(57)【要約】      （修正有）【課題】作業機の先端が干渉防止領域に接近した際に、ショックの発生を抑えながら作業機が運転室を含む本体から離れる方向に迅速に移動するように、アームシリンダを自動的に駆動させることができる建設機械の干渉防止装置の提供。【解決手段】制御ユニットに、干渉回避領域１４が含まれ作業機の動作を漸次減速停止させる減速停止領域１５を設けるとともに、制御ユニットで実施されるプログラムが、作業機の先端が減速停止領域１５、及び干渉回避領域１４に侵入したかどうか判断する第１判断手段と、アームクラウド方向のアーム操作信号、及びブーム上げ方向のブーム操作信号であるかどうか判断する第２判断手段と、第１，第２判断手段の判断結果が満足されたとき、アーム１ｂを漸次減速停止させた後、このアーム１ｂを作業機と運転室３ｈとの干渉を回避させるアームダンプ方向に直ちに動作させる処理を実施させる処理手段とを含む。【選択図】      図１２
2004218286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転室を有する本体と、この本体に回動可能に連結されるブーム、及び、このブームに回動可能に連結されるアームを含む作業機と、上記ブームを駆動するブームシリンダと、このブームシリンダを制御するブーム用流量制御弁と、上記アームを駆動するアームシリンダと、このアームシリンダを制御するアーム用流量制御弁と、上記ブームシリンダ、上記アームシリンダを操作するブーム操作信号、アーム操作信号をそれぞれ出力する操作信号出力手段と、この操作信号出力手段から出力される上記ブーム操作信号、上記アーム操作信号に応じて、上記アーム用流量制御弁を切換え制御する駆動信号を出力する駆動制御手段とを有する建設機械に備えられ、
上記作業機の先端の位置を検出する位置検出手段を備えるとともに、上記駆動制御手段が、上記運転室の周囲に設定され、上記作業機の先端の侵入を禁止する干渉防止領域、及びこの干渉防止領域の外側に設定され、上記作業機の先端が侵入した際に、上記作業機の先端を運転室から離れるように回避させる干渉回避領域を記憶する記憶部と、上記位置検出手段から出力される信号に基づいて上記作業機の先端の座標を演算する演算部とを有し、この演算部の演算結果と上記記憶部に記憶される上記干渉防止領域と上記干渉回避領域とに基づいて、上記作業機の先端を上記干渉防止領域に侵入させない上記駆動信号を出力する建設機械の干渉防止装置において、
上記駆動制御手段が、
上記演算部で演算される作業機の先端の座標が上記記憶部に記憶される上記干渉回避領域に侵入したかどうか判断する第１判断手段と、
上記アーム操作信号が、上記作業機が上記運転室と干渉する方向に上記アームを駆動させる操作信号であって、上記ブーム操作信号が、上記ブームを上げ方向に駆動させる操作信号であるかどうか判断する第２判断手段と、
上記第１判断手段で、上記作業機の先端の座標が上記記憶部に記憶される上記干渉回避領域に侵入したと判断され、上記第２判断手段で、上記アーム操作信号が、上記作業機が上記運転室と干渉する方向に上記アームを駆動させる操作信号であって、上記ブーム操作信号が、上記ブームを上げ方向に駆動させる操作信号であると判断されたとき、上記アームを漸次減速停止させる駆動信号を上記アーム用流量制御弁に出力する処理をおこなった後、上記アームを上記作業機と上記運転室との干渉を回避させる方向に駆動させる駆動信号を上記アーム用流量制御弁に出力する処理を実施させる処理手段とを含むことを特徴とする建設機械の干渉防止装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の発明において、
上記駆動制御手段の上記記憶部に、上記干渉回避領域が含まれ上記作業機の動作を漸次減速停止させる減速停止領域を設けるとともに、
上記第１判断手段が、上記演算部で演算それる作業機の先端の座標が上記記憶部に記憶される上記減速停止領域及び上記干渉回避領域に侵入したかどうか判断するものから成り、
上記処理手段が、上記第１判断手段で、上記作業機の先端の座標が上記記憶部に記憶される上記減速停止領域及び上記干渉回避領域に侵入したと判断され、上記第２判断手段で、上記アーム操作信号が、上記作業機が上記運転室と干渉する方向に上記アームを駆動させる操作信号であって、上記ブーム操作信号が、上記ブームを上げ方向に駆動させる操作信号であると判断されたとき、上記アームを漸次減速停止させる駆動信号を上記アーム用流量制御弁に出力する処理をおこなった後、上記アームを上記作業機と上記運転室との干渉を回避させる方向に駆動させる駆動信号を上記アーム用流量制御弁に出力する処理を実施させるものから成ることを特徴とする建設機械の干渉防止装置。
【請求項３】
上記請求項１記載の発明において、
上記処理手段が、上記アームを漸次減速停止させる駆動信号を上記アーム用流量制御弁に出力する処理に際し、上記減速停止させる駆動信号の値の変化量を、上記作業機の先端の座標が上記干渉防止領域に近くなるほど大となるように設定する設定手段を含むことを特徴とする建設機械の干渉防止装置。
【請求項４】
上記請求項１記載の発明において、
上記作業機が、オフセット機構及びバケットを含むことを特徴とする建設機械の干渉防止装置。
【請求項５】
上記請求項４記載の発明において、
上記位置検出手段が、上記ブームの回動角度を検出するブーム角度検出器、上記アームの回動角度を検出するアーム角度検出器、及び上記オフセット機構の回動角度を検出するオフセット角度検出器を含むことを特徴とする建設機械の干渉防止装置。
【請求項６】
