JPH10311059A

JPH10311059A - ２ピースブーム型作業機の操作駆動装置

Info

Publication number: JPH10311059A
Application number: JP12086997A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Sonoda; 光夫園田; Eiji Egawa; 栄治江川; Junji Tsumura; 淳二津村; Yusuke Kajita; 勇輔梶田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】２ピースブーム型作業機の操作駆動装置におい
て、簡単な操作でアーム先端を高く上げることができ、
かつアーム先端の上方への張り出しを抑えて安全性を向
上する。【解決手段】速度比演算部１０１でポテンショメータ３
１，３２からの信号に基づき第２ブーム４を上昇させか
つアームを下降させる第２ブーム４とアーム５の角速度
の比αを算出し、第２ブーム角速度演算部１０３でポテ
ンショメータ１４の信号から第２ブーム４の目標角速度
ｄθ02を演算し、アーム角速度演算部１０４で第２ブー
ム４の目標角速度ｄθ02と角速度の比αとからアーム５
の目標角速度ｄθ03を演算し、エンド判定部１０２及び
動作判定部１０５で第１ブーム上げの単独操作で第１ブ
ームの上げエンドが検出されると、それらの目標角速度
が得られるよう指令信号を生成し、出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２ピースブームを
含む多関節型のフロント作業装置を備えた２ピースブー
ム型作業機に係わり、特にフロント作業装置を上方に移
動する場合の操作を容易にする２ピースブーム型作業機
の操作駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に油圧ショベルはフロント作業装置
として、ブーム、アーム、バケット、旋回という４つの
作業部材を有している。これらの作業部材はそれぞれの
アクチュエータにより駆動され、これらのアクチュエー
タは操作レバーを動かすことによって操作される。

【０００３】ところで、１本のレバーは前後方向および
左右方向に動かすことができ、同時に２つのアクチュエ
ータを操作できるようになっている。このため、油圧シ
ョベルにおいてはフロント作業装置の３つのアクチュエ
ータと旋回モータの４つのアクチュエータを操作するた
めに２本の操作レバーを備えている。これらを手で操作
することにより、４つのアクチュエータを同時に操作す
ることができる。

【０００４】また、走行を行うために右側および左側の
走行装置を駆動する２つのアクチュエータも有してい
る。これらを操作するためにも２本の操作レバーを備え
ており、これらを両手で操作するようになっている。し
かし、前述のようにフロントアクチュエータを操作して
いる場合は両手がふさがっているため、走行装置用のレ
バー操作を行うことができない。このために、走行装置
用の操作レバーについてはペダルが併設されており、両
足でも２つの走行装置を操作できるようになっている。
このようにして、油圧ショベルにおいては、両手・両足
を使うことにより同時に６つのアクチュエータを操作し
て作業を行うことができる。

【０００５】ところで、近年油圧ショベルの用途がさら
に拡大し、作業範囲の拡大等により一層の作業性向上を
求める声が強くなってきている。そのための新たなフロ
ント構造を備えた作業機械として２ピースブーム型の油
圧ショベルがある。これは、例えば実開昭６２−１７２
７５２公報に示すように、ブームを第１ブームと第２ブ
ームに分割し、第２ブームを第１ブームに対して上下方
向に回動可能に取り付け、この第２ブームを動かし、第
１ブームに対する第２ブームの取り付け角度を変更する
ことにより作業範囲を拡大できるようにしたものであ
る。

【０００６】この２ピースブーム型の油圧ショベルで
は、第２ブームのアクチュエータを操作するための新た
な操作装置が必要となる。しかし、第２ブーム用に新た
に操作装置を設けた場合、オペレータは合計７つのアク
チュエータを５個の操作装置で操作することになる。前
述のようにオペレータの両手・両足は従来の６つのアク
チュエータを操作するためにふさがっている。このた
め、この第２ブームのアクチュエータを操作するために
はどれか他のアクチュエータの操作を止め、それにより
空いた手もしくは足で第２ブーム用の操作装置を操作し
なければならない。

【０００７】ここで、第２ブーム用の操作装置として操
作レバーを採用した場合、この第２ブームを操作するた
めに他の１本の操作レバーの操作を止めることになり、
このため２つのアクチュエータが操作ができなくなる。
その結果、フロント作業装置の複合動作が不可能とな
り、その作業能率が大幅に減少する。このため、実機の
２ピースブーム型油圧ショベルでは、第２ブーム用の操
作装置としてペダルが採用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の２ピースブーム型の油圧ショベルにおいては、次の
ような問題がある。

【０００９】一般的に、２ピースブーム型の油圧ショベ
ルは、第１ブームと第２ブームとの取り付け角度が小さ
くなるように第２ブームを操作し、合わせて第１ブーム
を上げることによりバケットが作業機本体の近辺に位置
づけられ、手元、すなわち作業機本体の近辺での掘削作
業を容易に行うことができる。

