JP3929039B2 - スイング式油圧ショベルのスイング制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部旋回体の前端部に、基端部を左右にスイング可能に取着された作業機を備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、市街地における掘削工事が増えているが、壁際に沿った溝掘削や道路縁石工事等においては、車体幅中心から左右にオフセットした位置を掘削可能なスイングブーム式の作業機を備えた油圧ショベル等により作業が行なわれる。
【０００３】
従来のスイングブーム式の作業機は、作業機基端部を支持するスイングブラケットをスイングシリンダによりスイング駆動することにより、作業機全体が左右にスイング駆動される。そして、この作業機のスイングと上部旋回体の旋回とを組み合わせることにより、作業機先端のバケット位置を左右にオフセット移動可能となっている（例えば、特許文献１参照。）。スイングブーム式の作業機の場合には、平行リンク機構を備えたオフセットブーム式の作業機に比べて軽いので、作業スピードが速く、車体安定性も良く、作業量が多いというメリットを有する。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２０６５３５号公報（第２頁、第２図）
【特許文献２】
特開平１０−１８３３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術においては、以下に述べるような問題点がある。
すなわち、管工事等における溝掘削作業においては、間欠的に車両移動（通常後進）を交えながら、掘削と排土とを繰り返すので、バケットを頻繁に掘削位置に戻す必要がある。しかしながら、従来のスイング式油圧ショベルにおいては、目視で作業機先端のバケットを掘削位置に移動させるので、位置合わせが大雑把で溝の精度が粗雑となる。また、バケットを掘削位置に精度よく移動させても、作業機の駆動平面が溝の掘削計画線に対して傾斜していると、掘削計画線からずれて斜めに溝を掘削することになる。計画線に一致する掘削を行なうために作業機の駆動平面が車体走行方向と一致する姿勢（以後、「オフセット溝掘削姿勢」と呼ぶ）を取ることは熟練を要し、経験の少ないオペレータでは作業性が良くない。
【０００６】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、掘削位置への作業機の移動が容易に行なえ、オフセット溝掘削姿勢を容易に取ることができるスイング式油圧ショベルのスイング制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、下部走行体の上部に旋回可能に装着され、旋回操作手段の操作に応じて駆動する旋回駆動手段により旋回駆動される上部旋回体と、上部旋回体の前端部に基端部を左右にスイング可能に装着され、スイング操作手段の操作に応じて駆動するスイング駆動手段によりスイング駆動される作業機とを備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出器と、作業機のスイング角度を検出するスイング角度検出器と、旋回駆動及びスイング駆動の停止位置を設定する停止位置設定手段と、前記旋回角度検出器から入力する旋回角度信号、前記スイング角度検出器から入力するスイング角度信号及び前記停止位置設定手段により設定された設定値に基づき、設定値の停止位置で旋回駆動手段及びスイング駆動手段をそれぞれ停止する指令信号を演算し出力するコントローラとを備え、前記停止位置設定手段は表示器及び停止位置記憶を指示する入力器を有し、前記コントローラはさらに、前記旋回角度検出器から入力する旋回角度信号に基づき、作業機の基端の車体左右方向への現在のオフセット量を演算し、演算結果を前記表示器に表示させると共に、前記入力器が記憶指示したときの前記旋回角度検出器及び前記スイング角度検出器の検出値を前記設定値として記憶している。
【００１２】
上記構成によれば、手動操作及び自動制御にかかわらず、旋回駆動及びスイング駆動の設定された停止位置にて旋回駆動及びスイング駆動をそれぞれ停止するので、所望の掘削位置又は排土位置を設定することにより、同じ位置での掘削又は排土作業が容易となる。また、オフセット溝掘削姿勢を上記停止位置として設定することにより、オフセットでの溝掘削作業の作業性を大幅に向上できる。
しかも上記構成によれば、オフセット溝掘削の作業性を向上できる。すなわち、表示内容の確認により所望のオフセット量に対応した掘削位置への精度のよい旋回移動操作が容易となることにより、所望のオフセット溝掘削姿勢を取り易くなる。よって、このオフセット溝掘削姿勢の旋回位置及びスイング位置を停止位置として記憶するのが容易となり、これにより、手動操作及び自動操作にかかわらず、所望のオフセット量に対応する掘削位置にて作業機が停止するので、オフセットでの溝掘削の操作が容易となり、作業性を向上できる。
【００１３】
また第２発明は、下部走行体の上部に旋回可能に装着され、旋回操作手段の操作に応じて駆動する旋回駆動手段により旋回駆動される上部旋回体と、上部旋回体の前端部に基端部を左右にスイング可能に装着され、スイング操作手段の操作に応じて駆動するスイング駆動手段によりスイング駆動される作業機とを備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出器と、作業機のスイング角度を検出するスイング角度検出器と、旋回駆動及びスイング駆動の停止位置を設定する停止位置設定手段と、前記旋回角度検出器から入力する旋回角度信号、前記スイング角度検出器から入力するスイング角度信号及び前記停止位置設定手段により設定された設定値に基づき、設定値の停止位置で旋回駆動手段及びスイング駆動手段をそれぞれ停止する指令信号を演算し出力するコントローラとを備え、前記コントローラにより出力される旋回角度の指令信号は、旋回角度が予め定めた所定の角度から前記設定値に近づくに連れて漸減する特性を有している。
【００１４】
これにより、停止時の衝撃が小さく、オペレータに不快感を与えず荷こぼれも生じず、作業性がよい。
【００１５】
また第３発明は、下部走行体の上部に旋回可能に装着され、旋回操作手段の操作に応じて駆動する旋回駆動手段により旋回駆動される上部旋回体と、上部旋回体の前端部に基端部を左右にスイング可能に装着され、スイング操作手段の操作に応じて駆動するスイング駆動手段によりスイング駆動される作業機とを備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出器と、作業機のスイング角度を検出するスイング角度検出器と、旋回駆動及びスイング駆動の停止位置を設定する停止位置設定手段と、前記旋回角度検出器から入力する旋回角度信号、前記スイング角度検出器から入力するスイング角度信号及び前記停止位置設定手段により設定された設定値に基づき、設定値の停止位置で旋回駆動手段及びスイング駆動手段をそれぞれ停止する指令信号を演算し出力するコントローラとを備え、前記コントローラにより出力されるスイング角度の指令信号は、スイング角度が予め定めた所定の角度から前記設定値に近づくに連れて漸減する特性を有している。
【００１６】
これにより、停止時の衝撃が小さく、オペレータに不快感を与えず荷こぼれも生じず、作業性がよい。
【００１７】
また、第１〜３のいずれかの発明に基づく第４の発明は、前記スイング駆動手段は油圧アクチュエータで構成し、該油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を操作量に応じて制御する操作弁と、該操作弁を操作するパイロット圧を制御可能な比例電磁弁とを備えると共に、前記コントローラは、前記指令信号を前記比例電磁弁に出力することにより前記操作弁の流量を制御する構成としている。
さらに、第１〜３のいずれかの発明に基づく第５の発明は、前記旋回駆動手段は油圧アクチュエータで構成し該油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を操作量に応じて制御する操作弁と、該操作弁を操作するパイロット圧を制御可能な比例電磁弁とを備えると共に、前記コントローラは、前記指令信号を前記比例電磁弁に出力することにより前記操作弁の流量を制御する構成としている。
【００１８】
上記構成によれば、制御システムを構成するのに特殊な装置を用いず、汎用性のある比例電磁弁を用いて油圧アクチュエータを駆動するように構成しているので、低コストの装置となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
