JPH0534279B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば低剛性多関節構造を有する荷
役作業機等の柔構造作業機に関し、特に、作業対
象物の地切り前には上記旋回体をロツク状態にお
き、地切り終了後にこのロツクを自動的に解除し
うるようにした柔構造作業機に関する。

〔従来技術〕

例えば、荷役作業機等の建設機械にあつては大
型の重量物を取扱う関係から長大なアームを複数
連結し、全体として20〜30ｍの多関節機構を構成
しているが、この種の建設機械では各アームが大
型化、重量化し、大きな慣性力が作用する上に、
各アームを駆動するアクチユエータを大型化しな
ければならず、製造原価の高騰を招いている。

このため、各アームを長くすると共に軽量化す
るようにした柔構造の作業機に対するニーズが高
まつている。

第６図および第７図に従来技術による柔構造を
有する荷役作業機を例に挙げて示す。

図において、１は作業機本体で、該本体１は下
部走行体１Ａと、該下部走行体１Ａ上に旋回可能
に搭載された上部旋回体１Ｂとからなる。

２は前記上部旋回体１Ｂの前部に回動可能に取
付けられたアームで、該アーム２は上部旋回体１
Ｂに回動可能にピン結合された第１のアーム３
と、該第１のアーム３先端に回動可能にピン結合
された第２のアーム４とからなり、該各アーム
３，４は長さ寸法が比較的長く、かつ軽量化され
ているため、各アーム３，４が弾性的に撓み変形
するようになつている。５は第１のアーム３を回
動させる油圧シリンダ、６は第２のアーム４を回
動させる油圧シリンダである。

７は前記第２のアーム４の先端に回動可能にピ
ン結合された作業装置としての把持装置で、該把
持装置７は一対の把持部７Ａ，７Ａを有し、該各
把持部７Ａは油圧モータ８によつて相互に接近ま
たは離反するように駆動され、作業対象物として
の荷物９を把持するようになつている。

このように構成された荷役作業機では、例え
ば、地面上に載置された荷物９を持上げる場合、
油圧シリンダ５，６によつて第１および第２のア
ーム３，４を回動させて、把持装置７を荷物９上
に配置し、油圧モータ８を駆動して各把持部７Ａ
間で荷物９を把持した後、前記油圧シリンダ５を
徐々に伸長させて第１のアーム３、第２のアーム
４を上向きに回動させ、荷物９を地面からゆつく
りと持上げるようにして地切り作業を行うように
し、その後、上部旋回体１Ｂを旋回させて荷物９
を所望の位置へと持運ぶようにしている。

ところで、上述の如く構成された荷役作業機で
は、各アーム３，４を軽量化しているから、作動
時に各アーム３，４に作用する慣性力を小さくで
きる上に、各アーム３，４を回動するための油圧
シリンダ５，６を小型化でき、製造コストを削減
することができる。

しかし、この種の荷役作業機では、各アーム
３，４を軽量化すると共に長大化しているため、
各アーム３，４の剛性が低くなり、荷物９の重量
により各アーム３，４が直線Ａ，Ｂから曲線A′，
B′で示す如く弾性的に撓み変形し易くなつてい
る。

このため、荷物９の地切り作業を行う場合、各
アーム３，４を上向きに回動させても、荷物９の
重量によつて各アーム３，４が撓んでしまい、荷
物９が実際に地切りされ地面から離れたかどうか
を判断するのが難しくなつている。そして、荷物
９が地面から完全に離れる前に上部旋回体１Ｂを
旋回させると、これによつて荷物９が引摺られ、
第７図に示すように各アーム３，４が水平方向に
直線Ｃから曲線C′の如く弾性的に撓み変形し、荷
物９を地面から離した瞬間にこの撓み変形の反動
によつて各アーム３，４が振動を起し、この振動
が長時間持続すると、荷ぶれを起す上に、操作性
が悪くなり、作業の安全性を確保できなくなる。

ところが、従来技術では、前記地切り作業を運
転者が第２のアーム４の先端や荷物９を目視しな
がら勘と経験を頼りにして行なつているに過ぎ
ず、視界が遮られる作業場等においては、地切り
が完了する前に上部旋回体を旋回させてしまうこ
とがあり、各アーム３，４を水平方向に撓ませて
振動を引起してしまう。

