JP4408428B2 - 作業機械の作業具角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械の多関節アーム機構の先端に備えた作業具の角度検出装置に関する。

例えば、油圧ショベル等の作業機械においては、その掘削用バケット等の作業具を、予め設定した領域外に出ることを制限する範囲制限機能、予め設定した領域に沿って移動させる掘削機能及びバケット等の作業具の姿勢維持等を実現する制御方式を採用しているものがある。

この方式を実現するために、作業機械におけるブーム、アーム、作業具間の相対角度を検出する必要がある。この相対角度を検出する装置としては、ブーム、アーム、作業具の各連結部にそれぞれポテンショメータ等の角度検出器を直接取り付けたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−１８９０５５号公報

上述した相対角度検出装置を備えた作業機械は、各検出器からのブーム、アーム、作業具間の相対角度を取り込み、制御装置によってアームの先端に設けた作業具を、例えば設定した移動軌跡に沿って移動制御又は設定した作業箇所に移動制御させる。

このような作業具の移動制御において、上述した相対角度検出装置の内で、ブームまたはアームの角度を検出する検出装置は、バケット等の作業具のそれよりも作業機械の本体側に配置されるので、障害物や作業工具と接触する機会が少ない。ところが、バケット等の作業具の角度を検出する検出装置は、特許文献１に示されるように、バケット等の作業具の近傍箇所でアーム先端側の側部に突出して配置されるので、障害物等に接触する機会が多い。

このため、検出装置を構成する検出器の露出部分を、堅固なカバーで覆うことが考えられるが、このように構成すると、検出装置の側方への突出高さが大きくなり、バケット等の作業具を操作のためのリンクと接触する機会が増加し、作業具の回動操作に支障を来すことがある。

そこで、上記の検出装置を廃止し、作業具操作用のシリンダのストローク量を検出し、このストローク量から作業具の角度を検出する方策も考えられるが、この方策では、作業具操作用のシリンダに大掛かりな加工が必要になり、高価な検出装置になってしまうという憾みがある。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、障害物との接触を極力抑えることができる作業機械の作業具角検出装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、アームの先端に作業具を回動可能に設け、作業具操作用のシリンダのピストンロッド先端とアームの側面とを第１のリンクで連結し、前記ピストンロッド先端と前記作業具とを第２のリンクで連結した作業機械において、前記アーム側面における前記第１のリンクのアーム連結部近傍に検出器を設け、前記検出器の回転軸に、他端側が一端側から前記アームの側面側に位置するように折り曲げ加工された屈曲レバーの前記一端側を固定し、前記屈曲形状のレバーの他端側内面と前記第１のリンクの内側とを、前記アーム上面側に湾曲した形状の第３のリンクで連結したことを特徴とする作業機械の作業具角検出装置にある。

また、第２の発明は、アームの先端に作業具を回動可能に設け、作業具操作用のシリンダのピストンロッド先端とアームの側面とを第１のリンクで連結し、前記ピストンロッド先端と前記作業具とを第２のリンクで連結した作業機械において、前記アーム側面における前記第１のリンクのアーム連結部近傍に検出器収納用の孔を設け、検出器を前記孔内に収納して前記アーム側面に固定し、前記検出器の回転軸にレバーの一端を設け、前記レバーの他端と前記第１のリンクの内側とを第３のリンクで連結したことを特徴とする作業機械の作業具角検出装置にある。

更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、第１のリンクと、前記レバーと、前記第３のリンクとで平行リンク機構を構成したことを特徴とする作業機械の作業具角検出装置にある。

本発明によれば、作業具の検出器を、前記アーム側面においてアーム先端から離れる位置に配置することができるので、作業対象物及び他の障害物等との接触を抑えることができる。その結果、検出器の破損を極力防止することができ、その検出器の信頼性が向上するとともに、作業機械による範囲制限機能、作業具の姿勢維持等の作業性をも向上させることができる。

以下、本発明の作業機械の作業具角検出装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の作業機械の作業具角検出装置の一実施の形態を備えた作業機械の斜視図である。この図１において、１は作業機械で、この作業機械１は、走行体２と、この走行体２上に旋回可能に搭載した旋回体３と、この旋回体３の前部に装設した作業装置４とによって大略構成されている。

旋回体３上には、その前部左側に設けた運転室５と、旋回体３の後部に設けたカウンタウエイト６と、このカウンタウエイト６と運転室５の間に設けたエンジン室７とが装設されている。

