JPH07292708A - 建設機械の作業範囲制限装置 - Google Patents

建設機械の作業範囲制限装置

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JPH07292708A
JPH07292708A JP8328294A JP8328294A JPH07292708A JP H07292708 A JPH07292708 A JP H07292708A JP 8328294 A JP8328294 A JP 8328294A JP 8328294 A JP8328294 A JP 8328294A JP H07292708 A JPH07292708 A JP H07292708A
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JP
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front member
monitor
prohibited area
intrusion
monitor point
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JP8328294A
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Inventor
Kazuo Fujishima
一雄 藤島
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 フロント部材を駆動するアクチュエータの動
作速度を極力落とさずに、フロント部材と障害物との接
触事故を確実に防止する。 【構成】 ブーム3とアーム4およびバケット5にそれ
ぞれモニタポイントM1〜M5を設定すると共に、侵入
禁止領域S0,S1を設定し、マイクロコンピュータによ
ってブーム角センサおよびアーム角センサの今回の出力
値と前回の出力値とから出力値の変化量を演算し、さら
に現在のモニタポイントの高さを基に各モニタポイント
が侵入禁止領域に到達するまでの予測時間を演算する。
この演算によって求められた予測時間と予め設定してお
いた所定時間とを比較し、予測時間が所定時間より小さ
いと判断した場合は、減速の度合いK1〜K5を求め、こ
の値を現在のアクチュエータの動作速度に乗じてアクチ
ュエータを減速する。また、モニタポイントの1つが侵
入禁止領域に到達すると、アクチュエータを停止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベル等の建設
機械に備えられるフロント部材の作業範囲制限装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】油圧ショベル等の建設機械の作業現場に
おいては、上方に電線や看板等の障害物が存在したり、
地中にガス管や水道管等の障害物が存在することがあ
り、このような作業現場で作業を続行すると、作業中に
フロント部材がこれらの障害物を破損したり、場合によ
ってはオペレータに災害が及ぶこともある。そこで、従
来より、特開平3−208923号公報や特開平4−1
36324号公報に開示されているように、油圧ショベ
ルにフロント部材の作業範囲を制限する作業範囲制限装
置を設け、この作業範囲制限装置によって、上下方向や
前方等に存在する障害物とフロント部材との衝突を回避
するようにしたものが提案されている。
【0003】これらの公報に記載された作業範囲制限装
置は、予め所定位置に侵入禁止領域を設定し、フロント
部材の一部が前記侵入禁止領域の手前側の減速領域に侵
入すると、該フロント部材を駆動するアクチュエータの
動作速度を落とし、フロント部材の一部が前記侵入禁止
領域に到達すると、前記アクチュエータの動作を停止す
るように構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来の作業範囲制限装置では、侵入禁止領域の手前側の空
間に一定の幅で減速領域が設定されるため、この減速領
域はフロント部材の慣性力が最大の時にも確実に減速で
きる値、つまり、最悪のケースを基準とした十分に大き
な値に設定する必要がある。このため、フロント部材を
小旋回姿勢にした場合のように、ブームの上げとアーム
のクラウドを最大にしてブームピン回りの慣性モーメン
トが小さい場合も、慣性力が最大の時と同じ高さでフロ
ント部材の減速が始まってしまい、本来は減速をする必
要がない姿勢での減速の頻度が高くなり、アクチュエー
タの動作速度が変わることを好まないオペレータにとっ
ては操作しにくいものであった。
