JPH0436218B2

JPH0436218B2 -

Info

Publication number: JPH0436218B2
Application number: JP59208967A
Authority: JP
Inventors: Fusao Yano; Nobuhiko Yamakita
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-04
Filing date: 1984-10-04
Publication date: 1992-06-15
Also published as: JPS6187034A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、複数個の関節において一平面に沿つ
て折り曲げ可能な屈曲アーム式の土工装置を操縦
するための装置に関し、特に、屈曲アームの先端
に設けられた土工部を各関節に設けたアクチユエ
ータの作動を制御することにより、所望の軌跡に
沿つて移動させつつ所定の土工作業を行う装置の
操縦を容易にする技術に関するものである。

従来技術上記のような屈曲アーム式土工装置の代表的な
ものとして、アームの先端に土工部たるバケツト
を備えて、地面の掘削、土砂の積込み、整地等を
行うパワーシヨベルがあり、自走装置を備えてパ
ワーシヨベル車として使用される場合が多い。

従来、このようなパワーシヨベルの屈曲アーム
を操縦して、それのバケツトにより所定の土工作
業を行うに際しては、屈曲アームの各関節に設け
られているアクチユエータの各々を、それぞれ専
用の操作レバーを操作することにより個々に作動
させ、その作動の組合せによつて、アーム先端の
バケツトを所望の軌跡に従つて移動させるように
していた。

しかし、そのバケツトが描く軌跡は、各アーム
部材の複数の関節を中心とする円弧運動の合成と
なり、これらの独立した運動をレバー操作により
組み合わせてバケツトを動かさなければならない
ため、特に、水平面に沿つて溝掘削したり盛土を
均したりするとき、バケツトを水平に引き込むよ
うに直線状に移動させるには高度の熟練を要して
いた。

また、土堤の傾斜面の切土、削土或いは均し等
の作業を行う場合にも、その傾斜面に沿つた直線
的な操縦が必要となり、このような操縦は初心者
にとつて甚だ困難であるという問題があつた。

このような操縦の困難性は、パワーシヨベルだ
けに限らず、同様な屈曲アーム式土工装置に共通
に言えることである。

そこで、特開昭51−22202号公報および特開昭
48−23204号公報に、屈曲アーム式土工装置のア
ームを相似的に縮小した模型アームを設け、土工
装置のアームが模型アームに追従して作動するよ
うにするとともに、模型アームの先端に基準面を
自動的に倣わせることにより、土工装置の土工部
に基準面に対応する面の土工作業を自動で行わせ
ることが提案されている。

また、特開昭51−22202号公報には、土工作業
により形成すべき面の傾きに合わせて基準面の傾
斜を変え得るようにすることが記載されている。

これら公報に記載された自動土工装置の模型ア
ームを作業者の手動操作により基準面を倣わせ得
るものとすれば、熟練度の低い作業者によつても
良好な土工作業を能率よく行うことができる操縦
装置が得られる。

発明が解決しようとする問題点しかし、上記自動土工装置においては、土工装
置のアームを支持する支持体（例えばパワーシヨ
ベルの上部旋回体）が常に水平に保たれることが
前提とされており、支持体が傾いた状態で使用さ
れれば、土工作業により形成される面が支持体の
傾斜角度と等しい角度だけ傾斜していまうという
問題があつた。

例えば、基準面を水平面に合わせて設定し、模
型アームの先端にその基準面を倣わせ、その模型
アームにパワーシヨベルのアームを追従させてシ
ヨベルを水平に移動させる動作を繰り返させつ
つ、アームを支持している上部旋回体を一定角度
ずつ旋回させれば、上部旋回体の旋回中心を中心
とする円形の領域を平面に均すことができるので
あるが、その結果得られる平面はパワーシヨベル
の乗つている地面に平行であることは保証されて
も、水平であることまでは保証されない。パワー
シヨベルの乗つている地面は常に水平とは限ら
ず、むしろいくらかずつは傾斜しているのが普通
であるからである。広い面を均す場合には、パワ
ーシヨベルを移動させつつ、上記円形の平面を少
しずつ重なり合わせて形成することになるが、各
面が水平でなければ、広い平面に得られない。

この問題は、作業者の手動操作で模型アームに
基準面を倣わせる操縦装置においても同様に生じ
る問題である。

本発明は以上の事情を背景として、複数個の関
節において一平面に沿つて折り曲げ可能なアーム
の基端を支持体に支持させ、先端に土工部を設
け、各関節に設けたアクチユエータの作動を制御
することにより前記土工部を所望の軌跡に沿つて
移動させるようにした土工装置を操縦するための
装置であつて、アームの支持体が傾いた状態で土
工装置が使用されても、予定通りの面を形成し得
る操縦装置を得ることを目的として為されたもの
である。

問題点を解決するための手段この目的を解決するために、本発明に係る操縦
装置は、(a)前記支持体に設けられ、その支持体の
基準姿勢からの少なくとも前記アームの折曲げ平
面内における傾斜角度を検出する傾斜角検出器
と、(b)前記アームの各関節に設けられ、それら各
関節における折れ曲がり角度をそれぞれ検出する
第一角度検出器と、(c)前記アームを実質的に相似
性を失わないように縮小して任意の折り曲げ状態
に手動操作可能な模型アームと、(d)その模型アー
ムの各関節に設けられ、それら各関節における折
れ曲がり角度をそれぞれ検出する第二角度検出器
と、(e)前記第一角度検出器の各々による各検出角
度が前記第二角度検出器の各々による各検出角度
と等しくなるように前記アクチユエータを作動さ
せるアクチユエータ制御装置と、(f)基準面を有
し、その基準面に前記模型アームの先端が接触さ
せられることによりそのアーム先端の移動軌跡を
規定する基準設定装置と、(g)前記傾斜角検出器に
よる前記支持体の傾斜角度の検出結果に基づい
て、模型アームと前記基準面との少なくとも前記
模型アームの折曲げ平面内における相対角度を補
正する傾斜補正手段とを含むように構成される。

発明の効果このように構成された操縦装置によれば、模型
アームを先端が基準面を倣うように手動操作する
ことにより、屈曲アームの土工部を模型アームの
先端の軌跡に追従して移動させることができるた
め、熟練者の低い作業車によつても良好にかつ能
率的に所望の面を形成することができる。

