JPH1011111A

JPH1011111A - 作業機の操作用仮想振動生成装置

Info

Publication number: JPH1011111A
Application number: JP8163188A
Authority: JP
Inventors: Yotaro Hatamura; 洋太郎畑村; Yasuo Tanaka; 康雄田中; Ryuji Takada; 龍二高田; Yutaka Watanabe; 豊渡辺
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1996-06-24
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】作業個所が見えなくても、作業状態を実感的
に把握し、臨場感をもって適切な操作を行なうことがで
きる作業機の操作用仮想振動生成装置の提供。【解決手段】遠隔操縦装置１０の操作レバー１１Ｌ_a
〜１１Ｌ_c の操作信号は作業機側の制御装置２３へ無線
送信され、これに応じてコントロールバルブの比例ソレ
ノイド２ａ〜２１ｃが励磁されて作業機が駆動される。
作業機の負荷は負荷検出装置２６で検出され、遠隔操縦
装置１０の制御装置１３へ無線送信され、制御装置１３
の変換器１３８は負荷信号に応じた周波数の間欠信号を
出力し、この間欠信号を増幅器で操作レバーの操作量に
応じた増幅率で増幅し、さらに駆動増幅器１６で増幅さ
れて対応する操作レバーのノブ１１Ｎ_a 〜１１Ｎ_c に内
蔵された振動発生装置へ出力される。オペレータはノブ
の振動により作業状態を実感でき、臨場感をもって作業
機を適切に操作できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル、油
圧クレーン、ブルドーザ等の各種作業機の作業時に使用
される作業機の操作用仮想振動生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】作業機は、オペレータが１つ又は複数の
操作レバーを操作して対応するアクチュエータを駆動す
ることにより所望の作業を行なう。このような作業機と
して、油圧ショベルを例示してその概略構成を図により
説明する。図１１は油圧ショベルの側面図である。この
図で、１は下部走行体、２は下部走行体１上に旋回可能
に設けられた上部旋回体である。３はフロント機構を示
し、上部旋回体２に可回動に取り付けられたブーム４、
ブーム４に可回動に取り付けられたアーム５、アーム５
に可回動に取り付けられたバケット６より成る。４Ｓは
ブーム４を駆動する油圧シリンダ、５Ｓはアーム５を駆
動する油圧シリンダ、６Ｓはバケット６を駆動する油圧
シリンダである。７は運転室であり、内部に操作レバー
を備えている。オペレータが運転室７内の操作レバーの
うちの所要の操作レバーを操作することにより図示しな
いコントロールバルブを作動させ、これに対応する油圧
シリンダ等（アクチュエータ）をその操作量に応じた速
度で駆動し、地面Ｇの掘削個所Ｇ₁ を掘削し、又はその
他の所要の作業を行なう。

【０００３】このような油圧ショベルによる作業は、通
常、オペレータが運転室７に搭乗し、操作レバーを操作
して行なわれるが、危険な個所での作業、例えば、崖の
近辺、崩壊のおそれのある建造物の近辺、河川等におけ
る作業、火山の土石流の除去作業等の作業を行なう場合
には、オペレータが搭乗して作業をするのは危険である
ので、遠隔操縦手段が用いられる。

【０００４】遠隔操縦手段は、受信信号に応じて各コン
トロールバルブを作動させる作業機側の制御装置と、こ
の制御装置に有線又は無線で信号を送信する遠隔操縦装
置とで構成される。遠隔操縦装置には、作業機の操作レ
バーに対応する操作レバーが備えられ、オペレータは遠
隔個所に設けられた遠隔操縦装置の各操作レバーを、作
業機の操作レバーと同じように操作することにより、そ
の操作量に応じた信号を作業機側の制御装置に送信し、
作業機を操縦する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】オペレータが運転室７
に搭乗して作業機を操作する場合、オペレータは、作業
個所（例えば掘削作業の場合バケット６の先端）を見な
がら、かつ、油圧回路のリリーフ音やエンジン音を聞き
ながら、それらに基づいて経験的に適切な操作を行な
う。しかし、遠隔操縦手段による作業機の操縦では、遠
隔操縦する個所と作業機とが遠く離れている場合が多
く、この場合、遠隔操縦装置を操作しているオペレータ
は作業個所を、例えばカメラを用いて見ることができた
としても、作業時に車体や運転室に伝達される振動を感
じることはできず、作業機に、状況に応じた適切な作業
を行なわせるように操縦することは困難であった。

