JP4593547B2

JP4593547B2 - 作業機干渉防止装置およびその制御方法

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Publication number: JP4593547B2
Application number: JP2006291379A
Authority: JP
Inventors: 彰紀杉浦; 成俊大司
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: JP2008106546A

Description

本発明は、パワーショベルなどの掘削積込み用車両において、作業機の運転室への干渉を防止する作業機干渉防止装置およびその制御方法に関する。

パワーショベルなどの掘削積込み用車両においては、車両の側方も掘削可能なタイプとして、図１１の左側面図および図１２の平面図に示すような外観構成を有するものが知られている。これらの図に示す掘削積込み用車両５１は、作業機として、車両本体に接続されたブーム５２と、ブーム５２に接続されてそのブーム５２の回転軸方向へオフセット可能に接続されたオフセットブーム５３と、オフセットブーム５３に接続されたアーム５４と、アーム５４に接続されたバケット５５とを備える。このような掘削積込み用車両５１では、オフセットブーム５３が運転室５６側にオフセットした場合などにおいて、バケット５５の作業範囲が運転室５６と干渉する危険がある。

図１３は、アーム５４の掘削エンドに対するアーム回転角θ_armを一定としてブーム５２を上昇させたときにバケット５５の刃先が運転室５６と干渉する状況を模式的に示す図である。これに対して、図１４は、図１３に示すアーム回転角θ_armよりも大きいアーム回転角θ_arm'を保ったままブーム５２を上昇させたときの図であり、バケット５５の刃先が運転室５６と干渉しない状況を模式的に示している。これらの図１３および図１４において、バケット５５の支点部を中心とする円（実線および破線で記載）は、バケット５５のみを動かしたときの軌跡を示している。また、図１３および図１４において、バケット５５のみを動かしたときの軌跡を示す円と接する円弧（１点鎖線で記載）は、各々アーム回転角を一定に保ち、バケット５５をブーム５２の支点部に対して最も接近した状態で上昇させたときの軌跡を示している。

従来、上述した構成を有する掘削積込み用車両の作業機と運転室との干渉を防止する技術として、バケットの先端が所定の干渉領域に侵入したときに作業機を自動的に停止させる技術が知られている（例えば、特許文献１および２を参照）。このうち、特許文献１では、安全領域と干渉領域の中間に位置する減速領域で作業機速度を制限する技術が開示されている。また、特許文献２では、特許文献１と同様の技術に加えて、アームをブームよりも先に減速することによって減速領域における作業機の速度低下を抑制する技術が開示されている。

特開平５−２７２１５４号公報特開平６−３１３３２３号公報

しかしながら、上述した従来技術では、作業機と運転室との距離に応じて作業機の速度が決まるため、運転室の近傍の減速領域において作業機と運転室との距離をほぼ一定に保った状態で操作を行う場合には、作業機と運転室が干渉することがないにもかかわらず、ブーム上げ速度などの作業機の速度が遅い状態のままであり、良好な作業性が得られないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作業機と運転室との干渉を防止するとともに、運転室の近傍においても良好な作業性を得ることができる作業機干渉防止装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る作業機干渉防止装置は、運転室が設けられた車両の本体部分に対して上下方向へ回動可能に接続されたブーム、前記ブームに対して該ブームの回転軸方向にオフセット可能に接続されたオフセットブーム、および前記オフセットブームに対して回動可能に接続されたアームを有する作業機と前記運転室との干渉を防止する作業機干渉防止装置において、前記ブームのブーム回転角、前記オフセットのオフセット回転角、前記アームのアーム回転角および前記作業機の寸法情報を用いて前記作業機の先端位置を計算する位置計算手段と、前記位置計算手段で計算した前記作業機の先端位置を、前記作業機と前記運転室との干渉の有無に応じて定められる領域区分と照合することにより、前記作業機の先端位置が属する領域を判定する領域判定手段と、前記位置計算手段で計算した前記作業機の先端位置から前記作業機と前記運転室との距離を計算する距離計算手段と、前記距離計算手段で計算した前記作業機と前記運転室との距離に基づいて前記ブームのブーム上げ速度の上限値を計算するブーム上げ速度上限値計算手段と、前記ブーム上げ速度上限値計算手段で計算した前記ブーム上げ速度の上限値および前記アーム回転角を用いて前記ブーム上げ速度の上限値を再設定するブーム上げ速度上限値再設定手段と、前記ブーム上げ速度上限値再設定手段で再設定した前記ブーム上げ速度の上限値および前記領域判定手段で判定した前記作業機の先端位置が属する領域区分に応じて求められる前記ブームの制御電流を少なくとも計算して出力する制御電流計算手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る作業機干渉防止装置は、上記発明において、前記ブーム上げ速度上限値計算手段で計算した前記ブーム上げ速度の上限値を、該上限値と対応付けられ、油圧によって前記ブームを駆動する際の吐出油量を調整するブーム上げ絞り弁の開口面積に換算する開口面積計算手段をさらに備え、前記ブーム上げ速度上限値再設定手段は、前記アーム回転角をもとに前記ブーム上げ速度の増速率であるブーム上げ増速率を計算するブーム上げ増速率計算手段と、前記開口面積計算手段で計算した前記ブーム上げ絞り弁の開口面積と前記ブーム上げ増速率計算手段で計算した前記ブーム上げ増速率との乗算を行い、この乗算結果をもとに、再設定後の前記ブーム上げ速度の上限値に対応付けられる前記ブーム上げ絞り弁の開口面積の上限値を計算する開口面積上限値計算手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る作業機干渉防止装置は、上記発明において、前記ブーム上げ増速率は、１より大きい値を有し、前記アーム回転角が所定の干渉開始角度以下の範囲では前記アーム回転角の増加に伴って増加し、前記アーム回転角が前記干渉開始角度以上の範囲では定数であることを特徴とする。

