JP7135676B2 - 操作レバー制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械の操作レバーを制御する、操作レバー制御装置に関する。

建設現場において、作業機械を操縦するオペレータの人手不足が問題となっている。特に、熟練オペレータが不足しているため、非熟練オペレータに頼らざるを得ない。しかし、非熟練オペレータの操作は、熟練オペレータに比べて急操作が多い。急操作は、作業機械の不安定化を招き、作業性を低下させる要因になる。

そこで、特許文献１には、走行操作レバーへの入力操作がある場合には、該入力操作がない場合よりも、フロント操作レバーの反力を増大させる作業機械の制御装置が開示されている。走行操作レバーへの入力操作がある場合に、フロント操作レバーの反力を増大させることで、フロント作業機が作動しにくくなり、急減速や急加速の発生を防止することができる。

また、最近、作業機械を遠隔で操縦することが行われているが、遠隔操縦の場合、視覚、音、振動などの直接的なフィードバックがないために、通常操縦の６割程度の作業性しか達成できないことが知られている。

そこで、特許文献２には、作業機械に振動検出センサを設けて、作業部に生じた振動を検出するとともに、操作席に振動発生装置を設けた遠隔操作システムが開示されている。振動検出センサが検出した振動を、振動発生装置により操作席に加えることで、モニタの画像遅れによる作業性の低下を補完するようにしている。

特開２０１０－２４８８６７号公報 特開２０１３－１６８７７７号公報

しかしながら、特許文献１では、走行操作時以外では、急減速や急加速の発生を抑制することができない。また、特許文献２のように、作業機械の振動を運転席で発生させるだけでは、運転に必要のない振動が発生するので、作業性の向上が期待できない。

本発明の目的は、作業性を向上させることが可能な操作レバー制御装置を提供することである。

本発明は、作業機械を操縦する作業者が着座する運転席の振動を検出する振動検出装置と、前記作業者が前記作業機械を操縦する際に操作する操作レバーに、その操作方向とは逆向きの反力を付加する反力付加装置と、前記反力付加装置が付加する反力を設定する反力設定手段と、を有し、前記反力設定手段は、前記振動検出装置が検出した振動が所定値よりも大きい場合に、前記振動検出装置が検出した振動が前記所定値以下の場合よりも、前記反力付加装置が付加する反力を増大させることを特徴とする。

本発明によると、運転席の振動が所定値よりも大きい場合に、運転席の振動が所定値以下の場合よりも、操作レバーに付加する反力を増大させる。これにより、運転席の振動が所定値よりも大きい場合に、操作レバーの操作が鈍るので、操作レバーの誤操作を抑制することができる。よって、作業機械が急操作で不安定になるのが抑制されるので、作業性を向上させることができる。

作業機械を横から見た図である。 操作レバー制御装置の回路図である。 操作レバー制御処理のフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（作業機械の構成）
本発明の実施形態による操作レバー制御装置は、作業機械に設けられている。作業機械１０を横から見た図である図１に示すように、作業機械１０は、アタッチメント２０で作業を行う機械であり、例えばショベルである。作業機械１０は、下部走行体１１と、上部旋回体１３と、アタッチメント２０と、シリンダ３０と、を備えている。

下部走行体１１は、作業機械１０を走行させる部分であり、例えばクローラを備える。上部旋回体１３は、下部走行体１１に旋回装置を介して旋回自在に取り付けられる。上部旋回体１３の前部には、キャブ（運転室）１４が設けられている。キャブ１４には、作業者がアタッチメント２０を動作させる際に操作する操作レバー（図示せず）が設けられている。

アタッチメント２０は、上部旋回体１３に取り付けられる。アタッチメント２０は、ブーム２１と、アーム２３と、バケット２５と、を備える。ブーム２１は、上部旋回体１３に回転自在（起伏自在）に取り付けられる。アーム２３は、ブーム２１に回転自在に取り付けられる。バケット２５は、アーム２３に回転自在に取り付けられる。バケット２５は、作業対象（土砂など）の、掘削、ならし、すくい、などの作業を行う部分である。

シリンダ３０は、アタッチメント２０を作動させる。シリンダ３０は、油圧式の伸縮シリンダである。シリンダ３０は、ブームシリンダ３１と、アームシリンダ３３と、バケットシリンダ３５と、を備える。

ブームシリンダ３１は、上部旋回体１３に対してブーム２１を回転駆動させる。ブームシリンダ３１の基端部は、上部旋回体１３に回転自在に取り付けられる。ブームシリンダ３１の先端部は、ブーム２１に回転自在に取り付けられる。

アームシリンダ３３は、ブーム２１に対してアーム２３を回転駆動させる。アームシリンダ３３の基端部は、ブーム２１に回転自在に取り付けられる。アームシリンダ３３の先端部は、アーム２３に回転自在に取り付けられる。