上記請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、
上記建設機械が油圧ショベルであることを特徴とする建設機械の干渉防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械に備えられ、ブーム、アームを含む作業機と、運転室を含む本体との干渉を防止する建設機械の干渉防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械例えば油圧ショベルにおいては、掘削作業等に伴って作業機が運転室を含む本体に干渉することが懸念されていた。そこで従来、このような油圧ショベルに備えられ、作業機と、運転室等との干渉を防止する干渉防止装置が提案されている。
【０００３】
このような干渉防止装置を備えた油圧ショベルの基本構成は、以下のとおりである。
【０００４】
すなわち、運転室を有する本体と、運転室の側方に回動可能に設けられ、オフセット機構を有するブームと、このブームに回動可能に連結されるアームと、このアームに回動可能に連結されるバケットとを含む作業機が備えられている。また、ブーム、アーム、バケット、及びオフセット機構を駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、及びオフセットシリンダを備えている。また、これらのシリンダを制御するブーム用流量制御弁、アーム用流量制御弁、バケット用流量制御弁、及びオフセット用流量制御弁と、これらの流量制御弁を切換え制御する操作信号、例えば操作量に応じたパイロット圧を出力する操作信号出力手段を備えている。さらに、操作信号出力手段から出力されるブーム操作信号、アーム操作信号等に応じて、ブーム用流量制御弁、アーム用流量制御弁等をそれぞれ切換え制御する駆動信号を出力する駆動制御手段を備えている。
【０００５】
そして、このような基本構成を有する油圧ショベルに備えられる従来の干渉防止装置には、例えばブーム角度センサ、アーム角度センサ、オフセット角度センサ等の角度検出器を含み、作業機の先端の位置を検出する位置検出手段が備えられている。また、上述した駆動制御手段には、各角度センサから出力される検出信号に基づいて作業機の先端の位置を求める演算をおこない、この演算によって求められた作業機の先端の位置により、当該作業機の先端を運転室に干渉させない制御演算処理をおこなう演算装置、すなわち制御ユニットが備えられている。
【０００６】
この制御ユニットは、運転室の周囲に設定され、作業機の先端の侵入を禁止する干渉防止領域、及びこの干渉防止領域の外側に設定され、作業機の先端が運転室の前方から侵入した際に、その作業機の先端を運転室から離れるように回避させる干渉回避領域を記憶する記憶部と、上述した位置検出手段から出力される信号に基づいて作業機の先端の座標を演算する演算部とを有し、この演算部で演算された座標と記憶部に記憶される干渉防止領域と干渉回避領域とに基づいて、作業機の先端を干渉防止領域に侵入させない駆動信号を出力する処理をおこなうものである。
【０００７】
このように構成される従来の干渉防止装置は、例えばブーム上げ・アームクラウド複合操作により作業機の先端が前方から運転室に近づいて干渉回避領域に侵入したときには、制御ユニットからアーム用流量制御弁にアームをダンプさせる方向に駆動する駆動信号を出力するとともに、ブームを伸長させる駆動信号をブーム用流量制御弁に出力する。これにより、アームを強制的に運転室から離れる方向へ回動させることができるとともに、ブーム上げが継続される。すなわち、作業機と運転室との干渉を防止できるとともに、良好な操作性を得ることができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−３３３７６７号公報（第５，６頁、図１〜４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術にあっては、ブーム上げ・アームクラウド複合操作により作業機が前方から運転室に近づいて干渉回避領域に侵入した際、制御ユニットにおいて、アームクラウドの動作を即座に停止させ、次いで直ちにアームダンプ動作をおこなわせる処理が実行されるようになっている。
【００１０】
したがって、上述したアームクラウド動作の急激な停止時に車体にショックが発生し、フロント装置を含めて大きな揺れを生じる問題があった。これによりオペレータは不快感を感じるとともに、吊荷作業時等では荷こぼれを生じる虞があり、作業性が低下しやすい。
【００１１】
なお、このようなショックの低減は、作業機の先端が運転室に近づいてきたときに、オペレータがアームシリンダの作動速度を遅くする慎重な手動操作をおこうことにより可能であるが、このような手動操作は当該オペレータの疲労を増加させることになり、また、作業能率の著しい低下を招くことになる。
【００１２】
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、作業機の先端が干渉防止領域に接近した際に、ショックの発生を抑えながら作業機が運転室を含む本体から離れる方向に迅速に移動するように、アームシリンダを自動的に駆動させることができる建設機械の干渉防止装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、運転室を有する本体と、この本体に回動可能に連結されるブーム、及び、このブームに回動可能に連結されるアームを含む作業機と、上記ブームを駆動するブームシリンダと、このブームシリンダを制御するブーム用流量制御弁と、上記ブームに回動可能に連結されるアームを含む作業機と、上記アームを駆動するアームシリンダと、このアームシリンダを制御するアーム用流量制御弁と、上記ブームシリンダ、上記アームシリンダを操作するブーム操作信号、アーム操作信号をそれぞれ出力する操作信号出力手段と、この操作信号出力手段から出力される上記ブーム操作信号、上記アーム操作信号に応じて、上記アーム用流量制御弁を切換え制御する駆動信号を出力する駆動制御手段とを有する基本構成を具備する建設機械に備えられるものである。