本発明に係る作業機干渉防止装置の制御方法は、運転室が設けられた車両の本体部分に対して上下方向へ回動可能に接続されたブーム、前記ブームに対して該ブームの回転軸方向にオフセット可能に接続されたオフセットブーム、および前記オフセットブームに対して回動可能に接続されたアームを有する作業機と前記運転室との干渉を防止する作業機干渉防止装置の制御方法において、前記ブームのブーム回転角、前記オフセットのオフセット回転角、前記アームのアーム回転角および前記作業機の寸法情報を用いて前記作業機の先端位置を計算する位置計算ステップと、前記位置計算ステップで計算した前記作業機の先端位置を、前記作業機と前記運転室との干渉の有無に応じて定められる領域区分と照合することにより、前記作業機の先端位置が属する領域を判定する領域判定ステップと、前記位置計算ステップで計算した前記作業機の先端位置から前記作業機と前記運転室との距離を計算する距離計算ステップと、前記距離計算ステップで計算した前記作業機と前記運転室との距離に基づいて前記ブームのブーム上げ速度の上限値を計算するブーム上げ速度上限値計算ステップと、前記ブーム上げ速度上限値計算ステップで計算した前記ブーム上げ速度の上限値および前記アーム回転角を用いて前記ブーム上げ速度の上限値を再設定するブーム上げ速度上限値再設定ステップと、前記ブーム上げ速度上限値再設定ステップで再設定した前記ブーム上げ速度の上限値および前記領域判定ステップで判定した前記作業機の先端位置が属する領域区分に応じて求められる前記ブームの制御電流を少なくとも計算して出力する制御電流計算ステップと、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る作業機干渉防止装置の制御方法は、上記発明において、前記ブーム上げ速度上限値計算ステップで計算した前記ブーム上げ速度の上限値を、該上限値と対応付けられ、油圧によって前記ブームを駆動する際の吐出油量を調整するブーム上げ絞り弁の開口面積に換算する開口面積計算ステップをさらに有し、前記ブーム上げ速度上限値再設定ステップは、前記アーム回転角をもとに前記ブーム上げ速度の増速率であるブーム上げ増速率を計算するブーム上げ増速率計算ステップと、前記開口面積計算ステップで計算した前記ブーム上げ絞り弁の開口面積と前記ブーム上げ増速率計算ステップで計算した前記ブーム上げ増速率との乗算を行い、この乗算結果をもとに、再設定後の前記ブーム上げ速度の上限値に対応付けられる前記ブーム上げ絞り弁の開口面積の上限値を計算する開口面積上限値計算ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る作業機干渉防止装置の制御方法は、上記発明において、前記ブーム上げ増速率は、１より大きい値を有し、前記アーム回転角が所定の干渉開始角度以下の範囲では前記アーム回転角の増加に伴って増加し、前記アーム回転角が前記干渉開始角度以上の範囲では定数であることを特徴とする。