【００１０】ところで、アーム先端に取り付けられたバ
ケットを上方に移動させる場合には、第１ブームの操作
装置を上げ方向に操作し、第１ブームを上げればよい。
しかし、フロント作業装置が上記のように第１ブームと
第２ブームとの取り付け角度が小さくなる姿勢にあると
きには、第２ブームが第１ブームに対して大きく下方に
折れ曲がっているため、第１ブームが上げエンドに達し
ても、十分なバケットの高さを確保することができな
い。このため、オペレータは第２ブームの操作装置を上
げ方向に操作して第２ブームも上げる必要がある。

【００１１】ところが、このとき第１ブームが上げエン
ド近傍にある状態で第２ブームのみを上げると、バケッ
トは真上方向に近い軌跡を描いて上方に張り出すように
移動するので、狭い場所でこのような操作をすると、上
方に障害物がある場合はバケットがその障害物に当たる
可能性がある。このバケットの上方への張り出しを抑え
るためにはアームの操作装置も操作してアームを下降さ
せる必要がある。つまり、アーム先端に取り付けられた
バケットを上昇させるために、オペレータは第１ブー
ム、第２ブーム及びアームの３つを同時に操作しなけれ
ばならない。しかし、前述のように、第２ブームの操作
装置として一般にはペダルが採用されており、オペレー
タは、両手によるレバー操作をしながら足によるペダル
操作をして、バケットの移動方向を修正しながらバケッ
トを高く上げるのは、大変不便であり、オペレータに相
当の熟練を必要とする。また、その時のオペレータへの
負荷も大きなものとなる。

【００１２】本発明の目的は、簡単な操作でアーム先端
を高く上げることができ、かつアーム先端の上方への張
り出しを抑えて安全性を向上できる２ピースブーム型作
業機の操作駆動装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

（１）上記目的を達成するために、本発明は、作業機本
体に上下方向に回動可能に取り付けられた第１ブーム、
この第１ブームに上下方向に回動可能に取り付けられた
第２ブーム、この第２ブームに上下方向に回動可能に取
り付けられたアームを有するフロント作業装置と、これ
ら第１ブーム、第２ブーム、アームの動作を指令する複
数の操作手段とを備えた２ピースブーム型作業機の操作
駆動装置において、前記第１ブームの上げエンドを検出
する第１位置検出手段と、前記第２ブーム、アームのそ
れぞれの角度位置を検出する第２位置検出手段と、前記
第１位置検出手段により前記第１ブームの上げエンドが
検出されると、前記第２位置検出手段の検出値に基づ
き、前記第１ブームの操作手段の指令信号に応じて前記
第２ブームを上昇させかつアームを下降させるよう第２
ブーム、アームの指令信号を生成し、出力する演算制御
手段とを備えるものとする。

【００１４】以上のように構成した本発明においては、
第１ブームが上げエンドに達すると、制御演算手段から
第２ブーム、アームへの指令信号により、第１ブームの
操作手段の指令信号に応じて第２ブームを上昇させかつ
アームを下降させるので、第１ブームの操作手段による
操作だけで、第１ブームが上げエンドに達した後は、第
２ブームが自動的に上昇し、同時にアーム５が自動的に
下降する。このため、簡単な操作でアームの先端を高く
上げることができると共に、このときのアーム先端の上
方への張り出しを抑えることができ、安全性を向上でき
る。

【００１５】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記複数の操作手段のうち前記第１ブームの操作手段の
みが上げ方向に操作されたことを検出する動作判定手段
を更に備え、前記演算制御手段は、前記動作判定手段に
より前記第１ブームの操作手段のみが上げ方向に操作さ
れたことが検出され、かつ前記第１位置検出手段により
前記第１ブームの上げエンドが検出されると、前記第２
ブーム、アームの指令信号を生成し、出力する。

【００１６】これにより、第１ブームが上げエンドに達
していないときや、第１ブームの操作手段が上げ方向に
操作されていないときは、通常の２ピースブーム型作業
機と同様に、オペレータは任意に第１ブーム、第２ブー
ム、アームを動かすことができるので、アームの先端を
高く上げる必要がないときは、通常の２ピースブーム型
作業機と同様にオペレータの意志で自由にフロント作業
装置を動かすことができ、幅広い作業に対応することが
できる。

【００１７】（３）また、上記（１）において、好まし
くは、前記演算制御手段は、前記第２位置検出手段から
の信号に基づき、前記第２ブームを上昇させかつアーム
を下降させる第２ブームとアームの角速度の比を算出す
る速度比演算手段と、前記第１ブームの操作信号の指令
信号と前記速度比演算手段からの角速度の比とから第２
ブーム、アームの目標角速度を算出する角速度演算手段
と、この目標角速度が得られるよう前記第２ブーム、ア
ームの指令信号を生成し、出力する演算出力手段とを有
するものとする。

【００１８】（４）上記（３）において、好ましくは、
前記角速度演算手段は、前記第１ブームの操作手段の指
令信号から前記第２ブームの目標角速度を演算する第１
演算手段と、第２ブームの角速度と前記速度比演算手段
からの角速度の比とから前記アームの目標角速度を演算
する第２演算手段とを有するものとする。

