JP6978402B2 - キャブ可動式作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、産廃仕様機に多く用いられている昇降可能な可動キャブ（以下適宜、単に「キャブ」という）を備えたキャブ可動式作業機械に係わり、特に、フロント作業機に装着したフロントアタッチメントがキャブに近づいたときにフロント作業機の動作を制限して両者の接触を回避する干渉防止装置を備えたキャブ可動式作業機械に関する。

昇降可能な可動キャブを備えたキャブ可動式作業機械において、フロント作業機に装着したフロントアタッチメントがキャブに近づき、キャブの前側に設定された干渉防止領域に侵入したときに、フロント作業機の動作を制限してフロント作業機とキャブとの接触を回避する干渉防止装置を備えたものとして、特許文献１に記載のものがある。

特許文献１は、干渉防止制御の制限領域（干渉防止領域）として、
（イ）キャブが最下げ位置と最上げ位置にあるときの第１制限領域
（ロ）キャブが最下げ位置と最上げ位置以外の中間位置にあるときの第２制限領域
の２種類の制限領域をキャブの前側に設定し、上記（ロ）の第２制限領域は、キャブ昇降時にキャブが最も前方に出る位置を基準として設定している。

また、特許文献１は、キャブの昇降時に、作業アタッチメント（フロントアタッチメント）がキャブの前側に設定された第２制限領域に侵入したとき、作業アタッチメントとキャブとの接触を回避するため、フロント作業機の動作とキャブの昇降の両方を制限する干渉防止制御を行っている。

特許第３８９８１１１号公報

特許文献１は、上記のように、作業アタッチメントが上記（ロ）の第２制限領域に侵入したとき、フロント作業機の動作とキャブの昇降の両方を制限する干渉防止制御を行う構成としている。また、フロント作業機の動作とキャブの昇降の制限は、作業アタッチメントとキャブのそれぞれを停止させることによって行っている。このため、キャブ昇降時に作業アタッチメントが第２制限領域に侵入すると、作業アタッチメントとキャブが強制的に停止し、動作の中断を余儀なくされる。また、キャブの昇降を再開するためには、作業アタッチメントを干渉防止領域外に動かしてから再開しなければならず、作業効率が低下する。

本発明の目的は、フロント作業機がキャブに近づいたときにフロント作業機の動作を制限して両者の接触を回避する干渉防止装置を備えたキャブ可動式作業機械において、キャブ昇降時に、干渉防止領域内でフロント作業機とキャブが停止することなくキャブの昇降動作を行うことができ、作業効率を向上することができるキャブ可動式作業機械を提供することである。

このような課題を解決するため、本発明は、昇降可能なキャブを備えた車体と、前記車体に上下方向に回動可能に連結され、かつ互いに上下及び前後方向に回動可能に連結された、フロントアタッチメントを含む複数のフロント部材を有するフロント作業機と、前記複数のフロント部材を駆動する複数の油圧シリンダと、前記キャブを前記車体に対して昇降させる昇降装置と、前記フロント作業機が操作され、前記フロントアタッチメントが前記キャブの周囲に設定された干渉防止領域に侵入したとき、前記フロント作業機の動作を制限して前記フロントアタッチメントと前記キャブとの接触を回避する第１干渉防止制御を行う干渉防止装置とを備えたキャブ可動式作業機械において、前記キャブの昇降を指示する昇降スイッチと、前記フロント作業機の位置と姿勢に関する状態量を検出する姿勢センサと、前記キャブの高さ位置を検出する高さセンサと、前記昇降スイッチのスイッチ信号と、前記姿勢センサ及び前記高さセンサの検出値に基づいて、前記キャブの昇降時に前記フロント作業機の動作を制御するキャブ昇降制御装置とを備え、前記キャブ昇降制御装置は、前記昇降スイッチが操作されたとき、前記姿勢センサと前記高さセンサの検出値に基づいて、前記フロントアタッチメントと前記キャブ間の距離を計算し、この距離が所定距離より大きいときは前記昇降装置を駆動し、前記フロントアタッチメントと前記キャブ間の距離が前記所定距離以下であるときは、前記昇降装置を駆動する前に、前記フロントアタッチメントが前記キャブから離れるよう前記フロント作業機を動作させて、前記フロント作業機と前記キャブとの接触を回避する第２干渉防止制御を行うものとする。

このようにキャブ昇降制御装置を設け、フロントアタッチメントとキャブ間の距離が所定距離以下であるときは、昇降装置を駆動する前に、フロントアタッチメントがキャブから離れるようフロント作業機を動作させて、フロント作業機とキャブとの接触を回避する第２干渉防止制御を行うことで、キャブ昇降時に、一連の動作でフロント作業機の干渉防止領域への侵入回避とキャブの昇降を行うことができ、これにより干渉防止領域内でフロント作業機とキャブが停止することなくキャブの昇降動作を行うことができ、作業効率を向上することができる。

本発明によれば、キャブ昇降時に、干渉防止領域内でフロント作業機とキャブが停止することなくキャブの昇降動作を行うことができ、作業効率を向上することができる。

本発明の一実施の形態におけるキャブ可動式作業機械を示す図である。 キャブの昇降動作を示す図である。 本実施の形態における油圧ショベルに搭載される油圧システムとその制御システムを示す図である。 コントローラの第１干渉防止制御に係わる処理機能を示すフローチャートである。 フロントアタッチメントとキャブ間の距離を計算する考え方を示す図である。 図４のステップＳ１４０で用いる干渉防止制御の演算テーブルを示す図である。 コントローラの第２干渉防止制御に係わる処理機能を示すフローチャートである。 アームを最引きの姿勢から最押しの姿勢まで回動させた場合のアーム先端の軌跡とアーム先端の基準高さを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

〜構成〜
図１は、本発明の一実施の形態におけるキャブ可動式作業機械を示す図である。本実施の形態において、作業機械は建設機械の代表例である油圧ショベルである。

図１において、キャブ可動式油圧ショベルは、昇降可能な可動キャブ（以下単にキャブという）５０を備えた車体１００と、車体１００に上下方向に回動可能に連結され、フロントアタッチメント１０６を装着したフロント作業機１０３とを備えている。車体１００は、下部走行体１１０と、この下部走行体１１０上に旋回可能に搭載される上部旋回体１１１とを有している。