【0005】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、その目的は、フロント部材を駆動
するアクチュエータの動作速度を極力落とさずに、上方
や下方等に存在する障害物に対する接触事故を確実に防
止できる建設機械の作業範囲制限装置を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、建設機械の作業機本体と、この作業機本
体に回転可能に連結された複数の関節形可動部からなる
フロント部材と、このフロント部材の位置を検出する位
置検出手段とを備え、前記フロント部材がその動作範囲
に設定された侵入禁止領域に到達したとき、該フロント
部材の動作を停止させる建設機械の作業範囲制限装置に
おいて、前記フロント部材の所定箇所にモニタポイント
を設定し、前記位置検出手段の検出値に基づいて前記モ
ニタポイントが前記侵入禁止領域に到達するまでの時間
を演算する予測演算手段と、この予測演算手段により演
算された時間と予め設定された時間とを比較する比較手
段と、この比較手段による比較結果に基づいて前記フロ
ント部材の動作速度を減じるか否かの判断を行う判定手
段とを備えた点に特徴がある。
【0007】また、上記目的を達成するために、本発明
は、前記判定手段が前記フロント部材の動作速度を減じ
ると判断した場合、前記モニタポイントの現在座標と前
記侵入禁止領域との距離に応じて前記フロント部材の動
作速度を減速処理する減速手段と、該モニタポイントが
前記侵入禁止領域に到達したとき、前記フロント部材の
動作を停止処理する停止手段とを備えた点に特徴があ
る。
【0008】
【作用】フロント部材の操作時に、該フロント部材の各
関節角は位置検出手段である角度センサ等により検出さ
れ、予測演算手段はその検出信号の今回の出力値と前回
の出力値とから出力値の変化量を演算し、さらに、フロ
ント部材の所定箇所に設定されたモニタポイントの現在
座標を基に該モニタポイントが予め設定された侵入禁止
領域に到達するまでの時間を予測演算する。ここで、比
較手段によりモニタポイントが侵入禁止領域に到達する
までの時間と予め実験等で求められた所定時間とが比較
され、モニタポイントが該所定時間よりも短い時間で侵
入禁止領域に到達すると判断された場合、モニタポイン
トの現在座標から侵入禁止領域までの距離に応じて減速
指令信号が生成され、減速手段はこの減速指令信号に従
ってアクチュエータの動作速度を減速する。モニタポイ
ントが複数箇所に設定されている場合は、各モニタポイ
ント毎に侵入禁止領域に到達するまでの時間が予測演算
され、いずれかのモニタポイントが予め設定された所定
時間内に侵入禁止領域に到達すると判断されると、その
モニタポイントの現在座標と侵入禁止領域との距離に応
じて減速指令信号が生成され、この減速指令信号が複数
ある場合、減速手段は最も減速の割合が大きい信号を減
速指令信号として、アクチュエータの動作速度を減速す
る。また、各モニタポイントのいずれか1つが侵入禁止
領域に到達した場合、停止指令信号が生成され、停止手
段はこの信号に従ってアクチュエータの動作を停止す
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図1は本発明の一実施例に係る油圧ショベルの側面
図であり、同図において、1は下部走行体、2は運転室
2aを有する上部旋回体で、これら下部走行体1と上部
旋回体2とで作業機本体を構成している。3は上部旋回
体2に回動可能に連結されたブーム、4はブーム3に回
動可能に連結されたアーム、5はアーム4に回動可能に
連結されたバケットであり、これらブーム3とアーム4
およびバケット5からなる複数の関節形可動部でフロン
ト部材6を構成している。7はブーム3を駆動するブー
ムシリンダ、8はアーム4を駆動するアームシリンダ、
9はバケット5を駆動するバケットシリンダであり、こ
れら各シリンダ7〜9は運転室2a内に設けた操作レバ
ー10によって動作される。11は上部旋回体2とブー
ム3とのピン結合部、12はブーム3とアーム4とのピ
ン結合部、13はアーム4とバケット5とのピン結合部
である。14はブーム3のピン結合部11に取り付けら
れたブーム角センサであり、上部旋回体2とブーム3と
の相対角度、すなわちブーム角を検出する。15はアー
ム4のピン結合部12に取り付けられたアーム角センサ
であり、ブーム3とアーム4との相対角度、すなわちア
ーム角を検出する。また、M1はブーム3の上面に設定
されたモニタポイント、M2とM3はアーム4後端の2
箇所に設定されたモニタポイント、M4はバケット5の
刃先円のうち最も高い位置に設定されたモニタポイン
ト、M5はバケット5の刃先円のうち最も低い位置に設
定されたモニタポイントであり、各モニタポイントM1
