JP5498915B2 - 作業機械及び走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、パワーショベル、バックホウ、クレーン等の作業機械及び該作業機械に搭載する走行制御装置に関する。

パワーショベル、バックホウ、クレーン等の作業機械は、前後方向に走行可能な下部走行体と、該下部走行体に対して旋回可能に設けるとともに、オペレータが搭乗する運転席を備えた上部旋回体と、前記下部走行体を前後方向に走行操作するための操作装置と、からなる。

上記作業機械では、レバー状の操作装置を前傾／後傾操作することで、作業機械を前進／後進させる操作方法が一般的である。
前記操作装置の前傾／後傾操作に対する下部走行体の走行方向は常に一定であることから、上部旋回体が下部走行体に対して略１８０°旋回した場合には、操作レバーの操作に対して下部走行体の進行方向が逆転してしまう。
このとき、オペレータは、上部旋回体の旋回位置を把握していないと、オペレータ正面側への走行操作を意図した操作であるにも関わらず、オペレータの背面側へと作業機械を走行させる場合があり、後方の作業員や構造物への衝突などの事故が生じてしまう可能性がある。
したがって、オペレータは常に上部旋回体と下部走行体との位置関係（旋回度合い）を意識しておく必要がある。

上記実情に伴い、オペレータが混同しないよう、様々な技術が提案されている。
例えば、運転席上の操作盤に点灯装置やブザーを設けることで、オペレータに対して視聴覚的に注意喚起を促す技術が知られている。
また、特許文献１のように、上部旋回体が１８０°旋回した場合、操作装置の指示に対する下部走行体の走行方向を逆に切り換える手段を設けることにより、オペレータが特に意識することなく、誤った方向への走行を自動的に防止する技術が知られている。

特開２００４−１３２００３号公報

しかし、上記従来の方法では、依然として以下の問題が生じうる。
（１）視聴覚的に注意喚起を促す技術は、オペレータにとってみると作業時に判断・処理すべき材料が増えることとなり、作業中の緊張下にあるオペレータに対して情報を正確に伝達できないと、かえってオペレータの混同を招く場合がある。
（２）特許文献１に記載の技術では、自動的に走行方向が切り替わってしまうため、熟練したオペレータにとっては、かえって混同を招く場合がある。
（３）（２）の問題の解決方法として、特許文献１内では、熟練したオペレータ向けに走行方向の自動切り替え機能を解除する機能についても言及している。しかし、経験の少ないオペレータや熟練のオペレータが都度入れ替わるような作業環境の場合、当該解除機能の有効・無効を別途確認したり、切り換え作業をオペレータ自身が実施しなければならず、作業が煩雑となり、かえって混同を招くこととなる。

すなわち、オペレータの操作ミスを防止すべく作業機械に対して通知機能や切り換え機能を直列的に付加することは、かえってオペレータの混同を招きやすく、事故の危険性が更に増大するのでは、といった懸念があった。

従って、本願発明は、上記従来の技術と異なる方法でもって、オペレータの作業ミスによる事故を確実に回避することのできる、作業機械及び該作業機械に設置する走行制御装置を提供することを目的の一つとするものである。

