JPH05202530A

JPH05202530A - 油圧ショベルの操作性向上のための手動操作装置

Info

Publication number: JPH05202530A
Application number: JP3337756A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nakano; 野栄二中; Sumio Okuda; 田澄雄奥
Original assignee: YAMASAKI KENSETSU KK
Current assignee: YAMASAKI KENSETSU KK
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-08-10
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JP2824167B2

Abstract

(57)【要約】【目的】油圧ショベルの操作性を向上し、経験を必要
とせず、その操作を誰もが容易に行えるようにした手動
操作装置を提供する。【構成】バケット１、アーム２、ブーム３を油圧シリ
ンダによって動作させる油圧ショベルの手動操作装置で
あって、水平方向、垂直方向、及びグリップの回転の３
自由度以上を持つコントロールレバー１０と、その出力
に基づいてシリンダに圧油を供給する弁に制御信号を出
力する駆動制御装置２０とを備え、駆動制御装置２０に
おいては、上記コントロールレバー１０の垂直または水
平方向操作によって出力される信号に対応して、バケッ
ト１を直線的に平行移動させる制御信号を出力させ、グ
リップ１１の回転操作によって出力される信号に対応し
て、バケットを回転させるための制御信号を出力させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、操作性を改善した油圧
ショベルの手動操作装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から用いられている油圧ショベル
は、動力伝達がすべて油圧駆動のため、重量に対する伝
達馬力が大きく、その自由度の多さと適応性の広さか
ら、主流のものとなっている。この油圧ショベルの基本
的構成は、図１に示すように、バケット１、アーム２、
ブーム３、本体４、クローラ部５から成り、動力源とし
てエンジンを用いて、これにより油圧ポンプを駆動し、
その圧油をバケット、アーム、ブームの各シリンダや、
本体の旋回用のモータ、移動用のクローラの走行用モー
タに送り、それらを駆動するようにしている。

【０００３】しかし、図２からわかるように、手動操作
用の複数のレバーの操作により、上記バケット１、アー
ム２、ブーム３の各シリンダやモータを駆動する弁を個
別的に開閉するので、各シリンダの駆動により、バケッ
ト、アーム、ブームが独立して動作する。従って、それ
らのシリンダやモータの動作の複合によりバケット１に
必要な動作を行わせるには、その操作に十分に経験を積
んだオペレータが必要になる。

【０００４】即ち、操作用レバーの１自由度に対して各
関節は１対１に対応して独自に動き、また、バケット自
体の空間的な動きと操作用レバーの動きにも関連性がな
いため、人間が操作用レバーの動きに対応するバケット
の動きを直感的に予測することができない。しかも、上
記バケットを操作するには、油圧ショベルの作業時で４
自由度のうちいくつかの自由度を同時に操作しなければ
ならず、さらに上記バケット、アーム、ブーム等は関節
構造により連結されているため、バケット１を水平や法
面などに沿う直線状に駆動することは、経験を積んだオ
ペレータでないと不可能である。

【０００５】また、操作用のレバーによるオペレータの
指令は、機械に送られるだけで、機械からの情報（先端
の力の情報など）はオペレータに分からないため、硬い
土質や岩石の有無などの作業現場の状態を把握しにく
く、この点でも操作が困難になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、上記油圧ショベルの操作性を向上し、今までは十分
な経験を必要としたのに対して、その操作を誰もが容易
に行えるようにした手動操作装置を得ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の油圧ショベル用手動操作装置は、バケット、
アーム、ブームを動作させる各シリンダを油圧によって
駆動する油圧ショベルのための手動操作装置であって、
水平方向、垂直方向、及びグリップの回転の３自由度以
上を持つコントロールレバーと、そのコントロールレバ
ーの出力に基づいて上記シリンダに圧油を供給するため
の弁に制御信号を出力する駆動制御装置とを備え、上記
駆動制御装置は、少なくとも、上記コントロールレバー
の垂直または水平方向操作によって出力される信号に対
応して、バケットを直線的に平行移動させるための制御
信号を、所要のシリンダを油圧駆動する弁に出力し、且
つコントロールレバーのグリップの回転操作によって出
力される信号に対応して、バケットを回転させるための
制御信号をバケット駆動用のシリンダに圧油を供給する
弁に出力するものとした点に特徴を有するものである。

