JPS6114328A - 作業機の操作装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は油圧ショベルなどの作業機の操作装置に関する
ものである。

〔発明の背景〕

従来の典型的な油圧ショベルは第１図に示すように、走
行自在のショベル本体Ｍと、この本体Ｍの前部に油圧シ
リンダ４を介して回動可能に枢着されたプーム１と、こ
のプーム１に油圧シリンダ５を介して回動可能に枢着さ
れたアーム２と、このアーム２に油圧シリンダ６を介し
て回動自在に枢着されたバケット３とからなり、前記プ
ーム１とアーム２の操作は、油圧シリンダ４，５または
６の伸縮をそれぞれ制御する各切換バルブを、各操作レ
バー（共に図示せずンにより操作することにより行われ
る。このため、オペレータは複数本（２〜４本）の操作
レバー（以下レバーと称す）を操作し、各切換パルプの
オン・オフを適当に繰返して行うことにより、バケット
３の先端を所要軌跡にしたがって動作させている。

上記のように複数本のレバーを操作する不便を解消する
ために、前記レバーの操作を一つにまとめたもの（実開
昭ｓ　５−１３１３５８　　）が提案されている。とこ
ろが、この提案は各シリンダの操作を行うレバーを一ケ
所に集めたにのみであるため、オペレータが前記の所要
軌跡をうるためには、各シリンダに対応したレバーを複
雑に動かさなければならないから、前記２本レバーの操
作と本質的に相違がない。

一方、直線掘削などの軌跡を一本のレバー操作により可
能としたもの（特開昭５５−３００３８）が提案されて
いる。この提案はバケット先端の水平移動（Ｘ軸成分）
をアームレバーで、垂直方向移動（Ｙ軸成分）をプーム
レバーでそれぞれ与えるように構成したもので、水平と
垂直のみの軌跡は−４（ＤＶ／＜−ア□よよ、え８．オ
、や、８あ、。　　　　′ところが、このような提案（
特開昭５５−ａｏｏａｓ　）は、水平と垂直の場合のみ
は良くても法面作業になると、アームレバーで水平方向
の速度ベクトルを、ゲームレバーで垂直方向の速度ベク
トルをそれぞれ付与する必要がある。この場合には、二
本のレバーを複合操作しなければならないから、操作が
面倒である恐れがある。

上記問題を解消するために、第２図に示すもの（％公昭
５４−３７４０５）が提案されている。この提案はアー
ム２の先端Ｃの方向と速度を、運転室の座席Ｓ近傍にあ
る一本のレバー７ａで与えることにより、所望の軌跡か
えられるように構成されている。この場合、レバー７ａ
は上記のようにアーム２の先端Ｃの制御を行うのみで、
バケット３の制御は別個のレバー（図示せず）によらね
ばならないため、レバーは完全に一本化されていないか
らレバー操作が煩雑である。

上記レバー７ａの操作方向と、アーム２の実際の動作点
Ｃの移動方向とを対応させる配置方法が、人間の操作感
覚からいっても最も自然である。ところが、従来の作業
機に慣れたオペレータが操作する場合には問題を生ずる
。例えば通常の手動操作油圧ショベルでは、ブームレバ
ーを手前に引くとバケットが上昇し、前方へ押すと下降
する。またアームレバーを内側へ抱え込むように倒すと
、バケットが手前方向にくるように、レバー操作方向と
実際の動作との間に関係がある。

これに対し、第２図に示す方式では、レバー７ａを手前
（オペレータ側）に引くと、バケット３も同様に手前へ
動き、レバー７ａを下降させた（内側へ倒した）場合に
は、バケット３も下降する動作を行う、このようにレバ
ーの操作方向と実際の移動方向との関係が、従来の作業
機と異なる。

したがって、ショベル運転歴の長いオペレータは、レバ
ーの操作方向と、実際の移動方向との関係が、自ら記憶
されているものと逆であった場合、極端なときには操作
不能になることが生ずる恐れがある。

