(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダーの伸縮動作によりブームおよびアームが屈伸して先端部に設けられたバケットにより建設作業を行う作業機を搭載し、操作者が操作を行う運転室の少なくとも前方および上方に、作業機の一部が進入することを禁止する進入禁止領域が設定され、作業機の位置を検知する検知手段が、作業機の一部が前記進入禁止領域に進入したことを検知した時は、作業機の一部が前記進入禁止領域に進入する動作を停止させる干渉防止機能を具えた干渉防止機能付き建設作業機械において、
前記バケットの垂直位置を移動させる前記ブームのみを上げ動作させた時、前記バケットが前記運転室に接触することのないブーム上許可領域を設定し、
このブーム上許可領域を、前記ブームの回動支点を中心として前記運転室の上部前方から前記運転室の上部中央よりも後方にかけて描かれる円弧の外側における前記進入禁止領域内の領域とし、
前記バケットが前記進入禁止領域に進入し、かつ、前記ブーム上許可領域を逸脱しないことを前記検知手段が検知した時は、前記ブームの上げ動作のみを許容したことを特徴とする干渉防止機能付き建設作業機械。
【請求項２】
バケットが回動支点を中心に回動した時に前記バケットの爪先の軌跡が進入禁止領域に進入し、かつ、ブーム上許可領域を逸脱しないことを検知手段が検知した時に、ブームのみの上げ動作を許容したことを特徴とする請求項１記載の干渉防止機能付き建設作業機械。
【請求項３】
前記円弧を、前記ブームを上げ動作させた時に前記バケットが前記運転室に接触することのない最小の半径の円弧としたことを特徴とする請求項１記載の干渉防止機能付き建設作業機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は作業機を搭載し、運転室の少なくとも前方および上方に設定された進入禁止領域に作業機の一部が進入したことを検知した時に、その進入動作を停止させる干渉防止機能を具えた干渉防止機能付き建設作業機械の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルに代表される作業機を搭載した建設機械は旋回体に回動自在に支持されたブームの先端に回動自在にアームが支持され、さらにアームの先端に回動自在にバケットが支持され、これらの機構部材間に取り付けられたシリンダーを伸縮させて主にバケットを所望の空間位置に移動させることにより、所望の作業を行わせることができるようになっている。上述の作業機にはできるだけ広い作業空間を許容するように上記シリンダーの伸縮長が設定されているので、作業の過程で作業機の一部が思いがけずに運転室に衝突する虞がある。
【０００３】
そこで、従来より作業機と運転室との衝突を防止するための様々な提案が為されている。例えば、特開平４−１１１２８号公報には運転室の前方側および側方側にそれぞれ第１干渉危険領域と第２干渉危険領域を設定し、さらに、これらの干渉危険領域の外に減速領域を設定して、この減速領域にバケットが進入した時に上記干渉危険領域に従って第１ブーム、第２ブームおよびアームの速度を徐々に低下させ、最も運転室に近い第２干渉危険領域では作業機の機構部材の運転室に近付く動作を全て禁止すると共に、その外側に位置する第１干渉危険領域では第１ブーム、第２ブームおよびアームの運転室に近付く動作のみを規制するようにした作業機の干渉防止装置の発明が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、都市部の狭い道路や限られた空間で行われる土木作業に適したように小回りの効く小型の油圧ショベルが使われるようになっている。かかる小型ショベルでは狭い道路でも容易に後方に旋回できるように、作業機を旋回体側に引込み収納できるようにする等の設計的配慮が為されたものもある。このような小型油圧ショベルを用いて前方の掘削土砂をバケットに載せて後方に駐車する土砂積載トラックに積荷する場合には、バケットが道路脇の建物等に当たらないように、掘削土砂を載せたバケットを上方に持ち上げて旋回中心側に引き寄せた後、後方に旋回し、バケットを下方に降ろして土砂積載トラックの荷台上に放土する作業が繰り返される。
【０００５】
図４は小型油圧ショベルによる上述の掘削土砂の荷積み作業の様子を示す側面図である。同図はバケットに前方の掘削土砂を載せて持ち上げた状態を示している。バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が減速境界Ｂ1 の内部に進入した時はバケット１が進入禁止境界Ｂ0 に近付くようなアーム２、第２ブーム３および第１ブーム４の動作は減速され、仮想回動軌跡ｃi が進入禁止境界Ｂ0 に達すると進入禁止境界Ｂ0 の内部に進入するようなアーム２、第２ブーム３および第１ブーム４の動作は禁止される、つまり、バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が進入禁止境界Ｂ0 に到達した時点でバケット１の進入禁止境界Ｂ0 に向かう動作を停止させるべく、当該シリンダーの方向切替弁を速やかに中立位置に切り替える。
