平面でのはみ出し量の演算内容について説明する（主に、図１の上段部分および図５参照）。
【００２７】
なお、図５において、直線Ａは操作レバー３４からの入力によるバケット６の移動方向直線を水平面に示したもの（水平面移動方向直線）であり、円弧Ｂは全縮小状態の伸縮ブームによる旋回半径軌跡を示したものである。
【００２８】
操作レバー３４からの信号は、Ｘ−Ｙ座標成分に分けて出力されるので、これらの成分毎の出力をＸ，Ｙとして次式を演算することにより、水平面レバー方向角度ωと、水平面レバー操作量Ｖhとが算出される。
【００２９】
水平面レバー方向角度ω＝ tan -1 （ＶＹ／ＶＸ）… (1)
水平面レバー操作量Ｖ h ＝（ＶＸ 2 ＋ＶＹ 2 ） 1/2 … (2)
そして、前記(1)式で得られた水平面レバー方向角度ωと、バケット６の首振り角度ψとを用いて次式により水平面移動方向角度を算出する。
【００３０】
水平面移動方向角度＝ω＋ψ…(3)
このようにして得られた水平面移動方向角度と旋回半径Ｒとを用いて、伸縮ブーム４の旋回中心Ｏ1と水平面移動方向直線Ａとの距離，すなわち水平面距離ｄを算出する。
【００３１】
水平面距離ｄ＝Ｒ×sin（ω＋ψ）…(4)
なお、旋回半径Ｒは、ブーム長さセンサ３１によるブーム長さＬと，起伏角度センサ３２によるブーム起伏角θと，鉛直軸Ｏ1と水平軸Ｏ2との間隔距離Ｋとから、次式で算出される。
【００３２】
旋回半径Ｒ＝Ｌ×cosθ−Ｋ…(5)
この実施の形態においては、前記のように首振り角度ψを用いて水平面移動方向角度を算出しているが、首振り動作を行なわない高所作業車の場合には、操作レバーからの信号を直接分解して水平面距離ｄを算出することも可能である。
【００３３】
この後、前記(4)式で得られた水平面距離ｄと旋回半径Ｒから水平面はみ出し量を次式により得ることができる。
【００３４】
水平面はみ出し量＝Ｒ−ｄ…(6)
次に、垂直面（伸縮ブームが起伏する面）でのはみ出し量の演算内容について説明する（主に、図１の下段部分および図６参照）。
【００３５】
なお、図６において、直線Ｃは操作レバー３４からの入力によるバケット６の移動方向直線を垂直面に示したもの（垂直面移動方向直線）であり、円弧Ｄは全縮小状態の伸縮ブームによる起伏半径軌跡である。
【００３６】
なお、起伏半径は、伸縮ブーム４が起伏する面での伸縮ブーム４の全縮小状態でのブーム長さであるから、前記ブーム長さセンサ３１からのブーム長さＬをそのまま用いることができる。
【００３７】
前記(2)式で算出された水平面レバー操作量Ｖhと、前記(3)式で得られた水平面移動方向角度ω＋ψとを用いて、次式により垂直面に投影した水平方向成分Ｖrを算出する。
【００３８】
水平方向成分Ｖr＝Ｖh×cos｜ω＋ψ｜…(7)
そして、このようにして得られた水平方向成分Ｖrと伸縮ブーム４の昇降操作を行なう昇降操作レバーからの出力Ｚを用いて、垂直面移動方向角度δを算出する。
【００３９】
垂直面移動方向角度δ＝ tan -1 （ＶＺ／Ｖ r ）… (8)
このようにして得られた垂直面移動方向角度δと、ブーム長さセンサ３１によるブーム長さに等しい起伏半径Ｌと、起伏角センサ３２による起伏角度θとを用いて、次式によりブーム根元ピンＯ2と垂直面移動方向直線Ｃとの垂直面距離ｈを算出する。
【００４０】
垂直面距離ｈ＝Ｌ×sin（θ＋δ）…(9)
そして、この垂直面距離ｈと起伏半径Ｌから垂直面はみ出し量を次式により得ることができる。
【００４１】
垂直面はみ出し量＝Ｌ−ｈ…(10)
このようにしてはみ出し量演算装置３５で得られた水平面はみ出し量および垂直面はみ出し量の算出値は、比較器３６に入力され、記憶装置２７に予め記憶されている許容はみ出し量（長さのデイメンジョンであり、例えば２０ｃｍに相当する長さに設定する）との比較が行なわれる（図４参照）。
【００４２】
この場合、許容はみ出し量の数値は水平面はみ出し量と垂直面はみ出し量とに共通の値として設定するが、個別に異なる数値を設定してもよい。
【００４３】
そして、比較器３６での水平面はみ出し量および垂直面はみ出し量の算出値と許容はみ出し量との比較の結果、少なくとも一方の算出値が許容はみ出し量より大きい場合には、比較器３６は後述する目標速度演算装置３７の目標速度演算部３７ｂに向けて伸縮ブーム４の動作禁止の信号を出力する。また、両方の算出値が許容はみ出し量以下である場合には、伸縮ブーム４を全縮小状態に維持したままでの伸縮ブーム４の動作を許容する。
【００４４】
目標速度演算装置３７は、幾何演算部３７ａと目標速度演算部３７ｂとを有する。
【００４５】