なお、本明細書において、前後左右及び上下の各方向は、特に断らない限り、それぞれ、本発明のスイング制御装置を装着するスイング式油圧ショベルの前後左右及び上下の各方向を意味する。
まず、図１〜６を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。
【００２０】
図１及び図２に示すように、油圧ショベル１は、左右に履帯式走行装置を備えた下部走行体２と、この下部走行体２の上部に旋回自在に装着された上部旋回体３と、この上部旋回体３の前端部に装着された作業機４とを備えている。また、上部旋回体３の前部左側には運転室５が搭載されると共に、上部旋回体３の後端部にはカウンタウエイト６が搭載されている。後方小旋回型である油圧ショベル１の上部旋回体３の後部は、最大後端半径内で旋回可能となるように概略半円の円筒形状となっている。
【００２１】
作業機４は、スイングブラケット１０に基端部を起伏自在に装着されたブーム１１と、ブーム１１の先端部に基端部を回動自在に装着されたアーム１２とを有しており、作業用のツールとしてバケット１３がその基端部をアーム１２の先端部に回動自在に装着されている。作業機４はさらに、スイングブラケット１０とブーム１１との間に介装されたブームシリンダ１４と、ブーム１１とアーム１２との間に介装されたアームシリンダ１５と、アーム１２とバケット１３との間に介装されたバケットシリンダ１６とを有しており、これら油圧シリンダ１４，１５，１６の伸縮駆動により作業機４は駆動される。
【００２２】
作業機４の基端部となるブーム１１を支持するスイングブラケット１０は、図３に示すように、上部旋回体３の前端部に設けられた支持ブラケット８に上下方向のピン９により左右方向にスイング可能に装着されている。そして、スイングブラケット１０の右側（図３の上側）に突設されたレバー１０ａの先端部と上部旋回体３との間に介装されたスイングシリンダ１７の伸縮駆動により、作業機４はスイングブラケット１０と共にスイング駆動される。
【００２３】
上部旋回体３の前端部にはスイングブラケット１０の揺動角度、すなわち作業機４の左右方向のスイング角度αを検出するスイング角度センサ１８が装着されており、上部旋回体３の下部には上部旋回体３の旋回角度θを検出する旋回角度センサ１９が装着されている（図１参照）。各角度センサ１８，１９は、例えばポテンショメータを主体に構成されている。なお、本実施形態においては、旋回角度θは下部走行体２の前方正面から時計回り（右旋回）を正の角度とし、スイング角度αは上部旋回体３の前方正面から反時計回り（左スイング）を正の角度とする。
【００２４】
上記のように、油圧ショベル１はスイングブーム式の作業機４を備えたスイング式油圧ショベルであるので、例えば、図４に示すように、作業機４を左方向にスイング角度α０だけスイング駆動し、上部旋回体３をスイング方向とは逆の右方向の旋回角度θ０が略角度α０となるように旋回駆動することにより、作業機４の先端位置を車体幅中心から右側にオフセット移動でき、車体右側の壁際に沿った溝掘削を容易に行なうことが可能としている。
【００２５】
図５に示すように、エンジン２０を駆動源として回転する可変容量型の油圧ポンプ２１及びパイロット圧を発生する油圧ポンプ２２の吐出側は、管路２３，２４にそれぞれ接続されている。管路２３は、スイング操作弁２５、旋回操作弁２６及び図示しない他の操作弁（例えば、ブーム操作弁やアーム操作弁等）に接続され、油圧ポンプ２１から吐出される圧油をこれらの操作弁に供給している。スイング操作弁２５は、２次側の管路２７Ａ，２７Ｂを介してスイングシリンダ１７に接続されている。旋回操作弁２６は、２次側の管路２８Ａ，２８Ｂを介して旋回モータ２９に接続されている。
【００２６】
前記管路２４は、スイング操作ペダル３０により操作されるパイロット弁３１、旋回操作レバー３２により操作されるパイロット弁３３及び図示しない他のパイロット弁（例えば、ブーム操作用のパイロット弁やアーム操作用のパイロット弁等）に接続され、油圧ポンプ２２から吐出されるパイロット圧をこれらのパイロット弁に供給している。パイロット弁３１は、減圧部３１ａ，３１ｂを備えており、パイロット弁３３は、減圧部３３ａ，３３ｂを備えている。
減圧部３１ａは、パイロット管路３４Ａを介してスイング操作弁２５の操作部２５ａに接続され、供給されるパイロット圧を制御してスイング操作弁２５を切り換え、スイングシリンダ１７を伸長（左スイング）する。減圧部３１ｂは、パイロット管路３４Ｂを介してスイング操作弁２５の操作部２５ｂに接続され、供給されるパイロット圧を制御してスイング操作弁２５を切り換え、スイングシリンダ１７を縮小（右スイング）する。
減圧部３３ａは、パイロット管路３５Ａを介して旋回操作弁２６の操作部２６ａに接続され、供給されるパイロット圧を制御して旋回操作弁２６を切り換え、旋回モータ２９を駆動し左旋回する。減圧部３３ｂは、パイロット管路３５Ｂを介して旋回操作弁２６の操作部２６ｂに接続され、供給されるパイロット圧を制御して旋回操作弁２６を切り換え、旋回モータ２９を駆動し右旋回する。
【００２７】
パイロット管路３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂには、コントローラ４０からの指令信号ｉαＡ，ｉαＢ，ｉθＡ，ｉθＢにより駆動する比例電磁弁４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂがそれぞれ介装されている。コントローラ４０にはスイング角度センサ１８及び旋回角度センサ１９が接続されており、コントローラ４０はこのスイング角度センサ１８からのスイング角度信号α及び旋回角度センサ１９からの旋回角度信号θに基づいて、比例電磁弁４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂへの指令信号ｉαＡ，ｉαＢ，ｉθＡ，ｉθＢを演算し出力している。
【００２８】
コントローラ４０には、モニタパネル４３が接続されており、コントローラ４０との間で各種信号の授受を行なっている。モニタパネル４３は、表示器４４と入力器４５とを備えている。表示器４４には、旋回角度θに基づいて算出される作業機４の基端（スイング中心）の車体幅中心から左右方向へのオフセット量、旋回角度θとスイング角度αとの差（車体前後方向と作業機４の駆動平面とのなす角度）を始めとする車両の各種状態量や設定値等が表示される。入力器４５には複数のスイッチ類が設けられており、表示器４４の表示内容の切り換え、停止位置等の設定値の入力や変更、作業モード（手動モード、設定値停止モード、全自動制御モード等）の切り換え等が行われる。
【００２９】
入力器４５による設定値入力内容の例として、現在の旋回角度θｎ及びスイング角度αｎを停止位置の設定値（θ０，α０）として記憶可能である。すなわち、予め「手動モード」で所望のオフセット量となるように旋回操作レバー３２及びスイング操作ペダル３０を操作して、上部旋回体３及び作業機４を位置決めし、その位置で入力器４５に設けられた所定の設定スイッチ（図示せず）を操作することにより、現在の旋回角度θｎ及びスイング角度αｎを設定値（θ０，α０）として記憶するようにしている。図４に示すようなオフセット掘削を行なうときの旋回角度θ０及びスイング角度α０を停止位置の設定値として記憶し、作業モードを「設定値停止モード」に切り換えた場合のコントローラ４０の出力特性について、図６も参照して説明する。
【００３０】
掘削位置とダンプトラックへの排土位置との間の作業機４の移動は、通常旋回駆動により行なわれる。作業機４を掘削位置に戻す場合、オペレータは旋回操作レバー３２を介してパイロット弁３３の減圧部３３ｂを操作して、上部旋回体３を右に旋回駆動する。図６（ａ）に示すように、設定旋回角度θ０から所定角度ｄθ手前の位置を位置θ１とすると、右旋回のパイロット圧を制御可能な比例電磁弁４２Ｂへの指令信号ｉθＢは、旋回角度θが位置θ１より手前であれば、１００％の出力信号（比例電磁弁４２Ｂの開口量は全開）となり、位置θ１から設定旋回角度θ０に近づくにつれて、旋回角度θに応じて１００％からｍ％に漸減し、設定旋回角度θ０においてｍ％から０％となる特性としている。ここで、ｍ％は、旋回操作弁２６を急に閉じて旋回急停止してもオペレータに不快感を与えない程度に遅い旋回速度ωθ０となる例えば１０％程度の出力であり、所定角度ｄθは、旋回速度ωθが最大の場合であっても旋回速度ωθ０まで減速するのに十分な角度範囲が設定されている。
左旋回についても比例電磁弁４２Ａへの指令信号ｉθＡが同様の特性にて設定されている（図示せず）。
【００３１】
