JPH0647829B2 - ブーム型作業機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、バックホー等のブーム型作業機の制御装置に
関するものである。

（従来の技術） 先端に作業具を有するブームを車体に縦軸廻りに揺動自
在に設け、作業時にブームを縦軸廻りに揺動させなが
ら、作業具により所定の作業を行うブーム型作業機に
は、例えばバックホー等がある。

バックホーは、車体に装着された機枠に、揺動シリンダ
の伸縮により縦軸廻りに揺動自在に揺動枠を備え、この
揺動枠に、ブームシリンダの伸縮により縦軸廻りに上下
動自在にブームを備え、このブームの先端にアームを介
してバケットを屈折自在に枢着し、揺動シリンダ、ブー
ムシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダを、
操作レバーに連動する制御弁により伸縮制御するように
なっている。

（発明が解決しようとする課題） この種の従来のバックホーで溝掘作業を行う場合、バケ
ットに土砂を掬い込んだ後、揺動枠と共にブームを側方
の排土位置まで揺動させて排土する必要がある。従っ
て、掘削作業中は、ブームを掘削位置と排土位置との間
で繰返し揺動させなければならず、従来の操作レバーに
よる人為的操縦では運転が非常に煩雑であり、熟練度を
要する欠点があった。

特に掘削すべき溝幅が狭い場合には、排土後にブームを
掘削位置に停止させる際の停止精度が要求されるが、常
に目的の停止位置、即ち掘削位置に確実に停止させるこ
とは困難である。そのため、従来ではブームを目的の停
止位置の近傍で一旦停止させた後、そのオーバーラン位
置又はアンダーラン位置より、再度、揺動シリンダを微
動させながらブームを最終目的の停止位置まで揺動させ
る方法を採ることが度々あった。

本発明は上記問題点に鑑み、ブームを停止させるべき目
標位置を設定しておけば、その目標位置にブームを自動
的に停止させることができて、掘削作業等を楽になし得
るようにしたものである。

（課題を解決するための手段） この技術的課題を解決する本発明の技術的手段は、先端
に作業具18を有するブーム16が車体１に縦軸14廻りに揺
動自在に設けられ、このブーム16を揺動制御する制御弁
60と、操作量に応じた大きさの指令信号を出す指令手段
88と、指令手段88からの指令信号の大小によりブームの
動作方向を判別する揺動判別手段115と、該揺動判別手
段115で判別されたブーム16の動作方向に前記制御弁60
を指令手段88からの指令信号の大きさに比例して駆動す
る駆動手段111,114とが設けられたブーム型作業機の制
御装置において、 ブーム16が揺動を停止すべき目標位置を設定する目標位
置設定手段89と、ブーム16の揺動位置を検出する位置検
出手段24と、目標位置設定手段89からの設定信号と位置
検出手段24からの検出信号との偏差を求める偏差手段90
とが設けられ、 ブーム16が前記目標位置に接近した捕捉範囲にあること
を判別する捕捉判別手段120と、ブーム16が目標位置に
近づいていることを判別する接近判別手段122と、捕捉
判別手段120が捕捉範囲にあることを判別しかつ接近判
別手段122がブーム16の接近を判別したとき、前記揺動
判別手段115及び前記駆動手段111,114に送られる指令手
段88からの指令信号を、偏差手段90からの偏差信号に切
り換える切換手段123とが設けられている点にある。

（作用） 例えばバックホー12による掘削作業において、排土後、
ブーム16を左右中央の掘削位置に戻す場合、目標位置設
定手段89によりその目標位置を予め設定しておき、操作
レバー44をブーム16が目標位置に向かうように操作すれ
ばよい。

操作レバー44の操作により、はじめは操作レバー44の操
作量に応じた比例的な速度でブーム16が目標位置に向け
て揺動する。

そして、ブーム16が目標位置に接近した捕捉範囲に到達
すると、切換手段123が自動モードに切換わり、ブーム1
6の現在位置と目標位置との差に応じた速度でブーム16
が目標位置に向けて揺動し、ブーム16が目標位置に近づ
くに従って徐々に揺動速度が低下し、目標位置でスムー
ズに停止する。