幾何演算部３７ａは、操作レバー３４により入力された操作量を伸縮シリンダ１１，起伏シリンダ１２および旋回モータ１３の各アクチュエータ毎の動作に分解するものであり、目標速度演算部３７ｂは前記幾何演算部３７ａで分解された操作量に応じたアクチュエータ毎の目標速度を演算するものである。
【００４６】
そして、前記比較器３６から動作禁止信号が入力された場合には、前記目標速度演算部３７ｂは全てのアクチュエータに対する目標速度を０とする。
【００４７】
また、前記の水平面はみ出し量と垂直面はみ出し量との両方の算出値がともに許容はみ出し量以下の場合には、伸縮シリンダ１１の目標速度のみを０とし、起伏シリンダ１２および旋回モータ１３の目標速度は直線ＡまたはＣ上を移動するのと同様に出力するものである。
【００４８】
このような目標速度演算部３７ｂからの出力は、出力演算装置３８に入力され、最終的な目標速度に対応する出力を演算して前記第１〜第３の電磁流量制御弁２１〜２３に向けて出力され、伸縮ブーム４の動作が制御される。
【００４９】
この実施の形態の高所作業車１においては、水平面と垂直面との双方において前記のようにはみ出し量を算出して伸縮ブーム４の動作を制御することとしたので、伸縮ブーム４の移動直線が垂直面内にない３次元的に傾斜したものであっても、伸縮ブーム４が全縮小状態となっても作業上で支障の無い範囲である場合には伸縮ブーム４の動作を停止させずに済み、作業効率を向上することができる。
【００５０】
なお、この第１の実施の形態においては、ブーム長さセンサ３１により伸縮ブーム４が全縮小状態にあることを検出するとともに、伸縮ブーム４の全縮小状態でのブーム長さを得ることとしているが、これに代えて伸縮ブーム４が全縮小状態にあることを検出する専用の全縮小センサを設置し、全縮小状態での伸縮ブーム４のブーム長さを記憶装置に予め記憶させておくこととしてもよい。
【００５１】
また、この第１の実施の形態においては、前記したようにはみ出し量が所定の長さを越える場合に交点で伸縮ブーム４を停止させることとしたが、伸縮ブーム４の長さが全縮小状態の時に限らず，常時前記のはみ出し量を演算することとすれば、はみ出し量が所定の長さに達するまで、伸縮ブーム４を旋回半径軌跡Ｂまたは起伏半径軌跡Ｄに沿って移動させ、はみ出し量が所定の長さに達したときに伸縮ブーム４を停止させることも可能である。
【００５２】
次に、図７と図８により、請求項１に対応する第２の実施の形態を説明する。
【００５３】
この第２の実施の形態は、はみ出し演算装置３５の演算の内容のみが前記第１の実施の形態と相違し、高所作業車１の機械的構成や駆動用の油圧回路７およびこれを電気的に制御するための電気回路１７の構成等は前記第１の実施の形態と共通である。
【００５４】
以下の説明においては、前記第１の実施の形態と異なる事項についてのみ説明を行なうこととし、前記第１の実施の形態との共通事項については説明を繰り返さない。
【００５５】
この第２の実施の形態におけるはみ出し演算装置３５の演算の内容は、伸縮ブーム４についての前記と同様の制御を起伏面のみについて行なうものであり、はみ出し量演算装置３５における演算の内容が記憶装置２７に予め記憶されていることも前記第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
この第２の実施の形態での演算内容は、図７に示す手順で行なわれるものであり、図８中Ｅは移動方向直線，Ｆは起伏半径軌跡を示す。
【００５７】
まず、伸縮ブーム４の水平操作を行なう操作レバーからの出力ＶXと昇降操作を行なう昇降操作レバーからの出力ＶZを用いて、垂直面移動方向角度δを算出する。
【００５８】
垂直面移動方向角度δ＝tan-1（ＶZ／ＶX）…(11)
このようにして得られた垂直面移動方向角度δと、ブーム長さセンサ３１によるブーム長さに等しい起伏半径Ｌと、起伏角センサ３２による起伏角度θとを用いて、次式によりブーム根元ピンＯ2と（垂直面）移動方向直線Ｅとの垂直面距離ｈを算出する。
【００５９】
垂直面距離ｈ＝Ｌ×sin（θ＋δ）…(12)
そして、この垂直面距離ｈと起伏半径Ｌから垂直面はみ出し量を次式により得ることができる。
【００６０】
垂直面はみ出し量＝Ｌ−ｈ…(13)
このようにして算出された垂直面はみ出し量は、前記した第１の実施の形態の場合と同様に、比較器３６に入力され、記憶装置２７に予め記憶されている許容はみ出し量との比較が行なわれる。
【００６１】
そして、比較器３６での比較の結果、算出値が許容はみ出し量より大きい場合には、比較器３６は後述する目標速度演算装置３７の目標速度演算部３７ｂに向けて伸縮ブーム４の動作禁止の信号を出力し、算出値が許容はみ出し量以下である場合には、伸縮ブーム４を全縮小状態に維持したままでの起伏動作が許容される。
【００６２】