【０００８】上記手動操作装置においては、モード設定
用のスイッチを設け、駆動制御装置を、上記スイッチか
らの出力に基づいて異なるモードでバケットを動作させ
る制御信号を出力するものとすることができる。

【０００９】

【作用】上記手動操作装置においては、コントロールレ
バーの操作により、アーム、ブーム等を連結している関
節を個別に駆動するのではなく、駆動制御装置において
所要の演算を行うことによりそれらが複合的に駆動さ
れ、結果的にバケットを直線的に平行移動させる。しか
も、コントロールレバーの操作方向をバケットの動きの
方向と近似させているため、オペレータがバケットの動
きを直感的に把握できる。また、作業の特性に応じたモ
ードを選んで、その特性に適合した動作をバケットに与
えることができる。

【００１０】

【実施例】図３は本発明に係る油圧ショベルの手動操作
装置の実施例の基本的構成を示している。この手動操作
装置は、図１に示したような油圧ショベルのバケット
１、アーム２、ブーム３を動作させるため、それらのシ
リンダの駆動を制御するためのものであって、少なくと
も、オペレータからみて前後の水平方向（ａ方向）、上
下垂直方向（ｃ方向）、及びグリップ１１の回転（φ方
向）の３自由度を持つコントロールレバー１０とを備
え、さらにそのコントロールレバー１０の出力に基づい
て上記シリンダに圧油を供給するための弁（図示省略）
に制御信号を出力する駆動制御装置２０とを備えてい
る。

【００１１】また、運転席には、後述するように、バケ
ット１の駆動を開始する位置やバケット１を動かす方向
の傾斜角度を指定する必要がある場合に、それらを駆動
制御装置２０に入力するための簡単なキーボード等の入
力装置１５、図２に示したのと同様な左右キャタピラ
（クローラ部）の操作用レバー１６、クローラ部５に対
する本体４の旋回操作用レバー１７などの必要な操作機
器を備えている。

【００１２】図４は、上記コントロールレバー１０の一
例を示すもので、ここでは、バケット１に加わる外力を
感知するための機能を付加したバイラテラル制御用のも
のを示しているが、位置指令を与えるだけの機能を有す
るものとして構成することもできる。

【００１３】このコントロールレバー１０は、それが上
述のように水平方向（ａ方向）、垂直方向（ｃ方向）に
傾動可能に支持されると共に、グリップ１１を回転可能
（φ方向）に支持されたもので、それぞれの方向への操
作量を検出するためのポテンショメータあるいはエンコ
ーダ等の回転検出器１２ａ，１２ｂ，１２ｃを付設して
いる。また、それぞれの回転方向に対し、バケット１に
加えられる外界からの反力をオペレータへフィードバッ
クするバイラテラル制御のための減速装置付きのモータ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃを付設している。また、グリッ
プ１１上には、モード切換え用の必要数のスイッチ１４
を設けている。

【００１４】なお、このコントロールレバー１０をそれ
自体の軸方向（ｂ方向）にも摺動可能な４自由度を有す
るものとして、前記旋回操作用レバー１７に代えて、そ
の軸方向の摺動により前記クローラ部５に対する本体４
の旋回操作を行うようにすることもできる。あるいは、
旋回動作等を指示する指令を、各種操作レバー、ペダル
等を用いて、手、足、あるいはひざなどで操作可能にす
ることもできる。

【００１５】図３の駆動制御装置２０は、上記コントロ
ールレバー１０の回転検出器の出力に基づき、必要な演
算を行って、バケット１の駆動に必要な制御信号を所要
のシリンダを油圧駆動するための単一または複数の弁に
出力するもので、この制御信号によって所要の弁の開度
が調整され、バケットが予め決められた動作態様で指定
の位置まで駆動される。この場合に、駆動制御装置２０
においては、少なくとも、コントロールレバーの垂直ま
たは水平方向操作によって出力される信号に対応して、
バケット１を直線的に平行移動させるような制御を行
い、且つコントロールレバーのグリップ１１の回転操作
によって出力される信号に対応して、バケットを回転さ
せるように制御する。

