JP4716925B2 - オフセット式油圧ショベルの干渉防止装置 - Google Patents

Description

本発明はオフセット式作業機を備えた建設機械の干渉防止装置に係わり、特に、オフセット式作業機の作業具と運転室部（キャブ）との干渉を防止するオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置に関する。

オフセット式油圧ショベルは、ロアブーム、アッパブーム、シリンダステー、アーム、作業具（バケット）からなるオフセット式作業機を備え、アッパブームのオフセット操作によりアームをロアブームに対して平行移動させることにより掘削範囲を広くすることができるとともに、狭所での掘削作業が可能になるという利点がある。しかし、オフセット式油圧ショベルでは、アームがロアブームに対して平行移動するため、作業機の姿勢によっては作業機（特に作業具であるバケット）がキャブに衝突（干渉）するおそれがある。そこで、オフセット式油圧ショベルでは、作業具（バケット）とキャブとの干渉を防止するため干渉防止装置を備えるのが一般的である（特許文献１）。この干渉防止装置においては、キャブ前面の前側に減速領域及び停止領域を予め設定しておき、例えばロアブームの上げ操作により作業具（バケット）がキャブ前面に向けて動くよう操作したとき、作業具（バケット）が減速領域に侵入するとロアブームの上げ速度を減速し、作業具（バケット）が停止領域に到達するとロアブームを停止させるようロアブームの駆動装置を制御する。これにより作業具（バケット）がキャブ前面の前側に設定された停止領域を超えてキャブ側に移動することが防止され、作業具（バケット）とキャブの干渉が防止できる。

特許第２５７１２９９号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような問題点がある。

オフセット式油圧ショベルの干渉防止装置では、作業機が機械本体に対し前後方向に動かされる操作で、作業具（バケット）がキャブの右側面側方の領域を通過するときは、作業具（バケット）がキャブと干渉するおそれがないため、干渉防止制御を行っておらず、キャブ右側面側方は非干渉領域となっている。

一方、作業具（バケット）がキャブ前面に向けて動かされるときは、上記のように干渉防止装置が機能し、作業具（バケット）が減速領域に侵入すると作業機が減速し、作業具（バケット）が停止領域に到達すると作業機が停止する。このような干渉防止制御に対して、作業具（バケット）が減速領域に侵入したときの減速・停止を回避するため、運転者は、作業具がキャブ前面の減速領域に侵入した後、例えばロアブームの上げ操作により作業具をキャブ前面方向に動かしたまま、オフセット右動作（即ちキャブ前面側からキャブ横方向への動作）を行い、作業具を減速領域からキャブ右側方に退避させる場合がある。このように操作したとき、キャブ右側面側方は非干渉領域であるため、作業具が減速領域から出た直後に前後方向への動作が許可されることとなり、運転者の意図しない作業機の急激な速度変化或いはショックが発生し、作業具（バケット）に積載された土砂などがこぼれ落ちたり、車体全体が激しく揺れ動く減少が発生していた。その結果、作業効率が低下したり、運転者への不安感を増大させるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の実惰に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業具を減速領域から退避させた際の運転者の意図しない作業機の速度変化を回避し、運転者に不安感を与えることなく、作業能率を維持しつつ適切に制御することができるオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、運転室部を有する機械本体と、この機械本体に上下方向に回動可能に取り付けられたオフセット式作業機とを備え、前記オフセット式作業機は、前記機械本体に上下方向に回動可能に取り付けられたロアブーム、このロアブームの先端側に左右方向に回動可能に取り付けられたアッパーブーム、このアッパーブームの先端側に左右方向に回動可能に取り付けられたシリンダステー、このシリンダステーの先端側に上下方向に回動可能に取り付けられたアーム、このアームの先端側に上下方向に回動可能に取り付けられた作業具を有するオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置において、前記運転室部の前面前側に減速領域及び停止領域を予め設定しておき、前記ロアブームの上げ操作により前記オフセット式作業機の作業具が前記減速領域に侵入すると前記ロアブームの上げ速度を減速し、前記作業具が前記停止領域に到達すると前記ロアブームを停止させるよう前記ロアブームの駆動装置を制御する第１制御手段と、前記ロアブームの上げ操作により前記作業具が前記減速領域に侵入した後、前記アッパブームのオフセット操作により前記作業具が前記運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避したときは、前記ロアブームの上げ速度が徐々に指令速度に復帰するよう前記ロアブームの駆動装置を制御する第２制御手段とを備えるものとする。

このように第１制御手段に加えて第２制御手段を設け、ロアブームの上げ操作により作業具が減速領域に侵入した後、アッパブームのオフセット操作により作業具が運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避したときは、ロアブームの上げ速度が徐々に指令速度に復帰するようロアブームの駆動装置を制御することにより、作業具を減速領域から運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避させた際の運転者の意図しない作業機の速度変化（ショック）を回避し、運転者に不安感を与えることなく、作業能率を維持しつつ適切に制御することができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１制御手段は、前記ロアブームの上げ操作がなくなるとその制御を解除する。

これにより作業具が運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避した後、ロアブームの上げ操作を一旦停止させると、その後は、運転者の意図通りに機敏な作業機の動作を行うことができ、操作性と作業効率を向上することができる。