なお、この発明は、高所作業車に限らず、その他クレーン車等の伸縮ブーム式作業機においても実施することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、起伏面内での伸縮ブームの先端が鉛直方向とは交差して傾斜する直線移動において、伸縮ブームが全縮小状態となった場合であってもその後の伸縮ブームの移動が前記直線から過度に逸脱しない場合にはその伸縮ブームの移動を許容することとしてあるので、伸縮ブームの停止頻度が少なくなり、伸縮ブーム式作業機における作業効率を向上させることができる。
【００６４】
また、請求項２記載の発明によれば、操作レバーによる伸縮ブームの移動直線が起伏面内に限らず起伏面と交差して傾斜したものである場合に、伸縮ブームが全縮小状態となった場合であってもその後の伸縮ブームの移動が前記直線から過度に逸脱しない場合にはその伸縮ブームの移動を許容することとしてあるので、伸縮ブームの各種の直線移動での停止頻度が少なく、伸縮ブーム式作業機における作業効率の向上が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】はみ出し量演算部における演算手順を示すブロック図である。
【図２】高所作業車の平面図である。
【図３】伸縮ブームを駆動する回路図である。
【図４】演算装置のブロック図である。
【図５】水平面はみ出し量の説明図である。
【図６】垂直面はみ出し量の説明図である。
【図７】第２の実施の態様におけるはみ出し量演算部での演算手順を示すブロック図である。
【図８】第２の実施の態様における垂直面はみ出し量の説明図である。
【符号の説明】
Ａ 水平面移動方向直線
Ｂ 旋回半径軌跡
Ｃ 垂直面移動方向直線
Ｄ 起伏半径軌跡
Ｅ 移動方向直線
Ｆ 起伏半径軌跡
Ｒ 旋回半径
Ｌ 起伏半径
１ 高所作業車
４ 伸縮ブーム
１１ 伸縮シリンダ（伸縮駆動手段）
１２ 起伏シリンダ（起伏駆動手段）
１３ 旋回モータ（旋回駆動手段）
２６ 演算装置
３１ ブーム長さセンサ（全縮小センサ）
３２ 起伏角センサ
３３ 旋回角センサ
３４ 操作レバー
【発明の属する技術分野】
この発明は、伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高所作業車等の伸縮ブーム式作業機においては、伸縮ブームを伸縮させながら起伏動や旋回動を行なわせることにより作業範囲内で伸縮ブームを任意方向に直線移動を行なわせることができる。
【０００３】
伸縮ブームのこのような直線移動の過程において、伸縮ブームが最も縮小された，全縮小状態となる場合には、伸縮ブームをさらに短くすることができないので、伸縮ブームが全縮小状態となった点で伸縮ブームの直線移動が停止されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように伸縮ブームの直線移動が途中で停止すると、その作業機による作業効率が損なわれることになる。
【０００５】
また、伸縮ブームが全縮小状態となった後においても伸縮以外の起伏や旋回のみで伸縮ブームの駆動をそのまま継続して行なうこととした場合、伸縮ブームの移動が意図する直線から大きく逸脱することもあるので、かえって作業効率を損なうこともある。
【０００６】
この発明は、このような事情に基づいてなされたもので、伸縮ブームの直線移動において、伸縮ブームが全縮小状態となった場合であってもその後の伸縮ブームの移動が前記直線から過度に逸脱しない場合にはその伸縮ブームの移動を許容することとして、伸縮ブームの停止頻度を少なくして、伸縮ブーム式作業機における作業効率を向上させることを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、請求項１記載の発明は、起伏自在な伸縮ブームを備え、伸縮ブームの移動方向を選択する操作レバーと、伸縮ブームを起伏駆動と伸縮駆動をする起伏駆動手段と伸縮駆動手段と、伸縮ブームを操作レバー方向に移動させるように前記起伏駆動手段と伸縮駆動手段とを駆動制御する演算装置を有し、伸縮ブームの先端が鉛直方向とは交差して傾斜する直線方向に制御する伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置において、伸縮ブームが全縮小を検出したか否かを検出する全縮小センサと前記伸縮ブームの起伏角度を検出する起伏角センサとを備え、前記演算装置は、前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出したときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