JP6447295B2

JP6447295B2 - 作業機械

Info

Publication number: JP6447295B2
Application number: JP2015062763A
Authority: JP
Inventors: 正則米原; 誠一大西
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: JP2016183451A

Description

本発明は、作業機械に関するものである。

従来より、下部走行体と、下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、上部旋回体の前側に起伏可能に搭載されたアタッチメントとを備えた作業機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、バケットがキャブに干渉するのを防止するために、基端ブームの仰角やアームの揺動角度を検出しながら、基端ブームを上昇させる際にアームを自動的に前方に押し出すアーム回避動作を行うようにした構成が記載されている。

そして、アーム回避動作と同時にバケットを自動的に掘削方向に回動させることにより、基端ブームの上昇とアームの前方への押し出しが同時に続けられてもバケットの姿勢をほぼ水平に維持するようにしている。これにより、バケット内部に貯蔵された土がブーム上昇中に落下してしまうのを防止している。

特許第４４４６０４２号公報

ところで、バケットの代わりに、複数の把持爪を有するグラップルが設けられたアタッチメントでは、グラップルで把持されたスクラップ等を搬送するのにあたって、グラップルを把持爪の先端部が下方を向いた吊下姿勢に維持することが好ましい。そのため、グラップルが設けられたアタッチメントにおいても、特許文献１に記載された制御を適用することが考えられる。

しかしながら、実際の作業現場では、グラップルの姿勢制御が行われている途中で、作業者がグラップルを操作したい場合があり、特許文献１の発明のように、常時、グラップルを吊下姿勢に維持するようにフィードバック制御する構成では、操作性が悪くなるという問題がある。

具体的には、作業者がグラップルの姿勢制御を解除するための解除操作を行い、グラップルの操作を行った後で、作業者がグラップルの姿勢制御を開始するための開始操作を行う必要があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、グラップルを自動的に吊下姿勢に維持するとともに、作業者が自由にグラップルを操作できるようにすることにある。

本発明は、下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、複数の把持爪を有するグラップルが設けられて該上部旋回体の前側に起伏可能に搭載されたアタッチメントとを備えた作業機械を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、シリンダロッドの伸縮動作に伴って前記グラップルを揺動させることで、該グラップルの傾斜角度を調整するフロントシリンダと、
前記グラップルの傾斜角度を検出する角度検出部と、
前記フロントシリンダに対する作動油の給排方向を切り換えることで前記グラップルを操作する操作レバーと、
前記操作レバーによる前記グラップルの操作が行われている操作状態であるか、又は該操作レバーによる該グラップルの操作が行われていない非操作状態であるかを判定する操作判定部と、
前記操作判定部によって前記非操作状態であると判定された場合に、前記角度検出部で検出された傾斜角度に基づいて、前記グラップルが前記把持爪の先端部を下方に向けた吊下姿勢となるように前記シリンダロッドを伸縮させる姿勢制御を行う一方、前記操作状態であると判定された場合に該グラップルの姿勢制御を解除する油圧制御部と、
前記グラップルの位置を検出して、該グラップルが予め設定された所定の干渉域に達したときに、前記油圧制御部に対して干渉回避信号を出力する位置検出部とを備え、
前記油圧制御部は、前記位置検出部から前記干渉回避信号が出力された場合に、前記グラップルが前記干渉域よりも前記上部旋回体側に移動しないように前記アタッチメントの動作を制御するように構成され、
前記位置検出部は、前記操作判定部によって前記操作状態であると判定された場合に、前記グラップルが第１の干渉域に達したときに前記干渉回避信号を出力する一方、前記非操作状態であると判定された場合に、該グラップルが該第１の干渉域と前記上部旋回体との間に設定された第２の干渉域に達したときに該干渉回避信号を出力するように構成されていることを特徴とするものである。

第１の発明では、操作レバーによるグラップルの操作が行われていない場合に、グラップルの姿勢制御が行われる。これにより、作業者が手動でグラップルの姿勢調整を行うことなく、グラップルを自動的に吊下姿勢に維持することができる。

一方、操作レバーによるグラップルの操作が行われた場合には、グラップルの姿勢制御が解除される。これにより、作業者がグラップルを自由に操作することができる。

また、グラップルが操作状態のときには第１の干渉域よりも上部旋回体側を、グラップルが非操作状態のときには第２の干渉域よりも上部旋回側をグラップルが移動しないように、アタッチメントの動作が制御される。ここで、第２の干渉域は、第１の干渉域と上部旋回体との間に設定される。

このような構成とすれば、グラップルが姿勢制御される非操作状態のときには、操作状態のときに比べて、アタッチメントのアームを上部旋回体側に揺動させることができ、アタッチメントの作業範囲を広く確保することができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記操作レバーは、前記フロントシリンダに作動油を給排させない中立位置と、該フロントシリンダに作動油を給排させる操作位置とに切り換え可能に構成され、
前記操作判定部は、前記操作レバーが前記中立位置にあるときに、前記非操作状態であると判定することを特徴とするものである。

第２の発明では、グラップルを操作しないときに操作レバーを中立位置に戻すといった通常の操作を行うだけで、グラップルが非操作状態であると判定されるので、作業者が特別な操作をすることなく、グラップルの姿勢制御を行うことができる。