【０００６】この問題を解決するため、フロント機構を
駆動する油圧シリンダの圧力を検出して操作レバーに反
力を加えるようにする試みがなされているが、このよう
な手段では、操作レバーの反力が少し重くなったり軽く
なったりするだけであり、フロント機構にかかっている
負荷がどの程度の負荷であるかを実感することは困難で
あるという問題があった。

【０００７】このような問題は、必ずしも遠隔操縦を行
なう場合だけに生じるものではなく、オペレータが運転
室７に搭乗して作業を行なう場合にも生じる問題であ
る。例えば、油圧ショベルで図９に破線で示すように、
地面より低い足元の掘削を行なう場合、オペレータは掘
削個所Ｇ₂ を運転室７から見ることができず（このよう
な場合カメラは使用されない）、車体や運転室に伝達さ
れる振動はあっても確実に負荷を実感することは困難で
ある。

【０００８】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、遠隔操縦の場合や運転室から作業個所が見
えない場合でも、負荷の大きさを感覚的に把握させ、こ
れにより作業機をより適切に操作させることができる作
業機の操作用仮想振動生成装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、操作手段によりアクチュエータ
を駆動して所望の作業を行なう作業機において、前記作
業機の作業機構に作用する負荷を検出する負荷検出手段
と、この負荷検出手段の検出値に応じた周波数の信号を
出力する第１の周波数変換器と、当該負荷検出手段の検
出値に応じた周波数のパルスを出力する第２の周波数変
換器と、前記第１の周波数変換器から出力される信号を
前記第２の周波数変換器からのパルスの出力期間だけ間
欠的に出力する変調手段と、この変調手段からの信号に
応じて振動を発生する振動発生手段とを設けて作業機の
操作用仮想振動生成装置を構成したことを特徴とする。

【００１０】又、請求項２の発明は、上記請求項１の発
明において、前記操作手段の操作量を検出する操作量検
出手段と、前記変調手段からの信号を当該操作量検出手
段の検出値に応じて増幅する増幅器とを設け、この増幅
器の出力信号に応じて前記振動発生手段を作動させるよ
うにしたことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る
油圧ショベルの操作用仮想振動生成装置のブロック図で
ある。この図で、１０は遠隔操縦装置、２０は作業機に
備えられている装置を示す。まず、遠隔操縦装置１０側
において、１１Ｌ_a 、１１Ｌ_b 、１１Ｌ_c は操作レバ
ー、１１Ｎ_a 、１１Ｎ_b 、１１Ｎ_c はそれら操作レバー
のノブ（これらノブについては図２および図３を参照し
て後述する）、１２Ｌ_a 、１２Ｌ_b 、１２Ｌ_c は各操作
レバー１１Ｌ_a 、１１Ｌ_b 、１１Ｌ_c の操作量に比例し
た電気信号を発生する操作信号発生装置を示す。なお、
操作レバーの数は作業機により定まるものであり、図示
のように３つに限ることはない。１３は制御装置、１４
は無線送信装置、１４ａは送信用アンテナ、１５は無線
受信装置、１５ａは受信用アンテナ、１６は駆動増幅器
である。

【００１２】制御装置１３は以下の構成を有する。１３
１は操作信号発生装置１２Ｌ_a 、１２Ｌ_b 、１２Ｌ_c の
出力信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器、１３
２は所要の演算、制御を行なうＣＰＵ、１３３はデータ
を一旦蓄積するＲＡＭ、１３４はＣＰＵ１３２の動作の
手順が格納されたＲＯＭである。１３５は出力インタフ
ェース、１３６は入力インタフェース、１３７は所定の
データをアナログ値に変換するＤ／Ａ変換器、１３８は
Ｄ／Ａ変換器１３７の出力信号に基づいて仮想振動信号
を生成する変換装置である。上記の構成中、ＲＯＭ１３
４は、Ａ／Ｄ変換プログラム１３４ａ、送信プログラム
１３４ｂ、受信プログラム１３４ｃ、変換プログラム１
３４ｄ、変換プログラム１３４ｅ、およびＤ／Ａ変換プ
ログラム１３４ｆの各プログラムで構成されている。な
お、変換装置１３８については、図４を参照して後述す
る。

