JPWO2017170243A1

JPWO2017170243A1 - 作業機械

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Publication number: JPWO2017170243A1
Application number: JP2018509253A
Authority: JP
Inventors: 良充湯澤
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: WO2017170243A1; JP6629430B2; EP3438351B1; KR20180131568A; KR102412577B1; CN108884655A; US10556778B2; EP3438351A1; CN108884655B; US20190023539A1; EP3438351A4

Abstract

本発明の実施例に係る作業機械は、リフマグ（６）とキャブ（１０）の干渉を防止する機能を備えた作業機械であって、下部走行体（１）と、上部旋回体（３）と、キャブ（１０）と、ブーム（４）及びアーム（５）で構成されるアタッチメントと、ブーム（４）の回動角度を検出するブーム角度センサ（Ｓ１）と、アーム５の回動角度を検出するアーム角度センサ（Ｓ２）と、アーム（５）の先端に取り付けられるリフマグ（６）の回動角度を検出するエンドアタッチメント角度センサ（Ｓ３）と、ブーム角度センサ（Ｓ１）、アーム角度センサ（Ｓ２）、及びエンドアタッチメント角度センサ（Ｓ３）の出力に基づいてリフマグ（６）が干渉防止領域に進入したと判定すると、リフマグ（６）とキャブ（１０）とを近づける動きを制限し或いは停止させるコントローラ（３０）と、を備える。

Description

本発明は、エンドアタッチメントとキャブの干渉を防止する干渉防止機能を備えた作業機械に関する。

バケットとキャブの干渉を防止する干渉防止装置を備えた建設機械が知られている（特許文献１参照。）。この干渉防止装置は、ブーム、アーム等の角度を検出してアームの先端の位置を算出する。そして、キャブの周囲に設定された所定の停止範囲内にアームの先端が進入した場合にアタッチメントの動きを停止させる。

特開２０１４−１６３１５６号公報

しかしながら、特許文献１の干渉防止装置は、バケットの角度を検出していない。そのため、バケットの角度がどのように変化した場合であってもバケットとキャブが干渉しないように停止範囲を設定している。その結果、アタッチメントの可動範囲を過度に制限してしまっている。

上述の点に鑑み、アタッチメントの可動範囲をより適切に制限する作業機械を提供することが望ましい。

本発明の実施例に係る作業機械は、エンドアタッチメントとキャブの干渉を防止する機能を備えた作業機械であって、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載された前記キャブと、前記上部旋回体に取り付けられ且つ複数の作業要素で構成されるアタッチメントと、前記作業要素の回動角度を取得する第１センサと、前記アタッチメントの先端に取り付けられる前記エンドアタッチメントの回動角度を取得する第２センサと、前記第１センサ及び前記第２センサの出力に基づいて前記エンドアタッチメントが所定の領域に進入したと判定すると、前記エンドアタッチメントと前記キャブとを近づける動きを制限し或いは停止させる制御装置と、を備える。

上述の手段により、アタッチメントの可動範囲をより適切に制限する作業機械を提供できる。

作業機械の概略側面図である。エンドアタッチメント角度センサの構成例を示す図である。エンドアタッチメント角度センサの構成例を示す図である。作業機械の駆動系の構成例を示すブロック図である。干渉防止機能の説明図である。干渉防止機能の説明図である。エンドアタッチメントシリンダ角度からエンドアタッチメント角度を導き出す方法の説明図である。エンドアタッチメントシリンダ角度からエンドアタッチメント角度を導き出す方法の説明図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の実施例に係る作業機械の概略側面図である。

作業機械は、下部走行体１、旋回機構２、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、リフティングマグネット６（以下、「リフマグ６」とする。）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、エンドアタッチメントシリンダ９、キャブ１０、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、エンドアタッチメント角度センサＳ３、キャブ高さセンサＳ４等を有する。ブーム４及びアーム５はアタッチメントを構成する。

作業機械の下部走行体１上には、旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３の前方中央部には作業要素としてのブーム４が回動可能に連結されている。ブーム４の先端部には作業要素としてのアーム５が回動可能に連結されている。アーム５の先端部にはエンドアタッチメントとしてのリフマグ６が回動可能に連結されている。エンドアタッチメントは、バケット、グラップル、解体用フォーク等であってもよい。

