JP4351581B2 - 把持力制御装置および解体作業機 - Google Patents

Description

本発明は、油圧式アクチュエータの動作により対象物を把持する作業機械に用いられる把持力制御技術に関する。

対象物の把持を目的とする作業機械として、油圧ショベルをベースとしたものが開発されている。この作業機械は、多関節の腕であるフロント作業腕の先端に油圧シリンダの駆動によって開閉する一対の把持爪を備えている。この油圧シリンダを制御する把持力制御装置には、メインポンプから油圧シリンダに供給される圧油を制御するコントロール弁と、油圧シリンダの把持側油室とコントロール弁とを結ぶ油路上に配置される圧力スイッチとが設けられている。コントロール弁は、操作レバーの操作によって調節されるパイロットポンプからの圧油で制御される。また、操作レバーからコントロール弁へパイロット圧油を供給する油路上には、コントロール弁へのパイロット圧油の供給または遮断する切替弁が設けられている。この作業機械で対象物を把持する場合、コントロール弁から油圧シリンダの把持側油室に供給される圧油の圧力が圧力スイッチの作動圧に達すると、切替弁がコントロール弁へ供給されるパイロット圧油を遮断してコントロール弁を中立位置に復帰させる。これにより、圧力スイッチが作動する圧油の圧力に対応した把持力で対象物を把持できる（特許文献1参照）。

特許第３３３６５６２号公報

しかし、従来の作業機械では、コントロール弁から油圧シリンダの把持側油室に供給される圧油の圧力が圧力スイッチの作動圧に達してからコントロール弁が中立位置に復帰するまで、時間的な遅れがある。そのため、圧力スイッチの作動圧を超えて圧油が把持側油室に供給されるので、圧力スイッチの作動圧に対応する把持力よりも実際の把持力は過大になってしまう。

（１） 請求項１の発明による把持力制御装置は、対象物を把持する把持爪を有する把持装置と、把持爪を開閉駆動するアクチュエータに対して供給される圧油を制御する流量制御弁と、把持爪の把持力を検出する把持力検出手段と、操作部の操作に基づいて、流量制御弁によってアクチュエータに供給される圧油の流量を調節する操作手段と、把持力検出手段で検出した把持力の変化に基づいて、把持力の応答遅れを加味して所定時間後の把持力を予測する予測手段と、対象物を把持爪で把持するように圧油がアクチュエータに供給されているときに、予測手段で予測した把持力があらかじめ定められた把持力設定値と一致すると判断されると、把持爪の把持力が把持力設定値と一致するようにアクチュエータの駆動を停止する信号を出力する制御手段と、把持爪の把持力を前記把持力設定値と一致させるか否かを選択する選択手段と、選択手段によって把持爪の把持力を把持力設定値と一致させることが選択された時にのみ圧力を蓄積し、操作部が操作されていないとき、把持爪を閉じるように流量制御弁からアクチュエータへ供給される圧油の圧力を保持するアキュムレータとをさらに備え、選択手段によって把持爪の把持力を把持力設定値と一致させることが選択されると、制御手段からアクチュエータの駆動を停止するための信号を出力し、選択手段によって把持爪の把持力を把持力設定値と一致させないことが選択されると、制御手段からアクチュエータの駆動を停止するための信号を出力することなく、操作部の操作量に応じて流量制御弁を通過する圧油の流量を調節することを特徴とする。
（２） 請求項２の発明は、請求項１に記載の把持力制御装置において、選択手段は、操作手段の操作部に付設されるスイッチであることを特徴とする。
（３） 請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の把持力制御装置において、対象物を把持爪で把持するようにアクチュエータに圧油が供給される管路に一端が接続された分岐管路と、分岐管路の途中に設けられて、圧油の流れを許可するか否かを切り替える切替手段とをさらに備え、アキュムレータは、分岐管路の他端に接続されて、切替手段から供給される圧油によって圧力を蓄積し、切替手段を介することなく蓄積した圧力をアクチュエータへ供給することを特徴とする。
（４） 請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、制御手段が出力するアクチュエータの駆動を停止する信号が入力されると、流量制御弁を制御するパイロット圧油の流れを遮断する遮断手段をさらに備えることを特徴とする。
（５） 請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、把持力設定値は、把持爪を閉じる方向にアクチュエータが駆動されるように操作された操作部の操作量に応じて設定されることを特徴とする。
（６） 請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、把持力設定値を設定する把持力設定装置をさらに備えることを特徴とする。
（７） 請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、制御手段から出力された信号によってアクチュエータの駆動が停止されたことを報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする。
（８） 請求項８の発明による解体作業機は、対象物を把持する把持爪を有する把持装置と、請求項１〜７のいずれか一項に記載の把持力制御装置と、把持装置が取り付けられる腕を有する旋回体と、旋回体を旋回可能に保持する走行体とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、対象物の破損を防止できるので作業効率が高い。

図１〜６を参照して、本発明による把持力制御装置を解体作業機に適用した一実施の形態を説明する。図１に示すように、油圧ショベルをベースとした解体作業機１００においては、走行体１に旋回体３が旋回可能に取り付けられている。旋回体３の前部には運転室４が取り付けられている。運転室４の後方にはエンジンおよび油圧ポンプを含む主要駆動装置５が設けられている。