〜M4はフロント部材6のあらゆる姿勢において最も高
くなる可能性がある位置に設定され、モニタポイントM
5フロント部材6のあらゆる姿勢において最も低くなる
可能性がある位置に設定されている。
【0010】図2は前記各モニタポイントM1〜M5と
フロント部材6の各部の寸法を示す説明図であり、同図
において、αAはアーム角、αBはブーム角、T0は地面
からブーム3のピン結合部11までの長さ、LBはブー
ム3のリンク長さ、LAはアーム4のリンク長さ、LV
はバケット5の回動半径である。また、Lb1はモニタポ
イントM1からピン結合部11までのリンク長LBに平
行な成分長さ、Lb2はモニタポイントM1からピン結合
部11までのリンク長LBに垂直な成分長さ、La1はモ
ニタポイントM2からピン結合部12までのリンク長L
Aに平行な成分長さ、La2はモニタポイントM2からピ
ン結合部12までのリンク長LAに垂直な成分長さ、L
a3はモニタポイントM3からピン結合部12までのリン
ク長LAに平行な成分長さ、La4はモニタポイントM3
からピン結合部12までのリンク長LAに垂直な成分長
さである。
【0011】図3は図1の油圧ショベルに設定される侵
入禁止領域を示す説明図である。同図において、S0
上方に設定される侵入禁止領域、Z1は侵入禁止領域S0
の下方に設定される減速領域、イは侵入禁止領域S0
減速領域Z1との境界線、ロは減速領域Z1と安全域との
境界線、S1は下方に設定される侵入禁止領域、Z2は侵
入禁止領域S0の上方に設定される減速領域、ハは侵入
禁止領域S1と減速領域Z2との境界線、ニは減速領域Z
2と安全域との境界線である。なお、本発明において、
侵入禁止領域とはフロント部材の一部が障害物に衝突す
る可能性がある境界線を意味し、実際はある程度の完全
値を見越して障害物の手前に設定される。
【0012】図4は図1の油圧ショベルに備えられる作
業範囲制限装置を示す回路図であり、前述したブームシ
リンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、ブ
ーム角センサ14およびアーム角センサ15については
同一符号を付してある。図4において、16,17は前
記操作レバー10の一例として用いられる電気レバー、
18はコントローラ、19は旋回モータ、20〜23は
方向切換弁、24は原動機、25は油圧ポンプ、26は
パイロット油圧ポンプ、27は比例減圧弁ユニット、2
8,29は比例減圧弁ユニット27を構成する比例減圧
弁、30は前記侵入禁止領域S0,S1を設定する設定
器、31はマイクロコンピュータ、32は位置制限スイ
ッチである。電気レバー16の操作方向のうち、矢印V
1,V2はバケットシリンダ9、矢印B1,B2はブームシ
リンダ7にそれぞれ対応し、また電気レバー17の操作
方向のうち、矢印A1,A2はアームシリンダ8に、矢印
1,S2は旋回モータ19にそれぞれ対応する。また、
1,i2はそれぞれB1,B2に対応する信号、r1,r2
は信号i1,i2と設定器30からの信号xおよびマイク
ロコンピュータ31からの信号yに基づいて決定される
比例減圧弁駆動信号であり、比例減圧弁28,29は信
号r1,r2の大きさに基づいた出力圧力をブーム用方向
切換弁20のパイロット受け部に出力する。他の方向切
換弁21〜23も同様であり、これら方向切換弁21〜
23もコントローラ18から比例減圧弁ユニット27に
出力される比例減圧弁駆動信号の大きさに基づいて駆動
される。また、方向切換弁20〜23は油圧ポンプ25
から各アクチュエータに供給される圧油の流れを制御
し、例えば前述の如く、信号r1,r2に基づく比例減圧
弁ユニット27からの出力圧力によって方向切換弁20
が駆動されるとブームシリンダ7が短縮または伸長し、
同様に、比例減圧弁ユニット27からの出力圧力によっ
て方向切換弁23が駆動されると上部旋回体2が旋回す
る。
【0013】ブーム角αBとアーム角αAはブーム角セン
サ14とアーム角センサ15からそれぞれ検出され、マ
イクロコンピュータ31は、これらブーム角αBとアー
ム角αAの今回の出力値と前回の出力値とから出力値の
変化量を演算する演算手段と、こうして求められた出力
値の変化量に基づいて、各モニタポイントM1〜M5が
前記侵入禁止領域S0,S1に到達するまでの時間t1
5を演算する予測演算手段とを内蔵している。さら
に、マイクロコンピュータ31は、各モニタポイントM
1〜M5が侵入禁止領域S0,S1に到達するまでの予測
時間t1〜t5と予め実験等で求められた所定時間t0
を比較する比較手段と、この比較手段による比較結果に
基づいて各シリンダ7,8,9の動作速度を減じるか否
かの判断を行う判定手段と、各モニタポイントM1〜M
5毎に現在座標と侵入禁止領域との距離に応じて後述す