上部旋回体３上には運転室としてのキャブ１０がキャブ昇降装置１２を介して昇降可能に設けられている。このように昇降可能なキャブは「エレベータキャブ」と呼ばれる。図１は、キャブ昇降装置１２によりキャブ１０が最高位置まで上昇した状態を示す。キャブ１０は、ブーム４の側方（通常、左側）に配置されている。

ブーム角度センサＳ１は、ブーム角度を取得するセンサである。ブーム角度は、例えば、ブームフートピン４ａ回りのブーム４の回動角度である。ブーム角度は、例えば、ブーム４を最も下降させたときをゼロ度とする。図１の例では、ブーム角度センサＳ１は、ブームフートピン４ａの近傍に取り付けられている。ブーム角度は、ブームシリンダ７のストローク量を検出するストロークセンサ、水平面に対するブーム４の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等の出力に基づいて算出されてもよい。

アーム角度センサＳ２は、アーム角度を取得するセンサである。アーム角度は、例えば、アームフートピン５ａ回りのアーム５の回動角度である。アーム角度は、例えば、アーム５を最も閉じたときをゼロ度とする。図１の例では、アーム角度センサＳ２は、ブーム角度センサＳ１と同様、アームフートピン５ａの近傍に取り付けられている。アーム角度は、アームシリンダ８のストローク量を検出するストロークセンサ、水平面に対するアーム５の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等の出力に基づいて算出されてもよい。

エンドアタッチメント角度センサＳ３は、エンドアタッチメント角度を取得するセンサである。エンドアタッチメント角度は、例えば、エンドアタッチメントフートピン６ａ回りのリフマグ６の回動角度である。エンドアタッチメント角度は、例えば、リフマグ６を最も閉じたときをゼロ度とする。図１の例では、エンドアタッチメント角度センサＳ３は、ブーム角度センサＳ１及びアーム角度センサＳ２とは異なり、エンドアタッチメントフートピン６ａの近傍ではなく、エンドアタッチメントシリンダ９のフートピン９ａの近傍に取り付けられている。エンドアタッチメントフートピン６ａの近傍に取り付けられると、スクラップ材等の作業対象物と接触する機会が増えて破損し易いためである。エンドアタッチメント角度は、エンドアタッチメントシリンダ９のストローク量を検出するストロークセンサ、水平面に対するリフマグ６の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等の出力に基づいて算出されてもよい。

キャブ高さセンサＳ４は、キャブ１０の高さを取得するセンサである。キャブ１０の高さは、例えば、上部旋回体３のベースフレームからの高さである。キャブ１０の高さは、例えば、昇降可能なキャブ１０がベースフレームと接触しているとき（キャブ１０を最も下降させたとき）を高さゼロとする。図１の例では、キャブ高さセンサＳ４は、キャブ昇降装置１２における平行リンク機構のリンク１３のリンクフートピン１３ａ回りの回動角度を検出する角度センサであり、リンク１３のリンクフートピン１３ａの近傍に取り付けられている。リンク１３の回動角度は、例えば、キャブ１０を最も下降させたときをゼロ度とする。キャブ高さセンサＳ４は、リンク１３の回動角度からキャブ１０の高さを導き出す。キャブ高さセンサＳ４は、リンク１３の回動角度をコントローラ３０に対して出力してもよい。この場合、コントローラ３０は、リンク１３の回動角度に基づいてキャブ１０の高さを算出する。キャブ１０の高さは、キャブ昇降シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、水平面に対するリンク１３の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等の出力に基づいて算出されてもよい。

ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、エンドアタッチメント角度センサＳ３、及び、キャブ高さセンサＳ４の少なくとも１つは、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成されていてもよい。

次に図２Ａ及び図２Ｂを参照し、エンドアタッチメント角度センサＳ３の構成例について説明する。図２Ａは、図１の破線円ＩＩで示す領域を反対側から見たときの拡大斜視図である。図２Ｂは、図２Ａの線分ＩＩＢ−ＩＩＢを含む平面を矢印で示す方向から見たエンドアタッチメントシリンダ９の断面図である。

エンドアタッチメント角度センサＳ３は、アーム５のブラケット５ｂに取り付けられるカバーケース２０内に収容されている。ブラケット５ｂは、エンドアタッチメントシリンダ９のフートピン９ａが固定される一対の金属板である。

エンドアタッチメント角度センサＳ３は、回動部Ｓ３ａ及び固定部Ｓ３ｂを含む。回動部Ｓ３ａは、フートピン９ａの軸と同軸の回転軸を有する。固定部Ｓ３ｂは、カバーケース２０と共にブラケット５ｂに固定され、回動部Ｓ３ａを回動可能に支持する。回動部Ｓ３ａにはセンサアーム２１が取り付けられている。