上記従来の課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、前後方向へと走行可能な下部走行体と、オペレータが搭乗する運転席を備え且つ下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、下部走行体の前後進を指示する操作装置と、上部旋回体の旋回角度を検出する検出手段と、操作装置からの指示に基づいて下部走行体の前後進を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、平面視して、標準姿勢時における下部走行体の前進方向を基準（０°）とした上部旋回体の旋回角度をαとし、且つ上部旋回体の旋回方向において反時計回りを正方向、時計回りを負方向としたとき、（ａ）（０−（θ／２））°＜α＜（θ／２）°では、下部走行体の後進のみを規制し、（ｂ）（１８０−（θ／２））°＜α＜（１８０＋（θ／２））°時では、下部走行体の前進のみを規制し、（ｃ）その他の旋回角度では、下部走行体の前後進を許容し、前記θは１０°〜９０°の範囲で設定されることを特徴とする、作業機械を提供することを要旨とするものである。
また、本願の第２発明は、前後方向へと走行可能な下部走行体と、オペレータが搭乗する運転席を備え且つ下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、下部走行体の前後進を指示する操作装置と、を備えた作業機械に設置する走行制御装置であって、上部旋回体の旋回角度を検出する、検出手段と、操作装置からの指示に基づいて下部走行体の前後進を制御する、制御手段と、を備え、前記制御手段は、平面視して、標準姿勢時における下部走行体の前進方向を基準（０°）とした上部旋回体の旋回角度をαとし、且つ上部旋回体の旋回方向において反時計回りを正方向、時計回りを負方向としたとき、（ａ）（０−（θ／２））°＜α＜（θ／２）°では、下部走行体の後進のみを規制し、（ｂ）（１８０−（θ／２））°＜α＜（１８０＋（θ／２））°時では、下部走行体の前進のみを規制し、（ｃ）その他の旋回角度では、下部走行体の前後進を許容し、前記θは１０°〜９０°の範囲で設定されることを特徴とする、走行制御装置を提供することを要旨とするものである。

本願発明によれば、以下の効果のうち、少なくとも何れか一つを得ることが出来る。
（１）搭乗するオペレータの視界内（オペレータの正面・側面方向）への走行を許容し、搭乗するオペレータの視界外（オペレータの背面側）への走行を強制的に規制（遮断）するため、事故が発生する可能性が最も高いとされるオペレータの背面側への走行を確実に防止できる。
（２）オペレータが判断・処理すべき事項が増えないため、オペレータの注意負担が軽減し、本来の作業に集中できる。
（３）所定の旋回位置では下部走行体の両方への走行を許容し、極端に作業機械の進行方向を規制するものでないため、従来の作業効率を維持することができる。

本願発明の作業機械の構成を示す概略図。 図１に示す作業機械の構成の一部を示す正面図。 図１に示す作業機械の走行規制の態様を示す概略図。

以下、各図面を参照しながら、本願発明に係る作業機械及び走行制御装置の実施例について説明する。

＜１＞全体構成
図１は、本願発明の作業機械の構成を示す概略図である。
図１に示すように、本願発明に係る作業機械Ａは、前後方向へと走行可能な下部走行体１と、オペレータが搭乗する運転席２１を備え且つ下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体２と、下部走行体１の前後進を指示する操作装置３と、上部旋回体２の旋回角度を検出する検出手段４と、操作装置３からの指示に基づいて下部走行体１の前後進を制御する制御手段５と、を備える。
なお、本実施例では、下部走行体１の走行方向について、作業機械Ａの標準姿勢時において、オペレータの正面方向への走行を「前進」、オペレータの背面方向への走行を「後進」と便宜上定義する。

＜２＞周知の構成
下部走行体１及び上部旋回体２の構成については、周知の作業機械の構成と同等であるため、説明を省略する。

＜３＞操作装置
操作装置３は、下部走行体１の前後進を指示するための装置である。
操作装置３は、一般的に二本のレバーによって構成し、各レバーをそれぞれ前傾又は後傾させることにより、下部走行体１を構成する左右の無限軌道にそれぞれ設けた駆動源（流体圧モータ等）を正転・逆転自在に構成してある。

＜４＞検出手段
検出手段４は、下部走行体１に対する上部旋回体２の旋回角度を検出するための手段である。
本実施例において、検出手段４は、下部走行体１と上部旋回体２との間の空間に設け、より具体的には上部旋回体３の底部に設けた二つのリミットスイッチ４１ａ、４１ｂと、下部走行体の上部に設けた一つの押し板４２でもって構成してある。上記構成とすることで、前記リミットスイッチ４１ａ、４１ｂが押し板４２に接触されたか否かによって、上部旋回体２の旋回位置を特定できることとなる。