しかも、土工装置自体が傾いた状態で使用され
る際には、アームの基端を支持する支持体の傾斜
角度が傾斜角検出器により検出され、その検出結
果に基づいて、傾斜補正手段により模型アームと
基準面との相対角度を補正することができるた
め、土工装置自体は傾いていてもその影響を受け
ることなく、予定通りの面を形成することができ
る。

傾斜補正手段は、傾斜角検出器により検出され
た支持体の傾斜を打ち消し得る方向および角度
で、作業者の手動操作により基準面あるいは模型
アームの支持体を傾斜させることによつて、模型
アームと基準面との相対角度を補正するものであ
つてもよいが、傾斜補正手段が、模型アームと基
準面との傾斜を自動的に補正するものである場合
には、作業者は土工装置の傾きを全く意識する必
要がなく、単に模型アームに基準面を倣わせれば
よいため、操縦が極めて容易となる特有の効果が
得られる。

また、傾斜角検出器がアームの折曲げ平面内に
おける支持体の傾斜角度のみを検出し得るもので
あり、傾斜補正手段が模型アームの折曲げ平面内
における相対角度のみを補正し得るものであつて
も十分に本発明の効果を亨受することができる。

例えば、アームが上部旋回体に支持されたパワ
ーシヨベルにおいては、上部旋回体がいかなる旋
回位置にあつても、傾斜角検出器はアームの折曲
げ平面内における上部旋回体の傾斜角度を検出す
るため、パワーシヨベルが乗つている地面がいか
なる方向に傾斜していても、上部旋回体の旋回に
つれてアームの折曲げ平面内における傾斜角度が
変化するのみであつて、その傾斜角度の変化に応
じて模型アームと基準面との相対角度を補正すれ
ば、水平面を形成することができるのである。

しかし、傾斜角検出器をアームの折り曲げ平面
内のみならずその平面に直角な平面内における支
持体の傾斜角度をも検出し得るものとし、傾斜補
正手段を模型アームの折曲げ平面内およびそれに
直角な平面内における模型アームと基準面との相
対角度を補正し得るものとすれば、操縦が一層容
易となる。この場合には、一旦模型アームと基準
面との相対角度の補正が行われれば、上部旋回体
が旋回しても相対角度の補正をし直す必要がない
からである。

なお、操縦装置が、土工作業により形成すべき
面の傾斜に合わせて模型アームと基準面との相対
角度を調整することにより傾斜面を形成し得るも
のである場合には、その傾斜面に合わせた調節を
行つた後の状態を基準として、模型アームと基準
面との相対角度の補正を行うことになる。

実施例以下、本発明をパワーシヨベルに適用した場合
の一、二の実施例を図面に基づいて詳しく説明す
る。

第１図に示すパワーシヨベルは、クローラ式
（履帯式）の下部走行機構２と、その下部走行機
構２に対して垂直軸周りに360°の旋回が可能とさ
れた上部旋回体４と、その上部旋回体４から延び
出た屈曲式のアーム６とを備え、上部旋回体４に
操縦席８が設けられている。屈曲式のアーム６
は、３個の関節Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、上部旋回体
４の旋回中心線O₁を含む一平面に沿つて折り曲
げ可能とされており、それらの関節Ａ，Ｂ，Ｃに
よつて、第一アーム部材１０、第二アーム部材１
２及び第三アーム部材１４に分けられている。第
一アーム部材１０の基端は関節Ａによつて上部旋
回体４に取り付けられる一方、第三アーム部材１
４の先端には土工部としてのバケツト１６が固設
されており、このバケツト１６も第三アーム部材
１４の一部を構成している。

また、アーム６の各関節Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ
跨いで、第一油圧シリンダ２０、第二油圧シリン
ダ２２、第三油圧シリンダ２４が設けられ、それ
らの伸縮によりアーム６が変形させられ、先端の
バケツト１６を駆動する。なお、第三油圧シリン
ダ２４は、駆動リンク２６を介して第三アーム部
材１４に連結されている。

アーム６の各関節Ａ，Ｂ，Ｃの構造は、実質的
にいずれも同様であり、代表的に関節Ａの構造を
第２図及び第３図に拡大して示す。第２図から明
らかなように、前記上部旋回体４から互いに平行
に突設されたブラケツトに、軸２６，２８が固定
されており、第一アーム部材１０の基端部がそれ
ら軸２６，２８の中心軸周りに上部旋回体４に対
して回動可能に連結されて、前記関節Ａが構成さ
れている。軸２８にはスプロケツト３０が固定さ
れている一方、第一アーム部材１０には第一ポテ
ンシヨメータ３２が第３図に示すボルト３３によ
り固定され、このポテンシヨメータ３２の回転軸
にはスプロケツト３４が取り付けられていて、こ
れらスプロケツト３０と３４との間にチエーン３
６が巻掛けられている。従つて、第一アーム部材
１０が上部旋回体４に対して回動すると、その回
動量に対応する角度だけポテンシヨメータ３２に
対してスプロケツト３４が相対的に回転する。ポ
テンシヨメータ３２はこのスプロケツト３４の回
転角度を検出して、対応するアナログ信号たる電
圧に変換するものであつて、上部旋回体４の旋回
中心に対する第一アーム部材１０の折れ曲がる角
度α_A（第１図参照）を検出する第一角度検出器の
主体を成している。なお、３８は上記スプロケツ
ト３０，３４及びチエーン３６を覆うカバーであ
る。

このような第一角度検出器は、他の関節Ｂ，Ｃ
にもそれぞれ設けられており、第１図に示す第一
アーム部材１０と第二アーム部材１２との折れ曲
がり角度（相対角度）β_B、第二アーム部材１２と
第三アーム部材１４との間の折れ曲がり角度τ_Cが
それぞれ検出されるようになつている。