フロント作業機１０３は、上部旋回体１１１に上下方向に回動可能に取り付けられるブーム１０４と、このブーム１０４の先端に上下／前後方向に回動可能に取り付けられるアーム１０５とを有し、フロントアタッチメント１０６は、アーム１０５の先端に上下／前後方向に回動可能に取り付けられている。ブーム１０４はブームシリンダ３ａによって駆動され、アーム１０５はアームシリンダ３ｂによって駆動され、フロントアタッチメント１０６はアタッチメントシリンダ３ｃによって駆動される。

上部旋回体１１１は旋回モータ３ｅ（図３参照）によって駆動され、下部走行体１１０上を旋回する。下部走行体１１０は左右一対のクローラ１１０ａ，１１０ｂ（図１では片側のみを示す）を有し、クローラ１１０ａ，１１０ｂはそれぞれ走行モータ３ｆ，３ｇ（片側のみを示す）によって駆動され、走行を行う。

キャブ５０は、上部旋回体１１１の基礎フレーム（旋回フレーム）１１１ａ上の前側位置に、上部旋回体１１１に対して昇降可能に取り付けられている。上部旋回体１１１とキャブ５０との間には、キャブ５０を車体１００に対して昇降させる昇降装置６０が配置されている。

昇降装置６０は、上部旋回体１１１（車体）の基礎フレーム１１１ａ上に立設されたタワー状の支持フレーム６１と、キャブ５０の下部に一体に取り付けられたＬ字型の架台６２と、タワー状の支持フレーム６１の上端部分６１ａと架台６２の後部ステー６２ａとにピンによって回動可能に連結され、キャブ５０を水平に保つ２つのリンクから構成される平行リンク機構６３と、平行リンク機構６３の下側で支持フレーム６１の上端部分と架台６２の後部ステー６２ａとにピンによって回動可能に連結され、キャブ５０を上下方向に移動させる昇降シリンダ６４とを有している。

タワー状の支持フレーム６１と昇降シリンダ６４はそれぞれ左右一対で構成され、平行リンク機構６３はタワー状の支持フレーム６１の左右一対の間で、支持フレーム６１の上端部分と架台６２の後部ステー６２ａとに連結されている。

フロントアタッチメント１０６は、本実施の形態では、開閉式のフォークでコンクリート片等の廃棄物を把持し、トラックの荷台などに搬送して積み込むフォークグラップルである。フロントアタッチメント１０６は、電磁石の磁力によって鉄のスクラップ等の廃棄物を吸着して移送するリフティングマグネット等、その他の作業具であってもよい。

図２は、キャブ５０の昇降動作を示す図である。昇降装置６０の昇降シリンダ６４を伸縮動作させると、平行リンク機構６３は支持フレーム６１の連結ピンを支点として回転し、この平行リンク機構６３の回転によりキャブ５０は昇降する。図２の上側のキャブ５０は昇降シリンダ６４を最も伸ばし、キャブ５０が最上げ位置にある状態を示し、下側のキャブ５０は昇降シリンダ６４を最も縮め、キャブ５０が最下げ位置にある状態を示している。

キャブ５０を備えた油圧ショベルは、キャブ５０を最下げ位置に下降させた状態では、一般的な油圧ショベルと同様、掘削作業のような地表面での作業を行うことができる。一方、キャブ５０を最上げ位置に上昇させた状態では、オペレータの目線を高くすることができ、例えばトランクやコンテナ等の容器が大型の場合でも、広い視界により内部を見ながら作業を行うことができる。

また、キャブ５０は、昇降シリンダ６４の伸縮動作により平行リンク機構６３は支持フレーム６１の連結ピンを支点として回転するとき、昇降しながら前後方向にも移動し、最下げ位置と最上げ位置との中間位置では、図２に部分的に示すように、最も前方に出た状態（最進出位置）となる。このため、例えば、キャブ５０を最上げ位置から下降させるとき、フロントアタッチメント１０６の位置によってはフロントアタッチメントがキャブ５０に接触（干渉）する可能性がある。本発明は、このようなキャブ昇降時のフロントアタッチメント１０６とキャブ５０の接触を回避する技術を適用するものである。

図３は、本実施の形態における油圧ショベルに搭載される油圧システムとその制御システムを示す図である。

まず、油圧システムについて説明する。

図３において、本実施の形態における油圧ショベルの油圧システムは、メインポンプとしての油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２からの圧油により駆動される上述したブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、アタッチメントシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｅ及び左右の走行モータ３ｆ，３ｇを含む複数のアクチュエータと、これら油圧アクチュエータ３ａ〜３ｇのそれぞれに対応して設けられた操作レバー装置４ａ〜４ｇと、油圧ポンプ２と複数の油圧アクチュエータ３ａ〜３ｇ間に接続され、操作レバー装置４ａ〜４ｇの指令パイロット圧によって中立位置から切り換えられ、圧油の流れ方向と流量（油圧アクチュエータ３ａ〜３ｇの駆動方向と駆動速度）を制御する複数の流量制御弁５ａ〜５ｇと、安全弁としてのメインリリーフ弁６とを有している。

操作レバー装置４ａ〜４ｇはリモコン弁（減圧弁）を内蔵した油圧パイロット式であり、パイロットポンプ７の吐出油路７ａにパイロット圧供給油路７ｂを介して接続され、パイロットポンプ７で生成される油圧（一次圧）に基づいて、それぞれオペレータにより操作される操作レバーの操作量と操作方向に応じた指令パイロット圧（二次圧）を生成する。これらの指令パイロット圧はパイロットライン１０ａ〜１６ｂを介して対応する流量制御弁５ａ〜５ｇの受圧部２０ａ〜２６ｂに導かれる。パイロットポンプ７の吐出油路７ａはパイロットポンプ７の吐出圧を一定に保持するパイロットリリーフ弁８を備えている。