本発明によれば、作業機のブーム回転角、オフセット回転角、アーム回転角および作業機の寸法情報を用いて計算した作業機の先端位置を所定の領域区分と照合して作業機の先端位置が属する領域を判定するとともに、作業機の先端位置から計算した作業機と運転室との距離に基づいてブーム上げ速度の上限値を計算し、このブーム上げ速度の上限値およびアーム回転角を用いてブーム上げ速度の上限値を再設定し、再設定したブーム上げ速度の上限値および作業機の先端位置が属する領域区分に応じて求められるブームの制御電流を出力することにより、運転席近傍の減速領域においてもブーム上げ速度の減速する割合を抑制することができるようになる。この結果、作業機と運転室との干渉を防止するととともに、運転室の近傍においても良好な作業性を得ることが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、図面はあくまでも模式的なものであり、例えば同じ物体を異なる図面で示す場合には、寸法、縮尺等が異なる場合もある。

図１は、本発明の一実施の形態に係る作業機干渉防止装置の構成を示す図である。まず、図１に示す作業機干渉防止装置１００が搭載される掘削積込み用車両の構成を説明する。掘削積込み用車両１は、運転者が搭乗して掘削積込み用車両１を運転する運転室２と、運転室２内でのオペレータの操作に応じて掘削や積込み等の処理を行う作業機３とを備える。

作業機３は、掘削積込み用車両１の本体部分に対して上下方向へ回動可能に接続されたブーム４と、ブーム４に対してそのブーム４の回転軸方向にオフセット可能に接続されたオフセットブーム５と、オフセットブーム５に対して回動可能に接続されたアーム６と、アーム６に対して回動可能に接続されたバケット７と、油圧によって各部位をそれぞれ駆動するシリンダとを有する。なお、図１では、ブーム４を駆動するシリンダ１１のみを記載している。ブーム４、オフセットブーム５、アーム６の各支点部には、角度検出手段であるブームポテンショメータ８、オフセットポテンショメータ９、アームポテンショメータ１０がそれぞれ設けられている。アームポテンショメータ１０から出力されるポテンショ信号は、アーム６の掘削エンドからの回転角度である。以後の説明では、アームポテンショメータ１０から出力されるポテンショ信号をアーム回転角θ_armと呼ぶ。同様に、ブームポテンショメータ８の出力をブーム回転角θ_boom（掘削積込み用車両１が水平面上に位置しているときのブーム４の水平面からの回転角度）と呼び、オフセットポテンショメータ９の出力をオフセット回転角θ_offset（オフセットブーム５の中立位置からの回転角度）と呼ぶ。なお、各回転角の基準は適宜変更可能であり、例えばアーム回転角をオフセットブーム５からの相対的な回転角度としてもよい。

本実施の形態に係る作業機干渉防止装置１００は、作業機３を駆動するためシリンダに油圧を供給する油圧回路１０１と、油圧回路１０１に対して制御信号を出力する制御演算装置１０２とを備える。なお、図１では、油圧回路１０１のうち、ブーム４の駆動制御に関係のある部分のみを記載している。

油圧回路１０１は、ブーム４を駆動するシリンダ１１に対して油圧を供給する方向切換弁１２と、方向切換弁１２の切換えを油圧によって行うブーム制御弁１３とを備える。方向切換弁１２には、主ポンプ１４から主回路１５を介して吐出油が供給される。

ブーム制御弁１３は、パイロット回路１６、１７をそれぞれ介して方向切換弁１２の上げ側、下げ側に連結されている。パイロット回路１６の途中には、ブーム４を駆動する際の吐出油量を調整する電磁比例弁からなるブーム上げ絞り弁１８が設けられている。ブーム上げ絞り弁１８は制御演算装置１０２と電気的に接続され、制御演算装置１０２から出力された制御電流の大きさに比例して作動する。ブーム制御弁１３は、回路２０を介して吐出油を供給するパイロットポンプ２１が接続されており、運転室２に設けられたブームレバー１９によって操作される。

次に、制御演算装置１０２の機能構成を説明する。制御演算装置１０２は、作業機３の寸法情報（リンク長等）および運転室２と作業機３との干渉の有無に応じて定められる領域区分を記憶する記憶部２２と、ブームポテンショメータ８、オフセットポテンショメータ９、アームポテンショメータ１０からそれぞれ出力されたブーム回転角θ_boom，オフセット回転角θ_offset，アーム回転角θ_arm、および記憶部２２で記憶する作業機３の寸法情報を用いることにより、作業機３の先端位置としてバケット７の先端位置（バケット先端位置）を計算する位置計算部２３と、位置計算部２３で計算したバケット先端位置の座標値と記憶部２２で記憶する領域区分とを照合することによってバケット先端位置が属する領域を判定する領域判定部２４と、を備える。