る減速の度合いK(K1〜K5)を演算する演算手段とを
内蔵しており、その演算結果Kの値は信号yとしてコン
トローラ18に出力される。一方、コントローラ18
は、各モニタポイントM1〜M5の少なくとも1つが所
定時間t0後に侵入禁止領域S0,S1に到達すると判断
された場合、前記減速の度合いKを現在のレバー出力信
号に乗じて、フロント部材6の動作速度を減速処理する
減速手段と、各モニタポイントM1〜M5の少なくとも
1つが侵入禁止領域に到達したとき、K=0を現在のレ
バー出力信号に乗じて、フロント部材6の動作を停止処
理する停止手段とを内蔵している。
【0014】次に、本実施例の動作を前述した図1〜図
4と図5,図6に示すフローチャトに基づいて説明す
る。まず、作業を開始する前に、オペレータは位置制限
スイッチ32をONした後(S−1)、設定機30によ
って上方と下方に侵入禁止領域S0,S1を設定する(S
−2)。上方の侵入禁止領域S0を決める方法として
は、例えばブーム3を上方の障害物の近くまで上げ、そ
の高さをブーム角から演算したり、障害物までの距離を
物差し等で実測する方法があり、下方の侵入禁止領域S
1を決める方法としては、施工図面等から障害物までの
距離を求める方法がある。このようにして侵入禁止領域
0,S1が設定されると、コントローラ18は設定器3
0からの信号xに基づいて減速の度合いをK1,K2,K
3,K4,K5=1に設定する(S−3)。オペレータが
操作レバー10(電気レバー16,17)を操作する
と、前述の如く、その操作量に応じて各シリンダ7〜9
や旋回モータ19等のアクチュエータが動作し、油圧シ
ョベルは掘削等の作業を行う。かかる作業中に、ブーム
角センサ14とアーム角センサ15から検出されるブー
ム角αBとアーム角αAは常にマイクロコンピュータ31
に入力され、マイクロコンピュータ31はこれらのブー
ム角αBとアーム角αAを変数として各モニタポイントM
1〜M5の現在の高さH1〜H5を演算する。
【0015】各モニタポイントM1〜M5の現在の高さ
1〜H5を演算する式は以下の通りである(ここで、式
中の各定数は図2に示されており、また、ブーム角αB
はブーム3の下げ方向をプラス、アーム角αAはアーム
4のクラウド方向をプラスとする)。 H1=-Lb1・sinαB+Lb2・cosαB+T0=F10B) H2=La1・sin(αBA)+La2・cos(αBA)-LB・sin
αB+T0=F20B,αA) H3=La3・sin(αBA)+La4・cos(αBA)-LB・sin
αB+T0=F30B,αA) H4=-LA・sin(αBA)-LB・sinαB+LV+T0=F40
B,αA) H5=-LA・sin(αBA)-LB・sinαB-LV+T0=F50
B,αA) 作業中に各モニタポイントM1〜M5の高さH1〜H5
刻々変化するが、マイクロコンピュータ31は、上記ブ
ーム角センサ14およびアーム角センサ15から検出さ
れる今回の出力値と前回の出力値とから出力値の変化
量、すなわち、角速度(dαB/dt),(dαA/d
t)を演算し、さらに現在のモニタポイントM1〜M5
の高さH1〜H5を基に各モニタポイントM1〜M5が前
記侵入禁止領域S0,S1に到達するまでの時間t1〜t5
を予測演算する。
【0016】以下、この演算式について説明する。ま
ず、現在のブーム角センサ14およびアーム角センサ1
5から検出される出力値をαB0,αA0、前回のブーム角
センサ14およびアーム角センサ15から検出された出
力値をαB1,αA1、ブーム角センサ14およびアーム角
センサ15の出力を検出するサイクルタイムをΔt0
すると、t秒後のブーム角αB´とアーム角αA´は、 αB´=fB(αB0,(dαB/dt)0,t) ここで(dαB/dt)0=(αB0−αB1)/Δt0 αA´=fA(αA0,(dαA/dt)0,t) ここで(dαA/dt)0=(αA0−αA1)/Δt0 で表わされる。すると、各モニタポイントM1〜M5の
t秒後の高さH1´〜H5´は、 H1´=F10B´)=F1B0,(dαB/dt)0,t)……………………… H2´=F20B´,αA´) =F2B0,(dαB/dt)0,αA0,(dαA/dt)0,t)…………… H3´=F30B´,αA´) =F3B0,(dαB/dt)0,αA0,(dαA/dt)0,t)…………… H4´=F40B´,αA´) =F4B0,(dαB/dt)0,αA0,(dαA/dt)0,t)…………… H5´=F50B´,αA´) =F5B0,(dαB/dt)0,αA0,(dαA/dt)0,t)…………… となる。
【0017】ここで、上方の侵入禁止領域S0の設定値
をHuとすると、上記〜式をtについて解くことに