また、本実施形態において、油圧システムは、上述した昇降装置６０の昇降シリンダ６４と、油圧ポンプ２と複数の昇降シリンダ６４間に接続され、昇降スイッチ４４（後述）の操作に応じてパイロットライン６６ａ，６６ｂに生成される制御パイロット圧によって中立位置から切り換えられ、圧油の流れ方向と流量（昇降シリンダ６４の駆動方向と駆動速度）を制御する昇降制御弁６５とを更に備えている。

次に、制御システムについて説明する。

制御システムは、ブーム１０４、アーム１０５、フロントアタッチメント１０６のそれぞれの回動支点に設けられ、フロント作業機１０３の位置と姿勢に関する状態量として、それぞれの回動角を検出する角度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ（姿勢センサ）と、タワー状の支持フレーム６１に平行リンク機構６３の回動支点と同軸的に取り付けられ、キャブ５０の高さ位置に関する状態量として、平行リンク機構６３の回動角を検出するリンク角度センサ４１（高さセンサ）と、干渉防止制御解除スイッチ４２と、フロント操作モード／キャブ昇降モードのモード切換スイッチ４３と、キャブ５０の昇降を指示する昇降スイッチ４４と、角度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及びリンク角度センサ４１のセンサ信号と、干渉防止制御解除スイッチ４２、モード切換スイッチ４３及び昇降スイッチ４４のそれぞれのスイッチ信号とを入力し、第１及び第２干渉防止制御（後述）の演算処理を行うコントローラ４５と、パイロットポンプ７の吐出油路７ａとパイロット圧供給油路７ｂとの間に配置された電磁切換式の油圧ロック弁３４と、パイロットライン１０ａ，１１ａ，１２ａに設けられた電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、パイロット圧供給油路７ｂから分岐したパイロットライン１７に設けられた電磁比例制御弁３６と、アーム押しのパイロットライン１１ｂの圧力（操作レバー装置４ｂの出力圧）と電磁比例制御弁３６の出力圧との高い方の圧力を選択し、パイロットライン１１ｂに出力するシャトル弁３７（高圧選択弁）と、パイロット圧供給油路７ｂから分岐したパイロットライン６６ａ，６６ｂに設けられた電磁比例制御弁６７ａ，６７ｂと、モニタ４６と、警告ブザー４７とを備えている。

角度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの代わりに慣性センサを用いてフロント作業機１０３の位置と姿勢を検出してもよい。また、リンク角度センサ４１の代わりに昇降シリンダ６４のストロークを検出するストロークセンサを用いてキャブ５０の高さ位置に関する状態量を検出してもよい。

干渉防止制御解除スイッチ４２、モード切換スイッチ４３、昇降スイッチ４４、モニタ４６及び警告ブザー４７は、キャブ５０の運転室内に設置されている。

干渉防止制御解除スイッチ４２は、オペレータに押されることで干渉防止制御を解除するスイッチであり、例えば、押されている間ＯＮとなるモーメンタリ式・自動復帰のスイッチである。干渉防止制御解除スイッチ４２は、油圧ショベルを輸送姿勢とするときや、ハードが故障或いは破損した場合など、頻度の低い特殊な作業を行う際に使用される。

モード切換スイッチ４３は、フロント操作モードとキャブ昇降モードを切り換える例えばシーソー型のスイッチである。

フロント操作モードとは、キャブ５０を所定位置に停止させて作業を行うときに使用されるモードであり、フロント作業モードでは干渉防止制御解除スイッチ４２がＯＦＦである間、フロントアタッチメント１０６が干渉防止領域７０（図１参照）に侵入したとき、フロントアタッチメント１０６とキャブ５０との接触を回避する干渉防止制御（第１干渉防止制御）が有効となる。また、フロント作業モードでは、昇降スイッチ４４を無効とし、昇降スイッチ４４を操作してもキャブ５０を昇降させることはできない。

キャブ昇降モードとは、キャブ５０を昇降させるときに使用されるモードであり、キャブ昇降モードで昇降スイッチ４４を操作することで、キャブ５０の昇降が可能となる。また、キャブ昇降モードでは、キャブ５０の昇降時にフロントアタッチメント１０６とキャブ５０との干渉を回避する干渉防止制御（第２干渉防止制御）が有効となる。

昇降スイッチ４４は、フロント作業モードが設定されているときに有効となるスイッチであり、上げ方向の指示スイッチ４４ａと下げ方向の指示スイッチ４４ｂを備えている。これらの指示スイッチ４４ａ，４４ｂも、押されている間のみＯＮとなり、キャブ５０の昇降を指示するモーメンタリ式・自動復帰のスイッチである。

電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、コントローラ４５からの電気信号に応じて、操作レバー装置４ａ，４ｂ，４ｄにより生成された指令パイロット圧を減圧し、その減圧した指令パイロット圧がパイロットライン１０ａ，１１ａ，１３ｂを介して流量制御弁５ａ，５ｂ，５ｃの受圧部２０ａ，２１ａ，２２ａに導かれる。

電磁比例制御弁３６は、パイロットポンプ７で生成される油圧（一次圧）に基づいて、コントローラ４５からの電気信号に応じた制御パイロット圧（二次圧）を生成し、その制御パイロット圧がシャトル弁３７及びパイロットライン１１ｂを介して流量制御弁５ｂのアーム押しの受圧部２１ｂに導かれる。

パイロットライン１１ｂとシャトル弁３７は、電磁比例制御弁３６の出力圧をアーム１０５の流量制御弁５ｂのアーム押しの受圧部２１ｂに導くパイロット回路を構成する。

電磁比例制御弁６７ａ，６７ｂは、パイロットポンプ７で生成される油圧（一次圧）に基づいて、コントローラ４５からの電気信号に応じた制御パイロット圧（二次圧）を生成し、その制御パイロット圧がパイロットライン６６ａ，６６ｂを介して昇降制御弁６５の受圧部６５ａ，６５ｂに導かれる。

ここで、第１干渉防止制御に係わる干渉防止領域７０について説明する。

干渉防止領域７０は、図１に示すように、キャブ５０の前側と上側及び下側に設定されている。また、干渉防止領域７０は減速領域Ａと停止領域Ｂを有し、キャブ５０に対して外側から内側に向かって減速領域Ａ及び停止領域Ｂの順序で位置している。フロントアタッチメント１０６が減速領域Ａに侵入すると、コントローラ４５は電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃを駆動して指令パイロット圧を減圧し、フロント作業機１０３（ブーム１０４、アーム１０５及びフロントアタッチメント１０６）の動作を減速させる。フロントアタッチメント１０６が停止領域Ｂに侵入すると、コントローラ４５は電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃを全閉し、フロント作業機１０３（ブーム１０４、アーム１０５及びフロントアタッチメント１０６）の動作を停止させる。

