JPS624190A - 柔構造作業機 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば低剛性多関節構造を有する荷役作業機
等の柔構造作業機に関し、特に、作業対象物の地切り前
には上部旋回体をロック状態におき、地切り絆了後にこ
のロックを自動的に解除しうるようにした柔構造作業機
に関する。

〔従来技術〕

例えば、荷役作業機等の建設機械にあっては大型の重量
物を取扱う関係から長大なアームを複数連結し、全体と
して２０〜３０ｍの多ｒＡ節機構を構成しているが、こ
の種の建設機械では各アニムが大型化、重量化し、大き
な慣性力が作用する上に、各アームを駆動するアクチュ
エータを大型化しなければならず、製造原価の高騰を招
いている。

このため、各アー１、を長くすると共に軽量化するよう
にした柔構造の作業機に対するニーズが高まっている。

第６図および第７図に従来技術による柔構造を有する荷
役作業職を例に挙げて示す。

図において、ｌは作業機本体で、該本体ｌはｒ部走行体
ＬＡと、該下部走行体ＩＡ、ＩＩｍに旋回可能に搭載さ
れた上部旋回体ＩＢとからなる。

２は前記上部旋回体ＩＢの前部に回動可能に取付けられ
たアームで、該アーム２は上部旋回体ＩＢに回動可能に
ビン結合された第１のアーム３と、該２１のアーム３先
端に回動可能にビン結合された第２のアーム４とからな
り、該各アーム３．４は長さ寸法が比較的長く、かつ軽
量化されているため、各アーム３．４が弾性的に撓み変
形するようになっている。５は第１のアーム３を回動さ
せる油圧シリンダ、６は第２のアーム４を回動させる油
圧シリンダである。

７は前記第２のアーム４の先端に回動可能にビン結合さ
れた作業装置としての把持装置で、該把持装置７は一対
の把持部７Ａ　、７Ａを有し、該各把持部７Ａは油圧モ
ータ８によって相互に接近または離反するように駆動さ
れ、作業対象物とじての荷物９を把持するようになって
いる。

このように構成された荷役作業機では、例えば、地面上
に載置された荷物９を持上げる場合、油圧シリング５．
６によって第１および＠２のアーム３．４を回動させて
、把持装置７を荷物９上に配置し、油圧モータ８を駆動
して各把持部７Ａ間で荷物９を把持した後、前記油圧シ
リンダ５を徐々に伸長させて第１のアーム３、ＭＳ２の
アーム４を１向きに回動させ、荷物９を地面からゆっく
りと持上げるようにして地切り作業を行うようにし、そ
の後、上部旋回体ｌＢを旋回させて荷物９を所望の位置
へと持運ぶようにしている。

ところで、上述の如く構成された荷役作業機では、各ア
ーム３，４を軽量化しているから１作動時に各アーム３
．４に作用する慣性力を小さくできる上に、各アーム３
．４を回動するための油圧シリンダ５，６を小型化でき
、製造コストを削減することができる。

しかし、この種の荷役作業機では、各アーム３．４を軽
量化すると共に長大化しているため、各アーム３．４の
剛性が低くなり、荷物９の重量により各アーム３，４が
直線Ａ、Ｂから曲線Ａ。

Ｂで示す如く弾性的に撓み変形し易くなっている。

このため、荷物９の地切り作業を行う場合、各アーム３
，４を上向きに回動させても、荷物９の重量によって各
アーム３．４が撓んでしまい、荷物９が実際に地切りさ
れ地面から離れたかどうかを判断するのが難しくなって
いる。そして、荷物９が地面から完全に離れる前に上部
旋回体ＩＢを旋回させると、これによって荷物９が引摺
られ。

第７図に示すように各アーム３，４が水平方向に直線Ｃ
から曲線Ｃの如く弾性的に撓み変形し、荷物９を地面か
ら離した瞬間にこの撓み変形の反動によって各アーム３
．４が振動を起し、この振動が長時間持続すると、荷ぶ
れを起す上に、操作性が悪くなり１作業の安全性を確保
できなくなる。

ところが、従来技術では、前記地切り作業を運転者が第
２のアーム４の先端や荷物９を目視しながら勘と経験を
頼りにして行なっているに過ぎず、視界が遮られる作業
場等においては、地切りが完了する前に１部族回体を旋
回させてしまうことがあり、各アーム３．４を水平方向
に撓ませて振動を引起してしまう。