また、制御演算装置１０２は、位置計算部２３で計算したバケット先端位置の座標値を用いて運転室２との前後方向の距離を計算する前後方向距離計算部２５と、位置計算部２３で計算したバケット先端位置の座標値を用いて運転室２との左右方向（オフセット方向）の距離を計算する左右方向距離計算部２６と、前後方向距離計算部２５および左右方向距離計算部２６の計算結果を用いてブーム４のブーム上げ速度の上限値を計算するブーム上げ速度上限値計算部２７と、ブーム上げ速度上限値計算部２７で計算したブーム上げ速度の上限値を、この上限値と対応付けられ、ブーム上げ絞り弁１８の開口面積に換算する開口面積計算部２８と、を備える。前後方向距離計算部２５および左右方向距離計算部２６は、位置計算部２３が計算した作業機３の先端位置から作業機３と運転室２との距離を計算する距離計算手段の少なくとも一部をなす。

さらに、制御演算装置１０２は、アームポテンショメータ１０から出力されたアーム回転角θ_armに基いてブーム上げ速度のブーム上げ増速率を計算するブーム上げ増速率計算部３１と、ブーム上げ増速率計算部３１で計算したブーム上げ増速率と開口面積計算部２８で計算したブーム上げ絞り弁１８の開口面積とを用いて開口面積の上限値を計算する開口面積上限値計算部３２と、を備える。ブーム上げ増速率計算部３１および開口面積上限値計算部３２は、ブーム上げ増速率を用いてブーム上げ絞り弁１８の開口面積の上限値を再設定することにより、結果としてブーム上げ速度の上限値を再設定するブーム上げ上限速度上限値再設定手段の少なくとも一部をなす。

開口面積上限値計算部３２の後段には、領域判定部２４からの領域判定結果に応じた出力に基いて接続態様が切り替わるスイッチ３３ａおよび３３ｂが設けられている。また、スイッチ３３ｂの後段には、開口面積を電流値（制御信号）に変換する制御電流計算部３４が設けられている。制御電流計算部３４は、油圧回路１０１のブーム上げ絞り弁１８に電気的に接続されている。図１では、減速域フラグ（記憶部２２で記憶する領域区分の減速領域（後述）に対応）と停止域フラグ（領域区分の干渉領域（後述）に対応）のうち減速域フラグのみが立った時のスイッチ３３ａ、３３ｂの接続態様を示している。この場合、開口面積上限値計算部３２と制御電流計算部３４が電気的に接続されている。

制御演算装置１０２は、ブーム４を制御する機能に加えて、アーム６を制御する機能も有する。すなわち、制御演算装置１０２は、前後方向距離計算部２５および左右方向距離計算部２６の計算結果を用いてアーム６のアーム掘削速度の上限値を求めるアーム掘削速度上限値計算部２９と、アーム掘削速度上限値計算部２９で計算したアーム掘削速度の上限値をもとに油圧回路１０１内に設けられたアーム掘削絞り弁（図示せず）の開口面積を求める開口面積計算部３０と、を備える。

なお、ブーム４、オフセットブーム５、アーム６は、掘削積込み用車両１の本体部分に連結され、各々の作動方向が拘束されていることに鑑み、本実施の形態において速度と記載する場合には、その大きさすなわち速さのことを意味するものとする。

図２は、各ポテンショメータの設置位置とバケット先端位置Ｂを模式的に示す図である。同図においては、掘削積込み用車両１の要部の平面図（ｘ−ｚ平面）と左側面図（ｘ−ｙ平面）を上下に並べて同じ縮尺とし、各構成要素については簡略化した記載としている。バケット先端位置Ｂは、バケット７の上面で運転室２に最も近い位置の座標値
（ｘ,ｙ,ｚ）によって定義される。

図３および図４は、記憶部２２で記憶する領域区分を模式的に示す図である。具体的には、図３が運転室２の左側面から見た図であり、図４が運転室２の上面から見た図である。領域区分は、作業機３が運転室２と干渉を生じない安全領域ａと、安全領域ａよりも運転室２に近い領域であって当該領域内に位置する作業機３の動作を減速させる制御が行われる減速領域ｂと、減速領域ｂよりも運転室２に近い領域であって当該領域内に位置する作業機３を停止させる制御が行われる干渉領域ｃとからなる。このうち、減速領域ｂでは、作業機３の速度を徐々に減速する制御を行うため、バケット７が減速領域ｂから干渉領域ｃへ侵入したときに作業機３が急激な速度変化を生じることがなく、バケット７から大量の荷こぼれが発生するのを防止することができる。なお、各領域の境界は、運転室２や作業機３の形状、寸法等の各種条件に応じて定められる。