【００１９】（５）上記（４）において、好ましくは、
前記第２演算手段は、前記第２ブームの角速度として前
記第１演算手段で演算した目標角速度を用いる。

【００２０】（６）また、上記（４）において、好まし
くは、前記第２演算手段は、前記第２ブームの角速度と
して前記第２位置検出手段で検出した第２ブームの角度
位置を微分した値を用いる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。まず、本発明の第１の実施形態を図１
〜図５により説明する。

【００２２】図１において、本発明が係わる２ピースブ
ーム型作業機は、作業機本体２と、作業機本体２に上下
方向に回動可能に取り付けられた第１ブーム３、第１ブ
ーム３に上下方向に回動可能に取り付けられた第２ブー
ム４、第２ブーム４に上下方向に回動可能に取り付けら
れたアーム５、アーム５に取り付けられたフロントアタ
ッチメントであるバケット６を有するフロント作業装置
１とを備えており、第１ブーム３、第２ブーム４、アー
ム５、バケット６はそれぞれ、第１ブームシリンダ７、
第２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により駆動される。

【００２３】本実施形態による操作駆動装置はこのよう
な２ピースブーム型作業機に搭載されるものであり、第
１ブームシリンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシ
リンダ９に係わる油圧駆動系とその制御系とで構成され
ている。

【００２４】すなわち、本実施形態の操作駆動装置は、
油圧駆動装置として、油圧ポンプ１７と、油圧ポンプ１
７から第１ブームシリンダ７に供給される圧油の流量と
流れ方向を切り換え制御する方向切換弁２１と、油圧ポ
ンプ１７から第２ブームシリンダ８に供給される圧油の
流量と流れ方向を切り換え制御する方向切換弁２２と、
油圧ポンプ１７からアームシリンダ９に供給される圧油
の流量と流れ方向を切り換え制御する方向切換弁２３と
を備えている。方向切換弁２１〜２３は、電磁操作式の
弁であり、指令信号（電流）によってそれらの位置及び
開口面積が調整される。

【００２５】また、操作駆動装置は、制御系として、第
１ブーム３の動作速度を指令する操作レバー１１と、第
２ブーム４の動作速度を指令する操作ペダル１２と、ア
ーム４の動作速度を指令する操作レバー１３と、操作レ
バー１１の操作量を検出するポテンショメータ１４と、
操作ペダル１２の操作量を検出するポテンショメータ１
５と、操作レバー１３の操作量を検出するポテンショメ
ータ１６と、第１ブーム３のリンクピン位置に取り付け
られ、第１ブーム３の角度位置を検出するポテンショメ
ータ３１と、第２ブーム４のリンクピン位置に取り付け
られ、第２ブーム４の角度位置を検出するポテンショメ
ータ３２と、アーム５のリンクピン位置に取り付けら
れ、アームの角度位置を検出するポテンショメータ３３
と、ポテンショメータ１４〜１６，３１〜３３からの信
号に基づき第１ブーム３第２ブーム４、アーム５の指令
信号を生成し、出力する制御装置３０とを備えている。

【００２６】なお、図示していないが、２ピースブーム
型作業機は、油圧ポンプ１７からバケットシリンダ１０
に供給される圧油の流量と流れ方向を切り換え制御する
方向切換弁及びバケット６の動作速度を指令する操作装
置も備えている。

【００２７】次に、制御装置３０の機能を図２及び図３
を用いて説明する。

【００２８】図２において、制御装置３０は、速度比演
算部１０１、エンド判定部１０２、第２ブーム角速度演
算部１０３、アーム角速度演算部１０４、動作判定部１
０５、第２ブーム制御速度演算部１０６、アーム制御速
度演算部１０７、第１ブーム速度演算部１０８、第２ブ
ーム速度演算部１０９、アーム速度演算部１１０、信号
切換部１１１、出力部１１２ａ〜１１４ｂの各機能を有
している。

【００２９】速度比演算部１０１は、ポテンショメータ
３１，３２からの信号に基づき、第２ブーム４を上昇さ
せかつアームを下降させる第２ブーム４とアーム５の角
速度の比を算出するものであり、以下その詳細を説明す
る。

【００３０】ポテンショメータ３２，３３でそれぞれ検
出された第２ブーム４、アーム５の角度位置をそれぞれ
図３に示すようにθ2，θ3とし、第１ブーム１が上げエ
ンドに達した状態で、アーム５の先端が上方へ張り出さ
ないよう第２ブーム４を上昇させかつアーム５を下降さ
せる第２ブーム４とアーム５の目標角速度をそれぞれｄ
θ02，ｄθ03とすると、速度比演算部１０１では、第２
ブーム４を上昇させかつアームを下降させる第２ブーム
４、アーム５の角速度の比として、ｄθ03＝α・ｄθ02 （１）で表される比α（第２ブーム４の目標角速度ｄθ02に対
するアーム５の目標角速度ｄθ03の比α）を次式で算出
する。

