JPS6187034A - 屈曲ア−ム式土工装置の操縦装置 - 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】 訃」ト 本発明は、複数個の関節において一平面に沿って折り曲
げ可能な屈曲アーム式の土工装置を操縦するための装置
に関し、特に、屈曲アームの先端に設けられた土工部を
各関節に設けたアクチュエータの作動を制御することに
より、所望の軌跡に沿って移動させつつ所定の土工作業
を行う装置の操縦を容易にする技術に関するものである
。

従来技術 上記のような屈曲アーム式土工装置の代表的なものとし
て、アームの先端に土工部たるバケットを備えて、地面
の掘削、土砂の積込み、整地等を行うパワーショベルが
あり、自走装置を備えてパワーショベル車として使用さ
れる場合が多い。

従来、このようなパワーショベルの屈曲アームを１ｆｆ
ｌｌｆして、それのバケットにより所定の土工作業を行
うに際しては、屈曲アームの各関節に設けられているア
クチュエータの各々を、それぞれ専用の操作レバーを操
作することにより個々に作動させ、その作動の組合せに
よって、アーム先端のバケットを所望の軌跡に従って移
動させるようにしていた。

八日がりンしよ゛とするロ６匂占 しかし、そのバケットが描＜ｇＬ跡は、各アーム部材の
複数の関節ぞ中心とする円弧運動の合成となり、これら
の独立した運動をレバー操作により組み合わせてハケソ
［・を動かさなければならないため、特に、水平面に沿
って溝掘削したり盛土を均したりするとき、バケットを
水平に引き込むように直線状に移動させるには高度のｙ
１練を要していた。

また、パワーショベルが傾斜した状態で、上記のような
水平方向の溝掘削や土均らしなとの土工作業を行わねば
ならない場合もあり、その場合には、パワーショベルの
傾斜を考慮して、その顛ｊ１を補正するように、バケッ
トを水平方向に引き込む操縦が要求され、また、パワー
ショベル自体は水平位置を保ちながら、土堤の傾斜面の
切土、削土或いは均し等の作業を行う場合にも、その（
￥斜面に沿った直線的な操縦が必要となり、このような
操縦は初心者にとって甚だ困難であるという問題があっ
た。

このような操縦の困ａｆｔ性は、パワーショベルだけに
限らず、同様な屈曲アーム式土工装置に共通に言えるこ
とである。

本発明は、上述のように、複数の関節を有する屈曲アー
ムの先端に設けられた土工部を、各関節に設けられたア
クチュエータの作動を制御することにより、所望の軌跡
に沿って移動させるようにした土工装置の操縦の難しさ
を解消するために為されたものである。

問題点を解決するための手段 そして、本発明に係る操縦装置は、（ａｌ上記アームの
各関節に設けられ、その関節における折れ曲がり角度を
検出する第一角度検出器と、（ｂｌ上記アームを実質的
に相似性を失わないように縮小して任意の折り曲げ状態
に手動操作可能な模型アームと、（Ｃ）その模型アーム
の各関節に設けられ、その関節における折れ曲がり角度
を検出する第二角度検出器と、（ｄ）上記第一角度検出
器による検出角度が上記第二角度検出器による検出角度
と等しくなるように前記アクチュエータを作動させるア
クチュエータ制御装置と、（ｅｌ基準面を有し、その基
準面に上記模型アームの先端が接触させられることによ
り、そのアーム先端の移動軌跡を規定する基準設定装置
と、（ｆｌその基準設定装置の基準面の角度を、上記模
型アームに対して相対的に変更する基準面角度変更装置
とを含むように購成されろ。

発明の効果 このような操縦装置によれば、模型アームを手動操作す
ることにより、前記屈曲アームの土工部を模型アームの
先々ｊ）１の１ｔｉｌｔ跡に追従して移動させることが
できるため、従来のように複数のレバー操作の組合せに
よって操縦するのに比べて、屈曲アームひいては土工部
の操縦が格段に容易となる。

しかも、土工装置が傾斜した状態で水平方向の掘削や土
均し等の作業を行う場合には、基準設定装置の基準面の
角度を、その（頃斜を相殺する向きと大きさで、基準面
角度変更装置により模型アームに対して相対的に変更し
、その基準面に模型アームの先端を接触させつつ移動さ
せるようにすれば、土工装置が傾斜した状態にも拘らず
、水平方向に沿った土工作業を熟練者でなくても容易に
行うことができる。また、土工装置が水平状態にあって
、傾斜面の切削や掘削、あるいは均しなどの作業を行う
場合でも、上記基準面の模型アームに対する相対角度を
、その１頃斜面に合わせて変更することにより同様にＦ
ｆｆｉｉｌが容易となる。要するに、土工装置の位置す
る面とある角度を成す面に沿った土工作業を、経験に頼
ることな（基準面を倣うことによって行い得るため、各
種状況における土工作業が従来に比べて格段に節単にな
るのである。

実施例 以下、本発明をパワーショヘルに適用した場合の−、二
の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。

第１図に示すバワーショヘルは、クローラ式（履旧式）
の下部走行機構２と、その下部走行機構２に対して垂直
軸周りに３６０°の旋回が可能とされた上部旋回体４と
、その上部旋回体４から延び出た屈曲式のアーム６とを
備え、上部旋回体４に操臂イ席８が設けられている。屈
曲式のアーム６は、３個の関節Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、上
部旋回体・１の旋回中心線０１を含む一平面に沿って折
り曲げ可能とされており、それらの関節Ａ、Ｂ、Ｃによ
って、第一アーム部材１０．第三アーム部材１２及び第
三アーム部材１４に分けられている。第一アーム部材１
０の基端は関節Ａによって上部旋回体４に取り付けられ
る一方、第三アーム部材１４の先端には土工部としての
バケット１６が固設されており、このバケット１６も第
三アーム部材１４の一部を構成している。