次に、本実施の形態に係る作業機干渉防止装置の制御方法について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、位置計算部２３が、ブームポテンショメータ８、オフセットポテンショメータ９、アームポテンショメータ１０からそれぞれ出力されたブーム回転角θ_boom，オフセット回転角θ_offset，アーム回転角θ_arm、および記憶部２２から読み出した作業機３の寸法情報を用いてバケット先端位置Ｂの座標値（ｘ,ｙ,ｚ）を算出する（ステップＳ１）。

この後、領域判定部２４は、ステップＳ１で求めたバケット先端位置Ｂが属する領域と記憶部２２から読み出した領域区分（図３および図４を参照）とを照合することによって作業機３の先端位置が属する領域を判定する（ステップＳ２）。領域判定部２４は、判定結果に応じた制御信号をスイッチ３３ａおよび３３ｂに対して送信し、スイッチ３３ａおよび３３ｂの接続態様を変更する。

ステップＳ２と並行して、前後方向距離計算部２５および左右方向距離計算部２６が、運転室２とバケット先端位置Ｂの前後方向の距離ｒ_xおよび左右方向の距離ｒ_zを計算する（ステップＳ３）。

ブーム上げ速度上限値計算部２７は、ステップＳ３の計算結果を用いてブーム上げ速度の上限値ｖ_boomを計算する（ステップＳ４）。図６は、ブーム上げ速度の上限値ｖ_boomの計算を模式的に示す図である。ブーム上げ速度上限値計算部２７は、まず前後方向の距離
ｒ_xおよび左右方向の距離ｒ_zに応じたブーム上げ速度の上限値を、速度曲線ＬｘおよびＬｚを用いてそれぞれ計算し、この計算結果のうち小さい方をブーム上げ速度の上限値ｖ_boomとして出力する。なお、このステップＳ４では、アーム掘削速度上限値計算部２９も、ブーム上げ速度上限値計算部２７と同様の処理を行ってアーム掘削速度の上限値ｖ_armを計算する。

続いて、開口面積計算部２８は、ブーム上げ速度上限値計算部２７で計算されたブーム上げ速度の上限値ｖ_boomを用いてブーム上げ絞り弁１８の開口面積Ａ_boomを計算する（ステップＳ５）。このステップＳ５では、開口面積計算部３０も同様の処理を行い、アーム掘削絞り弁（図示せず）の開口面積Ａ_armを計算する。

ブーム上げ増速率計算部３１は、上記ステップＳ１〜Ｓ５の処理と並行して、アームポテンショメータ１０で検出されたアーム回転角θ_armに基いてブーム上げ増速率Ｇを計算する（ステップＳ６）。図７は、ブーム上げ増速率Ｇとアーム回転角θ_armの関係を示す図である。また、図８は、アーム６の動作範囲を示す図であり、斜線で示す領域Ｓは、図７の領域Ｓに対応している。ブーム上げ増速率Ｇは、ブーム上げ速度の上限値ｖ_boomに対する増速率を与えるものであり、次式（１），（２）によって定義される。

ここで、最大ブーム上げ増速率Ｇ_maxはＧ_max＞１を満たす定数である。また、干渉開始角度θ_arminterは、ブーム４やオフセットブーム５の位置によらずにバケット先端位置Ｂが干渉領域ｃに入らない最小の角度である。式（１）,（２）からも明らかなように、ブーム上げ増速率Ｇは、アーム回転角θ_armがθ_arm≦θ_arminterの範囲ではθ_armの増加に伴って線形に増加する一方、アーム回転角θ_armがθ_arm≧θ_arminterの範囲では一定値Ｇ_maxをとる。なお、ブーム上げ増速率Ｇは、アーム回転角θ_armがθ_arm≦θ_arminterの範囲では式（１）に限られるわけではなく、θ_armの増加に伴って増加するような任意の関数によって定義することが可能である。