【００１３】次に、作業機側の装置２０において、２１
ａ、２１ｂ、２１ｃは油圧ショベルのコントロールバル
ブを駆動する比例ソレノイドであり、遠隔操縦装置１０
の操作レバー１１Ｌ_a 、１１Ｌ_b 、１１Ｌ_c に対応す
る。２２は各比例ソレノイド２１ａ、２１ｂ、２１ｃに
駆動電流を供給するドライバ、２３は制御装置、２４は
無線受信装置、２４ａは受信アンテナ、２５は無線送信
装置、２５ａは送信アンテナ、２６は負荷検出装置であ
る。

【００１４】制御装置２３は以下の構成を有する。２３
１は負荷検出装置２６の検出値をディジタル値に変換す
るＡ／Ｄ変換器、２３２は所要の演算、制御を行なうＣ
ＰＵ、２３３はデータを一旦蓄積するＲＡＭ、２３４は
ＣＰＵ２３２の動作の手順が格納されたＲＯＭである。
２３５は出力インタフェース、２３６は入力インタフェ
ース、２３７は操作レバー１１Ｌ_a 、１１Ｌ_b 、１１Ｌ
_c の操作量に応じたデータをアナログ値に変換するＤ／
Ａ変換器である。ＲＯＭ２３４は、受信プログラム２３
４ａ、Ｄ／Ａ変換プログラム２３４ｂ、Ａ／Ｄ変換プロ
グラム２３４ｃ、および送信プログラム２３４ｄの各プ
ログラムで構成されている。

【００１５】上記負荷検出装置２６としては、例えば特
公平３−５００４７号公報に提示されている掘削力測定
装置が挙げられる。この装置は、角度検出器で検出され
たバケット６の角度と圧力検出器で検出されたバケット
シリンダ６Ｓの圧力とから得られる力、およびアーム５
とバケット６とを連結するピンに貼着されたひずみゲー
ジにより検出されるバケットに作用する力の２つの力を
演算器で合成して掘削力を測定する装置である。負荷検
出装置としては、掘削力を測定する上記装置以外にも、
例えばアーム５の側壁に貼着したひずみゲージにより掘
削時に発生する応力を検出する装置を用いてもよいし、
同じくアーム５の側壁に装着した伸びを検出する変形セ
ンサ（特開平３−９６８０６号公報参照）によりバケッ
ト６にかかる負荷によるアーム５の伸縮を検出する装置
を用いてもよい。

【００１６】図２は図１に示す操作レバーのノブ部分の
具体例の断面図である。図で、１１Ｌ_a 、１１Ｎ_a は図
１に示すものと同じ操作レバーおよびノブである。な
お、他の操作レバーおよびノブの構成も操作レバー１１
Ｌ_a 、ノブ１１Ｎ_a の構成と同じであるのでそれらの説
明は省略する。１１Ａはノブ１１Ｎ_a 内部の空間、１１
Ｅは静電アクチュエータである。静電アクチュエータ１
１Ｅは薄いセラミック板を多数積層した構成を有する。
当該セラミック板に高電圧を印加又は除去するとセラミ
ック板の厚みが変化するので、静電アクチュエータ１１
Ｅの各セラミック板に高電圧を印加、除去することによ
り、静電アクチュエータ１１Ｅはセラミック板の積層方
向へ伸縮し、その伸縮時の力がノブ１１Ｎ_a に伝達され
ることになる。

【００１７】図３は操作レバーのノブ部分の他の具体例
の断面図である。この図で、図２に示す部分と同一部分
には同一符号が付してある。１１Ｎ_a1はノブの薄肉部を
示す。１１Ｂはボイスコイル、１１Ｃは永久磁石、１１
Ｒ₁ は永久磁石１１Ｃに連結されたロッド、１１Ｒ₂ は
ロッド１１Ｒ₁ に連結されノブの薄肉部１１Ｎ_a1に接触
する接触部である。ボイスコイル１１Ｂに電流を供給又
は除去することにより永久磁石１１Ｃが図で横方向に変
位するので、当該電流の供給、遮断により永久磁石１１
Ｃの変位による振動がロッド１１Ｒ₁ 、接触部Ｒ₂ を介
して、薄肉部１１Ｎ_a1へ伝達されることになる。