作業機４の移動は、スイング駆動により行なうことも可能であるので、図６（ｂ）に示すように、設定スイング角度α０から所定角度ｄα手前の位置を位置α１とすると、右スイングのパイロット圧を制御可能な比例電磁弁４１Ｂへの指令信号ｉαＢは、スイング角度αが位置α１より手前であれば、１００％の出力信号（比例電磁弁４１Ｂの開口量は全開）となり、位置α１から設定スイング角度α０に近づくにつれて、スイング角度αに応じて１００％からｎ％に漸減し、設定スイング角度α０においてｎ％から０％となる特性としている。ここで、ｎ％は、スイング操作弁２５を急に閉じてスイング急停止してもオペレータに不快感を与えず荷こぼれを生じない程度に遅いスイング速度ωα０となる例えば５％程度の出力であり、所定角度ｄαは、スイング速度ωαが最大の場合であってもスイング速度ωα０まで減速するのに十分な角度範囲が設定されている。
左スイングについても比例電磁弁４１Ａへの指令信号ｉαＡが同様の特性にて設定されている（図示せず）。
【００３２】
「設定値停止モード」でのコントローラ４０からの指令信号ｉαＡ，ｉαＢ，ｉθＡ，ｉθＢが上述の出力特性となるので、停止位置の設定値である旋回角度θ０の所定角度ｄθ手前からパイロット圧は徐々に絞られてゆき、旋回角度θ０にてパイロット圧は遮断される。これにより、オペレータが旋回操作レバー３２を操作し続けても、旋回駆動は設定値である旋回角度θ０にて減速停止する。同様に、停止位置の設定値であるスイング角度α０の所定角度ｄα手前からパイロット圧は徐々に絞られてゆき、スイング角度α０にてパイロット圧は遮断される。これにより、オペレータがスイング操作ペダル３０を操作し続けても、スイング駆動は設定値であるスイング角度α０にて減速停止する。
【００３３】
本実施形態による効果を説明する。
「手動モード」でのオフセット位置決め操作が容易となる。すなわち、表示器４４に作業機４の基端の現在の「オフセット量」を表示しており、これにより、オフセット量に対応した掘削位置への旋回移動量が目測によらず数値表示で確認できるようになり、「手動モード」での旋回移動が正確になると共に操作が容易となる。
また、表示器４４に旋回角度θとスイング角度αとの「差」を表示しているので、この差がゼロとなるように旋回又はスイングすることにより、作業機４の駆動平面を車体走行方向に一致できる。すなわち、表示内容を確認して精度のよい「オフセット溝掘削姿勢」を取ることが容易となる。
そして、表示される「オフセット量」を所望量に一致させ、表示される「差」をゼロに一致させることにより、「オフセット溝掘削姿勢」にて作業機４のバケット１３を掘削位置に一致（正確には、作業機４の駆動平面を掘削計画線上に一致）できる。これによると、精度が要求される溝掘削が容易に行なえるようになる。
また、制御システムを構成するのに特殊な装置を用いず、汎用性のある比例電磁弁４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ及びポテンショメータ（スイング角度センサ１８、旋回角度センサ１９）を用いて構成しているので、低コストの装置となる。
【００３４】
また、作業モードを「設定値停止モード」に切り換えることにより、オペレータの操作が続いても旋回駆動及びスイング駆動をそれぞれ設定値（θ０，α０）にて停止できるので、土砂を排土した後、作業機４を毎回同じ作業機駆動平面に一致でき、同じ場所の掘削操作が容易となる。勿論、排土位置を設定可能で、この場合、同じ場所の排土操作が容易となる。また、掘削位置及び排土位置を共に設定可能としてもよい。
そして、所望の「オフセット溝掘削姿勢」での旋回角度θとスイング角度αとを停止位置の設定値として記憶することにより、毎回同じ「オフセット溝掘削姿勢」にて停止できるので、車体走行方向に一致する溝掘削作業が容易となり作業性を大幅に向上できる。
さらに、「設定値停止モード」による停止制御は、所定角度手前からの減速した後の停止であるので、停止時の衝撃が小さく、オペレータに不快感を与えず荷こぼれも生じず、作業性がよい。
【００３５】
次に、図７及び図８を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、第１実施形態と同一の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３６】
第１実施形態においては、スイング操作ペダル３０により操作されるパイロット弁３１及び旋回操作レバー３２により操作されるパイロット弁３３を用いる油圧制御式の駆動系の例であったが、本第２実施形態においては、スイング操作ペダル３０の操作量及び旋回操作レバー３２の操作量をそれぞれ電気的に検出する検出器を用いる電気制御式の駆動系に本発明を適用している。
図７に示すように、コントローラ５０は、スイング操作ペダル３０の操作量を検出するペダル操作量センサ５３からのペダル操作量信号δα及びスイング角度センサ１８からのスイング角度信号αに基づいて、スイング操作弁２５の操作部２５ａ，２５ｂと油圧ポンプ２２とをそれぞれ接続するパイロット管路５５Ａ，５５Ｂに設けられた比例電磁弁５１Ａ，５１Ｂへの指令信号ｉαＡ，ｉαＢを演算し出力するように構成されている。
また、コントローラ５０は、旋回操作レバー３２の操作量を検出するレバー操作量センサ５４からのレバー操作量信号δθ及び旋回角度センサ１９からの旋回角度信号θに基づいて、旋回操作弁２６の操作部２６ａ，２６ｂと油圧ポンプ２２とをそれぞれ接続するパイロット管路５６Ａ，５６Ｂに設けられた比例電磁弁５２Ａ，５２Ｂへの指令信号ｉθＡ，ｉθＢを演算し出力するように構成されている。
【００３７】
通常作業時には、コントローラ５０は、スイングペダル操作量δαに略比例する指令信号ｉαＡ，ｉαＢ及び旋回レバー操作量δθに略比例する指令信号ｉθＡ，ｉθＢを出力する。一方、「設定値停止モード」でのコントローラ５０からの指令信号ｉαＡ，ｉαＢ，ｉθＡ，ｉθＢは、停止位置の設定値（θ０，α０）に対して図８に示すような出力特性となる。すなわち、指令信号ｉαＡ，ｉαＢは、スイングペダル操作量δαに略比例するスイング指令基準値ｓαＡ，ｓαＢに、図６で説明した出力特性と同様の特性を有するゲイン特性καＡ，καＢを乗じた値となり（図８（ａ）参照）、指令信号ｉθＡ，ｉθＢは、旋回レバー操作量δθに略比例する旋回指令基準値ｓθＡ，ｓθＢに、図６で説明した出力特性と同様の特性を有するゲイン特性κθＡ，κθＢを乗じた値となる（図８（ｂ）参照）。
【００３８】
これにより、第２実施形態の電気制御式の駆動系においても、第１実施形態の油圧制御式の駆動系の場合と同様の作用効果が得られるほか、標準の電気制御式の駆動系にスイング角度センサ１８及び旋回角度センサ１９を追加することにより、オフセット量の表示や設定値での停止が制御可能なスイング制御装置を構成できるので、非常に低コストの制御装置が得られる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の範囲内において変更や修正を加えても構わない。
例えば、設定値近傍での出力特性としてリニアに減少する特性の例にて説明したが、リニアでなくても設定値に向けて漸減する特性であれば、曲線状や折れ線状の特性であってもよい。これによると、減速開始時等の変速時の衝撃を極めて小さなものすることができ、オペレータの居住性を向上できる。
【００４０】
また、「設定値停止モード」で記憶する停止位置の設定値として、現在の旋回角度θｎ及びスイング角度αｎを設定値（θ０，α０）として記憶する例にて説明したが、所望の旋回角度θ及びスイング角度α（オフセット溝掘削姿勢を望む場合にはθ＝α）を入力器４５から入力して記憶させてもよいし、所望のオフセット量を入力器４５から入力してこのオフセット量に対応する旋回角度θ及びスイング角度αに変換してこれを記憶させても構わない。この場合、入力器４５のスイッチとしてテンキー及びデータ記憶スイッチを設け、「データ設定モード」において、設定値（θ０，α０）のデータを記憶させるようにすればよい。または、所望のオフセット量のデータを記憶したら、旋回中心とスイング中心との距離に基づいて、該オフセット量に応じた旋回角度θ０及びスイング角度α０を求めて記憶すればよい。
【００４１】
また、「設定値停止モード」で記憶する設定値として、図９に示すように、２つのオフセット位置ｈ1，ｈ2を記憶させ、排土した後に掘削位置に戻る際、位置ｈ1，ｈ2に交互に停止するように構成しても構わない。これによると、バケット１３の幅よりも広い幅の溝を精度よく容易に掘削することが可能となる。
【００４２】
また、第２実施形態においては、例えば「全自動制御モード」で、排土位置など任意の現在の旋回位置θｎ及びスイング位置αｎから、設定値（θ０，α０）まで移動して停止する図１０に示すような指令信号ｉαＡ，ｉαＢ，ｉθＡ，ｉθＢをコントローラ５０が自動生成して出力するように構成してもよい。この際、予め決められた速度で移動するようにすればよい。これによると、オペレータはスイング操作ペダル３０及び旋回操作レバー３２を操作することなく、入力器４５に設けた起動スイッチ等（旋回操作レバー３２又はスイング操作ペダル３０の操作でトリガ信号としてもよい）のワンタッチ操作により任意の位置から所望の掘削位置に作業機４を移動することができ、操作が容易で作業性を向上できる。