この後、開口面積上限値計算部３２は、ブーム上げ絞り弁１８の開口面積Ａ_boomとブーム上げ増速率Ｇとの乗算を行い、この乗算結果ＧＡ_boomを用いることにより、次式（３）で定義されるブーム上げ絞り弁１８の開口面積の上限値Ａ'_boomを算出する（ステップＳ７）。
Ａ'_boom＝ｍｉｎ（ＧＡ_boom,１００）・・・（３）
ここで、ｍｉｎ（ｆ,ｇ）は、ｆとｇの最小値を意味する。

スイッチ３３ａおよび３３ｂの接続態様が図１で示される場合、作業機３は減速領域ｂに属しているため、ステップＳ７で求めたブーム上げ絞り弁１８の開口面積の上限値Ａ'_boomは制御電流計算部３４に入力される。この入力を受けた制御電流計算部３４は、開口面積の上限値Ａ'_boomを用いて油圧回路１０１へ送出する制御電流を計算し（ステップＳ８）、この計算した制御電流を油圧回路１０１のアーム上げ絞り弁１８へ出力する（ステップＳ９）。

なお、作業機干渉防止装置１００は、上述したステップＳ１〜Ｓ９の処理を、例えば１０（ｍｓｅｃ）程度の時間間隔で繰り返し行う。

図９および図１０は、作業機干渉防止装置１００の作用を説明する図である。このうち図９は、ブーム４が上昇しながらアーム６をダンプする操作が行われた状況を模式的に示す図である。オペレータが図９に示す操作を行う際には、ブーム４を上昇させる操作を行うとともに、アーム６をダンプさせる操作を行う。なお、図９では、操作前のバケット先端位置Ｂ₁と操作後のバケット先端位置Ｂ₂は運転室２までの距離が同じであり、ともに減速領域ｂに属しているものとする。また、バケット先端位置Ｂ₁におけるアーム回転角θ_arm ⁽¹⁾とバケット先端位置Ｂ₂におけるアーム回転角θ_arm ⁽²⁾との間には、θ_arm ⁽¹⁾＜θ_arm ⁽²⁾が成り立っているものとする。

図１０は、バケット先端位置Ｂ₁、Ｂ₂にそれぞれ対応するブーム上げ速度の速度曲線を示す図である。具体的には、速度曲線Ｌ₁がバケット先端位置Ｂ₁におけるブーム上げ速度の速度曲線であり、速度曲線Ｌ₂がバケット先端位置Ｂ₂におけるブーム上げ速度の速度曲線である。上述したように、バケット先端位置Ｂ₁におけるアーム回転角θ_arm ⁽¹⁾とバケット先端位置Ｂ₂におけるアーム回転角θ_arm ⁽²⁾との間にはθ_arm ⁽¹⁾＜θ_arm ⁽²⁾の関係があるため、速度曲線Ｌ₁の減速開始位置Ｐ₁と速度曲線Ｌ₂の減速開始位置Ｐ₂は、Ｐ₁＞Ｐ₂を満たす。なお、図１０では、バケット先端位置Ｂ₁、Ｂ₂が、速度曲線Ｌ₁、Ｌ₂の各減速開始位置Ｐ₁、Ｐ₂よりも運転室２の近くに位置している場合を示している。

バケット先端位置Ｂ₁における再設定後のブーム上げ速度の上限値をｖ₁とし、バケット先端位置Ｂ₂における再設定後のブーム上げ速度の上限値をｖ₂とすると、図１０からも明らかなように、ｖ₁とｖ₂の間にはｖ₁＜ｖ₂が成り立っている。これは、ブーム４を上昇させながらアーム回転角θ_armを大きくしていくほど、ブーム４の減速する割合が小さくなることを意味している。したがって、本実施の形態によれば、減速領域ｂ内においてバケット先端位置Ｂと運転室２との距離ｒがほとんど変わらないような範囲でブーム４を上昇させながらアーム６をダンプさせる作業を行う場合、ブーム上げ速度を向上させることが可能となる。

また、上述したブーム上げ速度の向上は、ブーム４を上昇させながらアーム６をダンプさせる際にオペレータが行う操作と直感的に適合したものとなるため、オペレータは良好な操作性を体感することができる。この結果、従来技術のように、直感的なイメージに反してブーム上げ速度を向上させることができず、操作性が悪いと感じてしまうことがなくなる。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、ブーム回転角、オフセット回転角、アーム回転角および作業機の寸法情報を用いて計算した作業機の先端位置を所定の領域区分と照合して作業機の先端位置が属する領域を判定するとともに、作業機の先端位置から計算した作業機と運転室との距離に基づいてブーム上げ速度の上限値を計算し、このブーム上げ速度の上限値およびアーム回転角を用いてブーム上げ速度の上限値を再設定し、再設定したブーム上げ速度の上限値および作業機の先端位置が属する領域区分に応じて求められるブームの制御電流を出力することにより、運転席近傍の減速領域においてもブーム上げ速度の減速する割合を抑制することができるようになる。換言すれば、本実施の形態によれば、ブーム上げ速度の上限値を元の上限値以上の値となるように再設定することにより、実質的に安全領域を運転室の側に拡大し、減速領域を縮小することが可能となる。この結果、作業機と運転室との干渉を防止するととともに、運転室の近傍においても良好な作業性を得ることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、オペレータが実際に操作する際の感覚と適合した良好な操作性を確保したままで運転室近くでのブーム上げ速度を向上させることができる。