（実施例） 以下、図示の実施例について本発明を詳述すると、第２
図において、１はトラクタ車体、２は前輪、３は後輪で
ある。４はハンドル、５は運転席である。

６はトラクタ車体１の前部に装着されたフロントローダ
であって、トラクタ車体１の左右両側に取付けられたマ
スト７と、このマスト７の上端に上下動自在に枢着され
たブーム８と、ブーム８を昇降させるためのブームシリ
ンダ９と、ブーム８の先端に回動自在に枢着されたバケ
ット10と、バケット10を回動させるためのバケットシリ
ンダ11とを有する。

12はトラクタ車体１の後端部に装着されたバックホーで
あって、トラクタ車体１に取付けられた機枠13と、機枠
13に縦軸14廻りに旋回自在に枢着された揺動台15と、揺
動台15に上下動自在に枢着されたブーム16と、ブーム16
の先端に屈折自在に枢着されたアーム17と、アーム17の
先端に回動自在に枢着されたバケット18と、揺動台15上
に設けられたコントロールボックス19及び運転席20とを
有する。揺動台15は第３図に示すように機枠13から後方
に突出する上下一対のブラケット21に縦軸14を介して支
持され、また下部のブラケット21近傍で機枠13と揺動台
15との間に介装された左右一対の揺動シリンダ22,23に
より揺動操作される。揺動台15には、これの揺動量を検
出するための位置検出手段24が取付けられている。ブー
ム16はブームシリンダ25により上下動自在に、アーム17
はアームシリンダ26により屈折自在に、バケット18はバ
ケットシリンダ27により回動自在に夫々操作される。

機枠13の左右両側には、アウトリガー28が装着されてい
る。アウトリガー28は油圧シリンダ型であって、シリン
ダ本体30側が機枠13に上下方向に装着され、またピスト
ンロッド32の下端に接地板34が取付けられている。

コントロールボックス19の上面側には、第４図に示すよ
うに前後左右に揺動自在な２本の操作レバー44,45と、
前後に揺動自在な２本の操作レバー46,47とが設けられ
ている。操作レバー44は左右に操作した時に揺動台15が
左右に揺動し、前後に操作した時にアーム17が屈伸する
ようになっている。操作レバー45は左右に操作した時に
バケット18がスクイ・ダンプし、前後に操作した時にブ
ーム16が上下動するようになっている。操作レバー46,4
7はアウトリガー28,29用である。

第５図は油圧回路を示し、48は油圧ポンプで、トラクタ
車体１に搭載のエンジンにより駆動される。49は流量優
先弁、50はハンドル４に連動するステアリング弁で、ス
テアリングシリンダ51を介して前輪２のステアリング動
作を司るようになっている。52はフロントローダ６側の
ブーム制御弁、53はフロントローダ６側のバケット制御
弁であり、これら制御弁52,53の手動操作によりブーム
シリンダ９及びバケットシリンダ11を制御するようにな
っている。

54,55はアウトリガー28,29を制御する流量比例型の電磁
制御弁で、上昇ソレノイド56,57及び下降ソレノイド58,
59を有する。60は揺動シリンダ22,23を制御する流量比
例型の電磁制御弁で、左ソレノイド61及び右ソレノイド
62を有する。63はバックホー12のブームシリンダ25を制
御するブーム制御弁であって、操作レバー45の前後操作
に連動する。64はアームシリンダ26を制御するアーム制
御弁で、操作レバー44の前後操作に連動する。65はバケ
ットシリンダ27を制御するバケット制御弁で、操作レバ
ー45の左右操作に連動する。66〜73リリーフ弁である。

第１図は電磁制御弁60を制御する電気回路を示し、同図
において、88は揺動指令手段の可変抵抗で、操作レバー
44の左右操作に連動し、かつ操作レバー44の操作量に比
例して指令信号が変化するようになっている。

89は揺動台15の停止すべき目標位置を設定する目標位置
設定手段で、可変抵抗により構成されている。90は偏差
手段で、位置検出手段24の可変抵抗91からの検出信号と
設定手段89からの設定信号との偏差を求め、その偏差信
号を出力するようになっている。