前述した作業装置４は、旋回体３の前部に俯仰動可能に設けたブーム８と、このブーム８の先端に回動可能に設けたアーム９と、このアーム９の先端に回動可能に設けた作業具１０（この例では掘削バケットを示す）と、旋回体３とブーム８との間に設けたブーム操作用シリンダ１１と、ブーム８とアーム９との間に設けたアーム操作用シリンダ１２と、基端部をアーム９に連結した作業具操作用のシリンダ１３と、そのピストンロッド１４の先端とアーム９の側面とを連結した第１のリンク１５と、前記ピストンロッド１４の先端と前記作業具１０とを連結した第２のリンク１６とで構成されている。

前述したブーム８の基部と旋回体３との連結部及びブーム８とアーム９との連結部には、それぞれその相対角度を検出する検出器１７が設けられている。また、本発明の作業具角検出装置１８は、アーム９の側部で第１のリンク１５のアーム連結部の近傍に配置されている。

上述した本発明の作業具角検出装置１８の一実施の形態の詳細を、図２及び図３を用いて説明する。これらの図において、図１と同符号のものは同一部分である。
作業具角検出装置１８を構成する検出器１９は、その本体の外周に固定用のフランジ２０を備えている。このフランジ２０には、図３に示すように、その周方向に間隔をもってボルト挿入孔２１（この例では３個）が設けられている。また、このボルト挿入孔２１に対応して、アーム９の側面には、ねじ孔２２が設けられている。

検出器１９は、ボルト２３を、フランジ２０のボルト挿入孔２１及び固定用のフランジ２０とアーム９の側面との間に介装した筒状のスペーサ２４に通して、アーム９の側面のねじ孔２２にねじ込むことにより、その回転軸２５がアーム９の側面に略直交し、アーム９の側面外方に位置するように装設される。

検出器１９の回転軸２５には、屈曲形状のレバー２６の一端がキー及びねじによって固定されている。このレバー２６の他端側は、図３に示すように、回転軸２５に固定したレバー２６の一端側からアーム９の側面側に位置するように、折り曲げ加工が施されている。

レバー２６の他端には、連結ピン２７によって第３のリンク２８の一端が連結される。また、この第３のリンク２８の他端は、第１のリンク１５とアーム９の側面間に挿入され、連結ピン２９によって第１のリンク１５の内面側に連結されている。この第３のリンク２８は、作業具１０がアーム９の下面側に引き寄せられたとき（作業具のクラウド時）に、第１のリンク１５の連結部との当接を防止するために、図２に示すようにアーム９の上面側に湾曲する形状になっている。

上述した第３のリンク２８による第１のリンク１５とレバー２６との連結構成により、連結ピン２７，２９の中心と、検出器１９における回転軸２５の中心と、第１のリンク１５のアーム９への連結部の中心は、平行四辺形の頂点となっており、平行リンク機構を成している。

次に、上述した本発明の作業機械の作業具角検出装置の一実施の形態の動作を説明する。

作業具操作用のシリンダ１３のピストンロッド１４を伸縮させると、第１のリンク１５及び第２のリンク１６を介して、作業具１０は、アーム９の先端部で回動する。このとき、第１のリンク１５も回動するが、この第１のリンク１５の回動量は、第３のリンク２８、レバー２６を介して検出器１９の回転軸２５に伝えられる。

これにより、検出器１９は、作業具１０のアーム９に対する相対角度を、電気信号として作業機械の制御装置に出力する。制御装置は、この信号を取り込み、作業装置４の位置と姿勢に関する状態量を演算し、作業具１０を直線上に動作させたり、作業具１０を一定の角度に保って地面を掘削したり、均し動作を行う姿勢維持制御や、作業機械による範囲制限機能制御を行う。

制御装置によって作業機械の作業具１０が、範囲制限機能、作業具の姿勢維持等の制御操作された場合、作業具１０は、作業対象に接近し、その近傍の障害物に近づくが、検出器１９は、アーム９の先端と作業具１０との連結部から遠ざかる位置のアーム側面に配置されているので、作業対象物や他の障害物などとの接触による破損が極力防止される。

また、検出器１９の回転軸２５に設けたレバー２６の他方端をアーム９の側面側に位置するように折り曲げられた屈曲形状として、このレバー２５の他方端と第１のリンク１５との間に連結した第３のリンク２８を、アーム９の側面側に配置構成したので、第３のリンク２８のアーム９側方への張出し量が小さくなる。その結果、この第３のリンク２８の作業対象物や他の障害物などとの接触による破損も極力防止することできる。