バケットシリンダ３５は、アーム２３に対してバケット２５を回転駆動させる。バケットシリンダ３５の基端部は、アーム２３に回転自在に取り付けられる。バケットシリンダ３５の先端部は、バケット２５に回転自在に取り付けられたリンク部材に、回転自在に取り付けられる。

（操作レバー制御装置の構成）
操作レバー制御装置１の回路図である図２に示すように、操作レバー制御装置１は、振動検出装置２と、反力付加装置３と、コントローラ４と、を有している。

振動検出装置２は、作業機械１０を操縦する作業者が着座する運転席の振動を検出する。反力付加装置３は、作業者が操作する操作レバー４１に、その操作方向とは逆向きの反力を付加する。ここで、操作レバー４１の操作方向とは、操作レバー４１の操作位置の変化の方向である。例えば、中立位置に対して前後左右の４方向に操作レバー４１を操作可能な場合に、操作レバー４１の操作方向とは、前から後や、右から左といった、操作位置の変化の方向である。

反力付加装置３は、特許文献１のように、油圧により伸縮するシリンダ部材を伸長させることで、操作レバー４１に反力を付加するものであってもよいし、操作レバー４１の周りに配置した磁性粉末や磁性流体などに磁場を印加して、磁性粉末や磁性流体などの粘度を増加させることで、操作レバー４１に反力を付加するものであってもよい。

コントローラ（反力設定手段）４は、反力付加装置３が付加する反力を設定する。コントローラ４は、振動検出装置２が検出した振動が所定値よりも大きい場合に、振動検出装置２が検出した振動が所定値以下の場合よりも、反力付加装置３が付加する反力を増大させる。具体的には、コントローラ４は、振動検出装置２が検出した振動が所定値以下の場合に、反力付加装置３が付加する反力の値を第１の値に設定し、振動検出装置２が検出した振動が所定値よりも大きい場合に、反力付加装置３が付加する反力の値を第２の値に設定する。第２の値は、第１の値よりも大きい。第１の値は、ゼロであってもよい。

運転席の振動が所定値よりも大きい場合に、操作レバー４１の操作が鈍るので、操作レバー４１の誤操作を抑制することができる。よって、作業機械１０が急操作で不安定になるのが抑制されるので、作業性を向上させることができる。

また、操作レバー制御装置１は、操作方向検出装置５を有している。操作方向検出装置５は、操作レバー４１の操作方向を検出する。

コントローラ４は、振動検出装置２が検出した振動の向きが、操作レバー４１の操作方向と同じ場合に、振動検出装置２が検出した振動の向きが、操作レバー４１の操作方向と異なる場合よりも、反力付加装置３が付加する反力を増大させる。具体的には、コントローラ４は、振動検出装置２が検出した振動の向きが、操作レバー４１の操作方向と異なる場合に、反力付加装置３が付加する反力の値を第１の値に設定し、振動検出装置２が検出した振動の向きが、操作レバー４１の操作方向と同じ場合に、反力付加装置３が付加する反力の値を第２の値に設定する。

運転席の振動の向きが、操作レバー４１の操作方向と同じ場合に、操作レバー４１の操作が鈍るので、操作レバー４１の誤操作を一層抑制することができる。これにより、作業機械１０が急操作で不安定になるのが一層抑制されるので、作業性をより向上させることができる。

ここで、コントローラ４は、操作レバー４１の操作方向が所定方向の場合に、反力付加装置３が付加する反力を増大させない。本実施形態において、所定方向とは、バケット２５を操作する方向である。

こびり付いた土を落とすために、バケット２５をあえて振動させる場合がある。
そこで、操作レバー４１の操作方向が、バケット２５を操作する所定方向の場合に、操作レバー４１に付加する反力を増大させないことで、バケット２５を好適に振動させることができる。なお、あえて振動させるものはバケット２５に限定されない。

また、コントローラ４は、操作量検出装置６を有している。操作量検出装置６は、操作レバー４１の操作量を検出する。

コントローラ４は、操作レバー４１の操作量が大きくなる方向に変化する場合に、操作レバー４１の操作量が小さくなる方向に変化する場合よりも、反力付加装置３が付加する反力を増大させる。具体的には、コントローラ４は、操作レバー４１の操作量が小さくなる方向に変化する場合に、反力付加装置３が付加する反力の値を第１の値に設定し、操作レバー４１の操作量が大きくなる方向に変化する場合に、反力付加装置３が付加する反力の値を第２の値に設定する。

操作レバー４１の操作量が大きくなる方向に変化する場合に、操作レバー４１の操作が鈍るので、操作レバー４１の誤操作を一層抑制することができる。これにより、作業機械１０が急操作で不安定になるのが一層抑制されるので、作業性をより向上させることができる。