（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記第２制御手段は、前記作業具が前記減速領域に侵入した後、前記運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避したかどうかを監視し、前記運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避すると、ショック低減処理の実行を指令するショック低減管理手段と、このショック低減管理手段によりショック低減処理の実行が指令されると、前記ロアブームの上げ速度を徐々に指令速度に復帰させるショック低減処理を行うショック低減処理手段とを有する。

これにより作業具を減速領域から運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避させた際の運転者の意図しない作業機の速度変化（ショック）を回避し、運転者に不安感を与えることなく、作業能率を維持しつつ適切に制御することができる。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記ショック低減管理手段は、前記ショック低減処理の実行の指令中に前記ロアブームの上げ操作がなくなるとその指令を解除し、前記ショック低減処理手段は、前記ショック低減処理を解除する。

これにより作業具が運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避した後、ロアブームの上げ操作を一旦停止させると、その後は、運転者の意図通りに機敏な作業機の動作を行うことができ、操作性と作業効率を向上することができる。

本発明によれば、作業具がキャブ前面に向けて動かされるとき、作業具が減速領域に侵入すると作業機が減速し、停止領域に到達すると作業機が停止するため、作業具が運転室部側に更に侵入することを防止できる。また、作業機の停止前は、減速領域により作業機は減速するため、作業機をショックなく停止することができ、作業具内に積載された土砂等がこぼれ落ちることなく作業機を停止させることが可能である。

また、作業具が減速領域に侵入した後、オフセット操作により作業具が運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避したときは、作業機の動作速度が徐々に指令速度に復帰するため、運転者の意図しない作業機の速度変化（ショック）を回避し、運転者に不安感を与えることなく、作業能率を維持しつつ適切に制御することができる。

更に、作業具が運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避した後、ロアブームの上げ操作を一旦停止させると、その後は、運転者の意図通りに機敏な作業機の動作を行うことができ、操作性と作業効率を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１及び図２は、本発明の一実施の形態に係わる干渉防止装置が搭載されるオフセット式油圧ショベルの外観を示す図であり、図１は側面図、図２は上面図である。

図１及び図２において、１はオフセット式油圧ショベルであり、このオフセット式油圧ショベル１は、下部走行体２、上部旋回体３、オフセット式作業機４を有し、下部走行体２と上部旋回体３は機械本体を構成し、上部旋回体３は内部に運転室を備えたキャブ３ａを備えている。キャブ３ａは、上部旋回体３の中心より左前側に位置し、オフセット式作業機４は上部旋回体３の中心付近前側の位置で上下方向に回動可能に取り付けられている。

オフセット式作業機４は、オフセットブーム１０とアーム１１と作業具であるバケット１２とを備え、オフセットブーム１０は、上部旋回体３に上下方向に回動可能に取り付けられたロアブーム１４、このロアブーム１４の先端に左右方向に回動可能に取り付けられたアッパーブーム１５、このアッパーブーム１５の先端に左右方向に回動可能に取り付けられたシリンダステー１６を有し、アーム１１はシリンダステー１６の先端に上下方向に回動可能に取り付けられ、バケット１２はアーム１１の先端に上下方向に回動可能に取り付けられている。ロアブーム１４の上端側面とシリンダステー１６の側面はロッド１７により連結され、平行リンク機構を構成している。

下部走行体２は左右の履帯２ａ，２ｂを備え、この左右の履帯２ａ，２ｂは左右の走行モータ２１ａ，２１ｂにより駆動される。上部旋回体３は下部走行体２上に回転可能に搭載され、旋回モータ２２により下部走行体２上を旋回する。ロアブーム１４、アッパブーム１５、アーム１１、バケット１２はそれぞれブームシリンダ２３、オフセットシリンダ２４、アームシリンダ２５、バケットシリンダ２６により駆動される。シリンダステー１６は、アッパブーム１５の水平方向の回動時、ロッド１７が構成する平行リンク機構によりロアブーム１４に対して平行移動する。

本実施の形態に係わる干渉防止装置は、上記のようなオフセット式油圧ショベルにおけるオフセット式作業機４の操作時に、バケット１２がキャブ３ａに干渉（衝突）するのを防止するためのものであり、キャブ３ａの周囲にはその干渉防止装置により減速領域Ｒと停止領域Ｓとが設定されている。この減速領域Ｒと停止領域Ｓは、キャブ３ａの前面前側に設定されたものであり、キャブ３ａの右側面側方にも図示しない減速領域及び停止領域が設定されている。減速領域Ｒ及び停止領域Ｓは、ロアブーム１４の上げ動作（ブーム上げ）又はアーム１１の引き動作（アームクラウド）又はそれらの両方により、バケット１２がキャブ前方の位置からキャブ３ａに向けて動くよう操作されたときにバケット１２とキャブ３ａとの干渉を防止するためのものである。キャブ３ａの右側面側方に設定された図示しない減速領域及び停止領域は、アッパブーム１５のオフセット操作によりバケット１２がキャブ右側側方の位置からキャブ３ａに向かって動くよう操作されたときにバケット１２とキャブ３ａとの干渉を防止するためのものである。

オフセット式作業機４のロアブーム１４、アッパブーム１５、アーム１１のそれぞれの回動支点には、キャブ干渉防止装置のセンサとしての、ロアブーム１４、アッパブーム１５、アーム１１の回動角を検出する角度センサ３１，３２，３３が設けられている。