センサアーム２１は、一端（近位端）がエンドアタッチメント角度センサＳ３の回動部Ｓ３ａに固定され、他端（遠位端）がバンド２２に回動可能に取り付けられる。

バンド２２は、センサアーム２１の遠位端をエンドアタッチメントシリンダ９の外周に取り付けるための部材である。図２Ａ及び図２Ｂの例では、バンド２２は、第１半円環部２２Ａ及び第２半円環部２２Ｂを含む。第１半円環部２２Ａ及び第２半円環部２２Ｂは、互いの両端でボルト２３及びナット２４で締結され、エンドアタッチメントシリンダ９の外径と略同じ内径を有する円環状のバンドを形成する。第１半円環部２２Ａはその外周面から外方に突出する突起部２２Ａｘを有する。突起部２２Ａｘは、例えば、第１半円環部２２Ａに溶接される棒状部材であり、センサアーム２１の遠位端に形成された穴２１ａを貫通して延びる。

リフマグ６をエンドアタッチメントフートピン６ａ回りで回動させるためにエンドアタッチメントシリンダ９を伸縮させるとエンドアタッチメントシリンダ９はフートピン９ａの回りを回動する。センサアーム２１は、エンドアタッチメントシリンダ９と共にフートピン９ａの回りを回動する。エンドアタッチメント角度センサＳ３の回動部Ｓ３ａはセンサアーム２１と共にフートピン９ａの回りを回動する。

エンドアタッチメント角度センサＳ３は、回動部Ｓ３ａの固定部Ｓ３ｂに対する回動角度をエンドアタッチメントシリンダ角度として検出し、そのエンドアタッチメントシリンダ角度からエンドアタッチメント角度を導き出す。エンドアタッチメント角度センサＳ３は、エンドアタッチメントシリンダ角度をコントローラ３０に対して出力してもよい。この場合、コントローラ３０は、エンドアタッチメントシリンダ角度に基づいてエンドアタッチメント角度を算出する。

以上の構成により、エンドアタッチメント角度センサＳ３は、エンドアタッチメントフートピン６ａの近傍に取り付けられる場合と同様にエンドアタッチメント角度を取得できる。その上で、エンドアタッチメントフートピン６ａの近傍に取り付けられる場合と比べ、破損され難いという効果を奏する。

バンド２２を用いてセンサアーム２１の遠位端をエンドアタッチメントシリンダ９に取り付けるようにしたため、エンドアタッチメントシリンダ９に突起部２２Ａｘを溶接するといった特別な加工は不要である。したがって、エンドアタッチメント角度センサＳ３は、標準的なシリンダに容易に取り付け可能である。

次に図３を参照し、図１に示す作業機械の駆動系の構成例について説明する。図３は、図１に示す作業機械の駆動系の構成例を示すブロック図である。図３において、機械的動力伝達ラインは二重線、作動油ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気制御ラインは一点鎖線、電気駆動ラインは太点線でそれぞれ示されている。

図１の作業機械の駆動系は、主に、エンジン１１、オルタネータ１１ａ、メインポンプ１４、リフマグ用油圧ポンプ１４Ｇ、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、及びコントローラ３０で構成される。

エンジン１１は、作業機械の駆動源であり、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、オルタネータ１１ａ、メインポンプ１４、リフマグ用油圧ポンプ１４Ｇ、及びパイロットポンプ１５の入力軸のそれぞれに接続されている。

メインポンプ１４は、作動油ライン１６を介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する油圧ポンプであり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１４ａはメインポンプ１４の吐出量を制御する装置である。本実施例では、レギュレータ１４ａは、メインポンプ１４の吐出圧、コントローラ３０からの制御信号等に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調整することによって、メインポンプ１４の吐出量を制御する。

パイロットポンプ１５は、パイロットライン２５を介して操作装置２６を含む各種油圧制御機器に作動油を供給するための油圧ポンプであり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、作業機械における油圧システムを制御する油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、エンドアタッチメントシリンダ９、右側走行用油圧モータ１Ａ、左側走行用油圧モータ１Ｂ、及び旋回用油圧モータ２Ａのうちの１又は複数のものに対し、メインポンプ１４が吐出する作動油を選択的に供給する。以下では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、エンドアタッチメントシリンダ９、右側走行用油圧モータ１Ａ、左側走行用油圧モータ１Ｂ、及び旋回用油圧モータ２Ａを集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。