また、コントローラ（周波数検出手段）４は、振動検出装置２が検出した振動の周波数を検出する。コントローラ４は、自身が検出した周波数が所定範囲内の場合に、自身が検出した周波数が所定範囲以外の場合よりも、反力付加装置３が付加する反力を増大させる。具体的には、コントローラ４は、自身が検出した周波数が所定範囲以外の場合に、反力付加装置３が付加する反力の値を第１の値に設定し、自身が検出した周波数が所定範囲内の場合に、反力付加装置３が付加する反力の値を第２の値に設定する。

例えば、運転席の振動の周波数が、人の腕回りの固有振動数（数Ｈｚ）に合致した場合には、レバーハンチングが誘発され、振動が減衰し難い場合がある。
そこで、運転席の振動の周波数が、レバーハンチングが誘発されるような範囲内の場合に、操作レバー４１に付加する反力を増大させることで、レバーハンチングの発生を抑制することができる。

なお、振動が所定値よりも大きい場合と、振動の向きが操作レバー４１の操作方向と同じ場合と、操作レバー４１の操作量が大きくなる方向に変化する場合と、振動の周波数が所定範囲内の場合とで、それぞれ反力を第２の値に設定しているが、上記４つの場合に、反力をそれぞれ異なる値に設定してもよい。また、振動が所定値以下の場合と、振動の向きが操作レバー４１の操作方向と異なる場合と、操作レバー４１の操作方向が所定方向の場合と、操作レバー４１の操作量が小さくなる方向に変化する場合と、振動の周波数が所定範囲以外の場合とで、それぞれ反力を第１の値に設定しているが、上記５つの場合に、反力をそれぞれ異なる値に設定してもよい。

また、上記の実施形態では、キャブ１４内にいる作業者により作業機械１０が操作されることを前提にしているが、作業機械１０の外部にいる作業者により作業機械１０が遠隔操作される構成であってもよい。この場合、運転席および操作レバー４１は、作業機械１０の外部に設置されるので、運転席に振動を加えることが可能な振動付加装置を設けて、キャブ１４内の振動を運転席に加えればよい。

（操作レバー制御装置の動作）
次に、操作レバー制御処理のフローチャートである図３を用いて、操作レバー制御装置１の動作を説明する。

まず、コントローラ４は、振動検出装置２を介して、運転席の振動を検出する（ステップＳ１）。次に、コントローラ４は、検出した振動が所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、検出した振動が所定値よりも大きくないと判定した場合には（Ｓ２：ＮＯ）、コントローラ４は、ステップＳ５に進む。一方、ステップＳ２において、検出した振動が所定値よりも大きいと判定した場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、コントローラ４は、振動の周波数を検出する（ステップＳ３）。

次に、コントローラ４は、検出した振動の周波数が所定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４において、周波数が所定範囲内でないと判定した場合には（Ｓ４：ＮＯ）、コントローラ４は、ステップＳ５に進む。一方、ステップＳ４において、周波数が所定範囲内であると判定した場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、コントローラ４は、反力を第２の値に設定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ５において、コントローラ４は、操作方向検出装置５を介して、操作レバー４１の操作方向を検出する（ステップＳ５）。次に、コントローラ４は、操作レバーの操作方向が所定方向であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６において、操作レバーの操作方向が所定方向であると判定した場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、コントローラ４は、反力を第１の値に設定する（ステップＳ１０）。

一方、ステップＳ６において、操作レバーの操作方向が所定方向でないと判定した場合には（Ｓ６：ＮＯ）、コントローラ４は、振動検出装置２が検出した振動の向きが、操作レバー４１の操作方向と同じか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７において、振動の向きが操作レバー４１の操作方向と同じであると判定した場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、コントローラ４は、反力を第２の値に設定する（ステップＳ１１）。

一方、ステップＳ７において、振動の向きが操作レバー４１の操作方向と同じでないと判定した場合には（Ｓ７：ＮＯ）、コントローラ４は、操作量検出装置６を介して、操作レバー４１の操作量を検出する（ステップＳ８）。次に、コントローラ４は、操作レバー４１の操作量が大きくなる方向に変化しているか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９において、操作レバー４１の操作量が大きくなる方向に変化していないと判定した場合には（Ｓ９：ＮＯ）、コントローラ４は、反力を第１の値に設定する（ステップＳ１０）。一方、ステップＳ９において、操作レバー４１の操作量が大きくなる方向に変化していると判定した場合には（Ｓ９：ＹＥＳ）、コントローラ４は、反力を第２の値に設定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１０またはステップＳ１１の後に、コントローラ４は、反力付加装置３を介して、操作レバー４１に反力を付加する（ステップＳ１２）。そして、ステップＳ１に戻る。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る操作レバー制御装置１によれば、運転席の振動が所定値よりも大きい場合に、運転席の振動が所定値以下の場合よりも、操作レバー４１に付加する反力を増大させる。これにより、運転席の振動が所定値よりも大きい場合に、操作レバー４１の操作が鈍るので、操作レバー４１の誤操作を抑制することができる。よって、作業機械１０が急操作で不安定になるのが抑制されるので、作業性を向上させることができる。