【００４３】
さらに、第２実施形態においては、旋回駆動及びスイング駆動のいずれか一方の駆動操作具（旋回操作レバー３２又はスイング操作ペダル３０）の操作により、いずれか一方の駆動を「主」とし、他方の駆動を「従」として、「旋回角度θ＝スイング角度α」を常に維持して作業機４を移動可能な駆動制御である「オフセット溝掘削姿勢モード」機能を付加することができる。なお、この場合、「旋回角度θ≠スイング角度α」の状態からこの機能で作業機４を移動する際には、図１１に示すように、旋回駆動及びスイング駆動のいずれか一方により「θ＝α」に移動した後、「θ＝α」を維持する駆動制御を行なえばよい。すなわち、作業機４を右に移動する場合には、図１１（ａ）に示すように、例えば点Ｐ１のような「θ＞α」の状態からは、まず左スイング駆動により「θ＝α」に移動した後に「θ＝α」を維持して移動すればよいし、また点Ｐ２のような「θ＜α」の状態からは、まず右旋回駆動により「θ＝α」に移動した後に「θ＝α」を維持して移動すればよい。また、作業機４を左に移動する場合には、図１１（ｂ）に示すように、点Ｐ３のような「θ＞α」の状態からは、まず左旋回駆動により「θ＝α」に移動した後に「θ＝α」を維持して移動すればよいし、点Ｐ４のような「θ＜α」の状態からは、まず右スイング駆動により「θ＝α」に移動した後に「θ＝α」を維持して移動すればよい。
これによると、旋回しても作業機４の駆動平面は常に車体走行方向に一致する（「オフセット溝掘削姿勢」が常に維持される）ので、作業機４が車体の左右方向に大きく飛び出ることはなくなり、壁や通行車両に作業機４が接触する恐れがない。また、この「オフセット溝掘削姿勢モード」にて表示される「オフセット量」を所望量に一致させることにより、非常に容易に作業機４のバケット１３を掘削位置に一致でき、作業性を向上できる。
【００４４】
また、パイロット圧を発生する油圧ポンプ２２を設ける代わりに、管路２３に減圧弁を設けてパイロット圧を得るように構成しても構わない。
さらに、コントローラ４０，５０にスイッチやボリュームを備えた調整器を接続して、出力特性の角度ｄθ，ｄαやｍ％、ｎ％等の値をオペレータの好みにより調整可能に構成してもよい。
角度センサ１８，１９はポテンショメータの例にて説明したが、ポテンショメータに限らず、エンコーダを用いてもよい。
スイング駆動手段は油圧シリンダ１７に限定されず、油圧モータ、電動モータ、電動シリンダ等であってもよい。同様に、旋回駆動手段は油圧モータ２９に限定されず、電動モータであってもよい。電動モータや電動シリンダの場合には、コントローラでサーボアンプを介して速度制御することができる。
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、表示器に作業機の基端のオフセット量を表示するので、オフセット量に対応した溝掘削位置への旋回移動が表示内容の確認により正確にしかも容易に行なうことができる。また、表示器に旋回角度とスイング角度との差を表示するので、表示内容の確認により作業機の駆動平面が車体の前後方向と一致するオフセット溝掘削姿勢を容易に取ることができ、作業性を向上できる。
また、オペレータの操作が続いても旋回駆動及びスイング駆動をそれぞれ所望の位置にて停止可能であるので、同じ場所の掘削が容易となる。また、オフセット溝掘削姿勢を上記停止位置として設定することにより、作業機を排土位置からオフセット溝掘削姿勢に移動するのが非常に容易となり、オフセット位置の溝掘削作業の作業性を大幅に向上できる。さらにまた、上記停止位置への移動及び停止をワンタッチ操作で自動で行なうようにすれば、さらに操作が楽になり、作業性が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係わるスイング式油圧ショベルの側面図である。
【図２】第１実施形態に係わるスイング式油圧ショベルの平面図である。
【図３】第１実施形態に係わるスイング機構の説明図である。
【図４】側溝掘り作業の説明図である。
【図５】第１実施形態に係わる旋回駆動系及びスイング駆動系のブロック図である。
【図６】第１実施形態に係わるコントローラの出力特性図である。
【図７】第２実施形態に係わる旋回駆動系及びスイング駆動系のブロック図である。
【図８】第２実施形態に係わるコントローラの出力特性の説明図である。
【図９】別態様の作動の説明図である。
【図１０】別態様のコントローラの出力特性図である。
【図１１】別態様の作動の説明図である。
【符号の説明】
１…スイング式油圧ショベル、２…下部走行体、３…上部旋回体、４…作業機、１０…スイングブラケット、１７…スイングシリンダ、１８…スイング角度センサ、１９…旋回角度センサ、２０…エンジン、２１，２２…油圧ポンプ、２５…スイング操作弁、２６…旋回操作弁、２９…旋回モータ、３０…スイング操作ペダル、３１，３３…パイロット弁、３２…旋回操作レバー、４０，５０…コントローラ、４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ…比例電磁弁、４３…モニタパネル、４４…表示器、４５…入力器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部旋回体の前端部に、基端部を左右にスイング可能に取着された作業機を備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、市街地における掘削工事が増えているが、壁際に沿った溝掘削や道路縁石工事等においては、車体幅中心から左右にオフセットした位置を掘削可能なスイングブーム式の作業機を備えた油圧ショベル等により作業が行なわれる。
【０００３】
従来のスイングブーム式の作業機は、作業機基端部を支持するスイングブラケットをスイングシリンダによりスイング駆動することにより、作業機全体が左右にスイング駆動される。そして、この作業機のスイングと上部旋回体の旋回とを組み合わせることにより、作業機先端のバケット位置を左右にオフセット移動可能となっている（例えば、特許文献１参照。）。スイングブーム式の作業機の場合には、平行リンク機構を備えたオフセットブーム式の作業機に比べて軽いので、作業スピードが速く、車体安定性も良く、作業量が多いというメリットを有する。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２０６５３５号公報（第２頁、第２図）
【特許文献２】
特開平１０−１８３３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術においては、以下に述べるような問題点がある。
すなわち、管工事等における溝掘削作業においては、間欠的に車両移動（通常後進）を交えながら、掘削と排土とを繰り返すので、バケットを頻繁に掘削位置に戻す必要がある。しかしながら、従来のスイング式油圧ショベルにおいては、目視で作業機先端のバケットを掘削位置に移動させるので、位置合わせが大雑把で溝の精度が粗雑となる。また、バケットを掘削位置に精度よく移動させても、作業機の駆動平面が溝の掘削計画線に対して傾斜していると、掘削計画線からずれて斜めに溝を掘削することになる。計画線に一致する掘削を行なうために作業機の駆動平面が車体走行方向と一致する姿勢（以後、「オフセット溝掘削姿勢」と呼ぶ）を取ることは熟練を要し、経験の少ないオペレータでは作業性が良くない。
【０００６】
本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、掘削位置への作業機の移動が容易に行なえ、オフセット溝掘削姿勢を容易に取ることができるスイング式油圧ショベルのスイング制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、下部走行体の上部に旋回可能に装着され、旋回操作手段の操作に応じて駆動する旋回駆動手段により旋回駆動される上部旋回体と、上部旋回体の前端部に基端部を左右にスイング可能に装着され、スイング操作手段の操作に応じて駆動するスイング駆動手段によりスイング駆動される作業機とを備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出器と、作業機のスイング角度を検出するスイング角度検出器と、旋回駆動及びスイング駆動の停止位置を設定する停止位置設定手段と、前記旋回角度検出器から入力する旋回角度信号、前記スイング角度検出器から入力するスイング角度信号及び前記停止位置設定手段により設定された設定値に基づき、設定値の停止位置で旋回駆動手段及びスイング駆動手段をそれぞれ停止する指令信号を演算し出力するコントローラとを備え、前記停止位置設定手段は表示器及び停止位置記憶を指示する入力器を有し、前記コントローラはさらに、前記旋回角度検出器から入力する旋回角度信号に基づき、作業機の基端の車体左右方向への現在のオフセット量を演算し、演算結果を前記表示器に表示させると共に、前記入力器が記憶指示したときの前記旋回角度検出器及び前記スイング角度検出器の検出値を前記設定値として記憶している。