なお、図示はしないが、停止領域Ｂの更に内側に禁止領域が設定されており、万一、フロント作業機１０２が禁止領域に侵入したとき、コントローラ４５は油圧ロック弁３４を切換え、パイロットポンプ７の吐出油路７ａとパイロット圧供給油路７ｂとの連通を遮断して油圧システムを動作不能とし、油圧ショベルの全動作を停止させる。

コントローラ４５と電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、フロント作業機１０３が操作され、フロントアタッチメント１０６がキャブ５０の周囲に設定された干渉防止領域７０に侵入したとき、フロント作業機１０３の動作を制限してフロントアタッチメント１０６とキャブ５０との接触を回避する第１干渉防止制御を行う干渉防止装置を構成する。

また、コントローラ４５と電磁比例制御弁３６及びシャトル弁３７は、昇降スイッチ４４のスイッチ信号と、角度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ（姿勢センサ）及びリンク角度センサ４１（高さセンサ）の検出値に基づいて、キャブ５０の昇降時にフロント作業機１０３の動作を制御するキャブ昇降制御装置を構成する。

キャブ昇降制御装置は、昇降スイッチ４４が操作されたとき、昇降スイッチ４４のスイッチ信号と、角度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ（姿勢センサ）及びリンク角度センサ４１（高さセンサ）の検出値に基づいて、フロントアタッチメント１０６とキャブ５０間の距離Ｄ（後述）を計算し、この距離Ｄが所定距離Ｘo（後述）より大きいときは昇降装置６０を駆動し、フロントアタッチメント１０６とキャブ５０間の距Ｄが所定距離Ｘo以下であるときは、昇降装置６０を駆動する前に、フロントアタッチメント１０６がキャブ５０から離れるようフロント作業機１０３を動作させて、フロント作業機１０３とキャブ５０との接触を回避する第２干渉防止制御を行う。

以下に、第１干渉防止制御と第２干渉防止制御の詳細を説明する。

〜第１干渉防止制御〜
図４は、コントローラ４５の第１干渉防止制御に係わる処理機能を示すフローチャートである。

コントローラ４５は、モード切換スイッチ４３がフロント操作モードを指示している場合、図４にフローチャートで示す第１干渉防止制御を開始させる。

この第１干渉防止制御において、コントローラ４５は、まず、干渉防止制御解除スイッチ４２が押されているかどうかを判定し（ステップＳ１００）、干渉防止制御解除スイッチ４２が押されたときは、モニタ４６に干渉防止制御解除スイッチ４２が押されている（干渉防止制御が解除されている）ことを知らせる表示（例えばメッセージ表示）をし、オペレータが、干渉防止制御解除スイッチ４２が押されていることを視覚で確認できるようにし、かつ警告ブザー４７を作動させて警告音を発生させ、オペレータが聴覚でも確認できるようにする。

干渉防止制御解除スイッチ４２が押されていないとき、コントローラ４５は、角度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及びリンク角度センサ４１からのセンサ信号を入力する（ステップＳ１０５）。次いで、コントローラ４５は、リンク角度センサ４１により検出した平行リンク機構６３の回動角と予めメモリ（例えばＲＯＭ）に記憶してある平行リンク機構６３の寸法等からキャブ５０の高さを計算する（ステップＳ１１０）。キャブ５０の高さとしては、例えば、キャブ５０の下面の高さを計算するのが好ましい。

また、コントローラ４５は、角度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃにより検出したブーム１０４、アーム１０５、フロントアタッチメント１０６の回動角と、予めメモリ（例えばＲＯＭ）に記憶してある各フロント部材及びキャブ５０の寸法等からフロントアタッチメント１０６とキャブ５０間の距離Ｄを計算する（ステップＳ１１５）。

図５は、フロントアタッチメント１０６とキャブ５０間の距離Ｄを計算する考え方を示す図である。

図５において、フロントアタッチメント１０６であるフォークグラップルはブラケット１０６ａを備え、ブラケット１０６ａはアーム１０５の先端にピン１０６ｂにて回動可能にピン結合されている。ピン１０６ｂはリフティングマグネットの回動支点となる。また、ブラケット１０６ａアタッチメントリンク１０６ｃの一端がピン１０６ｄにて回動可能にピン結合され、アーム１０５にアームリンク１０５ａの一端が回動可能にピン結合され、アームシリンダ３ｃのピストンロッドがアタッチメントリンク１０６ｃの他端とアームリンク１０５ａの他端に回動可能にピン結合されている。アーム１０５に対するフロントアタッチメント１０６の回動角は角度センサ３１ｃによって検出される。

フロントアタッチメント１０６とキャブ５０間の距離Ｄはフロントアタッチメント１０６の代表点とキャブ５０の基準輪郭線ＣＲ間の距離として計算される。基準輪郭線ＣＲは、キャブ５０の突起物等を考慮してキャブ５０の周囲に設定された、本発明の第１及び第２干渉防止制御で使用されるキャブ５０の仮想の輪郭線である。

フロントアタッチメント１０６の代表点は、フロントアクチュエータ１０６を包含する仮想円として、例えば、ブラケット１０６ａのピン１０６ｂ（アーム１０５の先端部におけるフロントアタッチメント１０６の回動支点）ともう１つのピン１０６ｄを通る仮想円ＳＣを設定し、この仮想円ＳＣ上のキャブ５０に最も近い点（最近接点）Ｒとして設定される。この最近接点Ｒの位置は、フロントアタッチメント１０６がキャブ５０に向かうよう操作されたとき、角度センサの３１ｃの検出値と、上記のように計算されたキャブ５０の高さと、予めメモリ（例えばＲＯＭ）に記憶してあるキャブ５０及びブラケット１０６ａを含むフロントアタッチメント１０６の寸法等から、上記仮想円ＳＣ上のキャブ５０の基準輪郭線ＣＲに最も近い位置、すなわち、仮想円ＳＣとキャブ５０の基準輪郭線ＣＲ間の距離Ｄが最も小さくなる仮想円ＳＣ上の位置として計算される。