【００１８】図４は図１に示す変換装置１３８のブロッ
ク図である。この図で、図１に示す部分と同一部分には
同一符号が付してある。１３８Ｆ₁ は負荷信号Ｓ₁ をこ
れに応じた周波数のパルス信号Ｓ₁₁に変換する周波数変
換器、１３８Ｆ₂ は同じく負荷信号Ｓ₁ をこれに応じた
周波数信号Ｓ₁₂に変換する周波数変換器、１３８Ｍは各
周波数変換器１３８Ｆ₁ 、１３８Ｆ₂ の出力信号Ｓ₁₁、
Ｓ₁₂を乗算する乗算器、１３８Ａは乗算器１３８Ｍの出
力信号Ｓ₁₃を操作量信号Ｓ₂ に応じた増幅率で増幅する
増幅器である。増幅器１３８Ａで増幅された信号が増幅
器１６へ入力され、ここで増幅された電圧又は電流が各
操作レバーのノブ１１Ｎ_a 〜１１Ｎ_c へ印加又は供給さ
れる。

【００１９】次に、本実施の形態の動作を説明する。オ
ペレータは遠隔操縦装置１０の各操作レバー１１Ｌ_a 、
１１Ｌ_b 、１１Ｌ_c のノブ１１_a 、１１_b 、１１_c を選
択的に握ってこれを操作することにより遠隔個所の油圧
ショベルを駆動して所要の作業を行なうものである。オ
ペレータが操作レバー１１Ｌ_a 、１１Ｌ_b 、１１Ｌ_ｃを
選択的に操作すると、これに応じて操作信号発生装置１
２Ｌ_ａ、１２Ｌ_b 、１２Ｌ_c から電気信号が出力され
る。制御装置１３ではＡ／Ｄ変換プログラム１３４ａが
起動され、ＣＰＵ１３２はＡ／Ｄ変換プログラム１３４
ａに従って操作信号発生装置１２Ｌ_a 、１２Ｌ_b 、１２
Ｌ_c から出力された操作信号をディジタル値に変換し、
これらを一時ＲＡＭ１３３に格納し、次いで、送信プロ
グラム１３４ｂに従って当該操作信号をＲＡＭ１３３か
ら取り出し、出力インタフェース１３５、無線送信機１
４、送信アンテナ１４ａを介して油圧ショベルに無線で
送信する。

【００２０】送信された操作信号は油圧ショベル側の装
置２０の受信アンテナ２４ａ、無線受信機２４、入力イ
ンタフェース２３６を介して制御装置２３に入力され
る。制御装置２３の受信プログラム２３４ａは常時起動
されており、送信信号が入力されるとこれをＲＡＭ２３
３に一時格納してＣＰＵ２３２に割込みを行ない、送信
信号の入力を報せる。これにより、ＣＰＵ２３２は受信
プログラム２３４ａに従って送信された操作信号を受信
し、この操作信号をＤ／Ａ変換プログラム２３４ｂに従
ってアナログ信号に変換し、ドライバ２２に出力する。
ドライバ２２は入力した操作信号に応じて比例ソレノイ
ド２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちの対応するものに対し
て当該操作信号に応じた電流を供給する。これにより、
対応するコントロールバルブが操作され、その油圧アク
チュエータを駆動して所要の作業が行なわれる。

【００２１】この作業の実行により生じる負荷の大きさ
は負荷検出装置２６で検出され、その検出値は制御装置
２３に出力される。制御装置２３のＣＰＵ２３２は、既
に起動されているＡ／Ｄ変換プログラム２３４ｃに従い
Ａ／Ｄ変換器２３１を動作させて負荷検出装置２６の検
出値をディジタル値に変換し、この負荷信号を送信プロ
グラム２３４ｄに従い、出力インタフェース２３５、無
線送信機２５、送信アンテナ２５ａを介して遠隔操縦装
置１０へ無線で送信する。

【００２２】送信された負荷信号は、遠隔操縦装置１０
の受信アンテナ１５ａ、無線受信機１５、入力インタフ
ェース１３６を介して制御装置１３に入力される。制御
装置１３のＣＰＵ１３２は受信プログラム１３４ｃに従
って負荷信号を受信し、これをＲＡＭ１３３に一時格納
する。次に、変換プログラム１３４ｄが起動される。Ｃ
ＰＵ１３２は、当該プログラム１３４ｄに従って、さき
に入力されている各操作レバー１１Ｌ_a 、１１Ｌ_b 、１
１Ｌ_c の操作信号から各操作量の最大値を取り出し、こ
の最大値に対応する変換装置１３８の増幅器１３８Ａの
増幅率を求める。この増幅率の変換マップを図５に示
す。