次に、前記バケツト１６を所望の軌跡に沿つて
移動させるべく、アーム６を操縦するための操縦
器具について第４図〜第９図に基づいて説明す
る。

第４図から明らかなように、このアーム操縦器
具４０は、操縦ボツクス４２上に模型アーム４６
を備え、吊下げバンド４８により操縦者の肩や首
に掛けられるようにされている。この模型アーム
４６は、前記パワーシヨベルのアーム６（以下実
体アームとも称する）を、実質的に相似性を失わ
ないように縮小したものである。そして３個の関
節ａ，ｂ，ｃにおいて操縦ボツクス４２に垂直な
一平面に沿つて折り曲げ可能とされ、これら関節
ａ，ｂ，ｃにより、第一模型アーム部材５０、第
二模型アーム部材５２、第三模型アーム部材５４
に分けられている。これら各関節ａ，ｂ，ｃは、
実体アーム６の各関節Ａ，Ｂ，Ｃに対応し、ま
た、上記模型アーム部材５０，５２，５４の長さ
l₁，l₂，l₃と、第１図に示す実体アーム６の各ア
ーム部材１０，１２，１４の長さL₁，L₂，L₃と
の、互いに対応するもの同士の長さの比は等しく
て、 l₁：l₂：l₃＝L₁：L₂：L₃ とされているが、模型アーム４６の実体アーム６
に対する縮小率は、前記操縦席８のスペース等の
点から、1/50〜1/30程度であることが適当であ
る。

この模型アーム４６の第三模型アーム部材５４
の先端側部分は、第１図に示すバケツト４６を型
取つた形状に形成されている。また、この第三模
型アーム部材５４には、側方に突き出す耳片状の
操作部５６が固設されており、操縦者がそれを手
でつまんで、その模型アーム部材５４に回転モー
メントを与えつつ、模型アーム４６を任意の折曲
げ状態に手動操作することは可能とされている。

一方、第一模型アーム部材５０の基端部は、関
節ａにおいてベースロツド５８にピン結合されて
いる。このベースロツド５８は、軸受６０、支持
スリーブ６２、及び操縦ボツクス４２の上面に固
設された筒状体６４を介して、操縦ボツクス４２
に垂直な自身の軸心周りに回動可能に支持されて
いる。そしてこのベースロツド５８が、第１図に
示すパワーシヨベルの上部旋回体４に相当する部
分とされているが、上部旋回体４の旋回中心線
O₁に対して実体アーム６の関節Ａが距離Ｔだけ
偏心しているため、第４図から明らかなように、
模型アーム４６の関節ａも、ベースロツド５８の
旋回中心線O₂からその距離Ｔに前記縮小率を乗
じた距離ｔだけ偏心させられている。

このような模型アーム６２の各関節ａ，ｂ，ｃ
の構造は、いずれも実質的に同様であり、代表的
に関節ｂの構造を第６図及び第７図に示す。第二
模型アーム部材５２の基端部には、軸６６が固定
され、この軸６６が第一模型アーム部材５０の先
端部と第二模型アーム部材５２の基端部とを相対
回動可能に連結して、前記関節ｂを構成してい
る。これら模型アーム部材５０と５２との間に
は、皿ばね状の摩擦力付与部材６８が配設され
て、適度の摩擦力が付与されており、このような
摩擦力付与部材６８が各関節ａ，ｂ，ｃにそれぞ
れ設けられていることにより、模型アーム６２の
全体の姿勢が、手動操作された状態にそのまま維
持されるようになつている。

軸６６にはスプロケツト７０が固定される一
方、第一模型アーム部材５０には、第二ポテンシ
ヨメータ７２が取り付けられ、それの回転軸に固
定のスプロケツト７４が、これら模型アーム部材
５０及び５２間の相対回動に基づいてチエーン７
６により回転する。この回転角度をポテンシヨメ
ータ７２が検出するようになつており、これが第
二角度検出器を構成している。７８は、カバーで
ある。

このように、前記実体アーム６の各関節Ａ，
Ｂ，Ｃに設けられているポテンシヨメータ３２と
実質的に同様なポテンシヨメータ７２が、第５図
に示すように他の関節ｂ，ｃにも１個ずつ設けら
れており、第４図に示す各関節ａ，ｂ，ｃの折曲
がり角度α_a，β_b，τ_cをそれぞれ独立に検出するよ
うになつている。

そして、前記操縦ボツクス４２には、第８図に
示すように、これら３個のポテンシヨメータ７２
に対応してサーボ増幅器８０が１個ずつ設けら
れ、図示のようなフイードバツク回路を形成する
サーボ機構により、実体アーム６側のポテンシヨ
メータ３２と連携させられている。すなわち、第
８図は代表的に関節ａと関節Ａとの間のブロツク
線図を示すものであるが、模型アーム４６と実体
アーム６とにおいて、関節ａとＡ、ｂとＢ、ｃと
Ｃにそれぞれ設けられたポテンシヨメータ７２と
３２とが互いに対をなすように、電気的に接続さ
れているのである。

サーボ増幅器８０は、ポテンシヨメータ７２か
らの角度信号（入力電圧）と、ポテンシヨメータ
３２からの角度信号（フイードバツク電圧）との
差に応じて、第９図に示す油圧回路に設けられた
サーボ弁８２に駆動電流を供給し、このサーボ弁
８２が実体アーム６の油圧シリンダ２０への作動
油の供給方向および量を制御することにより、実
体アーム６の関節Ａにおける折れ曲がり角度α_A
と、模型アーム４６の関節ａにおける折れ曲がり
角度α_aとが等しくなるように、その油圧シリンダ
２０を作動させる。関節Ｂ及びＣの油圧シリンダ
２２及び２４も同様に、各サーボ増幅器８０から
の駆動電流に基づき、第９図に示すサーボ弁８４
及び８６により、互いに対応する折れ曲がり角度
β_Bとβ_b、τ_Cとτ_cとがそれぞれ等しくなるように作
動させられる。

また、前述のように模型アーム４６を支持する
ベースロツド５８は、第１０図から明らかなよう
に、前記支持スリーブ６２に軸受６０を介して旋
回可能に支持されているが、このベースロツド５
８の中間部を半径方向に貫通して、ドグプレート
８８が両側に突出する状態で固定されている。こ
のドグプレート８８の一方の突出部分を間に挟ん
で、第１１図に示すように、２個のリミツトスイ
ツチ９０が設けられており、他方の突出部分が２
枚の板ばね９２に挟圧されている。そのため通常
はドグプレート８８がいずれのリミツトスイツチ
９０をも作動させない中立状態に保持されている
が、模型アーム４６と一体的にベースロツド５８
を何れかの方向に小角度回動させると、ドグプレ
ート８８が２個のリミツトスイツチ９０を択一的
に作動させる。９４はカバーである。これらリミ
ツトスイツチ９０から出力される右または左への
旋回指令信号は、第９図の油圧回路に設けられた
電磁切換弁９６へ出力され、それに基づいて油圧
モータ９８へ作動油が供給されることによつて、
実体アーム６の全体が右または左へ旋回させられ
る。そして、前述のように実体アーム６の油圧シ
リンダ２０，２２及び２４の作動と、この油圧モ
ーア９８の作動とを制御すべく設けられた第９図
に示す油圧回路が、アクチユエータ駆動装置を構
成しているのである。

