JPH0559220B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は、軌跡制御により地面との姿勢角を所
定の値に保持しつつ作業用アタツチメントを昇降
させるアーム式作業機に関し、特にアーム先端が
軌跡制御不能領域にあることを運転者に報知する
ようにしたものである。

Ｂ 従来の技術 この種のアーム式作業機として本出願人は、第
８図に示すようなものを先に提案した。

第８図において、油圧シヨベル本体は、上部旋
回体１と下部走行体２とから成り、上部旋回体１
には第１のアーム２１が回動可能に取付けられて
いる。第１のアーム２１の先端には、第２のアー
ム２４が回動可能に取付けられ、この第２のアー
ム２４の先端に第３のアーム２７が回動可能に取
付けられている。これらの第１、第２、第３のア
ーム２１，２４，２７は、それぞれ図示せぬシリ
ンダにより駆動される。第３のアーム２７の先端
には、作業用アタツチメントとして例えばオーガ
マシンが取付け吊持され、その下端にオーガスク
リユが取付けられる。また、このアーム式作業機
には、第１〜第３のアーム操作用の操作レバーと
は別に、例えば垂直軌跡制御を指令するための軌
跡制御レバーが設けられている。

このように構成された油圧シヨベルにてオーガ
マシンによる掘削作業を行うには、上述の軌跡制
御レバーを操作して行う。この操作により、例え
ば第１のアーム２１を固定し、第２、第３のアー
ム２４，２７を軌跡制御して、第３のアーム２７
の先端を同一半径R₀（第１のアーム２１の基部回
転中心と第３のアーム２７の先端との水平距離）
のまま降下させる。これにより第３のアーム２７
の先端に取付けられたオーガマシンおよびオーガ
スクリユが垂直のまま下降し地面に孔が穿設され
る。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 ところで、第１のアーム２１の対地角度がα₁の
とき、作業当初における第３のアーム２７の先端
は、通常の操作レバーの操作により円弧軌跡Ｋ
１，Ｋ２で囲まれたＪで示す範囲内の任意の点に
設定可能となる。今、作業当初に第３のアーム２
７の先端をＤ点に設定して軌跡制御レバーを操作
する場合には、Ｄ点からＥ点まではアーム２７の
先端を連続的に垂直軌跡制御できる。しかし、作
業当初にＦ点に設定し、Ｇ点まで軌跡制御させよ
うとすると、Ｉ点において第２のアーム駆動用シ
リンダ（不図示）がストロークエンドまで達する
ため、第３のアーム２７の先端を垂直に下降させ
ることができなくなる。したがつて、軌跡制御レ
バーによる各シリンダの駆動を禁止し、掘削作業
を中断させている。このような領域を斜線で示
し、垂直軌跡制御不能領域と呼ぶ。

このようなアーム式作業機にあつて、作業者を
して、作業当初に第３のアーム２７の先端が垂直
軌跡制御不能領域に位置しているか否かを判断す
るのが難しく、掘削作業の中断を事前に回避でき
ないという問題点があつた。

本発明の目的は、アーム先端が軌跡制御不能領
域にあることを報知して作業効率の向上を図つた
アーム式作業機を提供することにある。

Ｄ 問題点を解決するための手段 クレーム対応図である第１図により説明する
と、本発明は、作業機本体に回動可能に連結され
た軌跡制御用第１アーム１０１と、この軌跡制御
用第１アーム１０１の先端に回動可能に連結され
た軌跡制御用第２アーム１０２とを少なくとも備
え、第１アーム１０１および第２アーム１０２が
駆動手段１０９により駆動されるアーム式作業機
に適用される。そして上述の問題点は、軌跡制御
用第２アーム１０２の先端に吊持される作業用ア
タツチメント１０３と、軌跡制御時に操作される
操作手段１０４と、この操作手段１０４からの指
令信号により第１および第２のアーム１０１，１
０２を軌跡制御して、地面との姿勢角を所定の値
に保持しつつ作業用アタツチメント１０３を昇降
させるべく駆動手段１０９を駆動制御する軌跡制
御手段１０５と、軌跡制御の途中で第２アーム１
０２の先端が軌跡制御不能となるような、作業開
始時において第２アーム１０２の先端が位置する
領域を演算する領域演算手段１０６と、第２アー
ム１０２の先端が演算された領域内に位置してい
ることを判定して判定信号を出力する判定手段１
０７と、その判定信号により警報を出力する警報
手段１０８とを具備することにより解決される。