【００２３】図５は操作レバーの操作量に対する増幅率
の変換マップを示す図であり、横軸にはレバー操作量
が、縦軸には増幅率がとってある。本実施の形態におけ
る増幅率は、図示のように操作レバーの操作量の増加に
比例して増加する特性を有する。しかし、これと異なる
特性の変換マップを使用することもできるのは明らかで
ある。この変換マップは変換プログラム１３４ｄに格納
されており、これにより求められた増幅率はＲＡＭ１３
３に格納される。

【００２４】次いで、変換プログラム１３４ｅが起動さ
れ、ＣＰＵ１３２はこの変換プログラム１３４ｅに従っ
て受信した負荷信号をＲＡＭ１３３から読み出し、この
負荷信号に対する変換装置１３８の周波数変換器１３８
Ｆ₁ 、１３８Ｆ₂ の周波数指令データを求める。これら
周波数の変換マップを図６および図７に示す。

【００２５】図６は負荷信号に対する周波数変換器Ｆ₁
の変換マップを示す図、図７は負荷信号に対する周波数
変換器Ｆ₂ の変換マップを示す図であり、それぞれ横軸
には負荷信号が、縦軸には周波数がとってある。本実施
の形態における各周波数は、図示のように負荷信号の増
加に比例して増加する特性を有する。しかし、これと異
なる特性、例えば図６に破線で示すような特性、その他
の適宜な特性の変換マップを使用することもできるのは
明らかである。これらの変換マップは変換プログラム１
３４ｅに格納されており、これらにより求められた周波
数はＲＡＭ１３３に格納される。

【００２６】次に、Ｄ／Ａ変換プログラム１３４ｆが起
動され、ＣＰＵ１３２はこのＤ／Ａ変換プログラム１３
４ｆに従ってＲＡＭ１３３から、さきに求めた増幅率お
よび周波数を読み出し、当該周波数を周波数指令データ
信号Ｓ₁ として変換装置１３８の周波数変換器１３８Ｆ
₁ 、１３８Ｆ₂ へ、又、当該増幅率を増幅率指令データ
信号Ｓ₂ として増幅器１３８Ａへ、それぞれ出力する。

【００２７】周波数変換器１３８Ｆ₁ 、１３８Ｆ₂ はそ
れぞれ図示しない発振器を備え、それら発振器により入
力された信号Ｓ₁ （電圧）をこれに応じた周波数信号に
変換する。周波数変換器１３８Ｆ₁ は比較的低い周波数
（例えば、1 〜10Ｈｚ）の同一パルス幅（例えば0.2 〜
0.5 秒）のパルス信号Ｓ₁₁を出力する。一方、周波数変
換器１３８Ｆ₂ は比較的高い周波数（例えば、数10〜数
ｋＨｚ）の周波数信号Ｓ₁₂を出力する。この周波数信号
Ｓ₁₂は、正弦波信号であるが、正弦波信号でなく連続的
なパルス信号であってもよい。上記各信号Ｓ₁₁、Ｓ₁₂は
乗算器１３８Ｍ（ゲート回路であってもよい）で乗算さ
れる。この乗算により、乗算器１３８Ｍから出力される
信号Ｓ₁₃は、周波数信号Ｓ₁₂がパルス信号Ｓ₁₁が存在す
る期間だけ出力される間欠的な信号となる。なお、乗算
器１３８Ｍに代えてゲート回路を用いる場合には、パル
ス信号Ｓ₁₁の出力状態を高レベル、非出力状態を低レベ
ルとし、高レベルのときのみ信号Ｓ₁₂を出力することに
なる。

【００２８】乗算器１３８Ｍから出力された間欠的信号
Ｓ₁₃は、増幅器１３８Ａにおいて、そのとき入力された
信号Ｓ₂ に応じた増幅率で増幅され、増幅された信号は
増幅器１６へ出力され、さらに駆動増幅器１６で増幅さ
れた電圧又は電流が、対応するノブの静電アクチュエー
タ又はボイスコイルに印加又は供給される。