このため、従来技術では、前述の如き振動によって荷ぶ
れを起こし、操作性が悪化するばかりでなく安全性を確
保できないという欠点がある。また、前記振動によって
各アーム３，４に繰返し荷重が加えられ、各アーム３，
４が疲労し、寿命を低下させてしまうという欠点がある
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもので
１本発明が解決しようとする問題点は、作業対象物の地
切り前には上部旋回体をロック状態におき、地切りが完
了した段階でロック状態を自動的に解除できるようにし
て、アームの振動を防止でき、操作性や安全性を向上で
き、アームの疲労寿命を向上させうるようにした柔構造
作業機を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点を解決するために本発明は、下部走行体
に旋回可能に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体に
回動可能に設けられた少なくとも１本の柔構造なアーム
と、該アームの回動角を検出する角度検出手段と１作業
対象物によって前記アームの先端側に付与される荷重を
検出する荷重検出手段と、前記作業対象物の地切り作業
に際して前記上部旋回体をロック状態におくためのロッ
ク信号を出力するロック指令手段と、前記角度検出手段
からの角度信号により前記アーム先端の移動量を求める
と共に、前記荷重検出手段からの宵重信号により荷重の
変化量を求め、該荷重の変化量を前記移動量でもって演
算する演算手段と、該演算手段からの演算結果に基づき
前記作業対象物の地切りが完了したか否かを判定し、地
切りが完了したと判定したときには前記上部旋回体のロ
ックを解除するロック解除信号を出力する動作判定手段
とからなる構成を採用している。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第５図に基づき、
荷役作業機を例に挙げて説明する。なお、実施例におい
て、前述した第６図、第７図に示す従来技術と同一の構
成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図において、１１は油圧シリンダ５，６を介して第１お
よび第２のアーム３，４を回動操作するための操作レバ
ーで、該操作レバーｌｌは上部旋回体ＩＢの運転室内に
設けられ運転者によって手動操作されるようになってい
る。１２．１３はそれぞれ油圧シリンダ５．６に供給す
る圧油の流量を制御するため上部旋回体ＩＢ内に配設さ
れる流量制御弁としてのサーボ弁で、該各サーボ弁１２
．１３は後述する動作指令部２２を介して前記操作レバ
ー１１に接続され、該操作レバー１１の操作量に応じて
前記圧油の流量を制御するようになっている。

１４は上部旋回体ＩＢと第１のアーム３とのピン結合部
に設けられ、このピン結合部を通る水平ｉＨに対する＠
１のアーム３の回動角を検出し、角度信号θ１を出力す
る角度計、１５は第１のアーム３と第２のアーム４との
ピン結合部に設けられ、該第１のアーム３に対する第２
のアーム４の回動角を検出し、角度信号θ２を出力する
角度計で、該各角度計１４．１５によってアーム２の回
動角を検出する角度検出手段が構成されており。

、前記角度信号θｌ　、θ・２は後述する第１演算部２
０Ａに出力されるようになっている。１６は第２のアー
ム４先端と把持装置７とのピン結合部に設けられた荷重
検出手段としての荷重センナで。

該荷重センサ１６は把持装置７で把持した荷物９によっ
て第２のアーム４先端に付与される荷重を検出し、荷重
信号Ｐを後述の第１演算部２０Ａへと出力するようにな
っている。

一方、図中１７は上部旋回体ＩＢを旋回させる旋回モー
タ等からなる旋回回路、１８は該旋回回路１７を介して
上部旋回体ＩＢを旋回操作するための旋回操作レバーで
、該旋回操作レバー１８は上部旋回体ＩＢの運転室内に
設けられ、運転者によって手動操作されるようになって
いる。ここで、該旋回操作レバー１８は例えば、電磁ソ
レノイド等からなるレバーロック装Ｍ　１８　Ａを有し
、該レバーロック装置１８Ａは後述のスイッチ１９から
ロック信号が入力されると自動的にロック状ｆムにおか
れ、Ｊ！！転者による該旋回操作レバー１８の手動操作
を不可衡とし、後述の動作判定手段２１からロック解除
信号が入力されたときにはロック状態を解除し、運転者
による旋回操作レバー１８の手動操作が可能となるよう
に構成されている。

次に、１９は上部旋回体ＩＢの運転室内に設けられ、荷
物９の地切り作業に際して前記操作レバー１１の操作前
に運転者によって押下されるロック指令手段としてのス
イッチで、該スイッチ１９は押下されるとＯＮ状態に設
定され、後述の記憶部２０Ｂ、動作判定手段２１を介し
てレバーロック装’１１１８　Ａへとロック信号を出力
するようになっている。また、このとき該スイッチ１９
は図示しない回路を介して把持装置７に荷物９を把持す
ることを指示すると共に、＠述の動作指令部２２に地切
り作業の開始を指示し、該動作指令部２２は操作レバー
１１の操作量に応じた信号を各サーボ弁１２．１３へと
出力し、各油圧シリンダ５゜６を介して各アーム３，４
が荷物９を実質的に引摺ることなく鉛直方向へと持上げ
、良好に地切り作業を行ないうるように各アーム３，４
の回動を制御するようになっている。