より、各モニタポイントM1〜M4の高さがHuとなる
までの時間t1〜t4が求まり、同様に、下方の侵入禁止
領域S1の設定値をHdとすると、上記式をtについて
解くことにより、モニタポイントM5の深さ(高さ)が
dとなるまでの時間t5が求まる。すなわち、各モニタ
ポイントM1〜M5が前記侵入禁止領域S0,S1に到達
するまでの時間t1〜t5は、 t1=G1B0,(dαB/dt)0,Hu) t2=G2B0,(dαB/dt)0,αA0,(dαA/d
t)0,Hu) t3=G3B0,(dαB/dt)0,αA0,(dαA/d
t)0,Hu) t4=G4B0,(dαB/dt)0,αA0,(dαA/d
t)0,Hu) t5=G5B0,(dαB/dt)0,αA0,(dαA/d
t)0,Hd) となる。
【0018】マイクロコンピュータ31は、上記の演算
結果に基づいて求められた時間t1〜t5と予め設定して
おいた所定時間t0とを比較し、各モニタポイントM1
〜M5が所定時間t0後に前記侵入禁止領域S0,S1
到達するか否かを判定する(S−6,S−9,S−1
2,S−15,S−18)。なお、この所定時間t
0は、アクチュエータの動作を滑らかに減速・停止させ
るために必要な時間であり、予め実験等によって適当な
値に設定しておく必要がある。そして、各モニタポイン
トM1〜M5の少なくとも1つが所定時間t0後に侵入
禁止領域S0,S1に到達すると判断された場合、そのモ
ニタポイントの現在位置と侵入禁止領域との距離に応じ
て減速の度合いK1〜K5を演算し(S−7,S−10,
S−13,S−16,S−19)、各モニタポイントが
所定時間t0後に侵入禁止領域S0,S1に到達しないと
判断された場合、K1,K2,K3,K4,K5=1とし
(S−8,S−11,S−14,S−17,S−2
0)、その演算結果K1〜K5をコントローラ18に出力
する。コントローラ18は、S−21において各K1
5の値を比較し、そのうち最小の値を減速の度合いK
=min(K1,K2,K3,K4,K5)として現在のレ
バー出力信号に乗じ(S−22)、この値に応じた比例
減圧弁駆動信号を比例減圧弁ユニット27に出力して比
例減圧系を駆動する(S−23)。その結果、各方向切
換弁20〜23は比例減圧弁駆動信号の大きさに応じて
駆動され、アクチュエータが駆動される(S−24)。
【0019】上記した減速の度合いK1〜K4の演算式
は、モニタポイントM1〜4の1つがt0秒後に上方の
侵入禁止領域S0に到達すると判断された場合、その時
のモニタポイントM1〜4の高さをH10〜40、以降のモ
ニタポイントM1〜4の高さをH1 〜4とすると、 K1〜4=(Hu−H1〜4)/(Hu−H10〜40) (ただし0≦K1〜4≦1)… … によって表される。同様に、上記した減速の度合いK5
の演算式は、モニタポイントM5がt0秒後に下方の侵
入禁止領域S1に到達すると判断された場合、その時の
モニタポイントM5の高をH50、以降のモニタポイント
M5の高をH5とすると、 K5=(Hd−H5)/(Hd−H50) (ただし0≦K5≦1) …… によって表される。
【0020】例えば、図3に示すように、高さHuの位
置に予め侵入禁止領域S0が設定され、電気レバー16
を矢印B1方向に傾けてブーム3を矢印ホ方向に単独で
上げ動作中に、S−9においてモニタポイントM2が高
さH20の位置で所定時間t0後に侵入禁止領域S0に到達
すると判断された場合、侵入禁止領域S0の下方に(Hu
−H20)の大きさの減速領域が設定されたことになり、
前述の如くマイクロコンピュータ31は、 K2=(Hu−H2)/(Hu−H20) (ただし0≦K
2≦1) の演算式に基づいて減速の度合いK2を演算する(S−
10)。モニタポイントM2の現在の高さH2がH20
達しない場合は減速を必要としない時であり、この場合
は、(Hu−H2)>(Hu−H20)でK2≧1となるが、
0≦K2≦1の条件からK2=1である(S−11)。ブ
ーム3の上げ動作が続行され、図3に示すように、モニ
タポイントM2の現在の高さH2がH20を越えると、す
なわちモニタポイントM2が上記減速領域に侵入する
と、(Hu−H2)<(Hu−H20)で0≦K2≦1となる
ため、マイクロコンピュータ31は上記の式によって演
算したK2をコントローラ18に出力する。そして、S
−22においてコントローラ18はこのK2(0≦K2
1)をアクチュエータであるブームシリンダ7の現在の
動作指令信号i1に乗じ、この値に応じて比例減圧弁駆
動信号r1を比例減圧弁ユニット27の比例減圧弁28
に出力するため、比例減圧弁28は信号r1の大きさに
基づいた出力圧力をブーム用方向切換弁20の右側のパ
イロット受け部に出力し、該ブームシリンダ7の動作速
度は電気レバー16の操作量に対じた動作速度に比べて