また、運転席の振動の向きが、操作レバー４１の操作方向と同じ場合に、運転席の振動の向きが、操作レバー４１の操作方向と異なる場合よりも、操作レバー４１に付加する反力を増大させる。運転席の振動の向きが、操作レバー４１の操作方向と同じ場合に、操作レバー４１の操作が鈍るので、操作レバー４１の誤操作を一層抑制することができる。これにより、作業機械が急操作で不安定になるのが一層抑制されるので、作業性をより向上させることができる。

また、操作レバー４１の操作方向が所定方向の場合に、操作レバー４１に付加される反力が増大されない。例えば、こびり付いた土を落とすために、バケット２５などをあえて振動させる場合がある。そこで、操作レバー４１の操作方向が、バケット２５などを操作する方向の場合に、操作レバー４１に付加する反力を増大させないことで、バケット２５などを好適に振動させることができる。

また、操作レバー４１の操作量が大きくなる方向に変化する場合に、操作レバー４１の操作量が小さくなる方向に変化する場合よりも、操作レバー４１に付加する反力を増大させる。操作レバー４１の操作量が大きくなる方向に変化する場合に、操作レバー４１の操作が鈍るので、操作レバー４１の誤操作を一層抑制することができる。これにより、作業機械１０が急操作で不安定になるのが一層抑制されるので、作業性をより向上させることができる。

また、運転席の振動の周波数が所定範囲内の場合に、運転席の振動の周波数が所定範囲以外の場合よりも、操作レバー４１に付加する反力を増大させる。例えば、運転席の振動の周波数が、人の腕回りの固有振動数（数Ｈｚ）に合致した場合には、レバーハンチングが誘発され、振動が減衰し難い場合がある。そこで、運転席の振動の周波数が、レバーハンチングが誘発されるような範囲内の場合に、操作レバー４１に付加する反力を増大させることで、レバーハンチングの発生を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 操作レバー制御装置
２ 振動検出装置
３ 反力付加装置
４ コントローラ
５ 操作方向検出装置
６ 操作量検出装置
１０ 作業機械
１１ 下部走行体
１３ 上部旋回体
１４ キャブ
２０ アタッチメント
２１ ブーム
２３ アーム
２５ バケット
３０ シリンダ
３１ ブームシリンダ
３３ アームシリンダ
３５ バケットシリンダ
４１ 操作レバー

Claims (5)

1. 作業機械を操縦する作業者が着座する運転席の振動を検出する振動検出装置と、
   前記作業者が前記作業機械を操縦する際に操作する操作レバーに、その操作方向とは逆向きの反力を付加する反力付加装置と、
   前記反力付加装置が付加する反力を設定する反力設定手段と、を有し、
   前記反力設定手段は、前記振動検出装置が検出した振動が所定値よりも大きい場合に、前記振動検出装置が検出した振動が前記所定値以下の場合よりも、前記反力付加装置が付加する反力を増大させることを特徴とする操作レバー制御装置。
2. 前記操作レバーの操作方向を検出する操作方向検出装置をさらに有し、
   前記反力設定手段は、前記振動検出装置が検出した振動の向きが、前記操作レバーの操作方向と同じ場合に、前記振動検出装置が検出した振動の向きが、前記操作レバーの操作方向と異なる場合よりも、前記反力付加装置が付加する反力を増大させることを特徴とする請求項１に記載の操作レバー制御装置。
3. 前記操作レバーの操作方向を検出する操作方向検出装置をさらに有し、
   前記反力設定手段は、前記操作レバーの操作方向が、前記作業機械の特定の操作を行うための所定方向とは異なる場合に、前記操作レバーの操作方向が前記所定方向の場合よりも、前記反力付加装置が付加する反力を増大させることを特徴とする請求項１または２に記載の操作レバー制御装置。
4. 前記操作レバーの操作量を検出する操作量検出装置をさらに有し、
   前記反力設定手段は、前記操作レバーの操作量が大きくなる方向に変化する場合に、前記操作レバーの操作量が小さくなる方向に変化する場合よりも、前記反力付加装置が付加する反力を増大させることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の操作レバー制御装置。
5. 前記振動検出装置が検出した振動の周波数を検出する周波数検出手段をさらに有し、
   前記反力設定手段は、前記周波数検出手段が検出した周波数が所定範囲内の場合に、前記周波数検出手段が検出した周波数が前記所定範囲以外の場合よりも、前記反力付加装置が付加する反力を増大させることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の操作レバー制御装置。

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