(57)【要約】【課題】超小旋回型の油圧ショベルのブームを連続的に上昇させつつ、作業機先端が運転席キャビンと干渉するのを防止する。【解決手段】基端ブーム３の仰角θ１検出手段と、オフセット角度θ３検出手段と、アーム５の揺動角度θ２検出手段とを有するとともに、これらの角度を入力して、アームポイント５ａの位置と原点３ａからの距離を算出する演算手段７とを有していて、基端ブーム３を連続的に上昇させる際、アームポイント５ａの位置が所要の高さＨ１になるまでは、原点３ａからアームポイント５ｂまでの距離Ｒが所要の値以下に近づこうとするときにアームシリンダ５ａおよびオフセットシリンダ４ａの動きを停止し、アームポイント５ｂの位置が所要の高さＨ１を越えたときには原点３ａからアームポイント５ｂまでの水平距離Ｌが所要の値以下に近づかないようにアーム５を前方に揺動させるものである。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転席の側方に昇降可能に枢支された基端ブームと、基端ブームの先端に左右に揺動可能に枢支されたオフセットブームと、オフセットブームの先端に前後に揺動可能に枢支されたアームと、アームの先端に前後に揺動可能に枢支されたバケットとを備えた油圧ショベルにおいて、基端ブームの仰角検出手段と、オフセットブームのオフセット角度検出手段と、アームの揺動角度検出手段とを有するとともに、これらの検出手段で検出された角度を入力して、アーム先端のバケット枢支ピンの側面図上の位置と、基端ブーム枢支ピンからの側面図上の距離を算出する演算手段とを有していて、基端ブームを連続的に上昇させる際、バケット枢支ピンの位置が所要の高さになるまでは、基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の距離が所要の値以下に近づこうとするときにアームシリンダおよび／またはオフセットシリンダの干渉方向の動きを停止し、バケット枢支ピンの位置が所要の高さを越えたときには基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の水平距離が所要の値以下に近づかないようにアームを前方に揺動させることを特徴とする油圧ショベルの干渉防止制御方法。
【請求項２】
バケット枢支ピンの位置が前記所要の高さよりもさらに高い第２の所要の高さを越えたときにはアームは回避動作は行わない請求項１記載の油圧ショベルの干渉防止制御方法。
【請求項３】
運転席の側方に昇降可能に枢支された基端ブームと、基端ブームの先端に左右に揺動可能に枢支されたオフセットブームと、オフセットブームの先端に前後に揺動可能に枢支されたアームと、アームの先端に前後に揺動可能に枢支されたバケットとを備えた油圧ショベルにおいて、基端ブームの仰角検出手段と、オフセットブームのオフセット角度検出手段と、アームの揺動角度検出手段とを有するとともに、これらの検出手段で検出された角度を入力して、アーム先端のバケット枢支ピンの側面図上の位置と、基端ブーム枢支ピンからの側面図上の距離を算出する演算手段とを有していて、基端ブームを連続的に上昇させる際、バケット枢支ピンの位置が所要の高さになるまでは、基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の距離が所要の値以下に近づこうとするときにアームシリンダおよび／またはオフセットシリンダの干渉方向への動きを停止し、バケット枢支ピンの位置が所要の高さを越えたときには基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の水平距離が所要の値以下に近づかないようにアームを前方に揺動させるようになっていることを特徴とする油圧ショベルの干渉防止制御装置。
【請求項４】
バケット枢支ピンの位置が前記所要の高さよりもさらに高い第２の所要の高さを越えたときにはアームは回避動作は行わない請求項３記載の油圧ショベルの干渉防止制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆる超小旋回型の油圧ショベルの干渉防止のための制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルに装備される作業機には、上下左右に揺動するオフセット型のブームと、該ブームの先端部に前後に揺動自在に連結されるアームと、該アームの先端部に連結されるバケットを備えたものがあるが、このものにおいてブームやアームを揺動させたときにバケットが運転席キャビンに接触（干渉）してしまう恐れがある場合があり、このような場合には、バケットと運転席キャビンとの接触を回避するための配慮が必要となる。