向となる直線と全縮小状態における伸縮ブーム先端部の起伏半径軌跡との間隔を演算するものとし、その演算の結果から前記直線が前記起伏半径軌跡内を通過するものとなる場合、前記直線からの前記起伏半径軌跡のはみ出し量を算出して、この算出値を予め定めた所定の長さと比較し、この比較の結果、前記算出値が所定の長さより小さい場合には、前記直線からはみ出している部分では伸縮ブームを前記起伏半径軌跡に沿って移動させるよう前記起伏駆動手段を駆動制御するようにし、前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出しないときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向となる直線を演算し、その演算結果から伸縮ブームを前記直線に沿って移動させるよう前記起伏駆動手段を駆動制御するようにしたことを特徴とする伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置である。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、旋回および起伏自在な伸縮ブームを備え、伸縮ブームの移動方向を選択する操作レバーと、伸縮ブームを起伏駆動と伸縮駆動と旋回駆動をする起伏駆動手段と伸縮駆動手段と旋回駆動手段と、伸縮ブームを操作レバー方向に移動させるように前記起伏駆動手段と伸縮駆動手段と旋回駆動手段を駆動制御する演算装置を有し、伸縮ブームの先端が鉛直方向とは交差して傾斜する直線方向に制御する伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置において、伸縮ブームが全縮小を検出したか否かを検出する全縮小センサと前記伸縮ブームの起伏角度を検出する起伏角センサとを備え、前記演算装置は、前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出したときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向を起伏面上と水平面上に射影した直線に分解し、起伏面上に射影した直線と全縮小状態における伸縮ブーム先端部の起伏半径軌跡との間隔を演算するものとし、その演算の結果から前記直線が前記起伏半径軌跡内を通過するものとなる場合、前記直線からの前記起伏半径軌跡のはみ出し量を算出して、この算出値を予め定めた所定の長さと比較し、この比較の結果、前記算出値が所定の長さより小さい場合には、前記直線からはみ出している部分では伸縮ブームを前記起伏半径軌跡に沿って移動させ、前記水平面上に射影した直線と全縮小状態における伸縮ブーム先端部の旋回半径軌跡との間隔を演算するものとし、その演算の結果から前記直線が前記旋回半径軌跡内を通過するものとなる場合、前記直線からの前記旋回半径軌跡のはみ出し量を算出して、この算出値を予め定めた所定の長さと比較し、この比較の結果、前記算出値が所定の長さより小さい場合には、前記直線からはみ出している部分では伸縮ブームを前記旋回半径軌跡に沿って移動させるよう、前記起伏駆動手段と旋回駆動手段を駆動制御するようにし、前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出しないときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向となる直線を演算し、その演算結果から伸縮ブームを前記直線に沿って移動させるよう前記起伏駆動手段を駆動制御するようにしたことを特徴とする伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、伸縮ブーム式作業機としての高所作業車における実施の形態によりこの発明を説明するが、第１の実施の形態は請求項２に対応するものであり、第２の実施の形態は請求項１に対応するものである。
【００１０】
まず、第１の実施の形態について、図１から図６を参照しつつ説明する。
【００１１】
図２において、１は高所作業車を示し、２は車体である。
【００１２】
車体２上には、不図示の旋回台を介して伸縮ブーム４が設置されており、この伸縮ブーム４は鉛直軸Ｏ1回りに旋回駆動されるとともに、水平軸Ｏ2回りに起伏駆動されるようになっている。
【００１３】
伸縮ブーム４は、基端ブーム４ａと先端ブーム４ｂとの２段構成であって、互いにはめ合わされ、テレスコピックに伸縮駆動するようになっている。
【００１４】
そして、先端ブーム４ｂの先端部には、作業員が搭乗して高所作業を行なうバケット６が取付金具を介して装着されており、このバケット６は鉛直軸Ｐ回りで首振り駆動するようになっている。