この油圧回路は、従来のレバー操作による実体
アーム６の操縦と、模型アーム４６の操作による
実体アーム６の操縦とのいずれかが選択可能とさ
れたものである。１００はエンジン１０２によつ
て駆動されるポンプであり、タンク１０４に蓄え
られた作動油を汲み上げ、ポンプ通路１０６を経
て手動制御弁１０８に供給する。ポンプ通路１０
６は、手動制御弁１０８において、前述の油圧シ
リンダ２０に連通する第一通路１１０ａ，１１０
ｂと、油圧シリンダ２２に連通する第二通路１１
２ａ，１１２ｂと、油圧シリンダ２４に連通する
第三通路１１４ａ，１１４ｂと、油圧モータ９８
に連通する第四通路１１６ａ，１１６ｂとに選択
的に接続可能とされている。ここで、ａ系統及び
ｂ系統の通路のいずれか一方が、ポンプ１００か
らの作動油供給用で、他方がタンク１０４への排
出用となる。第四通路１１６ａ・ｂには、ポンプ
１００から作動油が圧送されている間だけ作動油
の流通を許容するパイロツトチエク弁１１８が設
けられている。また、１２０はロータリジヨイン
トであり、実体アーム６が旋回しても油圧シリン
ダ２０，２２及び２４への作動油の供給に支承を
来さないように設けられているものである。

手動制御弁１０８は、４本の操作レバーの選択
的な操作により、ポンプ通路１０６を第一、第
二、第三及び第四の各通路１１０ａ・ｂ，１１２
ａ・ｂ，１１４ａ・ｂ及び１１６ａ・ｂに選択的
に連通させる従来通りのものであり、ポンプ通路
１０６をいずれにも連通させない中立状態におい
ても、ポンプ１００から圧送される作動油が、油
クーラ１２２を備えたドレン通路１２４を経てタ
ンク１０４に還流することを許容するようになつ
ている。

ポンプ通路１０６のポンプ１００と手動制御弁
１０８との間の部分からは、分岐通路１２６が分
岐させられ、この分岐通路１２６が第一付加通路
１２８ａ・ｂ，第二付加通路１３０ａ・ｂ、第三
付加通路１３２ａ・ｂ、第四付加通路１３６ａ・
ｂを経て、各々前記通路１１０ａ・ｂ，１１２
ａ・ｂ，１１４ａ・ｂ，１１６ａ・ｂにそれぞれ
接続されている。これら付加通路に前記サーボ弁
８２，８４，８６及び電磁切換弁９６がそれぞれ
設けられているのである。これらの弁は、各々、
分岐通路１２６をａ系統の付加通路に連通させる
第一開状態と、ｂ系統の付加通路に連通させる第
二開状態と、それらのいずれにも連通させない遮
断状態とに切換可能とされている。これらには付
加ドレン通路１３６がそれぞれ接続され、この付
加ドレン通路１３６は、前記ドレン通路１２４に
接続されている。電磁切換弁９６は、前記リミツ
トスイツチ９０からの電気信号に基づいてオン・
オフ制御されるが、サーボ弁８２，８４及び８６
はいずれも同じものであつて、各サーボ増幅器８
０からの駆動電流の大小に応じて作動油の供給方
向および量を制御する機能を備えている。

一方、前記ポンプ通路１０６と分岐通路１２６
との分岐部分には、第一切換弁１３８が設けら
れ、また付加ドレン通路１３６とドレン通路１２
４との接続部分には、第二切換弁１４０が設けら
れている。これらの切換弁１３８及び１４０は、
レバー１４２の手動操作により互いに連動して作
動させられるものであつて、ポンプ１００を手動
切換弁１０８に連通させる一方で、手動制御弁１
０８をタンク１０４に連通させる第一状態と、ポ
ンプ１００をサーボ弁８２，８４，８６及び電磁
切換弁９６に連通させる一方で、付加ドレン通路
１３６をタンク１０４に連通させる第二状態とに
択一的に切り換えられるようになつている。第一
状態においては、油圧シリンダ２０，２２，２４
及び油圧モータ９８の作動が、従来通り手動制御
弁１０８によつて制御されるが、第二状態におい
ては、前記模型アーム４６からの情報に基づき、
サーボ弁８２，８４，８６及び電磁切換弁９６に
よつて制御されることとなる。

以上は、模型アーム４６の形に追従して実体ア
ーム６を変形させる構成についての説明である
が、次のパワーシヨベルの傾斜と模型アーム４６
との関係について述べる。

第１図に示す上部旋回体４の操縦室８内には、
上部旋回体４の前後方向の傾斜角度、すなわちア
ーム６の折曲げ平面内における上部旋回体４の傾
斜角度を検出するために、第１２図に示すような
傾斜角度検出器１４４が設けられている。この傾
斜角度検出器１４４は、ロツド１４６の先端に固
定された錘１４８を備え、これらが重力型の水準
器の主体を構成している。ロツド１４６は基端部
において、回動軸１５０の一端に固定され、この
回動軸１５０の軸心周りの、つまり実体アーム６
の折曲げ平面に直角な一軸線（関節Ａ，Ｂ，Ｃに
対して平行な一軸線）周りに回動可能に支持され
ている。そしてこのロツド１４６は、実体アーム
６の折曲げ平面が鉛直である場合には鉛直下向き
を示し、折曲げ平面が傾斜している場合には、そ
の折曲げ平面とその折曲げ平面に直角でかつ鉛直
な平面との交線上に位置するようになつている。
回動軸１５０は、上部旋回体４にブラケツト１５
２を介して固定された軸受１５４によつて回動可
能に支承されている。この軸受１５４の内部には
第１３図から明らかなように、油等の液体が封入
された２個の液室１５６が形成されており、これ
らの液室１５６に回動軸１５０と一体的な羽根１
５８がそれぞれ収容され、回動軸１５０の回動に
伴つて、各羽根１５８に形成されたオリフイス１
６０を経て液体を流動させ、上部旋回体４の旋回
時において、錘１４８の振れを抑制するダンパ効
果を生じさせる。