２０は前記各角度計１４．１５からの角度信号０１　、
θ２により第２のアーム４先端の移動量ｄδを求めると
共に、前記荷重センサ１６からの荷重信号Ｐにより荷重
の変化量ｄＦを求め、該荷重の変化量ｄＦを移動量ｄδ
でもって演算する演算手段で、該演算手段２０は第１演
算部２０Ａ、記憶部２０Ｂおよび第２演算部２０Ｃから
構成される。ここで、第１演算部２０Ａは第２図に例示
する如さ関係下に各アーム３．４および角度信号０１　
、θ２があるとき、基準線Ｒからの第２アーム４先端の
位置δを、例えば、 δ＝Ｌ＋見１ｓＩｎ　ｏ−見？９．。（θ１十０２）な
る関数から求め、微小の移動量ｄδごとに位置データδ
１　、δ２・・・δｍ＋　　、６１等をサンプリングす
ると同時に、これに対応して微小の移動量ｄδごとに荷
重信号Ｐから荷重データＦ１．Ｆ２・・・Ｆｌ−１、Ｆ
ｉ　Ｊを求める。また、記憶部２０Ｂはスイッチ１９の
開成によって第１演算ｆｉｌ１２０Ａからの最初の位置
データδ１．荷重データＦｌ　を取込み、これ以後の各
データは後述する動作判定手段２１から更新信号が入力
されたときにのみ第１演算部２０Ａからの位置データδ
２　、δ３　。

・・・、荷重データＦ２　　＊　Ｆｌ　　ｒ・・・を順
次取込み更新するようになっている。さらに、第２演算
部２０Ｃは第１演算部２０Ａから最初の位置データδ１
、荷重データＦｌが入力され、以後微小の移１！ｌｔｄ
δごとに順次位ｔデータδ２　、δ３　、・・・、荷重
データＦ２　　＊　Ｆｌ　　、・・・が自動的に入力さ
れ、記憶部２０Ｂに記憶されている更新前の位置データ
δ１　、δ２　、・・・と荷重データＦｌ　　、Ｆ２　
　＋・・・とをｄＦ／ｄδなる微分演算を行い、この演
算結果を後述の動作判定手段２１に出力する檄億を有す
る。即ち、第２演算部２０Ｃは位置データδ１゜荷重デ
ータＦ１が第１演算部２０Ａから入力されている状態で
、第２のアーム４先端が微小の移動量ｄδだけ移動して
、第１演算部２０Ａから位置データδ２、荷重データＦ
２が入力されたとき。

記憶部２０Ｂから位置データδ１を取込んで、これらの
位置データδＩ　、δ２および荷重データＦｌ、Ｆ２か
ら移動ｉｄδ＝δ２−δ■および荷重の変化量ｄＦ＝Ｆ
ｚ　−Ｆｌ　を求め、ｄＦ／ｄδなる微分演算を行うよ
うになっており、以後同様の演算を順次行う。

ここで、第３図は前述のようにして求めた位置データδ
と荷重データＦとの関係を特性曲線ｇでもって表してお
り、第４図はこの特性曲線ｇを拡大して示すと共に第２
演算部２０ＣにおけるｄＦ／ｄδなる演算結果を特性曲
線ｇ′でもって表わしている。また、点Ｇは荷物９の地
切りが完了した時点における位置データδ１、荷重デー
タＦｌ　を示している。即ち、荷重データＦｉ　は荷物
９の重量に対応している。そして、第２演算部２０Ｃに
おけるｄＦ／ｄδなる演算結果は荷物９の地切り途中で
はｄＦ／ｄδ〉０となり、地切りが完了するとｄδ〉０
、ｄＦ＝ｏとなるからｄＦ／ｄδ＝０となり、後述の動
作判定部２１において地切りの完了が判定されるように
なっている。一方、地切り作業の途中で各アーム３．４
の回動を停止させた場合には、ｄδ＝Ｑ、ｄＦ＝０とな
りｄＦ／ｄδ＝０となって誤動作が生じるので、この誤
動作を防止すべく位置データδがｄδだけ増加しない間
は第１演算部２０Ａから第２演算部２０Ｃへと各データ
δ、Ｆが出力されず、第２演算部２０Ｇにおける演算結
果は各アーム３゜４の停止前の値に維持されるようにな
っている。