このため、従来技術では、前述の如き振動によ
つて荷ぶれを起こし、操作性が悪化するばかりで
なく安全性を確保できないという欠点がある。ま
た、前記振動によつて各アーム３，４に繰返し荷
重が加えられ、各アーム３，４が疲労し、寿命を
低下させてしまうという欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされ
たもので、本発明が解決しようとする問題点は、
作業対象物の地切り前には上部旋回体をロツク状
態におき、地切りが完了した段階でロツク状態を
自動的に解除できるようにして、アームの振動を
防止でき、操作性や安全性を向上でき、アームの
疲労寿命を向上させうるようにした柔構造作業機
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点を解決するために本発明は、下
部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
該上部旋回体に回動可能に設けられた少なくとも
１本の柔構造なアームと、該アームの回動角を検
出する角度検出手段と、作業対象物によつて前記
アームの先端側に付与される荷重を検出する荷重
検出手段と、前記作業対象物の地切り作業に際し
て前記上部旋回体をロツク状態におくためのロツ
ク信号を出力するロツク指令手段と、前記角度検
出手段からの角度信号により前記アーム先端の移
動量を求めると共に、前記荷重検出手段からの荷
重信号により荷重の変化量を求め、該荷重の変化
量を前記移動量でもつて演算する演算手段と、該
演算手段からの演算結果に基づき前記作業対象物
の地切りが完了したか否かを判定し、地切りが完
了したと判定したときには前記上部旋回体のロツ
クを解除するロツク解除信号を出力する動作判定
手段とからなる構成を採用している。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第５図に
基づき、荷役作業機を例に挙げて説明する。な
お、実施例において、前述した第６図、第７図に
示す従来技術と同一の構成要素には同一の符号を
付し、その説明を省略する。

図において、１１は油圧シリンダ５，６を介し
て第１および第２のアーム３，４を回動操作する
ための操作レバーで、該操作レバー１１は上部旋
回体１Ｂの運転室内に設けられた運転者によつて
手動操作されるようになつている。１２，１３は
それぞれ油圧シリンダ５，６に供給する圧油の流
量を制御するため上部旋回体１Ｂ内に配設される
流量制御弁としてのサーボ弁で、該各サーボ弁１
２，１３は後述する作動指令部２２を介して前記
操作レバー１１に接続され、該操作レバー１１の
操作量に応じて前記油圧の流量を制御するように
なつている。

１４は上部旋回体１Ｂと第１のアーム３とのピ
ン結合部に設けられ、このピン結合部を通る水平
線Ｈに対する第１のアーム３の回動角を検出し、
角度信号θ₁を出力する角度計、１５は第１のアー
ム３と第２のアーム４とのピン結合部に設けら
れ、該第１のアーム３に対する第２のアーム４の
回動角を検出し、角度信号θ₂を出力する角度計
で、該各角度計１４，１５によつてアーム２の回
動角を検出する角度検出手段が構成されており、
前記角度信号θ₁，θ₂は後述する第１演算部２０Ａ
に出力されるようになつている。１６は第２のア
ーム４先端と把持装置７とのピン結合部に設けら
れた荷重検出手段としての荷重センサで、該荷重
センサ１６は把持装置７で把持した荷物９によつ
て第２のアーム４先端に付与される荷重を検出
し、荷重信号Ｐを後述の第１演算部２０Ａへと出
力するようになつている。

一方、図中１７は上部旋回体１Ｂを旋回させる
旋回モータ等からなる旋回回路、１８は該旋回回
路１７を介して上部旋回体１Ｂを旋回操作するた
めの旋回操作レバーで、該旋回操作レバー１８は
上部旋回体１Ｂの運転室内に設けられ、運転者に
よつて手動操作させれるようになつている。ここ
で、該旋回操作レバー１８は例えば、電磁ソレノ
イド等からなるレバーロツク装置１８Ａを有し、
該レバーロツク装置１８Ａは後述のスイツチ１９
からロツク信号が入力されると自動的にロツク状
態におかれ、運転者による該旋回操作レバー１８
の手動操作を不可能とし、後述の動作判定手段２
１からロツク解除信号が入力されたときにはロツ
ク状態を解除し、運転者による旋回操作レバー１
８の手動操作が可能となるように構成されてい
る。