93は三角波発振器で、第６図に示すように一定周波数の
三角波信号ａを発振するものである。115は揺動判別手
段で、左右用の比較部116,117を有し、可変抵抗88から
の指令信号を基準値と比較して、その大小関係から左揺
動信号と右揺動信号とを出力するようになっている。96
はパルス幅変調手段で、可変抵抗88又は偏差手段90から
の信号ｂを三角波信号ａでパルス幅変調するためのもの
であって、夫々２つの比較部99,102から構成されてい
る。比較部99と比較部102とは入力が逆になっており、
比較部99では第６図に示す如く信号ｂが三角波信号ａよ
りも大の時にオンし小の時にオフするパルス信号ｃを発
生し、比較部102では第６図と逆に信号ｂが三角波信号
ａよりも小の時オンし大の時にオフするパルス信号ｃを
発生するようになっている。各比較部99,102の出力側は
アナログスイッチ105,108、駆動手段111,114を介し電磁
制御弁60の各ソレノイド61,62に夫々接続されており、
比較部99,102からのパルス信号により、可変抵抗88又は
偏差手段90からの信号に比例して電磁制御弁60を駆動す
るようになっている。

アナログスイッチ105,108は、判別手段115の比較部116,
117から信号があった時にオンするようになっている。

119は捕捉範囲を設定するための捕捉範囲設定手段で、
可変抵抗器等により構成され、出力する捕捉信号ｄの電
圧を可変調整できるように構成されており、目標位置設
定手段89により設定した目標位置に接近した所定の範囲
を捕捉範囲として設定するためのものである。120はブ
ーム16が捕捉範囲にあることを判別するための捕捉判別
手段で、偏差手段90からの偏差信号ｂと捕捉範囲設定手
段119からの捕捉信号ｄとを入力し、これらの電圧を比
較することにより、ブーム16が設定した捕捉範囲にいる
か否かを判別する。

122はブーム16が設定した目標位置に近づいているか否
かを判別する接近判別手段で、微分回路等により構成さ
れ、偏差手段90からの偏差信号ｂを入力し、この偏差信
号ｂの電圧変化から、ブーム16が、前記目標位置設定手
段89によって設定した目標位置に対してブーム16が接近
しているか否かを判別するように構成されている。

123は手動自動切換手段で、指令手段である可変抵抗88
と偏差手段90とを、後段の揺動判別手段115及びパルス
幅変調手段96に選択的に切換接続するためのもので、通
常時は可変抵抗88を揺動判別手段115及びパルス幅変調
手段96に接続し、ブーム16が捕捉範囲にいるものと捕捉
判別手段120が判別しかつブーム16が目的位置に近づい
ているものと接近判別手段122が判別して、これら判別
手段120,122から捕捉信号ｅ及び接近信号ｆを入力した
とき、偏差手段90を揺動判別手段115及びパルス幅変調
手段96に接続するように構成されている。また手動自動
切換手段123は、操作レバー44が左右方向の中央位置に
セットされたとき可変抵抗88からの指令信号ｂの入力に
より自動モードをリセットし、また目標位置設定手段89
による目標位置の設定が消去されている場合には、自動
モードへの切換えは行われず、常時可変抵抗88からの指
令信号ｂが揺動判別手段115及びパルス幅変調手段96に
出力されるようになっている。

125は掘削作業検出手段で、第２図に示すようにブーム
シリンダ25のストロークを検出するストロークセンサ12
6等を備えて成る。この掘削作業検出手段125は、通常時
はアナログスイッチ127に高電圧を出力して該アナログ
スイッチ127をオンさせると共に、ブームシリンダ25が
縮小してバケット18を地面下方に位置させるようにブー
ム16が掘削状態にまで下降したときに停止信号ｇを出力
してアナログスイッチ127をオフさせ、これにより、掘
削作業中に手動自動切換手段123から揺動判別手段115及
びパルス幅変調手段96への信号を停止させ、ブーム16の
縦軸14廻りの揺動を不能にするようになっている。

129はブーム16を低速で揺動させるための微調節手段
で、可変抵抗器等により構成され、切換スイッチ130を
介してパルス幅変調手段96に、前記揺動指令手段の可変
抵抗88及び偏差手段90からの指令信号ｂ及び偏差信号ｂ
よりも低電圧の微調節信号ｈをパルス幅変調手段96に出
力するように構成されている。切換スイッチ130は、手
動自動切換手段123からパルス幅変調手段96に入力され
る指令信号ｂ又は偏差信号ｂと、微調節手段129からパ
ルス幅変調手段96に入力される微調節信号ｈとを切換え
るためのもので、第４図に示すように操作レバー44の上
端に設けられている。この切換スイッチ130は押釦式の
モーメンタリスイッチにより構成され、押圧操作する毎
に接点130a,130bのオンオフが順次切換わるように構成
されている。