次に、２１は前記第２演算部２０Ｃからの演算結果ｄＦ
／ｄδに基づき荷物９の地切りが完了したか否かを判定
する動作判定手段で、該動作判定手段２１は前記演算結
果がｄＦ／、ｄδ＝Ｏとなったときに地切りの完了を判
定し、前記レバーロック装置１８Ａへとロック解除信号
を出力し、旋回操作レバー１８のロック状態を解除する
ようになっている、一方、前記演算結果がｄＦ／ｄδ〉
０の間は地切りの途中であることを判定し、後述の動作
指令部２２へと各アーム３，４の回動動作を継続するよ
うに指示すると共に、前記記憶部２０Ｂに位置データδ
、荷重データＦを更新するように指示し、該記憶部２０
Ｂでは例えば位置データδ１、荷重データＦ１がリセッ
トされ１次なる時点の位ごデータδ２．荷重データＦ２
が記憶され、順次位置データδ、荷重データＦが更新さ
れ、記憶される。

さらに、２２は前記スイッチ１７がＯＮ状態に設定され
ると第５図に示すように前記操作レバー１１の操作量に
応じた微小特性りを設定して、微速信号を各サーボ弁１
２．１３へと出力し、各油圧シリンダ５．６を介して各
アーム３，４に荷物９の地切り作業を行わせる動作指令
部で、該動作指令部２２は前記動作判定手段２１からロ
ック解除信号が出力されたときには、再び操作レバーｉ
ｔの操作量に対応した高特性Ｅを設定し、通常のフロン
ト動作信号を出力するようになっている。

次に、以１の通り構成される荷役作業機の作動について
説明する。

まず、操作レバー１１を手動操作して各アーム３．４を
回動させ１把持装Ｍ７を荷物９の位置に配置し、スイッ
チ１９をＯＮ状態に設定する。これによって旋回操作レ
バー１８はロック状態に設定され、把持装Ｆ！Ｉ７は荷
物９を把持する一方、動作指令部２２は地切り作業の開
始状態に設定される。この状態で、操作レバー１１を再
び操作すると、該動作指令部２２は第５図中の特性りに
基づき操作量に応じた微速信号を各サーボ弁１２゜１３
へと出力し、各油圧シリンダ５，６を介して各アーム３
，４に荷物９の地切り作業を行わせる。

このとき、各角度計１４．１５は各アーム３゜４の回動
角を検出して角度信号θ１　、θ２を、また、荷重セン
サ１６は荷重信号Ｐをそれぞれ第１演算部２０Ａへと出
力し、該第１演算部２０Ａでは微小の移動ｉｄδごとに
位置データδと荷重データＦとを求め、初期位置データ
δｌ、荷重データＦ１を記憶部２０Ｂ、第２演算部２０
Ｃに出力し、アーム４先端が微小移動量ｄδだけ移動す
ると、次なる位置データδ２、荷重データＦ２を第２＠
算部２０Ｃ−と出力する。そして、該第２演算部２０Ｇ
では前記データδ２　、Ｆ２と記憶部２０Ｂからのデー
タδ１ｔＦｌ　　とからｄＦ／ｄδなる微分演算を行い
、この演算結果を動作判定手段２１へと出力し、該動作
判定手段２１は演算結果がｄＦ／ｄδ〉Ｏであるとき、
地切り途中であることを判定し、記憶部２０Ｂの各デー
タδ１　。

Ｆ！をリセットさせ、次なるデータδ２　、Ｆ２を記憶
させると共に動作指令部２２に地切り作業の継続を指示
する。そして、第２演算部２０Ｃはアーム４先端が微小
移動するごとに、演算ｄＦ／ｄδを順次行い、各演算結
果が動作判定手段２１において判定され、各データδ、
Ｆが第４図中の点Ｇを越えたときには、ｄＦ＝Ｏとなる
から演算結果がｄＦ／ｄδ＝０となり、該動作判定手段
２１は地切りが完了したことを判定し、レバーロック装
、％１１８Ａにロック解除信号を出力し、旋回操作レバ
ー１８のロック状態を解除する。かくして、旋回操作レ
バー１８を手動操作することにより、旋回回路１７を介
して上部旋回体ＩＢが旋回操作可能となる。