第３の発明は、第２の発明において、
前記操作判定部は、前記操作レバーが前記操作位置から前記中立位置に切り換えられてから所定時間が経過したときに、前記非操作状態であると判定することを特徴とするものである。

第３の発明では、操作レバーを中立位置に戻してから所定時間が経過するまでの間は、グラップルの姿勢制御が行われないので、この間に、作業者がグラップルを自由に操作して、グラップルの傾斜角度の調整作業を余裕を持って行うことができる。

具体的に、グラップルを把持対象物に近づけてから把持対象物を持ち上げるまでに、グラップルの傾斜角度の調整や把持対象物の把持作業を複数回繰り返す必要がある。そのため、把持爪で把持対象物を把持した後でも、所定時間が経過するまでの間は、グラップルを操作状態に維持するのが好ましい。

第４の発明は、第１の発明において、
前記グラップルの把持爪を開閉させる開閉シリンダと、
前記開閉シリンダのヘッド側の油圧を検出する油圧検出部とを備え、
前記操作判定部は、前記把持爪を閉じて前記開閉シリンダ内の油圧が所定圧力よりも大きくなったことが前記油圧検出部によって検出されたときに、前記非操作状態であると判定することを特徴とするものである。

第４の発明では、把持爪で把持対象物を把持したことを油圧検出部で検出した場合に、グラップルの姿勢制御を行うようにしている。これにより、作業者がグラップルの姿勢制御を行うための特別な操作をすることなく、グラップルを吊下姿勢に自動的に調整することができ、作業性が向上する。

第５の発明は、第４の発明において、
前記操作判定部は、前記把持爪を閉じて前記開閉シリンダ内の油圧が所定圧力よりも大きくなったことが前記油圧検出部によって検出されてから所定時間が経過したときに、前記非操作状態であると判定することを特徴とするものである。

第５の発明では、把持爪で把持対象物を把持したことを油圧検出部で検出してから所定時間が経過するまでの間は、グラップルの姿勢制御が行われないので、この間に、作業者がグラップルを自由に操作して、グラップルの傾斜角度の調整作業を余裕を持って行うことができる。

第６の発明は、第１乃至第５の発明のうち何れか１つにおいて、
前記油圧制御部は、前記第１の干渉域と前記第２の干渉域との間に位置している前記非操作状態の前記グラップルが、前記操作レバーによる操作が行われて前記操作状態となった場合に、該グラップルの姿勢制御を解除するとともに、該グラップルが該第１の干渉域よりも車両前方に移動するまでの間、該グラップルが前記上部旋回体側に揺動しないように該フロントシリンダの動作を制御することを特徴とするものである。

第６の発明では、グラップルが第１の干渉域と第２の干渉域との間に位置しているときに、グラップルが操作状態になると、グラップルの姿勢制御が解除される。ただし、グラップルが第１の干渉域よりも車両前方に移動するまでの間は、グラップルが上部旋回体側に揺動しないように制御される。

このような構成とすれば、グラップルが第１の干渉域と第２の干渉域との間に位置しているときに、グラップルを誤って上部旋回体側に揺動させてしまって上部旋回体に干渉するという不具合を防止することができる。

第７の発明は、第１乃至第５の発明のうち何れか１つにおいて、
前記油圧制御部は、前記第１の干渉域と前記第２の干渉域との間に位置している前記非操作状態の前記グラップルが、前記操作レバーによる操作が行われて前記操作状態となった場合に、該グラップルが該第１の干渉域よりも車両前方に移動するまでの間、前記グラップルの姿勢制御を継続することを特徴とするものである。

第７の発明では、グラップルが第１の干渉域と第２の干渉域との間に位置しているときに、グラップルが操作状態になっても、グラップルが第１の干渉域よりも車両前方に移動するまでの間は、グラップルの姿勢制御が継続して行われる。

第８の発明は、第１乃至第７の発明のうち何れか１つにおいて、
前記グラップルの姿勢制御を行うか、又は姿勢制御を解除するかを選択的に切り換える切換スイッチを備えたことを特徴とするものである。

第８の発明では、切換スイッチによって、グラップルの姿勢制御を行うか、又は解除するかを選択的に切り換えることで、グラップルの姿勢制御を行うタイミングを作業者が決定することができる。つまり、グラップルが非操作状態になったとしても、グラップルの姿勢制御を行わないようにすることが可能となる。

第９の発明は、第１乃至第８の発明のうち何れか１つにおいて、
前記グラップルを前記アタッチメントのアームに対して揺動可能に支持するアームトップピンの中心位置と、該グラップルの重心位置とが、垂直方向に並ぶように配設され、
前記油圧制御部は、前記角度検出部によって前記グラップルが所定角度よりも傾斜していることが検出された場合に、前記フロントシリンダのヘッド側及びロッド側のシリンダ室をタンクに連通させ、該グラップルの自重による前記シリンダロッドの伸縮動作を許容して該グラップルを揺動させることで前記姿勢制御を行うことを特徴とするものである。

第９の発明では、アタッチメントのブームやアームを揺動させてグラップルが所定角度よりも傾斜した場合に、フロントシリンダのヘッド側及びロッド側のシリンダ室をタンクに連通させる。これにより、グラップルの自重によって自動的に吊下姿勢に維持することができる。