【００１４】
また本発明は、上記作業機の先端の位置を検出する位置検出手段を備えるとともに、上記駆動制御手段が、上記運転室の周囲に設定され、上記作業機の先端の侵入を禁止する干渉防止領域、及びこの干渉防止領域の外側に設定され、上記作業機の先端が侵入した際に、上記作業機の先端を運転室から離れるように回避させる干渉回避領域を記憶する記憶部と、上記位置検出手段から出力される信号に基づいて上記作業機の先端の座標を演算する演算部とを有し、この演算部の演算結果と上記記憶部に記憶される上記干渉防止領域と上記干渉回避領域とに基づいて、上記作業機の先端を上記干渉防止領域に侵入させない上記駆動信号を出力する干渉防止装置であることを前提としている。
【００１５】
このような干渉防止装置において、特に本発明は、上記駆動制御手段が、上記演算部で演算される作業機の先端の座標が上記記憶部に記憶される上記干渉回避領域に侵入したかどうか判断する第１判断手段と、上記アーム操作信号が、上記作業機が上記運転室と干渉する方向に上記アームを駆動させる操作信号であって、上記ブーム操作信号が、上記ブームを上げ方向に駆動させる操作信号であるかどうか判断する第２判断手段と、上記第１判断手段で、上記作業機の先端の座標が上記記憶部に記憶される上記干渉回避領域に侵入したと判断され、上記第２判断手段で、上記アーム操作信号が、上記作業機が上記運転室と干渉する方向に上記アームを駆動させる操作信号であって、上記ブーム操作信号が、上記ブームを上げ方向に駆動させる操作信号であると判断されたとき、上記アームを漸次減速停止させる駆動信号を上記アーム用流量制御弁に出力する処理をおこなった後、上記アームを上記作業機と上記運転室との干渉を回避させる方向に駆動させる駆動信号を上記アーム用流量制御弁に出力する処理を実施させる処理手段とを含むことを特徴としている。
【００１６】
このように構成した本発明は、ブーム上げ・アームクラウド複合操作に際し、操作信号出力手段を操作してブーム操作信号、アーム操作信号をそれぞれ出力させると、駆動制御手段の演算部では位置検出手段から出力される信号に応じて作業機の先端の座標が求められる。また、駆動制御手段の第１判断手段で、上述のようにして求められた作業機の先端の座標が記憶部に記憶される干渉回避領域にあるかどうか判断される。
【００１７】
さらに、駆動制御手段の第２判断手段では、アーム操作信号が、作業機が運転室と干渉する方向にアームシリンダを駆動させる操作信号であって、ブーム操作信号が、ブームシリンダをブーム上げの方向に駆動させる操作信号であるかどうか判断される。今は、ブーム上げ・アームクラウド複合操作が意図されているので、アーム操作信号は、作業機が運転室と干渉する方向にアームシリンダを駆動させる操作信号であり、ブーム操作信号が、ブームシリンダをブーム上げの方向に駆動させる操作信号であることから、この第２判断手段の判断が満足された状態にある。
【００１８】
このような状態において、作業機の先端が干渉回避領域に侵入すると、すなわち上述した演算部で求められる座標が、記憶部に記憶される干渉回避領域に入ると、第１判断手段の判断も満足される。
【００１９】
このように、第１，第２判断手段の判断が満足されたことにより、駆動制御手段に備えられる処理手段が、アームを漸次減速停止させる駆動信号をアーム用流量制御弁を切換え制御する信号として出力する処理をおこなう。これにより、アーム用流量制御弁を介してアームシリンダのボトム側室に供給される圧油の量が漸次減少し、アームシリンダの作動速度が漸次減速し、やがて零となってアームシリンダが停止する。すなわち、アームが停止する。
【００２０】
このとき直ちに、上述の処理手段は、アームを作業機と運転室との干渉を回避させる方向に動作させる駆動信号をアーム用流量制御弁を切換え制御する信号として出力する処理をおこなう。これにより、アーム用流量制御弁が切換えられて、このアーム用流量制御弁を介してアームシリンダのロッド側室に圧油が供給され始める。したがって、アームは停止後直ちにダンプ動作を開始する。なお、この間、ブーム操作信号に応じてブーム上げが引き続きおこなわれる。すなわち、ブーム上げ・アームダンプ複合動作に移行し、これによって作業機と運転室との干渉を防ぐことができる。
【００２１】
作業機の先端が、干渉回避領域に入った際に実施されるアームの減速停止動作は、駆動制御手段の処理手段を介して自動的に実施されるものである。作業機の先端が干渉回避領域に侵入した際、アームシリンダの作動速度をそれまでの速度よりも徐々に減少させた後、停止させることから、アームシリンダの停止時の作動速度の変化を小さくすることができる。したがって、アームの停止時におけるショックの発生を抑えることができる。また、アームの停止後引き続きブーム上げ・アームダンプ複合動作に移行するので、作業機を運転室から離れる方向に迅速に移動させることができる。
【００２２】