また、フロントアタッチメント１０６とキャブ５０間の距離Ｄは、仮想円ＳＣ（の最近接点Ｒ）とキャブ５０の基準輪郭線ＣＲ間の距離、すなわち最近接距離として計算される。

なお、フロントアクチュエータ１０６の代表点を設定する仮想円は、回動支点（ピン１０６ｂ）とピン１０６ｄを通る仮想円ＳＣに限られず、フロントアクチュエータ１０６を包含する仮想円であれば、他の仮想円であってもよい。例えば、他の仮想円として、回動支点（ピン１０６ｂ）を円弧の一部として含み、フロントアタッチメント１０６の全体を包含する包絡円であってもよい。

ここで、フロントアタッチメント１０６の最近接点Ｒの位置は、上部旋回体１１１の適所、例えばブーム１０４の基端部の回動支点を原点とするＸ−Ｙ座標系の座標値として計算することができ。Ｘ−Ｙ座標系のＸ軸は水平方向（上部旋回体１１１の基礎フレームの主面に平行な方向）の座標軸であり、Ｙ軸は垂直方向（上部旋回体１１１の基礎フレームの主面に垂直な方向）の座標軸である。なお、この場合は、上記ステップＳ１１０において、キャブ５０の下面の高さは、Ｘ−Ｙ座標系のＹ軸の座標値として計算される。

次いで、コントローラ４５は、干渉防止制御を行う（ステップＳ１４０）。

図６は、ステップＳ１４０で用いる干渉防止制御の演算テーブルを示す図である。この演算テーブルはコントローラ４５のメモリ（例えばＲＯＭ）に予め記憶されている。

図６において、横軸はステップＳ１１５で計算した、フロントアタッチメント１０６とキャブ５０間の距離Ｄであり、縦軸は電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃの前後圧力比Ｒｐである。フロントアタッチメント１０６とキャブ５０間の距離Ｄは、上述したように、フロントアタッチメント１０６の仮想円ＳＣとキャブ５０の基準輪郭線ＣＲ間の最近設距離として計算された値である。

図６の演算テーブルにおいて、距離Ｄと前後圧力比Ｒｐの関係は、距離Ｄが第１閾値Ｄ１以上であるとき前後圧力比Ｒｐは１００％であり、距離Ｄが第１閾値Ｄ１より小さくなると圧力比Ｒｐは１００％から次第に小さくなり、距離Ｄが第２閾値Ｄ２に達すると０％となるように設定されている。第１閾値Ｄ１は非干渉防止領域と干渉防止領域７０の減速領域Ａとの境界位置に対応し、第２閾値Ｄ２は減速領域Ａと停止領域Ｂとの境界位置に対応する。第２閾値Ｄ２より小さい側（原点に近い側）には第３閾値Ｄ３がある。この第３閾値Ｄ３は停止領域Ｂと図示しない禁止領域との境界位置に対応する。

コントローラ４５は、ステップＳ１４０において、図６の演算テーブルをメモリから読み込み、ステップＳ１１５で計算した距離Ｄ（最近接距離）を演算テーブルに参照して、電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃの前後圧力比Ｒｐを計算し、この前後圧力比Ｒｐに相当する制御電流を電気信号として電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃに出力する。

すなわち、距離Ｄ＞第１閾値Ｄ１の場合、コントローラ４５は、前後圧力比Ｒｐとして０％を計算し、前後圧力比１００％に相当する制御電流を電気信号として電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃに出力する（ステップＳ１４５）。この場合、電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃは全開であり、フロント作業機１０３のフロント部材は操作レバー装置４ａ，４ｂ，４ｃで生成された指令パイロット圧に応じた速度で駆動される。

一方、第２閾値Ｄ２＜距離Ｄ≦第１閾値Ｄ１の場合、コントローラ４５は、前後圧力比Ｒｐとして距離Ｄに応じた値を計算し、この前後圧力比Ｒｐに相当する制御電流を電気信号として電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃに出力する（ステップＳ１５０）。これにより電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃは指令パイロット圧を減圧し、フロント作業機１０３のフロント部材の動作を減速する。

また、距離Ｄ≦第２閾値Ｄ２の場合、コントローラ４５は、前後圧力比Ｒｐとして０％を計算し、前後圧力比０％に相当する制御電流を電気信号として電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃに出力する（ステップＳ１５５）。これにより電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃは全閉して指令パイロット圧をタンク圧まで減圧し、フロント作業機１０３の動作を停止させる。

このように距離Ｄとして、フロントアタッチメント１０６の仮想円ＳＣ（の最近接点Ｒ）とキャブ５０の基準輪郭線ＣＲ間の最近設距離を計算して第１干渉防止制御を行うことにより、キャブ５０がいかなる高さ位置にあるときでも（キャブ５０が最上げ位置及び最下げ位置あるときでも、キャブ５０が最上げ位置及び最下げ位置よりも前方に出る中間位置にあるときでも）、フロントアタッチメント１０６が干渉防止領域７０（図１参照）に侵入したとき、その最近接距離Ｄに基づいてフロントアタッチメント１０６とキャブ５０との接触を回避することが可能となる。また、フロントアタッチメント１０６がキャブ５０の基準輪郭線ＣＲに対していかなる位置関係にあるときでも（フロントアタッチメント１０６が基準輪郭線ＣＲの前側にあるときだけでなく、基準輪郭線ＣＲの上側或いは下側にあるときでも）、フロントアタッチメント１０６が干渉防止領域７０（図１参照）に侵入したとき、その最近接距離Ｄに基づいてフロントアタッチメント１０６とキャブ５０との接触を回避する干渉防止制御を行うことが可能となる。

