JPH09328782A - 建設機械の作業機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 建設機械が障害物に接近すると、障害物との
接触を感知して障害物に接近する方向に動く建設機械の
アクチュエータの動きを自動的に停止し、衝突による建
設機械及び障害物の損傷を防止する。 【解決手段】 障害物と接触しやすい建設機械の部位に
障害物感知手段を設け、操縦装置に操縦装置制御手段を
設ける。建設機械が障害物に接近すると先ず障害物感知
手段が障害物と接触し障害物感知信号を出力する。障害
物感知信号を受けて操縦装置制御手段は、障害物に接近
する方向の動きを行うアクチュエータを、操縦装置の油
圧パイロット操作弁のパイロット油路を遮断することに
よって停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械の作業機
制御装置、更に詳しくは、建設機械が周囲の障害物に接
近すると接近を接触によって感知し、障害物に接近する
方向に動く建設機械のアクチュエータの動きを停止させ
る、建設機械の作業機制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベルの様な建設機械が地下空間
あるいは建造物内等の狭所、閉所で作業を行う場合、建
設機械の運転者は建設機械が周囲の障害物に接触あるい
は衝突しないように運転に際しては十分な注意を必要と
する。特にトンネル工事、地下鉄工事のように狭所、閉
所、そして暗所で作業する際は、運転者にとって限られ
た大きさの運転室の窓を通して建設機械の周囲を視認す
ることは運転操作に大きな負担となる。また、運転者の
視界を良くするために場合によっては運転室を取り外し
て運転をせざるを得ないことにもなる。しかし一方、運
転室を取り外すことは運転者の運転環境の悪化を招くこ
とになる。超音波センサー、光センサーの様な反射波を
利用した感知手段を建設機械あるいは障害物に取り付け
て障害物と建設機械の接近を察知し警告する方法も提案
されているが、感知対象が一様でない場合は、多くの感
知手段、複雑なシステムが必要になること、またこれ等
の無接触型のセンサーは建設機械の稼働現場の土砂、雨
水等の異物に触れ、塵、埃が堆積し、損傷そして機能不
良を起こしやすく、実用的でない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】建設機械の運転者は、
周囲の障害物に対して運転操作に細心の注意が必要とな
る。そのため、作業の能率が下がるとともに運転者の疲
労が増加する。また、建設機械を周囲の構造物に衝突さ
せて建設機械あるいは構造物を損傷させてしまう可能性
も大きくなる。更に、作業によっては建設機械の運転者
の他に、建設機械と障害物の両者が見通せる場所に建設
機械と障害物との接近を監視する監視人を配置すること
が必要となる。

【０００４】本発明は上記事実に鑑みてなされたもの
で、その技術的課題は、建設機械が周囲の障害物に接近
すると障害物との接近を接触によって感知し、障害物に
接近する方向に動作する建設機械のアクチュエータの動
きを自動的に停止し、衝突による建設機械及び障害物の
損傷を防止し、そしてまた運転者の運転操作の負担を軽
減させる建設機械の作業機制御装置を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記技
術的課題を達成するために、油圧により制御される建設
機械の作業機制御装置において、建設機械の作業機に設
けられた障害物感知手段と、その障害物感知手段の出力
信号により作業機制御用パイロット油圧を制御する操縦
装置制御手段とを備えた、ことを特徴とする建設機械の
作業機制御装置が提供される。

【０００６】好適実施形態においては、前記障害物感知
手段は、エアバッグと、そのエアバッグの圧力を感知し
信号を出力する障害物感知信号出力手段よりなる。前記
障害物感知手段は、環状に形成された弾性体と、その弾
性体の変形を感知して信号を出力する障害物感知信号出
力手段とを備えても良い。そして、前記操縦装置制御手
段は、油圧パイロット操作弁のパイロット油路に設けら
れ、障害物感知手段の出力信号に基づきパイロット流路
を開閉する切換弁よりなる。