また本発明は、上記発明において、上記駆動制御手段の上記記憶部に、上記干渉回避領域が含まれ上記作業機の動作を漸次減速停止させる減速停止領域を設けるとともに、上記第１判断手段が、上記演算部で演算それる作業機の先端の座標が上記記憶部に記憶される上記減速停止領域及び上記干渉回避領域に侵入したかどうか判断するものから成り、上記処理手段が、上記第１判断手段で、上記作業機の先端の座標が上記記憶部に記憶される上記減速停止領域及び上記干渉回避領域に侵入したと判断され、上記第２判断手段で、上記アーム操作信号が、上記作業機が上記運転室と干渉する方向に上記アームを駆動させる操作信号であって、上記ブーム操作信号が、上記ブームを上げ方向に駆動させる操作信号であると判断されたとき、上記アームを漸次減速停止させる駆動信号を上記アーム用流量制御弁に出力する処理をおこなった後、上記アームを上記作業機と上記運転室との干渉を回避させる方向に駆動させる駆動信号を上記アーム用流量制御弁に出力する処理を実施させるものから成ることを特徴としている。
【００２３】
このように構成した本発明は、作業機の先端が減速停止領域、及び干渉回避領域に侵入すると、すなわち上述した演算部でもとめられる座標が、記憶部に記憶される減速停止領域、及び干渉回避領域に入ると、第１判断手段の判断が満足される。
【００２４】
第１，第２判断手段の判断が満足されると、駆動制御手段に備えられる処理手段が、アームを漸次減速停止させる駆動信号をアーム用流量制御弁を切換え制御する信号として出力する処理をおこなう。その後直ちに、処理手段は、アームを作業機と運転室との干渉を回避させる駆動信号をアーム用流量制御弁を切換え制御する信号として出力する処理をおこなう。
【００２５】
また本発明は、上記発明において、上記処理手段が、上記アームを漸次減速停止させる駆動信号を上記アーム用流量制御弁に出力する処理に際し、上記減速停止させる駆動信号の値の変化量を、上記作業機の先端の座標が上記干渉防止領域に近くなるほど大となるように設定する設定手段を含むことを特徴としている。
【００２６】
このように構成した本発明は、作業機の先端の座標が減速停止領域、及び干渉回避領域に入り、アームの減速が始まった時点では、作業機の先端の座標が干渉防止領域から遠いので駆動信号の値の変化量が小さい。したがって、減速開始時のアームの速度変化が小さく、きわめて滑らかに減速動作に移行させることができる。
【００２７】
また、作業機の先端が干渉防止領域に近づいたときには、駆動信号の値の変化量が大きくなり、したがって、アームの減速方向の速度変化が大きくなり、作業機の先端が干渉防止領域に至る直前で速やかにアームを停止させることができる。
【００２８】
これらにより、ショックの発生をより確実に抑えることができるとともに、干渉防止領域に極めて近い位置において、ブーム上げ・アームクラウド複合動作からブーム上げ・アームダンプ複合動作に移行させることができ、作業機の移動制御を高精度に実現させることができる。
【００２９】
また本発明は、上記発明において、上記作業機が、オフセット機構及びバケットを含むことを特徴としている。
【００３０】
また本発明は、上記発明において、上記位置検出手段が、上記ブームの回動角度を検出するブーム角度検出器、上記アームの回動角度を検出するアーム角度検出器、及び上記オフセット機構の回動角度を検出するオフセット角度検出器を含むことを特徴としている。
【００３１】
また本発明は、上記発明において、上記建設機械が油圧ショベルであることを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下，本発明に係る建設機械の干渉防止装置の実施形態を図に基づいて説明する。
【００３３】
図１は本発明の干渉防止装置の一実施形態が適用される建設機械の一例として挙げた油圧ショベルの側面図、図２は図１に示す油圧ショベルの平面図である。
【００３４】
本実施形態が適用される油圧ショベルの基本構成は、作業機を含むフロント装置１Ａと車体１Ｂとから成っている。車体１Ｂは走行体１ｆと、この走行体１ｆ上に配置され、本体を形成する旋回体１ｅとから構成されている。この旋回体１ｅ上に運転室３ｈが設けられている。フロント装置１Ａは、運転室３ｈの側方に回動可能に設けられ、オフセット機構１ｄを有するブーム１ａと、このブーム１ａに回動可能に連結されるアーム１ｂと、このアーム１ｂに回動可能に連結されるバケット１ｃと、ブーム１ａを駆動するブームシリンダ３ａと、アーム１ｂを駆動するアームシリンダ３ｂと、バケット１ｃを駆動するバケットシリンダ３ｃと、オフセット機構１ｄを駆動するオフセットシリンダ３ｄとを含んでいる。上述したオフセット機構１ｄを有するブーム１ａ、アーム１ｂ、及びバケット１ｃによって掘削作業等をおこなう作業機が構成されている。
【００３５】
なお、旋回体１ｅを旋回させる旋回モータ３ｅ、走行体１ｆを走行させる右走行モータ３ｆ、左走行モータ３ｇも備えられている。
【００３６】
ブーム１ａ、アーム１ｂ、及びオフセット機構１ｄの各回動支点には、それぞれの回動角度を検出するブーム角度検出器６ａ、アーム角度検出器６ｂ、オフセット角度検出器６ｃが設けられている。これらの角度検出器６ａ〜６ｃは、作業機の先端の位置を検出する位置検出手段を構成している。
【００３７】
図３は本実施形態の干渉防止装置を構成する角度検出器及び制御ユニットを含む油圧回路図である。
【００３８】