〜第２干渉防止制御〜
図７は、コントローラ４５の第２干渉防止制御に係わる処理機能を示すフローチャートである。

コントローラ４５は、モード切換スイッチ４３がキャブ昇降モードを指示している場合、図７にフローチャートで示す第２干渉防止制御を開始させる。このとき、コントローラ４５は、モニタ４６にキャブ昇降モードにあることを知らせる表示（例えばメッセージ表示）をし、オペレータが、キャブ昇降モードにあることを視覚で確認できるようにし、かつ警告ブザー４７を作動させて警告音を発生させ、オペレータが聴覚でも確認できるようにする。また、コントローラ４５は、キャブ昇降モードが指示された場合、干渉防止制御解除スイッチ４２が押されたときのモニタ４６の表示と警告ブザー４７の警告音から区別できるように、そのときとは異なる態様で表示をし、警告音を発生させる。

次いで、コントローラ４５は、昇降スイッチ４４が上げ方向或いは下げ方向のいずれかに操作されてＯＮであかどうかを判定し（ステップＳ２０５）、昇降スイッチ４４がＯＦＦであるときは何もせず、処理を繰り返す。一方、昇降スイッチ４４がＯＮであるときは、モニタ４６に昇降スイッチ４４が押されていることを知らせる表示（例えばメッセージ表示）をし、オペレータが、昇降スイッチ４４が押されていることを視覚で確認できるようにし、かつ警告ブザー４７を作動させて警告音を発生させ、オペレータが聴覚でも確認できるようにする。またこのときも、コントローラ４５は、干渉防止制御解除スイッチ４２が押されたとき及びキャブ昇降モードが指示されたときのモニタ４６の表示と警告ブザー４７の警告音から区別できるように、そのときとは異なる態様で表示をし、警告音を発生させる。

昇降スイッチ４４がＯＮであるとき、コントローラ４５は、まず、図４に示す第１干渉防止制御のステップＳ１０５，Ｓ１１０，Ｓ１１５と同様の処理を行う。

すなわち、ステップＳ２１０において、角度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及びリンク角度センサ４１からのセンサ信号を入力し、ステップＳ２１５において、コントローラ４５は、リンク角度センサ４１により検出した平行リンク機構６３の回動角と予めメモリ（例えばＲＯＭ）に記憶してある平行リンク機構６３の寸法等からキャブ５０の高さを計算する。キャブ５０の高さとしては、例えば、キャブ５０の下面の高さを計算するのが好ましい。

また、コントローラ４５は、ステップＳ２２０において、角度センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃにより検出したブーム１０４、アーム１０５、フロントアタッチメント１０６の回動角と、予めメモリ（例えばＲＯＭ）に記憶してある各フロント部材及びキャブ５０の寸法等からフロントアタッチメント１０６とキャブ５０間の距離Ｄを計算する。距離Ｄとしては、フロントアタッチメント１０６の仮想円ＳＣ（の最近接点Ｒ）とキャブ５０の基準輪郭線ＣＲ間の最近接距離を計算する。

次いで、コントローラ４５は、ステップＳ２２０計算した距離Ｄ（最近接距離）が予め設定した所定距離Ｘoよりも大きいかどうか（Ｄ＞Ｘoであるかどうか）を判定する（ステップＳ２２５）。この判定は、キャブ５０の昇降時にキャブ５０がフロント作業機１０３に干渉（接触）するおそれがあるかどうかを判断するために行うものであり、所定距離Ｘoは、キャブ５０の基準輪郭線ＣＲから干渉防止領域７０の減速領域Ａ内のいずれかの位置までの距離として設定される。本実施の形態では、所定距離Ｘoは、例えば、図５に示すように、キャブ５０の基準輪郭線ＣＲから減速領域Ａの非干渉防止領域との境界までの距離、すなわち前述した閾値Ｄ１に等しい距離として設定されている。

ステップＳ２２５において、Ｄ＞Ｘoである場合、すなわち、キャブ５０の昇降時にフロント作業機１０３がキャブ５０に干渉するおそれのない場合は、コントローラ４５は、キャブ昇降の制御信号（電気信号）を電磁比例制御弁６７ａ又は６７ｂに送り、キャブ５０の昇降動作を行う（ステップＳ２３０）。

一方、Ｄ≦Ｘoである場合、すなわち、キャブ５０の昇降時にフロント作業機１０３がキャブ５０に干渉するおそれがある場合は、コントローラ４５は、ブーム１０４の角度センサ３１ａ及びアーム１０５の角度センサ３１ｂのセンサ信号に基づいてアーム１０５の先端位置を演算し（ステップＳ２３５）、このアーム１０５の先端位置が基準高さＨo以上かどうかを判定する（ステップＳ２４０）。この判定は、後述するステップＳ２５０のアーム１０５押し動作でアーム１０５が垂直姿勢になるとき、フロントアタッチメント１０６が地面に接触する可能性があるかどうかを判定するものである。

以下に、アーム１０５の先端位置が基準高さＨoより低い場合と、基準高さＨo以上である場合とに分けて説明する。

＜アーム先端位置が基準高さＨoより低い場合＞
図８は、アーム１０５を最引きの姿勢から最押しの姿勢まで回動させた場合のアーム先端の軌跡と、アーム先端の基準高さＨoを示す図である。Ｌａはアーム１０５の最引きの姿勢におけるアーム先端位置、Ｌｂはアーム１０５の垂直姿勢におけるアーム先端位置、Ｌｃはアーム１０５の最押しの姿勢におけるアーム先端位置、Ｅはアーム先端位置Ｌａ〜Ｌｂ間のアーム１０５の回動範囲、Ｆはアーム先端位置Ｌｂ〜位置Ｌｃ間のアーム１０５の回動範囲である。

アーム１０５を最引きの姿勢から押し動作を行った場合、アーム１０５はブーム１０４とアーム１０５とを連結するピン１０５ｂを中心として円弧を描いて回動し、円弧の最下点（ピン１０５ｂの真下）である垂直の姿勢になるまでの間の回動範囲Ｅにおいて、アーム１０５は地面と水平方向の動きと共に、地面に近づく鉛直方向の動きをする。そのため、アーム１０５の先端が地面に近すぎる位置にあるときは、後述するステップＳ２５０のアーム１０５押し動作でアーム１０５が垂直姿勢になるとき、フロントアタッチメント１０６が地面に接触する可能性がある。

