(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャブと作業装置を備える作業機の、キャブと作業装置の作業具であるアタッチメントとの干渉をアタッチメントがキャブに接近したときにその作動速度を制限し防止する干渉防止装置であって、
アタッチメントを動かすアクチュエータの作動速度を、アタッチメントとキャブの間に設定した減速開始線と停止線との間の減速域で上限値を制限するコントローラと、
コントローラによるアクチュエータの減速制限を解除する制限解除スイッチと、を備え、
制限解除スイッチは、その操作量に応じた信号をコントローラに出力する比例出力スイッチであり、
コントローラは、この出力信号に応じて制限解除時のアクチュエータの作動速度の上限値を設定し、且つ制限解除スイッチをアタッチメントが前記減速域に入った状態で操作したときにのみ、その出力信号を有効にする、
ことを特徴とする作業機の干渉防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機のキャブとアタッチメントの干渉を防止するための干渉防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機に備えたキャブと作業装置の作業具であるアタッチメントとが接近したときに干渉しないように、アタッチメントを動かすアクチュエータの作動速度を予め設定した減速域において制限し、減速させアタッチメントを停止させる干渉防止装置が開発されている（例えば、特許文献１−３参照）。
【０００３】
この干渉防止装置には、干渉防止機能をスイッチのＯＮ／ＯＦＦ操作によって解除できる制限解除スイッチを備えスイッチをＯＮにすると減速域内においてアタッチメントを停止させることなく操作を可能にするもの（例えば、特許文献１、２参照）、また減速域内におけるアタッチメントの操作は可能であるが所定時間経過すると解除を無効にするもの（例えば、特許文献３参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２２８９２９号公報（第２図）
【特許文献２】特開２００４−１３２０７７号公報（図１）
【特許文献３】特開平７−１０９７４６号公報（図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したとおりの干渉防止装置には、次のとおりの改善の望まれている課題がある。
【０００６】
すなわち、制限解除スイッチをＯＮにして減速制限を解除しアタッチメントを停止させることなく操作を可能にしたものは、制限解除時の作動速度の上限値は制限された値に設定されているので上限を自由に大きくあるいは小さくすることができない。また、所定時間経過後に制限解除を無効にするものは、作動速度を下げてゆっくりとアタッチメントを操作している場合、操作の途中で解除が無効になり作動速度が変わってしまう。したがって、作業装置の操作性が悪く、作業機の作業性が悪い問題がある。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、作業機のキャブとアタッチメントが接近したときに干渉しないように、アタッチメントを動かすアクチュエータの作動速度を所定の値に制限し減速させる干渉防止装置において、制限を解除するスイッチをＯＮにしたときに作動速度の上限値を自由に設定することができ、またＯＮ操作後スイッチを操作しない限り設定状態を維持することができる、作業機の干渉防止装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば上記技術的課題を解決する作業機の干渉防止装置として、キャブと作業装置を備える作業機の、キャブと作業装置の作業具であるアタッチメントとの干渉をアタッチメントがキャブに接近したときにその作動速度を制限し防止する干渉防止装置であって、アタッチメントを動かすアクチュエータの作動速度を、アタッチメントとキャブの間に設定した減速開始線と停止線との間の減速域で上限値を制限するコントローラと、コントローラによるアクチュエータの減速制限を解除する制限解除スイッチと、を備え、制限解除スイッチは、その操作量に応じた信号をコントローラに出力する比例出力スイッチであり、コントローラは、この出力信号に応じて制限解除時のアクチュエータの作動速度の上限値を設定し、且つ制限解除スイッチをアタッチメントが前記減速域に入った状態で操作したときにのみ、その出力信号を有効にする、ことを特徴とする作業機の干渉防止装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に従って構成された作業機の干渉防止装置は、制限解除スイッチが、その操作量に応じた信号をコントローラに出力する比例出力スイッチであり、コントローラは、この出力信号に応じて制限解除時のアクチュエータの作動速度の上限値を設定する。