回動軸１５０は、第１２図に示すように、ブラ
ケツト１５２に固定されたポテンシヨメータ１６
２の回転軸１６４に連結されている。そして、こ
のポテンシヨメータ１６２は、錘１４８及びロツ
ド１４６の回動に基づき、第１図に示す上部旋回
体４のアーム６の折曲げ平面内における水平面Ｓ
に対する傾斜角度θ₁、言い換えれば折曲げ平面内
における上部旋回体４の旋回中心線O₁の傾斜角
度θ₁を検出するようになつている。なお、第１図
においてはパワーシヨベルが単純に前後方向に傾
斜した場合が示されているため、角度θ₁は旋回中
心線O₁の鉛直軸Ｇに対する傾斜角度となる。

一方、第４図から明らかなように、模型アーム
４６を備えた前記アーム操縦器具４０には、上記
のような上部旋回体４の傾斜に伴つて傾斜させら
れる倣いプレート１６６が、操縦ボツクス４２の
上方に設けられている。この倣いプレート１６６
は、細長い板の形態を成しているが、その一端部
が第１４図から明らかなように、平面視において
二股状とされ、この二股部分は、操縦ボツクス４
２に固定の前記筒状体６４からそれぞれ直径方向
に同心的に突き出された二本の軸１６８によつ
て、模型アーム４６の折曲げ平面と直角な一軸線
周りに回動可能に支持されている。この回動軸線
は、第１図において上部旋回体４の旋回中心線
O₁と水平面Ｓとの交点Ｐ（傾斜軸線）に対応する
ものである。そして、交点Ｐから関節Ａまでの高
さＨに前記縮小率を乗じた寸法が、第４図に示す
高さｈ、つまり関節ａの倣いプレート１６６の回
動軸線からの高さとされている。

倣いプレート１６６の上面は、模型アーム４６
の折曲げ平面に直角でかつ平坦な基準面１７０と
され、この基準面１７０に、模型アーム４６の前
記バケツトに相当する第三模型アーム部材５４の
先端を接触させつつ移動させるようになつてい
る。このような倣いプレート１６６が、模型アー
ム４６の先端の移動軌跡を規定する基準設定装置
を構成しているのである。

倣いプレート１６６の下部には、長穴とピンと
の結合により、下方に延びる雄ねじ軸１７２が連
結され、雄ねじ軸１７２は、操縦ボツクス４２に
よつて垂直軸周りに回転可能かつ軸方向に移動不
能に支持された雌ねじ軸１７４に螺合されてい
る。雌ねじ軸１７４にはプーリ１７６が固定さ
れ、このプーリ１７６が、操縦ボツクス４２内に
設けられた電動モータ１７８の駆動プーリ１８０
に、タイミングベルト１８２を介して接続されて
いる。このモータ１７８を正逆両方向に駆動され
るものであり、その駆動により雌ねじ軸１７４、
雄ねじ軸１７２等を介して、倣いプレート１６６
が回動させられるようになつており、これらが倣
いプレート１６６の傾斜角度θ₂を変更する角度変
更装置を構成している。

倣いプレート１６６の基端回動部には、第１４
図にも示すように、ポテンシヨメータ１８４が設
けられている。このポテンシヨメータ１８４は、
倣いプレート１６６の傾斜角度θ₂、言い換えれば
操縦ボツクス４２の上面と平行な平面ｓに対する
基準面１７０の角度θ₂を検出するようになつてお
り、この平面ｓが第１図に示す水平面Ｓに対応す
ることとなる。

そして、この傾斜角度を検出するポテンシヨメ
ータ１８４と、前記第１２図に示したパワーシヨ
ベル側のポテンシヨメータ１６２とは、図示はし
ないが、サーボ増幅器を介してフイードバツク回
路を構成するように接続されており、前記電動モ
ータ１７８は、そのサーボ増幅器による制御に基
づいて、双方のポテンシヨメータ１６２及び１８
４による検出傾斜角度θ₁とθ₂とが等しくなるよう
に駆動するサーボモータとされている。すなわ
ち、このモータ１７８は、倣いプレート１６６の
傾斜角度を変更する装置の主体を成すとともに、
前記上部旋回体４側のポテンシヨメータ１６２に
よる検出角度θ₁に等しい角度だけ、倣いプレート
の基準面１７０を平面ｓに対して上部旋回体４の
傾斜を相殺する向きに傾斜させ、模型アーム４６
と基準面１７０との相対角度を自動的に補正する
傾斜補正手段の主体をなしているのである。

ところで、倣いプレート１６６によつて模型ア
ーム４６の先端の移動軌跡を規定すれば、パワー
シヨベルの前記バケツト１６の移動軌跡も決まつ
てくるが、更にバケツト１６の高さ位置を調整可
能とするために、模型アーム４６の全体を前記ベ
ースロツド５８を介して昇降させる昇降装置が第
４図に示すように設けられている。前述のよう
に、ベースロツド５８は支持スリーブ６２内に小
角度旋回可能に支持されているが、この支持スリ
ーブ６２は、前記筒体状６４の内側に長溝１８６
とピン１８８との係合により、上下方向に摺動可
能に嵌合されている。

また、この支持スリーブ６２は有底円筒形状を
成し、その底部を貫通して形成された雌ねじ穴１
９０に雄ねじ軸１９２が螺合されている。

この雄ねじ軸１９２は、操縦ボツクス４２内に
固定された昇降モータ１９４の回転軸に固定され
ており、このモータ１９４は、正回転（上昇）、
逆回転（下降）及び停止に切り換え得る手動スイ
ツチにより制御されるものである。このモータ１
９４の作動により、支持スリーブ６２及びベース
ロツド５８を介して、模型アーム４６の全体が昇
降させられるようになつているが、前記倣いプレ
ート１６６は、操縦ボツクス４２と一体の筒状体
６４に連結されているため、上記昇降に拘らず倣
いプレート１６６の角度は変化しない。そして、
模型アーム４６の先端を倣いプレート１６６の基
準面７０に接触させた状態で、モータ１９４によ
り模型アー４６を昇降させれば、その変形を伴つ
て模型アーム４６の先端と関節ａとの高さ方向に
おける位置が変更される。このことは、第１図に
おいて実体アーム６の関節Ａとバケツト１６の先
端との高さ方向の位置変更を意味し、関節Ａを固
定して考えれば、バケツト１６の高さ位置を変更
することになる。