〔発明の目的〕

本発明は上記にかんがみ、バケット先端のＸ。

Ｙ軸方向の速度ベクトルを、操作装置により与えると共
に制御するように構成した作業機において、前記速度ベ
クトルの指令および、＜ケラトのみの単独制御の指令を
与えるすべての操作を片手で簡単に行い、従来の複数レ
バーの複合操作および操作ミスの発生を防止し、オペレ
ータの操作負担を軽減すると共に、作業能率の向上をは
力）ることを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために５回動可能に設けた
ブーム、アームおよびノ彷ットと、このバケットの回動
速度設定手段と、前記ブーム、アームおよびバケットを
含む平面を座標面として。

バケット先端点のＸ、Ｙ軸方向の各速成分を設定する各
速度設定手段と、前記ブーム、アームおよびバケットの
各角度検出手段と、ブームとアームの各回動速度の演算
回路と、前記ブーム、アームおよびバケットの各シリン
ダの流量制御油圧回路とを備え、前速度設定手段で設定
されたｘ、Ｙ軸方向の各速度成分が、バケット先端でえ
られるようにブームおよびアームを回動させるよう番こ
構成した作業機において、前記速度設定手段番よ、／＜
ケラト回動方向および速度設定用の操作部と、この操作
部に回動可能に枢着されたｘ、ｙ軸方向速度成分設定用
制御棒とからなり、オペレータが片手で作業を行うこと
ができるようにしたことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第３図は、本発明の操作装置の一実施例を適用した油圧
ショベルの構成及び動作の説明図で、この図に示す符号
のうち、第１図および第２図に示すものと同一符号は、
同一または該当す込部分を示すものとする。

いま、ブーム１の回動支点を０、アーム２の回動支点を
Ｐ１バケット３の回動支点をＲ１バケット３の刃先Ｑ１
前記ＰとＱＳＰとＲ，０とＰ、　Ｒと９間のそれぞれの
長さをＬ　ａ　、　Ｌａｌ　！　Ｌｂ　ＩＬ、、ＯＰに
直交する直線と直線酉およびＶπとのそれぞれのなす角
をα、αｌ、Ｘ軸と直線σ下とのなす角をβ、直線π１
とπＴとのなす角をγ、直線Ｑ〒と「πとのなす角をδ
、直線ｎとＲＱとのなす角をφとし、かつ前記α、α１
゜βは基準線を中心に時計方向の回転を＋、反時計方向
の回転を−でそれぞれ示すものとする。

第３図ないし第５図において、７はバケット３の回転方
向および速度設定用の操作部、７ａは操作部７に回動可
能に枢着されたＸ、Ｙ軸方向速度成分設定用制御棒（操
作レバー）、７ｂ、７Ｃは操作レバー７ａの先端および
側面にそれぞれ取付けられたバケットの操作スイッチお
よび高速スイッチ、８は操作部７に接続された演算回路
、９ａ〜９Ｃは、演算回路８に接続されると共に、ブー
ム１、アーム２およびバケット３の各油圧シリンダ４〜
６にそれぞれ接続された流量制御回路、１０〜１２は角
度検出器、１３２〜１３Ｃは角度検出器１０〜１２にそ
れぞれ接続された微分器である。なお、第５図（ａ）（
ｂ）（Ｃ）はバケットの回動操作スイッチの具体例を示
している。

上記バケット３の刃先点ＱのＸｂ　、Ｙｂは下記（１）
（２）式で表わされる。

＞（、＝、１．ｂｃｏｓβ＋Ｌ、５ｉｎ（β−Ｆａ）・
・・・・・・・・（１）Ｙｂ＝Ｌ、ｓｉｎβ−Ｉ、、ｃ
ｏｓ（β＋α）・・・・・・・・・（２）上記（１）＜
２）式を時間微分し、希望するＸｂ、Ｙｂをうるための
ブーム１およびアーム２の回動速度λ、みを求めると、
下記（３Ｘ４）式のとお９である。

Ｌ、・罵α ・・・・・・・・・（４） ここで、￥ｂ＝ｖアＩ　Ｘ　ｂ　＝Ｖ　＊とし、操作部
７によりＱ点のＸ、Ｙ軸方向の各成分Ｖ　ｘ　ＨＶアを
入力指令として与えると、演算装置８により上記（３Ｘ
４）式の計算が行われて所望の）、ミを求めることがで
きる。上記り、は下記（５）式により求められる。

