JPS58120926A - 作業腕を持つ機械の操作簡易化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 一般土木、鉱山等で用いられるパワーショベル等の作業
腕を持つ機械類は、専用化したもの以外、掘削用のパケ
ット等の作業部位がなるべく広い空間範囲の動作と多く
の自由度を持つように関節接手が多段に組合されて設計
されている。建物の基礎工事や、小土木工事では特にこ
のような機構が求められる。

パワーショベルに例をとれば、これらの工事では制約の
多い空間で作業しなければならない場合が多い。埋設工
事等では路面下数メートルの掘削と地上数メートルのト
ラックの荷台への土石の装荷をサイクル化して行うこと
が多い。この時、操作者は作業腕旋回用油圧モーター左
右切換弁、元アーム上、下用シリンダーの上下切換弁、
掘削アーム屈伸シリンダーの屈伸切換弁、パケットジ冒
イ／ト回転角前後切換弁等の、接地部の走行系以外のレ
バー操作系が８操作あるのが普通であり、走行系は片＠
２２操計４操作ある。操作者は作業部所を目視しながら
操作レバーの停止位置への復帰や、レバーのｍり替えを
左右の２本の手で行なって繁雑に操作しなければならな
い。一般的に１その作業空間は狭い所が多く、他の人員
、機器もアームの可動空間内に立入るので操作者は緊張
して操作するのが常である。

パワーショベルはシＰベルローダ−のよウニ主に走行系
によって操作されるよりも、パケット−アーム系の操作
の数サイクルに１回等と走行系はあまり用いられない場
合が多い。掘削に当って、パケットの掘削角度の自由度
が大きいので掘削作業性は良い。バｉットや、ドリルの
作業角度の制御は作業性を良くする。これらは回転関節
接手の回転角の変化により「つな」がっているため先端
の作業具の角度がアームの回転角によって変わるのでパ
ケットシリンダーのみま九は掘削シリンダーのみで行な
うことは離かしい。

油圧を動力源に用いて、回転関節接手系は油圧シリンダ
ー、旋回系は油圧モーターを用いる例として、パワーシ
ョベルを例にとれば、作業腕は作業の敏連化と大作業量
を目的としているためなるへ＜軽＜、かつ強度が大きく
なるように作られる。

これは構造力学的に作業腕を二次元空間（平面）内勤作
に限定する場合が多い。重負荷に対し、自由関節接手や
、ねじり応力を生ずる三次元的な回転関節接手配置より
も、各回転面が一つだけの平面内になるようにした回転
関節接手の配置の万が強度的に有利で多る。掘削時の１
出力を要する時は、作業動作は２次元的空間で行なわれ
る。

三次元的動作のため関節接手の回転軸を作動平面に対し
直角に回転させようとする大きな力に対しては軸長を大
きくしたり、大口径スラストベアリングを用いるなどし
なければならない。従って、三次元動作のための関節接
手は鉱量が増し、かさ高となることから、応力の小さい
作業具取付関節接手以外は、作業腕の先端よりには、こ
のような応力の生ずる関節接手金膜けず、基部に設ける
。

基部における１量は、作業腕の安定化に有利でめるため
都合が良く、旋回系は基部に設けられることが多い。

第１図および第２図に模式的に示すように、基ＳｔＯ上
でパケットアーム系の作業腕と操作者１００は旋回関節
接手５０の上に同期して旋回しており、パケット・アー
ム系は操作者に対し、二次元空間内の制御によって行な
われる。

操作者の近傍に比較的小さな二次元的空間を作業腕のパ
ケット・アーム系とほぼ平行に確保し、ここに作業腕の
モデル的なミニチユアの操作腕を設け、この操作腕の動
作に作業腕が相似的に、かつ、位相的に同期するようＫ
Ｌ、このモデルの作業部位の回転軸等に把手を設け、旋
回系に対しては、旋回方向への操作腕への抑圧またはわ
ずかの傾倒によってスイッチング等により旋回系が作動
するようにすることによって、作業具を３次元的に操作
させると、操作者は、作業箇所を注視しながら叢書えを
行なわずに操作でき便利である。