本発明によれば、操作レバーによるグラップルの操作が行われていない場合に、グラップルの姿勢制御が行われるので、作業者が手動でグラップルの姿勢調整を行うことなく、グラップルを自動的に吊下姿勢に維持することができる。一方、操作レバーによるグラップルの操作が行われた場合には、グラップルの姿勢制御が解除されるので、作業者がグラップルを自由に操作することができる。

本実施形態１に係る作業機械の構成を示す側面図である。グラップルの傾斜角度を調整するための油圧制御回路図である。ブーム、アーム、及びグラップルの傾斜角度の関係を説明する側面図である。グラップルの姿勢制御を行うタイミングを示すタイミングチャート図である。操作状態のグラップルが第１の干渉域に達したときの側面図である。非操作状態のグラップルが第２の干渉域に達したときの側面図である。本実施形態２に係るグラップルの姿勢制御を行うタイミングを示すタイミングチャート図である。本実施形態３に係るグラップルの姿勢制御を行うタイミングを示すタイミングチャート図である。本実施形態４に係るグラップルの姿勢制御を行うタイミングを示すタイミングチャート図である。本実施形態５に係るグラップルの傾斜角度を調整するための油圧制御回路図である。角度検出部の構成を示す側面図である。グラップルを傾斜させた状態を示す側面図である。グラップルを連通状態にしたときの側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

《実施形態１》
図１は、本実施形態１に係る作業機械の構成を示す側面図である。図１に示すように、作業機械１０は、クローラ式の下部走行体１１と、下部走行体１１上に旋回可能に搭載された上部旋回体１２とを備えている。上部旋回体１２の左側前方には、キャブ１５が配設されている。上部旋回体１２の中央前方には、アタッチメント２０が起伏可能に搭載されている。

アタッチメント２０は、基端部が上部旋回体１２に回動可能に取り付けられたブーム２１と、ブーム２１の先端部に回動可能に取り付けられたアーム２５と、アーム２５の先端部に回動可能に取り付けられたグラップル３０とを有する。

ブーム２１は、ブームシリンダ２２を伸縮させることにより、ブームフットピン２３を中心に上部旋回体１２の上下方向に回動される（図３参照）。アーム２５は、アームシリンダ２６を伸縮させることにより、ブームトップピン２４を中心に上部旋回体１２の前後方向に回動される。グラップル３０は、フロントシリンダ３５を伸縮させることにより、アームトップピン２８を中心にアーム２５の前後方向に回動される。

グラップル３０は、本体部３１と、本体部３１の下端部から垂下された複数の把持爪３２と、把持爪３２を開閉させる開閉シリンダ３３とを有する。本実施形態では、把持爪３２が４本設けられており、把持爪３２の本数に対応して開閉シリンダ３３も４本設けられている。

本体部３１は、アーム２５の先端部に設けられたアームトップピン２８を中心に揺動可能に支持されている。本体部３１とアーム２５とは、リンク部３４を介して連結されている。リンク部３４には、フロントシリンダ３５のシリンダロッド３６の先端部が連結されている。グラップル３０は、シリンダロッド３６の伸縮動作に伴ってリンク部３４を介して揺動されることで、その傾斜角度が調整される。

把持爪３２は、開閉シリンダ３３を伸縮させることにより、スクラップ等の把持対象物Ｓを把持することが可能となっている。開閉シリンダ３３は、シリンダロッドを伸ばすことで把持爪３２を閉じる一方、シリンダロッドを縮めることで把持爪３２を開くように動作する。開閉シリンダ３３には、ヘッド側のシリンダ室の圧力を検出する油圧検出部としての圧力センサ３３ａが設けられている（図３参照）。

圧力センサ３３ａで検出された検出圧力は、後述するメカトロコントローラ５０に送信される（図２参照）。メカトロコントローラ５０は、圧力センサ３３ａで検出された検出圧力が所定圧力よりも大きくなった場合に、グラップル３０が、把持対象物Ｓを把持して把持爪３２を閉じ終わった把持状態であると判定する。

図２は、グラップルの傾斜角度を調整するための油圧制御回路図である。図２に示す実線は、油圧の油路を示し、図２に示す点線は、メカトロコントローラ５０に入出力される信号の経路を示す。

図２に示すように、コントロールバルブ４０は、メインポンプ４１から吐出される作動油の給排方向を切り換えることで、フロントシリンダ３５を伸縮させる。ここで、コントロールバルブ４０は、非作業時においては、中立位置に切り換えられており、フロントシリンダ３５の伸縮動作は行われない。

パイロット弁４２は、操作レバー４３の操作によって、パイロットポンプ４４から吐出されるパイロット油の給排方向を切り換える。パイロット弁４２とコントロールバルブ４０とを繋ぐパイロットライン４５には、シャトル弁４６が接続されている。シャトル弁４６は、後述するグラップル３０の姿勢制御のための第１切換弁４７及び第２切換弁４８にも接続されている。シャトル弁４６は、圧力の高い側に連通するチェックバルブで構成されている。

操作レバー４３は、非作業時においては、中立位置に位置しており、コントロールバルブ４０に対してパイロット油が給排されない。つまり、操作レバー４３が中立位置にあるときには、フロントシリンダ３５に作動油が給排されない。一方、中立位置にある操作レバー４３を傾動させると、コントロールバルブ４０に対してパイロット油が給排される。これにより、フロントシリンダ３５に作動油が給排されてグラップル３０を操作することができる。