また、アーム６の各関節Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ跨いで、
第−油圧シリンダ２０．第二油圧シリンダ２２．第三油
圧シリンダ２４が設けられ、それらの伸縮によりアーム
６が変形させられ、先端のバケット１６を駆動する。な
お、第三油圧シリンダ２４は、駆動リンク２６を介して
第三アーム部材１４に連結されている。

アーム６の各関節Ａ、Ｂ、Ｃの構造は、実質的にいずれ
も同様であり、代表的に関節Ａの構造を第２図及び第３
図に拡大して示す。第２図から明らかなように、前記−
Ｆ部旋回体４から互いに平行に突設されたブラケットに
、軸２６，２８が固定されており、第一アーム部材１０
の基端部がそれら″軸２６，２８の中心線周りに上部旋
回体４に対して回動可能に連結されて、前記関節Ａが構
成されている。軸２８にはスプロケット３０が固定さ１
１、ている一方、第一アーム部材１０には第一ポテンシ
ョメータ３２が第３図に示すボルト３３により固定され
、このポテンショメータ３２の回転軸にはスプロケット
３４が取り付けられていて、これらスプロケット３０と
３４との間にチェーン３６が巻掛けられている。従って
、第一アーム部材１０が上部旋回体４に対して回動する
と、その回ＪＪ＞ｍに対応する角度だけポテンショメー
タ３２に対してスプロケ・７ト３４が相対的に回転する
。ポテンショメータ３２はこのスプロケット３４の回転
角度を検出して、対応するアナログ信号たる電圧に変換
するものであって、上部旋回体４の旋回中心に対する第
一アーム部（第１０の折れ曲がり角度αＡ　（第１図参
照）を検出する第一角度検出器の主体を成している。な
お、３８は」二記スプロケノ１−３０．３４及びチェー
ン３６を覆うカバーである。

このような第一角度検出器は、他の関節Ｂ、　　Ｃにも
それぞれ設けられており、第１図に示す第一アーム部材
１０と第三アーム部材１２との折れ曲がり角度（相対角
度）βＢ、第三アーム部材１２と第三アーム部材１４と
の間の折れ曲がり角度γ。がそれぞれ検出されるように
なっている。

次に、前記バケット１６を所望の軌跡に沿って移動させ
るべく、アーム６を操縦するための操縦器具について第
４図〜第９図に基づいて説明する。

第４図から明らかなように、このアーム操紀器具４０は
、操縦ボックス４２上に模型アーム４６を備え、吊下げ
バンド４８により操縦者の肩や首に掛けられるようにさ
れている。この模型アーム４６は、前記バワーショヘル
のアーム６　（以下実体アームとも称する）を、実質的
に相似性を失わないように縮小したものである。そして
３個の関節ａ、ｂ、ｃにおいて操縦ボックス４２に垂直
な一平面に沿って折り曲げ可能とされ、これら関節ａ、
ｂ、ｃにより、第一模型アーム部材５０．第二模型アー
ム部材５２．第三模型アーム部材５４に分けられている
。これら各関節ａ、ｂ、ｃは、実体アーム６の各関節Ａ
、　　Ｂ、　　Ｃに対応し、また、上記模型アーム部材
５０，５２．５４の長さｐ、。

１２．１３と、第１図に示す実体アーム６の各アーム部
材１０．１２．１４の長さし□、Ｌ２．Ｌ３との、互い
に対応するもの同士の長さの比は等しくて、 ｌｉ　：β２　　：ｊ！３　＝Ｌｔ　　：Ｌ２　　：Ｌ
３とされているが、模型アーム４６の実体アーム６に対
する縮小率は、前記操縦席８のスペース等の点から、１
１５０〜１／３０程度であることが適当である。

この模型アーム４６の第三模型アーム部材５４の先端側
部分は、第１図に示すハケソト１６を型取った形状に形
成されている。また、この第三模型アーム部材５４には
、側方に突き出す耳片状の操作部５６が固設されており
、操縦者がそれを手でつまんで、その模型アーム部材５
４に回転モーメンＩ−を与えつつ、模型アーム４６を任
意の折曲げ状態に手動操作することが可能とされている
。

一方、第一模型アーム部材５０の基端部は、関節ａにお
いてヘースロノト５８にピン結合されている。このヘー
スロソｌ′５８は、軸受６０．支持スリーブ６２、及び
ＦＭ縦水ボックス４２上面に固設された筒状体６４を介
して、操紺ボックス４２に垂直な自身の軸心周りに回動
可能に支持されている。そしてこのヘースロソド５８が
、第１図に示すパワーショヘルの上部旋回体４に相当す
る部分とされているが、上部旋回体４の旋回中心線Ｏ１
に対して実体アーム６の関節Ａが距離Ｔだけ偏心してい
るため、第４図から明らかなように、模型アーム４６の
関節ａも、ヘースロソド５８の旋回中心線０２からその
距離Ｔに前記縮小率を乗じた距！１ＳＩｔｔだけ偏心さ
せられている。

このような模型アーム６２の各関節ａ、ｂ、ｃの構造は
、いずれも実質的に同様であり、代表的に関節すの構造
を第６図及び第７図に示す。第二模型アーム部材５２の
基端部には、軸６６が固定され、この軸６６が第一模型
アーム部材５０の先端部と第二模型アーム部材５２の基
端部とを相対回動可能に連結して、前記関節すを構成し
ている。

これら模型アーム部材５０と５２との間には、皿ばね状
の摩擦力付与部材６８が配設されて、適度の摩擦力が付
与されており、このような摩擦カイ」与部材６８が各関
節ａ、ｂ、ｃにそれぞれ設けられていることにより、模
型アーム６２の全体の姿勢が、手動ｌ条件された状態に
そのまま維持されるようになっている。