【００２９】この場合、発生する振動は負荷の大きさに
応じた周波数と操作量に応じた大きさの振動となり、ノ
ブを介してオペレータの手に伝達される。この振動を感
覚的に表現すると、負荷が小さいときには低い周波数で
例えば「ビンビンビン」というような手応えとな
り、高い負荷では例えば「ビビビビ」というようなびび
り振動のような手応えとなる。このような振動がオペレ
ータの手に伝達されることにより、遠隔操縦装置１０の
オペレータは実際の負荷の大きさを実感し、かつ、ある
種の臨場感を得ることができるとともに、これにより油
圧ショベルの作業状態を感覚的に把握し、これに応じて
操作レバー１１Ｌ_a 、１１Ｌ_b 、１１Ｌ_cを適切に操作
して油圧ショベルを駆動し、所望の作業を行なう。

【００３０】ここで、図８、図９、図１０を参照して変
換装置１３８の動作の概略をさらに説明する。図８は負
荷信号の変化を示す図であり、横軸に時間、縦軸に負荷
信号がとってある。図９はレバー操作量の変化を示す図
であり、横軸に時間、縦軸にレバー操作量がとってあ
る。図１０は、図８および図９に示すある微小時間を取
り出し、その時間における変換装置１３８の内部の各信
号を示す図であり、図１０の（ａ）は信号Ｓ₁ 、図１０
の（ｂ）は信号Ｓ₁₁、図１０の（ｃ）は信号Ｓ₁₂、図１
０の（ｄ）は信号Ｓ₁₃の波形を示す。

【００３１】負荷信号は図８に示すように、最初小さ
く、中間で大きくなり、最後に急速に小さくなるものと
する。この場合、信号Ｓ₁ は図６に実線で示す特性によ
り図８に示す変化に従って変化する。ここで、負荷の大
きさを表わす信号Ｓ₁ が、ある時間において図１０の
（ａ）に示すように変化したとする。信号Ｓ₁ が小さい
（負荷が小さい）ときには、周波数変換器１３８Ｆ₁ の
パルス信号Ｓ₁₁のパルスの出力間隔は図１０の（ｂ）に
示すように長くなり（低周波となり）、周波数変換器１
３８Ｆ₂ の出力信号Ｓ₁₂の周波数は図１０の（ｃ）に示
すように低くなる。これら２つの信号Ｓ₁₁、Ｓ₁₂は乗算
器１３８Ｍに入力されて乗算され、この乗算の結果の信
号Ｓ₁₃は、信号Ｓ₁₁のパルス出力期間のみ信号Ｓ₁₂が出
力される形態の信号となる。この信号Ｓ₁₃は図１０の
（ｄ）に示すように低周波信号が比較的長い間隔で間欠
的に現れる信号となる。この信号が増幅器１３８Ａ、駆
動増幅器１６を介して対応するノブの静電アクチュエー
タ１１Ａ又はボイスコイル１１Ｂへ入力されると、これ
らはさきに述べたように、例えば「ビンビンビン」
というような振動を発生することになり、その大きさは
操作量に応じた大きさとなる。

【００３２】この状態から、負荷が増加して信号Ｓ₁ が
図１０の（ａ）に示すように大きくなると、周波数変換
器１３８Ｆ₁ のパルス信号Ｓ₁₁のパルスの出力間隔は図
１０の（ｂ）に示すように短くなり（高周波となり）、
周波数変換器１３８Ｆ₂ の出力信号Ｓ₁₂の周波数も図１
０の（ｃ）に示すように高くなる。そして、乗算器１３
８Ｍの出力信号Ｓ₁₃は、図１０の（ｄ）に示すように高
周波信号が短い間隔で間欠的に現れる信号となる。この
信号が増幅器１３８Ａ、駆動増幅器１６を介して対応す
るノブの静電アクチュエータ１１Ａ又はボイスコイル１
１Ｂへ入力されると、これらはさきに述べたように、例
えば「ビビビビ」というような振動を発生することにな
り、その大きさは操作量に応じた大きさとなる。

【００３３】一方、操作レバー１１Ｌ_a 、１１Ｌ_b 、１
１Ｌ_c の操作量の最大値は、図９に示すように、最初比
較的ゆるやかに増加して大きな値に達し、しばらくこの
値が維持された後急速に減少するものとする。この場
合、信号Ｓ₂ は図５に示す特性により図９に示す変化に
従って変化し、増幅器１３８Ａは、上述のように、レバ
ー操作量が小さく信号Ｓ₂ が小さいときには信号Ｓ₁₃を
小さな増幅率で増幅してそのレベルを低くし、レバー操
作量が大きく信号Ｓ₂ が大きいときには信号Ｓ₁₃を大き
な増幅率で増幅してそのレベルを高くすることになる。