旋回体３には多関節の腕を有するフロント作業腕１０１が取り付けられている。フロント作業腕１０１は、ブームシリンダ１１により上下方向に揺動自在に旋回体３に取り付けられたブーム１０と、ブーム１０に連結されてアームシリンダ１３により上下方向に揺動自在に取り付けられたアーム１２と、アーム１２の先端部分に連結されて作業具シリンダ１５により上下方向に回動自在に取り付けられた作業具である把持装置１４とを有する。

図２に把持装置１４の構造を示す。把持装置１４は、アーム１２の先端に取り付けられる把持装置本体２０と、先端側で対象物を把持できるように対向して設けられた把持爪２１，２２と、把持爪２１，２２を駆動するシリンダ３０とを有する。把持爪２１，２２は、それぞれの後端の近傍で、把持装置本体２０に設けられた回動軸２３，２４を中心に回動可能に軸支されている。把持爪２１と把持爪２２とは、それぞれ回動軸２３，２４の近傍でリンク２５を介して接続されている。このリンク２５によって、それぞれの把持爪２１，２２は、回動軸２３，２４を中心に連動して回動するので、把持爪２１，２２の先端側の把持部２１ａ，２２ａで対象物を把持および開放できる。

シリンダ３０のシリンダロッド３１のロッド先端３１ａは、把持爪２１の後端に設けられているシリンダロッド接続部２１ｂに接続され、シリンダ本体３２のボトム側端部（シリンダボトム）３２aが把持装置本体２０のシリンダ支持部２６に接続されている。

シリンダ３０の把持側油室（ボトム室）３３に圧油が供給されると、シリンダロッド３１が伸長し、回動軸２３を中心に把持爪２１を右旋させる。把持爪２１の右旋に伴ってリンク２５を介して把持爪２２は回動軸２４を中心に左旋される。したがって、把持爪２１，２２は閉じる方向に駆動されるので、把持対象物を把持できる。把持爪２１，２２が閉じている状態で、シリンダ３０の解放側油室（ロッド室）３４に圧油が供給されると、シリンダロッド３１が収縮し、上述の動作とは逆方向に把持爪２１，２２が駆動されて、把持対象物を開放する。

図３は、解体作業機１００のシリンダ３０を駆動する油圧回路を示す図である。この油圧回路には、メインポンプ４０と、コントロール弁４１と、メインリリーフ弁４２と、作動油タンク４３と、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４と、アキュムレータ４６と、チェック弁４８とが設けられている。また、この油圧回路には、油圧回路の各構成機器を制御するために、パイロットポンプ５０と、比例電磁式減圧弁５１と、制御回路６０と、コントローラ７０と、圧力センサ９２とが設けられている。コントローラ７０は、いわゆる電気レバーと呼ばれる操作装置であり、把持装置１４の開閉操作をするための操作レバー７１と、操作レバー７１の把持部の端部に付設されたＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２とを有する。

図示しないエンジンによりメインポンプ４０が駆動されると、作動油タンク４３の作動油がコントロール弁４１を介して油路８１または油路８２からシリンダ３０へ供給される。この油圧回路の最高圧力はメインリリーフ弁４２で規定される。なお、油路８１はシリンダ３０のボトム室３３とコントロール弁４１とを結ぶ油路であり、油路８２はロッド室３４とコントロール弁４１とを結ぶ油路である。油路８１には圧力センサ９２が設けられており、油路８１の圧力、すなわち、シリンダ３０のボトム室３３に供給される圧油の圧力が圧力センサ９２によって検出される。以下の説明では、ボトム室３３に供給される圧油を供給圧油Ｆと呼び、圧力センサ９２によって検出される供給圧油Ｆの圧力を検出圧力Ｐと呼ぶ。コントロール弁４１は、後述するように、操作レバー７１の操作に応じて制御される比例電磁式減圧弁５１からのパイロット圧油によってスプールが駆動されて、シリンダ３０への圧油の流れを制御する。

油路８１には、油路８３が接続されており、この油路８３には、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４と、アキュムレータ４６とが設けられている。ＯＮ／ＯＦＦ弁４４は、油路８１とアキュムレータ４６との間に設けられている。油路８３のうち、油路８１とＯＮ／ＯＦＦ弁４４との間の油路を油路８３１と呼び、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４とアキュムレータ４６との間の油路を油路８３３と呼ぶ。後述するように、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４は、制御回路６０から送信される信号によってオンオフが切り替えられて、油路８１からアキュムレータ４６への圧油流入を許可または禁止する。

アキュムレータ４６は、油路８３の末端に設けられ、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４を介して油路８１からの圧力（圧油）を蓄積する。アキュムレータ４６と油路８３１との間には、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４をバイパスするように油路８３２が設けられている。油路８３２にはチェック弁４８が設けられている。チェック弁４８は、油路８３２を経由してアキュムレータ４６から油路８３１への圧油流入を許可し、油路８３２を経由して油路８３１からアキュムレータ４６への圧油流入を禁止する。すなわち、アキュムレータ４６への蓄圧は、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４がオンされて、油路８３１と油路８３３とが連通された場合に限られる。

アキュムレータ４６の圧力より油路８１の圧力が低下すると、アキュムレータ４６に蓄積された圧油は、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４を経由する油路８３３および油路８３１から、もしくはチェック弁４８を経由する油路８３２および油路８３１から油路８１へ流入する。