軸６６にはスブロケソＩ−７０が固定される一方、第一
模型アーム部材５０には、第二ポテンショメータ７２が
取り付けられ、それの回転軸に固定のスプロケット７４
か、これら模型アーム部材５０及び５２間の相対回動に
基づいてチェーン７６により回転する。この回転角度を
ポテンショメータ７２が検出するようになっており、こ
れが第二角度検出器を構成している。７８は、カバーで
ある。

このように、前記実体アーム６の各関節Δ、Ｂ。

Ｃに設りられているポテンショメータ３２と実質的に同
様なポテンショメータ７２が、第５図に示すように他の
関節す、ｃにも１閲ずつ設けられており、第４図に示す
各関節ａ、ｂ、ｃの折曲がり角度α工、βｂ、Ｔｃをそ
れぞれ独立に検出するようになっている。

そして、前記操縦ホックス４２には、第８図に示すよう
に、これら３（固のポテンショメータ７２に対応してサ
ー水増幅器８０が１個ずつ設けられ、図示のようなフィ
ードバック回路を形成するサーボｋｊＱｆｉにより、実
体アーム６側のポテンショメータ３２と連携させられて
いる。すなわち、第８図は代表的に関節ａと関節Ａとの
間のブロック線図を示すものであるが、模型アーム４６
と実体アーム６とにおいて、関節ａとＡ、ｂと１３．　
　ｃとＣ４こそれぞれ設けられたポテンショメータ７２
と３２とが互いに対をなすように、電気的に接続されて
いるのである。

サーボ増幅器８０は、ポテンショメータ７２からの角度
信号（入力電圧）と、ポテンショメータ３２からの角度
信号（フィートハック電圧）との差に応じて、第９図に
示す油圧回路に設けられたサーボ弁８２に駆動電流を供
給し、このサーボ弁８２が実体アーム６の油圧シリンダ
２０−・の作動浦の供給方向および量を制御することに
より、実体アーム６の関節へにおける折れ曲がり角度α
Ａと、模型アーム４６の関節ａにおける折れ曲がり角度
α。とが等しくなるように、その油圧シリンダ２０を作
動さぜる。関節Ｂ及びＣの油圧シリンダ２２及び２１１
も同様に、各サーボ増幅器８０からの駆動爪流に基つき
、第９図に示すサーボ弁８４及び８６により、互い乙こ
対応する折れ曲がり角度β６］とβ１．ＴＣとＴＣとか
それぞれ等しくなるように作動させられる。

また、前述のように模型アーム４６を支持するヘースロ
ソド５８は、第１０図から明らかなように、前記支持ス
リーブ６２に軸受６０を介して旋回可能に支持されてい
るが、このヘースロソト５８の中間部を半径方向に貫通
して、ドグプレート８８か両側に突出する状態で固定さ
れている。このドグプレート８８の一方の突出部分を間
に挾んで、第１１図に示すように、２個のリミットスイ
ッチ９０が設けられており、他方の突出部分が２枚の板
ばね９２に挟圧されている。そのためｊ■常はトゲプレ
ート８８がいずれのリミットスイッチ９０をも作動させ
ない中立位置に保持されているが、模型アーム４６と一
体的にヘースロノト５８を何れかの方向に小角度回動さ
せると、ドグプレート８８が２個のリミットスイッチ９
０を択一的に作ゼＪさせる。９４はカバーである。これ
らリミットスイッチ９０から出力される右または左への
旋回指令信号は、第９図の油圧回路に設けられた電磁切
換弁９６へ出力され、それに基づいて油圧モータ９８へ
作動油が供給されることによって、実体アーム６の全体
が右または左へ旋回させられる。そして、前述のように
実体アーム６の油圧シリンダ２０．２２及び２４の作動
と、この油圧モータ９８の作動とを制御すべ（設けられ
た第９図に示す油圧回路が、アクチュエータ駆動装置を
構成しているのである。

この油圧回路は、従来のレバー操作による実体アーム６
の操縦と、模型アーム４６の操作による実体アーム６の
操縦とのいずれかが選択可能とされたものである。１０
０はエンジン１０２によって駆動されろポンプであり、
タンク１０４に蓄えられた作動油を汲み上げ、ポンプ通
路１０６を経て手動制御弁１０８に供給する。ポンプ通
路１０６は、手動制御弁１０８において、前述の油圧シ
リンダ２０に連通ずる第一通路１１０ａ、１１０ｂと、
油圧シリンダ２２に連通ずる第二通路１１２ａ、１１２
ｂと、油圧シリンダ２４に連通ずる第三通路１１４ａ、
１１４ｂと、油圧モータ９８に連通する第四通路１１６
ａ、１１６ｂとに選択的に接続可能とされている。ここ
で、ａ系統及びｂ系統の通路のいずれか一方が、ポンプ
１００からの作動油供給用で、他方がタンク１０４への
排出用となる。第四通路１１６ａ−ｂには、ポンプ１０
０から作動油が圧送されている間だけ作動油の流通を許
容するバイロノトチェク弁１１８が設けられている。ま
た、１２０はロータリジヨイントであり、実体アーム６
が旋回しても油圧シリンダ２０．２２及び２４への作動
油の供給に支承を来さないように設けられているもので
ある。

手動制御弁１０８は、４本の操作レバーの選択的な操作
により、ポンプ通路１０６を第一、第二。

第三及び第四の各通路１１０ａ−ｂ、１１２ａ・ｂ、１
１４ａ−ｂ及び１１６ａ−ｂに選択的に連通させる従来
通りのものであり、ポンプ通路１０６をいずれにも連通
させない中立状態においても、ポンプ１００から圧送さ
れる作動油が、油クーラ１２２を備えたドレン通路１２
４を経てタンク１０４に還流することを許容するように
なっている。