【００３４】以上のことから、操作レバーが操作されて
からそれが中立位置に戻されるまでの間の状態をみる
と、図９に示す形態で操作レバーが操作され（操作レバ
ーの最大値が変化し）、この結果、負荷の大きさ（例え
ば油圧ショベルの掘削力）が図８に示すように変化した
場合、対応するノブでは、最初、比較的間隔の長い「ビ
ンビンビン」という弱い振動が、次いで、その振動
は徐々に間隔が短くなり、「ビビビビ」という高い周波
数で大きい振動となり、その状態がしばらく続いた後、
再び小さくて間隔の長い振動が伝達されることとなる。

【００３５】これをバケット６を地面に食い込ませて掘
削を行なっている場合についてみると、特に、ノブの振
動が高い周波数で大きい（例えば「ビビビビ」）ときに
は、バケット６に過大な負荷がかかっており、それ以上
操作レバーを継続して操作しても掘削力は増加せず、無
駄に動力を消費するだけであることがオペレータに実感
でき、オペレータは、一旦掘削動作を中止してバケット
６を戻し、少し姿勢を変えて再度掘削を行なう方がよい
ことに気付くこととなる。逆に、ノブの振動が低い周波
数で弱い（例えば「ビンビンビン」）場合には、オ
ペレータは、さらに深くバケット６を地面に食い込ませ
て、より多くの量を掘削できることを実感でき、これに
沿った操作を行なうこととなる。結局、オペレータは、
掘削個所が遠隔地点にあって見えない場合でも、掘削状
態を確実に把握することができ、臨場感の中で油圧ショ
ベルの適切な操作を行なうことができる。

【００３６】このように、本実施の形態では、油圧ショ
ベルのバケットの掘削力やアームに作用する応力等の負
荷に応じた周波数のパルス信号と連続信号を作成し、こ
れらを乗算して上記パルス信号の出力期間のみ間欠的に
上記連続信号を出力し、この間欠信号を各操作レバーの
うちの最大操作量に応じて増幅し、この増幅された信号
に基づいて対応するノブに振動を与えるするようにした
ので、作業個所が見えない遠隔地点にあっても、油圧シ
ョベルの作業状態を実感的に把握することができ、臨場
感をもって油圧ショベルを適切に操作することができ
る。

【００３７】又、従来のカメラやマイクロフォンを用い
る装置では、これらの映像信号や音声信号に広い周波数
帯域を占有されることとなり、操縦に必要なデータの送
信が大きく制限される事態が生じていたが、本実施例で
は負荷信号をディジタル信号で送信するだけであるの
で、上記事態の発生を完全に避けることができる。

【００３８】さらに、負荷の大きさが振動として伝達さ
れるので、オペレータが聴覚不自由者であっても何等支
障は生じず、又、オペレータが健常者である場合でも、
音声の形で入ってくる他の情報の取り込みに支障は生じ
ない。

【００３９】なお、上記実施の形態の説明では、操作レ
バー信号に応じて変換装置の増幅器の増幅率を変化する
例について説明したが、これは必ずしも必要ではなく、
負荷信号により周波数変換を行うだけで、振動のレベル
は一定であっても充分に作業状態を実感することができ
る。この場合、変換プログラム１３４ｄが不要になるの
は当然である。又、上記実施の形態の説明では、作業機
として油圧ショベルを例示して説明したが、他の作業機
にも適用できるのは当然である。例えば、ブルドーザの
排土板にかかる負荷を検出することによりブルドーザに
適用でき、クレーンのブームにかかる負荷を検出するこ
とによりクレーンに適用できる。又、上記実施の形態の
説明では、遠隔操縦を行なう場合について説明したが、
遠隔操縦に限ることはなく、運転室にオペレータが搭乗
して作業機を操作している場合でも、前述のように地面
より低い足元の掘削を行なう場合等、オペレータからは
作業個所が見えない作業をする場合にも適用することが
できるのは明らかである。又、上記実施の形態の説明で
は、操作レバーを備えた遠隔操縦装置について説明した
が、押し釦式の遠隔操縦装置であっても適用可能であ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、周波数
変換器は検出された負荷の大きさに応じた周波数の信号
を出力するとともに、この信号を、同じく負荷の大きさ
に応じた周波数のパルスで変調してパルスの出力期間だ
け上記周波数信号を間欠的に出力し、この出力信号によ
り、又はこの出力信号を操作量に応じて増幅した信号に
より、振動を発生させるようにしたので、作業個所が見
えなくても、作業機の作業状態を確実に把握することが
でき、当該作業機を臨場感をもって適切に操作すること
ができる。又、負荷信号をディジタル信号で送信するの
で、その送信のための使用周波数帯域が狭く、他のデー
タの送受信に何等の支障も生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの仮想
振動生成装置のブロック図である。