次に、以上のように構成されたパワーシヨベル
操縦装置の、作動およびに使用方法について説明
する。

先ず、第９図に示す切換弁１３８及び１４０
を、レバー１４２の操作により図示の第一状態か
ら第二状態に切り換え、ポンプ１００を分岐通路
１２６に連通させ、かつ付加ドレン通路１３６を
タンク１０４に連通させた状態とする。また、模
型アーム６２を備えたアーム操縦器具４０を、操
縦者が首や肩などに掛け、或いは操縦席８に載置
し、倣いプレート１６６の基準面１７０を水平面
に見立てて、効き手で模型アーム４６の前記操作
部５６をつまむようにする。

いま、パワーシヨベルが水平状態に保たれてい
るとすれば、第１図の角度θ₁及び第４図の角度θ₂
はいずれも０であり、倣いプレート１６６は、操
縦ボツクス４２に対して平行な状態にある。この
倣いプレート１６６の基準面１７０に模型アーム
４６の先端を接触させつつ、例えば手前に引くよ
うにすれば、パワーシヨベルのバケツト１６が水
平面に沿つて引き込まれ、土砂を水平に均らした
り、地面を水平に削つたりすることができる。

すなわち、模型アーム４６の手動操作により、
関節ａ，ｂ，ｃにおいてそれぞれ変化する折曲が
り角度α_a，β_b，τ_cと、実体アーム６の各関節Ａ，
Ｂ，Ｃの折曲がり角度α_A，β_B，τ_Cとの対応するも
の同士の差に基づいて、第９図に示すサーボ増幅
器８０のそれぞれが、サーボ弁８２，８４，８６
に駆動電流を供給し、それらのサーボ弁が上記対
応する関節の角度差を無くすように、各関節Ａ，
Ｂ，Ｃの油圧シリンダ２０，２２，２４を作動さ
せるのである。そこで、角度差の大きい関節の油
圧シリンダには、サーボ弁８２，８４，８６が多
くの作動油を供給して速い速度で作動させ、一
方、角度差の小さい関節の油圧シリンダには、作
動油の供給量を抑制して遅い速度で作動させる。
その結果、模型アーム４６の変形にほぼ追従して
実体アーム６が変形させられ、バケツト１６に水
平方向の直線的な運動が与えられるのである。

また、実体アーム６の全体を旋回させる必要が
生じた場合には、模型アーム４６をベースロツド
５８と共に、その軸心周りに所望の向きに小角度
回動させれば、第１１図に示す２個のリミツトス
イツチ９０の何れかが作動し、この旋回指令信号
に基づいて、第９図の電磁切換弁９６が油圧モー
タ９８へ作動油を供給するため、上記リミツトス
イツチ９０がオン状態に保たれている間は、実体
アーム６の全体が右旋回或いは左旋回させられる
こととなる。

次に、パワーシヨベルが例えば第１図に示すよ
うに傾斜した状態で、土かき、或いは土均らし作
業を行う場合を想定する。

このようにパワーシヨベル（上部旋回体４）が
角度θ₁だけ前方に傾斜した状態では、その傾斜角
度θ₁を、第１２図に示す錘１４８及びロツド１４
６と軸受１５４とのの相対回動に基づいて、ポテ
ンシヨメータ１６２が検出し、図示しないサーボ
増幅器が、このポテンシヨメータ１６２による検
出角度と、第４図に示すポテンシヨメータ１６２
による検出角度と、第４図に示すポテンシヨメー
タ１８４による検出角度との差に応じた駆動電流
をモータ１７８に供給する。これに基づき、モー
タ１７８は、雌ねじ軸１７４及び雄ねじ軸１７２
を介して、倣いプレート１６６を上部旋回体４の
傾斜角度θ₁と同じ角度θ₂だけ上向きに、即ち、上
部旋回体４の前傾を相殺する向きに後傾させる。
それにより、上部旋回体４の傾斜に拘らず、倣い
プレート１６６の基準面１７０が第１図に示す水
平面Ｓに相当するように補正される。したがつ
て、この補正された基準面１７０に模型アーム４
６の先端を接触させつつ手前に引くようにすれ
ば、熟練者でなくても、経験に頼ることなくバケ
ツト１６を水平面Ｓに沿つて引き込み、盛土の均
らし作業を地盤の水平切削、或いは溝の水平掘削
等を容易に行うことができる。

そして、パワーシヨベルの上部旋回体４を旋回
させては、周囲から土をかいたりするには、前述
のように模型アーム４６を小角度回転させて、旋
回用のリミツトスイツチ９０のいずれかを作動さ
せればよいのであるが、その旋回により、実体ア
ーム６の折曲げ平面に沿つた上部旋回体４の傾斜
角度θ₁が変動し、実体アーム６が前方を向く姿勢
から側方へ旋回するほどそれが小さくなる。しか
し、この傾斜角度θ₁の変動を、第１２図に示すポ
テンシヨメータ１６２が検出して、第４図のモー
タ１７８に駆動電流を供給するため、旋回の度毎
に、倣いプレート１６６の傾斜角度θ₂が上部旋回
体４の傾斜を相殺するように自動的に変更される
ことになる。従つて、模型アーム４６の先端を基
準面１７０に倣わせるようにすれば、実体アーム
の旋回に伴う傾斜角度θ₁の変動に拘らず、バケツ
ト１６を水平面Ｓに沿わせることができる。

また、バケツト１６による整地や削土が進行し
て、バケツト１６の高さ位置を下方に修正する必
要が生じた場合には、第４図に示すように、模型
アーム１６の先端を倣いプレート１６６の基準面
７０に接触させた状態で、昇降モータ１９４を作
動させて、ベースロツド５８及び模型アーム４６
の全体を上昇させれば、模型アーム４６が変形し
つつ、その先端が関節ａに対して相対的に下方へ
移行する。これに伴い実体アーム６は、その模型
アーム４６の変形に追従しつつ変形して、そのバ
ケツト１６の高さ位置が下方へ修正される。そし
て、最適な高さ位置まで下降したところで、モー
タ１９４を停止させた後、再び模型アーム４６の
先端を倣いプレート１６６に沿わせるようにすれ
ば、修正後の高さ位置において、バケツト１６を
水平方向に移動させることができる。逆に、比較
的高く盛られた盛土の均し作業に移るときなどの
ように、バケツト１６の高さ位置を上方に修正す
る必要が生じた場合には、モータ１９４により模
型アーム４６を下降させるようにすればよい。