Ｌ、守’　Ｌａ１２＋Ｌ＊”　　２Ｌａｌ・Ｌ、・缶φ
　・旧・・（５）まだ、前記δ、α、φは下記（６）〜
（８）式によりそれぞれ求められる。

α＝α１−δ　　　　　　　　　　・・・・・・（７）
φ＝３６０”＋（γ−γ１ｏ−γ２０　）　　　　・川
・・（８）ただし、／ＳＲ，Ｐ−γｔｏ　＋　ｌ　Ｔ　
ＲＱ−γ２ｏ　　で既知の固定値であり、α、β、ｒは
前記角度検出手段からの入力値とする。

いま、操作部７よりバケット先端Ｑの速度ｖｘ　ＩＶア
が演算回路８に入力されると、ここで上記（３）（４）
式による計算が行われ、アーム２およびブーム１のそれ
ぞれの回動速度指令み、λが、流量制御回路９ａ、９ｂ
の指令として出力される。この流量制御回路９ａ、９ｂ
により制御された流量は、ブームシリンダ４およびアー
ムシリンダ５にそれぞれ供給されるため、ブーム１およ
びアーム２は回動する。ブーム１およびアーム２の回動
角度β。

α１は、角度検出器１１．１０を経て微分器１３ｂ。

１３ａにより角速度として計算され、フィードバックし
てサーボ制御が行われる。しだがって、操作部７からの
出力の与え方により、直線、円弧および法面などの軌跡
が任意に見られる。

一方、バケット３を動作させる場合には、操作レバー７
ａに取付けられたオン・オフスイッチ７　ｂ　（ＳＷＩ
　、　ＳＷ２　）と７Ｃ（ＳＷ３）を操作すれば、所望
のン指令が与えられ、ブーム１およびアーム２の場合と
同様にサーボ制御が行われる。

バケット操作用スイッチ７ｂは、バケット３の回　　　
　　　　へ１動方向の選択と、低速の７選択を行い、さ
らにスインチアＣが入ると、最大速度指令が選択される
。

このようなバケット３の操作のフローチャートは第６図
に示すとおりである。前記スイッチはすべて押した状態
時のみオンとなるモーメンタリ一式スイッチで構成され
ている。また、バケット操作スイッチは第５図に示すよ
うにダイセル式およびＳＷｌとＳＷ２を分離した形式の
ものでもよい。

第７図および第８図は横型操作部７および立型操作部７
′の取付状態を示したもので、その両操作部７，７′は
スライドアームｉｇ、７’ｇに、この両アーム７ｇ、７
’　ｇにそれぞれ取付けたフランジ７ｆ、７／ｆを介し
てそれぞれ取付けられている。前者（第７図）は、その
操作レバー７ａとショベル先端Ｑの各動作方向が相対応
するように、操作レバー７ａを横方向に取付け、かつ操
作部７に取付けたピン７ｄがフランジ７ｆに設けたリミ
ットスイッチ７ｅとオフ状態にある。これに対し後者（
第８図）は、その操作レバー７／ａを縦方向に取付け、
かつピン７／ｅがフランジ７／（に設けたリミットスイ
ッチ７／ｅとオン状態にある。

上記操作部７，７′は、リミットスイッチ７ｅ。

７／ｅの作動による取込み信号により、第９図に示すフ
ローチャートにしたがってＶＸ、Ｖγの変換を行うよう
に構成されている。すなわち、リミットスイッチがオフ
の場合（第７図）には、入力されたｖｘ、ｖｙはそのま
まである（　Ｖ　Ｘ　＝Ｙ　Ｘ　＋ｖｙ””ｖｙ）。こ
れに対しリミットスイッチがオンの場合（第８図）では
、ＶＸの符号変換した値をｖｙとすると共に、ｖＹの値
をｖｘとして演算器内で変換処理が行われるので、操作
部の横型、立型に関係なく使用可能となる。また、レバ
ー操作位置の変更によ妙、レバー握り部の高、さが変化
するので、上下方向に調節可能である。したがって、オ
ペ１／−夕は操作レバーの操作方向と実際の動作方向と
の対応を、自分の慣れた方式に合せることが可能となる
から、操作性を著しく向上させることができる。