【００３１】 α＝R1(R2sin(θ2)ーR3sin(θ2＋θ3))/R3(R1sin(θ2＋θ3)ーR2sin(θ3)) （２）ここで、R1,R2,R3は、第１ブーム３、第２ブーム４、ア
ーム５のリンクピン間の長さである（図３参照）。

【００３２】上記（２）式による比αの算出根拠を以下
に説明する。図３に示すように、第１ブーム３の基端の
取付位置（リンクピン位置）を原点とし、水平前後方向
にＸ軸を持ち、垂直方向にＹ軸を持つ直交座標系を設定
し、この座標系での第１ブーム３の先端位置の座標値を
（X1,Y1）、第２ブーム４の先端位置の座標値を（X2,Y
2）、アーム５の先端位置の座標値を（X3,Y3）とし、更
にポテンショメータ３１で検出された第１ブーム３の角
度位置をθ1すると、各座標値と角度位置θ1，θ2、θ3
との間には以下の関係が成り立つ。 X1＝R1・cos(θ1) Y1＝R1・sin(θ1) X2＝R1・cos(θ1)−R2・cos(θ1+θ2) Y2＝R1・sin(θ1)−R2・sin(θ1+θ2) X3＝R1・cos(θ1)−R2・cos(θ1+θ2)＋R3・cos(θ1+θ2+
θ3) Y3＝R1・sin(θ1)−R2・sin(θ1+θ2)＋R3・sin(θ1+θ2+
θ3) ここで、本実施形態では、アーム５の先端が上方へ張り
出さずに第２ブーム４を上げ方向に回動させる軌跡とし
て、第１ブーム３の取付位置（リンクピン位置）を中心
とした円を想定し、アーム５の先端位置がこの円周上を
動くように第２ブーム４を上昇させながらアーム５を下
降させる。この場合、アーム５の先端位置は、常に、第
１ブーム３の取付位置を中心とした円周上に位置するの
で、円の半径をrとすると、 X3²+Y3²＝r² （３）が成り立ち、 X3²=R1²・cos²(θ1)+R2²・cos2(θ1+θ2)+R3²・cos²(θ1+
θ2+θ3)-2R1・R2・cos(θ1)・cos(θ1+θ2)+2R1・R3・cos
(θ1)・cos(θ1+θ2+θ3)-2R2・R3・cos(θ1+θ2)・cos(θ1
+θ2+θ3) Y3²=R1²・sin²(θ1)+R2²・sin²(θ1+θ2)+R3²・sin²(θ1+
θ2+θ3)-2R1・R2・sin(θ1)・sin(θ1+θ2)+2R1・R3・sin
(θ1)・sin(θ1+θ2+θ3)-2R2・R3・sin(θ1+θ2)・sin(θ1
+θ2+θ3) であるから、 X3²+Y3²=R1²+R2²+R3²-2R1・R2cos(θ2)+2R1・R3・cos(θ2+θ3) -2R2・R3・cos(θ3)（４）となり、上記（３）式と（４）式により、 R1²+R2²+R3²-2R1・R2cos(θ2)+2R1・R3・cos(θ2+θ3)-2R2・R3・cos(θ３）＝ｒ^２（５）が得られる。この（５）式の両辺を時間微分し、整理す
ると、ｄθ２・Ｒ１・Ｒ２ｓｉｎ（θ2)-(ｄθ2+ｄθ3)・R1・R3・sin(θ2+θ3) +ｄθ3・R2・R3・sin(θ3)=0 （６）となり、この（６）式を変形すると、上記（２）式の比
αが得られる。

【００３３】エンド判定部１０２は、第１ブーム３の上
げエンドを検出するものであり、ポテンショメータ３１
で検出された第１ブーム３の角度位置θ1が所定の値以
上になったときに上げエンドと判断し、動作判定部１０
５に信号を出力する。

【００３４】第２ブーム角速度演算部１０３は、ポテン
ショメータ１４の信号から第２ブーム４の目標角速度ｄ
θ02を演算するものであり、ポテンショメータ１４で検
出された操作レバー１１の操作量をＬ1とすると、操作
量Ｌ1に応じた速度で第２ブーム４が第１ブーム３の回
動方向と同じ方向に動くように、次式により第２ブーム
４の目標角速度ｄθ02を演算する。ｄθ02＝Ｋ・Ｌ1 （Ｋは所定の係数）（７）アーム角速度演算部１０４は、第２ブーム角速度演算部
１０３で演算された第２ブーム４の目標角速度ｄθ02と
速度比演算部１０１で算出された角速度の比αとからア
ーム５の目標角速度ｄθ03を演算するものであり、第２
ブーム角速度演算部１０３で演算された第２ブーム４の
目標角速度ｄθ02に速度比演算部１０１で算出された角
速度の比αを乗じる上記（１）式の演算を行うことによ
りアーム５の目標角速度ｄθ03を求める。

【００３５】動作判定部１０５は、ポテンショメータ１
４〜１６及びエンド判定部１０２からの信号に基づき、
信号切換部１１１への切り換え信号を出力するものであ
る。すなわち、動作判定部１０５では、第１ブーム３の
動作を指令する操作レバー１１のみが上げ方向に操作さ
れたことが検出され、かつエンド判定部１０２から信号
が入力されたときに、信号切換部１１１に切り換え信号
を出力する。