制御回路６０は、コントローラ７０の操作レバー７１の操作量、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２の操作状況、および圧力センサ９２で検出した検出圧力Ｐに基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４のＯＮ／ＯＦＦの切り替えと、比例電磁式減圧弁５１の設定圧力とを制御する。ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２は、シリンダ３０を速度指令で駆動するか圧力指令で駆動するかを選択するスイッチである。したがって、制御回路６０によるＯＮ／ＯＦＦ弁４４、および比例電磁式減圧弁５１の制御内容は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２の操作状況によって異なる。以下、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２の操作状況に応じて説明する。なお、以下の説明では、把持装置１４が対象物を把持する方向、および、把持装置１４が対象物を把持するように操作レバー７１が操作される方向を把持方向と呼び、把持装置１４が対象物を解放する方向、および、把持装置１４が対象物を解放するように操作レバー７１が操作される方向を解放方向と呼ぶ。

−−−ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオフされている場合−−−
ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオフされている場合、シリンダ３０は次のように駆動される。
（１） アキュムレータ４６への圧油の流入は禁止され、コントロール弁４１からの圧油はすべてシリンダ３０の駆動に用いられる。
（２） シリンダ３０は、操作レバー７１の操作量に比例した速度指令で駆動される。

ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオフされると、制御回路６０からＯＮ／ＯＦＦ弁４４へは、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４をオフする指令が出力される。これにより、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４が油路８１からアキュムレータ４６への圧油流入を禁止するので、アキュムレータ４６に圧油は供給されない。

図４に示すように、シリンダ３０への速度指令値は、操作レバー７１の操作量に比例する。すなわち、制御回路６０から比例電磁式減圧弁５１への指令値は、コントロール弁４１を流れる圧油の流量が操作レバー７１の操作量に比例して変化するように決定されて出力される。なお、操作レバー７１の中立位置付近に設けられた不感帯は、操作レバー７１が中立位置からわずかに傾動されただけで鋭敏にシリンダ３０が駆動されてしまうのを防止するため、操作レバー７１の操作量を認識しないように設けられた領域である。

把持対象物を把持することでシリンダ３０の駆動が停止されると、コントロール弁４１から供給される圧油によってボトム室３３の圧力は上昇する。シリンダ３０のボトム室３３へ供給される圧油の最大圧力は、メインリリーフ弁４２の設定圧力値となる。

−−−ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオンされている場合−−−
ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオンされている場合、シリンダ３０は次のように駆動される。
（１） アキュムレータ４６への圧油の流入は許可され、アキュムレータ４６に圧油が供給されて蓄積される。
（２） 操作レバー７１が不感帯を超えて把持方向に操作されると、シリンダ３０は、操作レバー７１の操作量に関わらず一定の速度で把持方向に駆動される。また、把持爪２１，２２による把持力、すなわちボトム室３３への供給圧油Ｆの圧力は、操作レバー７１の操作量に比例するように制御される。
（３） 操作レバー７１が不感帯を超えて解放方向に操作されると、シリンダ３０は、操作レバー７１の操作量に比例した速度指令で駆動される。

ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオンされると、制御回路６０からＯＮ／ＯＦＦ弁４４へは、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４をオンする指令が出力される。これにより、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４が油路８１からアキュムレータ４６への圧油流入を許可するので、油路８１の圧油は、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４を介してアキュムレータ４６に蓄積される。

不感帯を超えて操作レバー７１が把持方向に操作されると、制御回路６０から比例電磁式減圧弁５１への指令値は、操作レバー７１の操作量にかかわらず一定の値として出力される。したがって、図５に示すように、シリンダ３０への速度指令値、すなわちシリンダ３０の動作速度は、操作レバー７１の把持方向の操作量に関わらず一定となる。

把持爪２１，２２と対象物とが接触した際に、対象物が不用意に破損されるのを防止する観点から、把持爪２１，２２と対象物との接触速度は低く抑えることが望ましい。そのため、上述の速度指令値は、低い値に設定される。なお、シリンダ３０は、以下に述べる制御によって圧力指令で駆動される。

シリンダ３０を圧力指令で駆動するための圧力指令値は、供給圧油Ｆの圧力目標値であり、図６に示すように、操作レバー７１の把持方向の操作量に比例して決定される。把持装置１４が把持方向に駆動された場合、把持爪２１，２２が対象物に接触していない状態では、把持爪２１，２２は自由に駆動可能であるため、供給圧油Ｆの圧力は低い値であり、圧力指令値（圧力目標値）を下回るが、把持爪２１，２２が対象物に接触すると、対象物からの反力によって供給圧油Ｆの圧力は上昇する。

本実施の形態では、対象物を把持することで上昇する供給圧油Ｆの圧力が、図６に示した圧力目標値と等しくなるように制御する。具体的には、圧力センサ９２で検出した検出圧力Ｐの変化傾向に基づいて、所定時間後の供給圧油Ｆの圧力を後述する演算によって予測して、圧力目標値を超えるか否かを判断する。予測された供給圧油Ｆの圧力（以下、圧力予測値Ｐ１と呼ぶ）が圧力目標値を超えると判断されると、比例電磁式減圧弁５１への指令値をゼロとして、コントロール弁４１のスプールを中立に戻す。コントロール弁４１は、スプールが中立位置に復帰されると、メインポンプ４０および作動油タンク４３へ接続された油路と、油路８１との間で圧油の流れを遮断する。