なお、各リミットスイッチ４１ａ、４１ｂを設ける位置は、上部旋回体２の旋回位置が検出できる範囲で旋回の干渉にならない程度に自在とすることができる。本実施例では下部走行体１の進行方向上であって、上部旋回体２の前方側と後方側に対向するように一直線上に配置してある。また、検出手段４は、上部旋回体２の旋回位置が検出できる周知の各種センサを用いることができるため、本実施例に限定されるものではない。

＜５＞制御手段
制御手段５は、操作装置３からの指示と、上部旋回体２の旋回角度に基づいて下部走行体１の走行方向を制御するための手段である。
制御手段５は、操作装置３の指示（例：前傾・後傾）と、各リミットスイッチ４１ａ、４１ｂのオン・オフでもって、下部走行体１の走行方向及び走行動作の許容・規制を判断する。
下部走行体１の走行方向を制御する具体的な方法としては、従来の作業機械に備えてあるＰＰＣ（レバー誤操作防止機構）機能を流用したり、入力信号を電子的に切り換えたり、或いは駆動源の油圧回路の各種弁の開閉を切り換える等、周知の方法を適宜採用することができる。

本実施例の作業機械Ａにおける、操作装置３とリミットスイッチ４１ａ、４１ｂによる下部走行体１の走行方向の関係についての基本的な例を表１に示す。
表１：操作装置とリミットスイッチによる下部走行体の走行方向の関係

上記の様に下部走行体１の走行方向並びに走行動作の許容・規制を制御することで、オペレータの視界の範囲外である背面側への走行を指示する操作があったとしても、下部走行体１が走行することはなく、事故の発生を未然に防止することができる。

＜６＞制御方法の具体例
図２，３を参照しながら、上部旋回体２の旋回位置及び操作装置３の指示に基づく下部走行体１の走行方向について、更に詳細に説明する。

図２は、作業機械の構成の一部を示す正面図である。
本願発明は、図２に示すように、検出手段４を構成する押し板４２の長さを調整することによって、リミットスイッチ４１ａ、４１ｂの接触範囲、すなわち下部走行体１の走行規制角度（θ）を調整することができる。
前記走行規制角度（θ）は、任意の角度を設定することができるが、オペレータの視界範囲を考慮すると、略１０°〜９０°の範囲内で設定することが望ましい。

図３は、作業機械の走行規制の態様を示す概略図である。
図３（ａ）に示すように、標準姿勢時における下部走行体１の前進方向（オペレータの正面方向）を０°とし、平面視して反時計回りに上部旋回体が旋回した時の旋回角度をαとした場合、制御手段５は下記のように下部走行体１の走行方向を制御する。

（ｉ）（０−（θ／２））°＜α＜（θ／２）°時［図３（ｂ）］
前傾指示：前進する。（左方向に進行する）
後傾指示：走行を規制する。（動作せず）
（ii）（θ／２）°≦α≦（１８０−（θ／２））時［図３（ｃ）］
前傾指示：前進する。（左方向に進行する）
後傾指示：後進する。（右方向に進行する）
（iii）（１８０−（θ／２））＜α＜（１８０＋（θ／２））°時［図３（ｄ）］
前傾指示：走行を規制する。（動作せず）
後傾指示：後進する。（右方向に進行する）
（iv）（１８０＋（θ／２））°≦α≦（３６０−（θ／２））°時［図示せず］
前傾指示：前進する。（左方向に進行する）
後傾指示：後進する。（右方向に進行する）