【００３６】第２ブーム制御速度演算部１０６は、ポテ
ンショメータ３２からの信号と第２ブーム角速度演算部
１０３で演算された第２ブーム４の目標角速度ｄθ02と
に基づき第２ブームシリンダ８の第１目標速度Ｖ2bを演
算するものであり、アーム制御速度演算部１０７は、ポ
テンショメータ３３からの信号とアーム角速度演算部１
０４で演算されたアーム５の目標角速度ｄθ03とに基づ
きアームシリンダ９の第１目標速度Ｖ3bを演算するもの
である。これら演算部１０６，１０７では、いずれも予
め記憶したフロント作業部材１の各部寸法とポテンショ
メータ３２，３３で検出した角度位置を用いて演算を行
う。その一例を第２ブーム制御速度演算部１０６で代表
して以下に説明する。

【００３７】第２ブーム制御速度演算部１０６では、ポ
テンショメータ３２で検出された第２ブーム４の角度位
置θ2と第２ブーム角速度演算部１０３で演算された第
２ブーム４の目標角速度ｄθ02とから、次式（８）によ
り、第２ブームシリンダ８の第１目標速度Ｖ2bを演算す
る。

【００３８】Ｖ2b＝ＡＢｓｉｎ（θ2＋ψ）・ｄθ02／（Ａ²＋Ｂ²−２ＡＢｃｏｓ（θ2＋ψ））^1/2 （８）ここで、ψはフロント作業装置１の構造で決まる一定角
度である。

【００３９】上記（８）式の算出根拠を以下に示す。図
３に示すように、第１ブーム３と第２ブーム４及び長さ
Ｓの第２ブームシリンダ８で構成される三角形を考え、
第２ブームシリンダ８の対角をＣとすると、Ｓ²＝Ａ²＋Ｂ²−２ＡＢｃｏｓＣ（９）の関係が成り立つ。両辺を時間微分して、２Ｓ・ｄＳ＝２ＡＢｓｉｎＣ・ｄＣよって、ｄＳ＝ＡＢｓｉｎＣ・ｄＣ／Ｓ（１０）となり、角速度ｄＣからシリンダ速度ｄＳを算出するこ
とができる。ここで、図３より、Ｃ＋θ2＋ψ1＋ψ2＝３６０（ｄｅｇ）（ψ1、ψ2：フロント作業装置１の構造で決まる一定角
度であり、ψ＝ψ1＋ψ2とおく）であるから、ｄＣ＝−ｄθ2 ｓｉｎＣ＝ｓｉｎ（３６０−θ2−ψ）＝−ｓｉｎ（θ2
＋ψ）が成り立ち、（１０）式は、ｄＳ＝ＡＢｓｉｎ（θ2＋ψ）・ｄθ2／Ｓとなる。この式を（９）式を用いて変形すれば、ｄＳ＝ＡＢｓｉｎ（θ2＋ψ）・ｄθ2／（Ａ²＋Ｂ²−２ＡＢｃｏｓ（θ2＋ψ））^1/2 （１１）よって、目標各速度ｄθ02から第２ブームシリンダ８の
第１目標速度Ｖ2bを求める場合は、上記（１１）式のｄ
ＳをＶ2bに置き換え、ｄθ2をｄθ02に置き換えて上記
（８）式が得られる。

【００４０】第１ブーム速度演算部１０８は、ポテンシ
ョメータ１４からの信号に基づき第１ブームシリンダ７
の第２目標速度Ｖ1aを求めるものであり、ポテンショメ
ータ１４で検出された操作レバー１１の操作量を上記の
ようにＬ1とすると、この操作量Ｌ1が大きくなるほど大
きくなるような第１ブームシリンダ７の第２目標速度Ｖ
1aを演算する。

【００４１】第２ブーム速度演算部１０９は、ポテンシ
ョメータ１５からの信号に基づき第２ブームシリンダ８
の第２目標速度Ｖ2aを求めるものであり、ポテンショメ
ータ１５で検出された操作ペダル１２の操作量をＬ2と
すると、この操作量Ｌ2が大きくなるほど大きくなるよ
うな第２ブームシリンダ８の第２目標速度Ｖ2aを演算す
る。

【００４２】第３ブーム速度演算部１１０は、ポテンシ
ョメータ１６からの信号に基づきアームシリンダ９の第
２目標速度Ｖ3aを求めるものであり、ポテンショメータ
１６で検出された操作レバー１３の操作量をＬ3とする
と、この操作量Ｌ3が大きくなるほど大きくなるような
アームシリンダ９の第２目標速度Ｖ3aを演算する。

【００４３】信号切換部１１１は、第１目標速度Ｖ1bを
Ｖ1b＝０として予め設定しておくことにより、動作判定
部１０５から切り換え信号により第１目標速度Ｖ1b〜Ｖ
3b又は第２目標速度Ｖ1a〜Ｖ3aのいずれかを選択し目標
速度Ｖ1i〜Ｖ3iとするものである。