次に上記構成における作用を説明する。バックホー12に
より掘削作業を行う場合には、フロントローダ６のブー
ム８を下げてバケット10を接地させると共に、バックホ
ー12側の機枠13の両側に設けたアウトリガー28,29の接
地板34,35を降して接地させ、これらフロントローダ６
及び左右一対のアウトリガー28,29によりトラクタ車体
１を支持する。

バックホー12による掘削作業において、バケット18内の
土砂を側方の排土位置に排土する場合には、ブーム16を
上昇させた後、揺動シリンダ22,23の伸縮により揺動台1
5、ブーム16を縦軸14廻りに排土位置へと揺動させる。
即ち、操作レバー44を左方向に操作すると、これに連動
して可変抵抗88の抵抗値が小さくなり、その操作量に比
例した指令信号が出る。この指令信号が判別手段115に
送られると、指令信号が小であるため、比較部117が右
揺動指令と判別して右揺動信号を出力し、アナログスイ
ッチ108がオンする。一方、指令信号ｂがパルス幅変調
手段96の比較部99,102に入力し、三角波発振器93の三角
波信号ａと比較される。この場合、指令信号ｂが中点電
圧よりも小であるため、比較部102が両者を比較し、第
６図とは逆に指令信号ｂが三角波信号ａよりも小の時に
オンとなるパルス信号ｃが比較部102より発生する。こ
のパルス信号ｃは両者の偏差が大きい程、パルス幅が広
がり、従って、アナログスイッチ108を介して駆動手段1
14が動作し、電磁制御弁60の右ソレノイド62を励磁す
る。その結果、電磁制御弁60はパルス幅に比例した開度
で右揺動側に切換わり、揺動シリンダ22,23に作動油を
供給するので、揺動台15、ブーム16が縦軸14廻りに右方
向に揺動する。この場合、操作レバー44の操作量に応じ
て比例的な速度でブーム16が揺動するため、任意の速度
でブーム16を動かして行くことができる。

ブーム16が排土位置まで達すれば、操作レバー44を中立
位置に戻し、揺動シリンダ22,23の伸縮を止め、揺動台1
5、ブーム16を排土位置で停止させた後、バケット18の
土砂を排土する。

排土後、ブーム16を左右中央の掘削位置に戻す場合に
は、設定手段89の可変抵抗によりその目標位置を予め設
定しておけば、操作レバー44を右方向に操作するだけ
で、ブーム16を目標位置に自動的に停止させることがで
きる。従って、オペレータは、アーム17、バケット18等
の操作に専念できる。

即ち、操作レバー44の右方向への操作により、はじめは
前記と同様にして可変抵抗88から操作レバー44を操作量
に比例した指令信号ｂが可変抵抗88から出力し、この指
令信号ｂが手動自動切換手段123を介して揺動判別手段1
15及びパルス幅変調手段96の比較部99,102に入力し、そ
の結果、操作レバー44の操作量に応じて比例的な速度で
ブーム16が目的位置に向けて右方向に揺動する。また、
このときブーム16が目標位置に向けて揺動しているの
で、このことを接近判別手段122が判別し、該接近判別
手段122が接近信号ｆを手動自動切換手段123に出力す
る。そして、捕捉範囲設定手段119により予め設定した
捕捉範囲にブーム16が到達すると、捕捉判別手段120が
ブーム16が捕捉範囲にあることを捕捉判別手段120が判
別して捕捉信号ｅを出力するので、手動自動切換手段12
3が捕捉判別手段120と接近判別手段122の両者から捕捉
信号ｅ及び接近信号ｆを入力し、このため手動自動切換
手段123が自動モードに切換わり、偏差手段90の偏差信
号ｂが手動自動切換手段123を介して揺動判別手段115及
びパルス幅変調手段96の比較部99,102に入力するように
なり、ブーム16の現在位置と目標位置との差に応じた速
度でブーム16が目標位置に向けて揺動し、ブーム16が目
標位置に近づくに従って徐々に揺動速度が低下し、目標
位置でスムーズに停止する。そして、操作レバー44を左
右方向の中立位置に戻すと、手動自動切換手段123の自
動モードがリセットされる。