図３は、上記オフセット式油圧ショベルの油圧駆動回路とその制御システムを示す図である。

図３において、４１は図示しないエンジンにより駆動されるメインの油圧ポンプであり、油圧ポンプ４１から吐出された圧油は流量制御弁４２〜４８を介して各種アクチュエータ（ブームシリンダ２３、オフセットシリンダ２４、アームシリンダ２５、バケットシリンダ２６、旋回モータ２２，左右走行モータ２１ａ，２１ｂ）に導かれる。流量制御弁４２〜４８は電磁制御弁であり、それぞれ、電磁駆動部（ソレノイド）４２ａ，４２ｂ〜４８ａ，４８ｂを有している。各種アクチュエータ（ブームシリンダ２３、オフセットシリンダ２４、アームシリンダ２５、バケットシリンダ２６、旋回モータ２２，左右走行モータ２１ａ，２１ｂ）に対しては、それらの操作手段として、電気レバー装置５２〜５８が設けられている。電気レバー装置５２〜５８からの操作信号（電気信号）は、角度センサ３１，３２，３３からの角度信号（電気信号）とともに、制御ユニット６１に入力される。制御ユニット６１は、それらの信号に基づいて所定の演算処理を行い、流量制御弁４２〜４８の電磁駆動部（ソレノイド）４２ａ，４２ｂ〜４８ａ，４８ｂに制御信号（電気信号）を出力する。ロアブーム１４の流量制御弁４２及びブームシリンダ２３は、ロアブーム１４の駆動装置を構成する。その他の流量制御弁４３〜４８及びアクチュエータ２４〜２６，２２，２１ａ，２１ｂの組み合わせもそれぞれの関連部分の駆動装置を構成する。

図４は、制御ユニット６１の内部構成を示す図である。制御ユニット６１は、マイクロコンピュータで構成され、入力部６３、中央処理装置（ＣＰＵ）６４と、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）６５と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６６と、出力部６７とを有している。入力部６３は電気レバー装置５２〜５８からの操作信号と角度センサ３１，３２，３３からの角度信号を入力し、Ａ／Ｄ変換を行う。ＲＯＭ６５には制御プログラムが記憶され、ＣＰＵ６４はＲＯＭ６５に記憶された制御プログラムに従って入力部６３より取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。ＲＡＭ６６は演算途中の数値を一次的に記憶する。出力部６７はＣＰＵ６４の演算結果に応じた出力用の制御信号を作成し、流量制御弁４２〜４８の電磁駆動部（ソレノイド）４２ａ，４２ｂ〜４８ａ，４８ｂにその制御信号を出力する。

図５は、制御ユニット６１のＲＯＭ６５に記憶された制御プログラムのうち、ロアブーム１４用の電気レバー装置５２からの操作信号に係わる処理機能の概要を示す機能ブロック図である。

図５において、制御ユニット６１は、信号処理部６１ａ、バケット位置計算部６１ｂ、干渉防止制限値計算部６１ｃ、ショック低減管理部６１ｄ、ショック低減処理部６１ｅ、最小値選択部６１ｆ、ブーム上げ指令値出力部６１ｇ、ブーム下げ指令値出力部６１ｈの各処理機能を有している。

信号処理部６１ａはロアブーム用の電気レバー装置５２からの操作信号を入力し、この操作信号がブーム上げの操作信号であるときはブーム上げ操作値ｖを計算し、操作信号がブーム下げの操作信号であるときはブーム下げ操作値ｗを計算する。

バケット位置計算部６１ｂは、角度センサ３１，３２，３３からの角度信号を入力し、角度センサ３１，３２，３３により検出したロアブーム１４、アッパブーム１５、アーム１１の回動角とＲＯＭ６５に記憶してある各フロント部材の寸法等からバケット１２の位置を計算する。この場合、バケット１２の位置としては、例えば、アーム１１の先端部におけるバケット１２の回動支点を中心にしたバケット幅方向中央におけるバケット先端までの半径の仮想円上のキャブ３ａに最も近い点の位置を計算する。

干渉防止制限値計算部６１ｃは、まず、バケット位置計算部６１ｂにおいて計算したバケット１２の位置（上記の例では仮想円上のキャブ３ａに最も近い点の位置）がブーム上げ操作に対するキャブ３ａの右側面側方の非干渉領域にあるかどうかを判断する。

図６は、ブーム上げ操作時の非干渉領域と減速領域及び停止領域を示す図であり、非干渉領域を符号Ｆ１，Ｆ２で表し、減速領域を符号Ｒで表し、停止領域を符号Ｓで表している。前述したように、キャブ３ａの前面前側には減速領域Ｒと停止領域Ｓが設定されている。キャブ３ａの前面前側において、減速領域Ｒの更に前方は非干渉領域Ｆ１となっている。減速領域Ｒ及び停止領域Ｓは、キャブ３ａの右側面を超えてその側方に所定距離ｇだけ延長して設定されている。この所定距離ｇは、バケット位置をバケット幅方向中央に規定しているため、バケット１２が非干渉領域Ｆ２を通るときのバケット１２の幅と安全性を考慮したものである。その結果、キャブ３ａの右側面側方には、キャブ３ａから所定距離ｇをおいて、非干渉領域Ｆ２が形成されている。