操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施例では、操作装置２６は、パイロットポンプ１５からの作動油をコントロールバルブ１７内にある対応する流量制御弁のパイロットポートに供給してパイロット圧を生成する。具体的には、操作装置２６は、旋回操作レバー、ブーム操作レバー、アーム操作レバー、リフマグ操作レバー、走行用ペダル（何れも図示せず。）等を含む。パイロット圧は、操作装置２６の操作内容に応じて変化する。操作内容は、例えば、操作方向及び操作量を含む。

圧力センサ２９は、操作装置２６が生成するパイロット圧を検出する。本実施例では、圧力センサ２９は、操作装置２６が生成したパイロット圧を検出し、その検出値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、圧力センサ２９の出力に基づいて操作装置２６のそれぞれの操作内容を把握する。

コントローラ３０は、作業機械を制御するための制御装置であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成される。コントローラ３０は作業機械の動作や機能に対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭにロードし、それらプログラムのそれぞれに対応する処理をＣＰＵに実行させる。

リフマグ用油圧ポンプ１４Ｇは作動油ライン１６ａを介して作動油をリフマグ用油圧モータ６０に供給する。本実施例では、リフマグ用油圧ポンプ１４Ｇは固定容量型油圧ポンプであり、切替弁６１を通じてリフマグ用油圧モータ６０に作動油を供給する。

切替弁６１は、リフマグ用油圧ポンプ１４Ｇが吐出する作動油の流れを切り替える。本実施例では、切替弁６１はコントローラ３０からの制御指令に応じて切り替わる電磁弁であり、リフマグ用油圧ポンプ１４Ｇとリフマグ用油圧モータ６０との間を連通させる第１位置と、リフマグ用油圧ポンプ１４Ｇとリフマグ用油圧モータ６０との間を遮断する第２位置とを有する。

コントローラ３０は、モード切替スイッチ６２が操作されて作業機械の動作モードがリフマグモードに切り替えられると、切替弁６１に対して制御信号を出力して切替弁６１を第１位置に切り替える。コントローラ３０は、モード切替スイッチ６２が操作されて作業機械の動作モードがリフマグモード以外に切り替えられると、切替弁６１に対して制御信号を出力して切替弁６１を第２位置に切り替える。図３は、切替弁６１が第２位置にある状態を示す。

モード切替スイッチ６２は、作業機械の動作モードを切り替えるスイッチである。本実施例では、キャブ１０内に設置されるロッカスイッチである。操作者はモード切替スイッチ６２を操作してショベルモードとリフマグモードとを二者択一的に切り替える。ショベルモードは作業機械をショベルとして作動させるときのモードであり、例えばリフマグ６の代わりにバケットが取り付けられているときに選択される。リフマグモードは作業機械をリフマグ付き作業機械として作動させるときのモードであり、リフマグ６がアーム５の先端に取り付けられているときに選択される。コントローラ３０は各種センサの出力に基づいて作業機械の動作モードを自動的に切り替えてもよい。

リフマグモードの場合、切替弁６１は第１位置に設定され、リフマグ用油圧ポンプ１４Ｇが吐出する作動油をリフマグ用油圧モータ６０に流入させる。一方、リフマグモード以外の場合、切替弁６１は第２位置に設定され、リフマグ用油圧ポンプ１４Ｇが吐出する作動油をリフマグ用油圧モータ６０に流入させることなく作動油タンクに流出させる。

リフマグ用油圧モータ６０の回転軸はリフマグ用発電機６３の回転軸に機械的に連結されている。リフマグ用発電機６３は、リフマグ６を励磁するための電力を生成する発電機である。本実施例では、リフマグ用発電機６３は電力制御装置６４からの制御指令に応じて動作する交流発電機である。

電力制御装置６４はリフマグ６を励磁するための電力の供給・遮断を制御する装置である。本実施例では、電力制御装置６４は、コントローラ３０からの発電開始指令・発電停止指令に応じてリフマグ用発電機６３による交流電力の発電の開始・停止を制御する。電力制御装置６４はリフマグ用発電機６３が発電した交流電力を直流電力に変換してリフマグ６に供給する。電力制御装置６４はリフマグ６に印加される直流電圧の大きさを制御できる。