【００４４】すなわち、動作判定部１０５から切り換え
信号が入力されないときは、第１ブームシリンダ７、第
２ブームシリンダ８、アームシリンダ９の目標速度Ｖ1i
〜Ｖ3iとして、各速度演算部１０８〜１０９で求めた第
２目標速度Ｖ1a〜Ｖ3aがそれぞれ選択される図示の位置
にあり、目標速度Ｖ1i〜Ｖ3iとして第２目標速度Ｖ1a〜
Ｖ3aを出力部１１２ａ〜１１４ｂに出力する。このとき
は、操作レバー１１、操作ペダル１２、操作レバー１３
の操作量に応じた速度で第１ブーム３、第２ブーム４、
アーム５がそれぞれ動くことになる。一方、動作判定部
１０５から切り換え信号が入力されると、第１ブームシ
リンダ７、第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９の
目標速度Ｖ1i〜Ｖ3iとして、第１ブームシリンダ７の第
１目標速度Ｖ1bを０とし、各制御速度演算部１０６，１
０７で求め第２ブームシリンダ８、アームシリンダ９の
第１目標速度Ｖ2b，Ｖ3bがそれぞれ選択される位置に切
り換わり、目標速度Ｖ1i〜Ｖ3iとして第１目標速度Ｖ1b
〜Ｖ3bが出力部１１２ａ〜１１４ｂに出力される。この
ときは、第１ブーム３は動かず、アーム５の先端が前方
に張り出さないように第２ブーム４及びアーム５が動
く。

【００４５】以上において、ポテンショメータ３１及び
エンド判定部１０３は、第１ブーム３の上げエンドを検
出する第１位置検出手段を構成し、ポテンショメータ３
２，３３は、第２ブーム４、アーム５のそれぞれの角度
位置を検出する第２位置検出手段を構成し、速度比演算
部１０１、第２ブーム角速度演算部１０３、アーム角速
度演算部１０４、第２ブーム制御速度演算部１０６、ア
ーム制御速度演算部１０７、信号切換部１１１、出力部
１１２ａ〜１１４ｂは、第１位置検出手段により第１ブ
ーム３の上げエンドが検出されると、第２位置検出手段
の検出値に基づき、第１ブーム３の操作手段である操作
レバー１１の指令信号に応じて第２ブーム４を上昇させ
かつアーム５を下降させるよう第２ブーム、アームの指
令信号を生成し、出力する演算制御手段を構成する。

【００４６】また、動作判定部１０５は、複数の操作手
段である操作レバー１１，１３及び操作ペダル１２のう
ち第１ブーム３の操作手段である操作レバー１１のみが
上げ方向に操作されたことを検出する動作判定手段を構
成し、上記演算制御手段は、この動作判定手段により第
１ブームの操作手段のみが上げ方向に操作されたことが
検出され、かつ第１位置検出手段により第１ブームの上
げエンドが検出されると、第２ブーム、アームの指令信
号を生成し、出力するものである。

【００４７】すなわち、エンド判定部１０２、動作判定
部１０５及び信号切換部１１１により、第１ブーム３の
操作レバー１１のみが上げ方向に操作され、かつ第１ブ
ーム３が上げエンドに達しているときは、目標速度Ｖ1i
〜Ｖ3iとして第１目標速度Ｖ1b〜Ｖ3bが選択され、それ
以外のときには、目標速度Ｖ1i〜Ｖ3iとして第２目標速
度Ｖ1a〜Ｖ3aが選択される。

【００４８】以上のように構成した本実施形態の動作を
図４及び図５を用いて説明する。

【００４９】オペレータが操作レバー１１、操作ペダル
１２、操作レバー１３を操作すると、第１ブーム３が上
げエンドに達する前、又は操作レバー１１が単独で上げ
方向に操作されていないときは、制御装置３０において
は第１ブーム速度演算部１０８、第２ブーム速度演算部
１０９、第３ブーム速度演算部１１０で演算された第２
目標速度Ｖ1a〜Ｖ3aが選択され、第１ブームシリンダ７
は操作レバー１１の操作量Ｌ1に応じた速度になるよう
に、第２ブームシリンダ８は操作ペダル１２の操作量Ｌ
2に応じた速度になるように、アームシリンダ９は操作
レバー１３の操作量Ｌ3に応じた速度になるようにそれ
ぞれ制御される。その結果、オペレータは任意に第１ブ
ーム３、第２ブーム４、アーム５を動かすことができ
る。

【００５０】オペレータが、第１ブーム３を上昇させる
ために、操作レバー１１を単独で上げ方向に操作したと
きは、第１ブーム３がまだ上げエンドに達していなけれ
ば、制御装置３０において第１ブーム３の目標速度Ｖi1
として、第２目標速度Ｖ1aが選択され、第１ブームシリ
ンダ７の速度は操作レバー１１の操作量Ｌ1に応じた速
度になるように制御され、第１ブーム３は操作レバー１
１の操作に応じて上昇する。すなわち、このときは、フ
ロント作業装置１は、図４の（ａ）に示す姿勢から
（ｂ）に示す姿勢に変化するよう動作する。