干渉防止制限値計算部６１ｃは、バケット位置計算部６１ｂにおいて計算したバケット１２の位置がキャブ３ａの右側面側方の非干渉領域Ｆ２にあるかどうかを判断し、バケット位置がキャブ３ａの右側面側方の非干渉領域Ｆ２にある場合は、干渉防止制御が不要であるので、干渉防止制御のための制限値ｒとして最大値ｒｍａｘを出力する。この最大値ｒｍａｘは信号処理部６１ａで生成されるブーム上げの操作値ｖの最大値ｖｍａｘに対応している。バケット位置がキャブ３ａの右側面側方の非干渉領域Ｆ２にない場合は、干渉防止制御のための制限値ｒの計算を次のように行う。

まず、バケット位置計算部６１ｂにおいて計算したバケット１２の位置（上記の例では仮想円上のキャブ３ａに最も近い点の位置）からバケット１２とキャブ３ａの前面との間の距離Ｄを計算する。次に、この距離Ｄを、予め設定した距離と制限値のテーブルに参照して干渉防止制御のための制限値ｒを計算する。このテーブルはＲＯＭ６５に記憶されている。

図７は、干渉防止制限値計算部６１ｃにおける距離と制限値のテーブルの一例を示す図である。図中、横軸は干渉防止制限値計算部６１ｃで演算される距離Ｄであり、縦軸は干渉防止制御の制限値ｒである。制限値ｒの最大値ｒｍａｘは、信号処理部６１ａで生成されるブーム上げの指令値ｖの最大値ｖｍａｘに対応している（ｒｍａｘ＝ｖｍａｘ）。図７に示す距離と制限値のテーブルにおいて、距離と制限値の関係は、距離Ｄが第１設定値Ｄ１以上であるときは制限値ｒが最大（ｒｍａｘ）であり、距離Ｄが第１設定値Ｄ１より小さくなると制限値ｒは最大値ｒｍａｘから次第に小さくなり、距離Ｄが第２設定値Ｄ２に達すると制限値ｒは０となるように設定されている。第１及び第２設定値Ｄ１，Ｄ２間の領域は減速領域Ｒに相当し、第２設定値Ｄ２以下の領域は停止領域Ｓに相当し、第１設定値Ｄ１以上の領域は非干渉領域Ｆ１に相当する。

ショック低減管理部６１ｄ及びショック低減処理部６１ｅは、バケット１２がキャブ前方の減速領域Ｒ或いは停止領域Ｓに侵入した後、キャブ右側面側方の非干渉領域Ｆ２へ退避したときに、ショック低減処理を実行するためのものであり、本発明により追加された機能である。

ショック低減管理部６１ｄは、信号処理部６１ａで計算されたブーム上げの操作値ｖとバケット位置計算部６１ｂで計算されたバケット１２の位置情報とを入力し、ショック低減処理を実行するかどうかを判断する。その判断結果はショック低減処理部６１ｅに出力される。ショック低減処理部６１ｅは、干渉防止制限値計算部６１ｃで計算された制限値ｒとショック低減管理部６１ｄからの判断結果の情報とを入力し、ショック低減管理部６１ｄでの判断結果がショック低減処理の実行でない場合は、干渉防止制限値計算部６１ｃからの制限値ｒをそのまま出力し、ショック低減管理部６１ｄでの判断結果がショック低減処理の実行である場合は、干渉防止制限値計算部６１ｃからの制限値ｒに対してショック低減制御の補正を行い、補正後の値ｕを出力する。

最小値選択部６１ｆは信号処理部６１ａで計算されたブーム上げの操作値ｖとショック低減処理部６１ｅを経由した干渉防止制限値計算部６１ｃからの制限値ｒ或いは当該制限値のショック低減制御の補正値ｕの小さい方の値を選択し、これをブーム上げ指令値ｃとする。

ブーム上げ指令値出力部６１ｇは、最小値選択部６１ｆで選択したブーム上げ指令値を制御信号に変換し、流量制御弁４２の電磁駆動部４２ａに出力する。

ブーム下げ指令値出力部６１ｈは、信号処理部６１ａにおいて計算したブーム下げ操作値を制御信号に変換し、流量制御弁４２の電磁駆動部４２ｂに出力する。

ショック低減管理部６１ｄの処理（ショック低減管理処理）の詳細を図８及び図９と前述した図６を用いて説明する。図８はショック低減管理処理での判断結果に基づく状態遷移を示す図であり、図９はショック低減管理部６１ｄの処理内容を示すフローチャートである。

ショック低減管理部６１ｄは、初期状態として、電源がＯＮされた場合は通常制御モード３００に遷移する（ステップＳ１００→Ｓ１０２）。通常制御モード３００では、ショック低減処理部６１ｅに停止命令を指令する。その結果、ショック低減処理は実行されず、ショック低減処理部６１ｅは信号処理部６１ａからのブーム上げの操作値ｖをそのまま出力する。