そこで従来、作業機の姿勢を検出する姿勢検出手段と、該姿勢検出手段からの検出信号に基づいてバケットが運転席キャビンの所定範囲以内に接近しているか否かの判断を行なう制御部とを設け、そしてバケットが運転席キャビンの所定範囲内まで接近していると判断された場合には、作業機用油圧アクチュエータの油圧回路に対して制御部から制御指令を出力して、作業機を停止させるようにしたものがある（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３―２１７５２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のものは、前述したようにバケットが運転席キャビンに接近した場合に作業機を停止させるものであるため、作業の途中で作業が中断してしまうことになる。この場合には、一旦バケットを運転席キャビンから遠ざけてから、中断した作業を続行する操作をしなければならず、作業能率が低下するという問題がある。
【０００５】
かかる問題を解決するため、バケット先端が運転席キャビンに近づいて、危険領域に入ってきた場合に、それを検出して自動的にアームを前方に逃がすようにコントロールすることが提案されている（たとえば、特許文献２）。
【０００６】
【特許文献２】
特許第３１５３１９２号公報
【０００７】
しかし、アームを引き寄せようとする運転中に自動的にアームを前方に逃がすような運転モードに入れることは、運転士に違和感を与えることになる。
【０００８】
本発明は、従来技術のかかる問題点に鑑み案出したもので、ブーム上昇中に、干渉を防止する際、アームを前方に逃がす領域と、アームやオフセットの動きを単に止めるだけにする領域を区別し、前方に逃がす領域をできるだけ狭くして運転士の違和感を軽減することができる油圧ショベルの干渉防止制御方法および制御装置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】
上記目的を達成するため、本願請求項１記載の油圧ショベルの干渉防止制御方法は、運転席の側方に昇降可能に枢支された基端ブームと、基端ブームの先端に左右に揺動可能に枢支されたオフセットブームと、オフセットブームの先端に前後に揺動可能に枢支されたアームと、アームの先端に前後に揺動可能に枢支されたバケットとを備えた油圧ショベルにおいて、基端ブームの仰角検出手段と、オフセットブームのオフセット角度検出手段と、アームの揺動角度検出手段とを有するとともに、これらの検出手段で検出された角度を入力して、アーム先端のバケット枢支ピンの側面図上の位置と、基端ブーム枢支ピンからの側面図上の距離を算出する演算手段とを有していて、基端ブームを連続的に上昇させる際、バケット枢支ピンの位置が所要の高さになるまでは、基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の距離が所要の値以下に近づこうとするときにアームシリンダおよび／またはオフセットシリンダの干渉方向の動きを停止し、バケット枢支ピンの位置が所要の高さを越えたときには基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の水平距離が所要の値以下に近づかないようにアームを前方に揺動させるものである。
【００１０】
バケット枢支ピンの位置が前記所要の高さよりもさらに高い第２の所要の高さを越えたときにはアームは回避動作を行わなくてもよい。
【００１１】
本願請求項３記載の油圧ショベルの干渉防止制御装置は、運転席の側方に昇降可能に枢支された基端ブームと、基端ブームの先端に左右に揺動可能に枢支されたオフセットブームと、オフセットブームの先端に前後に揺動可能に枢支されたアームと、アームの先端に前後に揺動可能に枢支されたバケットとを備えた油圧ショベルにおいて、基端ブームの仰角検出手段と、オフセットブームのオフセット角度検出手段と、アームの揺動角度検出手段とを有するとともに、これらの検出手段で検出された角度を入力して、アーム先端のバケット枢支ピンの側面図上の位置と、基端ブーム枢支ピンからの側面図上の距離を算出する演算手段とを有していて、基端ブームを連続的に上昇させる際、バケット枢支ピンの位置が所要の高さになるまでは、基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の距離が所要の値以下に近づこうとするときにアームシリンダおよび／またはオフセットシリンダの干渉方向の動きを停止し、バケット枢支ピンの位置が所要の高さを越えたときには基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の水平距離が所要の値以下に近づかないようにアームを前方に揺動させるものである。