【０００６】
ところで、作業機が図４に示す状態にあった時に、第１ブーム４だけを上げ操作した場合について考えると、爪先１１の仮想回動軌跡ｃi は間もなく減速境界Ｂ1 の内部に進入し、やがて進入禁止境界Ｂ0 に到達する。これに伴い、油圧ショベル１０の干渉防止装置が働き、第１ブーム４の上げ動作は減速され、進入禁止境界Ｂ0 内に進入すると強制的に停止させられてしまう。ところが、この位置にある場合には、仮に、第１ブーム４を停止させることなく上げ動作を継続させたとしても、バケット１は運転室５に衝突することなく、その上部を通過するだけなので、この場合は上記動作を禁止しなければならない理由はない。にも拘らず、干渉防止装置は作業機の考えられるあらゆる動作に対して運転室５との衝突回避機能を発揮できるように設計されているため、第１ブーム４の上げ動作は途中で禁止され、強制的に停止させられる。
【０００７】
そこで、操作者は止むなく、その時点で一旦、第１ブーム４の上げ動作を中止して、バケット１を進入禁止境界Ｂ0 から離間する方向に戻し操作した後、改めて第１ブーム４の上げ操作をし直さなければならない。もしも、上述の困難を避けようとすると、バケット１を進入禁止境界Ｂ0 から遠く離して第１ブーム４の上げ操作をしなければならない。従って、例えば、狭い道路や限られた空間で後方に駐車する土砂積載トラックの荷台上に放土する作業を行う場合には、土砂を積み込んだバケット１を持ち上げた後、旋回体を旋回させ、バケット１を降下させて放土する作業を頻繁に行わなければならないので、上述のようなブーム上げ作業の中断や進入禁止境界Ｂ0 の回避操作は操作者にとって煩わしいばかりでなく、荷積作業の作業効率が低下してしまう。
【０００８】
本発明は従来技術におけるかかる不具合を解消して、バケットと運転室との干渉防止機能を維持しながら、狭い道路や限られた作業空間で旋回操作を行う場合等に、ブーム上げ操作の中断等の作業性の低下を来す虞の少ない干渉防止機能付き建設作業機械を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、前記バケットの垂直位置を移動させる前記ブームのみを上げ動作させた時、前記バケットが前記運転室に接触することのないブーム上許可領域を設定し、このブーム上許可領域を、前記ブームの回動支点を中心として前記運転室の上部前方から前記運転室の上部中央よりも後方にかけて描かれる円弧の外側における前記進入禁止領域内の領域とし、前記バケットが前記進入禁止領域に進入し、かつ、前記ブーム上許可領域を逸脱しないことを前記検知手段が検知した時は、前記ブームの上げ動作のみを許容したものであり、好ましくは、バケットが回動支点を中心に回動した時にバケットの爪先の軌跡が進入禁止領域に進入し、かつ、ブーム上許可領域を逸脱しないことを検知手段が検知した時に、ブームのみの上げ動作を許容したものである。また、前記円弧は、ブームを上げ動作させた時にバケットが運転室に接触することのない最小の半径の円弧とするのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を具体化した一具体例を詳細に説明する。図１は油圧ショベルの油圧回路の要部回路図、図２は油圧ショベルの側面図である。従来例と同一または同一と見做せる個所には同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。これらの図において、６，７，８は作業機をそれぞれ駆動するアームシリンダー、第２ブームシリンダーおよび第１ブームシリンダー、１２，１３，１４はそれぞれアーム２、第２ブーム３および第１ブーム４の相対回動角を検出するアーム角センサー、第２ブーム角センサーおよび第１ブーム角センサー、１５はアーム角センサー１２、第２ブーム角センサー１３および第１ブーム角センサー１４が検出した各角度検出信号α，β，γに基づいてアーム２掻込み、第２ブーム３左および第１ブーム４上げ動作を許容、減速または停止させる弁駆動信号ｔ1 ，ｔ3 ，ｔ2 を生成する演算装置、１６，１７，１８はそれぞれアーム用操作桿、第２ブーム用操作桿および第１ブーム用操作桿である。
【００１１】