図６に実線Ａで示すように、バケット１２がキャブ前方の非干渉領域Ｆ１に位置している状態から、ブーム上げ操作によりキャブ３ａに接近して減速領域Ｒに侵入し、その後オフセット右動作により減速領域Ｒからキャブ右側方の非干渉領域Ｆ２へ退避した場合を考える。この場合、ショック低減管理部６１ｄでは、バケット位置計算部６１ｂからのバケット１２の位置情報に基づいてバケット１２の移動軌跡を把握しており、バケット１２がキャブ前方の減速領域Ｒに侵入すると通常制御モード３００における遷移条件が成立し、通常制御モード３００からショック低減待機モード３０１へと遷移する（ステップＳ１０４→Ｓ１０６）。ショック低減待機モード３０１では、バケット１２がその後どのような軌跡をたどるかを監視しており、このモード３０１ではショック低減処理を実行せず、待機状態になっている。その後、バケット１２がキャブ右側方の非干渉領域Ｆ２に退避すると、モード３０１における遷移条件が成立し、ショック低減実行モード３０２へと遷移する（ステップＳ１０２→Ｓ１１０→Ｓ１１２）。一方、バケット１２がキャブ前方の非干渉領域Ｆ１に退避した場合は、通常制御モード３００に復帰する（ステップＳ１０８→Ｓ１０２）。ショック低減実行モード３０２では、ショック低減処理部６１ｅにショック低減処理の実行指令を出力し、一旦減速したバケットの動作がブーム上げ操作値ｖにより動作するときのショックを低減する処理を行う。ただし、このままの状態では作業機４の動作が緩慢になったままであり、機敏な動作ができなくなる。そこで、ショック低減実行モード３０２では、ブーム上げ操作がなくなくなると通常制御モード３００に戻るようにしている（ステップＳ１１４→Ｓ１０２）。これによりショック低減処理は解除され、その後は、運転者の意に即した機敏な作業機４の動作を行うことができる。

図１０はショック低減処理部６１ｅの処理内容を示すフローチャートである。ショック低減処理部６１ｅは、ショック低減管理部６１ｄからショック低減処理の実行指令があるかどうかを監視し（ステップＳ２０２）、ショック低減処理の実行指令がないときは、干渉防止制限値計算部６１ｃで計算された制限値ｒをそのまま出力し（ステップＳ２０４）、ショック低減管理部６１ｄからショック低減処理の実行指令がある場合は、干渉防止制限値計算部６１ｃからの制限値ｒに対してショック低減制御の補正を行い、補正後の値ｕを出力する（ステップＳ２０５）。

ショック低減処理部６１ｅにおけるショック低減制御の補正は次のように行う。

ショック低減処理開始時に干渉防止制限値計算部６１ｃで計算された制限値をｒ０、サイクルタイム毎の制限値の補正量（増分）をΔｕ、補正制限値の前回値をｕ（−１）とすると、下記の計算１及び２を行う。

１．第１サイクルタイム
ｕ＝ｒ０＋Δｕ ・・・（１）
２．第２サイクルタイム以降
ｕ＝ｕ（−１）＋Δｕ ・・・（２）
つまり、第１サイクルタイムでは、干渉防止制限値計算部６１ｃで計算された制限値ｒ０に制限値の補正量Δｕを加算してショック低減制御の補正制限値ｕを求め、出力する。第２サイクルタイム以降は、前回のサイクルタイムで計算された補正制限値ｕ（−１）に制限値の補正量Δｕを加算して新たな補正制限値ｕを求め、その補正制限値ｕを出力する。

以上は制御ユニット６１のロアブーム１４の操作信号に係わる処理機能である。アーム１１の操作信号及びアッパブーム１５の操作信号（オフセット操作信号）に対しては、従来の干渉防止制御と同様の処理機能が備えられている。この処理機能は、例えば、図５の信号処理部６１ａ、バケット位置計算部６１ｂ、干渉防止制限値計算部６１ｃ、最小値選択部６１ｆ、ブーム上げ指令値出力部６１ｇ、ブーム下げ指令値出力部６１ｈに相当する処理機能である。この場合、アーム１１の操作信号に係わる処理機能では、干渉防止制限値計算部において、ロアブーム１４の操作信号に係わる干渉防止制限値計算部６１ｃと同様、バケット１２の位置からバケット１２とキャブ３ａの前面との間の距離を計算し、この距離を、予め設定した距離と制限値のテーブルに参照して干渉防止制御のための制限値を計算する。オフセット操作信号に係わる処理機能では、干渉防止制限値計算部において、バケット１２の位置からバケット１２とキャブ３ａの右側面との間の距離を計算し、この距離を、予め設定した距離と制限値のテーブルに参照して干渉防止制御のための制限値を計算する。なお、アーム１１の操作信号に係わる処理機能においては、ロアブーム１４の操作信号の処理機能と同様、ショック低減管理部６１ｄ及びショック低減処理部６１ｅに相当する処理部を設けてもよい。