上述した図１に示す油圧ショベルは、図３に示すように、ブームシリンダ３ａを操作するブーム操作信号を出力するブーム操作装置４ａと、アームシリンダ３ｂを操作するアーム操作信号を操作するアーム操作装置４ｂと、バケットシリンダ３ｃを操作するバケット操作信号を出力するバケット操作装置４ｃと、オフセットシリンダ３ｄを操作するオフセット操作信号を出力するオフセット操作装置４ｄと、旋回モータ３ｅを操作する旋回操作信号を出力する旋回操作装置４ｅと、右走行モータ３ｆ、左走行モータ３ｇを操作する右走行操作信号、左走行操作信号をそれぞれ出力する右走行操作装置４ｆ、左走行操作装置４ｇとを備えている。これらの操作装置４ａ〜４ｇは、操作信号出力手段を構成している。
【００３９】
また、シリンダ３ａ〜３ｄ、及びモータ３ｅ〜３ｇを含む油圧アクチュエータを駆動する圧油を供給する主油圧ポンプ２と、ブームシリンダ３ａを制御するブーム用流量制御弁５ａと、アームシリンダ３ｂを制御するアーム用流量制御弁５ｂと、バケットシリンダ３ｃを制御するバケット用流量制御弁５ｃと、オフセットシリンダ３ｄを制御するオフセット用流量制御弁５ｄと、旋回モータ３ｅを制御する旋回用流量制御弁５ｅと、右走行モータ３ｆを制御する右走行用流量制御弁５ｆと、左走行モータ３ｇを制御する左走行用流量制御弁５ｇとを備えている。
【００４０】
上述した流量制御弁５ａ〜５ｇのそれぞれには、これらの流量制御弁５ａ〜５ｇをそれぞれ左位置に切換える電磁駆動部２０ａ〜２６ａと、右位置に切換える電磁駆動部２０ｂ〜２６ｂとを付設させてある。
【００４１】
さらに、上述した角度検出器６ａ〜６ｃの信号を入力し、所定の演算処理をおこなう制御ユニット７を備えている。この制御ユニット７、及びこの制御ユニット７に含まれる制御手順を指示するプログラムは、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ等を操作するブーム操作信号、アーム操作信号等に応じて、ブーム用流量制御弁５ａ、アーム用流量制御弁５ｂ等をそれぞれ切換え制御する駆動信号を出力する駆動制御手段を構成している。
【００４２】
制御手順を指示するプログラムを含む制御ユニット７から成る上述の駆動制御手段と、前述した角度検出器６ａ〜６ｃを含む位置検出手段とによって、本実施形態の干渉防止装置が構成されている。
【００４３】
図４は本実施形態で設定される干渉防止領域と、干渉回避領域を含む減速停止領域とを示す油圧ショベルの側面図、図５は本実施形態で設定される干渉防止領域と、干渉回避領域を含む減速停止領域とを示す油圧ショベルの平面図である。
【００４４】
これらの図４，５に示すように、本実施形態では、運転室３ｈの周囲に設定され、作業機の先端の侵入を禁止する干渉防止領域１３と、この干渉防止領域１３の外側に設定され、作業機の先端が侵入した際に、作業機の先端を運転室３ｈから離れるように回避させる干渉回避領域１４とともに、例えば作業機と運転室３ｈとが干渉する方向のアーム１ｂの動作を漸次減速停止させる減速停止領域１５を設けてある。上述した干渉回避領域１４は、例えば減速停止領域１５内に含ませてある。
【００４５】
図６は本実施形態に備えられる制御ユニット７の構成を示すブロック図である。
【００４６】
この制御ユニット７は、制御手順を指示するプログラムと、上述した干渉防止領域１３と、干渉回避領域１４を含む減速停止領域１５とを記憶する記憶部、すなわちＲＯＭ７ａと、このＲＯＭ７ａに記憶されたプログラムに従い、この制御ユニット７全体を制御し、特に、上述した角度検出器６ａ〜６ｃから出力される信号に基づいて作業機の先端の座標を演算する演算部、すなわちＣＰＵ７ｂとを備えている。
【００４７】
また、上述した操作装置４ａ〜４ｇの信号と角度検出器６ａ〜６ｃの信号とを切換えて入力するマルチプレクサ７ｃと、このマルチプレクサ７ｃに入力された信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７ｄと、制御演算途中の数値を一時的に記憶するＲＡＭ７ｅと、ＣＰＵ７ｂからのディジタル値である指令値をアナログ信号に変換して出力するＤ／Ａ変換器７ｆと、このＤ／Ａ変換器７ｆから出力される信号を増幅して上述の流量制御弁５ａ〜５ｇの一方側の電磁駆動部２０ａ〜２６ａ、他方側の電磁駆動部２０ｂ〜２６ｂのそれぞれに出力する増幅器７ｇ１〜７ｇ７、７ｈ１〜７ｈ７とを含んでいる。
【００４８】
また本実施形態は、制御ユニット７で実施される処理手順に特徴を有する。すなわち、この処理手順中に、ＣＰＵ７ｂで演算される作業機の先端の座標がＲＯＭ７ａに記憶される干渉回避領域１４に侵入したかどうか、例えば上述の減速停止領域１５及び干渉回避領域１４の双方に侵入したかどうか判断する第１判断手段と、アーム操作信号が、作業機が運転室３ｈと干渉する方向にアーム１ｂを駆動させる操作信号、すなわちアームクラウドに相応する操作信号であって、ブーム操作信号が、ブーム１ａを上げ方向に動作させる操作信号であるかどうか判断する第２判断手段とを含んでいる。
【００４９】
さらに、上述の第１判断手段で、作業機の先端の座標がＲＯＭ７ａに記憶される減速停止領域１５及び干渉回避領域１４に侵入したと判断され、上述の第２判断手段で、アーム操作信号が、アームクラウドをおこなわせる操作信号であって、ブーム操作信号が、ブーム上げをおこなわせる操作信号であると判断されたとき、アーム１ｂの動作を漸次停止させる駆動信号をアーム用流量制御弁５ｂに出力する処理をおこなった後、直ちにアーム１ｂを作業機と運転室３ｈとの干渉を回避させる方向に、すなわちダンプ方向に動作させる駆動信号をアーム用流量制御弁５ｂに出力させる処理を実施させる処理手段とを含んでいる。
【００５０】