【００１５】
このような高所作業車１の伸縮ブーム４は、図３に示す油圧回路７により駆動され、前記バケット６を適宜の空中位置に位置させることができる。
【００１６】
図３に示す油圧回路７において、１１は伸縮ブーム４を伸縮駆動する伸縮シリンダ，１２は伸縮ブーム４を起伏駆動する起伏シリンダであり、１３は旋回台を駆動して伸縮ブーム４を旋回させる旋回モータである。
【００１７】
この油圧回路７は、油圧ポンプ１８と第１の電磁流量制御弁２１と第２の電磁流量制御弁２２と第３の電磁流量制御弁２３とを有するもので、これらの第１〜第３の電磁流量制御弁２１〜２３は前記油圧ポンプ１８の吐出側管路とオイルタンク２４に至る管路との間に互いに並列に接続されている。
【００１８】
前記第１の電磁流量制御弁２１は伸縮シリンダ１１に、第２の電磁流量制御弁２２は起伏シリンダ１２に、第３の電磁流量制御弁２３は旋回モータ１３にそれぞれ対応して設置されており、各電磁流量制御弁はそれぞれが対応する各アクチュエータに供給する圧油の流量を制御し、かつ切り換えを行なうものである。
【００１９】
そして、これらの第１〜第３の電磁流量制御弁２１〜２３のソレノイド部にはこれらを電気的に制御するための電気回路１７が接続されている。
【００２０】
電気回路１７は、マイクロコンピュータからなる演算装置２６と記憶装置２７とが設けられ、前記演算装置２６には、伸縮ブーム４の長さを検出するブーム長さセンサ３１，伸縮ブーム４の対地角度を検出する起伏角センサ３２および伸縮ブーム４の旋回角を検出する旋回角センサ３３からの電気信号を入力するようになっている。
【００２１】
また、この演算装置２６には、バケット６に設置され、そのバケット６，すなわち伸縮ブーム４の先端の移動方向を手動操作するための操作レバー３４からの信号が入力されるようになっている。
【００２２】
この演算装置２６は、図４に示すように、はみ出し量演算装置３５と比較器３６と目標速度演算装置３７と出力演算装置３８とを有するものである。
【００２３】
はみ出し量演算装置３５における演算の内容は記憶装置２７に予め記憶されており、図１に示す手順で行なわれるものである。
【００２４】
以下、図５および図６を参照しつつその演算の内容を説明する。
【００２５】
なお、この明細書でいう，はみ出し量とは、操作レバー３４により入力されたバケット６の移動方向直線から、全縮小状態とした場合のブーム長さによる半径軌跡が膨らみだしている長さ寸法のことであり、第１の実施の形態のはみ出し量演算装置３５においては、水平面でのはみ出し量の演算と垂直面でのはみ出し量の演算とが行なわれので、前記の半径軌跡としては、水平面での半径軌跡（旋回半径軌跡）と伸縮ブームが起伏する起伏面での半径軌跡（起伏半径軌跡）とが用いられる。
【００２６】
まず、水平面でのはみ出し量の演算内容について説明する（主に、図１の上段部分および図５参照）。
【００２７】
なお、図５において、直線Ａは操作レバー３４からの入力によるバケット６の移動方向直線を水平面に示したもの（水平面移動方向直線）であり、円弧Ｂは全縮小状態の伸縮ブームによる旋回半径軌跡を示したものである。
【００２８】
操作レバー３４からの信号は、Ｘ−Ｙ座標成分に分けて出力されるので、これらの成分毎の出力をＸ，Ｙとして次式を演算することにより、水平面レバー方向角度ωと、水平面レバー操作量Ｖhとが算出される。
【００２９】
水平面レバー方向角度ω＝ tan -1 （ＶＹ／ＶＸ）… (1)
水平面レバー操作量Ｖ h ＝（ＶＸ 2 ＋ＶＹ 2 ） 1/2 … (2)
そして、前記(1)式で得られた水平面レバー方向角度ωと、バケット６の首振り角度ψとを用いて次式により水平面移動方向角度を算出する。
【００３０】
水平面移動方向角度＝ω＋ψ…(3)
このようにして得られた水平面移動方向角度と旋回半径Ｒとを用いて、伸縮ブーム４の旋回中心Ｏ1と水平面移動方向直線Ａとの距離，すなわち水平面距離ｄを算出する。
【００３１】
水平面距離ｄ＝Ｒ×sin（ω＋ψ）…(4)
なお、旋回半径Ｒは、ブーム長さセンサ３１によるブーム長さＬと，起伏角度センサ３２によるブーム起伏角θと，鉛直軸Ｏ1と水平軸Ｏ2との間隔距離Ｋとから、次式で算出される。
【００３２】
旋回半径Ｒ＝Ｌ×cosθ−Ｋ…(5)
この実施の形態においては、前記のように首振り角度ψを用いて水平面移動方向角度を算出しているが、首振り動作を行なわない高所作業車の場合には、操作レバーからの信号を直接分解して水平面距離ｄを算出することも可能である。
【００３３】
この後、前記(4)式で得られた水平面距離ｄと旋回半径Ｒから水平面はみ出し量を次式により得ることができる。
【００３４】