上記以外の操作信号に対しては、図５の信号処理部６１ａ、ブーム上げ指令出力部６１ｇ、ブーム下げ指令出力部６１ｈと同様の処理機能が備えられている。

また、以上において、制御ユニット６１の図５に示すバケット位置計算部６１ｂ、干渉防止制御制限値計算部６１ｃ、最小値選択部６１ｆの処理機能は、キャブ３ａの前面前側に減速領域Ｒ及び停止領域Ｓを予め設定しておき、ロアブーム１４の上げ操作によりオフセット式作業機４のバケット１２（作業具）が減速領域Ｒに侵入するとロアブーム１４の上げ速度を減速し、バケット１２が停止領域Ｓに到達するとロアブーム１４を停止させるようロアブーム１４の駆動装置である流量制御弁４２及びブームシリンダ２３を制御する第１制御手段を構成し、制御ユニット６１の図５に示すショック低減管理部６１ｄ、ショック低減処理部６１ｅ及び最小値選択部６１ｆは、ロアブーム１４の上げ操作によりバケット１２が減速領域Ｒに侵入した後、アッパブーム１５のオフセット操作によりバケット１２がキャブ右側面側方の非干渉領域Ｆ２に退避したときは、ロアブーム１４の上げ速度が徐々に指令速度に復帰するようロアブーム１４の駆動装置である流量制御弁４２及びブームシリンダ２３を制御する第２制御手段を構成する。

次に、以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。

電気レバー装置５２の操作レバーをブーム上げ方向に操作したとき、制御ユニット６１はバケット１２の通過領域に応じてそれに対応した指令値を演算し、対応する制御信号をロアブーム１４用の流量制御弁４２の電磁駆動部４２ａに出力する。

まず、バケット１２が非干渉領域Ｆ１にあるときは、運転者の操作に何ら制限を与えることなく、電気レバー装置５２からの操作信号に応じた指令値ｃにより流量制御弁４２を制御し、その指令値ｃに応じた流量ブームシリンダ２３に供給され、ロアブーム１４を動作させる。

バケット１２が減速領域Ｒに侵入すると、干渉防止制限値計算部６１ｂでは、上述したようにバケット位置に応じた制限値ｒを計算する。このとき、ショック低減管理部６１ｄｃｄはショック低減待機モード３０１に遷移しており、ショック低減処理部６１ｅにショック低減処理の停止命令を指令し、ショック低減処理部６１ｅは干渉防止制限値計算部６１ｂからの制限値ｒをそのまま出力する。最小値選択部６１ｆはその制限値ｒと信号処理部６１ａからのブーム上げ操作値ｖの小さい方を選択し、操作値ｖを制限値ｒ以下に制限する。つまり、操作値ｖが制限値ｒよりも小さいときは、操作値ｖを選択して指令値ｃとして出力し、操作値ｖが制限値ｒより大きくなると、制限値ｒを選択して指令値ｃとして出力する。これにより図６の実線Ｂで示すように、バケット１２が減速領域Ｒに侵入した場合は、運転者の意に反し、ブームシリンダ２３に供給される圧油の流量が減少し、ロアブーム１４の動作速度が減少する。バケット１２が停止領域Ｓまで到達すると、制限値ｒが０となるため、流量制御弁４２は閉じられ、ブームシリンダ２３への圧油の供給が停止する。この結果、ロアブーム１４が停止し、バケット１２がキャブ３ａ側に更に侵入することを防止できる。また、バケット１２の停止前は、減速領域Ｒによりロアブーム１４は減速するため、ロアブーム１４はショックなく停止する。このため、バケット１２内に積載された土砂等がこぼれ落ちることなくバケット１２を停止させることが可能である。

一方、図６の実線Ａで示すように、バケット１２が減速領域Ｒに侵入した後、オフセット右動作により減速領域Ｒからキャブ右側方の非干渉領域Ｆ２へ退避するよう操作した場合は、図５のショック低減管理部６１ｄではショック低減実行モード３０２に遷移して、ショック低減処理部６１ｅにショック低減処理の実行を指令し、ショック低減処理部６１ｅでは、上述したように上記の（１）式及び（２）式によりショック低減制御のための補正制限値ｕを計算し、最小値選択部６１ｆでは、その補正制限値ｕがブーム上げの操作値ｖよりも小さい間はその補正制限値ｕを出力し、補正制限値ｕが操作値ｖと等しいか、それより大きくなると操作値ｖを選択し、これを指令値ｃとして出力する。

図１１、図１２及び図１３は、それぞれ、バケット１２が減速領域Ｒに侵入した後、非干渉領域Ｆ２へ退避した場合の干渉防止制御制限値計算部６１ｃで計算される制限値ｒの変化、ショック低減処理部６１ｅの出力値の変化、最小値選択部６１ｆの出力値の変化を示す図である。

干渉防止制御制限値計算部６１ｃでは、バケット１２が非干渉領域Ｆ２に退避するまでは、図１１の実線Ａ１で示すように時間の経過とともに（キャブ３ａに近づくにしたがって）減少する制限値ｒを計算し、ショック低減処理部６１ｅでは図１２の実線Ａ１で示すようにその制限値ｒをそのまま出力し、最小値選択部６１ｆでは図１３の実線Ａ１で示すように操作値ｖに代え、その制限値ｒを選択し、指令値ｃとして出力する（図１３）。