Ｅ 作用 領域演算手段１０６は軌跡制御不能領域を演算
する。この軌跡制御不能領域とは、作業開始時に
おいて第２アーム１０２の先端がこの領域内に位
置すると軌跡制御の途中で第２アーム１０２の先
端が軌跡制御不能となるような領域である。判定
手段１０７は、第２アーム１０２の先端が演算さ
れた領域内に位置していることを判定すると、判
定信号を出力し、この判定信号により警報手段１
０８が、警報を出力する。これにより、作業者
は、第２アーム１０２の先端が軌跡制御不能な領
域に位置していることが作業開始時にわかるの
で、予め軌跡制御不能領域外の位置に第２アーム
１０２の先端を移動設定してから軌跡制御による
作業を行うから、作業を途中で中断することがな
くなり作業効率が向上する。

Ｆ 実施例 第２図〜第７図に基づいて、本発明の一実施例
を説明する。

（） 実施例の構成 第２図において、上部旋回体１には第１のアー
ム２１が回動支点２２に回動可能に取付けられ、
この第１のアーム２１は第１のアーム用シリンダ
２３によつて駆動される。第１のアーム２１の先
端には第２のアーム２４が回動支点２５に回動可
能に取付けられ、この第２のアーム２４は第２の
アーム用シリンダ２６によつて駆動される。第２
のアーム２４の先端には第３のアーム２７が回動
支点２８に回動可能に取付けられ、この第３のア
ーム２７は第３のアーム用シリンダ２９によつて
駆動される。

第３図に示すように、第３のアーム２７の先端
には、ピン３０によりオーガマシン３１が取付け
られ、このオーガマシン３１に内蔵されたモータ
と減速機によつてオーガスクリユ３２が駆動され
る。すなわち、オーガマシン３１は第３のアーム
２７に吊持され、オーガスクリユ３２は鉛直方向
に延設する。

また、第２図において、第１のアーム２１の回
動支点２２近傍には、第１のアーム２１の対地角
α₁（第４図）を検出する対地角度計３３が設けら
れ、第２のアーム２４の回動支点２５および第３
のアーム２７との回動支点２８にはそれぞれ相対
角度θ₂，θ₃（第４図）を検出する相対角度計３４，
３５が設けられている。対地角度計３３として重
錘振子式角度計、相対角度計３４，３５としてポ
テンシヨメータまたはロータリエンコーダが用い
られる。

第５図に油圧回路および制御系を示す。

対地角度計３３、相対角度計３４，３５の出力
α₁，θ₂，θ₃はマイクロプロセツサ等を有する演算
制御回路４１に入力される。４２はアーム長設定
器であり第１〜第３のアーム２１，２４，２７の
基準長さ₁〜₃（第４図）をキーで設定し演算
制御回路４１に入力する。また、４３は、軌跡制
御用操作レバー４３ａの操作量に応じた作業速度
でアースオーガ３１を同一作業半径のまま昇降さ
せる速度信号設定装置であり、ここから速度指令
信号ｖが演算制御回路４１に入力される。

演算制御回路４１は、例えば特公昭61−45025
号に開示されているような軌跡制御演算を行う。
本例では、第３のアーム２７の先端軌跡が作業半
径Ｒ＝一定となるような垂直軌跡制御を行う。そ
の際、演算制御回路４１は、対地角度計３３およ
び相対角度計３４，３５の出力α₁，θ₂，θ₃に基づ
いて、第４図に示す作業半径R₀、作業高さH₀お
よび対地角α₁における最小作業半径Rmin、最大
作業高さHmax（第７図）を後述する式により演
算する。

なお、本明細書における作業半径とは、以下の
説明を簡単とするため、第１のアーム２１の基部
回転中心から第３のアーム２７の先端までの水平
距離とする。また、作業高さとは、同じく以下の
説明を簡単とするため、第１のアーム２１の基部
回転中心から第３のアーム２７の先端までの垂直
距離とする。