【０００７】本発明による建設機械の作業機制御装置に
おいては、建設機械が、その動作を行うアクチュエータ
の動きによって障害物に接近すると、建設機械に設けら
れた障害物感知手段が先ず障害物と接触し、接触したこ
とが感知されると障害物感知手段が障害物感知信号を出
力し、この出力に基づいて、少なくとも障害物へ接近す
る方向の建設機械の動きを行うアクチュエータを操縦装
置制御手段によって自動的に停止し、またその操縦を不
可能にする。このとき、障害物を回避する方向の動きを
行うアクチュエータの操縦は可能となっている。したが
って、建設機械が障害物に衝突するのを未然に防止する
とともに、障害物から回避するための操縦を行うことが
できる。障害物感知手段は障害物と接触の可能性の高い
建設機械の部位に設けられる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された
建設機械の作業機操縦制御装置を油圧ショベルに適用し
た好適実施形態について、添付図面を参照して詳細に説
明する。油圧ショベルは多関節からなる作業装置と、作
業装置が装着されて旋回自在な上部旋回体と、上部旋回
体が装着されて走行自在な下部走行体とからなってい
る。そして、これ等の多様な動きを組合せて作業装置に
よって作業を行う。したがって、作業装置は油圧ショベ
ルにとって障害物に最も接触しやすい部位の一つであ
る。

【０００９】図１を参照して説明すると、全体を番号２
で示す油圧ショベルは、下部走行体４と、下部走行体４
上に装着された上部旋回体６と、上部旋回体６に装着さ
れた作業装置８とを備えている。下部走行体４は油圧シ
ョベル２を走行させる左右一対の走行油圧モータ５ａ及
び５ｂを備えている。下部走行体４と上部旋回体６との
間には上部旋回体６を旋回させる旋回油圧モータ７を備
えている。作業装置８は、上部旋回体６に連結ピン１１
を介して上下方向に揺動自在に支持されたブーム１０、
上部旋回体６とブーム１０との間に介在された左右一対
のブーム揺動シリンダ１２ａ及び１２ｂ、ブーム１０の
先端に連結ピン１５を介して上下方向に揺動自在に連結
されたアーム１４、ブーム１０とアーム１４との間に介
在されたアーム揺動シリンダ１６、アーム１４の先端に
連結ピン１９を介して上下方向に揺動自在に連結された
バケット１８、並びにアーム１４とバケット１８との間
に介在されたバケット揺動シリンダ２０を備えている。
油圧ショベル２は上記の複数のアクチュエータ、すなわ
ち走行油圧モータ５ａ及び５ｂ、旋回油圧モータ７、ブ
ーム揺動シリンダ１２ａ及び１２ｂ、アーム揺動シリン
ダ１６、並びにバケット揺動シリンダ２０の動きによっ
て、バケット１８を位置付け、動かして、土砂、岩石等
の掘削、運搬、積込等の作業を行う。上部旋回体６には
運転室２２が設けられている。運転者は運転室２２に設
けられた操縦装置を操作して上記アクチュエータの動き
を制御し油圧ショベル２の操縦を行う。

【００１０】図１は作業現場がドーム壁９０に囲まれた
典型的な地下空間における油圧ショベル２の状況を示し
ている。油圧ショベル２の周囲のドーム壁９０は作業を
遂行する上での障害物となり、図示のように作業装置
８、その中で特にアーム１４の一端部がドーム壁９０に
接触しやすい。上部旋回体６の運転室２２から離れて後
方に位置するカウンタウエイト２４も障害物に接触しや
すい部位の一つである。図示の実施形態においては後述
する障害物接触感知手段２６を構成するエアバッグ２８
がアーム１４の一端部に設けられている。