したがって、制限を解除するスイッチをＯＮにしたときに作動速度の上限値を自由に設定できる、またＯＮ操作後スイッチを操作しない限り設定状態を維持することができる。また、コントローラは、制限解除スイッチをアタッチメントが前記減速域に入った状態で操作したときにのみ、その出力信号を有効にする。したがって、制限解除スイッチを操作したままの場合やテープなどで制限解除スイッチを固定している場合などの異常な場合を無効にでき、オペレータが意識して操作しないと制限を解除できないので、作業機の適切な操作を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に従って構成された干渉防止装置を備えた作業機の代表例である油圧ショベルの側面図。
【図２】干渉防止装置の概要説明図。
【図３】角度センサの設置位置および減速域の説明図。
【図４】作業機の作業装置の油圧システム図。
【図５】制限解除スイッチの設置位置を示した図。
【図６】干渉防止装置のコントローラの制御ブロック図。
【図７】コントローラの電磁比例弁指令設定器の特性線図。
【図８】コントローラの解除指令値設定器の特性線図。
【図９】コントローラの解除許可フラグ設定器の設定手順のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に従って構成された作業機の干渉防止装置について、キャブとアタッチメントを備える作業機の代表例である油圧ショベルにおける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。
【００１３】
図１を参照して説明する。全体を番号５０で示す油圧ショベルは、下部走行体１と、下部走行体１上に取付けられた上部旋回体２と、上部旋回体２に昇降作動を自在に取付けられたキャブ８および上下方向に揺動作動を自在に取付けられた作業装置３を備えている。
【００１４】
キャブ８は、上部旋回体２のサポート７に一対の平行なリンク９，１０、およびリンク９，１０を上下に動かすキャブ昇降用の油圧シリンダ１１を介して取付けられている。油圧シリンダ１１を伸縮させてキャブ８を昇降させることにより、キャブ８を最下位置（実線で示す）と最上位置（二点鎖線で示す）の間の作業に応じた高さに調整することができる。
【００１５】
作業装置３は、上部旋回体２に上下方向に揺動自在に取付けられたブーム４およびブーム４の先端に上下方向に揺動自在に取付けられたアーム５を備え、アーム５の先端に作業具であるアタッチメント６が取付けられている。上部旋回体２とブーム４の間にはブーム４を作動させるアクチュエータであるブームシリンダ４ａが、ブーム４とアーム５の間にはアーム５を作動させるアクチュエータであるアームシリンダ５ａが取付けられている。アタッチメント６を用いた作業は、主としてブームシリンダ４ａおよびアームシリンダ５ａを伸縮作動させてアタッチメント６をキャブ８の前方で移動させ遂行される。
【００１６】
干渉防止装置について図２および図３を参照して説明する。全体を番号５５で示す干渉防止装置は、ブームシリンダ４ａおよびアームシリンダ５ａの作動速度を、アタッチメント６とキャブ８の間に設定した「減速域」をもとに制限するコントローラ３３と、コントローラ３３によるアクチュエータ４ａ、５ａの減速制御を解除する制限解除スイッチ３４を備えている。
【００１７】
制限解除スイッチ３４は、操作量に応じた信号をコントローラ３３に出力する比例出力スイッチによって構成されている。コントローラ３３は、この出力信号に応じて制限解除時のアクチュエータの作動速度の上限値を設定する。
【００１８】
干渉防止装置５５は、機体である上部旋回体２に対するブーム４の揺動角度を検出しコントローラ３３に入力するブーム角センサ１２およびブーム４に対するアーム５の揺動角度を検出しコントローラ３３に入力するアーム角センサ１３、ならびにコントローラ３３からの出力によりブームシリンダ４ａの作動速度を制限する電磁比例減圧弁２９およびアームシリンダ５ａの作動速度を制限する電磁比例減圧弁３０を備えている。
【００１９】
ブーム角センサ１２は、ブーム４の基部の回動中心に取付けられ、ブーム４の基部と先端のアーム回動中心とを結ぶ線と水平線との間の角度をブーム角として検出する。アーム角センサ１３は、ブーム４の先端のアーム５の回動中心に取付けられ、ブーム４の基部および先端のアーム回動中心を結ぶ線とアーム回動中心およびアーム先端のアタッチメント回動中心を結ぶ線との間の角度をアーム角として検出する。
【００２０】
コントローラ３３は、ブーム角センサ１２およびアーム角センサ１３の出力に基づいてアーム５の先端部のアタッチメント６の位置を演算し、予め設定した「減速開始線Ｂ−Ｂ」および「停止線Ａ−Ａ」の間の「減速域」をもとにブーム４の上げ操作およびアーム５の下げ操作をそれぞれ、電磁比例減圧弁２９および電磁比例減圧弁３０によって制限する。