なお、本発明は、モータによって駆動する作業機にも適用可能である。この場合には、ブーム上げ速度の上限値をモータの回転数に換算することによって制御電流を計算すればよい。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を詳述してきたが、本発明は上記一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。すなわち、本発明は、ここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

本発明は、パワーショベル等の掘削積込み用車両における作業機と運転室との干渉を防止する技術として適用可能であり、特に旋回時の車体からのはみ出し量が制限された後方超小旋回機や超小旋回機のように、狭い道路等の限られたスペースで掘削や積込み等の作業を行う掘削積込み用車両として好適である。

本発明の一実施の形態に係る作業機干渉防止装置の構成を示す図である。各ポテンショメータの設置位置とバケットの先端位置を模式的に示す図である。領域記憶部で記憶する領域区分を模式的に示す左側面図である。領域記憶部で記憶する領域区分を模式的に示す平面図である。本発明の一実施の形態に係る作業機干渉防止装置の制御方法の概要を示すフローチャートである。ブーム上げ速度の上限値の計算を模式的に示す図である。ブーム上げ増速率とアーム回転角の関係を示す図である。アームの動作範囲を示す図である。本発明の一実施の形態に係る作業機干渉防止装置の制御方法の作用を説明する図である。図９に示す状態で適用されるブーム上げ速度の速度曲線を示す図である。従来の掘削積込み用車両の外観構成を示す左側面図である。従来の掘削積込み用車両の外観構成を示す平面図である。作業機と運転室が干渉する状況を模式的に示す図である。作業機と運転室が干渉を生じない状況を模式的に示す図である。

符号の説明

１、５１掘削積込み用車両
２、５６運転室
３作業機
４、５２ブーム
５、５３オフセットブーム
６、５４アーム
７、５５バケット
８ブームポテンショメータ
９オフセットポテンショメータ
１０アームポテンショメータ
１１シリンダ
１２方向切換弁
１３ブーム制御弁
１８ブーム上げ絞り弁
２２記憶部
２３位置計算部
２４領域判定部
２５前後方向距離計算部
２６左右方向距離計算部
２７ブーム上げ速度上限値計算部
２８、３０開口面積計算部
２９アーム掘削速度上限値計算部
３１ブーム上げ増速率計算部
３２開口面積上限値計算部
３３ａ、３３ｂスイッチ
３４制御電流計算部
１００作業機干渉防止装置
１０１油圧回路
１０２制御演算装置