具体的に、操作レバー４３を図２で左方向に傾動させ、左側のパイロットライン４５からパイロット油が供給されると、コントロールバルブ４０は、フロントシリンダ３５のヘッド側（図２で右側）のシリンダ室に作動油が供給されるとともに、ロッド側（図２で左側）のシリンダ室の作動油がタンク４９に戻る位置に切り換えられる。これにより、シリンダロッド３６が伸びるので、把持爪３２の先端部が後方を向くようにグラップル３０が揺動する。

一方、操作レバー４３を図２で右方向に傾動させ、右側のパイロットライン４５からパイロット油が供給されると、コントロールバルブ４０は、フロントシリンダ３５のロッド側のシリンダ室に作動油が供給されるとともに、ヘッド側のシリンダ室の作動油がタンク４９に戻る位置に切り換えられる。これにより、シリンダロッド３６が縮むので、把持爪３２の先端部が前方を向くようにグラップル３０が揺動する。

ここで、パイロットポンプ４４から吐出されたパイロット油は、パイロット弁４２に向かう途中で分岐して、第１切換弁４７及び第２切換弁４８にも供給される。第１切換弁４７及び第２切換弁４８は、メカトロコントローラ５０からの制御信号を受けて、パイロット油の流通を許可又は遮断する位置に切り換え可能となっている。

ここで、メカトロコントローラ５０から第１切換弁４７に制御信号が出力されてパイロット油の流通が許可されると、フロントシリンダ３５のヘッド側のシリンダ室に作動油が供給される位置にコントロールバルブ４０が切り換えられ、フロントシリンダ３５のシリンダロッド３６が伸びる。

一方、メカトロコントローラ５０から第２切換弁４８に制御信号が出力されてパイロット油の流通が許可されると、フロントシリンダ３５のロッド側のシリンダ室に作動油が供給される位置にコントロールバルブ４０が切り換えられ、フロントシリンダ３５のシリンダロッド３６が縮む。

なお、第１切換弁４７及び第２切換弁４８の切り換えに伴うグラップル３０の自動的な姿勢制御については、後述する。

メカトロコントローラ５０は、油圧制御部５１と、操作判定部５２と、位置検出部５３とを有する。油圧制御部５１は、ブームシリンダ２２、アームシリンダ２６、フロントシリンダ３５、及び開閉シリンダ３３に対する作動油の給排を制御することで、アタッチメント２０の動作を制御する。

操作判定部５２は、操作レバー４３によるグラップル３０の操作が行われている操作状態であるか、又は操作レバー４３によるグラップル３０の操作が行われていない非操作状態であるかを判定する。

具体的に、操作レバー４３は、フロントシリンダ３５に作動油を給排させない中立位置と、フロントシリンダ３５に作動油を給排させる操作位置とに切り換え可能となっている。操作判定部５２は、操作レバー４３が中立位置にあるときに、非操作状態であると判定する。一方、操作レバー４３が操作位置にあるときに、操作状態であると判定する。

位置検出部５３は、アタッチメント２０の傾斜角度に基づいて、グラップル３０の位置を検出するものである。具体的に、図３に示すように、アタッチメント２０のブーム２１、アーム２５、及びグラップル３０を回動可能に支持するブームフットピン２３、ブームトップピン２４、及びアームトップピン２８の近傍には、角度検出部５５としてのアングルセンサ５５ａ，５５ｂ，５５ｃが設けられている。アングルセンサ５５ａ，５５ｂ，５５ｃで検出された傾斜角度を示す信号は、メカトロコントローラ５０に送信される。なお、角度検出部５５は、ブーム２１、アーム２５、及びグラップル３０を揺動させる各シリンダのストロークを計測するストローク計で構成してもよい。

ところで、グラップル３０を有するアタッチメント２０では、グラップル３０で把持された把持対象物Ｓを搬送するのにあたって、グラップル３０を把持爪３２の先端部が下方を向いた吊下姿勢に維持することが好ましい。そこで、本実施形態では、グラップル３０を自動的に吊下姿勢に維持できるようにしている。

メカトロコントローラ５０では、操作判定部５２において、グラップル３０が操作状態であるか、又は非操作状態であるかが判定される。グラップル３０が非操作状態であると判定された場合には、油圧制御部５１は、角度検出部５５で検出された傾斜角度に基づいて、第１切換弁４７又は第２切換弁４８に対して制御信号を出力する。

具体的に、グラップル３０が把持爪３２の先端部を前方に傾斜させた姿勢となっていた場合には、グラップル３０を吊下姿勢にするために、シリンダロッド３６を伸ばす必要があるので、メカトロコントローラ５０の油圧制御部５１は、第１切換弁４７に対して制御信号を出力する。

一方、グラップル３０が把持爪３２の先端部を後方に傾斜させた姿勢となっていた場合には、グラップル３０を吊下姿勢にするために、フロントシリンダ３５のシリンダロッド３６を縮める必要があるので、メカトロコントローラ５０の油圧制御部５１は、第２切換弁４８に対して制御信号を出力する。

ここで、グラップル３０の姿勢制御は、例えば、下記の（１）式を満たすように自動的にフィードバック制御することで行われる。図３に示すように、ブームフットピン２３及びブームトップピン２４の中心を繋ぐ第１の角度線Ｌ１とブームフットピン２３から車両前方に向かって水平に延びる水平線Ｈとの間の角度をθ１、ブームトップピン２４及びアームトップピン２８の中心を繋ぐ第２の角度線Ｌ２と第１の角度線Ｌ１との間の角度をθ２、第２の角度線Ｌ２とアームトップピン２８から車両前方に向かってグラップル３０の傾斜方向に延びる線ＧＲとの間の角度をθ３としたときに、下記の（１）式を満たすように制御される。