ポンプ通路１０６のポンプ１００と手動制御弁１０８と
の間の部分からは、分岐通路１２６が分岐させられ、こ
の分岐通路１２６が第一付加通路１２８ａ−ｂ、第二付
加通路１３０ａ−ｂ、第三付加通路１３２ａ−ｂ、第四
付加通路１３６ａ・ｂを経て、各々前記通路１１０ａ−
ｂ、１１２ａ・ｂ、１１４ａ−ｂ、１１６ａ−ｂにそれ
ぞれ接続されている。これら付加通路に前記サーボ弁８
２．８４．８６及び電磁切換弁９６がそれぞれ設けられ
ているのである。これらの弁は、各々、分岐通路１２６
をａ系統の付加通路に連通させる第一開状態と、ｂ系統
の付加通路に連ｊｍさせる第二開状態と、それらのいず
れにも連通させない遮断状態とに切換可能とされている
。これらには付加ドレン通路１３６がそれぞれ接続され
、この付加トレン通路１３６は、前記ドレン通路１２４
に接続されている。電磁切換弁９６は、前記リミットス
イッチ９０からの電気信号に基づいてオン・オフ制御さ
れるが、サーボ弁８２．８４及び８６はいずれも同じも
のであって、各サーボ増幅器８゜からの駆動電流の大小
に応じて作動油の供給方向および量を制御する機能を備
えている。

一方、前記ポンプ通路１０６と分岐通路１２６との分岐
部分には、第一切換弁１３８が設けられ、また付加ドレ
ン通路１３６とドレン通路１２４との接続部分には、第
二切換弁１４０が設けられている。これらの切換弁１３
８及び１４０は、レバー１４２の手動操作により互いに
連動して作動させられるものであって、ポンプ１００を
手動切換弁１０８に連通させる一方で、手動制御弁１０
８をタンク１０４に連通させる第一状態と、ポンプ１０
０をサーボ弁８２，８４．８６及び電磁切換弁９６に連
通させる一方で、付加ドレン通路１３６をタンク１０４
に連通させる第二状態とに択一的に切り換えられるよう
になっている。第−状態においては、油圧シリンダ２０
，２２．２４及び油圧モータ９８の作動が、従来通り手
動制御弁１０８によって制御されるが、第二状態におい
てｉ土、前記模型アーム・１６からの情報に基づき、サ
ーボ弁８２，８４．８６及び電（Ｗ切換弁９６によって
制御されることとなる。

以上は、模型アーム４６の形に追従して実体アーム６を
変形させる構成についての説明であるか、次にパワーシ
ョベルの傾斜と模型アーム４６との関係について述べる
。

第１図に示す上部旋回体４の操縦室８内には、上部旋回
体４０前後方向の１頃斜角度、すなわちアーム６の折曲
げ平面内における上部旋回体４の傾斜角度を検出するた
めに、第１２図に示すような傾斜角度検出器１４４が設
けられている。この傾斜角度検出器１４４は、ロッド１
４６の先端に固定された錘１４８を備え、これらが重力
型の水準器の主体を構成している。ロッド１４６は基端
部において、回動軸１５０の一端に固定され、この回動
軸１５αの軸心周りに、つまり実体アーム６の折曲げ平
面に直角な一軸線（関節Ａ、Ｂ、Ｃに対して平行な一軸
線）周りに回動可能に支持されている。そしてこのロッ
ド１４６は、実体アーム６の折曲げ平面が鉛直である場
合には鉛直下向きを示し、折曲げ平面が傾斜している場
合には、その折曲げ平面とその折曲げ平面に直角でかつ
鉛直な平面との交線上に位置するようになっている。

回動軸１５０は、上部旋回体４にブラケット１５２を介
して固定された軸受１５４によって回動可能に支承され
ている。この軸受１５４の内部には第１３図から明らか
なように、油等の液体が封入された２個の液室１５６が
形成されており、これらの液室１５６に回動軸１５０と
一体的な羽根１５８がそれぞれ収容され、回動軸１５０
の回動に伴って、各羽根１５８に形成されたオリフィス
１６０を経て液体を流動させ、上部旋回体４の旋回時に
おいて、錘１４８の振れを抑制するダンパ効果を生じさ
せる。

回動軸１５０は、第１２図に示すように、ブラケ・ノド
１５２に固定されたポテンショメータ１６２の回転軸１
６４に連結されている。そして、ごのポテンショメータ
１６２が、錘１４８及びロット１４６の回動に基つき、
第１図に示す上部ｈ’ｃ回体４のアーム６の折曲げ平面
内における水平面Ｓに対する（頃斜角度θ４、言い換え
れば折曲げ平面内における上部旋回体４の旋回中心線Ｏ
□の傾斜角度θ１を検出するようになっている。なお、
第１図においてはパワーショベルが単純に前後方向に（
頃斜した場合が示されているため、角度θ１１よ旋回中
心線０□の鉛直軸Ｇに対するｉｔＱ斜角度となる。

一方１．第４図から明らかなように、模型アーム４６を
備えた前記アーム操縦器具４０には、上記のような上部
旋回体４の傾斜に伴って傾斜さ・已られる倣いプレー１
−１６６が、操縦ボックス４２の上方に設けられている
。この倣いプレート１６Ｇは、細長い板の形態を成して
いるが、その−をｊｉ１部か第１４図から明らかなよう
に、平面視において二股状とされ、この二股部分が、操
縦ボックス４２に固定の前記筒状体６４からそれぞれ直
径方向に同心的に突き出された二本の軸１６８によって
、模型アーム４６の折曲げ平面と直角な一軸綿周りに回
動可能に支持されている。この回動軸線は、第１図にお
いて上部旋回ｆ、ｔ：、４の旋回中心線０１と水平面Ｓ
との交点Ｐ　ｌ頃斜軸線）に対応するものである。そし
７て、交点Ｐから関節へまでの高さＩ４に前記縮小率を
乗した寸法が、第４図７に示す高さｈ、つまり関節ａの
倣いプレート１６６の回動軸線からの高さとされている
。