【００１６】例えば、コントロールレバー１０の操作
が、図５の（１）及び（２）に示すように、油圧ショベ
ルのバケットの根元回転部の移動速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖ
ｚ）に対する動作指令を示すものとすると、この動きを
実現するための油圧ショベルの関節の各角度（θ₁ ，θ
₂ ，θ₃ ）の回転角速度は次式で与えられる。

【００１７】

【数１】

【００１８】油圧ショベルにこのような回転角速度を実
際に与えることができるようにするためには、シリンダ
駆動用の油圧弁は、例えば電気油圧サーボ弁のようなも
のが望ましい。

【００１９】さらに、図６に示すような溝の掘削や整
地、図７に示すような法面の成形等における各種の操作
態様に適合させるため、動作モードを切り換えるための
スイッチ１４を設け、以下に詳述するように、駆動制御
装置２０においてスイッチ１４により切換えられた各種
モードでバケットを駆動するための制御を行えるように
している。上記動作モードとしては、種々のモードが考
えられるが、ここでは、普通モード、直線的移動モード
について説明する。

【００２０】〈普通モード〉このモードでは、コントロ
ールレバー１０の前後水平方向の操作で、バケット１が
ブーム及びアームの協働で水平に動くように、また同垂
直方向の操作ではバケット１が同じく垂直に動くように
制御し、さらにコントロールレバー１０の回転操作では
バケット１を回転するように制御する。レバー１０の操
作方向とバケット１の移動方向との対応関係は次の表１
及び図３に示す通りである。

【００２１】

【００２２】即ち、駆動制御装置２０においては、コン
トロールレバー１０のａ方向の操作があった場合、それ
に対応し、ブーム及びアームのシリンダをどのように駆
動すればバケットをｘ方向に直線的に駆動できるかを演
算し、その演算結果に基づいてシリンダへの圧油の供給
を制御する各弁に開口量を制御するための信号を出力す
る。なお、コントロールレバー１０の水平及び垂直方向
の操作では、バケット１を本体４に対して一定の姿勢に
保持しながら所要の方向に移動するように制御するのが
望ましく、これにより整地などの作業も容易に行うこと
ができる。

【００２３】コントロールレバー１０の操作によって上
述したような制御を可能にすると、コントロールレバー
の操作方向がバケット１の動きの方向と近似するため、
オペレータがバケットの動きを直感的に把握でき、非熟
練者でも簡単に所望の操作を行うことができる。また、
コントロールレバー１０を簡単な構成のものにできると
いう点においても有利である。

【００２４】〈直線的移動モード〉このモードは、図７
に示すような法面などの斜面成形に有利なもので、コン
トロールレバー１０の水平方向の操作は無効とし、コン
トロールレバー１０の垂直方向の操作ではバケット１が
指定された傾斜角度で直線的に動くように制御し、コン
トロールレバー１０のグリップの回転操作では、上述し
た場合と同様にバケット１を回転するように制御する。
このモードを採用する場合には、このモードによるバケ
ットの駆動を開始する位置とバケットを動かす方向の傾
斜角度を指定する簡単なキーボード等の入力装置１５を
駆動制御装置に付設する必要がある。また、このモード
では、スイッチによりグリップの回転操作によるバケッ
トの回転を有効または無効に切換え可能とし、グリップ
の回転操作を無効にした場合には、バケット１の姿勢を
その動きにかかわらず常に一定に保持できるようにする
のが好ましい。

【００２５】このモードにおけるレバー１０の操作方向
とバケット１の移動方向との対応関係は、次の表２並び
に図３及び図７に示す通りである。

【００２６】従って、コントロールレバーを動かした場
合に、駆動制御装置においては、水平のａ方向の操作は
無視し、垂直のｂ方向の操作量に基づき、予め入力装置
により指定された位置から、指定されたｓ方向にバケッ
トを移動させる。この場合に、駆動制御装置において、
コントロールレバー１０の操作に対応し、ブーム及びア
ームのシリンダをどのように駆動すればバケットを指定
の方向に直線的に駆動できるかを演算し、その演算結果
に基づいて各シリンダへの圧油の供給を制御する各弁に
開口量を制御するための信号が出力される。