コントローラ３０は、リフマグスイッチ６５がオン操作されてオン状態になると電力制御装置６４に対して吸着指令を出力する。吸着指令を受けた電力制御装置６４は、リフマグ用発電機６３が発電した交流電力を直流電力に変換してリフマグ６に供給し、リフマグ６を励磁する。励磁されたリフマグ６は対象物を吸着可能な吸着状態となる。

コントローラ３０は、リフマグスイッチ６５がオフ操作されてオフ状態になると電力制御装置６４に対して釈放指令を出力する。釈放指令を受けた電力制御装置６４は、リフマグ用発電機６３による発電を中止させ、吸着状態にあるリフマグ６を非吸着状態（釈放状態）にする。

リフマグスイッチ６５は、リフマグ６の吸着・釈放を切り替えるスイッチである。本実施例では、リフマグスイッチ６５は、旋回機構２、ブーム４、アーム５、及びリフマグ６を操作するための左右一対の操作レバーの少なくとも一方の頂部に設けられる押しボタンスイッチである。リフマグスイッチ６５は、ボタンが押下される度にオン状態とオフ状態が交互に切り替わる構成であってもよく、オン操作用のボタンとオフ操作用のボタンが別々に用意される構成であってもよい。

この構成により、作業機械は、メインポンプ１４が吐出する作動油によって油圧アクチュエータを動作させながら、リフマグ６によって対象物の吸着、運搬等の作業を行うことができる。

画像表示装置４０は、各種情報を表示する装置である。本実施例では、画像表示装置４０は、運転席が設けられたキャブ１０のピラー（図示せず。）に固定されている。画像表示装置４０は、作業機械の運転状況、制御情報等を画像表示部４１に表示して運転者に情報を提供できる。画像表示装置４０は、入力部としてのスイッチパネル４２を含む。運転者はスイッチパネル４２を利用して情報や指令を作業機械のコントローラ３０に入力できる。

画像表示装置４０は、蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。蓄電池７０はオルタネータ１１ａで発電した電力で充電される。蓄電池７０の電力は、コントローラ３０及び画像表示装置４０以外の作業機械の電装品７２等にも供給される。エンジン１１のスタータ１１ｂは蓄電池７０からの電力で駆動されてエンジン１１を始動する。

制御弁５０は、操作装置２６とコントロールバルブ１７内にある流量制御弁との間のパイロットラインの連通・遮断を制御する。図３の例では、制御弁５０は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する電磁比例弁である。

次に図４Ａ及び図４Ｂを参照し、干渉防止機能について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、図１の作業機械の側面図である。図４Ａはエンドアタッチメント角度を利用しない場合の干渉防止機能の効果を示し、図４Ｂはエンドアタッチメント角度を利用する場合の干渉防止機能の効果を示す。

干渉防止機能は、例えば、作業機械上の基準点を原点とする座標系を用いて実行される。基準点は、例えば、作業機械の旋回軸上の一点である。座標系は、例えば、３次元直交座標系である。基準点はブームフートピン４ａの位置等の他の一点であってもよい。座標系は３次元極座標系、２次元直交座標系、２次元極座標系等の他の座標系であってもよい。

上述の座標系と各部材の既知の寸法を用い、コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１の出力に基づいてアームフートピン５ａの座標を導き出すことができる。また、ブーム角度センサＳ１及びアーム角度センサＳ２の出力に基づいてエンドアタッチメントフートピン６ａの座標を導き出すことができる。更に、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びエンドアタッチメント角度センサＳ３の出力に基づいてリフマグ６の最近傍点６ｘの座標を導き出すことができる。

リフマグ６の最近傍点６ｘは、リフマグ６の輪郭上の座標点のうち、キャブ１０に最も近い座標点であり、エンドアタッチメントのキャブ側端部とも称する。最近傍点６ｘのリフマグ６上の位置は、リフマグ６の姿勢によって変化する。

コントローラ３０は、キャブ高さセンサＳ４の出力に基づいてキャブ１０の中心点の座標を導き出すことができる。

図４Ａ及び図４Ｂの斜線領域は、キャブ１０の周囲に設定される干渉防止領域Ｒ１、Ｒ２を示す。干渉防止領域Ｒ１、Ｒ２は、キャブ１０の中心点の座標に応じて決まる領域であり、キャブ１０の上昇と共に上昇し、キャブ１０の下降と共に下降する。したがって、コントローラ３０は、キャブ高さセンサＳ４の出力に基づいて導き出したキャブ１０の中心点の座標を用いて干渉防止領域Ｒ１、Ｒ２の境界を定める複数の座標を導き出すことができる。図４Ａのときの作業機械の本体（キャブ１０）から干渉防止領域Ｒ１の境界までの距離Ｔ１は、キャブ１０の高さにかかわらず、図４Ｂのときの作業機械の本体（キャブ１０）から干渉防止領域Ｒ２の境界までの距離Ｔ２と同じである。