【００５１】操作レバー１１を単独で上げ方向に操作し
ている状態で、第１ブーム３が上げエンドに達すると、
制御装置３０において第１目標速度Ｖ1b〜Ｖ3bが選択さ
れ、第１ブームシリンダ７の速度は０となるように制御
され、第２ブームシリンダ８の速度は、第１ブーム３の
操作レバー１１の操作量Ｌ1に応じた速度になるように
制御され、アームシリンダ９の速度は、角速度比演算部
１０１及びアーム角速度演算部１０４で演算された角速
度相当の速度になるように制御される。その結果、第１
ブーム３は動かず、第２ブーム４は、第１ブーム３の操
作レバー１１の操作に応じて上昇し、アーム５は、アー
ム５の先端が第１ブーム３の取付位置を中心に所定の円
周上を動くように下降する。すなわち、フロント作業装
置１は、図４の（ｂ）に示す姿勢から（ｃ）の姿勢に変
化するよう動作する。

【００５２】ここで、第１ブーム３が上げエンド近傍に
ある状態で第２ブーム４のみが上がると、アーム５の先
端（バケット６）は図５に示すように真上方向に近い軌
跡を描いて上方に張り出すように移動するので、上方に
障害物がある場合はバケットがその障害物に当たる可能
性がある。このバケットの上方への張り出しを抑えるた
めにはアーム５の操作レバー１３も操作してアームを下
降させる必要がある。つまり、アーム先端に取り付けら
れたバケットを上昇させるために、オペレータは第１ブ
ーム、第２ブーム及びアームの３つを同時に操作しなけ
ればならない。

【００５３】本実施形態では、上記のように操作レバー
１１を上げ方向に操作するだけで、第１ブーム３が上昇
して第１ブーム３が上げエンドに達した後は、第２ブー
ム４が自動的に上昇するので、簡単な操作でアーム５の
先端を高く上げることができると共に、同時にアーム５
が自動的に下降するので、図５に示すようなアーム５先
端の上方への張り出しを防ぎ、安全性を向上できる。

【００５４】このように本実施形態によれば、簡単な操
作でアーム５の先端を高く上げることができると共に、
このときのアーム５先端の上方への張り出しを抑え、安
全性を向上できる。

【００５５】また、アーム５先端を高く上げる必要がな
いときは、通常の２ピースブーム型作業機と同様にオペ
レータの意志で自由にフロント作業装置１を動かすこと
ができ、幅広い作業に対応することができる。

【００５６】なお、本実施形態では、第１ブーム３の上
げエンドの検出は、ポテンショメータ３１で検出された
第１ブーム３からの角度位置θ1に基づき、制御装置３
０のエンド判定部１０２で行ったが、第１ブーム３が上
げエンドに達したときに動作するリミットスイッチを設
け、これにより直接検出しても良い。

【００５７】本発明の第２の実施形態を図６により説明
する。図中、図１及び図２に示すものと同等の部材、機
能には同じ符号を付し、説明を省略する。

【００５８】本実施形態における２ピースブーム型作業
機の操作駆動装置は、第１の実施形態に対してアーム５
の目標角速度ｄθ03の算出方法を変えたものである。

【００５９】すなわち、図６において、制御装置３０Ａ
は、ポテンショメータ３２で検出された第２ブーム４の
角度位置θ2を微分して第２ブーム４の実際の角速度ｄ
θ2を求める微分器１１６を更に有し、かつ第１の実施
形態における制御装置３０のアーム角速度演算部１０４
の代わりに、微分器１１６で求めた第２ブーム４の実際
の角速度ｄθ2と速度比演算部１０１で算出された角速
度の比αとからアーム５の目標角速度ｄθ03を演算する
アームアーム角速度演算部１０４Ａを設けたものであ
る。その他は第１の実施形態の制御装置３０と同様であ
る。

【００６０】アーム角速度演算部１０４Ａでは、微分器
１１６で求めた第２ブーム４の実際の角速度ｄθ2と速
度比演算部１０１で算出された角速度の比αとから、下
式を用いてアーム５の目標角速度ｄθ03を演算する。ｄ
θ03＝α・ｄθ2このように構成した本実施形態におい
ても、第１の実施形態と同様に、第１ブーム３の動作を
指令する操作レバー１１のみを上げ方向に操作し、かつ
第１ブーム３が上げエンドに達すれば、第２ブーム４が
自動的に上昇しながらアーム５が自動的に下降し、これ
以外の場合には、通常の２ピースブーム型作業機のよう
に、操作レバー１１、操作ペダル１２、操作レバー１３
を操作することにより第１ブーム３、第２ブーム４、ア
ーム５を動かすことができる。