水平面はみ出し量＝Ｒ−ｄ…(6)
次に、垂直面（伸縮ブームが起伏する面）でのはみ出し量の演算内容について説明する（主に、図１の下段部分および図６参照）。
【００３５】
なお、図６において、直線Ｃは操作レバー３４からの入力によるバケット６の移動方向直線を垂直面に示したもの（垂直面移動方向直線）であり、円弧Ｄは全縮小状態の伸縮ブームによる起伏半径軌跡である。
【００３６】
なお、起伏半径は、伸縮ブーム４が起伏する面での伸縮ブーム４の全縮小状態でのブーム長さであるから、前記ブーム長さセンサ３１からのブーム長さＬをそのまま用いることができる。
【００３７】
前記(2)式で算出された水平面レバー操作量Ｖhと、前記(3)式で得られた水平面移動方向角度ω＋ψとを用いて、次式により垂直面に投影した水平方向成分Ｖrを算出する。
【００３８】
水平方向成分Ｖr＝Ｖh×cos｜ω＋ψ｜…(7)
そして、このようにして得られた水平方向成分Ｖrと伸縮ブーム４の昇降操作を行なう昇降操作レバーからの出力Ｚを用いて、垂直面移動方向角度δを算出する。
【００３９】
垂直面移動方向角度δ＝ tan -1 （ＶＺ／Ｖ r ）… (8)
このようにして得られた垂直面移動方向角度δと、ブーム長さセンサ３１によるブーム長さに等しい起伏半径Ｌと、起伏角センサ３２による起伏角度θとを用いて、次式によりブーム根元ピンＯ2と垂直面移動方向直線Ｃとの垂直面距離ｈを算出する。
【００４０】
垂直面距離ｈ＝Ｌ×sin（θ＋δ）…(9)
そして、この垂直面距離ｈと起伏半径Ｌから垂直面はみ出し量を次式により得ることができる。
【００４１】
垂直面はみ出し量＝Ｌ−ｈ…(10)
このようにしてはみ出し量演算装置３５で得られた水平面はみ出し量および垂直面はみ出し量の算出値は、比較器３６に入力され、記憶装置２７に予め記憶されている許容はみ出し量（長さのデイメンジョンであり、例えば２０ｃｍに相当する長さに設定する）との比較が行なわれる（図４参照）。
【００４２】
この場合、許容はみ出し量の数値は水平面はみ出し量と垂直面はみ出し量とに共通の値として設定するが、個別に異なる数値を設定してもよい。
【００４３】
そして、比較器３６での水平面はみ出し量および垂直面はみ出し量の算出値と許容はみ出し量との比較の結果、少なくとも一方の算出値が許容はみ出し量より大きい場合には、比較器３６は後述する目標速度演算装置３７の目標速度演算部３７ｂに向けて伸縮ブーム４の動作禁止の信号を出力する。また、両方の算出値が許容はみ出し量以下である場合には、伸縮ブーム４を全縮小状態に維持したままでの伸縮ブーム４の動作を許容する。
【００４４】
目標速度演算装置３７は、幾何演算部３７ａと目標速度演算部３７ｂとを有する。
【００４５】
幾何演算部３７ａは、操作レバー３４により入力された操作量を伸縮シリンダ１１，起伏シリンダ１２および旋回モータ１３の各アクチュエータ毎の動作に分解するものであり、目標速度演算部３７ｂは前記幾何演算部３７ａで分解された操作量に応じたアクチュエータ毎の目標速度を演算するものである。
【００４６】
そして、前記比較器３６から動作禁止信号が入力された場合には、前記目標速度演算部３７ｂは全てのアクチュエータに対する目標速度を０とする。
【００４７】
また、前記の水平面はみ出し量と垂直面はみ出し量との両方の算出値がともに許容はみ出し量以下の場合には、伸縮シリンダ１１の目標速度のみを０とし、起伏シリンダ１２および旋回モータ１３の目標速度は直線ＡまたはＣ上を移動するのと同様に出力するものである。
【００４８】
このような目標速度演算部３７ｂからの出力は、出力演算装置３８に入力され、最終的な目標速度に対応する出力を演算して前記第１〜第３の電磁流量制御弁２１〜２３に向けて出力され、伸縮ブーム４の動作が制御される。
【００４９】
この実施の形態の高所作業車１においては、水平面と垂直面との双方において前記のようにはみ出し量を算出して伸縮ブーム４の動作を制御することとしたので、伸縮ブーム４の移動直線が垂直面内にない３次元的に傾斜したものであっても、伸縮ブーム４が全縮小状態となっても作業上で支障の無い範囲である場合には伸縮ブーム４の動作を停止させずに済み、作業効率を向上することができる。
【００５０】
なお、この第１の実施の形態においては、ブーム長さセンサ３１により伸縮ブーム４が全縮小状態にあることを検出するとともに、伸縮ブーム４の全縮小状態でのブーム長さを得ることとしているが、これに代えて伸縮ブーム４が全縮小状態にあることを検出する専用の全縮小センサを設置し、全縮小状態での伸縮ブーム４のブーム長さを記憶装置に予め記憶させておくこととしてもよい。
【００５１】