θ３＝θ１＋θ２・・・（１）
このように、（１）式を満たすようにフロントシリンダ３５の伸縮動作を自動的に制御すると、作業者が手動でグラップル３０の姿勢調整を行うことなく、グラップル３０を自動的に吊下姿勢に維持することができる。

一方、操作判定部５２において、グラップル３０が操作状態であると判定された場合には、油圧制御部５１は、グラップル３０の姿勢制御を解除する。つまり、作業者が操作レバー４３を操作することで、グラップル３０を自由に操作できるようにしている。

なお、本実施形態では、ブーム２１、アーム２５、及びグラップル３０の傾斜角度の関係に基づいてグラップル３０が吊下姿勢となっているかを検出しているが、グラップル３０に電気式の傾斜計を搭載して、グラップル３０の傾斜角度を直接検出するようにしてもよい。

図４は、グラップルの姿勢制御を行うタイミングを示すタイミングチャート図である。図４に示すように、操作レバー４３が中立位置にあるときには、フロントシリンダ３５のパイロットラインにパイロット圧が検出されない。このとき、操作判定部５２は、グラップル３０が非操作状態であると判定する。非操作状態のときには、グラップル３０の姿勢制御が開始され、非操作状態が継続している間は、姿勢制御も継続される。

ここで、操作レバー４３を傾動させて中立位置から操作位置に切り換えると、フロントシリンダ３５のパイロットラインにパイロット圧が検出される。このとき、操作判定部５２は、グラップル３０が操作状態であると判定する。操作状態のときには、グラップル３０の姿勢制御が解除される。

さらに、操作レバー４３を操作位置から中立位置に切り換えると、フロントシリンダ３５のパイロットラインにパイロット圧が検出されなくなり、操作判定部５２は、グラップル３０が非操作状態であると判定する。これにより、グラップル３０の姿勢制御が再開される。

また、図２に示すように、メカトロコントローラ５０には、切換スイッチ５６が接続されている。切換スイッチ５６は、グラップル３０の姿勢制御を行うか、又は姿勢制御を解除するかを選択的に切り換えるためのものであり、グラップル３０の姿勢制御を行うタイミングを作業者が決定することができる。つまり、グラップル３０が非操作状態であったとしても、グラップル３０の姿勢制御を行わないようにすることが可能となる。

ところで、グラップル３０を上部旋回体１２側に接近させすぎると、グラップル３０が上部旋回体１２のキャブ１５に干渉するおそれがある。そのため、本実施形態では、グラップル３０が所定の干渉域に達したことを検出できるようにしている。

具体的に、グラップル３０の位置は、位置検出部５３によって検出される。位置検出部５３は、アングルセンサ５５ａ，５５ｂで検出された傾斜角度に基づいてアームトップピン２８の位置を算出することで、グラップル３０の位置を検出する。

上部旋回体１２のキャブ１５の車両前方には、グラップル３０がこれ以上接近すると危険であることを示す所定の干渉域が予め設定されている。図５及び図６に示すように、干渉域として、第１の干渉域Ａ１と、第１の干渉域Ａ１と上部旋回体１２のキャブ１５との間の第２の干渉域Ａ２とが設定されている。

第１の干渉域Ａ１は、グラップル３０が把持爪３２の先端部を後方に向けた姿勢であっても、グラップル３０がキャブ１５に干渉しない位置に設定されている（図５参照）。

第２の干渉域Ａ２は、グラップル３０が把持爪３２の先端部を下方に向けた吊下姿勢のときに、グラップル３０がキャブ１５に干渉しない位置に設定されている（図６参照）。第１の干渉域Ａ１及び第２の干渉域Ａ２は、アームトップピン２８の位置を基準に設定されている。

ところで、第１の干渉域Ａ１は、グラップル３０の把持爪３２の先端部を後方に向けた姿勢であっても、把持爪３２がキャブ１５に干渉しない程度に比較的広めに設定されている。そのため、グラップル３０が吊下姿勢の場合に、グラップル３０を第１の干渉域Ａ１で停止させてしまうと、アタッチメント２０の可動範囲が狭くなってしまう。

そこで、本実施形態では、グラップル３０が操作状態であるか、又は非操作状態であるかによって、グラップル３０の動作を変更するようにしている。

具体的に、グラップル３０が操作状態であると判定された場合、位置検出部５３は、グラップル３０が第１の干渉域Ａ１に達したときに、油圧制御部５１に対して干渉回避信号を出力する。油圧制御部５１は、位置検出部５３から干渉回避信号が出力された場合に、グラップル３０が第１の干渉域Ａ１よりも上部旋回体１２側に移動しないようにグラップル３０の動作を制御する。

一方、グラップル３０が非操作状態であると判定された場合、位置検出部５３は、グラップル３０が第２の干渉域Ａ２に達したときに、油圧制御部５１に対して干渉回避信号を出力する。油圧制御部５１は、位置検出部５３から干渉回避信号が出力された場合に、グラップル３０が第２の干渉域Ａ２よりも上部旋回体１２側に移動しないようにグラップル３０の動作を制御する。