２３，２４はそれぞれアクチュエーター駆動用の主油圧ポンプおよびパイロット油圧ポンプ、２５，２６，２７はそれぞれアーム用方向切替弁、第２ブーム用方向切替弁および第１ブーム用方向切替弁、２８，２９，３０はそれぞれアーム用パイロット弁、第２ブーム用パイロット弁および第１ブーム用パイロット弁、３１，３２，３３はそれぞれ掻込み動作のアーム用パイロット弁２８からアーム用方向切替弁２５の一方のパイロット受圧室に接続されたパイロット管路Ｔ1 のパイロット圧を弁駆動信号ｔ1 に応じて減圧するアーム用電磁比例減圧弁、左方動作の第２ブーム用パイロット弁２９から第２ブーム用方向切替弁２６の一方のパイロット受圧室に接続されたパイロット管路Ｔ2 のパイロット圧を弁駆動信号ｔ2 に従って切り替える第２ブーム用電磁切替弁および上方動作の第１ブーム用パイロット弁３０から第１ブーム用方向切替弁２７の一方のパイロット受圧室に接続されたパイロット管路Ｔ3 のパイロット圧を弁駆動信号ｔ3 に応じて減圧する第１ブーム用電磁比例減圧弁である。なお、第２ブーム３および第１ブーム４はバケット１のそれぞれ油圧ショベル１０に対する垂直方向および水平方向の回動位置を規定する作業機構部材である。
【００１２】
図３はバケット干渉防止処理の流れ図である。同図を参照してバケット１の運転室５に対する干渉防止処理の動作を説明する。演算装置１５にはアーム角センサー１２、第２ブーム角センサー１３および第１ブーム角センサー１４がそれぞれアーム２、第２ブーム３および第１ブーム４の相対回動角を検出した各角度検出信号α，β，γが常に入力されており（Ｓ１）、演算装置１５はこの角度検出信号α，β，γに基づいてアーム２の先端、即ち、バケット１の回動支点の座標を演算する（Ｓ２）。そして、バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi 、即ち、バケット１の回動支点から半径ｒ1 の円弧の座標を演算する（Ｓ３）。
【００１３】
次に、このバケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が減速領域、即ち、減速境界Ｂ1 の内部に入っているか否かを判断する（Ｓ４）。その判断結果が然りならば、さらに、バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が進入禁止領域、即ち、進入禁止境界Ｂ0 の内部に入っているか否かを判断する（Ｓ５）。そして、その判断結果が然りならば、さらに、バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi がブーム上許可領域（図２で破線で示す領域）、即ち、第１ブーム４の回動支点から半径ｒ0 のブーム上許可境界ｃ0 の上部領域のみにあるか否かを判断する（Ｓ６）。なお、この半径ｒ0 は第１ブーム４を上方に回動操作した時、バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が運転室５に接触ないしは交差することのない最小の半径として予め設定されている。
【００１４】
手順Ｓ４の判断結果が否、即ち、バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が図２に示すように、減速境界Ｂ1 の内部に入っていない場合はバケット１が何のように回動しても運転室５に接触する虞はないから、通常処理（Ｓ７）、即ち、アーム用電磁比例減圧弁３１および第１ブーム用電磁比例減圧弁３３にそれぞれ大きな電流値の弁駆動信号ｔ1 ，ｔ3 を供給して全開状態にすると共に、第２ブーム用電磁切替弁３２にハイの弁駆動信号ｔ2 を供給して開状態にする。これにより、図１に示す油圧回路は実質的にアーム用電磁比例減圧弁３１、第２ブーム用電磁切替弁３２および第１ブーム用電磁比例減圧弁３３が存在しない油圧回路、即ち、従来の油圧回路と同等の動作を行う。
【００１５】
次に、手順Ｓ５の判断結果が否、即ち、バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が進入禁止境界Ｂ0 に向かって、減速境界Ｂ1 の内部に入っていて進入禁止境界Ｂ0 の内部に入っていない、即ち、減速領域のみに入り込んでいた場合は、バケット１が何のように回動しても運転室５に接触する虞はないが、進入禁止境界Ｂ0 に急速に近付くと運転室５に接触する可能性があるので、減速処理（Ｓ８）、即ち、アーム用電磁比例減圧弁３１および第１ブーム用電磁比例減圧弁３３にそれぞれ進入禁止境界Ｂ0 からの距離に応じた所定電流の弁駆動信号ｔ1 ，ｔ3 を供給して、それぞれ掻込み動作のアーム用パイロット弁２８からアーム用方向切替弁２５の一方のパイロット受圧室に導かれるパイロット圧、および上方動作の第１ブーム用パイロット弁３０から第１ブーム用方向切替弁２７の一方のパイロット受圧室に導かれるパイロット圧を進入禁止境界Ｂ0 からの距離に応じた値に減圧する。
【００１６】