【００１２】
上記構成によれば、手動操作及び自動制御にかかわらず、旋回駆動及びスイング駆動の設定された停止位置にて旋回駆動及びスイング駆動をそれぞれ停止するので、所望の掘削位置又は排土位置を設定することにより、同じ位置での掘削又は排土作業が容易となる。また、オフセット溝掘削姿勢を上記停止位置として設定することにより、オフセットでの溝掘削作業の作業性を大幅に向上できる。
しかも上記構成によれば、オフセット溝掘削の作業性を向上できる。すなわち、表示内容の確認により所望のオフセット量に対応した掘削位置への精度のよい旋回移動操作が容易となることにより、所望のオフセット溝掘削姿勢を取り易くなる。よって、このオフセット溝掘削姿勢の旋回位置及びスイング位置を停止位置として記憶するのが容易となり、これにより、手動操作及び自動操作にかかわらず、所望のオフセット量に対応する掘削位置にて作業機が停止するので、オフセットでの溝掘削の操作が容易となり、作業性を向上できる。
【００１３】
また第２発明は、下部走行体の上部に旋回可能に装着され、旋回操作手段の操作に応じて駆動する旋回駆動手段により旋回駆動される上部旋回体と、上部旋回体の前端部に基端部を左右にスイング可能に装着され、スイング操作手段の操作に応じて駆動するスイング駆動手段によりスイング駆動される作業機とを備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出器と、作業機のスイング角度を検出するスイング角度検出器と、旋回駆動及びスイング駆動の停止位置を設定する停止位置設定手段と、前記旋回角度検出器から入力する旋回角度信号、前記スイング角度検出器から入力するスイング角度信号及び前記停止位置設定手段により設定された設定値に基づき、設定値の停止位置で旋回駆動手段及びスイング駆動手段をそれぞれ停止する指令信号を演算し出力するコントローラとを備え、前記コントローラにより出力される旋回角度の指令信号は、旋回角度が予め定めた所定の角度から前記設定値に近づくに連れて漸減する特性を有している。
【００１４】
これにより、停止時の衝撃が小さく、オペレータに不快感を与えず荷こぼれも生じず、作業性がよい。
【００１５】
また第３発明は、下部走行体の上部に旋回可能に装着され、旋回操作手段の操作に応じて駆動する旋回駆動手段により旋回駆動される上部旋回体と、上部旋回体の前端部に基端部を左右にスイング可能に装着され、スイング操作手段の操作に応じて駆動するスイング駆動手段によりスイング駆動される作業機とを備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出器と、作業機のスイング角度を検出するスイング角度検出器と、旋回駆動及びスイング駆動の停止位置を設定する停止位置設定手段と、前記旋回角度検出器から入力する旋回角度信号、前記スイング角度検出器から入力するスイング角度信号及び前記停止位置設定手段により設定された設定値に基づき、設定値の停止位置で旋回駆動手段及びスイング駆動手段をそれぞれ停止する指令信号を演算し出力するコントローラとを備え、前記コントローラにより出力されるスイング角度の指令信号は、スイング角度が予め定めた所定の角度から前記設定値に近づくに連れて漸減する特性を有している。
【００１６】
これにより、停止時の衝撃が小さく、オペレータに不快感を与えず荷こぼれも生じず、作業性がよい。
【００１７】
また、第１〜３のいずれかの発明に基づく第４の発明は、前記スイング駆動手段は油圧アクチュエータで構成し、該油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を操作量に応じて制御する操作弁と、該操作弁を操作するパイロット圧を制御可能な比例電磁弁とを備えると共に、前記コントローラは、前記指令信号を前記比例電磁弁に出力することにより前記操作弁の流量を制御する構成としている。
さらに、第１〜３のいずれかの発明に基づく第５の発明は、前記旋回駆動手段は油圧アクチュエータで構成し該油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を操作量に応じて制御する操作弁と、該操作弁を操作するパイロット圧を制御可能な比例電磁弁とを備えると共に、前記コントローラは、前記指令信号を前記比例電磁弁に出力することにより前記操作弁の流量を制御する構成としている。
【００１８】
上記構成によれば、制御システムを構成するのに特殊な装置を用いず、汎用性のある比例電磁弁を用いて油圧アクチュエータを駆動するように構成しているので、低コストの装置となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
なお、本明細書において、前後左右及び上下の各方向は、特に断らない限り、それぞれ、本発明のスイング制御装置を装着するスイング式油圧ショベルの前後左右及び上下の各方向を意味する。
まず、図１〜６を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。
【００２０】
図１及び図２に示すように、油圧ショベル１は、左右に履帯式走行装置を備えた下部走行体２と、この下部走行体２の上部に旋回自在に装着された上部旋回体３と、この上部旋回体３の前端部に装着された作業機４とを備えている。また、上部旋回体３の前部左側には運転室５が搭載されると共に、上部旋回体３の後端部にはカウンタウエイト６が搭載されている。後方小旋回型である油圧ショベル１の上部旋回体３の後部は、最大後端半径内で旋回可能となるように概略半円の円筒形状となっている。
【００２１】
作業機４は、スイングブラケット１０に基端部を起伏自在に装着されたブーム１１と、ブーム１１の先端部に基端部を回動自在に装着されたアーム１２とを有しており、作業用のツールとしてバケット１３がその基端部をアーム１２の先端部に回動自在に装着されている。作業機４はさらに、スイングブラケット１０とブーム１１との間に介装されたブームシリンダ１４と、ブーム１１とアーム１２との間に介装されたアームシリンダ１５と、アーム１２とバケット１３との間に介装されたバケットシリンダ１６とを有しており、これら油圧シリンダ１４，１５，１６の伸縮駆動により作業機４は駆動される。
【００２２】
作業機４の基端部となるブーム１１を支持するスイングブラケット１０は、図３に示すように、上部旋回体３の前端部に設けられた支持ブラケット８に上下方向のピン９により左右方向にスイング可能に装着されている。そして、スイングブラケット１０の右側（図３の上側）に突設されたレバー１０ａの先端部と上部旋回体３との間に介装されたスイングシリンダ１７の伸縮駆動により、作業機４はスイングブラケット１０と共にスイング駆動される。
【００２３】
上部旋回体３の前端部にはスイングブラケット１０の揺動角度、すなわち作業機４の左右方向のスイング角度αを検出するスイング角度センサ１８が装着されており、上部旋回体３の下部には上部旋回体３の旋回角度θを検出する旋回角度センサ１９が装着されている（図１参照）。各角度センサ１８，１９は、例えばポテンショメータを主体に構成されている。なお、本実施形態においては、旋回角度θは下部走行体２の前方正面から時計回り（右旋回）を正の角度とし、スイング角度αは上部旋回体３の前方正面から反時計回り（左スイング）を正の角度とする。
【００２４】
上記のように、油圧ショベル１はスイングブーム式の作業機４を備えたスイング式油圧ショベルであるので、例えば、図４に示すように、作業機４を左方向にスイング角度α０だけスイング駆動し、上部旋回体３をスイング方向とは逆の右方向の旋回角度θ０が略角度α０となるように旋回駆動することにより、作業機４の先端位置を車体幅中心から右側にオフセット移動でき、車体右側の壁際に沿った溝掘削を容易に行なうことが可能としている。
【００２５】
図５に示すように、エンジン２０を駆動源として回転する可変容量型の油圧ポンプ２１及びパイロット圧を発生する油圧ポンプ２２の吐出側は、管路２３，２４にそれぞれ接続されている。管路２３は、スイング操作弁２５、旋回操作弁２６及び図示しない他の操作弁（例えば、ブーム操作弁やアーム操作弁等）に接続され、油圧ポンプ２１から吐出される圧油をこれらの操作弁に供給している。スイング操作弁２５は、２次側の管路２７Ａ，２７Ｂを介してスイングシリンダ１７に接続されている。旋回操作弁２６は、２次側の管路２８Ａ，２８Ｂを介して旋回モータ２９に接続されている。