ところで、以上の説明は、パワーシヨベルが前
後方向にだけ傾いた場合であるが、前後方向だけ
でなく、左右方向にも傾いた場合、すなわち三次
元的に傾いた場合に対応できるのか、という疑問
が生じるかもしれない。しかし、前述のようにポ
テンシヨメータ１６２は、実体アーム６の折曲げ
平面内における上部旋回体４の傾斜角度を検出す
るようにされているため、三次元的にパワーシヨ
ベルが傾斜している場合でも、上述と同様に模型
アーム４６の先端を倣いプレート１６６の基準面
１７０に沿わせるようにすれば、バケツト１６に
水平運動を与えることができる。但し、この場合
には、バケツト１６の先端縁が水平面Ｓに対して
傾いた状態で土均し作業などを行うこととなつ
て、均し面が横断面において多少鋸歯状となる
が、バケツト１６の幅寸法は比較的小さく、また
現実にパワーシヨベルが左右方向に大きく傾いた
状態での作業は殆どないと考えられるため、実際
上問題となるほどではない。このように、本実施
例装置は実体アーム６の折曲げ平面内における上
部旋回体４の傾きを検出するだけで、三次元的な
傾きにも対処できるため、制御機構が下端で済む
利点がある。

なお、バケツト１６により土砂の積込み等を行
う場合には、模型アーム４６の先端を基準面１７
０から離して手動操作することにより、バケツト
１６に積込みに適した動きを与え得ることはもち
ろんである。

次に、第１５図及び第１６図に基づいて本発明
の別の実施例を説明するが、これまでに説明した
実施例と同様な部分については、同一の符号を付
して対応関係を示し、説明は省略する。

第１５図から明らかなように、この実施例にお
けるアーム操縦器具１９６は、操縦ボツクス４２
の上面にねじ１９８によつて固定された倣いブロ
ツク２００を備え、その上面が操縦ボツクス４２
と平行な基準面２０２とされており、この基準面
２０２の操縦ボツクス４２に対する角度は変わら
ないものとされている。一方、模型アーム４６を
支持するベースロツド５８は、支持ブロツク２０
４に形成された中心穴内に軸心周りに小角度回動
可能に支持されている。そして、この支持ブロツ
ク２０４は、第１６図から明らかなように、その
支持ブロツク２０４と一体的に直径方向に突き出
された軸２０８，２１０を介して、操縦ボツクス
４２の上面に突設された一対のブラケツト２１
２，２１２によつて懸垂状態で支持され、且つ模
型アーム４６の折曲げ平面に直角なそれら軸２０
８，２１０の軸心周りに回動可能とされている。
軸２０８の側には、ポテンシヨメータ２１４が設
けられて、模型アーム４６の折曲げ平面内におけ
るベースロツド５８の軸心の傾斜角度θ₂を検出す
る役割を果たす一方、このポテンシヨメータ２１
４による検出角度が、表示部２１６にデジタル表
示されるようになつている。また、表示部２１８
に、第１２図に示す前記ポテンシヨメータ１６２
による検出角度、すなわち第１図に示す上部旋回
体４の傾斜角度θ₁がデジタル表示されるようにな
つている。更に、軸２１０の先端にはウオームギ
ヤ２２０が固定され、このウオームギヤ２２０に
ウオーム２２２が噛み合わされていて、ウオーム
２２２には回転操作用の操作部２２４が形成され
ている。

したがつて、表示部２１８に表示される上部旋
回体４の傾斜角度θ₁と、表示部２１６に表示され
るベースロツド５８の傾斜角度θ₂とが等しくなる
ように、ウオーム２２２を回転操作してベースロ
ツド５８の角度を変更した後、模型アーム４６の
先端を基準面２０２に沿つて移動させるようにす
れば、上部旋回体４の傾斜にかかわらず、前記実
施例と実質的に同様に、それのバケツト１６を模
型アーム４６の先端が描く軌跡に追従させて水平
方向に移動させることができる。すなわち、この
実施例では、基準面２０２に対して模型アーム４
６の姿勢を傾斜させることにより、模型アーム４
６に対する基準面２０２の角度を相対的に変更し
て、上部旋回体４の傾斜を相殺するのであり、ポ
テンシヨメータ２１４、表示部２１６，２１８、
ウオームギヤ２２０、ウオーム２２２、操作部２
２４等によつて手順の傾斜補正手段が構成されて
いるのである。

なお、実体アーム６の旋回に伴う傾斜角度θ₁の
変動は、ウオーム２２２の回転操作により、表示
部２１６と２１８とに表示される角度が等しくな
るように調節すればよい。また、操作円板２２４
の回転操作によつて内部の調節ねじ機構を作動さ
せ、ベースロツド５８を支持ブロツク２０４に対
して昇降させ得るようになつており、それにより
模型アーム４６の高さ位置が調節されることとな
る。その他の部分は前記実施例と同様である。

更に、他の実施例として、パワーシヨベルの左
右方向の傾斜角度を検出する角度検出器を付加す
る一方、第４図に示す倣いプレート１６６を、模
型アーム４６の折曲げ平面に直角な軸線のみなら
ず、その平面に平行な軸線まわりにも回動させる
角度変更装置を設け、かつ、その左右方向の傾斜
角度を検出する角度検出器を付加し、パワーシヨ
ベル側の左右方向の傾斜をも水平面に対して相殺
するように、倣いプレート１６６の姿勢を決定す
ることも可能である。

このようにすれば、倣いプレート１６６の基準
面１７０を三次元的に一旦決めた後は、実体アー
ム６の旋回にかかわらず、基準面１７０の角度姿
勢を変更することなく、模型アーム４６の先端を
その基準面１７０に沿わせるだけでよいこととな
る。このことは、第１５図に示すベースロツド５
８を、模型アーム４６の折曲げ平面と平行な軸線
まわりに傾斜させる角度変更装置を付加し、か
つ、その角度を検出する角度検出器を付加するこ
とによつても達成される。