バケット１２が時刻Ｔ０で非干渉領域Ｆ２に退避すると（減速領域Ｒの外に出ると）、干渉防止制御制限値計算部６１ｃで計算される制限値ｒは図１１の実線Ｃ１で示すように最大値ｒｍａｘとなる。一方、ショック低減処理部６１ｅでは時刻Ｔ０でショック低減管理部５１ｄによりショック低減処理の実行が指令され、上記（１）式及び（２）式により補正制限値ｕの計算を行い、その補正制限値ｕを出力する。その結果、ショック低減処理部６１ｅの出力値（補正制限値ｕ）は、図１２に実線Ｂ１，Ｃ１で示すように、時刻Ｔ０の制限値ｒ０から時間の経過とともに補正量Δｕに応じて徐々に増加し、最大値ｕｍａｘで一定となる。補正制限値ｕの最大値ｕｍａｘは制限値ｒの最大値ｒｍａｘに一致している。最小値選択部６１ｆでは、補正制限値ｕが操作値ｖより小さい間は、図１３に実線Ｂ１出示すように補正制限値ｕを選択し、指令値ｃとして出力する。補正制限値ｕが操作値ｖと等しいか、それより大きくなると、図１３に実線Ｃ２で示すように操作値ｖを選択し、これを指令値ｃとして出力する。図１３に制限値を補正しない従来の指令値の変化を一点鎖線で示している。

以上のようにバケット１２が減速領域Ｒに侵入した後、キャブ右側方の非干渉領域Ｆ２へ退避した場合は、干渉防止制限値計算部６１ｃからの制限値ｒがショック低減処理部６１ｅにより制限値ｒ０から徐々に増加するよう補正され、最小値選択部６１でその補正制限値ｕが選択される結果、一旦減速したロアブーム１４の上げ動作は操作値ｖ相当の速度まで徐々に増速し、ロアブーム１４が減速後、操作値ｖに復帰するときのショックを低減することができる。これにより運転者の意図しない作業機４の速度変化（ショック）を回避し、運転者に不安感を与えることなく、作業能率を維持しつつ適切に制御することができる。
また、ショック低減処理部６１ｅによるショック低減処理中に、運転者がブーム上げ操作を一旦止めると、ショック低減管理部６１ｄは通常制御モード３００に復帰し、ショック低減処理部６１ｅではショック低減処理を解除するため、その後は、運転者の意に即した機敏な作業機４の動作を行うことができる。

以上はロアブーム１４の上げ動作（ブーム上げ）のみでバケット１２がキャブ前面に向けて動かされるよう操作した場合の作業機の動作である。バケット１２をキャブ前面に向けて動かされる操作としては、ロアブーム１４の上げ動作（ブーム上げ）とアーム１１の引き動作（アームクラウド）を併用する場合がある。この場合も、バケット１２が減速領域Ｒに侵入すると作業機４が減速し、停止領域Ｓに到達すると作業機４が停止するため、バケット１２がキャブ３ａと干渉することを防止できるとともに、作業機４をショックなく停止することができる。また、バケット１２が減速領域Ｒに侵入した後、バケット１２がキャブ右側方の非干渉領域Ｆ２へ退避するようアッパブーム１５をオフセット操作した場合は、上記と同様に、作業機４の動作速度が徐々に指令速度に復帰するため、運転者の意図しない作業機４の速度変化（ショック）を回避し、運転者に不安感を与えることなく、作業能率を維持しつつ適切に制御することができる。

また、アーム１１の操作信号の処理機能に、ロアブーム１４の操作信号の処理機能と同様、ショック低減管理部６１ｄ及びショック低減処理部６１ｅに相当する処理部を設けた場合は、ロアブーム１４の上げ動作（ブーム上げ）とアーム１１の引き動作（アームクラウド）を併用してケット１２をキャブ前面に向けて動かすよう操作した場合において、バケット１２が減速領域Ｒに侵入した後、アーム引き（アームクラウド）の操作を止めずにバケット１２がキャブ右側方の非干渉領域Ｆ２へ退避するようアッパブーム１５をオフセット操作した場合は、ロアブーム１４だけでなくアーム１１の動作速度も徐々に増速するよう処理されるため、運転者の意図しない作業機４の速度変化（ショック）を回避し、運転者に不安感を与えることなく、作業能率を維持しつつ適切に制御することができる。

なお、以上の実施の形態では、図５のショック低減処理部６１ｅにおいて、バケット１２が減速領域Ｒに侵入した後、キャブ右側方の非干渉領域Ｆ２へ退避したときの補正制限値ｕの変化量、つまり退避後の操作値の指令速度への復帰速度をサイクルタイム毎の増分Δｕ（時間の関数）として求めたが、非干渉領域Ｆ２に退避した地点からの距離の関数として求めてもよいし、ロアブーム１４の角度の関数として求めてもよく、この場合も、サイクルタイム毎の増分Δｕ（時間の関数）を用いた場合と同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態では、オフセット式油圧ショベルの油圧駆動回路とその制御システムにおいて、操作レバー装置を電気レバー装置とし、かつ流量制御弁４２〜４８を電磁駆動方式とし、電気レバー装置の操作信号（電気信号）を制御ユニット６１で処理して、流量制御弁４２〜４８を制御する電気制御駆動方式としたが、操作レバー装置を油圧パイロット式とし、流量制御弁を油圧操作方式とした油圧駆動回路を採用してもよく、この場合も、例えば特許第３４６８３３１号公報の図８に示すように、ロアブームの上げ操作側のパイロットライン、アームの引き動作側のパイロットライン、アッパブームのオフセット左操作側のパイロットラインに電磁比例減圧弁を配置し、その電磁比例減圧弁を制御することで上記と同様の干渉防止制御及びショック低減処理の制御を行うことができる。