減じられ、ブーム3の上げ速度は遅くなる。
【0021】また、図3に示すように、深さHdの位置
に予め侵入禁止領域S1が設定され、電気レバー16を
矢印B2方向に傾けてブーム3を矢印ヘ方向に単独で下
げ動作中に、S−18においてモニタポイントM5が高
さH50の位置で所定時間t0後に侵入禁止領域S1に到達
すると判断された場合、侵入禁止領域S1の上方に(Hd
−H50)の大きさの減速領域が設定されたことになり、
マイクロコンピュータ31は、 K5=(Hd−H5)/(Hd−H50) (ただし0≦K5
≦1) の演算式に基づいて減速の度合いK5を演算する(S−
19)。モニタポイントM5の現在の高さH5がH50
達しない場合は減速を必要としない時であり、この場合
は、K5=1である(S−20)。ブーム3の下げ動作
が続行され、モニタポイントM5の現在の高さH5がH
50を越えると、すなわちモニタポイントM5が上記減速
領域に侵入すると、マイクロコンピュータ31は上記の
式によって演算したK5(0≦K5≦1)をコントローラ
18に出力する。そして、S−22においてコントロー
ラ18はこのK5をブームシリンダ7の現在の動作指令
信号i2に乗じ、この値に応じて比例減圧弁駆動信号r2
を比例減圧弁ユニット27の比例減圧弁28に出力する
ため、比例減圧弁28は信号r2の大きさに基づいた出
力圧力をブーム用方向切換弁20の左側のパイロット受
け部に出力し、該ブームシリンダ7の動作速度は電気レ
バー16の操作量に対じた動作速度に比べて減じられ、
ブーム3の下げ速度は遅くなる。
【0022】アクチュエータが動作し続けると、別のモ
ニタポイントが所定時間t0後に侵入禁止領域に到達す
ることがある。例えば、図3に示す姿勢からブーム3の
上げ動作が続行されると、モニタポイントM2に続いて
モニタポイントM3も所定時間t0後に侵入禁止領域S0
に到達すると判断される。この場合も同様にしてモニタ
ポイントM3に対する減速の度合いK3が演算され(S
−13)、S−21においてコントローラ18はモニタ
ポイントM2に対するK2の値とモニタポイントM3に
対するK3の値とを比較し、S−22において小さい方
の値をブームシリンダ7の動作速度に乗じる。さらに別
のモニタポイントが所定時間t0後に侵入禁止領域S0
到達すると判断された場合、例えば図3に示すフロント
部材6の姿勢からアームシリンダ8が伸縮され、アーム
4が矢印ト方向にダンプ動作されると、モニタポイント
M4も所定時間t0後に侵入禁止領域S0に到達すると判
断される。このように、所定時間t0後に侵入禁止領域
0に到達すると予測されるモニタポイントが複数ある
場合は、S−21においてそれぞれのモニタポイントに
対して演算されたKの値(K1〜K5)を比較し、最小の
値を現在のアクチュエータの動作速度に乗じる。
【0023】また、モニタポイントM1〜M4の1つが
境界線イを越えて上方の侵入禁止領域S0に到達する
と、あるいはモニタポイントM5が境界線ハを越えて下
方の侵入禁止領域S1に到達すると、上記式中のHu
1〜4または上記式中のHdとH5が等しくなり、K=
0となるため、例えばブーム3が動作されている場合
は、このK=0を電気レバー16の出力信号i1もしく
はi2に乗じて比例減圧弁駆動信号r1もしくはr2を最
小値とし、方向切換弁20を中立位置にする。これによ
り、アクチュエータであるブームシリンダ7の動作速度
は0となり、アクチュエータは停止する。
【0024】なお、各モニタポイントM1〜M4が侵入
禁止領域S0から遠ざかる方向、すなわち、フロント部
材6が下方へ移動する場合は、各モニタポイントM1〜
M4が侵入禁止領域S0へ到達するおそれがないため、
アクチュエータの動作速度を減じる必要はなく、その場
合の減速の度合いKは1である。同様に、モニタポイン
トM5が侵入禁止領域S1から遠ざかる方向、すなわ
ち、フロント部材6が上方へ移動する場合は、モニタポ
イントM5が侵入禁止領域S1へ到達するおそれがない
ため、アクチュエータの動作速度を減じる必要はなく、
その場合の減速の度合いKも1である。
【0025】このように、上記一実施例にあっては、フ
ロント部材6を構成するブーム3とアーム4およびバケ
ット5にそれぞれモニタポイントM1〜M5を設定し、
フロント部材6の操作時に、ブーム角センサ14および
アームセンサ15から検出される今回の出力値と前回の
出力値とから出力値の変化量を演算し、さらに各モニタ
ポイントM1〜M5の現在座標を基に各モニタポイント
M1〜M5が上方あるいは下方の侵入禁止領域S0,S1
に到達するまでの時間t1〜t5を予測演算し、この演算
結果と予め設定された時間t0とを比較することによ
り、フロント部材6の動作速度を減じるか否かを判断す