【００２１】
「減速開始線Ｂ−Ｂ」、「停止線Ａ−Ａ」および「減速域」の設定は、作業機およびアタッチメントの種類、形態等に応じて決められる。この設定方法については本発明の目的ではないので説明を省略する。
【００２２】
図４を参照して作業機５０の油圧システムについて説明する。ブームシリンダ４ａおよびアームシリンダ５ａは、エンジン１５により駆動される一対の油圧ポンプ１６Ｌ、１６Ｒの吐出油が、ブーム用流量制御弁２０，２１およびアーム用流量制御弁２２，２３によってそれぞれ制御され給排されて、伸縮作動される。
【００２３】
ブーム用流量制御弁２０，２１およびアーム用流量制御弁２２，２３は、オペレータによって操作されるブーム上げリモコン弁２５、ブーム下げリモコン弁２６、アーム上げリモコン弁２７、アーム下げリモコン弁２８により、パイロット圧力源２４の圧油が制御され給排されて操作される。
【００２４】
ブーム上げリモコン弁２５とブーム用流量制御弁２０，２１を結ぶ管路には、パイロット圧油を減圧制御してブーム上げ作動を制限する前記の電磁比例減圧弁２９が、またアーム下げリモコン弁２８とアーム用流量制御弁２２，２３を結ぶ管路に、パイロット圧油を減圧制御してアーム下げ作動を制限する前記の電磁比例減圧弁３０が備えられている。
【００２５】
図５を参照して制限解除スイッチ３４について説明する。制限解除スイッチ３４は、手指でスライド操作可能な比例出力スイッチで、ブーム上げリモコン弁２５、ブーム下げリモコン弁２６、アーム上げリモコン弁２７、アーム下げリモコン弁２８等を操作するジョイスティック式の操作レバー３１の先端の、レバーを握った手指によりスライド操作（白抜き矢印で示す）可能な位置に設置されている。
【００２６】
コントローラ３３について図６を参照して説明する。コントローラ３３は、作業装置部材データ記憶部３５、ブーム角センサ１２とアーム角センサ１３の角度データと作業装置部材データ記憶部３５をもとにアーム先端座標を計算する座標演算器３７、干渉防止域データ記憶部３６、座標演算器３７から出力されるアーム先端座標と記憶部３６の干渉防止のデータをもとに干渉判定を行い、アタッチメント６の停止線Ａ−Ａまでのブーム４およびアーム５の残り角を演算する干渉判定器３８、干渉判定器３８から出力される停止線Ａ−Ａに至るまでのブーム４の残り角をもとに電磁比例減圧弁２９の指令値を設定するブーム電磁比例弁指令設定器４１、および干渉判定器３８から出力される停止線Ａ−Ａに至るまでのアーム５の残り角をもとに電磁比例減圧弁３０の指令値を設定するアーム電磁比例弁指令設定器４２を備えている。
【００２７】
ブーム電磁比例弁指令設定器４１およびアーム電磁比例弁指令設定器４２は、図７に示すように、停止線Ａ−Ａまでの残り角が少なくなると電磁比例弁の開口を小さくし出力を漸減する特性を備えている。したがって、アタッチメント６が停止線Ａ−Ａに近づくと作業装置３の速度が下がり、停止時のショックが軽減される。
【００２８】
図６を参照して説明を続ける。コントローラ３３は、制限解除スイッチ３４の信号のリミッタ処理を行う関数テーブル３９、関数テーブル３９から出力される信号と干渉判定器３８から出力される停止線Ａ−Ａまでの距離をもとに解除許可フラグを設定する解除許可フラグ設定器４０、および関数テーブル３９の出力をもとに制限解除時の電磁比例弁指令値を設定する解除指令値設定器４３を備えている。
【００２９】
コントローラ３３はさらに、ブーム電磁比例弁指令設定器４１の出力と解除指令値設定器４３の出力を比較して、大きい方の値を選択するＭａｘ信号設定器４４、同様にアーム電磁比例弁指令設定器４２の出力と解除指令値設定器４３の出力を比較して、大きい方の値を選択するＭａｘ信号設定器４５、解除フラグ設定器４０の出力に基づいて、ブーム電磁比例弁指令設定器４１の出力とＭａｘ信号設定器４４の出力を切換え電磁比例減圧弁２９に出力する信号切換器４６、および解除許可フラグ設定器４０の出力に基づいて、アーム電磁比例弁指令設定器４２の出力とＭａｘ信号設定器４４の出力を切換え電磁比例減圧弁３０に出力する信号切換器４７を備えている。
【００３０】
解除指令値設定器４３は、図８に示すように、制限解除スイッチ３４の操作量が増えると電磁比例弁の指令値が増加し開口を大きくする特性を備えている。したがって、制限解除スイッチ３４の操作量が増えると制限解除時の作業装置３のアクチュエータの上限速度が増加する。
【００３１】
上述の作業機の干渉防止装置５５の作用について主として図６を参照して説明する。
【００３２】