演算された作業半径R₀、作業高さH₀、最小作
業半径Rmin、最大作業高さHmaxは、それぞれ
の大きさに応じた電圧値にアナログ変換されて領
域判定部６０に入力される。

第６図は領域判定部６０の詳細回路を示し、演
算された作業半径R₀はコンパレータ６１の反転
入力端子に、作業高さH₀はコンパレータ６２の
非反転入力端子に入力される。また、最小作業半
径Rminはコンパレータ６１の非反転入力端子
に、最大作業高さHmaxはコンパレータ６２の反
転入力端子にそれぞれ入力される。コンパレータ
６１，６２の出力電圧は、アンドゲート６３にそ
れぞれ入力され、アンド出力はトランジスタ７１
のベースに入力される。７２はブザーであり、電
源Vccとトランジスタ７１のコレクタとの間に設
けられ、トランジスタ７１のエミツタ側にアース
接地されている。したがつて、アンドゲート６３
がオンするとトランジスタ７１が導通してブザー
７２が作動する。

さらに第５図において、演算制御回路４１は、
アースオーガ３１を垂直に押圧すべく各油圧シリ
ンダ２６，２９の伸縮量を演算し、各油圧シリン
ダ２６，２９の伸縮を制御する電磁比例弁４５，
４６に駆動信号i₁，i₂を出力する。この電磁比例
弁４５，４６は、油圧ポンプ４７ａ，４７ｂと各
油圧シリンダ２６，２９との間に設けられ、入力
される駆動信号に応じた切換位置および開口面積
が設定される。第１のアーム用シリンダ２３およ
び第３のアーム用シリンダ２９は、それぞれパイ
ロツト式方向切換弁４８，４９を介してそれぞれ
油圧ポンプ４７ａ，４７ｂと接続可能となつてい
る。そして、操作レバー５０ａによりパイロツト
バルブ５０を操作して方向切換弁４８を、操作レ
バー５１ａによりパイロツトバルブ５１を操作し
て方向切換弁４９をそれぞれ切換制御することに
よりアーム２１，２７用の油圧シリンダ２３，２
９を単独で駆動できる。また、第２のアーム用シ
リンダ２６についても、操作レバー４３ａを所定
の方向に（前後方向が軌跡制御用であれば左右方
向）に操作して電磁比例弁４５を切り換えること
によつて単独で駆動することが可能である。な
お、５２は操作用のパイロツトポンプである。

（） 実施例の構成と発明の構成との対比 以上の実施例において、第２のアーム２４が軌
跡制御用第１アーム１０１を、第３のアーム２７
が軌跡制御用第２アーム１０２を、シリンダ２
６，２９が駆動手段１０９を、オーガマシン３１
およびオーガスクリユ３２が作業用アタツチメン
ト１０３を、軌跡制御用操作レバー４３ａが操作
手段１０４を、演算制御回路４１が軌跡制御手段
１０５および領域演算手段１０６を、領域判定部
６０が判定手段１０７を、ブザー７２が警報手段
１０８をそれぞれ構成する。

（） 実施例の動作 このように構成された作業車両においては、ま
ず、第１〜第３のアーム駆動用操作レバー５０
ａ，４３ａ，５１ａを操作することにより所望の
作業半径R₀および作業高さH₀を得る。次いで、
軌跡制御用操作レバー４３ａを例えば前後方向に
操作すると、演算制御回路４１において操作開始
時の作業半径R₀および作業高さH₀が次のように
して設定される。

今、第４図に示すように、第１〜第３のアーム
２１，２４，２７の基準長さ（各連結点距離）を
₁〜₃、対地角度計３３で検出される第１のア
ーム２１の対地角をα₁、相対角度計３４，３５で
それぞれ検出される第２，第３のアーム２４，２
７の相対角度をθ₂，θ₃とすると、作業半径Ｒおよ
び作業高さＨは、 Ｒ＝₁cosα₁＋₂cos（α₁−θ₂）＋₃cos（α₁−
θ₂
−θ₃） Ｈ＝₁sinα₁＋₂sin（α₁−θ₂）＋₃sin（α₁−
θ₂
−θ₃） で表される。この式に基づいて作業半径R₀およ
び作業高さH₀が設定される。