るようにしたため、アクチュエータの動作速度に応じて
減速領域の大きさを変えることができる。このため、本
来は減速をする必要がない姿勢での減速の頻度が少なく
なり、オペレータにとっては、アクチュエータの動作速
度が不所望に変わる頻度が少なくなる、という操作上の
利点がある。
【0026】また、いずれかのモニタポイントM1〜M
5が所定時間後に侵入禁止領域S0,S1に到達すると判
断された場合、そのモニタポイントの現在座標と侵入禁
止領域との距離に応じて減速の度合いKを求め、このK
の値を現在のアクチュエータの動作速度に乗じて減速す
るようにしたため、各モニタポイントM1〜M5と侵入
禁止領域S0,S1との距離に応じた減速処理が実行さ
れ、フロント部材6を侵入禁止領域S0,S1に到達する
前に確実に減速することができる。したがって、フロン
ト部材6の各部を駆動するアクチュエータの動作速度を
極力落とさずに、フロント部材6と障害物との接触事故
を確実に防止することができる。
【0027】さらに、各モニタポイントM1〜M5の1
つが侵入禁止領域S0,S1に接近したとしても、そのモ
ニタポイントが所定時間t0後に侵入禁止領域S0,S1
に到達しないと判断された場合は、アクチュエータの動
作速度を落とすことなく、通常の操作速度でフロント部
材6の各部を駆動することができる。例えば、図3に示
すように、ブーム3を侵入禁止領域S0の近くまで上げ
た後、この姿勢でブーム3を停止したままアーム4のみ
を矢印ト方向にダンプ動作することを想定した場合、ブ
ーム3の上端に設定されたモニタポイントM1と、アー
ム4の後端に設定されたモニタポイントM2,M3は、
ダンプ動作を続けても侵入禁止領域S0に到達しないと
判断されるため、バケット5の刃先円のうち最も高い位
置に設定されたモニタポイントM4が所定時間t0後に
侵入禁止領域S0に到達すると判断されるまで、アクチ
ュエータを通常の速度で動作することができる。
【0028】なお、本発明による建設機械の作業範囲制
限装置は上記実施例に限定されず、種々の変形例が可能
である。例えば、上記実施例では、操作レバーとして電
気レバーを用いた場合について説明したが、その代りに
油圧パイロットレバーを用いることも可能であり、ま
た、フロント部材の各関節角を検出する手段として、上
記実施例で挙げた角度センサの代わりにシリンダのスト
ロークセンサ等を用いることも可能である。
【0029】また、上記実施例では、比例減圧弁ユニッ
トからのパイロット圧によって各方向切換弁を切換え動
作する場合について説明したが、アクチュエータの動作
速度を減じる手段として、油圧ポンプと方向切換弁とを
接続する管路に可変形流量調整弁を付設し、この可変形
流量調整弁をコントローラからの駆動信号で動作させる
ことにより、方向切換弁への圧油量を制御するようにし
ても良い。あるいは、油圧ポンプとアクチュエータを接
続する管路に、圧油の流れ方向を決定する電磁切換弁と
圧油の流量を決定する可変形流量調整弁とを設け、コン
トローラからの別々の駆動信号に基づいて、これら電磁
切換弁をON−OFF的に切換えると共に可変形流量調
整弁を可変的に動作させることにより、アクチュエータ
に供給される圧油の流れと量を制御するようにしても良
い。
【0030】さらに、上記実施例では、モニタポイント
をフロント部材の所定箇所に5つ設定した場合について
説明したが、モニタポイントの数や位置はこれらに限定
されず、フロント部材の形状や侵入禁止領域の設定位置
等応じて適宜増減しても良い。例えば、掘削深さのみを
制御する場合は、バケットの刃先円の最も低い位置に1
つのモニタポイントを設定すれば良く、また、フロント
部材の先端にブレーカを付けてトンネル掘進等を行う場
合は、侵入禁止領域を高さ方向と深さ方向のみならず、
前方や手前方向にも設定し、これら各侵入禁止領域に応
じてモニタポイントの数と位置を設定すれば良い。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フロント部材を駆動するアクチュエータの動作速度を極
力落とさずに、障害物に対する接触事故を確実に防止す
ることができ、操作性に優れた建設機械の作業範囲制限
装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る油圧ショベルの側面図
である。
【図2】各モニタポイントとフロント部材の各部の寸法
を示す説明図である。
【図3】図1の油圧ショベルに設定される侵入禁止領域
を示す説明図である。
【図4】図1の油圧ショベルに備えられる作業範囲制限
装置を示す回路図である。
【図5】図4の作業範囲制限装置の処理内容を示すフロ
ーチャートである。