そして、コントローラ３０は、上述の各点の座標に基づき、リフマグ６とキャブ１０との干渉を防止するために作業機械の動きを制限し或いは停止させる必要があるか否かを判定する。

エンドアタッチメント角度を利用しない図４Ａの場合、コントローラ３０は、エンドアタッチメントフートピン６ａの座標に基づいてリフマグ６の可動範囲Ｒ３を導き出す。図４Ａの破線部分円はリフマグ６の可動範囲の輪郭を示す。

そして、コントローラ３０は、干渉防止領域Ｒ１とリフマグ６の可動範囲Ｒ３とが重複すると判定した場合、その重複領域が増大する方向への作業機械の動き、すなわちリフマグ６とキャブ１０とを更に近づける動きを制限し或いは停止させる。但し、コントローラ３０は、その重複領域が縮小し或いは消失する方向への作業機械の動き、すなわちリフマグ６とキャブ１０とを離間させる動きを制限することはない。リフマグ６とキャブ１０との干渉を避けるための動きが制限されてしまうことが無いようにするためである。

図４Ａの例では、コントローラ３０は、エンドアタッチメントフートピン６ａと干渉防止領域Ｒ１との距離が距離Ｄ１となった場合に、ブーム４を上昇させる動き、アーム５を閉じる動き、リフマグ６を閉じる動き、及びキャブ１０を上昇させる動きを制限し或いは停止させる。具体的には、ブーム４を上昇させる動きを制限し或いは停止させる場合、コントローラ３０は、ブーム上げ操作に関するパイロットラインに設置された制御弁５０に指令を出力してそのパイロットラインの連通を制限し或いは遮断する。ブーム上げ操作に関するパイロットラインは、ブームシリンダ７に関連する流量制御弁と操作装置２６としてのブーム操作レバーとの間の上げ方向操作側のパイロットラインである。アーム５を閉じる動き、リフマグ６を閉じる動き、及びキャブ１０を上昇させる動きを制限し或いは停止させる場合についても同様である。

一方で、コントローラ３０は、ブーム４を下降させる動き、アーム５を開く動き、リフマグ６を開く動き、及びキャブ１０を下降させる動きを制限しない。

図４Ｂの例では、コントローラ３０は、リフマグ６の最近傍点６ｘが干渉防止領域Ｒ２内に進入したと判定した場合に、ブーム４を上昇させる動き、アーム５を閉じる動き、リフマグ６を閉じる動き、及びキャブ１０を上昇させる動きを制限し或いは停止させる。このとき、エンドアタッチメントフートピン６ａと干渉防止領域Ｒ２との距離は距離Ｄ２（＜Ｄ１）である。距離Ｄ２はエンドアタッチメント角度に応じて変化する。すなわち、エンドアタッチメントとキャブ１０とを近づける動きを制限し或いは停止させるときのエンドアタッチメントフートピン６ａと作業機械の本体との距離は、エンドアタッチメントの回動角度に応じて変化する。これは、エンドアタッチメントのキャブ側端部（リフマグ６の最近傍点６ｘ）の位置に基づいてエンドアタッチメントの可動範囲が制限されることを意味する。一方で、コントローラ３０は、ブーム４を下降させる動き、アーム５を開く動き、リフマグ６を開く動き、及びキャブ１０を下降させる動きを制限しない。

このように、エンドアタッチメント角度を利用しながら干渉防止機能を実行する場合、エンドアタッチメント角度を利用せずに干渉防止機能を実行する場合に比べ、コントローラ３０は、リフマグ６をキャブ１０により近づけることができる。エンドアタッチメント角度を利用しない場合にはリフマグ６の姿勢がどのように変化したとしてもリフマグ６とキャブ１０とが干渉しないよう、干渉防止領域Ｒ１から比較的遠いところで作業機械の動きを制限する必要があるためである。これに対し、エンドアタッチメント角度を利用する場合には、特定の姿勢にあるリフマグ６とキャブ１０とが干渉しないように作業機械の動きを制限すればよいためである。これは、アタッチメントの可動範囲をより適切に制限すること、すなわち、アタッチメントの可動範囲を拡大できることを意味する。