【００１２】
次に本発明の作用を説明する。アーム先端のバケット枢支ピンの位置は、基端ブームの仰角とオフセットブームのオフセット角度とアームの揺動角度とが与えられると計算することができる。基端ブームを連続的に上昇させる際にバケット枢支ピンの位置が所要の高さになるまでは、基端ブームの枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の距離、すなわち、移動する基端ブームの中心線の形成する平面上に投影される距離が所要の値以下に近づこうとするときにアームシリンダおよび／またはオフセットシリンダの動きを停止する。すなわち、オフセット角度はオフセットブームがまっすぐ前方を向いた状態を９０°とすると、角度が９０°より大きくなる方向の動きにより、上記距離が近づくものであり、アームの揺動角度、すなわち、オフセット用ブームとアームとのなす角度は、小さくなる方向の動きにより、上記距離が近づくものであるが、基端ブーム上昇中にオフセット用ブームまたはアームのいずれか一方または両方が、上記距離の近づく方向の動きをしている場合に、所要の値以下にならないように、動いている方のシリンダを止める。
【００１３】
さらに、基端ブームが上昇し、バケット枢支ピンの高さが所要の高さ以上になってからは、基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの上記距離が一定であっても、基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の水平距離が近づいてくるので、アームの揺動角度を大きくする（アーム押し方向の動き）ように制御する。なお、この際基端ブームの上昇速度を減速したり、停止したりする必要はない。
【００１４】
次に、基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の所要の距離および基端ブーム枢支ピンからバケット枢支ピンまでの側面図上の所要の水平距離の求め方について説明する。基端ブーム枢支ピンを中心として側面図上で所要の半径Ｒ１で円弧Ｍを画く。この際、運転席キャビン前面の下端から上記円弧までの最短距離を、たとえば、１０ｃｍ程度とするようにＲ１を決める。また、側面図上で、運転席キャビン前面から、たとえば、１０ｃｍ程度離れて原点からの水平距離がＤ１である垂直線Ｎを画く。
【００１５】
バケット枢支ピンを中心にバケットを自由に回動させても、バケット先端が上記円弧Ｒ１または上記垂直線Ｄ１より内側に入らないようにするには、バケット枢支ピンからバケット先端までの距離Ｌ６の分だけ、バケット枢支ピンの位置を離してやればよい。すなわち、側面図上で、運転席キャビン前面に近い垂直線Ｎから前方に距離Ｌ６だけ離して垂直線Ｎ１を画くとともに、基端ブーム枢支ピンを中心に半径がＲ１＋Ｌ６の円弧を画く。この円弧と上記垂直線の交点を求める。この交点の高さが先に述べた所要の高さＨ１になる。そして、垂直線Ｎ１および円弧Ｍ１の内側および図２の線Ｐより左側を干渉領域と呼ぶこととする。基端ブームを上昇させつつ、オフセット角度とアーム揺動角度を先に述べたような制御をすることにより、運転席キャビンとバケット先端との干渉を防ぐことができる。さらに、バケット枢支ピンの位置が運転席キャビンの高さよりも距離Ｌ６以上高いＨ２  である場合にはバケット枢支ピンの位置はアームの回避方向への動作を行わなくてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は油圧ショベルの側面図である。本油圧ショベルは、いわゆる超小旋回機と呼ばれるものである。図２は油圧ショベルの平面図であり、図３は作業機Ａの動作の説明図であり、図４は油圧ショベルの干渉防止制御装置のフローシートである。これらの図において、１は油圧ショベルである。２は運転席のキャビンである。Ａは作業機である。作業機Ａは、基端ブーム３、オフセットブーム４、アーム５のバケット６からなる。基端ブーム３は、運転席キャビン２の側方に位置する基端ブーム枢支ピン３ａにより枢支されている。この基端ブーム枢支ピン３ａの位置は、後に説明する測定の原点となる。オフセットブーム４は、基端ブーム３の先端に左右に揺動可能に枢支されている。オフセットブーム４は、基端側のオフセットブーム４ｂと先端側のオフセットブーム４ｃからなり、先端側オフセットブーム４ｃは、平行リンク機構によって、基端ブーム３と常に平行に保たれている。