【００６１】従って、本実施形態においても第１の実施
形態と同様な効果が得られる。

【００６２】なお、本実施形態では、微分器１１６を設
けて第２ブーム４の角度位置θ2から実際の角速度ｄθ2
を求めたが、エンコーダ等を設けて直接第２ブーム４の
実際の角速度ｄθ2を検出してもよい。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、第１ブームが上げエン
ドに達すると、第１ブーム操作手段の指令信号に応じて
第２ブームを上昇させかつアームを下降させるので、簡
単な操作でアーム先端を高く上げることができ、かつア
ーム先端の上方への張り出しを抑え安全性を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における２ピースブー
ム型作業機の操作駆動装置を示す図である。

【図２】制御装置の処理機能を示す図である。

【図３】フロント作業装置における各角度位置や各部材
の長さ等を説明する図である。

【図４】本発明によるフロント作業装置の動作を説明す
る図である。

【図５】アームの先端が前方に張り出すときのフロント
作業装置の動作を説明する図である。

【図６】本発明の第２の実施形態における制御装置の処
理機能を示す図である。

【符号の説明】

１フロント作業装置２作業機本体３第１ブーム４第２ブーム５アーム６バケット７第１ブームシリンダ８第２ブームシリンダ９アームシリンダ１０バケットシリンダ１１操作レバー１２操作ペダル１３操作ペダル１４〜１６ポテンショメータ１７油圧ポンプ２１〜２３方向切換弁３０，３０Ａ制御装置３１ポテンショメータ３２，３３ポテンショメータ（第２位置検出手段）１０１速度比演算部１０２エンド判定部（第１位置検出手段）１０３第２ブーム角速度演算部（第１演算手段）１０４，１０４Ａアーム角速度演算部（第２演算手
段）１０５動作判定部１０６第２ブーム制御速度演算部（演算出力手段）１０７アーム制御速度演算部（演算出力手段）１０８第１ブーム速度演算部１０９第２ブーム速度演算部１１０アーム速度演算部１１１信号切換部１１２ａ〜１１４ｂ出力部（演算出力手段）１１６微分器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梶田勇輔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】作業機本体に上下方向に回動可能に取り付
けられた第１ブーム、この第１ブームに上下方向に回動
可能に取り付けられた第２ブーム、この第２ブームに上
下方向に回動可能に取り付けられたアームを有するフロ
ント作業装置と、これら第１ブーム、第２ブーム、アー
ムの動作を指令する複数の操作手段とを備えた２ピース
ブーム型作業機の操作駆動装置において、前記第１ブームの上げエンドを検出する第１位置検出手
段と、前記第２ブーム、アームのそれぞれの角度位置を検出す
る第２位置検出手段と、前記第１位置検出手段により前記第１ブームの上げエン
ドが検出されると、前記第２位置検出手段の検出値に基
づき、前記第１ブームの操作手段の指令信号に応じて前
記第２ブームを上昇させかつアームを下降させるよう第
２ブーム、アームの指令信号を生成し、出力する演算制
御手段とを備えることを特徴とする２ピースブーム型作
業機の操作駆動装置。
【請求項２】請求項１記載の２ピースブーム型作業機の
操作駆動装置において、前記複数の操作手段のうち前記
第１ブームの操作手段のみが上げ方向に操作されたこと
を検出する動作判定手段を更に備え、前記演算制御手段
は、前記動作判定手段により前記第１ブームの操作手段
のみが上げ方向に操作されたことが検出され、かつ前記
第１位置検出手段により前記第１ブームの上げエンドが
検出されると、前記第２ブーム、アームの指令信号を生
成し、出力することを特徴とする２ピースブーム型作業
機の操作駆動装置。
【請求項３】請求項１記載の２ピースブーム型作業機の
操作駆動装置において、前記演算制御手段は、前記第２
位置検出手段からの信号に基づき、前記第２ブームを上
昇させかつアームを下降させる第２ブームとアームの角
速度の比を算出する速度比演算手段と、前記第１ブーム
の操作信号の指令信号と前記速度比演算手段からの角速
度の比とから第２ブーム、アームの目標角速度を算出す
る角速度演算手段と、この目標角速度が得られるよう前
記第２ブーム、アームの指令信号を生成し、出力する演
算出力手段とを有することを特徴とする２ピースブーム
型作業機の操作駆動装置。
【請求項４】請求項３記載の２ピースブーム型作業機の
操作駆動装置において、前記角速度演算手段は、前記第
１ブームの操作手段の指令信号から前記第２ブームの目
標角速度を演算する第１演算手段と、第２ブームの角速
度と前記速度比演算手段からの角速度の比とから前記ア
ームの目標角速度を演算する第２演算手段とを有するこ
とを特徴とする２ピースブーム型作業機の操作駆動装
置。
【請求項５】請求項４記載の２ピースブーム型作業機の
操作駆動装置において、前記第２演算手段は、前記第２
ブームの角速度として前記第１演算手段で演算した目標
角速度を用いることを特徴とする２ピースブーム型作業
機の操作駆動装置。
【請求項６】請求項４記載の２ピースブーム型作業機の
操作駆動装置において、前記第２演算手段は、前記第２
ブームの角速度として前記第２位置検出手段で検出した
第２ブームの角度位置を微分した値を用いることを特徴
とする２ピースブーム型作業機の操作駆動装置。