コントローラ３０は、リフマグ６とキャブ１０との干渉を防止するために作業機械の動きを制限し或いは停止させた場合にその旨を画像表示装置４０に表示してもよい。作業機械の動きを制限し或いは停止させた理由を操作者に伝えるためである。コントローラ３０は、警告灯、警告音等でその旨を操作者に伝えてもよい。

以上の構成により、コントローラ３０は、エンドアタッチメント角度を利用しながら干渉防止機能を実行することで、リフマグ６の姿勢に応じてリフマグ６のキャブ１０への接近度合いを変化させることができる。具体的には、コントローラ３０は、リフマグ６の開きを大きくするほど、リフマグ６をキャブ１０に近づけることができる。

次に図５Ａ及び図５Ｂを参照し、エンドアタッチメントシリンダ角度θからエンドアタッチメント角度αを導き出す方法について説明する。図５Ａはエンドアタッチメント角度αが値α１のときの状態を示すアタッチメント先端部の側面図である。図５Ｂはエンドアタッチメント角度αが値α２（＜α１）のときの状態を示すアタッチメント先端部の側面図である。図５Ａ及び図５Ｂは何れもエンドアタッチメントシリンダ角度θが同じ値θ１であることを示す。図５Ａ及び図５Ｂの例では、エンドアタッチメントシリンダ角度θは、線分Ｌ１と線分Ｌ２との間の角度として定められる。線分Ｌ１は、エンドアタッチメントシリンダ９のフートピン９ａと連結ピン６ｂとを結ぶ線分である。線分Ｌ２は、エンドアタッチメントシリンダ９のフートピン９ａとロッドピン９ｂとを結ぶ線分である。連結ピン６ｂは、第１エンドアタッチメントリンク６ｃの一端が回動可能に連結されるピンである。第１エンドアタッチメントリンク６ｃの他端は、エンドアタッチメントシリンダ９のロッドピン９ｂに回動可能に連結されている。エンドアタッチメントシリンダ９のロッドピン９ｂには、第２エンドアタッチメントリンク６ｄの一端が回動可能に連結されている。第２エンドアタッチメントリンク６ｄの他端は、リフマグ６における第２エンドアタッチメントフートピン６ｅに回動可能に連結されている。

この構成では、エンドアタッチメント角度センサＳ３は、エンドアタッチメントシリンダ角度θのみに基づいてエンドアタッチメント角度αを導き出すことができない場合がある。エンドアタッチメントシリンダ角度θが同じ１つの値θ１であっても、エンドアタッチメント角度αは２つの値（値α１及び値α２）を取り得るためである。これは、エンドアタッチメント角度αが単調増加する際にエンドアタッチメントシリンダ角度θが増加後に減少するという事実に基づく。

そこで、コントローラ３０は、リフマグ６の操作方向を追加的に取得してエンドアタッチメント角度αを導き出す。コントローラ３０は、例えば、操作装置２６としてのリフマグ操作レバーが生成するパイロット圧を検出してリフマグ操作レバーが閉じ方向に操作されているか開き方向に操作されているかを判定する。

そして、コントローラ３０は、リフマグ６が開き方向に操作されていると判定し、且つ、エンドアタッチメントシリンダ角度θが増大していると判定した場合、エンドアタッチメントシリンダ角度θの値θ１からエンドアタッチメント角度αの値α２を導き出す。或いは、コントローラ３０は、リフマグ６が閉じ方向に操作されていると判定し、且つ、エンドアタッチメントシリンダ角度θが減少していると判定した場合、エンドアタッチメントシリンダ角度θの値θ１からエンドアタッチメント角度αの値α２を導き出す。

一方、コントローラ３０は、リフマグ６が開き方向に操作されていると判定し、且つ、エンドアタッチメントシリンダ角度θが減少していると判定した場合、エンドアタッチメントシリンダ角度θの値θ１からエンドアタッチメント角度αの値α１を導き出す。或いは、コントローラ３０は、リフマグ６が閉じ方向に操作されていると判定し、且つ、エンドアタッチメントシリンダ角度θが増大していると判定した場合、エンドアタッチメントシリンダ角度θの値θ１からエンドアタッチメント角度αの値α１を導き出す。

以上の構成により、コントローラ３０は、１つのエンドアタッチメントシリンダ角度θに２つのエンドアタッチメント角度αが対応し得る場合であっても、エンドアタッチメントシリンダ角度θからエンドアタッチメント角度αを適切に導き出すことができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明は上述のような特定の実施例に限定されるものではない。本発明を実施するための形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、置換等が適用され得る。