当発明はこのような作業腕を持つ機械の操作簡易化方法
で、多段の関節接手金持つ作業腕を一元的に操作する方
法である。

関節回転駆動系に油圧を、関節回転角検出、信号処理、
および制御系に電気を用いる例としてパワーショベルの
掘削アーム関節接手部を第３図および第４図に模式的に
示す。図中の一点鎖線は油圧系を示し、矢印の付いた太
い実線は、電気信号回路を示す。

当考案は例えば第３図に示したような作業腕Ａの回転関
節接手が、相当する操作腕Ｂの回転関節接手に位相的に
同期させることによって行なわれるＯ 作業腕の関節回転角検出器２５からの信号２８と操作腕
の関節回転角検出器１２５からの信号１２８　との対比
により、操作腕の関節回転駆動機構１２１を作動させて
位相を合せる。操作把手１３０を移動させると操作腕の
応力を受けた回転関節、例えば、掘削回転関節接手１５
２に対しては、関節駆動機構１２１に一体的に接続する
スイッチ機構１４６に押力または引力を生じ、スイッチ
ングし、油送量制御出力１ａ１１１１４４へ入力し、パ
ルプ７１または７２ｔ−制御して、作業腕の回転駆動機
構２１を作動させ、作業具の移動を行う。この移動は直
に検出されて操作腕の相似的な移動を起す。

これらの機＠ｔ−各回転関節接手に設け、また、旋回系
は、第５図に模式的に示すように、操作腕の把手１３０
の側方への押圧によって作動するスイッチ機構１５８等
を設けて接地部９に対し旋回させることによって行なわ
れる。

基部の旋回、元アームの上下、掘削アーム上下等は作業
腕の先端で大きな変位を作るのでスイッチ！Ｉｋ構１５
８等はストレーンゲージ等を用いスイッチングの押力ま
たは引力に比例した信号を発生させ、バルブ機構の弁に
ついては開度を比例的に作動させ、もしくは、油圧回路
に介在させた油送量制御機構としての定量ポンプまたは
油圧パルスモータ−を用いたものは回転速度を比例的に
作動させることによって油圧モーターや油圧シリンダー
２１等を比例的な速度で駆動し、作業具の滑らかな変位
を行う。

関節回転角検出器２５等は例えば、差動トランス、スト
レンゲージ等である。

第３図、第４図、および第５図の例では、パケット回転
関節接手５３を介するパケットの制御は操作把手１３０
に直結する回転スイッチ１３９の回転によるスイッチン
グにより、−１的に行う方法である０通常、人の手首の
回転角よりも作業腕のパケットの回転角の方が大きく、
回転スイッチ１３９の相当の回転角によるスイッチング
の方が手の感覚に近く感する。このような装置は作業部
位の位置決めが目的の一つであるが、パケットは作業部
位であり、支点が作業部位から遠い、元アームや掘削ア
ーム程に影響されない。

第４図に回転関節接手５２の関節回転角検出器２５の取
付例を模式的に示す。支点２２はアームによって、掘削
アーム２と一体化されている。アーム２３は転受部をか
わすためのアーム、アーム２４は元アームＩＫ固定され
た支点２６を持ち、検出器２５に変位を与える支点２７
を持つ、検出器は元アームに固定された支点２０と支点
２７によって保持される。

操作腕と作業腕の同期方法はこの他に、第６図に示すよ
うに、油圧ポンプからの駆動油を定量ポンプまたＨ油圧
パルスモータ−等を用いて操作腕の位置決めシリンダー
１２１および相当する作業腕の駆動シリンダー２１のそ
れぞれに容量的に相似的な定比率の油１１−送り込むこ
とによって行なうことができる。ただし、あらかじめ操
作腕と作業腕Ｏ位相を合せておかなければならない。ま
た、油量の漏れ等に対し、時々補正しなければならない
。

定比率的な油量と相当するシリンダーのそれぞれに送る
には相似的な定量ポンプまたは油圧パルスモータの大小
を同軸にして回転するか、同一容量のものを歯車によっ
て連結してその比を得るようにする。

これらの定量ポンプは油圧源の出力回路に介在させ、作
業腕等の駆動力は油圧源のポンプ圧力によってまかなう
ようにすると、制御用の駆動力は小さくて済み、また、
力の大きく必要な作業腕すなわち油量の多い方が小さい
方すなわち操作腕の位置決めを自動的にするので都合が
良い。（パルスモータ−の場合は制御軸に入力するので
入力側に自動的に制御される。） 操作のためのスイッチングは前例と同様でめる。