次に、１９は上部旋回体１Ｂの運転室内に設け
られ、荷物９の地切り作業に際して前記操作レバ
ー１１の操作前としてのスイツチで、該スイツチ
１９は押下されるとON状態に設定され、後述の
記憶部２０Ｂ、動作判定手段２１を介してレバー
ロツク装置１８Ａへとロツク信号を出力するよう
になつている。また、このとき該スイツチ１９は
図示しない回路を介して把持装置７に荷物９を把
持することを指示すると共に、後述の動作指令部
２２に地切り作業の開始を指示し、該動作指令部
２２は操作レバー１１の操作量に応じた信号を各
サーボ弁１２，１３へと出力し、各油圧シリンダ
５，６を介して各アーム３，４が荷物９を実質的
に引摺ることなく鉛直方向へと持上げ、良好に地
切り作業を行ないうるように各アーム３，４の回
動を制御するようになつている。

２０は前記各角度計１４，１５からの角度信号
θ₁，θ₂により第２のアーム４先端の移動量dδを求
めると共に、前記荷重センサ１６からの荷重信号
Ｐにより荷重の変化量dFを求め、該荷重の変化
量dFを移動量dδでもつて演算する演算手段で、
該演算手段２０は第１演算部２０Ａ、記憶部２０
Ｂおよび第２演算部２０Ｃから構成される。ここ
で、第１演算部２０Ａは第２図に例示する如き、
関係下に各アーム３，４および角度信号θ₁，θ₂が
あるとき、基準線Ｒからの第２アーム４先端の位
置δを、例えば、 δ＝Ｌ＋l_1sioθ−l_2sio（θ₁＋θ₂） なる関数から求め、微小の移動量dδごとに位置
データδ₁，δ₂…δ_i-1，δ_i等をサンプリングすると同
時に、これに対応して微小の移動量dδごとに荷
重信号Ｐから荷重データF₁，F₂…F_i-1，F_i等を求
める。また、記憶部２０Ｂはスイツチ１９の閉成
によつて第１演算部２０Ａからの最初の位置デー
タδ₁、荷重データF₁を取込み、これ以後の各デー
タは後述する動作判定手段２１から更新信号が入
力されたときにのみ第１演算部２０Ａからの位置
データδ₂，δ₃，…、荷重データF₂，F₃，…を順次
取込み更新するようになつている。さらに、第２
演算部２０Ｃは第１演算部２０Ａから最初の位置
データδ₁、荷重データF₁が入力され、以後微小の
移動量dδごとに順次位置データδ₂，δ₃，…、荷重
データF₂，F₃，…が自動的に入力され、記憶部
２０Ｂに記憶されている更新前の位置データδ₁，
δ₂、…と荷重データF₁，F₂，…とをdF／dδなる
微分演算を行い、この演算結果を後述の動作判定
手段２１に出力する機能を有する。即ち、第２演
算部２０Ｃの位置データδ₁、荷重データF₁が第１
演算部２０Ａから入力されている状態で、第２の
アーム４先端が微小の移動量dδだけ移動して、
第１演算部２０Ａから位置データδ₂、荷重データ
F₂が入力されたとき、記憶部２０Ｂから位置デ
ータδ₁を取込んで、これらの位置データδ₁，δ₂お
よび荷重データF₁，F₂から移動量dδ＝δ₂−δ₁およ
び荷重の変化量dF＝F₂−F₁を求め、dF／dδなる
微分演算を行うようになつており、以後同様の演
算を順次行う。

ここで、第３図は前述のようにして求めた位置
データδと荷重データＦとの関係を特性曲線ｇで
もつて表しており、第４図はこの特性曲線ｇを拡
大して示すと共に第２演算部２０Ｃにおける
dF／dδなる演算結果を特性曲線g′でもつて表わ
している。また、点Ｇは荷物９の地切りが完了し
た時点における位置データδ_i、荷重データF_iを示
している。即ち、荷重データF_iは荷物９の重量に
対応している。そして、第２演算部２０Ｃにおけ
るdF／dδなる演算結果は荷物９の地切り途中で
はdF／dδ＞０となり、地切りが完了するとdδ＞
０、dF＝０となるからdF／dδ＝０となり、後述
の動作判定部２１において地切りの完了が判定さ
れるようになつている。一方、地切り作業の途中
で各アーム３，４の回動を停止させた場合には、
dδ＝０、dF＝０となりdF／dδ＝０となつて誤動
作が生じるので、この誤動作を防止すべく位置デ
ータδがdδだけ増加しない間は第１演算部２０
Ａから第２演算部２０Ｃへと各データδ、Ｆが出
力されず、第２演算部２０Ｃにおける演算結果は
各アーム３，４の停止前の値に維持されるように
なつている。