例えば、上述の干渉防止機能は、キャブ昇降装置１２を備えた作業機械に適用されたが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、上述の干渉防止機能は、オフセット機構、スイング機構等を備えた作業機械に適用されてもよい。その場合、エンドアタッチメントとキャブ１０とを近づける動きは、スイング機構の動き、及びオフセット機構の動きを含む。

本願は、２０１６年３月３０日に出願した日本国特許出願２０１６−０６７８８３号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

１・・・下部走行体１Ａ・・・右側走行用油圧モータ１Ｂ・・・左側走行用油圧モータ２・・・旋回機構２Ａ・・・旋回用油圧モータ３・・・上部旋回体４・・・ブーム４ａ・・・ブームフートピン５・・・アーム５ａ・・・アームフートピン５ｂ・・・ブラケット６・・・リフマグ６ａ・・・エンドアタッチメントフートピン６ｂ・・・連結ピン６ｃ・・・第１エンドアタッチメントリンク６ｄ・・・第２エンドアタッチメントリンク６ｅ・・・第２エンドアタッチメントフートピン７・・・ブームシリンダ８・・・アームシリンダ９・・・エンドアタッチメントシリンダ９ａ・・・フートピン９ｂ・・・ロッドピン１０・・・キャブ１１・・・エンジン１１ａ・・・オルタネータ１１ｂ・・・スタータ１２・・・キャブ昇降装置１３・・・リンク１３ａ・・・リンクフートピン１４・・・メインポンプ１４ａ・・・レギュレータ１４Ｇ・・・リフマグ用油圧ポンプ１５・・・パイロットポンプ１６、１６ａ・・・作動油ライン１７・・・コントロールバルブ２０・・・カバーケース２１・・・センサアーム２１ａ・・・穴２２・・・バンド２２Ａ・・・第１半円環部２２Ａｘ・・・突起部２２Ｂ・・・第２半円環部２３・・・ボルト２４・・・ナット２５・・・パイロットライン２６・・・操作装置２９・・・圧力センサ３０・・・コントローラ４０・・・画像表示装置４１・・・画像表示部４２・・・スイッチパネル５０・・・制御弁６０・・・リフマグ用油圧モータ６１・・・切替弁６２・・・モード切替スイッチ６３・・・リフマグ用発電機６４・・・電力制御装置６５・・・リフマグスイッチ７０・・・蓄電池７２・・・電装品Ｓ１・・・ブーム角度センサＳ２・・・アーム角度センサＳ３・・・エンドアタッチメント角度センサＳ３ａ・・・回動部Ｓ３ｂ・・・固定部Ｓ４・・・キャブ高さセンサ

Claims

エンドアタッチメントとキャブの干渉を防止する機能を備えた作業機械であって、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体に搭載された前記キャブと、
前記上部旋回体に取り付けられ且つ複数の作業要素で構成されるアタッチメントと、
前記作業要素の回動角度を取得する第１センサと、
前記アタッチメントの先端に取り付けられる前記エンドアタッチメントの回動角度を取得する第２センサと、
前記第１センサ及び前記第２センサの出力に基づいて前記エンドアタッチメントが所定の領域に進入したと判定すると、前記エンドアタッチメントと前記キャブとを近づける動きを制限し或いは停止させる制御装置と、を備える、
作業機械。
前記第２センサは、エンドアタッチメントシリンダのフートピンの近傍に配置される、
請求項１に記載の作業機械。
前記制御装置は、前記第２センサの出力とエンドアタッチメント操作レバーの操作内容とに基づいて前記エンドアタッチメントの回動角度を導き出す、
請求項１に記載の作業機械。
前記エンドアタッチメントと前記キャブとを近づける動きは、エレベータキャブの動き、スイング機構の動き、及びオフセット機構の動きを含む、
請求項１に記載の作業機械。
前記エンドアタッチメントと前記キャブとを近づける動きを制限し或いは停止させるときの前記作業要素としてのアームの先端に設けられたエンドアタッチメントフートピンと前記作業機械の本体との距離は、前記エンドアタッチメントの回動角度に応じて変化する、
請求項１に記載の作業機械。
前記エンドアタッチメントのキャブ側端部の位置に基づいて前記エンドアタッチメントの可動範囲が制限される、
請求項１に記載の作業機械。