作業腕および操作腕に位置の検出量を必要とせず、また
１作業腕は・従来のものを用いることができる。

油圧パルスモータ−を定量油送機構として用いる場合は
油圧源を必要とするが、作業腕の作動速度を操作腕のス
イッチング信号の強さに比例させル場合、油圧パルスモ
ータ−の制御を奇骨−轡喚電気パルスモーターの回転敷
料 御によって行えて制御がしやすく都合が良い。

これらの定比率油量送りは電気信号による制御回路を用
いた機構によっても行うことができる。

この場合補正用の油圧回路は相当する電気回路によって
省くことができる。駆動力が全て電気力の場合は制御は
より容易である。

これらに設けられる機構や器機は既に知られたものでろ
り容易に手に入る。

操作者が旋回系に同期して旋回しない場合も、旋回系を
同様に位相的に、かつ、相似的に作動させることによっ
て行うことができる。

操作者の近傍に充分な空間が設けられない場合は、操作
腕のめる一方向動作を他の動作に比して脂少しても良い
。作業腕のめる動作を特に細かく行なう時は逆に増大さ
せること同様である。

通常人の目視している目標への動きの方向と手。

腕、足等のその方向への押力、引力、回転力が一歇すれ
ば感覚的にある程度不自然を感じさせないで操作できる
場合も多い。この場合スイッチング機構のみで簡単化し
て行うことができる。