倣いプレート１６６の上面は、模型アーム４６の折曲げ
平面に直角でかつ平坦な基準面１７０とされ、この基準
面１７０に、模型アーム４６の前記ハケノｈに相当する
第三模型アーム部材５４の先・瑞を接触させつつ移動さ
せるようになっている。

このような倣いプレート１６６が、模型アーム４６の先
端の移動軌跡を規定する基準設定装置を構成しているの
である。

倣いプレート１６６の下部には、長穴とピンとの結合に
より、下方に延びる１１［ねじ軸１７２が連結され、雄
ねじ軸１７２は、操樅ホ・ックス４２によって垂直軸周
りに回転可能かつ軸方向に移動不能に支持された雌ねし
軸１７４に螺合されている。

雌ねし軸１７４にはプーリ１７６が固定され、このプー
リ１７６か、を榮縦ホックス４２内に設けられた電動モ
ータ１７８の駆動プーリ１８０に、タイミングヘルド１
８２を介して接続されている。

このモータ１７８は正逆両方向に駆動されるものであり
、その駆動により雌ねじ軸１７４．雄ねじ軸１７２等を
介して、倣いプレート１６６が回動させられるようにな
っており、これらが倣いプレー）１６６の傾斜角度θ２
を変更する角度変更装置を構成している。

倣いプレート１６６の基端回動部には、第１４図にも示
すように、ポテンショメーク１８４が設けられている。

このポテンショメータ１８４は、倣いプレー）１６６の
（頃斜角度θ２、言い換えればＦ’Ａｈ’ｄボックス４
２の上面と平行な平面Ｓに対する基・１μ面１７０の角
度θ２を検出するようになっており、この平面Ｓが第１
図に示す水平面Ｓに対応することとなる。

そして、この傾斜角度を検出するポテンショメータ１８
４と、前記第１２図に示したパワーショヘル側のポテン
ショメータ１６２とは、図示はしないが、−サーボ増幅
器を介してフィートハック回路を構成するように接続さ
れており、前記電動モータ１７８は、そのサーボ増幅器
による制御に基づいて、双方のポテンショメータ１６２
及び１８４による検出１頃斜角度θ１と０２とが等しく
なるように駆動するサーボモータとされている。すなわ
！凸、このモータ１７８は、倣いプレート１６６の傾斜
角度を変更する装置の主体を成すとともに、＋’＋ｉＩ
記上部旋回体４側のポテンショメータ１６２による検出
角度θ、に等しい角度だけ、倣いプレートの基準面１７
０を平面Ｓに対して上部旋回体４の傾斜を相段する向き
に傾斜させる基準面補正装置の主体をなしているのであ
る。

ところで、倣いプレート１６６によって模型アーム４６
の先端の移動軌跡を規定すれば、バワーショヘルの前記
バケット１６の移動軌跡も決まってくるが、更にバケッ
ト１６の高さ位置を調整可能とするために、模型アーム
４６の全体を前記ベースロッド５８を介して昇降させる
昇降装置が第４図に示すように設けられている。前述の
ように、ベースロッド５８は支持スリーブ６２内に小角
度旋回可能に支持されているが、この支持スリーブ６２
は、前記筒状体６４の内側に長溝１８６とピン１８８と
の係合により、上下方向に摺動可能に嵌合されている。

また、この支持スリーブ６２は有底円筒形状を成し、そ
の底部を貫通して形成された雌ねじ穴１９０に雄ねじ軸
１９２が螺合されている。

この雄ねじ軸１９２は、操縦ボックス４２内に固定され
た昇降モータ１９４の回転軸に固定されており、このモ
ータ１９４は、正回転（上昇）。

逆回転（下降）及び停止に切り換え得る手動スイッチに
より制御されるものである。このモータ１９４の作動に
より、支持スリーブ６２及びヘースロソト′５８を介し
て、模型アーム４６の全体が昇降させられるようになっ
ているが、前記倣いプレー）１６６は、操縦ホックス４
２と一体の筒状体６４に連結されているため、上記昇降
に拘らず倣いプレート１６６の角度は変化しない。そし
て、模型アーム４６の先端を倣いプレート１６６の基準
面７０に接触させた状態で、モータ１９４により模型ア
ー４６を昇降させれば、その変形を伴って模型アーム４
６の先端と関節ａとの高さ方向における位置が変更され
る。このことは、第１図において実体アーム６の関節Ａ
とバケット１６の先端との高さ方向の位置変更を意味し
、関節Ａを固定して考えれば、バケット１６の高さ位置
を変更することになる。

次に、以上のように構成されたパワーショベル操縦装置
の、作動およびに使用方法について説明する。

先ず、第９図に示す切換弁１３８及び１４０を、レバー
１４２の操作により図示の第一状態から第二状態に切り
換え、ポンプ１００を分岐通路１２６に連通させ、かつ
付加ドレン通路１３６をタンク１０４に連通させた状態
とする。また、模型アーム６２を備えたアーム操縦器具
４０を、操縦器が首や肩などに掛け、或いはＰ２ｓｔｔ
席８に載置し、倣いプレート１６６の基準面１７０を水
平面に見立てて、効き手で模型アーム４６の前記操作部
５６をつまむようにする。

いま、パワーショベルが水平状態に保たれているとすれ
ば、第１図の角度θ１及び第４図の角度θ２はいずれも
０であり、倣いプレート１６６は、操縦ボックス４２に
対して平行な状態にある。この倣いプレート１６６の基
準面１７０に模型アーム４６の先端を接触させつつ、例
えば手前に引くようにすれば、パワーショベルのバケッ
ト１６が水平面に沿って引き込まれ、土砂を水平に均ら
したり、地面を水平に削ったりすることができる。