また、手順Ｓ６の判断結果が否、即ち、バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が進入禁止境界Ｂ0 の内部に入っていて、ブーム上許可領域、即ち、ブーム上許可境界ｃ0 の上部から下方にはみ出していた場合は、第１ブーム４のみを上方に回動操作した時でもバケット１の爪先１１が運転室５に接触する虞があるので、従来と同様の停止処理（Ｓ９）、即ち、バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が進入禁止境界Ｂ0 に向かうような全ての動作を停止させる。つまり、アーム用電磁比例減圧弁３１および第１ブーム用電磁比例減圧弁３３にそれぞれ導かれていた弁駆動信号ｔ1 ，ｔ3 を０にして、これらの電磁比例減圧弁３１，３３の開口面積を０にし、パイロット管路Ｔ1 ，Ｔ3 を閉路すると共に、第２ブーム用電磁切替弁３２に導かれていた弁駆動信号ｔ2 を０にして、第２ブーム用電磁切替弁３２を閉じてパイロット管路Ｔ2 を閉路し、アーム用方向切替弁２５、第２ブーム用方向切替弁２６および第１ブーム用方向切替弁２７を全て強制的に中立位置に戻させ、アーム用操作桿１６、第２ブーム用操作桿１７および第１ブーム用操作桿１８の操作の如何に拘らずアーム２の掻込み動作、第２ブーム３の左方動作および第１ブーム４の上げ動作を停止させる。
【００１７】
手順Ｓ６の判断結果が然り、即ち、バケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が進入禁止境界Ｂ0 の内部に入っていて、ブーム上許可領域のみにあったならば、第１ブーム４を上方に回動させてもバケット１の爪先１１が運転室５に接触する虞はないので、第１ブーム４の緩やかな上げ動作のみを許容して他の進入禁止境界Ｂ0 に向かうような全ての動作を停止させるブーム上許可処理（Ｓ１０）を行う。つまり、第１ブーム用電磁比例減圧弁３３にあまり大きくない電流値の弁駆動信号ｔ3 を供給して半開状態にし、操作者の第１ブーム用操作桿１８の操作による上方動作の第１ブーム用パイロット弁３０からのパイロット圧がパイロット管路Ｔ3 を通じて第１ブーム用方向切替弁２７の一方のパイロット受圧室に僅かに伝達されるようにすると共に、アーム用電磁比例減圧弁３１および第２ブーム用電磁切替弁３２に伝達されていた弁駆動信号ｔ1 ，ｔ2 を０にして、それらを閉じてパイロット管路Ｔ1 ，Ｔ2 を閉路し、アーム用方向切替弁２５および第２ブーム用方向切替弁２６を強制的に中立位置に戻させ、アーム２の掻込み動作および第２ブーム３の左動作を停止させる。
【００１８】
このように、この具体例ではバケット１の爪先１１の仮想回動軌跡ｃi が進入禁止境界Ｂ0 の内部に進入した場合であっても、それが第１ブーム４の回動支点から半径ｒ0 のブーム上許可境界ｃ0 の上部のみにある場合には、第１ブーム４を上方に回動させる操作が許可され、第１ブーム４の緩やかな上げ動作が可能になるから、運転室５との干渉を防止しながら、例えば、油圧ショベル１０の旋回体を狭い空間で旋回させるために第１ブーム４のみを上方に回動させる動作を継続して実施することができるから、荷積作業の作業効率を著しく向上できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、バケットが進入禁止領域に進入し、かつ、ブーム上許可領域を逸脱しないことを検知手段が検知した時に、ブームの上げ動作のみを許容したので、バケットと運転室との干渉防止機能を維持しながら、狭い道路や限られた作業空間で旋回操作を行う場合等に、ブーム上げ操作の中断等の荷積作業の作業性が低下するのを防止することができる。
請求項２記載の発明によれば、バケットが回動支点を中心に回動した時にバケットの爪先の軌跡が進入禁止領域に進入し、かつ、ブーム上許可領域を逸脱しないことを検知手段が検知した時に、ブームのみの上げ動作を許容したので、バケットが進入禁止領域に進入したか否か、あるいは、ブーム上許可領域を逸脱しないか否かを容易かつ確実に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体例に係る油圧ショベルの油圧回路の要部回路図
【図２】同じく、油圧ショベルの側面図
【図３】バケット干渉防止処理の流れ図
【図４】油圧ショベルによる掘削土砂の荷積み作業の様子を示す側面図
【符号の説明】
１  バケット
２  アーム
３  第２ブーム
４  第１ブーム
５  運転室
６  アームシリンダー
７  第２ブームシリンダー
８  第１ブームシリンダー
１０  油圧ショベル
１２  アーム角センサー
１３  第２ブーム角センサー
１４  第１ブーム角センサー
２５  アーム用方向切替弁
２６  第２ブーム用方向切替弁
２７  第１ブーム用方向切替弁
２８  アーム用パイロット弁
２９  第２ブーム用パイロット弁
３０  第１ブーム用パイロット弁
３１  アーム用電磁比例減圧弁
３２  第２ブーム用電磁切替弁
３３  第１ブーム用電磁比例減圧弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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