【図２】操作レバーのノブ部分の断面図である。

【図３】操作レバーのノブ部分の断面図である。

【図４】図１に示す変換装置のブロック図である。

【図５】レバー操作量と増幅率の変換マップを示す図で
ある。

【図６】負荷信号と周波数の変換マップを示す図であ
る。

【図７】負荷信号と周波数の変換マップを示す図であ
る。

【図８】負荷信号の変化を示す図である。

【図９】レバー操作量の変化を示す図である。

【図１０】図１に示す変換装置における信号の波形図で
ある。

【図１１】油圧ショベルの側面図である。

【符号の説明】

１０遠隔操縦装置１１Ｌ_a 〜１１Ｌ_c 操作レバー１１Ｎ_a 〜Ｎ_c ノブ１３制御装置１６駆動増幅器２１ａ〜２１ｃ比例ソレノイド２２ドライバ２３制御装置２６負荷検出装置１３８変換装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田龍二茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者渡辺豊茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作手段によりアクチュエータを駆動し
て所望の作業を行なう作業機において、前記作業機の作
業機構に作用する負荷を検出する負荷検出手段と、この
負荷検出手段の検出値に応じた周波数の信号を出力する
第１の周波数変換器と、当該負荷検出手段の検出値に応
じた周波数のパルスを出力する第２の周波数変換器と、
前記第１の周波数変換器から出力される信号を前記第２
の周波数変換器からのパルスの出力期間だけ間欠的に出
力する変調手段と、この変調手段の出力信号に応じて振
動を発生する振動発生手段とを設けたことを特徴とする
作業機の操作用仮想振動生成装置。
【請求項２】操作手段によりアクチュエータを駆動し
て所望の作業を行なう作業機において、前記操作手段の
操作量を検出する操作量検出手段と、前記作業機の作業
機構に作用する負荷を検出する負荷検出手段と、この負
荷検出手段の検出値に応じた周波数の信号を出力する第
１の周波数変換器と、当該負荷検出手段の検出値に応じ
た周波数のパルスを出力する第２の周波数変換器と、前
記第１の周波数変換器から出力される信号を前記第２の
周波数変換器からのパルスの出力期間だけ間欠的に出力
する変調手段と、この変調手段からの信号を前記操作量
検出手段の検出値に応じて増幅する増幅器と、この増幅
器の出力信号に応じて振動を発生する振動発生手段とを
設けたことを特徴とする作業機の操作用仮想振動生成装
置。
【請求項３】請求項１又は請求項２において、前記振動
発生手段により発生した振動は、前記操作手段の把持部
分に伝達されることを特徴とする作業機の操作用仮想振
動生成装置。
【請求項４】請求項１又は請求項２において、前記操作
手段は、前記作業機を遠隔操縦する装置に備えられたも
のであることを特徴とする作業機の操作用仮想振動生成
装置。
【請求項５】請求項１又は請求項２において、前記操
作手段は、前記作業機に備えられたものであることを特
徴とする作業機の操作用仮想振動生成装置。
【請求項６】請求項１又は請求項２において、前記第
１の周波数変換装置および前記第２の周波数変換装置
は、前記負荷検出手段の検出値が大きいとき高い周波数
を出力し、前記検出値が小さいとき低い周波数を出力す
ることを特徴とする作業機の操作用仮想振動生成装置。
【請求項７】請求項１又は請求項２において、前記負
荷検出手段は、前記作業機構の変形又は当該作業機構に
作用する応力を検出する手段であることを特徴とする作
業機の操作用仮想振動生成装置。
【請求項８】請求項２において、前記操作量検出手段
は、前記操作手段が複数存在するとき、それら操作手段
の操作量のうちの最大操作量を検出するものであること
を特徴とする作業機の操作用仮想振動生成装置。