【００１１】本発明による建設機械の作業機制御装置を
図２によって油圧ショベル２のアクチュエータ操縦制御
油圧回路とともに説明する。先ず、周知のアクチュエー
タ操縦制御油圧回路の概要を説明すると、複数個のアク
チュエータ（アクチュエータ群３４）はアクチュエータ
への圧油の供給を制御する複数個のパイロット作動油圧
制御弁（パイロット作動油圧制御弁群４４）とそれぞれ
油路（一点鎖線で図示）で結ばれている。エンジン３８
によって駆動される油圧ポンプ４０ａ及び４０ｂからの
吐出油は、パイロット作動油圧制御弁群４４と油路（実
線で図示）で結ばれている。油圧ポンプ４０ａ及び４０
ｂからの吐出油は、パイロット作動油圧制御弁群４４に
おいて制御されて単独であるいは合流されてアクチュエ
ータ群３４に流される。パイロット作動油圧制御弁を操
作するための複数個の油圧パイロット操作弁（油圧パイ
ロット操作弁群３６）は、複数個のパイロット作動油圧
制御弁（パイロット作動油圧制御弁群４４）とそれぞれ
パイロット油路（点線で図示）で結ばれている。エンジ
ン３８によって駆動されるパイロット油圧ポンプ４２か
らの吐出油は、複数個の油圧パイロット操作弁（油圧パ
イロット操作弁群３６）にパイロット油路（点線で図
示）で結ばれている。運転者は所定の油圧パイロット操
作弁を手動操作することによって、パイロット油をパイ
ロット作動油圧制御弁に供給し、パイロット作動油圧制
御弁を切換操作して、アクチュエータを操縦する。本発
明による操縦装置制御手段３２は、複数個の、切換弁で
ある電磁油圧切換弁を備え、油圧パイロット操作弁群３
６のパイロット油路に設けられている。そして、複数個
の電磁油圧切換弁の電磁ソレノイドは、障害物感知手段
２６と電気的に結ばれている。

【００１２】個々の油圧パイロット操作弁と、操縦され
る個々のアクチュエータとのつながりは次の通りであ
る。油圧パイロット弁５０によって走行油圧モータ５ａ
が、油圧パイロット弁５２によって走行油圧モータ５ｂ
が、油圧パイロット弁５４によって旋回油圧モータ７
が、油圧パイロット弁５６によってバケット揺動シリン
ダ１８が、油圧パイロット弁５８によってアーム揺動シ
リンダ１６が、そして油圧パイロット弁６０によってブ
ーム揺動シリンダ１２ａ及び１２ｂがそれぞれ操縦され
る。

【００１３】障害物感知手段２６は、気体が封入された
エアバッグ２８と、エアバッグ２８が障害物と接触する
ことによって変わる気体の圧力の変化を感知して作動す
る障害物感知信号出力手段である圧力スイッチ３０とを
備えている。エアバッグ２８は作業装置８のアーム１４
の一端側、ブーム１２との連結端側に取り付けられてい
る（図１）。エアバッグ２８には予め空気あるいは窒素
ガスの様な気体が規定の圧力で封入されている。エアバ
ッグ２８はゴム引きキャンバスの様な、気密性、引裂強
度、耐摩耗性の優れた材料で作られる。周囲の障害物の
種類によってまた障害物との接触の頻度によって、損傷
の可能性の大きいときには鋼鉄チェーンで作られた網で
外側を覆い保護する。圧力スイッチ３０は規定の圧力に
よってＯＮ−ＯＦＦされる電気スイッチでエアバッグ２
８に隣接して設けられている。圧力スイッチ３０は操縦
制御手段３２を構成する複数個の電磁油圧切換弁にそれ
ぞれ電気的に接続されている。エアバッグ２８内の圧力
が規定圧力より大きくなると通電することにより障害物
感知信号を出力する。