また、この第１の実施の形態においては、前記したようにはみ出し量が所定の長さを越える場合に交点で伸縮ブーム４を停止させることとしたが、伸縮ブーム４の長さが全縮小状態の時に限らず，常時前記のはみ出し量を演算することとすれば、はみ出し量が所定の長さに達するまで、伸縮ブーム４を旋回半径軌跡Ｂまたは起伏半径軌跡Ｄに沿って移動させ、はみ出し量が所定の長さに達したときに伸縮ブーム４を停止させることも可能である。
【００５２】
次に、図７と図８により、請求項１に対応する第２の実施の形態を説明する。
【００５３】
この第２の実施の形態は、はみ出し演算装置３５の演算の内容のみが前記第１の実施の形態と相違し、高所作業車１の機械的構成や駆動用の油圧回路７およびこれを電気的に制御するための電気回路１７の構成等は前記第１の実施の形態と共通である。
【００５４】
以下の説明においては、前記第１の実施の形態と異なる事項についてのみ説明を行なうこととし、前記第１の実施の形態との共通事項については説明を繰り返さない。
【００５５】
この第２の実施の形態におけるはみ出し演算装置３５の演算の内容は、伸縮ブーム４についての前記と同様の制御を起伏面のみについて行なうものであり、はみ出し量演算装置３５における演算の内容が記憶装置２７に予め記憶されていることも前記第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
この第２の実施の形態での演算内容は、図７に示す手順で行なわれるものであり、図８中Ｅは移動方向直線，Ｆは起伏半径軌跡を示す。
【００５７】
まず、伸縮ブーム４の水平操作を行なう操作レバーからの出力ＶXと昇降操作を行なう昇降操作レバーからの出力ＶZを用いて、垂直面移動方向角度δを算出する。
【００５８】
垂直面移動方向角度δ＝tan-1（ＶZ／ＶX）…(11)
このようにして得られた垂直面移動方向角度δと、ブーム長さセンサ３１によるブーム長さに等しい起伏半径Ｌと、起伏角センサ３２による起伏角度θとを用いて、次式によりブーム根元ピンＯ2と（垂直面）移動方向直線Ｅとの垂直面距離ｈを算出する。
【００５９】
垂直面距離ｈ＝Ｌ×sin（θ＋δ）…(12)
そして、この垂直面距離ｈと起伏半径Ｌから垂直面はみ出し量を次式により得ることができる。
【００６０】
垂直面はみ出し量＝Ｌ−ｈ…(13)
このようにして算出された垂直面はみ出し量は、前記した第１の実施の形態の場合と同様に、比較器３６に入力され、記憶装置２７に予め記憶されている許容はみ出し量との比較が行なわれる。
【００６１】
そして、比較器３６での比較の結果、算出値が許容はみ出し量より大きい場合には、比較器３６は後述する目標速度演算装置３７の目標速度演算部３７ｂに向けて伸縮ブーム４の動作禁止の信号を出力し、算出値が許容はみ出し量以下である場合には、伸縮ブーム４を全縮小状態に維持したままでの起伏動作が許容される。
【００６２】
なお、この発明は、高所作業車に限らず、その他クレーン車等の伸縮ブーム式作業機においても実施することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、起伏面内での伸縮ブームの先端が鉛直方向とは交差して傾斜する直線移動において、伸縮ブームが全縮小状態となった場合であってもその後の伸縮ブームの移動が前記直線から過度に逸脱しない場合にはその伸縮ブームの移動を許容することとしてあるので、伸縮ブームの停止頻度が少なくなり、伸縮ブーム式作業機における作業効率を向上させることができる。
【００６４】
また、請求項２記載の発明によれば、操作レバーによる伸縮ブームの移動直線が起伏面内に限らず起伏面と交差して傾斜したものである場合に、伸縮ブームが全縮小状態となった場合であってもその後の伸縮ブームの移動が前記直線から過度に逸脱しない場合にはその伸縮ブームの移動を許容することとしてあるので、伸縮ブームの各種の直線移動での停止頻度が少なく、伸縮ブーム式作業機における作業効率の向上が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】はみ出し量演算部における演算手順を示すブロック図である。
【図２】高所作業車の平面図である。
【図３】伸縮ブームを駆動する回路図である。
【図４】演算装置のブロック図である。
【図５】水平面はみ出し量の説明図である。
【図６】垂直面はみ出し量の説明図である。
【図７】第２の実施の態様におけるはみ出し量演算部での演算手順を示すブロック図である。
【図８】第２の実施の態様における垂直面はみ出し量の説明図である。
【符号の説明】
Ａ 水平面移動方向直線
Ｂ 旋回半径軌跡
Ｃ 垂直面移動方向直線
Ｄ 起伏半径軌跡
Ｅ 移動方向直線
Ｆ 起伏半径軌跡
Ｒ 旋回半径
Ｌ 起伏半径
１ 高所作業車
４ 伸縮ブーム