本発明の一実施の形態に係わる干渉防止装置が搭載されるオフセット式油圧ショベルの外観を示す側面図である。 本発明の一実施の形態に係わる干渉防止装置が搭載されるオフセット式油圧ショベルの外観を示す上面図である。 上記オフセット式油圧ショベルの油圧駆動回路とその制御システムを示す図である。 制御ユニットの内部構成を示す図である。 制御ユニットのＲＯＭに記憶された制御プログラムのうち、ロアブーム用の電気レバー装置に係わる処理機能の概要を示す機能ブロック図である。 ブーム上げ操作時の非干渉領域と減速領域及び停止領域を示す図である。 干渉防止制限値計算部における距離と制限値のテーブルの一例を示す図である。 ショック低減管理部における判断結果に基づくショック低減管理処理の状態遷移を示す図である。 ショック低減管理部の処理内容を示すフローチャートである。 ショック低減処理部の処理内容を示すフローチャートである。 バケットが減速領域に侵入した後、非干渉領域へ退避した場合の干渉防止制御制限値計算部で計算される制限値の変化を示す図である。 バケットが減速領域に侵入した後、非干渉領域へ退避した場合のショック低減処理部の出力値の変化を示す図である。 バケットが減速領域に侵入した後、非干渉領域へ退避した場合の最小値選択部の出力値の変化を示す図である。

符号の説明

１ オフセット式油圧ショベル
２ 下部走行体
２ａ，２ｂ 履帯
３ 上部旋回体
３ａ キャブ
４ オフセット式作業機
１０ オフセットブーム
１１ アーム
１２ バケット
１４ ロアブーム
１５ アッパーブーム
１６ シリンダステー
１７ ロッド
２１ａ，２１ｂ 走行モータ
２２ 旋回モータ
２３ ブームシリンダ
２４ オフセットシリンダ
２５ アームシリンダ
２６ バケットシリンダ
３１，３２，３３ 角度センサ
４１ メイン油圧ポンプ
４２〜４８ 流量制御弁
４２ａ，４２ｂ〜４８ａ，４８ｂ 電磁駆動部（ソレノイド）
５２〜５８ 電気レバー装置
６１ 制御ユニット
６１ａ 信号処理部
６１ｂ バケット位置計算部
６１ｃ 干渉防止制限値計算部
６１ｄ ショック低減管理部
６１ｅ ショック低減処理部
６１ｆ 最小値選択部
６１ｇ ブーム上げ指令値出力部
６１ｈ ブーム下げ指令値出力部
３００ 通常制御モード
３０１ ショック低減待機モード
３０２ ショック低減実行モード
Ｒ 減速領域
Ｓ 停止領域
Ｆ１ 非干渉領域
Ｆ２ 非干渉領域
Ｄ１ 第１設定値
Ｄ２ 第２設定値

Claims (4)

1. 運転室部を有する機械本体と、この機械本体に上下方向に回動可能に取り付けられたオフセット式作業機とを備え、前記オフセット式作業機は、前記機械本体に上下方向に回動可能に取り付けられたロアブーム、このロアブームの先端側に左右方向に回動可能に取り付けられたアッパーブーム、このアッパーブームの先端側に左右方向に回動可能に取り付けられたシリンダステー、このシリンダステーの先端側に上下方向に回動可能に取り付けられたアーム、このアームの先端側に上下方向に回動可能に取り付けられた作業具を有するオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置において、
   前記運転室部の前面前側に減速領域及び停止領域を予め設定しておき、前記ロアブームの上げ操作により前記オフセット式作業機の作業具が前記減速領域に侵入すると前記ロアブームの上げ速度を減速し、前記作業具が前記停止領域に到達すると前記ロアブームを停止させるよう前記ロアブームの駆動装置を制御する第１制御手段と、
   前記ロアブームの上げ操作により前記作業具が前記減速領域に侵入した後、前記アッパブームのオフセット操作により前記作業具が前記運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避したときは、前記ロアブームの上げ速度が徐々に指令速度に復帰するよう前記ロアブームの駆動装置を制御する第２制御手段とを備えることを特徴とするオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置。
2. 請求項１記載のオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置において、
   前記第２制御手段は、前記ロアブームの上げ操作がなくなると自身の制御を解除することを特徴とするオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置。
3. 請求項１記載のオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置において、
   前記第２制御手段は、前記作業具が前記減速領域に侵入した後、前記運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避したかどうかを監視し、前記運転室部の右側面側方の非干渉領域に退避すると、ショック低減処理の実行を指令するショック低減管理手段と、このショック低減管理手段によりショック低減処理の実行が指令されると、前記ロアブームの上げ速度を徐々に指令速度に復帰させるショック低減処理を行うショック低減処理手段とを有することを特徴とするオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置。
4. 請求項３記載のオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置において、
   前記ショック低減管理手段は、前記ショック低減処理の実行の指令中に前記ロアブームの上げ操作がなくなるとその指令を解除し、前記ショック低減処理手段は、前記ショック低減処理を解除することを特徴とするオフセット式油圧ショベルの干渉防止装置。

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