ステップＳ２４０では、フロントアタッチメント１０６が地面に接触することを回避するため、アーム１０５の先端位置が基準高さＨo以上かどうかを判定する。このとき、コントローラ４５は、アーム１０５の先端位置の基準高さＨoを以下のように算出する。

コントローラ４５は、アーム１０５の角度センサ３１ｂのセンサ信号に基づいてアーム１０５が現在の位置から垂直姿勢まで回動したときの先端位置の高さ偏差ΔＨを演算し、この高さ偏差ΔＨに、フロントアタッチメント１０６を包含する仮想円ＳＲの直径Ｒａを加算し、その値を基準高さＨoとする。すなわち、Ｈo＝ΔＨ＋Ｒａを演算する。

なお、基準高さＨoは、仮想円ＳＲの直径Ｒａに余裕代を設けて計算してもよい。また、このとき、現場の足回りの状況が現場毎に違うことも考慮し、余裕代を変更可能として基準高さＨoの設定値は変えられるようにしてもよい。

ステップＳ２４０でアーム先端位置が基準高さＨoより低いと判定した場合、コントローラ４５はオペレータに警告のため、警告ブザー４７を作動させて警告音を発生させる（ステップＳ２４５）。このとき、コントローラ４５は、干渉防止制御解除スイッチ４２が押されたとき、キャブ昇降モードが指示されたとき、昇降スイッチ４４がＯＮになったときのそれぞれの警告音から区別できるように、それらのときとは異なる警告音を発生させる。

これにより、フロントアタッチメント１０６が地面などに接触するリスクがあるため、ステップＳ２５０のアーム押し制御ができないこと、及びオペレータによるマニュアル操作が必要であることを通知することができる。

＜アーム先端位置が基準高さＨo以上である場合＞
ステップＳ２４０でアーム１０５の先端位置が基準高さＨo以上であると判定した場合、コントローラ４５は、シャトル弁３７を介してアーム押しのパイロットライン１１ｂに接続された電磁比例制御弁３６に制御信号を出力し、アーム１０５の押し動作を行う（ステップＳ２５０）。

アーム１０５の押し動作を行う理由として、キャブ５０とフロント作業機１０３との位置関係によらず、アーム１０５の押し動作の場合は、フロントアタッチメント１０６がキャブ５０から遠ざかる動きとなるためである。

次いで、コントローラ４５は、アーム１０５の角度センサ３１ｂの検出値が予め設定した基準角度θoに等しいかどうかを判定し（ステップＳ２５５）、アーム１０５の角度センサ３１ｂの検出値が基準角度θoに等しくなるまでアーム１０５の押し動作を継続して行う。基準角度θoは、キャブ５０の昇降時に、アーム１０５の押し動作によりフロントアタッチメント１０６がキャブ５０に干渉しない位置までフロントアタッチメント１０６がキャブ５０から離れる角度とする。この基準角度θoも変更できるようにすることが好ましい。

また、ステップＳ２５５において、アーム１０５の角度センサ３１ｂの検出値が基準角度θoに等しくなるまでの間、昇降スイッチ４４がＯＮであるかどうかを判定し（ステップＳ２６０）、昇降スイッチ４４がＯＦＦになるとスタートに戻り、上記のステップを繰り返す。

ステップＳ２５５において、アーム１０５の角度センサ３１ｂの検出値が基準角度θoに等しくなると、ステップＳ２３０に進み、コントローラ４５は、キャブ昇降の制御信号（電気信号）を電磁比例制御弁６７ａ又は６７ｂに送り、キャブ５０の昇降動作を行う。

〜効果〜
このように構成した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。

１．キャブ昇降制御装置（コントローラ４５、電磁比例制御弁３６及びシャトル弁３７）を設け、昇降スイッチ４４が操作されたとき、フロントアタッチメント１０６とキャブ５０間の距離が所定距離Ｘo以下であるときは、昇降装置６０を駆動する前に、フロントアタッチメント１０６がキャブ５０から離れるようフロント作業機１０３を動作させて、フロント作業機１０３とキャブ５０との接触を回避する第２干渉防止制御を行うようにしたため、キャブ昇降時に、一連の動作でフロント作業機１０３の干渉防止領域への侵入回避とキャブ５０の昇降を行うことができ、これにより干渉防止領域７０内でフロント作業機１０３とキャブ５０が停止することなくキャブ５０の昇降動作を行うことができ、作業効率を向上することができる。

２．第２干渉防止制御において、コントローラ４５は、アーム１０５の押し動作でアーム１０５が垂直姿勢になるとき、フロントアタッチメント１０６が地面に接触する可能性があるかどうかを判定し、フロントアタッチメント１０６が地面に接触する可能性があるとき、警告を発生する構成としたため、第２干渉防止制御によるアーム押し動作に際して、フロントアタッチメント１０６が地面に接触するリスクを回避することができる。

３．干渉防止装置（コントローラ４５及び電磁比例減圧弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）は、距離Ｄとして、フロントアタッチメント１０６の仮想円ＳＣ（の最近接点Ｒ）とキャブ５０の基準輪郭線ＣＲ間の最近設距離を計算して第１干渉防止制御を行う。これによりキャブ５０がいかなる高さ位置にあるときでも（キャブ５０が最上げ位置及び最下げ位置あるときでも、キャブ５０が最上げ位置及び最下げ位置よりも前方に出る中間位置にあるときでも）、フロントアタッチメント１０６が干渉防止領域７０（図１参照）に侵入したとき、その最近接距離Ｄに基づいてフロントアタッチメント１０６とキャブ５０との接触を回避する干渉防止制御を行うことが可能となる。また、フロントアタッチメント１０６がキャブ５０の基準輪郭線ＣＲに対していかなる位置関係にあるときでも（フロントアタッチメント１０６が基準輪郭線ＣＲの前側にあるときだけでなく、基準輪郭線ＣＲの上側或いは下側にあるときでも）、フロントアタッチメント１０６が干渉防止領域７０（図１参照）に侵入したとき、その最近接距離Ｄに基づいてフロントアタッチメント１０６とキャブ５０との接触を回避する干渉防止制御を行うことが可能となる。