これにより、ボトム室３３およびアキュムレータ４６の圧油はコントロール弁４１で遮断されて密閉された状態となるので、シリンダ３０は対象物を把持した状態で停止される。アキュムレータ４６へは圧油が供給されて蓄積されているので、油路８１の圧力が低下すると、上述のように、アキュムレータ４６に蓄積された圧油は、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４を経由する油路８３３および油路８３１から、もしくは、チェック弁４８を経由する油路８３２および油路８３１から油路８１へ流入する。これにより、シリンダ３０のピストン部分などから圧油がリークしても、アキュムレータ４６に蓄積された圧油によって、シリンダ３０のボトム室３３の圧力は維持されるので、把持対象物は落下しない。なお、この状態で操作レバー７１を中立位置に戻してＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２をオフとしても、アキュムレータ４６に蓄積された圧油は、チェック弁４８を経由する油路８３２および油路８３１から油路８１へ流入するので、ボトム室３３の圧力は維持される。

圧力目標値がとりうる値の上下限値（圧力目標上限値、圧力目標下限値）は、制御回路６０に接続された不図示の入力表示装置からオペレータが任意に設定できる。但し、圧力目標下限値は、無負荷の把持装置１４を駆動するために最低限必要な圧力で規制され、圧力目標上限値は、メインリリーフ弁４２の設定圧力で規制される。たとえば、圧力目標下限値をできるだけ低い値に設定し、圧力目標上限値も低い値に設定することで、操作レバー７１の操作量に対する圧力目標値の増加割合が小さくなるように設定すれば、供給圧油Ｆの圧力の低圧領域における把持力制御精度が向上する。このように設定した場合には、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオンされているときには、高い把持力による把持力制御はできないが、高い把持力が必要であれば、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２をオフにすることで、メインリリーフ弁４２の設定圧力を上限値とした圧油の圧力によって、速度指令による把持操作ができる。

不感帯を超えて操作レバー７１が解放方向に操作されると、シリンダ３０は、速度指令で駆動される。すなわち、制御回路６０から比例電磁式減圧弁５１への指令値は、コントロール弁４１を流れる圧油の流量が操作レバー７１の解放方向の操作量に比例して変化するように決定されて出力される。したがって、図５に示すように、シリンダ３０への速度指令値、すなわち、シリンダ３０の動作速度は、操作レバー７１の解放方向の操作量に比例する。なお、図６に示すように、操作レバー７１が解放方向に操作されているときにも一定の圧力指令値（圧力目標値）が出力されるが、シリンダ３０が解放方向に駆動されているときには、油路８１はコントロール弁４１を介して作動油タンク４３に接続されるため、圧力予測値Ｐ１が圧力目標値を超えると判断されることはない。

−−−圧力予測値Ｐ１の演算−−−
上述のように、圧力センサ９２で検出した検出圧力Ｐに基づいて制御回路６０で指令値が演算されて比例電磁式減圧弁５１へ出力されると、比例電磁式減圧弁５１がコントロール弁４１へのパイロット圧油を制御し、コントロール弁４１のスプールが制御回路６０から出力される指令値に対応する制御位置まで駆動される。したがって、圧力センサ９２で検出圧力Ｐを検出してから、コントロール弁４１のスプールが制御回路６０から出力される指令値に対応する制御位置に駆動されるまでには、制御回路６０における演算時間や比例電磁式減圧弁５１およびコントロール弁４１の応答時間などを含めたシステムの応答時間が必要である。このため、検出圧力Ｐが目標とする圧力に達したときに、制御回路６０で指令値を演算して比例電磁式減圧弁５１へ出力すると、システムの応答時間に起因する把持力のオーバーシュートが発生する。以下の説明では、上述したシステムの応答時間のことを応答遅れと呼ぶ。

コントロール弁４１による供給圧油Ｆの遮断完了時の検出圧力Ｐが図６に示した圧力目標値に一致するように、すなわち、把持装置１４の把持力が操作レバー７１の操作量に比例した値になるようにするためには、上述した応答遅れを考慮する必要がある。本実施の形態では、次に述べるように、圧力センサ９２で検出した検出圧力Ｐの変化傾向に基づいて、応答遅れに相当する所定時間後の供給圧油Ｆの圧力である圧力予測値Ｐ１を予測している。そして、圧力予測値Ｐ１が圧力目標値を超えると判断されると、比例電磁式減圧弁５１への指令値をゼロとして、コントロール弁４１のスプールを中立に戻すことで、コントロール弁４１で遮断後の検出圧力Ｐが圧力目標値と一致するように制御している。

図７は、圧力センサ９２で検出した検出圧力Ｐの変化傾向に基づいて、圧力予測値Ｐ１を予測する圧力予測部１６０の機能を示すブロック図である。圧力予測部１６０は、制御回路６０に設けられており、圧力センサ９２から検出圧力Ｐが入力され、圧力予測値Ｐ１が出力される。出力された圧力予測値Ｐ１は、図６に示した圧力目標値と比較されて、圧力目標値を超えるか否かが判断される。

