(57)【要約】【課題】建設機械の操作レバーの操作量である傾転角度を、感知するセンサの出力を積分演算することなく、また機体の振動による影響を除いて、迅速にそして正確に検出する。【解決手段】操作レバー装置２が、レバー支持体４に傾転操作を可能に取付けられた操作レバー６と、操作レバー６に取付けられ傾転操作の方向を含む鉛直面Ｖ１の方向の加速度を検出する第１の加速度センサＳ１と、レバー支持体４に取付けられ第１の加速度センサＳ１の鉛直面Ｖ１と略平行の鉛直面Ｖ２の方向の加速度を検出する第２の加速度センサＳ２と、第１および第２の加速度センサＳ１、Ｓ２の出力に基づいて操作レバー６の傾転角度および傾転方向を演算し被操作体８に操作信号を出力するコントローラ１０を備える。【選択図】図１
2010053601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レバー支持体に傾転操作を可能に取付けられた操作レバーと、
この操作レバーの上端部に取付けられ傾転操作の方向を含む鉛直面の方向の加速度を検出する第１の加速度センサと、
該レバー支持体に取付けられ第１の加速度センサの該鉛直面と略平行の鉛直面の方向の加速度を検出する第２の加速度センサと、
第１および第２の加速度センサの出力に基づいて操作レバーの傾転角度および傾転方向を演算し被操作体に操作信号を出力するコントローラと、を備えている、
ことを特徴とする建設機械の操作レバー装置。
【請求項２】
該コントローラが、
第１および第２の加速度センサによって検出された、重力加速度および操作レバー装置全体に作用する振動加速度の、大きさおよび方向に基づいて該傾転角度および傾転方向を演算する、
ことを特徴とする請求項１記載の建設機械の操作レバー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械の操作レバー装置、さらに詳しくは、一般に機体の振動が激しい建設機械に好適な電気式の操作レバー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の建設機械の作業機等を操作する操作レバー装置には、装置の簡素化・小型化、そして電子制御のために、操作レバーの操作量および操作方向を操作レバーに備えた角速度センサと加速度センサによって電気的に検出するものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この形態の操作レバー装置においては、操作量である傾転角度は、角速度センサからの角度データを積分することによって得られるが、角速度センサだけでは出力信号の温度変動・積分誤差の累積などによって、レバーを操作していない中立位置であるゼロ点の補正が困難なので、加速度センサを併用してゼロ点の補正が行われている。
【特許文献１】特開平１１−１５４０３０号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したとおりの形態の建設機械の操作レバー装置には、次のとおりの解決すべき課題がある。
【０００５】
すなわち、積分演算は電子計算機にとっては煩雑な処理のため、処理時間が掛り、良好な応答性を得るには、高速な演算処理装置（ＣＰＵ／ＭＰＵ）が必要になる。また、建設機械は一般に機体の振動が激しく、その振動による加速度も加速度センサに印加されるので、加速度センサにとっては、操作レバーの傾転操作による加速度なのか振動による加速度なのか判別が不可能で、正確に角度センサのゼロ点補正を行うことができず、この場合操作レバーが機械的に中立位置にあっても、被操作部材が操作されてしまう。
【０００６】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、建設機械の操作レバーの操作量である傾転角度を、感知するセンサの出力を積分演算することなく、また機体の振動による影響を除いて、迅速に、そして正確に検出できるようにした、建設機械の操作レバー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば上記技術的課題を解決する建設機械の操作レバー装置として、レバー支持体に傾転操作を可能に取付けられた操作レバーと、この操作レバーの上端部に取付けられ傾転操作の方向を含む鉛直面の方向の加速度を検出する第１の加速度センサと、該レバー支持体に取付けられ第１の加速度センサの該鉛直面と略平行の鉛直面の方向の加速度を検出する第２の加速度センサと、第１および第２の加速度センサの出力に基づいて操作レバーの傾転角度および傾転方向を演算し被操作体に操作信号を出力するコントローラと、を備えている、ことを特徴とする建設機械の操作レバー装置が提供される。
【０００８】
好適には、該コントローラは、第１および第２の加速度センサによって検出された、重力加速度および操作レバー装置全体に作用する振動加速度の、大きさおよび方向に基づいて該傾転角度および傾転方向を演算する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に従って構成された建設機械の操作レバー装置は、操作レバーとレバー支持体に取付けた加速度センサの出力によってレバー傾転角度および傾転方向を検出するようにしたので、操作レバーの傾転角度および傾転方向を、積分演算の必要な角速度センサを用いることなく、また操作レバーとレバー支持体それぞれの加速度に基づいて、迅速に、そして正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に従って構成された建設機械の操作レバー装置について、好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【００１１】
なお、建設機械の操作レバーには、１本の操作レバーを中立位置から前後左右の直交する２方向に操作するジョイスティック形式のものもあるが、操作レバーは、説明を簡潔にするために、中立位置から例えば前後方向のような１方向に操作される場合を説明する。２方向に操作するジョイスティック形式の場合は、２つの操作方向それぞれに加速度センサを設置すればよい。