これにより、グラップル３０が姿勢制御される非操作状態のときには、操作状態のときに比べて、アタッチメント２０のアーム２５を上部旋回体１２側に揺動させることができ、アタッチメント２０の作業範囲を広く確保することができる。

また、図６に示すように、油圧制御部５１は、第１の干渉域Ａ１と第２の干渉域Ａ２との間に位置している非操作状態のグラップル３０が、操作レバー４３を操作することで操作状態となった場合に、グラップル３０の姿勢制御を解除する。ただし、グラップル３０が第１の干渉域Ａ１よりも車両前方に移動するまでの間は、グラップル３０が上部旋回体１２側に揺動しないようにフロントシリンダ３５の動作を制御する。

これにより、グラップル３０が第１の干渉域Ａ１と第２の干渉域Ａ２との間に位置しているときに、グラップル３０を誤って上部旋回体１２側に揺動させてしまって上部旋回体１２に干渉するという不具合を防止することができる。

なお、油圧制御部５１は、非操作状態のグラップル３０が、第１の干渉域Ａ１と第２の干渉域Ａ２との間に位置しているときに、グラップル３０が操作状態となっても、グラップル３０が第１の干渉域Ａ１よりも車両前方に移動するまでの間は、グラップル３０の姿勢制御を継続して行うようにしてもよい。

《実施形態２》
図７は、本実施形態２に係るグラップルの姿勢制御を行うタイミングを示すタイミングチャート図である。以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図７に示すように、操作レバー４３が中立位置にあるときには、フロントシリンダ３５のパイロットラインにパイロット圧が検出されない。このとき、操作判定部５２は、グラップル３０が非操作状態であると判定する。非操作状態のときには、グラップル３０の姿勢制御が開始され、非操作状態が継続している間は、姿勢制御も継続される。

さらに、操作レバー４３を操作位置から中立位置に切り換えると、フロントシリンダ３５のパイロットラインにパイロット圧が検出されなくなる。そして、操作レバー４３が操作位置から中立位置に切り換えられてから所定時間が経過したときに、操作判定部５２は、グラップル３０が非操作状態であると判定する。これにより、グラップル３０の姿勢制御が再開される。なお、所定時間が経過したかどうかは、例えば、メカトロコントローラ５０に設けられたタイマ等によって計測すればよい。

このように、操作レバー４３を中立位置に戻してから所定時間が経過するまでの間は、グラップル３０の姿勢制御が行われないので、この間に、作業者がグラップル３０を自由に操作して、グラップル３０の傾斜角度の調整作業を余裕を持って行うことができる。

《実施形態３》
図８は、本実施形態３に係るグラップルの姿勢制御を行うタイミングを示すタイミングチャート図である。図８に示すように、操作レバー４３が中立位置にあるときには、フロントシリンダ３５のパイロットラインにパイロット圧が検出されない。このとき、操作判定部５２は、グラップル３０が非操作状態であると判定する。非操作状態のときには、グラップル３０の姿勢制御が開始され、非操作状態が継続している間は、姿勢制御も継続される。

さらに、操作レバー４３を操作位置から中立位置に切り換えると、フロントシリンダ３５のパイロットラインにパイロット圧が検出されなくなる。そして、把持対象物Ｓを把持するために、開閉シリンダ３３のシリンダロッドを伸ばして把持爪３２を閉じると、開閉シリンダ３３のヘッド側に設けられた圧力センサ３３ａの検出圧力が所定圧力よりも大きくなってリリーフ状態となる。このとき、操作判定部５２は、グラップル３０が非操作状態であると判定する。これにより、グラップル３０の姿勢制御が再開される。

このように、把持爪３２で把持対象物Ｓを把持したことを圧力センサ３３ａで検出した場合に、グラップル３０の姿勢制御を行うようにしている。これにより、作業者がグラップル３０の姿勢制御を行うための特別な操作をすることなく、グラップル３０を吊下姿勢に自動的に調整することができ、作業性が向上する。

《実施形態４》
図９は、本実施形態４に係るグラップルの姿勢制御を行うタイミングを示すタイミングチャート図である。図９に示すように、操作レバー４３が中立位置にあるときには、フロントシリンダ３５のパイロットラインにパイロット圧が検出されない。このとき、操作判定部５２は、グラップル３０が非操作状態であると判定する。非操作状態のときには、グラップル３０の姿勢制御が開始され、非操作状態が継続している間は、姿勢制御も継続される。

さらに、操作レバー４３を操作位置から中立位置に切り換えると、フロントシリンダ３５のパイロットラインにパイロット圧が検出されなくなる。そして、把持対象物Ｓを把持するために、開閉シリンダ３３のシリンダロッドを伸ばして把持爪３２を閉じると、開閉シリンダ３３のヘッド側に設けられた圧力センサ３３ａの検出圧力が所定圧力よりも大きくなってリリーフ状態となる。

そして、開閉シリンダ３３内のヘッド側の油圧が所定圧力よりも大きくなったことが圧力センサ３３ａによって検出されてから所定時間が経過したときに、操作判定部５２は、グラップル３０が非操作状態であると判定する。これにより、グラップル３０の姿勢制御が再開される。なお、所定時間が経過したかどうかは、例えば、メカトロコントローラ５０に設けられたタイマ等によって計測すればよい。