圧力予測部１６０は、圧力センサ情報取得部１６１と、圧力センサ情報蓄積部１６２と、圧力勾配演算部１６３と、応答遅れ時間記憶部１６４と、圧力予測値算出部１６５とを備えている。圧力センサ情報取得部１６１は、圧力センサ９２で検出した検出圧力Ｐを取得して、圧力センサ情報蓄積部１６２および圧力予測値算出部１６５へ出力する。

圧力センサ情報蓄積部１６２は、圧力センサ情報取得部１６１から出力された検出圧力Ｐを所定のサンプリングタイムでサンプリングして、所定時間分のｎ個の検出圧力Ｐを記憶する。たとえば、サンプリングタイムが５ｍｓｅｃであり、過去３０ｍｓｅｃの検出圧力Ｐを記憶する場合、ｎ＝６個の検出圧力Ｐの値を記憶する。圧力勾配演算部１６３は、圧力センサ情報蓄積部１６２で記憶したｎ個の検出圧力Ｐの値から最小二乗法によって、変動する検出圧力Ｐの変化率（圧力勾配）ｄＰ／ｄｔを求めて、圧力予測値算出部１６５に出力する。

応答遅れ時間記憶部１６４は、上述した応答遅れを記憶する。上述のように、応答遅れは、圧力センサ９２で検出圧力Ｐを検出してから、コントロール弁４１のスプールが所定位置に駆動されるまでの所要時間に相当する。比例電磁式減圧弁５１およびコントロール弁４１の応答時間は、比例電磁式減圧弁５１およびコントロール弁４１の開弁率によって異なるため、応答遅れはこれらの開弁率で変化する。しかし、本実施の形態では、上述のように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオンされている場合、制御回路６０から比例電磁式減圧弁５１への指令値は、操作レバー７１の把持方向の操作量にかかわらず一定の値であるので、応答遅れは定数Ｔとなる。

圧力予測値算出部１６５は、圧力センサ情報取得部１６１から出力された検出圧力Ｐの現在の値と、圧力勾配演算部１６３で算出された圧力勾配ｄＰ／ｄｔと、応答遅れ時間記憶部１６４に記憶されている応答遅れの定数Ｔとから圧力予測値Ｐ１を算出する。圧力予測値Ｐ１は、現在から応答遅れに相当する時間が経過した後に検出される検出圧力Ｐの予測値であり、次式で表される。
Ｐ１ ＝ Ｐ＋（ｄＰ／ｄｔ）×Ｔ ・・・（１）

図８に検出圧力Ｐの時間変化を示す。現在時刻ｔ１における検出圧力をＰａとする。現在時刻ｔ１からコントロール弁４１のスプールが中立に戻るまでの時間（応答遅れＴ）の間に検出圧力は△Ｐ＝（ｄＰ／ｄｔ）×Ｔだけ上昇する。したがって、現在時刻ｔ１における圧力予測値Ｐ１は、Ｐ１＝Ｐａ＋△Ｐである。圧力予測値Ｐ１が圧力目標値Ｃを超えると判断されたときに、制御回路６０で比例電磁式減圧弁５１への指令値をゼロとする演算を実行すれば、実際にコントロール弁４１のスプールが中立に戻ったときには、検出圧力Ｐ、すなわち、供給圧油Ｆの圧力は、圧力目標値Ｃと略等しくなる。

把持装置１４の把持力は、ボトム室３３に供給される圧油の圧力に比例し、シリンダ３０のピストンの断面積や把持爪２１，２２を開閉駆動するレバー機構のレバー比などで表される係数と圧油の圧力との積で表される。したがって、供給圧油Ｆの圧力を上述のように制御することで、把持装置１４の把持力も同様に制御できる。上述した圧力目標値は、把持装置１４の把持力設定値に該当する。

−−−フローチャート−−−
図９は、解体作業機１００に搭載された把持装置１４の開閉操作の動作を示すフローチャートである。この処理は、制御ユニット６０で実行されるプログラムにより行われる。不図示のエンジンキースイッチがオンされるとこのプログラムが起動される。ステップＳ１において、操作レバー７１やＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２の状態を検出して（操作情報を取得して）ステップＳ３へ進む。ステップＳ３において、ステップＳ１で取得した操作情報から操作レバー７１が解放方向に操作されたか否かを判断する。ステップＳ３が肯定判断されるとステップＳ５へ進み、後述するステップ２５で設定されるコントロール弁４１の遮断指令を解除する。

ステップＳ３が否定判断されるか、ステップＳ５が実行されるとステップＳ７へ進み、ステップＳ１で取得した操作情報からＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオンされているか否かを判断する。ステップＳ７が否定判断される（ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオフで速度指令）とステップＳ９へ進み、ステップＳ１で取得した操作情報に基づいて、コントロール弁４１を流れる圧油の流量が操作レバー７１の操作量に比例するように、比例電磁式減圧弁５１への速度指令値を演算する。このときの操作レバー７１の操作量とシリンダ３０への速度指令値との関係は、図４に示すとおりである。

ステップＳ９を実行すると、ステップＳ１１へ進み、後述するステップ２５で設定されるコントロール弁４１の遮断指令を解除してステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３において、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４への指令、およびステップＳ９で演算された比例電磁式減圧弁５１への速度指令値をそれぞれ出力してリターンする。