上述した本実施例によれば、オペレータは片手でレバー
を操作し、その操作方向および傾転量の付与により、バ
ケット先端で直線、円弧などの自由な軌跡をうろことが
できる。

また、バケットの操作スイッチを指でオン・オフできる
ため、バケット先端速度（Ｖ！ＴＶア）をコントロール
しながら自由にバケットを回動させることができる。こ
の回動により、移動した刃先点から前記１／ｘ、Ｖアに
相応した制御が行われるので、掘削および仕上げ作業を
容易に行うことが可能である。さらに、バケット回動速
度を二段階にしたため、作業に応じた速度を容易に選択
することができる。

第１０図ないし第１３図は他の実施例（第２実施例）を
示すものでその操作部２１はノブ２１ｂを有するレバー
２１８と、二個の電気的素子（制。

両部材回動角検出器）２１Ｃ，２１ｄを備え、レバー２
１ａを傾転させることにより生ずる制御部材（図示せず
）の回動角を回動角検出器２１Ｃ２２１ｄにより検出し
、この検出値（回動角）α丁。

αＸが演算回路２２に入力される。この演算回路２２は
、前記回転角αＴ、αＸを、レバー中立位置０点を中心
とするＸ−Ｙ座標平面におけるレバー２１ａの幾何学的
位置に対応した速度ベクトル（成分）ｖｘ、ｖｙとして
出力する。

いま、レバー２１８が第１０図に示すように、Ｘ軸に対
し角度θの方向に傾転じたとすると、この傾転量に応じ
て制御部材を介して前記回動角検出器２１Ｃ，２１ｄは
回動し、その回動角αＸ。

α丁に相応した電気的出力Ｅｘ　、Ｅｙが演算回路ｚ２
に入力される。この演算回路２２は前記Ｅｘ。

Ｅｙの値により、レバー角度θに対応した速度成分出力
としてＸ方向速度成分ｖｘおよびｙ方向速度成分ｖｙを
出力し、第１２図に示すような状態となる。

この場合、Ｘ方向出力ｖｘはそのままに保ち、ｙ方向出
力ｖｙを小さくすると、レバー２１８は実際の角度θよ
りも小さい角度指令を与えることになる。

仮りに、第１３図に示すように破線Ｉの入力が与えられ
た場合には、回動角および速度成分は　　　　　　　　
　、θｌおよびＶＸＩ　、　ＶＹＩでそれぞれ表わされ
る。

この際、Ｘ方向成分ＹＸＩ　　をそのままの値に保ち、
ｙ方向成分ＶＴ１を小さくしてＶＹ２　にすると、入力
は実線■で示す状態となる。換言すれば、実際の角度θ
ｌは角度θ２で入力されることになる。

このような考え方を適用すると、必要な角度設定のため
には、従来以上にレバー２１ａを回動させねばならない
から、実質的に操作部の角度設定ゲインを低下させたこ
とに等しい。ｙ方向速度成分ｖｙ２は下記（９）式で表
わされる。

ｖｙ　２　＝ｋ　ｅ　ｖｙ　１・・・−−（９）ただし
、ｋは１以下の定数で、ｋの値の大きさにより、指令値
と実際値との差の大小が決まる。

また、第１３図に示す角度θ、は前記演算を行わせる範
囲を決める値である。すなわち、レバーの傾転による速
度指令は、座標平面内のどの領域でも生ずるので、すべ
ての領域で前記演算を行うと、例えばＸ方向速度成分が
零で、Ｘ方向速度成分のみが入力する場合に、前記ｖｙ
１がｖｙ２として小さく出力される不都合をなくするた
めに設けたものである。