【図6】図4の作業範囲制限装置の処理内容を示すフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
1 下部走行体 2 上部旋回体 2a 運転室 3 ブーム 4 アーム 5 バケット 6 フロント部材 7 ブームシリンダ 8 アームシリンダ 9 バケットシリンダ 10 操作レバー 11〜13 ピン結合部 14 ブーム角センサ 15 アーム角センサ 16,17 電気レバー 18 コントローラ 19 旋回モータ 20〜23 方向切換弁 27 比例減圧弁ユニット 28,29 比例減圧弁 30 設定機 31 マイクロコンピュータ M1〜M5 モニタポイント S0 上方の侵入禁止領域 S1 下方の侵入禁止領域

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 建設機械の作業機本体と、この作業機本
    体に回転可能に連結された複数の関節形可動部からなる
    フロント部材と、このフロント部材の位置を検出する位
    置検出手段とを備え、前記フロント部材がその動作範囲
    に設定された侵入禁止領域に到達したとき、該フロント
    部材の動作を停止させる建設機械の作業範囲制限装置に
    おいて、前記フロント部材の所定箇所にモニタポイント
    を設定し、前記位置検出手段の検出値に基づいて前記モ
    ニタポイントが前記侵入禁止領域に到達するまでの時間
    を演算する予測演算手段と、この予測演算手段により演
    算された時間と予め設定された時間とを比較する比較手
    段と、この比較手段による比較結果に基づいて前記フロ
    ント部材の動作速度を減じるか否かの判断を行う判定手
    段とを備えたことを特徴とする建設機械の作業範囲制限
    装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の記載において、前記判定手段
    が前記フロント部材の動作速度を減じると判断した場
    合、前記モニタポイントの現在座標と前記侵入禁止領域
    との距離に応じて前記フロント部材の動作速度を減速処
    理する減速手段と、該モニタポイントが前記侵入禁止領
    域に到達したとき、前記フロント部材の動作を停止処理
    する停止手段とを備えたことを特徴とする建設機械の作
    業範囲制限装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2の記載において、前記
    モニタポイントを前記フロント部材の所定箇所に複数設
    定し、前記予測演算手段は前記位置検出手段の検出値に
    基づいて各モニタポイント毎に前記侵入禁止領域に到達
    するまでの時間を予測演算し、いずれかのモニタポイン
    トが予め設定された時間内に前記侵入禁止領域に到達す
    ると判断された場合、前記減速手段はそのモニタポイン
    トの現在座標と前記侵入禁止領域との距離に応じて前記
    フロント部材の動作速度を減速処理することを特徴とす
    る建設機械の作業範囲制限装置。
  4. 【請求項4】 請求項3の記載において、前記停止手段
    は前記各モニタポイントのいずれか1つが前記侵入禁止
    領域に到達に到達したとき、前記フロント部材の動作を
    停止処理することを特徴とする建設機械の作業範囲制限
    装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4の記載において、前記
    侵入禁止領域が前記フロント部材の動作範囲上方に設定
    された高さ方向の侵入禁止領域であることを特徴とする
    建設機械の作業範囲制限装置。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし4の記載において、前記
    侵入禁止領域が地中に設定された深さ方向の侵入禁止領
    域であることを特徴とする建設機械の作業範囲制限装
    置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008117197A (ja) * 2006-11-06 2008-05-22 Denso Corp 自動運転装置の安全装置及び自動運転装置の制御方法
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US11946223B2 (en) 2018-03-26 2024-04-02 Sumitomo Construction Machinery Co., Ltd. Shovel

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