ステップＳ７が肯定判断される（ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオンで圧力指令）とステップＳ１５へ進み、ステップＳ１で取得した操作情報に基づいて、操作レバー７１の操作量に対する圧力目標値が図６に示した関係となるように圧力目標値を演算してステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７において、図７に示した制御回路６０の圧力予測部１６０で圧力予測値Ｐ１を算出してステップＳ１９へ進む。ステップＳ１９において、ステップＳ１で取得した操作情報に基づいて、操作レバー７１の操作量に対するシリンダ３０への速度指令値が図５に示した関係となるように、比例電磁式減圧弁５１への速度指令値を演算してステップＳ２１へ進む。

ステップＳ２１において、ステップＳ１５で演算した圧力目標値が、ステップＳ１７で演算した圧力予測値Ｐ１より大きいか否かを判断する。ステップＳ２１が肯定判断されるとステップＳ２３へ進み、後述するステップ２５で設定されるコントロール弁４１の遮断指令を解除してステップＳ１３へ進む。

ステップＳ２１が否定判断されると、ステップＳ２５へ進み、比例電磁式減圧弁５１への指令値をゼロとする指令である、コントロール弁４１の遮断指令を出力するよう設定してステップＳ１３へ進む。

上述した把持力制御装置では、次の作用効果を奏する。
（１） 圧力センサ９２で検出した検出圧力Ｐの変化傾向に基づいて所定時間後の供給圧油Ｆの圧力を予測するよう構成した。そして、圧力目標値を超えるか否かを判断し、圧力予測値が圧力目標値を超えると判断されると、比例電磁式減圧弁５１への指令値をゼロとする遮断指令を出力するよう構成した。したがって、オーバーシュートが発生しないように把持力を予測して、把持爪２１，２２の駆動を停止できるので、対象物へ過負荷を与えることなく対象物を把持できる。これにより、対象物の破損を防止できるので作業効率が高い。

（２） ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２がオンされている場合には、把持爪２１，２２による把持力が操作レバー７１の操作量に比例するように構成した。これにより、対象物に合わせた任意の把持力による把持作業が容易な操作で実現できるので、多様な作業に適用可能な作業性の高い把持力制御ができる。

（３） 圧力目標上限値、および圧力目標下限値を、オペレータが任意の値で入力可能とした。たとえば、圧力目標下限値をできるだけ低い値に設定し、圧力目標上限値も低い値に設定することで、供給圧油Ｆの圧力の低圧領域における把持力制御精度を向上できる。これにより、破損しやすい対象物や、破損しては困る対象物の把持作業が容易となるので、利便性が高い。

（４） ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２によってシリンダ３０を速度指令で駆動するか圧力指令で駆動するかを選択可能に構成したので、従来の把持装置のように速度指令による把持作業と、圧力指令によって把持力制御を行う把持作業とが容易に切替可能であり、オペレータが意図したように把持作業できるので、操作性が高く効率的に作業できる。

（５） ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２を操作レバー７１の把持部の端部に付設した。これにより、オペレータが操作レバー７１の把持部を把持したままでもＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２の操作可能であるので、操作性が向上して効率のよい作業ができる。

（６） シリンダ３０を圧力指令で駆動する場合、操作レバー７１が不感帯を超えて把持方向に操作されると、シリンダ３０が操作レバー７１の操作量に関わらず一定の速度で把持方向に駆動されるよう構成した。これにより、応答遅れを一定の定数とできるので、圧力予測値Ｐ１を精度よく算出でき、把持力の制御制度を容易に高められる。また、このとき、シリンダ３０は、低い駆動速度で駆動されるように設定されている。これにより、把持爪２１，２２と対象物との接触速度を低く抑えて、把持爪２１，２２と対象物との接触時に、対象物が不用意に破損されるのを防止できる。

（７） メインポンプ４０からの圧油の圧力をアキュムレータ４６で蓄積するように構成した。これにより、アキュムレータ４６に蓄積された圧油によってボトム室３３の圧力が維持されるので、把持対象物の落下を防止でき把持の確実性と安全性を向上できる。

（８） アキュムレータ４６を油路８３の末端に設けるよう構成した。そして、アキュムレータ４６と油路８３１との間には、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４をバイパスするようにチェック弁４８が配設された油路８３２を設けるよう構成した。したがって、アキュムレータ４６は、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４がオンされたときのみ圧油を蓄積する。蓄積した圧油は、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４を介することなくシリンダ３０へ供給できる。これにより、シリンダ３０が速度指令で動作するときには、アキュムレータ４６へ蓄圧されないのでアキュムレータ４６への蓄圧に伴うシリンダ３０の応答遅れを防止できる。また、蓄積した圧油は、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４がオフされていてもシリンダ３０へ供給できる。よって、把持操作の精度と把持の確実性をともに向上できる優れた把持力制御が実現できる。