また、上述した処理手段は、アーム１ｂの動作を漸次減速停止させる駆動信号をアーム用流量制御弁５ｂに出力する処理に際し、減速停止させる駆動信号の値の変化量、すなわち単位時間に変化する圧力相当値を、作業機の先端の座標が干渉防止領域に近くなるほど大となるように設定する設定手段を含んでいる。図１０は、この処理手段に含まれる設定手段の内容を示す図である。横軸には干渉防止領域１３に対する作業機の先端の距離をとってあり、縦軸には、駆動信号の値の変化量、すなわち、アーム操作信号の値である制御パイロット圧相当値の変化量をとってある。この変化量は、作業機の先端の位置が干渉防止領域１３から遠いほど小さく、干渉防止領域１３に近づくほど大きくなるように設定してある。
【００５１】
このように構成した本実施形態の動作について以下に説明する。なお、操作装置４ａ〜４ｇの操作によって制御ユニット７に入力された操作信号は、ＲＯＭ７ａに記憶されたブログラムに従い、ＣＰＵ７ｂにおいて毎制御演算時に各油圧アクチュエータごとの流量制御弁５ａ〜５ｇの電磁駆動部２０ａ〜２６ａ，２０ｂ〜２６ｂに対する指令値、すなわち指令パイロット圧相当値に演算され、この指令パイロット圧相当値が駆動信号に変換されて出力される。指令パイロット圧相当値は、符号付きの値であり、例えばアームシリンダ３ｂの伸び方向を正に、縮み方向を負に設定してある。すなわち、アームクラウド方向が正、アームダンプ方向が負、中立が０である。また、増幅器７ｇ１〜７ｇ７，７ｈ１〜７ｈ７から流量制御弁５ａ〜５ｇの電磁駆動部２０ａ〜２６ａ，２０ｂ〜２６ｂに出力される駆動信号は電流である。ただし、本実施形態はアーム１ｂに係る制御に特徴を有するものであるので、以下にあっては、このアーム１ｂに係る制御を中心に説明をおこなう。
【００５２】
図７は本実施形態に備えられる制御ユニットにおける処理手順を示すフローチャート、図８は図７に示すフローチャートに続くフローチャートである。
【００５３】
はじめに、操作装置４ａ〜４ｇの操作信号（指令パイロット圧相当値）、角度検出器６ａ〜６ｃの検出信号をマルチプレクサ７ｃ、Ａ／Ｄ変換器７ｄを介してＣＰＵ７ｂに入力する（図７のステップ１００）。以下の処理は、主にＣＰＵ７ｂにおいて実施される。
【００５４】
次に、このステップ１００で得た角度検出器６ａ〜６ｃの検出信号により、ブーム１ａ、アーム１ｂ、オフセット機構１ｄの回動角をそれぞれ求め、これらの回動角に基づいて前述した演算部で作業機の先端の座標を求める演算をおこなう。この場合、作業機の先端の座標としては、図４に示すバケット１ｃの回動支点Ｏｖからバケット１ｃの先端Ｐまでの半径ｒｖの仮想円Ｘ上の干渉防止領域１３の境界に最も近い点の座標を演算する（ステップ２００）。
【００５５】
次に、このステップ２００で演算した作業機の先端の座標がＲＯＭ７ａに記憶される干渉防止領域１３にあるかどうか判断される（ステップ３００）。
【００５６】
このステップ３００で作業機の先端の座標が干渉防止領域１３にあると判断されたときには、アーム１ｂの動作を停止させるべく制御パイロット圧相当値を０に設定する（ステップ３１０）。
【００５７】
次に、アーム操作信号に相当する指令パイロット圧相当値と制御パイロット圧相当値とを比較し、値が小さい方をアームに係る制御後指令パイロット圧相当値とする処理がなされ。その小さい方の値を変換した駆動信号がＣＰＵ７ｂからＤ／Ａ変換器７ｆ、増幅器７ｇ２，７ｈ２を経て電磁駆動部２１ａ，２１ｂに出力される（ステップ９００）。
【００５８】
今の場合は、制御パイロット圧相当値が０であることから、ステップ９００においてこの値が採用される。これによりアーム用流量制御弁５ｂが中立に戻され、アームシリンダ３ｂへの圧油の供給が停止され、アーム１ｂの動作が停止する。なお、説明を省略するが、同様な処理がブーム１ａ、オフセット機構１ｄに対してもおこなわれる。これらの処理により作業機が停止する。
【００５９】
また、前述したステップ３００において、作業機の先端の座標が干渉防止領域１３にないと判断された場合、前述した第１判断手段で、作業機の先端の座標がＲＯＭ７ａに記憶されている減速停止領域１５、及び干渉回避領域１４にあるかどうか判断される（ステップ４００）。
【００６０】
このステップ４００の判断において、作業機の先端の座標が減速停止領域１３及び干渉回避領域１４にあると判断されたとき、前述した第２判断手段で、ブーム操作信号、すなわちブーム指令パイロット圧相当値がブーム上げ操作に対応するものかどうか判断される（ステップ４１０）。
【００６１】
このステップ４１０の判断で、ブーム指令パイロット圧相当値がブーム上げ操作に対応するものと判断されたときには、本実施形態の特徴とする干渉回避制御処理が実施される。これについては後述する。
【００６２】
上述したステップ４１０の判断で、ブーム指令パイロット圧相当値がブーム上げ操作でないものと判断されたときには、作業機の先端の座標が減速停止領域１５のみにあるかどうか、すなわち、減速停止領域１５にあって干渉回避領域１４にない状態かどうか判断される（図８のステップ５００）。
【００６３】
このステップ５００の判断で、作業機の先端の座標が減速停止領域１５にないと判断された場合には、制御パイロット圧相当値としてアーム指令パイロット圧相当値の最大値が設定される（ステップ５１０）。
【００６４】
次にステップ９００に移り、アーム指令パイロット圧相当値と、アームに係る制御パイロット圧相当値とが比較されるが、今は制御パイロット圧相当値とアーム指令パイロット圧相当値の最大値が等しいので、それより小さいアーム指令パイロット圧相当値に応じて、例えば前述したように駆動信号がアーム用流量制御弁５ｂの電磁駆動部２１ａまたは２１ｂに出力され、アーム用流量制御弁５ｂが適宜切換えられ、アーム操作信号に応じてアームシリンダ３ｂが作動し、アーム１ｂが駆動する。