従って、本実施例によれば、地切り作業時に自動的に旋
回操作レバー１８がロック状態におかれ、地切り作業の
完了後にこのロック状態が解除されるから、視界が遮ら
れた作業場等においても地切り前に上部旋回体ＩＢを旋
回させ荷物９を引摺って各アーム３．４に振動を引き起
してしま゛うような事態を確実に防止でき、操作性を向
上でき、作業の安全性を確保できる。また、各アーム３
．４の疲労寿命を確実に向丘させることができ、各アー
ム３．４の軽輩化や長大化を促進することができる。

なお、前記実施例では、第２演算部２０Ｃにおいて微分
演算ｄＦ／ｄδを行うものとして述べたが、これに代え
て、他の演算、例えばｄＦＸｄδなる演算を行ってもよ
い。

また、前記実施例では、旋回操作レバー１８をレバーロ
ック装置１８Ａによってロックすることにより上部旋回
体ＩＢをロック状態におくものとして述べたが、これに
代えて、旋回モータ等の旋回回路１７自体をロックする
ようにしてもよい。

さらに、前記実施例では、１本の操作レバー１１で各サ
ーボ弁１２．１３を介して油圧シリンダ５．６を操作す
るものとして述べたが、各油圧シリンダ５，６を別々の
操作レバーで操作するようにしてもよいことは勿論であ
る。この場合、動作判定手段によって作動する動作指令
部２２も各操作レバー毎に設けられるものである。さら
にまた、前記実施例では、地切り作業時に各アーム３．
４を回動させるものとして述べたが、いずれかのアーム
３または４のみを回動させるようにしてもよい。

加えて、前記実施例では荷役作業機を例に挙げて説明し
たが、本発明はこれに限定されず、油圧クレーン等の他
の柔構造作業機に適用できるもので、この場合、アーム
２を１個または３個以上のアームで構成してもよい、ま
た１把持装Ｒ７以外の作業装置、例えば吊り筒用のフッ
ク等を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明によれば、作業対象物の地切
り作業に際して上部旋回体をロック状態におくロック指
令手段を設け、演算手段において、該作業対象物によっ
てアームの先端側に付与される荷重の変化量を該アーム
先端の移動量でもって演算するようにし、この演算結果
に基づいて動作判定手段で地切り作業が完了したか否か
を判定し、地切りが完了したと判定したときに前記上部
旋回体のロックを解除するようにしたから、地切り前に
上部旋回体を旋回させ、作業対象物を引摺り、アームを
振動させるような事態を確実に防止でき、操作性を向Ｅ
でき、作業の安全性を確保できる。また、アームの疲労
寿命を向上でき、該アームの軽量化、長大化を促進させ
ることができ、柔構造作業機において生じている地切り
作業時の問題を確実に解決できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の実施例に係り、第１図は
荷役作業機とその制御回路を示す説明図、第２図は第１
図中に示す荷役作業機のフロント先端位置を求めるため
の説明図、第３図は移動量と荷重の変化量との関係を示
す線図、第４図は第３図中の要部を拡大し、微分演算の
結果をサンプリングした線図、第５図は第１図中に示す
動作指令部で出力されるメータリング特性線図、第６図
および第７図は従来技術による荷役作業機を示し、第６
図はその作動状態を示す正面図、第７図は第６図中の要
部を示す平面図である。 ｌ・・・本体、ＩＡ・・・下部走行体、ＩＢ・・・１部
旋回体、２・・・アーム、３・・・第１のアーム、４・
・・第２のアーム、５．６・・・油圧シリンダ、１４．
１５・・・角度計、１６・・・荷重センサ、１７・・・
油圧回路、１８・・・旋回操作レバー、１９川スイツチ
、２０・・・演算手段、２１・・・動作判定手段、ｄδ
・・・移動量、ｄＦ・・・荷重の変化量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、該上
   部旋回体に回動可能に設けられた少なくとも１本のアー
   ムと、該アームの回動角を検出する角度検出手段と、作
   業対象物によって前記アームの先端側に付与される荷重
   を検出する荷重検出手段と、前記作業対象物の地切り作
   業に際して前記上部旋回体をロック状態におくためのロ
   ック信号を出力するロック指令手段と、前記角度検出手
   段からの角度信号により前記アーム先端の移動量を求め
   ると共に、前記荷重検出手段からの荷重信号により荷重
   の変化量を求め、該荷重の変化量を前記移動量でもって
   演算する演算手段と、該演算手段からの演算結果に基づ
   き前記作業対象物の地切りが完了したか否かを判定し、
   地切りが完了したと判定したときには前記上部旋回体の
   ロックを解除するロック解除信号を出力する動作判定手
   段とから構成してなる柔構造作業機。