上記のような第２実施例によれば、従来例に比べてレバ
ーを大きく動作させても、小さな角度入力変化しか生じ
ないので、微小角度の設定は容易になる利点がある。

次に上記第２実施例を油圧ショベルに適用した例を第１
４図に示す。この図において、操作部２１からの電気的
出力Ｅｘ　、Ｅｙは演算装置２２に入力され、ここでバ
ケット３の先端Ｐのｘ＋Ｙ方向速度成分Ｖｘ２．ＶＹ２
が演算されて演算装置２６へ出力される。この演算袋［
２６は前記ＶＸ２＋Ｖτ２およびブーム回動角度βおよ
びアーム回動角度αなどを入力し、前記ＶＸ２＋ＶＹ２
でバケット先端Ｐを動作させるのに必要なブーム１とア
ーム２の各回転速度β、αを演算して流量制御装置２７
へ出力する。この流量制御装置２７により、ブームシリ
ンタ”４およびアームシリンダ５は動作されて制御作用
を行う。

上記演算装置２２は、第１５図に示すようにレバー傾転
方向および傾転量から座標平面の位置対応演算を行う第
１演算部２２Ａと、定数設定器２４およびモードスイッ
チ２５を備える第２演算部２２Ｂとからなり、第１演算
部２２ＡからのＶＸＩ　、　ＶＹＩ　＋θ１が第２演算
部２２Ｂに入力されると、この第２演算部２２Ｂにおい
て基準位置からの角度０１がθ、より小（θ１くθ、）
さいことを判断し、この条件が満足されると、前記（９
）式の計算を行う。

この場合、モードスイッチ２５はレバー角度基準位置の
切換えを行うもので、Ｘ軸方向傾斜を制御したいときに
はＨを、Ｙ軸方向傾斜を制御したいときには■をそれぞ
れ選択するものとする。第１６図（ａ）（ｂ）は前記モ
ードＶ、Ｈの選択をそれぞれ行った場合の関係を示した
ものである。

上記モードＨの場合には、ｘ、ｙ方向速度成分ＶＴｇ、
ＶＸｊｊは下記ａωαυ式によシ求められる。この場合
は、第５図におけるバケット先端Ｐが目標点Ｃ−Ｄ間を
倣い制御する場合に相当する。

ｖｙ　２　＝ｋ　１ＩＶＴ　１　　　　　　　　　　　
　　…−−（１（＃ｖｘ　ｚ　＝ｖｘ　＋　　　　　　
　　”’　”’　！幸値υ次にモードＶの場合には、Ｘ
、ｙ方向速度成分ｖｙ２　、　ｖｘ２は下記ｆ１６ｃ１
３１式により求められる。この場合は上記と同様にバケ
ット先端Ｐが目標点６〜８間を倣い制御する場合に相当
する。この倣い制御の場合には、バケット３は破線で示
す状態に保持するものとする。

％ｊｙ２：ｖ７１　　　　　　　　・・・・・・・・・
（１りｖｘ　２＝ｋ　命ｖｘ　Ｉ・・・−−（１３）な
お、前記定数設定器２４ｔデイジタルヌイツチにより構
成すれば、作業種類およびオペレーターの好みにより、
定数設定値を適正な値に設定することかできる。

上述した第２実施例によれば、オペレーターが目標値を
見ながら操作レバーの操作を行って制御する場合には、
微小な角度の設定が容易になるため、目標値から外れた
ときの修正動作を容易に行うことができる。また、操作
レバーの微動により角度設定値が変化する従来の欠点を
排除することができるので、操作性もちろん制御性を向
上させる員も可能″′Ｃある利点力゛ある・　　　　　
　　　　　　　　　１、〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば次に列記する諸効
果がある。

（１）バケット刃先点のｘ＋Ｙ方向速度、成分を入力指
令として与える方式を用い、同一レバ一部のフィンガー
コントロールによりバケット操作を行うようにしたので
、片手ですべての操作を容易に行なうことができる。

（２）従来例の複数本のレバーを持ち変え、同時に操作
する複雑な動作を廃止することにより、感違による誤操
作の発生を防止すると共に、オペレーターの操作負担を
軽減し、未熟練者でも容易に作業することができる。