【００６５】
また、上述したステップ５００の判断で、作業機の先端の座標が減速停止領域１５のみにあると判断された場合は、制御パイロット圧相当値としてアームに係る所定の減速値が設定される（ステップ５２０）。
【００６６】
次にステップ９００に移り、アーム指令パイロット圧相当値と、アームに係る制御パイロット圧相当値（所定の減速値）とが比較され、そのうちの小さい方、すなわち制御パイロット圧相当値が制御後指令パイロット圧相当値に設定される。
【００６７】
したがって、この所定の減速値である制御後指令パイロット圧相当値に応じて、例えば前述したように駆動信号がアーム用流量制御弁５ｂの電磁駆動部２１ａまたは２１ｂに出力され、アーム１ｂの減速が実施される。
【００６８】
図９は制御ユニットに含まれる処理手段の内容である干渉回避制御処理の手順を示すフローチャートである。
【００６９】
前述した図７に示すステップ４２０における干渉回避制御処理、すなわち制御ユニット７に含まれる処理手段で実施される処理の手順は、以下のとおりである。
【００７０】
まず、アームダンプの目標制御パイロット圧相当値Ｐｄｕｍｐが算出される（図９のステップ４３０）。
【００７１】
次に、上述した第２判断手段で、前回の演算で処理されたアーム用流量制御弁５ｂの電磁駆動部に出力される駆動信号の値であるアームに係る前回制御後指令パイロット圧相当値Ｐｏｌｄが、クラウド方向かダンプ方向か、その符号に基づいて判断される（ステップ４４０）。
【００７２】
このステップ４４０の判断で、前回制御後指令パイロット圧Ｐｏｌｄがダンプ方向または０である場合は、制御パイロット圧相当値をアームダンプの目標制御パイロット圧相当値Ｐｄｕｍｐとする設定がなされる（ステップ４５０）。
【００７３】
次に、前述したステップ９００に移り、アームに係る指令パイロット圧相当値とステップ４５０で求めた制御パイロット圧相当値とが比較され、小さい方の値が制御後指令パイロット圧相当値に設定される。
【００７４】
このように設定された制御後指令パイロット圧相当値に応じて、駆動信号が例えばアーム用流量制御弁５ｂの電磁駆動部２１ｂに出力される。これによりアーム用流量制御弁５ｂが右位置に切換えられ、アームシリンダ３ｂのロッド側室に圧油が供給され、アームシリンダ３ｂが収縮し、アームダンプが実施される。
【００７５】
また、上述したステップ４４０における判断で、アームに係る前回制御後指令パイロット圧相当値Ｐｏｌｄがクラウド方向であると判断されたときは、すなわち、ブーム上げ・アームクラウド複合操作が実施されているときは、アーム用流量制御弁５ｂの切換え制御が次のようにしておこなわれる。
【００７６】
すなわちまず、図１０に示される設定手段の設定内容に基づいて、制御パイロット圧相当値の変化量Ｐｌｉｍが求められる（ステップ４６０）。
【００７７】
ここで変化量Ｐｌｉｍの値は、前述したように、作業機の先端の座標が干渉防止領域１３に近いほど大きく、遠いほど小さくなるように設定されている。
【００７８】
次に、前回の演算時に得られたアームに係る前回制御後指令パイロット圧相当値Ｐｏｌｄから変化量Ｐｌｉｍを減じて差圧相当値Ｐｎｏｗを求める演算がおこなわれる（ステップ４７０）。
【００７９】
次に、ステップ４７０で求めた差圧相当値Ｐｎｏｗが制御パイロット圧相当値に設定される（ステップ４８０）。
【００８０】
次に、前述したステップ９００に移り、アームに係る指令パイロット圧相当値とステップ４８０で求めた制御パイロット圧相当値とが比較され、小さい方の値がアームに係る制御後指令パイロット圧相当値と設定される。
【００８１】
したがって、上述したアームに係る制御後指令パイロット圧相当値に応じた駆動信号が、アーム用流量制御弁５ｂの電磁駆動部２１ａに出力されることになる。これによりアーム用流量制御弁５ｂが左位置に切換えられ、アームシリンダ３ｂのボトム側室に圧油が供給され、アームシリンダ３ｂが伸張し、ステップ４８０で求めた差圧相当値Ｐｎｏｗに相当する減速速度でアームクラウドが継続される。
【００８２】
以下、処理手段において同様の演算が実施され、各演算ごとにアーム用流量制御弁５ｂの電磁駆動部２１ｂに出力される駆動信号の値であるアームに係る制御後指令パイロット圧相当値は、差圧相当値Ｐｌｉｍずつ減じられる。これにより、作業機の先端が減速停止領域１５及び干渉回避領域１４に侵入すると、アームクラウド動作に係るアームシリンダ３ｂの作動速度が徐々に減速される。
【００８３】
このような演算が繰り返し実施され、ステップ４４０における判断でアームの前回制御後指令パイロット圧相当値Ｐｏｌｄが、例えばダンプ側に含まれる０と判断されると、ステップ４５０に移り、アームに係る制御パイロット圧相当値をアームダンプの目標制御パイロット圧相当値Ｐｄｕｍｐとする設定がなされる。
【００８４】
そして、図１に示すステップ９００に移り、ステップ４５０で設定されたアームに係る目標制御パイロット圧相当値Ｐｄｕｍｐをアームに係る制御後指令パイロット圧相当値に設定する処理がなされる。
【００８５】
このように設定されたアームに係る制御後指令パイロット圧相当値に応じて、前述したように駆動信号がアーム用流量制御弁５ｂの電磁駆動部２１ｂに出力される。これによりアーム用流量制御弁５ｂが右位置に切換えられ、アームシリンダ３ｂのロッド側室に圧油が供給され、アームシリンダ３ｂが収縮し、アームダンプが実施される。なお、このときブーム１ａは、ブーム操作装置４ａから出力されるブーム操作信号に応じて上げ方向に駆動される。すなわち、ブーム上げ・アームクラウド複合動作からブーム上げ・アームダンプ複合動作へと移行し、作業機の先端を干渉防止領域１３に侵入させない干渉回避動作が自動的に実施される。