Claims

運転室が設けられた車両の本体部分に対して上下方向へ回動可能に接続されたブーム、前記ブームに対して該ブームの回転軸方向にオフセット可能に接続されたオフセットブーム、および前記オフセットブームに対して回動可能に接続されたアームを有する作業機と前記運転室との干渉を防止する作業機干渉防止装置において、
前記ブームのブーム回転角、前記オフセットのオフセット回転角、前記アームのアーム回転角および前記作業機の寸法情報を用いて前記作業機の先端位置を計算する位置計算手段と、
前記位置計算手段で計算した前記作業機の先端位置を、前記作業機と前記運転室との干渉の有無に応じて定められる領域区分と照合することにより、前記作業機の先端位置が属する領域を判定する領域判定手段と、
前記位置計算手段で計算した前記作業機の先端位置から前記作業機と前記運転室との距離を計算する距離計算手段と、
前記距離計算手段で計算した前記作業機と前記運転室との距離に基づいて前記ブームのブーム上げ速度の上限値を計算するブーム上げ速度上限値計算手段と、
前記ブーム上げ速度上限値計算手段で計算した前記ブーム上げ速度の上限値および前記アーム回転角を用いて前記ブーム上げ速度の上限値を再設定するブーム上げ速度上限値再設定手段と、
前記ブーム上げ速度上限値再設定手段で再設定した前記ブーム上げ速度の上限値および前記領域判定手段で判定した前記作業機の先端位置が属する領域区分に応じて求められる前記ブームの制御電流を少なくとも計算して出力する制御電流計算手段と、
を備えたことを特徴とする作業機干渉防止装置。
前記ブーム上げ速度上限値計算手段で計算した前記ブーム上げ速度の上限値を、該上限値と対応付けられ、油圧によって前記ブームを駆動する際の吐出油量を調整するブーム上げ絞り弁の開口面積に換算する開口面積計算手段をさらに備え、
前記ブーム上げ速度上限値再設定手段は、
前記アーム回転角をもとに前記ブーム上げ速度の増速率であるブーム上げ増速率を計算するブーム上げ増速率計算手段と、
前記開口面積計算手段で計算した前記ブーム上げ絞り弁の開口面積と前記ブーム上げ増速率計算手段で計算した前記ブーム上げ増速率との乗算を行い、この乗算結果をもとに、再設定後の前記ブーム上げ速度の上限値に対応付けられる前記ブーム上げ絞り弁の開口面積の上限値を計算する開口面積上限値計算手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の作業機干渉防止装置。
前記ブーム上げ増速率は、１より大きい値を有し、
前記アーム回転角が所定の干渉開始角度以下の範囲では前記アーム回転角の増加に伴って増加し、
前記アーム回転角が前記干渉開始角度以上の範囲では定数であることを特徴とする請求項２記載の作業機干渉防止装置。
運転室が設けられた車両の本体部分に対して上下方向へ回動可能に接続されたブーム、前記ブームに対して該ブームの回転軸方向にオフセット可能に接続されたオフセットブーム、および前記オフセットブームに対して回動可能に接続されたアームを有する作業機と前記運転室との干渉を防止する作業機干渉防止装置の制御方法において、
前記ブームのブーム回転角、前記オフセットのオフセット回転角、前記アームのアーム回転角および前記作業機の寸法情報を用いて前記作業機の先端位置を計算する位置計算ステップと、
前記位置計算ステップで計算した前記作業機の先端位置を、前記作業機と前記運転室との干渉の有無に応じて定められる領域区分と照合することにより、前記作業機の先端位置が属する領域を判定する領域判定ステップと、
前記位置計算ステップで計算した前記作業機の先端位置から前記作業機と前記運転室との距離を計算する距離計算ステップと、
前記距離計算ステップで計算した前記作業機と前記運転室との距離に基づいて前記ブームのブーム上げ速度の上限値を計算するブーム上げ速度上限値計算ステップと、
前記ブーム上げ速度上限値計算ステップで計算した前記ブーム上げ速度の上限値および前記アーム回転角を用いて前記ブーム上げ速度の上限値を再設定するブーム上げ速度上限値再設定ステップと、
前記ブーム上げ速度上限値再設定ステップで再設定した前記ブーム上げ速度の上限値および前記領域判定ステップで判定した前記作業機の先端位置が属する領域区分に応じて求められる前記ブームの制御電流を少なくとも計算して出力する制御電流計算ステップと、
を有することを特徴とする作業機干渉防止装置の制御方法。
前記ブーム上げ速度上限値計算ステップで計算した前記ブーム上げ速度の上限値を、該上限値と対応付けられ、油圧によって前記ブームを駆動する際の吐出油量を調整するブーム上げ絞り弁の開口面積に換算する開口面積計算ステップをさらに有し、
前記ブーム上げ速度上限値再設定ステップは、
前記アーム回転角をもとに前記ブーム上げ速度の増速率であるブーム上げ増速率を計算するブーム上げ増速率計算ステップと、
前記開口面積計算ステップで計算した前記ブーム上げ絞り弁の開口面積と前記ブーム上げ増速率計算ステップで計算した前記ブーム上げ増速率との乗算を行い、この乗算結果をもとに、再設定後の前記ブーム上げ速度の上限値に対応付けられる前記ブーム上げ絞り弁の開口面積の上限値を計算する開口面積上限値計算ステップと、
を含むことを特徴とする請求項４記載の作業機干渉防止装置の制御方法。
前記ブーム上げ増速率は、１より大きい値を有し、
前記アーム回転角が所定の干渉開始角度以下の範囲では前記アーム回転角の増加に伴って増加し、
前記アーム回転角が前記干渉開始角度以上の範囲では定数であることを特徴とする請求項５記載の作業機干渉防止装置の制御方法。