次に、２１は前記第２演算部２０Ｃからの演算
結果dF／dδに基づき荷物９の地切りが完了した
か否かを判定する動作判定手段で、該動作判定手
段２１は前記演算結果がdF／dδ＝０となつたと
きに地切りの完了を判定し、前記レバーロツク装
置１８Ａへとロツク解除信号を出力し、旋回レバ
ー１８のロツク状態を解除するようになつてい
る。一方、前記演算結果がdF／dδ＞０の間は地
切り途中であることを判定し、後述の動作指令部
２２へと各アーム３，４の回動動作を継続するよ
うに指示すると共に、前記記憶部２０Ｂに位置デ
ータδ、荷重データＦを更新するように指示し、
該記憶部２０Ｂでは例えば位置データδ₁、荷重デ
ータF₁がリセツトされ、次なる時点の位置デー
タδ₂、荷重データF₂が記憶され、順次位置データ
δ、荷重データＦが更新され、記憶される。

さらに、２２は前記スイツチ１７がON状態に
設定されると第５図に示すように前記操作レバー
１１の操作量に応じた微小特性Ｄを設定して、微
速信号を各サーボ弁１２，１３へと出力し、各油
圧シリンダ５，６を介して各アーム３，４に荷物
９の地切り作業を行わせる動作指令部で、該動作
指令部２２は前記動作判定手段２１からロツク解
除信号が出力されたときには、再び操作レバー１
１の操作量に対応した高特性Ｅを設定し、通常の
フロント動作信号を出力するようになつている。

次に、以上の通り構成される荷役作業機の作動
について説明する。

まず、操作レバー１１を手動操作して各アーム
３，４を回動させ、把持装置７を荷物９の位置に
配置し、スイツチ１９をON状態に設定する。こ
れによつて旋回操作レバー１８はロツク状態に設
定され、把持装置７は荷物９を把持する一方、動
作指令部２２は地切り作業の開始状態に設定され
る。この状態で、操作レバー１１を再び操作する
と、該動作指令部２２は第５図中の特性Ｄに基づ
き操作量に応じた微速信号を各サーボ弁１２，１
３へと出力し、各油圧シリンダ５，６を介して各
アーム３，４に荷物９の地切り作業を行わせる。

このとき、各角度計１４，１５は各アーム３，
４の回動角を検出して角度信号θ₁，θ₂を、また、
荷重センサ１６は荷重信号Ｐをそれぞれ第１演算
部２０Ａへと出力し、該第１演算部２０Ａでは微
小の移動量dδごとに位置データδと荷重データ
Ｆとを求め、初期位置データδ₁、荷重データF₁を
記憶部２０Ｂ、第２演算部２０Ｃに出力し、アー
ム４先端が微小移動量dδだけ移動すると、次な
る位置データδ₂、荷重データF₂を第２演算部２０
Ｃへと出力する。そして、該第２演算部２０Ｃで
は前記データδ₂，F₂と記憶部２０Ｂからのデータ
δ₁，F₁とからdF／dδなる微分演算を行い、この
演算結果を動作判定手段２１へと出力し、該動作
判定手段２１は演算結果がdF／dδ＞０であると
き、地切り途中であることを判定し、記憶部２０
Ｂの各データδ₁，F₁をリセツトさせ、次なるデー
タδ₂，F₂を記憶させると共に動作指令部２２に地
切り作業の継続を指示する。そして、第２演算部
２０Ｃはアーム４先端が微小移動するごとに、演
算dF／dδを順次行い、各演算結果が動作判定手
段２１において判定され、各データδ，Ｆが第４
図中の点Ｇを越えたときには、dF＝０となるか
ら演算結果がdF／dδ＝０となり、該動作判定手
段２１は地切りが完了したことを判定し、レバー
ロツク装置１８Ａにロツク解除信号を出力し、旋
回操作レバー１８のロツク状態を解除する。かく
して、旋回操作レバー１８を手動操作することに
より、旋回回路１７を介して上部旋回体１Ｂが旋
回操作可能となる。