【００１７】
アーム６は、オフセットブーム４の先端に前後に揺動可能に枢支されている。バケット６は、アーム５の先端に前後に揺動可能に枢支されている。基端ブーム３、オフセットブーム４、アーム５は、それぞれブームシリンダ３ａ、オフセットシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａにより作動するようになっている。また、バケット６は、バケットシリンダ６ａにより作動する。
【００１８】
７はコントローラであり、基端ブーム３の仰角θ１の検出手段であるブームセンサ７ａ、オフセットブーム４のオフセット角度θ２の検出手段であるオフセットセンサ７ｂ、アーム５の揺動角度θ３の検出手段であるアームセンサ７ｃに接続している。８はコントローラ７からの指令により作動する電磁比例弁であり、電磁比例弁８ａはアーム引き、電磁比例弁８ｂはアーム押し、電磁比例弁８ｃはオフセット左にそれぞれ作動する。９はリモコン弁で、運転士がレバーを前後左右に動かすことにより、開閉する四方切換弁である。９ａはレバーを前後に動かすことにより基端ブーム３を昇降させるブームリモコン弁、９ｃはレバーを前後に動かすことによりアームを押し引きするアームリモコン弁、９ｂはレバーを左右に動かすことによりオフセットブーム４を左右に揺動させるオフセットリモコン弁である。
【００１９】
１０は油圧発生装置である。１１は手動切換弁で、干渉防止装置の故障時に手動運転を可能にする。１２はコントロール弁であり、各シリンダ３ｂ、４ａ、５ａに送る圧油を制御する油圧切換弁であり、１２ａはアームシリンダ５ａ、１２ｂはブームシリンダ３ｂ、１２ｃはオフセットシリンダ４ａのそれぞれに送る圧油を制御する。コントロール弁１２は、内部のスプールにより３位置に切り替えできる。スプールは、両側のスプリングにより中立の位置に保たれ、パイロットポートに圧油を送ることにより、他の位置に切り換えられる。また、シリンダのピストンの一方の側に圧油を送るときは、ピストンの他方の側の油はタンクに戻るようになっている。１３はシャトル弁であり、圧力の高い側に連通するチェック弁である。
【００２０】
次に本実施形態の作用を説明する。アーム５先端のバケット枢支ピン５ｂの位置（以下「アームポイント」という。）の座標ＬおよびＨは、基端ブーム３の仰角θ１とオフセットブーム４のオフセット角度θ３とアームの揺動角度θ２とが、それぞれ仰角検出手段であるブームセンサ７ａとオフセット角度検出手段であるオフセットセンサ７ｂとアームの揺動角度検出手段であるアームセンサ７ｃにより検出されると、図３を参照して、式（１）および（２）により、次のように算出することができる。なお、これらの式において、αは基端ブーム３とオフセットブーム４の間の側面図上の角度である。
Ｌ＝Ｌ１ｃｏｓθ１＋（Ｌ３ｓｉｎθ３＋Ｌ４）ｓｉｎ（θ１−α）−Ｌ５ｃｏｓ（θ１＋θ２−α）  （１）
Ｈ＝Ｌ１ｓｉｎθ１＋（Ｌ３ｓｉｎθ３＋Ｌ４）ｃｏｓ（θ１−α）−Ｌ５ｓｉｎ（θ１＋θ２−α）  （２）
【００２１】
また、原点３ａとアームポイント５ｂ間の側面図上の距離Ｒは、（３）式により与えられる。計算を簡単にするため、θ１＝αのときにＲを求める。
Ｒ＝√（Ｌ２＋Ｈ２）＝√（Ｌ１ｓｉｎ２α＋Ｌ１ｃｏｓ２α＋Ｌ３２ｓｉｎ２θ３＋Ｌ４２＋Ｌ５２＋２Ｌ１Ｌ３ｃｏｓαｓｉｎθ３＋２Ｌ１Ｌ４ｃｏｓα＋２Ｌ３Ｌ４ｓｉｎθ３−２Ｌ２Ｌ５ｃｏｓαｃｏｓθ２−２Ｌ４Ｌ５ｃｏｓθ２−２Ｌ３Ｌ５ｓｉｎθ３ｃｏｓθ２−２Ｌ１Ｌ５ｓｉｎαｓｉｎθ２）                        （３）
【００２２】