４．キャブ昇降制御装置（コントローラ４５、電磁比例制御弁３６及びシャトル弁３７）においても、距離Ｄとして、フロントアタッチメント１０６の仮想円ＳＣ（の最近接点Ｒ）とキャブ５０の基準輪郭線ＣＲ間の最近設距離を計算して第２干渉防止制御を行うため、フロントアタッチメント１０６がキャブ５０の基準輪郭線ＣＲに対していかなる位置関係にあるときでも（フロントアタッチメント１０６が基準輪郭線ＣＲの前側にあるときだけでなく、基準輪郭線ＣＲの上側或いは下側にあるときでも）、キャブ昇降時に、一連の動作でフロント作業機１０３の干渉防止領域への侵入回避とキャブ５０の昇降を行うことができる。

３ａ〜３ｇ 油圧アクチュエータ
４ａ〜４ｇ 操作レバー装置
５ａ〜５ｇ 流量制御弁
５ｂ アームの流量制御弁
２１ｂ アームの流量制御弁のアーム押しの受圧部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 角度センサ（姿勢センサ）
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 電磁比例減圧弁（干渉防止装置）
３６ 電磁比例制御弁（キャブ昇降制御装置）
３７ シャトル弁（高圧選択弁）
４１ リンク角度センサ（高さセンサ）
４２ 干渉防止制御解除スイッチ
４３ モード切換スイッチ
４４ 昇降スイッチ
４５ コントローラ（干渉防止装置、キャブ昇降制御装置）
４６ モニタ
４７ 警告ブザー
５０ キャブ
６０ 昇降装置
６３ 平行リンク機構
６４ 昇降シリンダ
６５ 昇降制御弁
６７ａ，６７ｂ 電磁比例制御弁
７０ 干渉防止領域
１００ 車体
１０３ フロント作業機
１０４ ブーム
１０５ アーム
１０６ フロントアタッチメント（フォークグラップル）
１１０ 下部走行体
１１１ 上部旋回体
Ａ 減速領域
Ｂ 停止領域
Ｘo 所定距離
ＣＲ キャブの基準輪郭線
ＳＲ フロントアタッチメントの仮想円

Claims (6)

1. 昇降可能なキャブを備えた車体と、
   前記車体に上下方向に回動可能に連結され、かつ互いに上下及び前後方向に回動可能に連結された、フロントアタッチメントを含む複数のフロント部材を有するフロント作業機と、
   前記複数のフロント部材を駆動する複数の油圧シリンダと、
   前記キャブを前記車体に対して昇降させる昇降装置と、
   前記フロント作業機が操作され、前記フロントアタッチメントが前記キャブの周囲に設定された干渉防止領域に侵入したとき、前記フロント作業機の動作を制限して前記フロントアタッチメントと前記キャブとの接触を回避する第１干渉防止制御を行う干渉防止装置とを備えたキャブ可動式作業機械において、
   前記キャブの昇降を指示する昇降スイッチと、
   前記フロント作業機の位置と姿勢に関する状態量を検出する姿勢センサと、
   前記キャブの高さ位置を検出する高さセンサと、
   前記昇降スイッチのスイッチ信号と、前記姿勢センサ及び前記高さセンサの検出値に基づいて、前記キャブの昇降時に前記フロント作業機の動作を制御するキャブ昇降制御装置とを備え、
   前記キャブ昇降制御装置は、前記昇降スイッチが操作されたとき、前記姿勢センサと前記高さセンサの検出値に基づいて、前記フロントアタッチメントと前記キャブ間の距離を計算し、この距離が所定距離より大きいときは前記昇降装置を駆動し、前記フロントアタッチメントと前記キャブ間の距離が前記所定距離以下であるときは、前記昇降装置を駆動する前に、前記フロントアタッチメントが前記キャブから離れるよう前記フロント作業機を動作させて、前記フロント作業機と前記キャブとの接触を回避する第２干渉防止制御を行うことを特徴とするキャブ可動式作業機械。
2. 請求項１記載のキャブ可動式作業機械において、
   前記第１干渉防止制御の干渉防止領域は、減速領域と停止領域とを有し、
   前記所定距離は、前記キャブの基準輪郭線から前記減速領域内のいずれかの位置までの距離として設定されていることを特徴とするキャブ可動式作業機械。
3. 請求項１記載のキャブ可動式作業機械において、
   前記複数のフロント部材は、ブーム及びアームと、前記フロントアタッチメントとを上下方向及び前後方向に回動自在に連結して構成され、
   前記キャブ昇降制御装置は、前記第２干渉防止制御を行うとき、前記アームの押しの動作を行うことにより前記フロントアタッチメントが前記キャブから離れるよう前記フロント作業機を動作させることを特徴とするキャブ可動式作業機械。
4. 請求項３記載のキャブ可動式作業機械において、
   前記キャブ昇降制御装置は、前記アームの押し動作で前記アームが垂直姿勢になるとき、前記フロントアタッチメントが地面に接触する可能性があるかどうかを判定し、前記フロントアタッチメントが地面に接触する可能性があるとき、警告を発生することを特徴とするキャブ可動式作業機械。
5. 請求項１記載のキャブ可動式作業機械において、
   前記キャブ昇降制御装置は、前記フロントアタッチメントを包含する仮想円を設定し、前記フロントアタッチメントと前記キャブ間の距離を、前記仮想円と前記キャブ間の最近接距離として計算することを特徴とするキャブ可動式作業機械。
6. 請求項１記載のキャブ可動式作業機械において、
   前記複数のフロント部材は、ブーム及びアームと、前記フロントアタッチメントとを上下方向及び前後方向に回動自在に連結して構成され、
   前記キャブ昇降制御装置は、
   コントローラと、
   前記コントローラから出力される制御信号により駆動される電磁比例制御弁と、
   前記電磁比例制御弁の出力圧を前記アームの流量制御弁のアーム押しの受圧部に導くパイロット回路とを有し、
   前記コントローラは、前記フロントアタッチメントと前記キャブ間の距離が前記所定距離以下であるとき、前記制御信号を前記電磁比例制御弁に出力し、前記アームの押し動作を行うことにより、前記フロントアタッチメントが前記キャブから離れるよう前記フロント作業機を動作させることを特徴とするキャブ可動式作業機械。

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