１１ 伸縮シリンダ（伸縮駆動手段）
１２ 起伏シリンダ（起伏駆動手段）
１３ 旋回モータ（旋回駆動手段）
２６ 演算装置
３１ ブーム長さセンサ（全縮小センサ）
３２ 起伏角センサ
３３ 旋回角センサ
３４ 操作レバー
Claims (2)
- 起伏自在な伸縮ブームを備え、伸縮ブームの移動方向を選択する操作レバーと、伸縮ブームを起伏駆動と伸縮駆動をする起伏駆動手段と伸縮駆動手段と、伸縮ブームを操作レバー方向に移動させるように前記起伏駆動手段と伸縮駆動手段とを駆動制御する演算装置を有し、伸縮ブームの先端が鉛直方向とは交差して傾斜する直線方向に制御する伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置において、
伸縮ブームが全縮小を検出したか否かを検出する全縮小センサと前記伸縮ブームの起伏角度を検出する起伏角センサとを備え、前記演算装置は、
前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出したときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向となる直線と全縮小状態における伸縮ブーム先端部の起伏半径軌跡との間隔を演算するものとし、その演算の結果から前記直線が前記起伏半径軌跡内を通過するものとなる場合、前記直線からの前記起伏半径軌跡のはみ出し量を算出して、この算出値を予め定めた所定の長さと比較し、この比較の結果、前記算出値が所定の長さより小さい場合には、前記直線からはみ出している部分では伸縮ブームを前記起伏半径軌跡に沿って移動させるよう前記起伏駆動手段を駆動制御するようにし、
前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出しないときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向となる直線を演算し、その演算結果から伸縮ブームを前記直線に沿って移動させるよう前記起伏駆動手段を駆動制御するようにしたことを特徴とする伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置。 - 旋回および起伏自在な伸縮ブームを備え、伸縮ブームの移動方向を選択する操作レバーと、伸縮ブームを起伏駆動と伸縮駆動と旋回駆動をする起伏駆動手段と伸縮駆動手段と旋回駆動手段と、伸縮ブームを操作レバー方向に移動させるように前記起伏駆動手段と伸縮駆動手段と旋回駆動手段を駆動制御する演算装置を有し、伸縮ブームの先端が鉛直方向とは交差して傾斜する直線方向に制御する伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置において、
伸縮ブームが全縮小を検出したか否かを検出する全縮小センサと前記伸縮ブームの起伏角度を検出する起伏角センサとを備え、前記演算装置は、
前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出したときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向を起伏面上と水平面上に射影した直線に分解し、起伏面上に射影した直線と全縮小状態における伸縮ブーム先端部の起伏半径軌跡との間隔を演算するものとし、その演算の結果から前記直線が前記起伏半径軌跡内を通過するものとなる場合、前記直線からの前記起伏半径軌跡のはみ出し量を算出して、この算出値を予め定めた所定の長さと比較し、この比較の結果、前記算出値が所定の長さより小さい場合には、前記直線からはみ出している部分では伸縮ブームを前記起伏半径軌跡に沿って移動させ、前記水平面上に射影した直線と全縮小状態における伸縮ブーム先端部の旋回半径軌跡との間隔を演算するものとし、その演算の結果から前記直線が前記旋回半径軌跡内を通過するものとなる場合、前記直線からの前記旋回半径軌跡のはみ出し量を算出して、この算出値を予め定めた所定の長さと比較し、この比較の結果、前記算出値が所定の長さより小さい場合には、前記直線からはみ出している部分では伸縮ブームを前記旋回半径軌跡に沿って移動させるよう、前記起伏駆動手段と旋回駆動手段を駆動制御するようにし、
前記全縮小センサが伸縮ブームの全縮小を検出しないときに、操作レバーにより入力された伸縮ブームの移動方向となる直線を演算し、その演算結果から伸縮ブームを前記直線に沿って移動させるよう前記起伏駆動手段を駆動制御するようにしたことを特徴とする伸縮ブーム式作業機のブーム制御装置。
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