軌跡制御用レバー４３ａを操作すると、上述の
ようにR₀，H₀が設定されるとともに、そのとき
のアーム２１の対地角α₁における最小作業半径
Rminおよび最大作業高さHmaxが以下のように
して設定される。

第７図に示すように、第２のアーム用シリンダ
２６（第２図）を最も伸長させた状態で、第３の
アーム２７を水平にしたときの第３のアーム２７
の先端と第１のアーム２１の基部回転中心との水
平距離をRminと定義し、垂直距離をHmaxと定
義する。このような姿勢をとる際、第１のアーム
２１の対地角をα₁、第１、第２のアーム２１，２
４の相対角をθ₂₀とすれば、RminおよびHmax
は、 Rmin＝₁cosα₁＋₂cos（α₁−θ₂₀）＋₃ …(1) Hmax＝₁sinα₁＋₂sin（α₁−θ₂₀） …(2) で表わされる。今、第７図において、２本の円弧
Ｋ１，Ｋ２が第３のアーム２７の先端がとり得る
最小および最大の軌跡であり、両軌跡Ｋ１，Ｋ２
で囲まれた領域Ｊ内を第３のアーム２７の先端が
任意に移動し得る。この領域Ｊのうち、R₀＜
Rmin、かつH₀＞Hmaxを満たす斜線で示す領域
FBに第３のアーム２７の先端が位置している場
合、その位置から垂直軌跡制御を行なうと、円弧
Ｋ１で規定された高さまで第３のアーム２７の先
端が降下すると、それ以上垂直に降下できないた
め垂直軌跡制御が停止される。

そこで、本発明では、この領域FBを垂直軌跡
制御不能領域として、作業開始時に運転者にそれ
を報知するものであるが、上記(1)、(2)式で定義さ
れる最小作業半径Rminおよび最大作業高さ
Hmaxは、かかる垂直軌跡制御不能領域を判定す
るために用いられる。

上式により演算されたR₀，Rminは、第６図に
示すコンパレータ６１に、H₀，Hmaxはコンパ
レータ６２にそれぞれ入力され比較される。上述
の条件、 R₀＜Rmin、かつH₀＞Hmax が満たされると、コンパレータ６１，６２の出力
はいずれもハイレベルとなるのでアンドゲート６
３がオンしてトランジスタ７１が導通し、その結
果ブザー７２が警告音を発生する。

以上の動作により、作業者は、アーム２７の先
端が垂直軌跡制御不可能な領域FBに位置してい
る場合、警告音により軌跡制御が始まる前にその
旨を知り、アーム２７の先端を軌跡制御可能な範
囲に位置決めし直して作業を行なうことができる
ので、作業途中で軌跡制御が中断することがな
く、作業効率の向上が図れる。

なお、アーム２７の先端が垂直軌跡制御可能な
範囲に位置していた場合、軌跡制御の手順は以下
のように行なわれる。

軌跡制御用レバー４３ａを操作すると、上述の
ようにR₀，H₀，Rmin，Hmaxが設定されるとと
もに、速度信号設定装置４３はレバー４３ａの操
作量に応じた速度でアースオーガ３１を降下させ
るべく速度信号ｖを設定し演算制御回路４１に出
力する。演算制御回路４１は、相対角度計３４，
３５からの入力信号により第２図に示すアーム２
７の先端位置C₀の座標（R₀，Y₀）およびアーム
２４の先端位置B₀の座標を演算する。さらに、
C₀からΔY₁だけ下方のアーム２７における先端
位置の目標点C₁の座標（R₀，Y₀−ΔY₁）を求め
るとともに、第３のアーム２７の先端が目標点
C₁まで移動した場合に第２のアーム２４の先端
が位置すべき目標点B₁の座標を演算する。この
C₁，B₁に関する演算結果と速度指令信号ｖとか
ら各油圧シリンダ２６，２９の伸縮量を演算し、
その結果に基づいて電磁比例弁４５，４６に駆動
信号i₁，i₂を出力する。電磁比例弁４５，４６は、
入力された駆動信号i₁，i₂に応じて所定の位置に
切り換わり、油圧ポンプ４７ａ，４７ｂからの吐
出油が電磁比例弁４５，４６を介して各シリンダ
２６，２９にそれぞれ供給される。これによりシ
リンダ２６，２９は所定の速度で伸縮するので各
アーム２４，２７が回動し、その先端が位置B₁、
位置C₁にそれぞれ移動する。その結果、オーガ
マシン３１がΔY₁だけ降下する。