上記（i）の場合、オペレータは下部走行体１の略前進方向を向いており、下部走行体の後進方向への視認性が低いと考えられるため、下部走行体１の前進を許容し、後進を規制する。
上記（iii）の場合、オペレータは下部走行体１の略後進方向を向いており、下部走行体１の前進方向への視認性が低いと考えられるため、下部走行体１の前進を規制し、後進を許容する。
上記（ii）（iv）の場合、オペレータは下部走行体１の走行方向に対して略側方を向いており、下部走行体１の前後進何れの方向についても視認可能であると考えられるため、両方向への走行を許容する。なお、操作装置３の動作に対する走行方向は、上記のように操作装置３の前傾操作に対してオペレータからみて特定の方向（左方向又は右方向）に走行するように制御してもよいし、（ii）の場合と（iv）の場合とで走行方向が異なるように制御しても良い。

以上の構成とすることにより、走行規制角度（θ）を低めに設定してある場合には、オペレータ後方への走行が規制される旋回角度が小さくなるため、オペレータに対する走行方向の自由度が高く設定されることとなる。一方、走行規制角度（θ）を高めに設定してある場合には、オペレータ後方への走行が規制される旋回角度が大きくなるため、オペレータに対する走行方向の自由度が低く設定されることとなる。

本願発明は、図１に示す作業機械の検出手段４及び制御手段５をユニット化した走行制御装置Ｂとして提供することもできる（図１）。
この場合、検出手段４は作業機械の外面に物理的に取り付けるのみでよく、設置作業が簡単である。制御手段５は作業機械の内部に手を加える必要が生じる場合があるものの、作業機械を新規に開発・製造する場合と比較して、施工期間・工費の低廉につながることが期待される。
また、本願発明の走行制御装置は脱着簡便に行うことができるため、走行規制機能の追加・解除などの要求に対して、迅速な対応が可能となる。
したがって、本願発明の走行制御装置によれば、既存の作業機械に対し簡易かつ低コストでもって走行規制機能を簡単に付与することができる。

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
２１ 運転席
３ 操作装置
４ 検出手段
４１ａ、４１ｂ リミットスイッチ
４２ 押し板
５ 制御手段
Ａ 作業機械
Ｂ 走行制御装置

Claims (2)

1. 前後方向へと走行可能な下部走行体と、
   オペレータが搭乗する運転席を備え且つ下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、
   下部走行体の前後進を指示する操作装置と、
   上部旋回体の旋回角度を検出する検出手段と、
   操作装置からの指示に基づいて下部走行体の前後進を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   平面視して、標準姿勢時における下部走行体の前進方向を基準（０°）とした上部旋回体の旋回角度をαとし、且つ上部旋回体の旋回方向において反時計回りを正方向、時計回りを負方向としたとき、
   （ａ）（０−（θ／２））°＜α＜（θ／２）°では、下部走行体の後進のみを規制し、
   （ｂ）（１８０−（θ／２））°＜α＜（１８０＋（θ／２））°時では、下部走行体の前進のみを規制し、
   （ｃ）その他の旋回角度では、下部走行体の前後進を許容し、
   前記θは１０°〜９０°の範囲で設定されることを特徴とする、作業機械。
2. 前後方向へと走行可能な下部走行体と、オペレータが搭乗する運転席を備え且つ下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、下部走行体の前後進を指示する操作装置と、を備えた作業機械に設置する走行制御装置であって、
   上部旋回体の旋回角度を検出する、検出手段と、
   操作装置からの指示に基づいて下部走行体の前後進を制御する、制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   平面視して、標準姿勢時における下部走行体の前進方向を基準（０°）とした上部旋回体の旋回角度をαとし、且つ上部旋回体の旋回方向において反時計回りを正方向、時計回りを負方向としたとき、
   （ａ）（０−（θ／２））°＜α＜（θ／２）°では、下部走行体の後進のみを規制し、
   （ｂ）（１８０−（θ／２））°＜α＜（１８０＋（θ／２））°時では、下部走行体の前進のみを規制し、
   （ｃ）その他の旋回角度では、下部走行体の前後進を許容し、
   前記θは１０°〜９０°の範囲で設定されることを特徴とする、走行制御装置。

Images