従つて、本実施例によれば、地切り作業時に自
動的に旋回操作レバー１８がロツク状態におか
れ、地切り作業の完了後にこのロツク状態が解除
されるから、視界が遮られた作業場等においても
地切り前に上部旋回体１Ｂを旋回させ荷物９を引
摺つて各アーム３，４に振動を引き起してしまう
ような事態を確実に防止でき、操作性を向上で
き、作業の安全性を確保できる。また、各アーム
３，４の疲労寿命を確実に向上させることがで
き、各アーム３，４の軽量化や長化を促進するこ
とができる。

なお、前記実施例では、第２演算部２０Ｃにお
いて微分演算dF／dδを行うものとして述べたが、
これに代えて、他の演算、例えばdF×dδなる演
算を行つてもよい。

また、前記実施例では、旋回操作レバー１８を
レバーロツク装置１８Ａによつてロツクすること
により上部旋回体１Ｂをロツク状態におくものと
して述べたが、これに代えて、旋回モータ等の旋
回回路１７自体をロツクするようにしてもよい。
さらに、前記実施例では、１本の操作レバー１１
で各サーボ弁１２，１３を介して油圧シリンダ
５，６を操作するものとして述べたが、各油圧シ
リンダ５，６を別々の操作レバーで操作するよう
にしてもよいことは勿論である。この場合、動作
判定手段によて作動する動作指令部２２も各操作
レバー毎に設けられるものである。さらにまた、
前記実施例では、地切り作業時に各アーム３，４
を回動させるものとして述べたが、いずれかのア
ーム３または４のみを回動させるようにしてもよ
い。

加えて、前記実施例では荷役作業機を例に挙げ
て説明したが、本発明はこれに限定されず、油圧
クレーン等の他の柔構造作業機に適用できるもの
で、この場合、アーム２を１個または３個以上の
アームで構成してもよい。また、把持装置７以外
の作業装置、例えば吊り荷用のフツク等を用いて
もよい。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明によれば、作業対象
物の地切り作業に際して上部旋回体をロツク状態
におくロツク指令手段を設け、演算手段におい
て、該作業対象物によつてアームの先端側に付与
される荷重の変化量を該アーム先端の移動量でも
つて演算するようにし、この演算結果に基づいて
動作判定手段で地切り作業が完了したか否かを判
定し、地切りが完了したと判定したときに前記上
部旋回体のロツクを解除するようにしたから、地
切り前に上部旋回体を旋回させ、作業対象物を引
摺り、アームを振動させるような事態を確実に防
止でき、操作性を向上でき、作業の安全性を確保
できる。また、アームの疲労寿命を向上でき、該
アームの軽量化、長大化を促進させることがで
き、柔構造作業機において生じている地切り作業
時の問題を確実に解決できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の実施例に係り、
第１図は荷役作業機とその制御回路を示す説明
図、第２図は第１図中に示す荷役作業機のフロン
ト先端位置を求めるための説明図、第３図は移動
量と荷重の変化量との関係を示す線図、第４図は
第３図中の要部を拡大し、微分演算の結果をサン
プリングした線図、第５図は第１図中に示す動作
指令部で出力されるメータリング特性線図、第６
図および第７図は従来技術による荷役作業機を示
し、第６図はその作動状態を示す正面図、第７図
は第６図中の要部を示す平面図である。 １……本体、１Ａ……下部走行体、１Ｂ……上
部旋回体、２……アーム、３……第１のアーム、
４……第２のアーム、５，６……油圧シリンダ、
１４，１５……角度計、１６……荷重センサ、１
７……油圧回路、１８……旋回操作レバー、１９
……スイツチ、２０……演算手段、２１……動作
判定手段、dδ……移動量、dF……荷重の変化量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回
   体と、該上部旋回体に回動可能に設けられた少な
   くとも１本のアームと、該アームの回動角を検出
   する角度検出手段と、作業対象物によつて前記ア
   ームの先端側に付与される荷重を検出する荷重検
   出手段と、前記作業対象物の地切り作業に際して
   前記上部旋回体をロツク状態におくためのロツク
   信号を出力するロツク指令手段と、前記角度検出
   手段からの角度信号により前記アーム先端の移動
   量を求めると共に、前記荷重検出手段からの荷重
   信号により荷重の変化量を求め、該荷重の変化量
   を前記移動量でもつて演算する演算手段と、該演
   算手段からの演算結果に基づき前記作業対象物の
   地切りが完了したか否かを判定し、地切りが完了
   したと判定したときには前記上部旋回体のロツク
   を解除するロツク解除信号を出力する動作判定手
   段とから構成してなる柔構造作業機。