次いで、演算制御回路４１は、C₁からΔY₂だ
け下方の目標点C₂の座標（R₀，Y₀−ΔY₁−
ΔY₂）、および第３のアーム２７の先端が目標点
C₂に移動する場合に第２のアーム２４の先端が
位置すべき目標点B₂の座標を演算する。

以上のような動作を遂次行なうことによりオー
ガマシン３１が地面と垂直のまま下降し、孔が穿
設される。

（） 他の実施例 また、本発明は、上述のように第１〜第３の３
本のアームを有せず、上部旋回体に回動可能に取
付けられた第１のアームと、たの第１のアームの
先端に回動可能に取付けられた第２のアームとを
有し、第２のアームの先端に作業用アタツチメン
トが取付けられる油圧シヨベルにも適用できる。
この場合、第１のアームの対地角をα₂、第１およ
び第２のアームの長さをそれぞれ₁，₂とする
と、最小半径Rmin、最大高さHmaxは、 Rmin＝₁cosα₂＋₂ Hmax＝₁sinα₂ で表わされる。

（） 変形例 なお、警報手段としてブザーを用いた例を示し
たが、これに限定されず、軌跡制御不能の旨を音
声により知らせるようにしてもよく、またCRT
等に表示させるようにしてもよい。さらに、軌跡
制御に関しては、垂直軌跡制御以外、例えば水平
軌跡制御、あるいは杭を斜めに打ち込むような対
地姿勢角一定といつた軌跡制御でもよい。

Ｇ 発明の効果 本発明によれば、軌跡制御の途中で第２アーム
の先端が軌跡制御不能となるような領域内に第２
アームの先端が位置しているときは、それを運転
者に報知するようにしたので、作業者は作業開始
時にその旨を知ることができ、したがつて、作業
が途中で中断することがなくなり作業効率の向上
が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図である。第２図〜第７
図は本発明の実施例を示し、第２図はアースオー
ガの作業例を示す図、第３図は第３アームの先端
とオーガマシンとの取付け部を示す図、第４図は
各アームの対地角度および相対角度を示すモデル
図、第５図は制御系を示すブロツク図、第６図は
領域判定部を示す回路図、第７図は最小作業半径
および最大作業高さを示すモデル図である。第８
図は従来の作業例を示すアースオーガの正面図で
ある。 ２１……第１のアーム、２４……第２のアー
ム、２７……第３のアーム、２３，２６，２９…
…油圧シリンダ、３３……対地角度計、３４，３
５……相対角度計、４１……演算制御回路、４３
……速度信号設定装置、６０……領域判定部、７
２……ブザー、１０１……軌跡制御用第１アー
ム、１０２……軌跡制御用第２アーム、１０３…
…作業用アタツチメント、１０４……操作手段、
１０５……軌跡制御手段、１０６……領域演算手
段、１０７……判定手段、１０８……警報手段、
１０９……駆動手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 作業機本体に回動可能に連結された軌跡制御
   用第４アームと、この軌跡制御用第１アームの先
   端に回動可能に連結された軌跡制御用第２アーム
   とを少なくとも備え、前記第１アームおよび第２
   アームを駆動手段により駆動するようにしたアー
   ム式作業機において、 前記軌跡制御用第２アームの先端に吊持される
   作業用アタツチメントと、 軌跡制御時に操作される操作手段と、 この操作手段からの指令信号により前記第１お
   よび第２のアームを軌跡制御して、地面との姿勢
   角を所定の値に保持しつつ作業用アタツチメント
   を昇降させるべく前記駆動手段を駆動制御する軌
   跡制御手段と、 軌跡制御の途中で前記第２アームの先端が軌跡
   制御不能となるような、作業開始時において前記
   第２アームの先端が位置する領域を演算する領域
   演算手段と、 前記第２アームの先端が前記演算された領域内
   に位置していることを判定して判定信号を出力す
   る判定手段と、 その判定信号により警報を出力する警報手段と
   を具備することを特徴とするアーム式作業機。