ずなわぢ、模型アーム４６の手動操作により、関節ａ、
ｂ、ｃにおいてそれぞれ変化する折曲がり角度α、、β
ｂ、ｒｃと、実体アーム６の各関節Ａ、Ｂ、Ｃの折曲が
り角度α＾、βＢ、Ｔｃとの対応するもの同士の差に基
づいて、第９図に示すサーボ増幅器８０のそれぞれが、
サーボ弁８２゜８４．８６に駆動電流を供給し、それら
のサーボ弁か上記対応する関節の角度差を無くすように
、各関節Ａ、Ｂ、Ｃの油圧シリンダ２０．２２．２４を
作動させるのである。そこで、角度差の大きい関節の油
圧シリンダには、サーボ弁８２，８４゜８６が多くの作
動油を供給して速い速度で作動させ、一方、角度差の小
さい関節の油圧シリンダには、作動油の供給量を抑制し
て遅い速度で作動させる。その結果、模型アーム４６の
変形にほぼ追従して実体アーム６が変形させられ、ハケ
ノｌ−１６に水平方向の直線的な運動か与えられるので
ある。

また、実体アーム６の全体を旋回させる必要か生じた場
合には、模型アーム４６をヘースロノト５８と共に、そ
の軸心周りに所望の向きに小角度回動させれば、第１１
図に示す２個のリミットスイッチ９０の何れかが作動し
、この旋回１ｈ令信号に基づいて、第９図の電磁切換弁
９６が油圧°モータ９８へ作動油を供給するため、上記
リミノ［・スイッチ９０がオン状態に保たれている間は
、実体アーム６の全体か右旋回或いは左旋回させられる
こととなる。

次に、パワーショベルが例えば第１図に示すように傾斜
した状態で、土かき、或いは上向らし作業を行う場合を
想定する。

このようにパワーショベル（上部旋回体４）か角度θ□
だけ前方に傾斜した状態では、その傾斜角度θ１を、第
１２図に示す錘１・ｔ８及びロノ１−１４６と軸受１５
４とのの相対回動に基づいて、ポテンショメータ１６２
が検出し、図示しないサーボ増幅器が、このポテンショ
メータ１６２による検出角度と、第４図に示すポテンシ
ョメータ１８４による検出角度との差に応じた駆動電流
をモータ１７８に供給する。これに基づき、モータ１７
８は、１ｌｉｆｆねし軸１７４及び雄ねじ軸１７２を介
して、倣いプレー）１６６を上部旋回体４の傾斜角度θ
１と同し角度θ２だけ上向きに、即ち、上部旋回体４の
前傾を相殺」−る向きに後頭させる。

それにより、上部旋回体４の傾斜に拘らず、倣いプレー
１−１６６の基準面１７０が第１図に示す水平面Ｓに相
当するように補正される。したがっζ、この補正された
基準面１７０に模型アーム４６の先端を接触させつつ手
前に引くようにすれば、熟練者でなくても、経験に頼る
ことなくバケット１６を水平面Ｓに沿って引き込み、盛
土の均らし作業や地盤の水平切削、或いは溝の水平掘削
等を容易に行うことかできる。

そして、パワーショヘルの上部旋回体４を旋回させては
、周囲から土をかいたりするには、前述のように模型ア
ーム４６を小角度回動させて、旋回用のリミソトスイ・
ノチ９０のいずれかを作動させればよいのであるが、そ
の旋回により、実体アーム６の折曲げ平面に沿った上部
旋回体４の傾斜角度θ１が変動し、実体アーム６が前方
を向く姿勢から側方へ旋回するほどそれが小さくなる。

しかし、この傾斜角度θ□の変動を、第１２図に示すポ
テンショメータ１６２が検出して、第４図のモータ１７
８に駆動電流を供給するため、旋回の度毎に、倣いプレ
ート１６６の傾斜角度θ２が上部旋回体４の傾斜を相殺
するように自動的に変更されることとなる。従って、模
型アーム４６の先端を基準面１７０に倣わせるようにす
れば、実体アームの旋回に伴う傾斜角度θ１の変動に拘
らず、ハケソＥ１６を水平面Ｓに沿わせることができる
。

また、バケット１６による整地や削土が進行して、バケ
ット１６の高さ位置を下方に修正する必要が生じた場合
には、第４図に示すように、模型アーム１６の先端を倣
いプレー１−１６６の基準面７０に接触させた状態で、
昇降モータ１９４を作動させで、ヘースロソト５８及び
模型アーム４６の全体を上昇させれば、模型アーム４６
が変形しつつ、その先端が関節ａに対して相対的に下方
へ移行する。これに伴い実体アーム６は、その模型アー
ム４６の変形に追従しつつ変形して、そのバケット１６
の高さ位置が下方へ修正される。そして、最適な高さ位
置まで下降したところで、モータ１９４を停止させた後
、再び模型アーム４６の先端を倣いプレート１６６に沿
わせるようにすれば、修正後の高さ位置において、バケ
ット１６を水平方向に移動させることができる。逆に、
比較的高く盛られた盛土の均し作業に移るときなどのよ
うに、ハケソ１−１６の高さ位置を上方に修正ずろ必要
が生した場合には、モータ１９４により模型アーム４６
を下降さ−Ｕるようにすればよい。