【００２６】
前記管路２４は、スイング操作ペダル３０により操作されるパイロット弁３１、旋回操作レバー３２により操作されるパイロット弁３３及び図示しない他のパイロット弁（例えば、ブーム操作用のパイロット弁やアーム操作用のパイロット弁等）に接続され、油圧ポンプ２２から吐出されるパイロット圧をこれらのパイロット弁に供給している。パイロット弁３１は、減圧部３１ａ，３１ｂを備えており、パイロット弁３３は、減圧部３３ａ，３３ｂを備えている。
減圧部３１ａは、パイロット管路３４Ａを介してスイング操作弁２５の操作部２５ａに接続され、供給されるパイロット圧を制御してスイング操作弁２５を切り換え、スイングシリンダ１７を伸長（左スイング）する。減圧部３１ｂは、パイロット管路３４Ｂを介してスイング操作弁２５の操作部２５ｂに接続され、供給されるパイロット圧を制御してスイング操作弁２５を切り換え、スイングシリンダ１７を縮小（右スイング）する。
減圧部３３ａは、パイロット管路３５Ａを介して旋回操作弁２６の操作部２６ａに接続され、供給されるパイロット圧を制御して旋回操作弁２６を切り換え、旋回モータ２９を駆動し左旋回する。減圧部３３ｂは、パイロット管路３５Ｂを介して旋回操作弁２６の操作部２６ｂに接続され、供給されるパイロット圧を制御して旋回操作弁２６を切り換え、旋回モータ２９を駆動し右旋回する。
【００２７】
パイロット管路３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂには、コントローラ４０からの指令信号ｉαＡ，ｉαＢ，ｉθＡ，ｉθＢにより駆動する比例電磁弁４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂがそれぞれ介装されている。コントローラ４０にはスイング角度センサ１８及び旋回角度センサ１９が接続されており、コントローラ４０はこのスイング角度センサ１８からのスイング角度信号α及び旋回角度センサ１９からの旋回角度信号θに基づいて、比例電磁弁４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂへの指令信号ｉαＡ，ｉαＢ，ｉθＡ，ｉθＢを演算し出力している。
【００２８】
コントローラ４０には、モニタパネル４３が接続されており、コントローラ４０との間で各種信号の授受を行なっている。モニタパネル４３は、表示器４４と入力器４５とを備えている。表示器４４には、旋回角度θに基づいて算出される作業機４の基端（スイング中心）の車体幅中心から左右方向へのオフセット量、旋回角度θとスイング角度αとの差（車体前後方向と作業機４の駆動平面とのなす角度）を始めとする車両の各種状態量や設定値等が表示される。入力器４５には複数のスイッチ類が設けられており、表示器４４の表示内容の切り換え、停止位置等の設定値の入力や変更、作業モード（手動モード、設定値停止モード、全自動制御モード等）の切り換え等が行われる。
【００２９】
入力器４５による設定値入力内容の例として、現在の旋回角度θｎ及びスイング角度αｎを停止位置の設定値（θ０，α０）として記憶可能である。すなわち、予め「手動モード」で所望のオフセット量となるように旋回操作レバー３２及びスイング操作ペダル３０を操作して、上部旋回体３及び作業機４を位置決めし、その位置で入力器４５に設けられた所定の設定スイッチ（図示せず）を操作することにより、現在の旋回角度θｎ及びスイング角度αｎを設定値（θ０，α０）として記憶するようにしている。図４に示すようなオフセット掘削を行なうときの旋回角度θ０及びスイング角度α０を停止位置の設定値として記憶し、作業モードを「設定値停止モード」に切り換えた場合のコントローラ４０の出力特性について、図６も参照して説明する。
【００３０】
掘削位置とダンプトラックへの排土位置との間の作業機４の移動は、通常旋回駆動により行なわれる。作業機４を掘削位置に戻す場合、オペレータは旋回操作レバー３２を介してパイロット弁３３の減圧部３３ｂを操作して、上部旋回体３を右に旋回駆動する。図６（ａ）に示すように、設定旋回角度θ０から所定角度ｄθ手前の位置を位置θ１とすると、右旋回のパイロット圧を制御可能な比例電磁弁４２Ｂへの指令信号ｉθＢは、旋回角度θが位置θ１より手前であれば、１００％の出力信号（比例電磁弁４２Ｂの開口量は全開）となり、位置θ１から設定旋回角度θ０に近づくにつれて、旋回角度θに応じて１００％からｍ％に漸減し、設定旋回角度θ０においてｍ％から０％となる特性としている。ここで、ｍ％は、旋回操作弁２６を急に閉じて旋回急停止してもオペレータに不快感を与えない程度に遅い旋回速度ωθ０となる例えば１０％程度の出力であり、所定角度ｄθは、旋回速度ωθが最大の場合であっても旋回速度ωθ０まで減速するのに十分な角度範囲が設定されている。
左旋回についても比例電磁弁４２Ａへの指令信号ｉθＡが同様の特性にて設定されている（図示せず）。
【００３１】
作業機４の移動は、スイング駆動により行なうことも可能であるので、図６（ｂ）に示すように、設定スイング角度α０から所定角度ｄα手前の位置を位置α１とすると、右スイングのパイロット圧を制御可能な比例電磁弁４１Ｂへの指令信号ｉαＢは、スイング角度αが位置α１より手前であれば、１００％の出力信号（比例電磁弁４１Ｂの開口量は全開）となり、位置α１から設定スイング角度α０に近づくにつれて、スイング角度αに応じて１００％からｎ％に漸減し、設定スイング角度α０においてｎ％から０％となる特性としている。ここで、ｎ％は、スイング操作弁２５を急に閉じてスイング急停止してもオペレータに不快感を与えず荷こぼれを生じない程度に遅いスイング速度ωα０となる例えば５％程度の出力であり、所定角度ｄαは、スイング速度ωαが最大の場合であってもスイング速度ωα０まで減速するのに十分な角度範囲が設定されている。
左スイングについても比例電磁弁４１Ａへの指令信号ｉαＡが同様の特性にて設定されている（図示せず）。
【００３２】
「設定値停止モード」でのコントローラ４０からの指令信号ｉαＡ，ｉαＢ，ｉθＡ，ｉθＢが上述の出力特性となるので、停止位置の設定値である旋回角度θ０の所定角度ｄθ手前からパイロット圧は徐々に絞られてゆき、旋回角度θ０にてパイロット圧は遮断される。これにより、オペレータが旋回操作レバー３２を操作し続けても、旋回駆動は設定値である旋回角度θ０にて減速停止する。同様に、停止位置の設定値であるスイング角度α０の所定角度ｄα手前からパイロット圧は徐々に絞られてゆき、スイング角度α０にてパイロット圧は遮断される。これにより、オペレータがスイング操作ペダル３０を操作し続けても、スイング駆動は設定値であるスイング角度α０にて減速停止する。
【００３３】
本実施形態による効果を説明する。
「手動モード」でのオフセット位置決め操作が容易となる。すなわち、表示器４４に作業機４の基端の現在の「オフセット量」を表示しており、これにより、オフセット量に対応した掘削位置への旋回移動量が目測によらず数値表示で確認できるようになり、「手動モード」での旋回移動が正確になると共に操作が容易となる。
また、表示器４４に旋回角度θとスイング角度αとの「差」を表示しているので、この差がゼロとなるように旋回又はスイングすることにより、作業機４の駆動平面を車体走行方向に一致できる。すなわち、表示内容を確認して精度のよい「オフセット溝掘削姿勢」を取ることが容易となる。
そして、表示される「オフセット量」を所望量に一致させ、表示される「差」をゼロに一致させることにより、「オフセット溝掘削姿勢」にて作業機４のバケット１３を掘削位置に一致（正確には、作業機４の駆動平面を掘削計画線上に一致）できる。これによると、精度が要求される溝掘削が容易に行なえるようになる。
また、制御システムを構成するのに特殊な装置を用いず、汎用性のある比例電磁弁４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ及びポテンショメータ（スイング角度センサ１８、旋回角度センサ１９）を用いて構成しているので、低コストの装置となる。
【００３４】
また、作業モードを「設定値停止モード」に切り換えることにより、オペレータの操作が続いても旋回駆動及びスイング駆動をそれぞれ設定値（θ０，α０）にて停止できるので、土砂を排土した後、作業機４を毎回同じ作業機駆動平面に一致でき、同じ場所の掘削操作が容易となる。勿論、排土位置を設定可能で、この場合、同じ場所の排土操作が容易となる。また、掘削位置及び排土位置を共に設定可能としてもよい。