【００２７】なお、上記モードの他に、例えば、粗動作
と精動作の切換えを行うスイッチを設けることもでき
る。また、上述した手動操作装置による油圧ショベルの
駆動制御では、慣性や重力などによってバケット、アー
ム、ブームの状態が時々刻々変化するので、図８に示す
ように、コントロールレバーの一つの入力を読み込んだ
後、バケット、アーム、ブーム等の状態を検出し、位置
偏差、速度偏差を求めて、それらをバケット等の駆動系
に出力することにより系の安定化を図り、また位置偏差
を以下に説明するバイラテラル制御のために用いること
もできる。

【００２８】次に、バイラテラル制御について説明す
る。バイラテラル制御とは、作業機械に対し効果的な動
作指令を与えるため、その作業機械が外界から受ける反
力をオペレータへフィードバックする制御である。通常
の油圧ショベルでは、バケット１が堅い岩等にぶつかっ
てもオペレータには分からず、操作しにくいが、このバ
イラテラル制御を行えば、操作指令の一方通行ではな
く、オペレータが力を感じ取ることが可能になる。

【００２９】上記バイラテラル制御は、各関節のシリン
ダ内の圧力をそれらに設けた圧力検出器により検出し、
それらの出力に必要な変換を施した上で前記モータ１３
ａ，１３ｂ，１３ｃを通じてコントロールレバー１０に
フィードバックすればよい。即ち、図３及び図４に示す
ようなコントロールレバー１０を用いた場合、動作の指
令側と被駆動側の油圧ショベルが異なる関節構造を有し
ていることから、異構造間のバイラテラル制御となり、
そのため駆動制御装置において座標変換を行う必要があ
る。異構造間のバイラテラル制御については、本発明者
の１人が特開昭５９−６３９８３、特開昭５９−６９
３８４として提案した手段を用いることができ、本発明
はそれらの既提案の発明の好適な具体的適用例である。

【００３０】本発明者の実験の結果によれば、以上に説
明した手動操作装置は、従来の２本のレバーによる操作
に比べて、非常に操作しやすいことが確かめられてい
る。

【００３１】

【発明の効果】このような本発明の油圧ショベルの手動
操作装置によれば、従来の油圧ショベルの操作性を改善
し、今まで多くの経験を必要とした手動操作装置の操作
を、誰もが容易に行えるように、即ち回りの安全性を確
保しつつ感覚的に使い易いものにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な油圧ショベルの構成を示す側面図であ
る。

【図２】従来の油圧ショベルにおける操作レバーの構成
を示す説明図である。

【図３】本発明の油圧ショベルにおける手動操作装置の
基本的構成を示す説明図である。

【図４】上記手動操作装置におけるコントロールレバー
の一例の斜視図である。

【図５】コントロールレバーの操作と油圧ショベルのバ
ケットの動作についての説明図である。

【図６】普通モードに適した油圧ショベルの動作状態を
示す側面図である。

【図７】直線的移動モードに適した油圧ショベルの動作
状態を示す側面図である。

【図８】本発明における油圧ショベルの駆動制御の一例
について説明するためのブロック図である。

【符号の説明】

１バケット、２アーム、３
ブーム、１０コントロール
レバー、１１グリップ、１４
スイッチ、２０駆動制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バケット、アーム、ブームを動作させる各
シリンダを油圧によって駆動する油圧ショベルのための
手動操作装置であって、水平方向、垂直方向、及びグリップの回転の３自由度以
上を持つコントロールレバーと、そのコントロールレバ
ーの出力に基づいて上記シリンダに圧油を供給するため
の弁に制御信号を出力する駆動制御装置とを備え、上記駆動制御装置は、少なくとも、上記コントロールレ
バーの垂直または水平方向操作によって出力される信号
に対応して、バケットを直線的に平行移動させるための
制御信号を、所要のシリンダを油圧駆動する弁に出力
し、且つコントロールレバーのグリップの回転操作によ
って出力される信号に対応して、バケットを回転させる
ための制御信号をバケット駆動用のシリンダに圧油を供
給する弁に出力するものとした、ことを特徴とする油圧
ショベルの操作性向上のための手動操作装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、モード設
定用のスイッチを設け、駆動制御装置を、上記スイッチ
からの出力に基づいて異なるモードでバケットを動作さ
せる制御信号を出力するものとしたことを特徴とする油
圧ショベルの操作性向上のための手動操作装置。