ところで、以上の説明は、パヮーショヘルが前後方向に
だけ１項いた場合であるが、前後方向だけでなく、左右
方向にも傾いた場合、すなわち三次元的に傾いた場合に
対応できるのか、という疑問が生じるかもしれない。し
かし、前述のようにポテンショメータ１６２は、実体ア
ーム６の折曲げ平面内における上部旋回体４の傾斜角度
を検出するようにされているため、三次元的にパワーシ
ョヘルが傾斜している場合でも、上述と同様に模型アー
ム４６の先端を倣いプレート１６６の基準面１７０に沿
わせるようにすれば、バケット１６に水平運動を与える
ことができる。但し、この場合には、バケット１６の先
端縁が水平面Ｓに対して傾いた状態で土均し作業などを
行うこととなって、均し面が横断面において多少鋸歯状
となるが、バケット１６の幅寸法は比較的小さく、また
現実にパワーショヘルが左右方向に大きく傾いた状態で
の作業は殆どないと考えられるため、実際上問題となる
ほどではない。このように、本実施例装置は実体アーム
６の折曲げ平面内における上部旋回体４の傾きを検出す
るだけで、三次元的な傾きにも対処できるため、制御機
構が簡単で済む利点がある。

なお、バケット１６により土砂の積込み等を行う場合に
は、模型アーム４６の先端を基準面１７０から離して手
動操作することにより、バケット１６に積込みに適した
動きを与え得ることはもちろんである。

次に、第１５図及び第１６図に基づいて本発明の別の実
施例を説明するが、これまでに説明した実施例と同様な
部分については、同一の符号を付して対応関係を示し、
説明は省略する。

第１５図から明らかなように、この実施例におけるアー
ノー操縦器具１９６は、操縦ボックス４２の上面にねじ
１９８によって固定された倣いブロック２００を備え、
その上面が操縦ボックス４２と平行な基準面２０２とさ
れており、この基準面２０２の操縦ボックス４２に対す
る角度は変わらないものとされている。一方、模型アー
ム４６を支持するベースロット°５８は、支持ブロック
２０４に形成された中心穴内に軸心周りに小角度回動可
能に支持されている。そして、この支持ブロック２０４
は、第１６図から明らかなように、その支持ブロック２
０４と一体的に直径方向に突き出された軸２０８，２１
０を介して、操縦ホックス４２の上面に突設された一対
のブラケット２１２゜２１２によって懸垂状態で支持さ
れ、且つ模型アーム４６の折曲げ平面に直角なそれら軸
２０８゜２１０の軸心周りに回動可能とされている。軸
２０８の側には、ポテンショメータ２１４が設けふれて
、模型アーム１１６の折曲げ平面内におけるー、−スロ
ツト５８の軸心の傾斜角度θ２を検出する役割を果たす
一方、このポテンショメータ２１．１による検出角度が
、表示部２１６にデジタル表示されるようになっている
。また、表示部２１８に、第１２図に示す前記ポテンシ
ョメータ１６２による検出角度、すなわち第１図に示す
上部旋回体４の傾斜角度θ１がデジタル表示されるよう
になっている。更に、軸２１０の先端にはウオームギヤ
ブ２２０が固定され、このウオームギヤ２２０にウオー
ム２２２か噛み合わされていて、ウオーム２２２には回
転操作用の操作部２２４か形成されている。

したがって、表示部２１８に表示される上部ｊ］ｒ回体
４の傾斜角度θ、と、表示部２１６に表示されるベース
ロッド５８の傾斜角度θ２とが等しくなるように、ウオ
ーム２２２を回転操作してベースロット５８の角度を変
更した後、模型アーム４６の先端を基準面２０２に沿っ
て移動させるようにすれば、上部旋回体４の傾斜にかか
わらず、前記実施例と実質的に同様に、それのバケット
１６を模型アーム４６の先端が描く軌跡に追従させて水
平方向に移動させることができる。すなわち、この実施
例では、基準面２０２に対して模型アーム４６の姿勢を
１頃斜させることにより、模型アーム４６に対する基準
面２０２の角度を相対的に変更して、上部旋回体４の傾
斜を相殺するのである。

なお、実体アーム６の旋回に伴う傾斜角度θ１の変動は
、ウオーム２２２の回転操作により、表示部２１６と２
１８とに表示される角度が等しくなるように調節すれば
よい。また、操作円板２２４０回転操回転水って内部の
調節ねし機構を作動させ、ベースロッド５８を支持ブロ
ック２０４に対して昇降させ得るようになっており、そ
れにより模型アーム４６の高さ位置が調節されることと
なる。その他の部分は前記実施例と同様である。

更に、他の実施例として、パワーショベルの左右方向の
傾斜角度を検出する角度検出器を付加する一方、第４図
に示す倣いプレート１６６を、模型アーム４６の折曲げ
平面に直角な軸線のみならず、その平面に平行な軸線ま
わりにも回動させる角度変更装置を設け、かつ、その左
右方向の傾斜角度を検出する角度検出器を付加し、パワ
ーショベル側の左右方向の傾斜をも水平面に対して相殺
するように、倣いプレート１６６の姿勢を決定すること
も可能である。

このようにすれば、倣いプレート１６６の基準面１７０
を三次元的に一旦決めた後は、実体アーム６の旋回にか
かわらず、基準面１７０の角度姿勢を変更することなく
、模型アーム４６の先端をその基準面１７０に沿わせる
だけでよいこととなる。このことは、第１５図に示すベ
ースロット５８を、模型アーム４６の折曲げ平面と平行
な軸線まわりに傾斜させる角度変更装置を付加し、かつ
、その角度を検出する角度検出器を付加することによっ
ても達成される。

なお、このように模型アーム４６に対して基準面を三次
元的に規定する場合等においては、パワーショベル側に
実体アーム６の旋回角度を検出する角度検出器を付加す
る一方、模型アーム４６側にもその旋回角度を検出する
角度検出器を設け、リミットスイッチなどによるオン・
オフ制御ではなく、それら旋回角度検出器の差に応して
作動するサーボ弁により、第９図に示す旋回用の油圧モ
ータ９８を作動させるようにする。