そして、所望の「オフセット溝掘削姿勢」での旋回角度θとスイング角度αとを停止位置の設定値として記憶することにより、毎回同じ「オフセット溝掘削姿勢」にて停止できるので、車体走行方向に一致する溝掘削作業が容易となり作業性を大幅に向上できる。
さらに、「設定値停止モード」による停止制御は、所定角度手前からの減速した後の停止であるので、停止時の衝撃が小さく、オペレータに不快感を与えず荷こぼれも生じず、作業性がよい。
【００３５】
次に、図７及び図８を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、第１実施形態と同一の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３６】
第１実施形態においては、スイング操作ペダル３０により操作されるパイロット弁３１及び旋回操作レバー３２により操作されるパイロット弁３３を用いる油圧制御式の駆動系の例であったが、本第２実施形態においては、スイング操作ペダル３０の操作量及び旋回操作レバー３２の操作量をそれぞれ電気的に検出する検出器を用いる電気制御式の駆動系に本発明を適用している。
図７に示すように、コントローラ５０は、スイング操作ペダル３０の操作量を検出するペダル操作量センサ５３からのペダル操作量信号δα及びスイング角度センサ１８からのスイング角度信号αに基づいて、スイング操作弁２５の操作部２５ａ，２５ｂと油圧ポンプ２２とをそれぞれ接続するパイロット管路５５Ａ，５５Ｂに設けられた比例電磁弁５１Ａ，５１Ｂへの指令信号ｉαＡ，ｉαＢを演算し出力するように構成されている。
また、コントローラ５０は、旋回操作レバー３２の操作量を検出するレバー操作量センサ５４からのレバー操作量信号δθ及び旋回角度センサ１９からの旋回角度信号θに基づいて、旋回操作弁２６の操作部２６ａ，２６ｂと油圧ポンプ２２とをそれぞれ接続するパイロット管路５６Ａ，５６Ｂに設けられた比例電磁弁５２Ａ，５２Ｂへの指令信号ｉθＡ，ｉθＢを演算し出力するように構成されている。
【００３７】
通常作業時には、コントローラ５０は、スイングペダル操作量δαに略比例する指令信号ｉαＡ，ｉαＢ及び旋回レバー操作量δθに略比例する指令信号ｉθＡ，ｉθＢを出力する。一方、「設定値停止モード」でのコントローラ５０からの指令信号ｉαＡ，ｉαＢ，ｉθＡ，ｉθＢは、停止位置の設定値（θ０，α０）に対して図８に示すような出力特性となる。すなわち、指令信号ｉαＡ，ｉαＢは、スイングペダル操作量δαに略比例するスイング指令基準値ｓαＡ，ｓαＢに、図６で説明した出力特性と同様の特性を有するゲイン特性καＡ，καＢを乗じた値となり（図８（ａ）参照）、指令信号ｉθＡ，ｉθＢは、旋回レバー操作量δθに略比例する旋回指令基準値ｓθＡ，ｓθＢに、図６で説明した出力特性と同様の特性を有するゲイン特性κθＡ，κθＢを乗じた値となる（図８（ｂ）参照）。
【００３８】
これにより、第２実施形態の電気制御式の駆動系においても、第１実施形態の油圧制御式の駆動系の場合と同様の作用効果が得られるほか、標準の電気制御式の駆動系にスイング角度センサ１８及び旋回角度センサ１９を追加することにより、オフセット量の表示や設定値での停止が制御可能なスイング制御装置を構成できるので、非常に低コストの制御装置が得られる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の範囲内において変更や修正を加えても構わない。
例えば、設定値近傍での出力特性としてリニアに減少する特性の例にて説明したが、リニアでなくても設定値に向けて漸減する特性であれば、曲線状や折れ線状の特性であってもよい。これによると、減速開始時等の変速時の衝撃を極めて小さなものすることができ、オペレータの居住性を向上できる。
【００４０】
また、「設定値停止モード」で記憶する停止位置の設定値として、現在の旋回角度θｎ及びスイング角度αｎを設定値（θ０，α０）として記憶する例にて説明したが、所望の旋回角度θ及びスイング角度α（オフセット溝掘削姿勢を望む場合にはθ＝α）を入力器４５から入力して記憶させてもよいし、所望のオフセット量を入力器４５から入力してこのオフセット量に対応する旋回角度θ及びスイング角度αに変換してこれを記憶させても構わない。この場合、入力器４５のスイッチとしてテンキー及びデータ記憶スイッチを設け、「データ設定モード」において、設定値（θ０，α０）のデータを記憶させるようにすればよい。または、所望のオフセット量のデータを記憶したら、旋回中心とスイング中心との距離に基づいて、該オフセット量に応じた旋回角度θ０及びスイング角度α０を求めて記憶すればよい。
【００４１】
また、「設定値停止モード」で記憶する設定値として、図９に示すように、２つのオフセット位置ｈ1，ｈ2を記憶させ、排土した後に掘削位置に戻る際、位置ｈ1，ｈ2に交互に停止するように構成しても構わない。これによると、バケット１３の幅よりも広い幅の溝を精度よく容易に掘削することが可能となる。
【００４２】
また、第２実施形態においては、例えば「全自動制御モード」で、排土位置など任意の現在の旋回位置θｎ及びスイング位置αｎから、設定値（θ０，α０）まで移動して停止する図１０に示すような指令信号ｉαＡ，ｉαＢ，ｉθＡ，ｉθＢをコントローラ５０が自動生成して出力するように構成してもよい。この際、予め決められた速度で移動するようにすればよい。これによると、オペレータはスイング操作ペダル３０及び旋回操作レバー３２を操作することなく、入力器４５に設けた起動スイッチ等（旋回操作レバー３２又はスイング操作ペダル３０の操作でトリガ信号としてもよい）のワンタッチ操作により任意の位置から所望の掘削位置に作業機４を移動することができ、操作が容易で作業性を向上できる。
【００４３】
さらに、第２実施形態においては、旋回駆動及びスイング駆動のいずれか一方の駆動操作具（旋回操作レバー３２又はスイング操作ペダル３０）の操作により、いずれか一方の駆動を「主」とし、他方の駆動を「従」として、「旋回角度θ＝スイング角度α」を常に維持して作業機４を移動可能な駆動制御である「オフセット溝掘削姿勢モード」機能を付加することができる。なお、この場合、「旋回角度θ≠スイング角度α」の状態からこの機能で作業機４を移動する際には、図１１に示すように、旋回駆動及びスイング駆動のいずれか一方により「θ＝α」に移動した後、「θ＝α」を維持する駆動制御を行なえばよい。すなわち、作業機４を右に移動する場合には、図１１（ａ）に示すように、例えば点Ｐ１のような「θ＞α」の状態からは、まず左スイング駆動により「θ＝α」に移動した後に「θ＝α」を維持して移動すればよいし、また点Ｐ２のような「θ＜α」の状態からは、まず右旋回駆動により「θ＝α」に移動した後に「θ＝α」を維持して移動すればよい。また、作業機４を左に移動する場合には、図１１（ｂ）に示すように、点Ｐ３のような「θ＞α」の状態からは、まず左旋回駆動により「θ＝α」に移動した後に「θ＝α」を維持して移動すればよいし、点Ｐ４のような「θ＜α」の状態からは、まず右スイング駆動により「θ＝α」に移動した後に「θ＝α」を維持して移動すればよい。
これによると、旋回しても作業機４の駆動平面は常に車体走行方向に一致する（「オフセット溝掘削姿勢」が常に維持される）ので、作業機４が車体の左右方向に大きく飛び出ることはなくなり、壁や通行車両に作業機４が接触する恐れがない。また、この「オフセット溝掘削姿勢モード」にて表示される「オフセット量」を所望量に一致させることにより、非常に容易に作業機４のバケット１３を掘削位置に一致でき、作業性を向上できる。
【００４４】
また、パイロット圧を発生する油圧ポンプ２２を設ける代わりに、管路２３に減圧弁を設けてパイロット圧を得るように構成しても構わない。
さらに、コントローラ４０，５０にスイッチやボリュームを備えた調整器を接続して、出力特性の角度ｄθ，ｄαやｍ％、ｎ％等の値をオペレータの好みにより調整可能に構成してもよい。
角度センサ１８，１９はポテンショメータの例にて説明したが、ポテンショメータに限らず、エンコーダを用いてもよい。
スイング駆動手段は油圧シリンダ１７に限定されず、油圧モータ、電動モータ、電動シリンダ等であってもよい。同様に、旋回駆動手段は油圧モータ２９に限定されず、電動モータであってもよい。電動モータや電動シリンダの場合には、コントローラでサーボアンプを介して速度制御することができる。
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、表示器に作業機の基端のオフセット量を表示するので、オフセット量に対応した溝掘削位置への旋回移動が表示内容の確認により正確にしかも容易に行なうことができる。また、表示器に旋回角度とスイング角度との差を表示するので、表示内容の確認により作業機の駆動平面が車体の前後方向と一致するオフセット溝掘削姿勢を容易に取ることができ、作業性を向上できる。