座標演算器３７で、ブーム角センサ１２およびアーム角センサ１３の角度データと記憶部３５の作業装置部材データをもとにアーム５の先端の座標を演算する。干渉判定器３８で、座標演算器３７から出力されるアーム先端座標と記憶部３６の干渉防止域データおよびアタッチメント６の諸元をもとに干渉判定を行い停止線Ａ−Ａまでのブーム４およびアーム５の残り角を演算して、ブーム電磁比例弁指令設定器４１およびアーム電磁比例弁指令設定器４２に出力する。また、減速開始線Ｂ−Ｂと停止線Ａ−Ａの間の減速域に入っているか否かの情報を解除許可フラグ設定器４０に送る。
【００３３】
制限解除スイッチ３４の信号は、関数テーブル３９で上下限を制限され、その後解除許可フラグ設定器４０に入力され、制限解除時の電磁比例弁指令値が設定される。
【００３４】
解除許可フラグ設定器４０は、図９を参照して説明すると、ステップＳ１で座標演算器３７の出力と干渉判定器３８の出力をもとに、アーム５の先端が減速域Ｂ−Ｂに入ったかを判定する。アーム先端が減速域Ｂ−Ｂに入っている場合は、ステップＳ２で制限解除スイッチ３４がゼロから立ち上がったかを判定する。制限解除スイッチ３４がゼロから立ち上がった場合は、ステップＳ３で解除許可フラグをＯＮに設定する。アーム先端が減速域Ｂ−Ｂに入っていない場合は、ステップＳ４で解除許可フラグをＯＦＦにする。上記の処理で、アームの先端が減速域Ｂ−Ｂに入った状態で制限解除スイッチ３４を操作したときのみ、解除許可フラグがＯＮになる。
【００３５】
すなわち、コントローラ３３は、制限解除スイッチ３４をアタッチメントが前記減速域に入った状態で操作したときにのみ、その出力信号を有効にする。
【００３６】
図６に戻って説明を続ける。干渉判定器３８から出力されるアーム先端が停止線Ａ−Ａに至るまでのブーム４またはアーム５の残り角は、ブーム電磁比例弁指令設定器４１、またはアーム電磁比例弁指令設定器４２に入力され、電磁比例弁の指令値が設定される。
【００３７】
一方、制限解除スイッチ３４の信号は解除指令値設定器４３に入力され、制限解除時の電磁比例弁の指令値が設定される。
【００３８】
信号切換器４６では、解除許可フラグ設定器４０の出力に基づいて、ブーム電磁比例弁指令設定器４１の出力とＭａｘ信号設定器４４の出力を切り換える。
【００３９】
解除許可フラグがＯＮの場合は、ブーム電磁比例弁指令設定器４１の出力と解除指令値設定器４３の出力を比較して大きい方の値を選択するＭａｘ信号設定器４４の出力が選ばれる。すなわち、ブーム４が減速域に入ると、最初は図７に示すブーム電磁比例弁指令設定器４１の特性カーブによって減速され、途中から制限解除スイッチ３４の操作量に応じて図８に示す解除指令値設定器４３の特性カーブによって設定される指令値に切り換わり電磁比例弁２９が駆動される。したがって、制限解除スイッチ３４の操作量に応じた速度で停止線Ａ−Ａ内にアタッチメント６を移動させることができる。アーム５についても同様の作用で停止線Ａ−Ａ内にアタッチメント６を移動することができる。
【００４０】
解除許可フラグがＯＦＦの場合は、ブーム電磁比例弁指令設定器４１の出力が選ばれる。したがって、図７に示す電磁比例弁指令設定器の特性カーブで電磁比例減圧弁２９が駆動されるので、ブームは緩やかに減速され、停止線でアタッチメントが停止する。アームについても同様の作用である。
【００４１】
上述したとおりの作業機の干渉防止装置５５の効果について説明する。
【００４２】
作業機の干渉防止装置５５は、制限解除スイッチ３４が、その操作量に応じた信号をコントローラ３３に出力する比例出力スイッチであり、コントローラ３３は、この出力信号に応じて制限解除時のアクチュエータの作動速度の上限値を設定する。したがって、制限を解除するスイッチ３４をＯＮにしたときに作動速度の上限値を自由に設定できる。またＯＮ操作後スイッチ３４を操作しない限り設定状態を維持することができる。
【００４３】
したがって、比例出力の制限解除スイッチ３４を用いて、制限解除時の速度上限値を設定できるので、より適切にアタッチメントを減速域に移動でき、作業装置の操作性を改善し、作業機の作業性を良くすることができる。
【００４４】
また、コントローラ３３は、制限解除スイッチ３４をアタッチメントが前記減速域に入った状態で操作したときにのみ、その出力信号を有効にする。したがって、制限解除スイッチ３４を操作したままの場合やテープなどで制限解除スイッチ３４を固定している場合などの異常な場合を無効にでき、オペレータが意識して操作しないと制限を解除できないので、作業機の適切な操作を確保できる。
【符号の説明】
【００４５】
３：作業装置
４ａ：ブームシリンダ（アクチュエータ）
５ａ：アームシリンダ（アクチュエータ）
６：アタッチメント
８：キャブ
３３：コントローラ
３４：制限解除スイッチ
５０：油圧ショベル（作業機）
５５：干渉防止装置
Ａ−Ａ：停止線
Ｂ−Ｂ：減速開始線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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