−−−変形例−−−
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲にて種々の変形が可能である。
（１） 上述の説明では、コントローラ７０は、いわゆる電気レバーと呼ばれる操作装置であったが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１０に示すように、パイロットポンプ５０の圧油を直接制御するパイロット弁を有するコントローラ１７０を用いることもできる。この場合、コントローラ１７０からコントロール弁４１へパイロット圧油を供給する油路に切替弁１５１を設け、圧力予測値Ｐ１が圧力目標値を超えると判断されたときに、切替弁１５１をオンするように構成することで、上述の説明と同様の制御ができる。なお、この場合には、操作レバー１７１の操作量を検出するため、図１０に示すようにコントローラ１７０で制御されるパイロット圧油の圧力を検出する圧力センサ９１が必要となる。また、圧力センサ９１の代わりに、操作レバー１７１の操作量を直接検出する角度検出センサ（不図示）をコントローラ１７０に設けることとしてもよい。

（２） 上述の説明では、コントロール弁４１の遮断指令が出力されて供給圧油Ｆが遮断されたことを報知するための手段については言及していないが、報知するための手段を設けてオペレータに報知することもできる。たとえば、図１１に示すように、表示モニタ９３を設けて、供給圧油Ｆが遮断された旨を表示モニタに９３に表示するようにしてもよい。また、供給圧油Ｆが遮断された旨を報知する手段として、表示モニタ９３に限らず、音声によって報知したり、操作レバー７１の微少振動によって報知することもできる。なお、上述の説明における、圧力目標上限値、および圧力目標下限値を設定するための不図示の入力表示装置の機能と、表示モニタ９３の機能とを統合させてもよい。

（３） 上述の説明では、アキュムレータ４６と油路８３１との間には、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４をバイパスするようにチェック弁４８が配設された油路８３２を設けたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１２に示すように、ＯＮ／ＯＦＦ弁４４をバイパスする油路は設けなくてもよい。この場合、シリンダ３０のボトム室３３の圧力を維持する必要があるときにＯＮ／ＯＦＦ弁４４をオンするように制御すればよい。

（４） 上述の説明では、操作レバー７１の把持方向の操作量によって圧力目標値を決定するようにしているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１３に示すように、制御回路６０に接続される圧力設定器６１によって圧力目標値を決定するようにしてもよい。これにより、把持操作に不慣れなオペレータであっても、把持対象物に応じて適切な把持力が容易に設定できる。

（５） 上述の説明では、シリンダ３０のボトム室３３の圧力維持にアキュムレータ４６を用いているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１４に示すように、メインポンプ４０からの圧油を直接導く油路８４を油路８１に接続し、油路８４の途中にＯＮ／ＯＦＦ弁１４４を設ける。対象物の把持状態を保持する必要があるとき、油路８１に設けられた圧力センサ９２によってボトム室３３の圧力を検出して、ＯＮ／ＯＦＦ弁１４４をフィードバック制御することで、ボトム室３３の圧力を一定値に維持できる。

（６） 上述の説明では、シリンダ３０を圧力指令で駆動する場合、操作レバー７１が不感帯を超えて把持方向に操作されると、シリンダ３０が一定の速度で把持方向に駆動されるよう構成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、上述した応答遅れは定数Ｔであるが、応答遅れ時間記憶部１６４に任意の速度指令値や作動油の粘度など種々の条件に対応する応答遅れのテーブルを記憶させ、このテーブルを用いて圧力予測値Ｐ１を算出するようにしてもよい。これにより、シリンダ３０が任意の速度で駆動されても、上述の説明と同様に制御できる。

（７） 上述の説明では、圧力センサ９２によって検出圧力Ｐを検出していたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１５に示すように、把持力を計測するセンサ９５を把持爪２１，２２の少なくとも一方に直接取り付けることで把持力を計測してもよい。この場合、把持力を供給圧油Ｆの圧力に変換する変換テーブルを用意し、この変換テーブルで把持力を供給圧油Ｆの圧力に変換すれば、上述の説明と同様に制御できる。センサ９５としては、たとえば、把持爪２１，２２のひずみを測定するひずみゲージでもよく、把持対象物に直接接触するようなセンサでもよい。

（８） 上述の説明では、コントロール弁４１のパイロット圧油を制御することで、コントロール弁４１のスプールを中立位置に戻して、ボトム室３３への供給圧油Ｆを遮断していたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１６に示すように、油路８１にＯＮ／ＯＦＦ弁１４１を設け、圧力予測値Ｐ１が圧力目標値を超えると判断されたときに、ＯＮ／ＯＦＦ弁１４１をオフするように構成することで、上述の説明と同様の制御ができる。この場合、パイロット圧油の制御によってコントロール弁４１のスプールが中立位置に戻る時間よりも、ＯＮ／ＯＦＦ弁１４１がオンからオフに切り替わるのに要する時間の方が短いため、応答性がよい。
（９） 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

以上の実施の形態およびその変形例において、流量制御弁はコントロール弁４１に、把持力検出手段は圧力センサ９２に、操作手段はコントローラ７０，１７０に、予測手段は圧力予測部１６０に、制御手段は制御回路６０にそれぞれ対応する。遮断手段は比例電磁式減圧弁５１、または切替弁１５１に対応する。選択手段はＯＮ／ＯＦＦスイッチ７２，１７２に、把持力設定装置は圧力設定器６１に、分岐管路は油路８３に、切替手段はＯＮ／ＯＦＦ弁４４に、報知手段は表示モニタ９３にそれぞれ対応する。さらに、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における機器構成に何ら限定されない。