また、オペレータの操作が続いても旋回駆動及びスイング駆動をそれぞれ所望の位置にて停止可能であるので、同じ場所の掘削が容易となる。また、オフセット溝掘削姿勢を上記停止位置として設定することにより、作業機を排土位置からオフセット溝掘削姿勢に移動するのが非常に容易となり、オフセット位置の溝掘削作業の作業性を大幅に向上できる。さらにまた、上記停止位置への移動及び停止をワンタッチ操作で自動で行なうようにすれば、さらに操作が楽になり、作業性が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係わるスイング式油圧ショベルの側面図である。
【図２】第１実施形態に係わるスイング式油圧ショベルの平面図である。
【図３】第１実施形態に係わるスイング機構の説明図である。
【図４】側溝掘り作業の説明図である。
【図５】第１実施形態に係わる旋回駆動系及びスイング駆動系のブロック図である。
【図６】第１実施形態に係わるコントローラの出力特性図である。
【図７】第２実施形態に係わる旋回駆動系及びスイング駆動系のブロック図である。
【図８】第２実施形態に係わるコントローラの出力特性の説明図である。
【図９】別態様の作動の説明図である。
【図１０】別態様のコントローラの出力特性図である。
【図１１】別態様の作動の説明図である。
【符号の説明】
１…スイング式油圧ショベル、２…下部走行体、３…上部旋回体、４…作業機、１０…スイングブラケット、１７…スイングシリンダ、１８…スイング角度センサ、１９…旋回角度センサ、２０…エンジン、２１，２２…油圧ポンプ、２５…スイング操作弁、２６…旋回操作弁、２９…旋回モータ、３０…スイング操作ペダル、３１，３３…パイロット弁、３２…旋回操作レバー、４０，５０…コントローラ、４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ…比例電磁弁、４３…モニタパネル、４４…表示器、４５…入力器。
Claims (5)
- 下部走行体(2)の上部に旋回可能に装着され、旋回操作手段(32)の操作に応じて駆動する旋回駆動手段(29)により旋回駆動される上部旋回体(3)と、上部旋回体(3)の前端部に基端部を左右にスイング可能に装着され、スイング操作手段(30)の操作に応じて駆動するスイング駆動手段(17)によりスイング駆動される作業機(4)とを備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、
上部旋回体(3)の旋回角度(θ)を検出する旋回角度検出器(19)と、
作業機(4)のスイング角度(α)を検出するスイング角度検出器(18)と、
旋回駆動及びスイング駆動の停止位置を設定する停止位置設定手段(43)と、
前記旋回角度検出器(19)から入力する旋回角度信号(θ)、前記スイング角度検出器(18)から入力するスイング角度信号(α)及び前記停止位置設定手段(43)により設定された設定値(θ0,α0)に基づき、設定値(θ0,α0)の停止位置で旋回駆動手段(29)及びスイング駆動手段(17)をそれぞれ停止する指令信号(iθ A,iθ B,iα A,iα B)を演算し出力するコントローラ(40)とを備え、
前記停止位置設定手段 (43) は表示器 (44) 及び停止位置記憶を指示する入力器 (45) を有し、
前記コントローラ (40) はさらに、前記旋回角度検出器 (19) から入力する旋回角度信号 ( θ ) に基づき、作業機 (4) の基端の車体左右方向への現在のオフセット量を演算し、演算結果を前記表示器 (44) に表示させると共に、前記入力器 (45) が記憶指示したときの前記旋回角度検出器 (19) 及び前記スイング角度検出器 (18) の検出値を前記設定値 ( θ 0 , α 0 ) として記憶する
ことを特徴とするスイング式油圧ショベルのスイング制御装置。 - 下部走行体 (2) の上部に旋回可能に装着され、旋回操作手段 (32) の操作に応じて駆動する旋回駆動手段 (29) により旋回駆動される上部旋回体 (3) と、上部旋回体 (3) の前端部に基端部を左右にスイング可能に装着され、スイング操作手段 (30) の操作に応じて駆動するスイング駆動手段 (17) によりスイング駆動される作業機 (4) とを備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、
上部旋回体 (3) の旋回角度 ( θ ) を検出する旋回角度検出器 (19) と、
作業機 (4) のスイング角度 ( α ) を検出するスイング角度検出器 (18) と、
旋回駆動及びスイング駆動の停止位置を設定する停止位置設定手段 (43) と、
前記旋回角度検出器 (19) から入力する旋回角度信号 ( θ ) 、前記スイング角度検出器 (18) から入力するスイング角度信号 ( α ) 及び前記停止位置設定手段 (45) により設定された設定値 ( θ 0 , α 0 ) に基づき、設定値 ( θ 0 , α 0 ) の停止位置で旋回駆動手段 (29) 及びスイング駆動手段 (17) をそれぞれ停止する指令信号 (i θ A ,i θ B ,i α A ,i α B ) を演算し出力するコントローラ (40) とを備え、
前記コントローラ (40) により出力される旋回角度の指令信号 (i θ A ,i θ B ) は、旋回角度 ( θ ) が予め定めた所定の角度 ( θ 1 ) から前記設定値 ( θ 0 ) に近づくに連れて漸減する特性を有する
ことを特徴とするスイング式油圧ショベルのスイング制御装置。 - 下部走行体(2)の上部に旋回可能に装着され、旋回操作手段(32)の操作に応じて駆動する旋回駆動手段(29)により旋回駆動される上部旋回体(3)と、上部旋回体(3)の前端部に基端部を左右にスイング可能に装着され、スイング操作手段(30)の操作に応じて駆動するスイング駆動手段(17)によりスイング駆動される作業機(4)とを備えたスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、
上部旋回体(3)の旋回角度(θ)を検出する旋回角度検出器(19)と、
作業機(4)のスイング角度(α)を検出するスイング角度検出器(18)と、
旋回駆動及びスイング駆動の停止位置を設定する停止位置設定手段 (43) と、
前記旋回角度検出器 (19) から入力する旋回角度信号 ( θ ) 、前記スイング角度検出器 (18) から入力するスイング角度信号 ( α ) 及び前記停止位置設定手段 (45) により設定された設定値 ( θ 0 , α 0 ) に基づき、設定値 ( θ 0 , α 0 ) の停止位置で旋回駆動手段 (29) 及びスイング駆動 手段 (17) をそれぞれ停止する指令信号 (i θ A ,i θ B ,i α A ,i α B ) を演算し出力するコントローラ (40) とを備え、
前記コントローラ (40) により出力されるスイング角度の指令信号 (i α A ,i α B ) は、スイング角度 ( α ) が予め定めた所定の角度 ( α １ ) から前記設定値 ( α 0 ) に近づくに連れて漸減する特性を有する
ことを特徴とするスイング式油圧ショベルのスイング制御装置。 - 請求項１〜３のいずれかに記載のスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、
前記スイング駆動手段は油圧アクチュエータ(17)で構成し、
該油圧アクチュエータ(17)に供給される圧油の流量を操作量に応じて制御する操作弁(25)と、
該操作弁(25)を操作するパイロット圧を制御可能な比例電磁弁(41A,41B)とを備えると共に、
前記コントローラ(40)は、前記指令信号(iα A,iα B)を前記比例電磁弁(41A,41B)に出力することにより前記操作弁(25)の流量を制御する
ことを特徴とするスイング式油圧ショベルのスイング制御装置。 - 請求項１〜３のいずれかに記載のスイング式油圧ショベルのスイング制御装置において、
前記旋回駆動手段は油圧アクチュエータ(29)で構成し、
該油圧アクチュエータ(29)に供給される圧油の流量を操作量に応じて制御する操作弁(26)と、
該操作弁(26)を操作するパイロット圧を制御可能な比例電磁弁(42A,42B)とを備えると共に、
前記コントローラ(40)は、前記指令信号(iθ A,iθ B)を前記比例電磁弁(42A,42B)に出力することにより前記操作弁(26)の流量を制御する
ことを特徴とするスイング式油圧ショベルのスイング制御装置。
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