【００１４】操縦装置制御手段３２はパイロット油路
（点線で図示）に設けられる複数個の電磁油圧切換弁を
有している。複数個の電磁油圧切換弁６２、６４、６
６、６８及び７０は基本的に同一構成の電磁油圧切換弁
で、通電が無いとソレノイドが励磁されない第１の状態
に、そして通電されるとソレノイドが励磁されて第２の
状態に選択的に設定される周知の切換弁である。複数個
の電磁油圧切換弁は次のようにパイロット油路（点線で
図示）に設けられている。電磁油圧切換弁６２は走行油
圧モータ５ａを操縦する油圧パイロット操作弁５０とパ
イロット油圧ポンプ４２とを結ぶパイロット油路に設け
られている。電磁油圧切換弁６４は走行油圧モータ５ｂ
を操縦する油圧パイロット操作弁５２とパイロット油圧
ポンプ４２とを結ぶパイロット油路に設けられている。
電磁油圧切換弁６６は旋回油圧モータ７を操縦する油圧
パイロット操作弁５４とパイロット油圧ポンプ４２とを
結ぶパイロット油路に設けられている。電磁油圧切換弁
６８はアーム揺動シリンダ１６を操縦する油圧パイロッ
ト操作弁５８とパイロット油圧ポンプ４２とを結ぶパイ
ロット流路に設けられている。電磁油圧切換弁７０は、
ブーム揺動シリンダ１２ａ及び１２ｂを操縦する油圧パ
イロット操作弁６０とパイロット作動油圧制御弁群４４
との間の、ブーム揺動シリンダ１２ａ及び１２ｂを伸長
させる側のパイロット油路８４に設けられている。図示
の操縦装置制御手段３２を構成する複数個の電磁油圧切
換弁は通電の無い第１の状態を示し、パイロット油路は
連通している。

【００１５】以上のように構成された作業機制御装置の
作動を、図１及び図２を参照して複数個のアクチュエー
タのうちのアーム揺動シリンダ１６、ブーム揺動シリン
ダ１２ａ及び１２ｂ、並びに走行油圧モータ４８ａ及び
４８ｂをドーム壁９０に接触する方向に動かして説明す
る。アーム揺動シリンダ１６を油圧パイロット操作弁５
８を操作して収縮させると、アーム１４は連結ピン１５
を中心として矢印Ａで示す時計方向に揺動する。ブーム
揺動シリンダ１２ａ及び１２ｂを油圧パイロット操作弁
６０を操作して伸長させると、ブーム１０は連結ピン１
１を中心として矢印Ｂで示す時計方向に揺動する。走行
油圧モータ４８ａ及び４８ｂを油圧パイロット操作弁５
０及び５２を操作して後進方向に回転させると、油圧シ
ョベル２は矢印Ｃで示す方向に後退する。かくして、ア
ーム１４の一端部がドーム壁９０に接近する。そして、
最初にエアバッグ２８がドーム壁９０に接触する。接触
によってエアバッグ２８が圧縮され内部の気体の圧力が
上昇する。気体の圧力が規定圧に上昇すると圧力スイッ
チ３０がＯＮになる。かくして、接触が感知され接触信
号が出力される。圧力スイッチ３０がＯＮになると操縦
装置制御手段３２の電磁油圧切換弁６２、６４、６６、
６８、及び７０に通電される。そして、これ等の電磁油
圧切換弁は第１の状態であるパイロット油路連通の状態
から、第２の状態であるパイロット油路遮断の状態に切
り換えられ、走行油圧モータ５ａ及び５ｂを操縦する油
圧パイロット操作弁５０及び５２、旋回油圧モータ７を
操縦する油圧パイロット操作弁５４、アーム揺動シリン
ダ１６を操縦する油圧パイロット操作弁５８それぞれへ
のパイロット油圧ポンプ４２からのパイロット油路が遮
断される。同様にブーム揺動シリンダ１２ａ及び１２ｂ
を操縦する油圧パイロット操作弁６０のブーム揺動シリ
ンダ１２ａ及び１２ｂを伸長させる側のパイロット作動
油圧操作弁へのパイロット油路８４が遮断される。この
とき、これ等アクチュエータ（走行油圧モータ、旋回油
圧モータ、アーム揺動シリンダ、及びブーム揺動シリン
ダのブーム伸長方向）のなかで作動中のものがあれば、
パイロット作動油圧制御弁へのパイロット油路が遮断さ
れるので、パイロット作動油圧制御弁群４４の該当する
パイロット作動油圧制御弁は中立位置に切り換えられて
アクチュエータの動きは停止する。また、油圧パイロッ
ト操作弁の操作を継続しても、また新に操作しても、パ
イロット油が流れないから、パイロット作動油圧制御弁
は操作されず、従ってアクチュエータは動かない。