このように、把持爪３２で把持対象物Ｓを把持したことを圧力センサ３３ａで検出してから所定時間が経過するまでの間は、グラップル３０の姿勢制御が行われないので、この間に、作業者がグラップル３０を自由に操作して、グラップル３０の傾斜角度の調整作業を余裕を持って行うことができる。

《実施形態５》
図１０は、本実施形態５に係るグラップルの傾斜角度を調整するための油圧制御回路図である。図１０に示すように、コントロールバルブ４０は、メインポンプ４１から吐出される作動油の給排方向を切り換えることで、フロントシリンダ３５を伸縮させる。ここで、コントロールバルブ４０は、非作業時においては、中立位置に切り換えられており、フロントシリンダ３５の伸縮動作は行われない。

パイロット弁４２は、操作レバー４３の操作によって、パイロットポンプ４４から吐出されるパイロット油の給排方向を切り換える。パイロット弁４２とコントロールバルブ４０とは、パイロットライン４５で繋がっている。

コントロールバルブ４０とフロントシリンダ３５とを繋ぐ油圧配管６６は、配管途中で分岐して切換弁６７に接続されている。切換弁６７は、メカトロコントローラ５０からの制御信号を受けて、フロントシリンダ３５及び油圧配管６６内の作動油がタンク４９に戻るのを許可又は遮断するように切り換え可能となっている。

具体的に、メカトロコントローラ５０から切換弁６７に制御信号が出力されていない場合には、切換弁６７は、フロントシリンダ３５及び油圧配管６６内の作動油がタンク４９に戻るのを遮断する位置に切り換えられる。これにより、フロントシリンダ３５は、油圧によってシリンダロッド３６を伸縮させてグラップル３０の傾斜角度を調整可能な操作状態となる。

一方、メカトロコントローラ５０から切換弁６７に制御信号が出力された場合には、切換弁６７は、フロントシリンダ３５及び油圧配管６６内の作動油がタンク４９に戻るのを許可する位置に切り換えられる。これにより、フロントシリンダ３５は、グラップル３０の自重によってシリンダロッド３６が伸縮するのを許容する連通状態となる。

なお、切換弁６７の切り換えに伴うグラップル３０の操作状態又は連通状態の切り換えタイミングについては後述する。

図１１に示すように、アームトップピン２８の中心位置と、グラップル３０の重心位置Ｇとは、垂直方向に並ぶように配設されている。これにより、フロントシリンダ３５を連通状態に切り換えたときに、グラップル３０が自重によって揺動して、グラップル３０を自動的に吊下姿勢に維持することができる。

角度検出部５５は、検出レバー６１と、検出センサ６２と、ストッパ６３とを有する。

検出レバー６１の上端部は、グラップル３０の本体部３１に設けられた中心軸６１ａを中心に回動可能に支持されている。これにより、検出レバー６１は、上端部から下端部にかけて垂直方向に沿って延びるように回動して、グラップル３０が揺動した場合でも垂直姿勢に維持される。検出レバー６１の下端部には、切欠部６１ｂが形成されている。

検出センサ６２は、本体部３１に埋め込まれた近接センサ等で構成されている。検出センサ６２は、グラップル３０が吊下姿勢であるときに、検出レバー６１の切欠部６１ｂ内に位置している。ここで、グラップル３０の揺動動作に伴って検出レバー６１が回動すると、検出レバー６１の下端部が検出センサ６２に重なり合う。このとき、検出センサ６２は、グラップル３０が傾いた姿勢となっていることを示す検出信号を、メカトロコントローラ５０に出力する。

ストッパ６３は、検出レバー６１を挟んで前後にそれぞれ配設され、本体部３１に取り付けられている。後側のストッパ６３は、把持爪３２の先端部が前方を向くようにグラップル３０が傾いたときに検出レバー６１に当接して、検出レバー６１の下端部と検出センサ６２とが重なり合う位置に検出レバー６１を規制する（図１２参照）。

一方、前側のストッパ６３は、把持爪３２の先端部が後側を向くようにグラップル３０が傾いたときに検出レバー６１に当接して、検出レバー６１の下端部と検出センサ６２とが重なり合う位置に検出レバー６１を規制する。

図１０に示すように、メカトロコントローラ５０では、操作判定部５２において、グラップル３０が操作状態であるか、又は非操作状態であるかが判定される。

そして、図１２に示すように、角度検出部５５によってグラップル３０が所定角度よりも傾斜していることが検出センサ６２で検出され、且つ操作判定部５２によってグラップル３０が非操作状態であると判定された場合に、メカトロコントローラ５０の油圧制御部５１は、切換弁６７に対して制御信号を出力する。

切換弁６７に対して制御信号が出力されると、フロントシリンダ３５が連通状態に切り換えられ、グラップル３０が自重によってアームトップピン２８を中心に自由に揺動可能となる（図１３参照）。

これにより、グラップル３０の自重によって自動的に吊下姿勢に維持することができる。そして、グラップル３０が吊下姿勢に維持されると、角度検出部５５の検出レバー６１が垂直姿勢に戻るので、検出センサ６２から検出信号が出力されなくなる。このとき、メカトロコントローラ５０の油圧制御部５１は、切換弁６７に対して制御信号を出力しない。これにより、フロントシリンダ３５が操作状態に切り換えられ、作業者がグラップル３０を自由に操作することができる。