また、これまで述べた角度検出器としては、ポテンショ
メータに限らず、スブコケノト等の回転角度に応したパ
ルスを発生するエンコーダによりデジタル的に検出する
こともできる。また、パワーショベル（上部旋回体４）
の傾斜角度を検出するものとしては、第１２図に示した
ような水準器とポテンショメータとの組合わせに限らず
、所謂ジャイロポライスン等、他の検出手段に置き換え
ることもできる。

さらに、アーム操縦器具４０や１９６をパワーショベル
の操縦席８内で操縦するのではなく、その操縦席８の外
で操縦すべく、模型アーム側の角度検出器とパワーショ
ベル側の角度検出器とを無線により連繋し、パケット１
６による作業状況を近くで見ながら、模型アーム４６を
手動操作することも可能である。

さらに、本発明は、パワーショベルの傾斜にかかわらず
、水平面に沿った土工作業をし易くすることを直接の目
的として為されたものであるか、例えば、土手の傾斜面
を削ったりする場合など、パワーショベルが水平状態に
あって、傾斜面に沿った土工作業を行うことにも適用す
ることができる。その場合は、例えば第４図に示す倣い
プレート１６６を、上記傾斜面に沿うように傾斜させる
角度調節装置を設ければよい。また、本発明はパワーシ
ョベルの操縦装置だけに限らず、屈曲アームの先端に土
工部を備えた同様の構造のものであれば、それに適用し
て本発明の利益を享受することができる。

その他にも逐一例示はしないが、当業者の知識に基づき
、種々の変更、改良などを施した態様で本発明を実施し
得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるアームを備えたパワーショ
ベルの正面図であり、第２図はそれの関節Ａ部分の一部
を切り欠いて示す拡大図、第３図は第２図における■−
■断面図である。第４図は本発明の一実施例である操縦
装置の一部、特に模型アームを備えたアーム水相器具の
正面断面図であり、第５図は第４図における右側面図（
一部所面）であって、模型アームを延ばした状態を示す
図である。第６図は第４図等の関節す部分の構造を拡大
して示す断面図であり、第７図は第６図における■〜〜
′Ｈ断面図である。第８図は第４図等に示す模型アーム
とパワーショベルのアームとの連繋を示すブロック線図
である。第９図は第１図等に示すアームの油圧シリンダ
および油圧モータを作動させるための油圧回路図である
。第１０図は第４図の一部を拡大して示す断面図であり
、第１１図は第１０図におけるＸＩ−ＸＩ断面図である
。 第１２図は第１図に示すパワーショベルの上部旋回体に
設けられた角度検出器を一部切り欠いて示す側面図であ
り、第１３図は第１２図におけるＸｍ−ｘｍ断面図であ
る。第１４図は第４図の一部を拡大して示す部分平面図
である。第１５図は、本発明の別の実施例の一部を構成
するアームＦ’Ａｒ＆器具の正面図であって、第４図に
相当する図である。第１６図は、第１５図におけるＸＶ
Ｉ−ＸＶＩ矢視図である。 ６：屈曲式アーム　　　１０：第一アーム部材１２：第
二アーム部材　１４：第三アーム部材１６：パケット（
土工部） ２０：第一油圧シリンダ ２２：第二油圧シリンダ ２４：第三油圧シリンダ ３２：第一ポテンショメータ（第一角度検出器）４０：
アーム操縦器具 ４６；模型アーム　５０：第一模型アーム部材５２：第
二模型アーム部材 ５４：第三模型アーム部材　　５６：操作部５８：ヘー
スロソド　　６２：支持スリーブ６４：筒状体 ７２：第二ポテンショメータ（第二角度検出器）８０：
サーボ増幅器 ８２．８４．ｓ６：サーボ弁 ９０：リミソトスイノチ　９６：電磁切換弁９８：油圧
モータ　　　１３８：第一切換弁１４０：第二切換弁　
１４４：（頃斜角度検出器１４８：錘り　　　　１４６
：ロノド １５０：回動軸 １５６：液室　　　　１６０ニオリフイス１６２：ポテ
ンショメータ １６６：倣いプレート（基準設定装置）１７０：基準面
　　　１７２：雄ねじ軸１７４：雌ねじ軸　　１７８：
電動モータ１８４：ポテンショメータ　１９４：昇降モ
ータ１９６：アーム操ｉ従器具　２００：倣いブロック
２０２：基準面　　　２０４：支持ブロック２１４：ボ
テンショメータ 第５図 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数個の関節において一平面に沿って折り曲げ可能なア
   ームの先端に土工部を設け、各関節に設けたアクチュエ
   ータの作動を制御することにより前記土工部を所望の軌
   跡に沿って移動させるようにした土工装置を操縦するた
   めの装置であって、 前記アームの各関節に設けられ、その関節における折れ
   曲がり角度を検出する第一角度検出器と、 前記アームを実質的に相似性を失わないように縮小して
   任意の折り曲げ状態に手動操作可能な模型アームと、 その模型アームの各関節に設けられ、その関節における
   折れ曲がり角度を検出する第二角度検出器と、 前記第一角度検出器による検出角度が前記第二角度検出
   器による検出角度と等しくなるように前記アクチュエー
   タを作動させるアクチュエータ制御装置と 基準面を有し、その基準面に前記模型アームの先端が接
   触させられることによりそのアーム先端の移動軌跡を規
   定する基準設定装置と、前記基準設定装置の基準面の角
   度を前記模型アームに対して相対的に変更する基準面角
   度変更装置と を含み、前記アームの前記基準面を倣う操作に従って前
   記アームの土工部をその模型アームの先端の軌跡に追従
   して移動させることを特徴とする屈曲アーム式土工装置
   の操縦装置。