基端ブーム３を連続的に上昇させる際に、上記（２）式で与えられるアームポイント５ｂの高さが、Ｈ１になるまでは原点３ａからアームポイント５ｂまでの距離Ｒが所要の値（Ｒ１＋Ｌ６）に近づこうとしたときにアームシリンダ５ａおよび／またはオフセットシリンダ４ａの動きを停止する。すなわち、リモコン弁９ａを作動させて、基端ブーム３を上昇させている間にリモコン弁９ｃを作動させて、アーム５を引く方向に作動させていたり、リモコン弁９ｂを作動させて、オフセットブーム４を左方向に作動させていたりしても、リモコン弁９ａとコントロール弁１２ａのパイロットポートとの間に電磁比例弁８ａが介在し、リモコン弁９ｂとコントロール弁１２ｃのパイロットポートとの間に電磁比例弁８ｃが介在していて、コントローラ７からの指令により、それらの電磁比例弁８ａ、８ｃが作動して圧油を遮断するので、オフセットシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａは停止する。なお、アームポイント５ｂが所要の距離（Ｒ１＋Ｌ６）に近づいたとき急に停止すると、慣性でショックを与えるので、所要の距離の外側に減速領域（境界を円弧Ｍ２で表す）を設け、その領域の内側ではアームポイントの動きを減速させるような制御をする。
【００２３】
さらに、基端ブーム３が上昇し、アームポイント５ｂの高さが所要の高さＨ１以上になってからは、原点３ａからアームポイント５ｂまでの距離Ｒが一定であっても、原点３ａからアームポイント５ｂまでの水平距離Ｌが近づいてくるので、電磁比例弁８ａおよび電磁比例弁８ｃを作動させてアームシリンダ５ａおよびオフセットシリンダ４ａを停止させるだけでなく、アーム５の揺動角度θ２を大きくするように制御する。コントローラ７からの指令により、電磁比例弁８ｂが作動し、油圧装置１０からの圧油が電磁比例弁８ｂおよびシャトル弁１３を介してコントロール弁１２ａのパイロットポートに送られ、アームシリンダ５ａをアーム押し方向に作動させる。
【００２４】
次に、原点３ａからアームポイント５ｂまでの側面図上の所要の距離（Ｒ１＋Ｌ６）および原点３ａからアームポイント５ｂまでの側面図上の所要の水平距離（Ｄ１＋Ｌ６）の求め方について説明する。原点３ａを中心として側面図上で所要の半径Ｒ１で円弧Ｍを画く。この際、運転席キャビン２前面の下端から上記円弧Ｍまでの最短距離を、たとえば、１０ｃｍ程度とするようにＲ１を決める。また、側面図上で、運転席キャビン２前面から、たとえば、１０ｃｍ程度離れれて原点３ａからの水平距離がＤ１である垂直線Ｎを画く。
【００２５】
アームポイント５ｂを中心にバケット６を自由に回動させても、バケット６先端が上記円弧Ｍまたは上記垂直線Ｎより内側に入らないようにするには、アームポイント５ｂからバケット６先端までの距離Ｌ６の分だけ、アームポイント５ｂの位置を離してやればよい。すなわち、側面図上で、運転席キャビン２前面に近い垂直線Ｎから前方に距離Ｌ６だけ離して垂直線Ｎ１を画くとともに、原点３ａを中心に半径がＲ１＋Ｌ６の円弧Ｍ１を画く。この円弧Ｍ１と上記垂直線Ｎ１の交点を求める。この交点の高さが先に述べた所要の高さＨ１になる。なお、円弧Ｍ１および垂直線Ｎ１の内側および図２の線Ｐの左側は干渉領域であり、干渉領域より外側の円弧Ｍ２および垂直線Ｎ２の内側は減速領域である。基端ブーム３を上昇させつつ、オフセット角度とアーム揺動角度を先に述べたような制御をすることにより、運転席キャビン２とバケット６先端との干渉を防ぐことができる。さらに、バケット枢支ピンの位置が運転席キャビンの高さよりも距離Ｌ６以上高いＨ２  である場合にはバケット枢支ピンの位置は制御することなく、回避を行わなくてよい。
【００２６】
本発明は、以上述べた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の油圧ショベルの干渉防止制御方法および制御装置は、ブーム上昇中に干渉を防止する際、アームを前方に逃がす領域とアームやオフセットの動きを単に止めるだけの領域に分け、前方に逃がす領域をできるだけ狭くして運転士の違和感を軽減することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した油圧ショベルの側面図である。
【図２】同じく平面図である。
【図３】作業機の動作の説明図である。
【図４】油圧ショベルの干渉防止制御装置のフローシートである。
【符号の説明】
２      運転席キャビン
３      基端ブーム
４      オフセットブーム
５      アーム
６      バケット
７      演算手段（コントローラ）
７ａ    ブーム仰角検出手段（ブームセンサ）
７ｂ    オフセット角度検出手段（オフセットセンサ）
７ｃ    アーム揺動角度検出手段（アームセンサ）
【図１】
2004162283.tif 000003
【図２】
2004162283.tif 000004
【図３】
2004162283.tif 000005
【図４】
2004162283.tif 000006