【００１２】
図１を参照して説明する。番号２で示す操作レバー装置は、レバー支持体４に傾転操作を可能に取付けられた操作レバー６と、操作レバー６の上端部に取付けられ傾転操作の方向（ＦＲ）を含む鉛直面Ｖ１の方向の加速度を検出する第１の加速度センサＳ１と、レバー支持体４に取付けられ第１の加速度センサＳ１の鉛直面Ｖ１と略平行の鉛直面Ｖ２の方向の加速度を検出する第２の加速度センサＳ２と、第１および第２の加速度センサＳ１、Ｓ２の出力に基づいて操作レバー６の傾転角度および傾転方向を演算し被操作体８に操作信号を出力するコントローラ１０を備えている。
【００１３】
図１とともに図２を参照して説明する。操作レバー６は、上端部に握り部６ａを有し、基端部６ｂが、運転室のコンソール１１に取付けられたレバー支持体４に傾転軸線Ｘを形成するピン５によって支持され、傾転軸線Ｘを中心に中立位置（図１、図２に示す位置）を挟んで一方のＦ方向および他方のＲ方向に傾転自在に取付けられている。
【００１４】
操作レバー６の基端部６ｂとレバー支持体４の間には、傾転軸線Ｘを挟んだ両側に一対の圧縮スプリング１２，１２が備えられている。この一対の圧縮スプリング１２，１２によって、操作レバー６を機械的に中立位置Ｎに保持し、かつ操作レバー６を傾転操作したときに中立位置Ｎ方向に戻す反力を付与する中立保持手段１４が形成されている。
【００１５】
第１の加速度センサＳ１は操作レバー６の上端部の握り部６ａ内に、第２の加速度センサＳ２はレバー支持体４内に取付けられている。加速度センサＳ１、Ｓ２は、レバー支持体４内を通した配線１６によって、操作レバー６を備えた運転室のコントローラ１０に接続されている。
【００１６】
コントローラ１０が接続される被操作体８は、例えば、電磁切換弁を備え、コントローラ１０からの操作信号に応じて建設機械のアクチュエータへの作動油の流れを制御する。
【００１７】
図１、図２とともに図３、図４を参照して、加速度センサＳ１、Ｓ２による加速度の検出およびコントローラ１０による傾転角度、傾転方向の演算について説明する。説明は、操作レバー６を中立位置Ｎから一方のＦ方向（図１、図２）に傾転操作した場合を例にして述べる。なお、説明を簡潔にするために、加速度センサＳ１，Ｓ２の加速度検出方向として鉛直面Ｖ１、Ｖ２と垂直で、平行かつ水平な平面Ｈ１、Ｈ２をそれぞれ設定する。実際の装置においてはこの平面Ｈ１、Ｈ２の厳密な平行は難しいが、補正値を把握することにより校正することができる。
【００１８】
第１の加速度センサＳ１には操作レバー６の傾転による加速度と操作レバー装置２全体に作用する振動加速度が作用する。第２の加速度センサＳ２には、操作レバー装置２全体に作用する振動加速度のみが作用する。
【００１９】
操作レバー６中立位置における加速度検出について主として図３を参照して説明する。角γは、中立位置でのレバーの初期傾転角度（レバー設置角度）であり、加速度センサＳ１，Ｓ２を含み鉛直面Ｖ１、Ｖ２に垂直な面と、鉛直面Ｖ１、Ｖ２、平面Ｈ１、Ｈ２に垂直な面との角度である。図３に示す、加速度センサＳ１の出力ａ１と加速度センサＳ２の出力ａ２が等しい場合には、操作レバー６は中立状態であると判断される。
【００２０】
操作レバー６傾転位置における加速度検出について主として図４を参照して説明する。操作レバー６を中立位置の角度γから角度δ傾転させた傾転位置の角度をθとすると、θは数１式で表される。
［数１］θ＝γ＋δ
【００２１】
この状態における加速度センサＳ１、Ｓ２の出力ａ１、ａ２は、次の数２式、数３式で表される。
［数２］ａ１＝ｇ・Ｓｉｎθ＋Ｂ・Ｃｏｓθ
［数３］ａ２＝Ｂ
ここで、
ｇ：重力加速度
Ｂ：装置全体に作用する振動加速度
【００２２】
数２式および数３式から次の数４式が得られる。
［数４］Ｃｏｓθ＝（ａ１・ａ２±ｇ√（ｇ２＋ａ２２−ａ１２））／（ｇ２＋ａ２２）
したがって、数４式で求めた角度θと数１式とから、傾転角度δおよび傾転方向が求められる。
【００２３】
すなわち、コントローラ１０は、第１および第２の加速度センサＳ１、Ｓ２によって検出された、重力加速度ｇおよび操作レバー装置全体に作用する振動加速度Ｂの、大きさおよび方向に基づいて傾転角度θおよびその傾転方向を演算する。
【００２４】
上述したとおりの建設機械の操作レバー装置２の作用効果について説明する。
【００２５】
操作レバー装置２は、操作レバー６とレバー支持体４に取付けた加速度センサＳ１、Ｓ２の出力によってレバー傾転角度θおよび傾転方向を検出するようにしたので、操作レバー６の傾転角度θおよび傾転方向を、積分演算の必要な角速度センサを用いることなく、また操作レバー６とレバー支持体４それぞれの加速度に基づいて、迅速に、そして正確に検出することができる。
【００２６】
なお、加速度センサは、１方向の検出に対して２個使用するので、２方向に操作するジョイスティック形式の場合は、４個の加速度センサが必要であるが、直角２軸方向の検出ができる加速度センサを利用すれば２個にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に従って構成された建設機械の操作レバー装置の構成説明図。
【図２】図１の操作レバー装置の操作レバー傾転中心部分の説明図。
【図３】操作レバー中立位置における加速度検出状態の説明図。
【図４】操作レバー傾転位置における加速度検出状態の説明図。
【符号の説明】
【００２８】
２：操作レバー装置
４：レバー支持体
６：操作レバー
８：被操作体
１０：コントローラ
Ｓ１：第１の加速度センサ
Ｓ２：第２の加速度センサ
Ｖ１：鉛直面
Ｖ２：鉛直面
【図１】
2010053601.tif 000003
【図２】
2010053601.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010053601.tif 000006