更に、第３のリンク２８の他方側は、第１のリンク１５の内面とアーム９の側面との間に配置され、第１のリンク１５の外面の側方にはみ出ることが無いので、第３のリンク２８の作業対象物や他の障害物などとの接触による破損を、更に防止することができる。

また、検出器１９を保護するために、検出器１９にカバーを取り付ける場合においても、検出器１９は、アーム９の先端と作業具１０との連結部から遠ざかる位置のアーム９側面に配置され、またアーム９側面外方への突出量が抑えられているので、カバーのアーム９側面外方への突出量を極カ小さくすることができとともに、カバー自体の作業対象物や他の障害物などとの接触を極力防止することができる。

図４は、本発明の作業機械の作業具角検出装置の他の実施の形態を示すもので、図４は本発明の作業機械の作業具角検出装置の他の実施の形態の平面図である。これらの図において、図１乃至図３と同符号のものは同一部分または相当する部分である。
この実施の形態は、検出器１９の反回転軸側部を、アーム９の側面に設けた検出器挿入孔３０に挿入して収納し、ボルト２３によって、フランジ２０をアーム９の側面に固定することにより、検出器１９をアーム９の側面に固定する。その検出器１９の回転軸２５に設けたレバー２６の先端と第１のリンク１５とを、第３のリンク２８で連結して構成したものである。

この実施の形態によれば、検出器１９、レバー２６及び第３のリンク２８を、アーム９の側面側に更に配置することができるので、検出器１９、第３のリンク２８の損傷を更に防止することができる。

上述したように、本発明の実施の形態によれば、作業具検出器１９及び第１のリンク１５に連結するリンク機構の損傷を防止することができるので、作業具角検出装置の信頼性が向上するとともに、作業具検出装置の損傷による作業機械の範囲制限機能、作業具の姿勢維持等の制御操作の中断が抑えられ、その作業性を向上させることができる。

なお、上述の実施の形態においては、作業具１０として、バケットを用いたが、破砕機、把持爪等の作業具を用いることができる。

本発明の作業機械の作業具角検出装置の一実施の形態を備えた作業機械の斜視図である。 本発明の作業機械の作業具角検出装置の一実施の形態を示す正面図である。 図２に示す本発明の作業機械の作業具角検出装置の一実施の形態の平面図である。 本発明の作業機械の作業具角検出装置の他の実施の形態を示す平面図である。

符号の説明

１ 作業機械
４ 作業装置
８ ブーム
９ アーム
１０ 作業具
１３ 作業具操作用のシリンダ
１４ ピストンロッド
１５ 第１のリンク
１６ 第２のリンク
１８ 作業具角検出装置
１９ 検出器
２５ 検出器の回転軸
２６ レバー
２８ 第３のリンク

Claims (3)

1. アームの先端に作業具を回動可能に設け、作業具操作用のシリンダのピストンロッド先端とアームの側面とを第１のリンクで連結し、前記ピストンロッド先端と前記作業具とを第２のリンクで連結した作業機械において、
   前記アーム側面における前記第１のリンクのアーム連結部近傍に検出器を設け、前記検出器の回転軸に、他端側が一端側から前記アームの側面側に位置するように折り曲げ加工された屈曲レバーの前記一端側を固定し、
   前記屈曲形状のレバーの他端側内面と前記第１のリンクの内側とを、前記アーム上面側に湾曲した形状の第３のリンクで連結した
   ことを特徴とする作業機械の作業具角検出装置。
2. アームの先端に作業具を回動可能に設け、作業具操作用のシリンダのピストンロッド先端とアームの側面とを第１のリンクで連結し、前記ピストンロッド先端と前記作業具とを第２のリンクで連結した作業機械において、
   前記アーム側面における前記第１のリンクのアーム連結部近傍に検出器収納用の孔を設け、検出器を前記孔内に収納して前記アーム側面に固定し、前記検出器の回転軸にレバーの一端を設け、前記レバーの他端と前記第１のリンクの内側とをリンクで連結した
   ことを特徴とする作業機械の作業具角検出装置。
3. 前記第１のリンクと、前記レバーと、前記第３のリンクとで平行リンク機構を構成した
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作業機械の作業具角検出装置。

Images