【００１６】ここで、ブーム揺動シリンダ１２ａ及び１
２ｂを操縦する油圧パイロット弁６０の、ブーム揺動シ
リンダ１２ａ及び１２ｂを収縮させるパイロット油路８
６には操縦装置制御手段３２の電磁油圧切換弁が設けら
れていないので、パイロット油路８６は遮断されていな
いから、ブーム揺動シリンダ１２ａ及び１２ｂの収縮方
向の動きは操縦が可能である。したがって、ブーム揺動
シリンダ１２ａ及び１２ｂを油圧パイロット操作弁６０
を操作して収縮させ、ブーム１０を連結ピン１１を中心
として図１において矢印Ｂと逆の反時計方向に揺動させ
て作業機８を障害物であるドーム壁９０から回避させる
ことができる。かくして、エアバッグ２８とドーム壁９
０との接触が除かれてエアバッグ２８の圧縮が解除され
内圧が圧力スイッチ３０の規定値より下がると、圧力ス
イッチ３０はＯＦＦになり、障害物感知信号の出力は止
まり、操縦装置制御手段３２の全ての電磁油圧切換弁は
通電が切れ、パイロット油路が連通される第１の状態に
切り換えられ、遮断されていたパイロット油路は連通さ
れ、油圧ショベル２は本来の操縦が可能となる。

【００１７】上述のように、障害物感知手段２６のエア
バッグ２８が障害物に接近し接触が感知されると、圧力
スイッチ３０がＯＮになり、操縦装置制御手段３２の電
磁油圧切換弁に通電され、電磁油圧切換弁が第１の状態
から第２の状態に切り換わりパイロット油路が遮断さ
れ、パイロット作動油圧制御弁はアクチュエータを作動
させる切換状態から中立状態になる。そして、障害物に
対して接近方向のアクチュエータの動きは停止する。ま
た、運転者が油圧パイロット弁を操作をしてもパイロッ
ト油路に流れがないから、パイロット作動油圧制御弁は
操作されず、したがってアクチュエータは動かない。し
たがって、操縦が不可能となる。このとき、障害物を回
避する方向へのアクチュエータの操作（本実施の形態に
おいてはブーム揺動シリンダを収縮する方向）は可能に
構成されている。その結果、作業装置の障害物への衝突
を防止することができるとともに障害物からの回避操作
を行うことができる。上述の説明においては３種類のア
クチュエータを動かしたが、建設機械が障害物に接近す
る方向のアクチュエータの種類、数は、作業状況、周囲
環境によって変えればよいことは言うまでもない。

【００１８】障害物感知手段２６としてエアバッグ２８
を用いると、エアバッグ２８は建設機械が障害物と接触
したときの衝撃を吸収するクッションとなる。そしてま
た、アクチュエータの動きはエアバッグ２８が圧縮変形
する間に停止するから、建設機械及び障害物双方の損傷
の可能性を減らすことができる。また、エアバッグ２８
に封入される気体として空気あるいは窒素を使用すれ
ば、封入気体の費用も安く、万一エアバッグ２８が損傷
して封入気体が漏れても周囲を汚染することがない。