本発明による解体作業機１００の側面図である。 解体作業機１００の把持装置１４の構造を示す図である。 解体作業機１００のシリンダ３０を駆動する油圧回路を示す図である。 操作レバー７１の操作量と、シリンダ３０への速度指令値との関係を示す図である。 操作レバー７１の操作量と、シリンダ３０への速度指令値との関係を示す図である。 操作レバー７１の操作量と、圧力目標値との関係を示す図である。 圧力予測部１６０の機能を示すブロック図である。 検出圧力Ｐの時間変化を示す図である。 解体作業機１００に搭載された把持装置１４の開閉操作の動作を示すフローチャートである。 解体作業機１００のシリンダ３０を駆動する油圧回路の変形例を示す図である。 解体作業機１００のシリンダ３０を駆動する油圧回路の変形例を示す図である。 解体作業機１００のシリンダ３０を駆動する油圧回路の変形例を示す図である。 解体作業機１００のシリンダ３０を駆動する油圧回路の変形例を示す図である。 解体作業機１００のシリンダ３０を駆動する油圧回路の変形例を示す図である。 解体作業機１００のシリンダ３０を駆動する油圧回路の変形例を示す図である。 解体作業機１００のシリンダ３０を駆動する油圧回路の変形例を示す図である。

符号の説明

１４ 把持装置 ３０ シリンダ
３３ 把持側油室（ボトム室） ３４ 解放側油室（ロッド室）
４０ メインポンプ ４１ コントロール弁
４２ メインリリーフ弁 ４４ ＯＮ／ＯＦＦ弁
４６ アキュムレータ ４８ チェック弁
５０ パイロットポンプ ５１ 比例電磁式減圧弁
６０ 制御回路 ６１ 圧力設定器
７０，１７０ コントローラ ７１，１７１ 操作レバー
７２，１７２ ＯＮ／ＯＦＦスイッチ ９１，９２ 圧力センサ
９３ 表示モニタ １００ 解体作業機
１０１ フロント作業腕 １６０ 圧力予測部

Claims (8)

1. 対象物を把持する把持爪を有する把持装置と、
   前記把持爪を開閉駆動するアクチュエータに対して供給される圧油を制御する流量制御弁と、
   前記把持爪の把持力を検出する把持力検出手段と、
   操作部の操作に基づいて、前記流量制御弁によって前記アクチュエータに供給される圧油の流量を調節する操作手段と、
   前記把持力検出手段で検出した把持力の変化に基づいて、把持力の応答遅れを加味して所定時間後の把持力を予測する予測手段と、
   前記対象物を前記把持爪で把持するように圧油が前記アクチュエータに供給されているときに、前記予測手段で予測した把持力があらかじめ定められた把持力設定値と一致すると判断されると、前記把持爪の把持力が前記把持力設定値と一致するように前記アクチュエータの駆動を停止する信号を出力する制御手段と、
   前記把持爪の把持力を前記把持力設定値と一致させるか否かを選択する選択手段と、
   前記選択手段によって前記把持爪の把持力を前記把持力設定値と一致させることが選択された時にのみ圧力を蓄積し、前記操作部が操作されていないとき、前記把持爪を閉じるように前記流量制御弁から前記アクチュエータへ供給される圧油の圧力を保持するアキュムレータとをさらに備え、
   前記選択手段によって前記把持爪の把持力を前記把持力設定値と一致させることが選択されると、前記制御手段から前記アクチュエータの駆動を停止するための前記信号を出力し、
   前記選択手段によって前記把持爪の把持力を前記把持力設定値と一致させないことが選択されると、前記制御手段から前記アクチュエータの駆動を停止するための前記信号を出力することなく、前記操作部の操作量に応じて前記流量制御弁を通過する圧油の流量を調節することを特徴とする把持力制御装置。
2. 請求項１に記載の把持力制御装置において、
   前記選択手段は、前記操作手段の操作部に付設されるスイッチであることを特徴とする把持力制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の把持力制御装置において、
   前記対象物を前記把持爪で把持するように前記アクチュエータに圧油が供給される管路に一端が接続された分岐管路と、
   前記分岐管路の途中に設けられて、圧油の流れを許可するか否かを切り替える切替手段とをさらに備え、
   前記アキュムレータは、前記分岐管路の他端に接続されて、前記切替手段から供給される圧油によって圧力を蓄積し、前記切替手段を介することなく前記蓄積した圧力を前記アクチュエータへ供給することを特徴とする把持力制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、
   前記制御手段が出力する前記アクチュエータの駆動を停止する信号が入力されると、前記流量制御弁を制御するパイロット圧油の流れを遮断する遮断手段をさらに備えることを特徴とする把持力制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、
   前記把持力設定値は、前記把持爪を閉じる方向に前記アクチュエータが駆動されるように操作された前記操作部の操作量に応じて設定されることを特徴とする把持力制御装置。
6. 請求項１〜４のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、
   前記把持力設定値を設定する把持力設定装置をさらに備えることを特徴とする把持力制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれかの項に記載の把持力制御装置において、
   前記制御手段から出力された信号によって前記アクチュエータの駆動が停止されたことを報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする把持力制御装置。
8. 対象物を把持する把持爪を有する把持装置と、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の把持力制御装置と、
   前記把持装置が取り付けられる腕を有する旋回体と、
   前記旋回体を旋回可能に保持する走行体とを備えることを特徴とする解体作業機。

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