これらの機能は操作者の目視と通常の手、腕の動作感覚
が近いため都合が良い。とっさの場合の誤動作を少なく
できる。従って、人員の近傍での作業機に用いて効果を
生ずる。果実落しのための木のゆさぶり機器等、作業腕
のはさみ付機構等に応用すれば、作業部位への到達と同
時に、つかみ、手、腕の動作感覚で作業動作を行ない得
て便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図はパワーショベルの＠面模式図、第２図はさらに
簡略化した配置図、第３図は回転関節接手の制御系を示
した模式図、第４図は、回転関節接手回転角検出器の取
付例の模式図、第５図は基部と接地部の旋回系のスイッ
チングを示すための操作腕の模式的な平面図第６図は定
率比で作業腕および操作腕に油量を送って同期させる機
構の器機、油圧および電気の配置図。 Ｌ・・・・・・元アーム、　　２°・・・・・掘削アー
ムλ・・・・・・パケット等の作業具、 張・・・・・・接地部、　　１α・・・・・・基部ＩＬ
・・・・・児アーム駆動用シリンダー２α・・・・・噴
出器取付支点 ２１・・・・・・掘削アーム駆動用シリンダー２２・・
・・・・検出アーム取付支点 ２λ・・・・・・検出アーム　　２４・・・・・・検出
中間アーム２１１２＆・・・・・・回転関節回転角検出
器２＆・・・・・・固定支点、２７．・・・・・・検出
作動支点２＆　１２ａ・・・・・・検出器出力信号、２
１１２９、・・・・・・検出器電源入力３Ｌ・・・・・
・パケット駆動シリンダー４１、・・・・・・掘削アー
ム駆動油圧入力４Ｌ１４Ｌ・・・・・・信号変換器 ４３・・・・・・信号対比増幅器 ４４・・・・・・油圧系制御用変換器 ５α・・・・・・旋回系旋回接手 ５Ｌ・・・・・・元アーム回転関節接手ＳＺ・・・・・
・掘削アーム回転関節接手５＆・・・・・・パケット回
転関節接手７１．７Ｌ７λ７４．・・・・・・油送量制
御パルプ機構８０、・・・・・・油圧源　　　　１００
．・・・・・・操作者１０Ｌ・・・・・・操作腕の元ア
ーム １０１・・・・・・操作腕の掘削アーム１２Ｌ・・・・
・・操作腕の掘削アーム位置決めシリンダー、１３α・
・・・・・操作把手 １３Ｑ、・・・・・・回転スイッチ １４４・・・・・・油送量制御出力器 １４ａ・・・・・・操作腕のスイッチ機構１４７、・・
・・・・スイッチング用電源１５α・・・・・・操作腕
の旋回接手相当支点１５Ｌ・・・・・・操作腕の元ア＋
ム回転−節接手１５２・・・・・・操作腕の掘削アーム
回転関節接手１５＆・・・・・・操作腕のパケット回転
関節接手１５＆・・・・・・旋回接手作動スイッチ機構
２０α・・・・・・油圧源からの油圧入力２０Ｌ　２１
Ｌ・・・・・・電気ノζ°ルスモーター２０４２０＆　
２１１２１＆・・・・・・油・圧パルスモータ−２０４
２０＆　２殺４２１５．・・・・・・電磁弁２０＆　２
０俵２１＆２１９．・・・・・・歯車２１０、・・・・
・・油戻り回路 特許出願人　　　　岸　野　政　英 斉　　藤　　恵　　蔵 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　操作者の近傍に二次元的な空間を確保し、ここに作
   業腕のモデル的な操作腕を設け、スイッチ機構、動力機
   構を設け、この操作腕の動作に作業腕が位相的にかつ相
   似的に同期して作動するようにし、この操作腕の作業部
   位にあたる箇所に操作把手を設け、二次元的空間内で操
   作把手を作動させることを特徴とする作業腕を持９機械
   の操作簡易化方法。 ２　操作者の近傍に二次元的な空間を確保し、ここに作
   業腕のモデル的な操作腕を設け、この操作腕の動作に作
   業腕が位相的Ｋかつ、相似的に同期して作製するように
   した操作腕の操作把手を旋回系は旋回方向への抑圧によ
   って旋回が起るようにスイッチ機構または油圧の機前機
   構を設けた旋回制御方法を持つ特許請求の範囲、第１＠
   、記載の作業腕を持つ機構の操作簡易化方法 ＆　操作者の近傍に二次元的空間を作業腕の作業平面と
   平行に、もしくは左右３♂以内の角度で確保し、ここに
   作業腕のモデル的な操作腕を設けた特許請求の範囲第１
   項、第２項記載の作業腕を持つ機械の操作簡易化方法。 ４　作業腕が操作九の動作に位相的にかつ相似的に同期
   する機構に於て、作業腕と操作腕のそれぞれ相当する回
   転関節接手に検出器を設け、作業腕の位置によって操作
   腕の位置決めを行なう、操作腕を駆動する制御機構を設
   けて制御する特許請求の範囲第１項、第２項および第３
   項記載の作業腕を持つ機械の操作簡易化方法。 ＆　作業腕が操作腕の動作に位相的にかつ相似的に同期
   する機構において、あらかじめ操作腕と作業腕の位相を
   合せた後、操作腕の位置決めシリンダーまたはモーター
   に、および作業腕の駆動シリンダーまたはモーターにそ
   れぞれ定比率で同時に油量を送り込む油圧パルスモータ
   ーまたは定量ポンプを設けて制御する特許請求の範囲、
   第１項、第２項および第３項記載の作業腕を持つ機械の
   操作簡易化方法。 ＆　作業腕が操作腕の動作に位相的にかつ相似的に同期
   する機構において、それぞれの油送回路に定比率で同時
   に油量を送る機構部分に、相似的な大小の定量ホンダま
   たは油圧パルスモータ−を同軸に用い、自動的に作業腕
   の位相によって操作腕が位置決めされる制御方法を持つ
   特許請求の範囲、第１項、第２項、第３ＪＪ１％および
   第５項記載の作業腕を持′）機械の操作簡易化方法。 ７　作業腕が機作腕の動作に位相的にかつ相似的に同期
   する機構において、それぞれの油送回路に定比率で同時
   に油量を送る機構部分に、−ｊ容量の定量ポン１ｔたは
   油圧パルスモータ−を定比率の歯車によって連結して回
   転するＷｋ構を用い自動的に作業腕の位相によって操作
   腕が位置決めされる制御方法金持つ、特許請求の範囲第
   １項、第２項、第３項および第５項記載の作業腕を持つ
   機械の操作簡易化方法。 ａ　作業腕が操作腕の動作に、位相的にかつ相似的に同
   期する、機構において、操作腕の位置決め機構に一体化
   したスイッチ機構を設け。 これにかかる応力によってスイッチを作動させ、この応
   力に比例した速度で作業腕を駆動する機構を用いて制御
   する特許請求の範囲。 第１ＪＪｉ％第２項、第３項、第４項、および第５項記
   載の作業ｈｔ持つ機械の操作簡易化方法０