なお、このように模型アーム４６に対して基準
面を三次元的に規定する場合等においては、パワ
ーシヨベル側に実体アーム６の旋回角度を検出す
る角度検出器を付加する一方、模型アーム４６側
にもその旋回角度を検出する角度検出器を設け、
リミツトスイツチなどによるオン・オフ制御では
なく、それら旋回角度検出器の差に応じて作動す
るサーボ弁により、第９図に示す旋回用の油圧モ
ータ９８を作動させるようにする。

また、これまで述べた角度検出器としては、ポ
テンシヨメータに限らず、スプロケツト等の回転
角度に応じたパルスを発生するエンコーダにより
デジタル的に検出することもできる。また、パワ
ーシヨベル（上部旋回体４）の傾斜角度を検出す
るものとしては、第１２図に示したような水準器
とポテンシヨメータとの組合わせに限らず、所謂
ジヤイロホライズン等、他の検出手段に置き換え
ることもできる。

さらに、アーム操縦器具４０や１９６をパワー
シヨベルの操縦席８内で操縦するのではなく、そ
の操縦席８の外で操縦すべく、模型アーム側の角
度検出器とパワーシヨベル側の角度検出器とを無
線により連繋し、バケツト１６による作業状況を
近くで見ながら、模型アーム４６を手動操作する
ことも可能である。

さらに、本発明は、パワーシヨベルの傾斜にか
かわらず、水平面に沿つた土工作業をし易くする
ことを直接の目的として為されたものであるが、
例えば、土手の傾斜面を削つたりする場合など、
パワーシヨベルが水平状態にあつて、傾斜面に沿
つた土工作業を行うことにも適用することができ
る。その場合は、例えば第４図に示す倣いプレー
ト１６６を、上記傾斜面に沿うように傾斜させる
角度調節装置を設ければよい。また、本発明はパ
ワーシヨベルの操縦装置だけに限らず、屈曲アー
ムの先端に土工部を備えた同様の構造のものであ
れば、それに適用して本発明の利益を亨受するこ
とができる。

その他にも逐一例示はしないが、当業者び知識
に基づき、種々の変更、改良などを施した態様で
本発明を実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるアームを備えたパ
ワーシヨベルの正面図であり、第２図はそれの関
節Ａ部分の一部を切り欠いて示す拡大図、第３図
は第２図における−断面図である。第４図は
本発明の一実施例である操縦装置の一部、特に模
型アームを備えたアーム操縦器具の正面断面図で
あり、第５図は第４図における右側面図（一部断
面）であつて、模型アームを延ばした状態を示す
図である。第６図は第４図等の関節ｂ部分の構造
を拡大して示す断面図であり、第７図は第６図に
おける−断面図である。第８図は第４図等に
示す模型アームとパワーシヨベルのアームとの連
繋を示すブロツク線図である。第９図は第１図等
に示すアームの油圧シリンダおよび油圧モータを
作動させるための油圧開路図である。第１０図は
第４図の一部を拡大して示す断面図であり、第１
１図は第１０図における−断面図であ
る。第１２図は第１図に示すパワーシヨベルの上
部旋回体に設けられた角度検出器を一部切り欠い
て示す側面図であり、第１３図は第１２図におけ
る−断面図である。第１４図は第４図の
一部を拡大して示す部分平面図である。第１５図
は、本発明の別の実施例の一部を構成するアーム
操縦器具の正面図であつて、第４図に相当する図
である。第１６図は、第１５図における−
矢視図である。６……屈曲式アーム、１０……第一アーム部
材、１２……第二アーム部材、１４……第三アー
ム部材、１６……バケツト（土工部）、２０……
第一油圧シリンダ、２２……第二油圧シリンダ、
２４……第三油圧シリンダ、３２……第一ポテン
シヨメータ（第一角度検出器）、４０……アーム
操縦器具、４６……模型アーム、５０……第一模
型アーム部材、５２……第二模型アーム部材、５
４……第三模型アーム部材、５６……操作部、５
８……ベースロツド、６２……支持スリーブ、６
４……筒状体、７２……第二ポテンシヨメータ
（第二角度検出器）、８０……サーボ増幅器、８
２，８４，８６……サーボ弁、９０……リミツト
スイツチ、９６……電磁切換弁、９８……油圧モ
ータ、１３８……第一切換弁、１４０……第二切
換弁、１４４……傾斜角度検出器、１４８……錘
り、１４６……ロツド、１５０……回動軸、１５
６……液室、１６０……オリフイス、１６２……
ポテンシヨメータ、１６６……倣いプレート（基
準設定装置）、１７０……基準面、１７２……雄
ねじ軸、１７４……雌ねじ軸、１７８……電動モ
ータ、１８４……ポテンシヨメータ、１９４……
昇降モータ、１９６……アーム操縦器具、２００
……倣いブロツク、２０２……基準面、２０４…
…支持ブロツク、２１４……ポテンシヨメータ、
２１６，２１８……表示部、２２０……ウオーム
ギヤ、２２２……ウオーム、２２４……操作部。

Claims

【特許請求の範囲】１複数個の関節において折曲げ平面に沿つて折
り曲げ可能なアームの基端を支持体に支持させ、
先端に土工部を設け、各関節に設けたアクチユエ
ータの作動を制御することにより前記土工部を所
望の軌跡に沿つて移動させるようにした土工装置
を操縦するための装置であつて、前記支持体に設けられ、その支持体の基準姿勢
からの少なくとも前記折曲げ平面内における傾斜
角度を検出する傾斜角検出器と、前記アームの各関節に設けられ、それら各関節
における折れ曲がり角度をそれぞれ検出する第一
角度検出器と、前記アームを実質的に相似性を失わないように
縮小して任意の折り曲げ状態に手動操作可能な模
型アームと、その模型アームの各関節に設けられ、それら各
関節における折れ曲がり角度をそれぞれ検出する
第二角度検出器と、前記第一角度検出器の各々による各検出角度が
前記第二角度検出器の各々による各検出角度と等
しくなるように前記アクチユエータを作動させる
アクチユエータ制御装置と、基準面を有し、その基準面に前記模型アームの
先端が接触させられることによりそのアーム先端
の移動軌跡を規定する基準設定装置と、前記傾斜角検出器による前記支持体の傾斜角度
の検出結果に基づいて、模型アームと前記基準面
との少なくとも前記模型アームの折曲げ平面内に
おける相対角度を補正する傾斜補正手段とを含むことを特徴とする屈曲アーム式土工装置の
操縦装置。