次にブーム16を目標位置で操作レバー44を前方へ操作し
てブーム16を目標位置で下降させ、掘削作業を開始する
と、ブーム16の下降状態から掘削作業検出手段126が掘
削作業中であることを検出し、停止信号ｇを出力してア
ナログスイッチ127をオフさせるので、揺動判別手段115
及びパルス幅変調手段96に指令信号ｂ又は偏差信号ｂは
入力しなくなり、ブーム16の縦軸14廻りの揺動が停止す
る。従って、掘削作業中において誤って操作レバー44を
左右方向に操作した場合でも、不測の揺動指令を無視
し、安定した掘削を継続できる。

また、目標位置での掘削作業の際に、掘削する掘削溝巾
を広げる場合には、ブーム16を下降させた掘削状態か
ら、操作レバー45を上昇方向に操作して、ブーム16を上
昇させてバケット18を地面上方に上げた後、操作レバー
44上端の切換スイッチ130を押圧操作して、接点130bを
オン、接点130aをオフにし、操作レバー44を左又は右方
向に操作すると、可変抵抗88から操作レバー44の操作量
に比例した指令信号が切換手段92を介して揺動判別手段
115に入力すると共に、微調節手段129から低電圧の微調
節信号ｈがパルス幅変調手段96に入力する。従って、パ
ルス幅変調手段96からパルス幅の小さいパルス信号ｃが
アナログスイッチ105,108を介して駆動手段111又は駆動
手段114に入力し、その結果ブーム16が低速で縦軸14廻
り左又は右方向に揺動する。そして操作レバー44を中立
位置に戻すと、揺動判別手段115からアナログスイッチ1
27,128への信号が停止して、アナログスイッチ127,128
がオフするので、ブーム16の揺動が停止する。

（発明の効果） 本考案によれば、目標位置設定手段89によりブーム16を
停止させるべき目標位置に設定しておけば、単に操作レ
バー等の操作部を操作するのみで、ブーム16を目標位置
に自動的に停止させることができ、しかもブーム16が目
標位置に接近した捕捉範囲内に入ると、ブーム16が目標
位置に近づくに伴って速度が徐々に低下し、ブーム16を
目標位置にスムーズに停止させることができる。また、
ブーム16が捕捉範囲に入るまでは、操作レバー等の操作
による手動が優先するので、オペレータの操作ミス等に
よってブーム16が自動モードでオペレータの意思に反し
て目標位置まで動くようなこともなくなり、その操作乃
至取扱いが非常に簡単であり、作業効率を著しく向上し
得る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は電気回路図、
第２図は全体の側面図、第３図は揺動部の平断面図、第
４図はコントロールボックスの平面図、第５図は油圧回
路図、第６図は波形図である。 １……トラクタ車体、14……縦軸、16……ブーム、18…
…バケット（作業具）、24……位置検出手段、60……電
磁制御弁、88……可変抵抗（揺動指令手段）、89……目
標位置設定手段、90……偏差手段、111,114……駆動手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端に作業具18を有するブーム16が車体１
   に縦軸14廻りに揺動自在に設けられ、このブーム16を揺
   動制御する制御弁60と、操作量に応じた大きさの指令信
   号を出す指令手段88と、指令手段88からの指令信号の大
   小によりブームの動作方向を判別する揺動判別手段115
   と、該揺動判別手段115で判別されたブーム16の動作方
   向に前記制御弁60を指令手段88からの指令信号の大きさ
   に比例して駆動する駆動手段111,114とが設けられたブ
   ーム型作業機の制御装置において、 ブーム16が揺動を停止すべき目標位置を設定する目標位
   置設定手段89と、ブーム16の揺動位置を検出する位置検
   出手段24と、目標位置設定手段89からの設定信号と位置
   検出手段24からの検出信号との偏差を求める偏差手段90
   とが設けられ、 ブーム16が前記目標位置に接近した捕捉範囲にあること
   を判別する捕捉判別手段120と、ブーム16が目標位置に
   近づいていることを判別する接近判別手段122と、捕捉
   判別手段120が捕捉範囲にあることを判別しかつ接近判
   別手段122がブーム16の接近を判別したとき、前記揺動
   判別手段115及び前記駆動手段111,114に送られる指令手
   段88からの指令信号を、偏差手段90からの偏差信号に切
   り換える切換手段123とが設けられていることを特徴と
   するブーム型作業機の制御装置。