【００１９】図３に障害物感知手段２６の他の形態を示
す。障害物感知手段７２は基台７８と、基台７８に取り
付けられた環状の弾性体７４と、障害物感知信号出力手
段である電気スイッチ７６を備えている。弾性体７４は
バネ鋼線の如き弾力復元性のあるワイヤを１本又は複数
本楕円形状あるいは半円形状に形成し、電気スイッチ７
６は環状弾性体７２の変形を歪みゲージで感知し、歪信
号を増幅してスイッチの切り換えを行い障害物感知信号
を出力する。変形が規定の大きさより大きくなると通電
することにより障害物感知信号を出力する。この障害物
感知手段７２の環状の弾性体７４は複数個を縦横十文字
方向に組み合わせて使うと、障害物を感知するのに効果
的である。

【００２０】本発明の障害物感知手段の構造は簡単であ
り、塵、埃、土砂、雨水等周囲環境の厳しい所において
も作動が影響されにくい。障害物感知手段は建設機械の
作業の種類そして作業の環境に応じて、適宜その設置部
位、設置個数を決め、制御すべきアクチュエータを選定
し、該当する油圧パイロット操作弁のパイロット油路に
操縦装置制御手段の電磁油圧切換弁を設ければよい。例
えば、油圧ショベル２において運転室２２の後方のカウ
ンタウエイト２４と周囲の障害物との接触が上部旋回体
６を旋回させる際に問題であれば、障害物感知手段２６
をカウンタウエイト２４の外側面に取り付けて、操縦装
置制御手段３２の電磁油圧切換弁を旋回油圧モータ４６
を操縦する油圧パイロット操作弁５４のパイロット油路
に設けて旋回モータの動きを制御すればよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明に従って構成された建設機械の作
業機制御装置によれば、建設機械が障害物に近づいた際
は、建設機械に設けられた障害物感知手段が周囲の障害
物との接触を感知し、障害物に接近する方向の建設機械
の動きを自動的に停止し、またその操縦を不可能にし
て、建設機械及び周囲の構造物の衝突による損傷を防止
することができる。また、運転者は周囲を注意する負担
が減り作業に集中できるから、作業能率の低下及び運転
者の疲労を減らすことができる。そして、建設機械と障
害物との接近を監視するための、監視人を配置する必要
もなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された建設機械の作業機制
御装置を取り付けた油圧ショベルの側面と作業の状況を
示す簡略図。

【図２】本発明に従って構成された建設機械の作業機制
御装置の回路図。

【図３】本発明の障害物感知手段の他の実施の形態を示
す側面図。

【符号の説明】

２：油圧ショベル ８：作業装置 １０：ブーム １４：アーム ２２：運転室 ２６：障害物感知手段 ２８：エアバッグ ３０：障害物感知信号出力手段（圧力スイッチ） ３２：操縦装置制御手段 ３４：アクチュエータ群 ３６：油圧パイロット操作弁群 ４４：パイロット作動油圧弁群 ５０、５２、５４、５６、５８、６０：油圧パイロット
操作弁 ６２、６４、６６、６８、７０：電磁油圧切換弁 ９０：ドーム壁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧により制御される建設機械の作業機
   制御装置において、建設機械の作業機に設けられた障害
   物感知手段と、その障害物感知手段の出力信号により作
   業機制御用パイロット油圧を制御する操縦装置制御手段
   とを備えた、ことを特徴とする建設機械の作業機制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記障害物知手段は、エアバッグと、そ
   のエアバッグの圧力を感知し信号を出力する障害物感知
   信号出力手段よりなる、請求項１記載の建設機械の作業
   機制御装置。
3. 【請求項３】 前記障害物感知手段は、環状に形成され
   た弾性体と、その弾性体の変形を感知して信号を出力す
   る障害物感知信号出力手段よりなる、請求項１記載の建
   設機械の作業機制御装置。
4. 【請求項４】 前記操縦装置制御手段は、油圧パイロッ
   ト操作弁のパイロット油路に設けられ、障害物感知手段
   の出力信号に基づきパイロット油路を開閉する切換弁よ
   りなる、請求項１記載の建設機械の作業機制御装置。