（３）他方の手は旋回操作のみに専念できるので、作業
能率を向上させ、旋回動作をしながら仕上げを行うよう
な三次元的作業を容易に行うことができる。

（４）　　オペノー夕は操作レバーの操゛作方向と実際
の移動方向との関係の選択を行うことにより、作業機の
操作の習熟に喪する時間の短縮をはかると共に、誤操作
の発生を防止することができる。

（５）目標値を見ながら操作を行い制御する場合に、前
記目標値から外れた際の修正動作を容易に行い、かつ操
作性および制御性の向上をはかることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は油圧ショベルの正面図、第２図は油圧ショベル
における従来の制御方式の説明図、第３図は本発明の操
作装置の一実施例を適用した油圧ショベルの制御方式の
説明図、第４図は本発明の操作装置の一実施例を示すブ
ロック図、第５図（ａ）（ｂ）（Ｃ）は同実施例のバケ
ット回動操作スイッチの具体例を示す図、第６図は同実
施例のバケット操作のフローチャート、第７図および第
８図は同実施例の操作部の斜視図、第９図は前記操作部
の動作説明用フローチャート、第１０図は本発明に係わ
る他の実施例（第２実施例）の操作部の斜視図、第１１
図は第２実施例の構成を示すブロック図、第１２図およ
び第１３図は第２実施例の作用説明図および原理説明図
、第１４図は第２実施例を適用した油圧ショベルの制御
方式の説明図、第１５図は第１４図の演算回路の構成図
、第１６図（ａＸｂ）　　　　’はモード切換の説明図
である。 １・・・ブーム、２・・・アーム、３・・・バケット、
４〜６・・・シリンダー、７．７’　、２１・・・操作
部、７ａ。 ７’　ａ、　２１ａ・・・制御棒（操作レバー）、８゜
２２．２２Ａ、２２Ｂ・・・演算回路、２１Ｃ，２１ｄ
・・・制御部材回動角検出器。 第　２　図 第　５　図 第６ｔ２１１ １花生 ）Ｈロ ンに、Ｆ）処理へ ％　ｔｏ図 第　１ｚ　　図 ％７３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、油圧シリンダを介してそれぞれ回動可能に設けられ
   たブーム、アームおよびバケットと、このバケットを操
   作するバケット回動速度設定手段と、前記ブーム、アー
   ムおよびバケットを含む平面を座標平面として、バケッ
   ト先端点のＸ、Ｙ軸方向の各速度成分をそれぞれ設定す
   る各速度設定手段と、ブーム、アームおよびバケットの
   それぞれの角度を検出する各角度検出手段と、ブームお
   よびアームの各回動速度をそれぞれ演算する演算回路と
   、ブーム、アームおよびバケットの各シリンダの流量制
   御油圧回路とを備え、前記速度設定手段で設定されたＸ
   、Ｙ軸方向の各速度成分が、バケット先端でえられるよ
   うにブームおよびアームを回動させるように構成した作
   業機において、前記速度設定手段は、バケット回動方向
   および速度設定用の操作部と、この操作部に回動可能に
   枢着されたＸ軸、Ｙ軸方向速度成分設定用制御棒とから
   なり、オペレータが片手で作業を行うことができるよう
   にしたことを特徴とする作業機の操作装置。 ２、上記速度設定手段のＸ軸、Ｙ軸方向速度成分設定用
   制御棒の基準取付位置を、水平面および垂直面上のいず
   れにも設定可能となし、前記基準取付位置をオペレータ
   の意志により選択できるようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の作業機の操作装置。 ３、上記演算回路は、操作部に取付けた二個の制御部材
   回動角検出器からの検出値を、制御棒の傾転方向と傾転
   量から決まるＸ−Ｙ座標平面上の幾何学的な位置に対応
   したＸ軸方向とＹ軸方向の電気的出力に変換する演算回
   路と、制御棒の傾転方向により決まるＸ軸を基準とした
   位置からの角度が設定値以下の場合には、Ｘ軸方向の出
   力をそのまま出力させると共に、Ｙ軸方向の出力のみを
   減小して出力させ、前記角度が設定値以上の場合には、
   Ｘ、Ｙ軸方向の両出力をそのまま出力させる演算回路と
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   作業機の操作装置。