以上説明したように、本発明は、グラップルを自動的に吊下姿勢に維持するとともに、作業者が自由にグラップルを操作できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１０作業機械
１１下部走行体
１２上部旋回体
２０アタッチメント
２８アームトップピン
３０グラップル
３２把持爪
３３開閉シリンダ
３３ａ圧力センサ（油圧検出部）
３５フロントシリンダ
３６シリンダロッド
４３操作レバー
４９タンク
５１油圧制御部
５２操作判定部
５３位置検出部
５５角度検出部
５６切換スイッチ
Ａ１第１の干渉域
Ａ２第２の干渉域
Ｇ重心位置
Ｓ把持対象物

Claims

下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、複数の把持爪を有するグラップルが設けられて該上部旋回体の前側に起伏可能に搭載されたアタッチメントとを備えた作業機械であって、
シリンダロッドの伸縮動作に伴って前記グラップルを揺動させることで、該グラップルの傾斜角度を調整するフロントシリンダと、
前記グラップルの傾斜角度を検出する角度検出部と、
前記フロントシリンダに対する作動油の給排方向を切り換えることで前記グラップルを操作する操作レバーと、
前記操作レバーによる前記グラップルの操作が行われている操作状態であるか、又は該操作レバーによる該グラップルの操作が行われていない非操作状態であるかを判定する操作判定部と、
前記操作判定部によって前記非操作状態であると判定された場合に、前記角度検出部で検出された傾斜角度に基づいて、前記グラップルが前記把持爪の先端部を下方に向けた吊下姿勢となるように前記シリンダロッドを伸縮させる姿勢制御を行う一方、前記操作状態であると判定された場合に該グラップルの姿勢制御を解除する油圧制御部と、
前記グラップルの位置を検出して、該グラップルが予め設定された所定の干渉域に達したときに、前記油圧制御部に対して干渉回避信号を出力する位置検出部とを備え、
前記油圧制御部は、前記位置検出部から前記干渉回避信号が出力された場合に、前記グラップルが前記干渉域よりも前記上部旋回体側に移動しないように前記アタッチメントの動作を制御するように構成され、
前記位置検出部は、前記操作判定部によって前記操作状態であると判定された場合に、前記グラップルが第１の干渉域に達したときに前記干渉回避信号を出力する一方、前記非操作状態であると判定された場合に、該グラップルが該第１の干渉域と前記上部旋回体との間に設定された第２の干渉域に達したときに該干渉回避信号を出力するように構成されていることを特徴とする作業機械。
請求項１において、
前記操作レバーは、前記フロントシリンダに作動油を給排させない中立位置と、該フロントシリンダに作動油を給排させる操作位置とに切り換え可能に構成され、
前記操作判定部は、前記操作レバーが前記中立位置にあるときに、前記非操作状態であると判定することを特徴とする作業機械。
請求項２において、
前記操作判定部は、前記操作レバーが前記操作位置から前記中立位置に切り換えられてから所定時間が経過したときに、前記非操作状態であると判定することを特徴とする作業機械。
請求項１において、
前記グラップルの把持爪を開閉させる開閉シリンダと、
前記開閉シリンダのヘッド側の油圧を検出する油圧検出部とを備え、
前記操作判定部は、前記把持爪を閉じて前記開閉シリンダ内の油圧が所定圧力よりも大きくなったことが前記油圧検出部によって検出されたときに、前記非操作状態であると判定することを特徴とする作業機械。
請求項４において、
前記操作判定部は、前記把持爪を閉じて前記開閉シリンダ内の油圧が所定圧力よりも大きくなったことが前記油圧検出部によって検出されてから所定時間が経過したときに、前記非操作状態であると判定することを特徴とする作業機械。
請求項１乃至５のうち何れか１つにおいて、
前記油圧制御部は、前記第１の干渉域と前記第２の干渉域との間に位置している前記非操作状態の前記グラップルが、前記操作レバーによる操作が行われて前記操作状態となった場合に、該グラップルの姿勢制御を解除するとともに、該グラップルが該第１の干渉域よりも車両前方に移動するまでの間、該グラップルが前記上部旋回体側に揺動しないように該フロントシリンダの動作を制御することを特徴とする作業機械。
請求項１乃至５のうち何れか１つにおいて、
前記油圧制御部は、前記第１の干渉域と前記第２の干渉域との間に位置している前記非操作状態の前記グラップルが、前記操作レバーによる操作が行われて前記操作状態となった場合に、該グラップルが該第１の干渉域よりも車両前方に移動するまでの間、前記グラップルの姿勢制御を継続することを特徴とする作業機械。
請求項１乃至７のうち何れか１つにおいて、
前記グラップルの姿勢制御を行うか、又は姿勢制御を解除するかを選択的に切り換える切換スイッチを備えたことを特徴とする作業機械。
請求項１乃至８のうち何れか１つにおいて、
前記グラップルを前記アタッチメントのアームに対して揺動可能に支持するアームトップピンの中心位置と、該グラップルの重心位置とが、垂直方向に並ぶように配設され、
前記油圧制御部は、前記角度検出部によって前記グラップルが所定角度よりも傾斜していることが検出された場合に、前記フロントシリンダのヘッド側及びロッド側のシリンダ室をタンクに連通させ、該グラップルの自重による前記シリンダロッドの伸縮動作を許容して該グラップルを揺動させることで前記姿勢制御を行うことを特徴とする作業機械。