【００８６】
図１１は本実施形態で得られるアーム制御後指令パイロット圧相当値の特性を従来の特性と比較して示した図である。
【００８７】
同図１１の（ａ）図は従来技術における干渉回避制御によるアーム指令パイロット圧相当値を示しており、干渉回避領域１４に侵入した時点Ｔｉｎにおいて、アームクラウド信号の値が急激に０になり、同時にアームダンプ信号が立ち上がる。一方、同図１１の（ｂ）図は本実施形態によるアーム制御後指令パイロット圧相当値の時間経過であり、作業機の先端が減速停止領域１５、及び干渉回避領域１４に侵入した時点Ｔｉｎから徐々にアームクラウド信号の値が減少し、アームクラウド信号が０に達してからアームダンプ信号が立ち上がる。
【００８８】
図１２は本実施形態の干渉回避動作時における作業機の先端の軌跡を従来の軌跡と比較して示した図である。
【００８９】
この図１２において、軌跡Ａは従来技術における干渉回避制御による作業機の先端の軌跡であり、軌跡Ｂは本実施形態における干渉回避制御による作業機の先端の軌跡である。従来技術における軌跡Ａでは、干渉回避領域１４に侵入すると直ちにアームダンプ動作が始まるので、干渉防止領域１３から比較的遠いところを作業機の先端が通過する。これに対して、本実施形態は、減速停止領域１５及び干渉回避領域１４に作業機の先端が侵入した際に、その先端部の軌跡Ｂが軌跡Ａよりも干渉防止領域１３に接近する。しかしながら、干渉防止領域１３に侵入することなく、その境界に沿って動作する。
【００９０】
以上のように構成した本実施形態も、基本的には従来技術と同様に、ブーム上げ・アームクラウド複合操作により作業機の先端が前方から運転室３ｈに近づいて、減速停止領域１５、及び干渉回避領域１４に侵入したときには、制御ユニット７からアームシリンダ３ｂをダンプ方向へ動作させる駆動信号がアーム用流量制御弁５ｂに出力されるとともに、ブームシリンダ３ａを伸長させる駆動信号が出力される。これにより、アーム１ｂを強制的に運転室３ｈから離れる方向へ回動させることができるとともに、ブーム１ａの上げ操作が継続される。すなわち、作業機と運転室３ｈとの干渉を防止できるとともに、ブーム１ａとアーム１ｂとの良好な複合操作性を得ることができる。
【００９１】
そして特に本実施形態は、このブーム上げ・アームクラウド複合操作に際して、作業機の先端が減速停止領域１５、及び干渉回避領域１４に侵入した際に、アームシリンダ３ｂの作動速度を自動的にそれまでの速度よりも徐々に減少させた後、停止させることから、アームシリンダ３ｂの停止時の作動速度の変化を小さくすることができる。したがって、アーム１ｂの停止時におけるショックの発生を抑えることができ、ショックに伴う車体１Ｂ及びフロント装置１Ａの揺れを生じることがなく、例えば吊荷作業であっても荷こぼれを生じることなく作業を実施できる。また、ショックを生じさせないオペレータによる慎重な手動操作が不要となることから、このような慎重な手動操作によるオペレータの疲労を招くことがない。これらにより、優れた作業性を確保でき、これに伴って作業能率を向上させることができる。
【００９２】
また本実施形態は、操作装置４ａ〜４ｇが電気式操作装置から成り、操作信号に応じて電気信号から成る駆動信号を制御ユニット７から流量制御弁５ａ〜５ｇの電磁駆動部２０ａ〜２６ａ、あるいは２０ｂ〜２６ｂに出力させる構成にしてあるので、干渉を防止する制御機能は、制御ユニット７で処理されるプログラムを適宜追加するだけでよい。すなわち、本実施形態の主要部を構成する第１判断手段、第２判断手段、及び処理手段を上述したプログラムに含ませればよい。したがって、構成が簡便であり、部品数の増加を招かず、製作費を抑えることができる。
【００９３】
また本誌実施形態は、処理手段が図１０に示す内容を要する設定手段を備えている。すなわち、アーム１ｂを漸次減速停止させる駆動信号をアーム用流量制御弁５ｂに出力する処理に際し、減速停止させる駆動信号の値の変化量を、作業機の先端の座標が干渉防止領域１３に近づくほど大となるように、遠いほど小となるように設定する設定手段を備えた構成にしてある。
【００９４】
この構成に伴い、作業機の先端の座標が減速停止領域１５、及び干渉回避領域１４に入り、アーム１ｂの減速が始まった時点では、作業機の先端が干渉防止領域１３から遠いので駆動信号の値の変化量が小さい。したがって、減速開始時のアーム１ｂの速度変化が小さく、きわめて滑らかに減速動作に移行させることができる。
【００９５】
また、作業機の先端が干渉防止領域１３に近づいたときには、駆動信号の値の変化量が大きくなり、したがって、アーム１ｂの減速方向の速度変化が大きくなり、作業機の先端が干渉防止領域１３に至る直前で速やかにアーム１ｂを停止させることができる。これらにより、ショックの発生をより確実に抑えることができるとともに、干渉防止領域１３に極めて近い位置においてブーム上げ・アームクラウド複合操作からブーム上げ・アームダンプ複合操作に移行させることができる。すなわち、作業機の移動制御を高精度に実現させることができ、作業能率の向上に貢献する。
【００９６】
なお上記実施形態は、電気式の操作装置４ａ〜４ｇを含む電気式操作系統を設けた構成にしてあるが、本発明は、このように構成することには限られず、パイロット圧方式の操作系統によって構成してもよい。
【００９７】
また、上記実施形態は、アーム操作装置４ｂから出力されるアーム操作信号の値を指令パイロット圧相当値とし、制御ユニット７において指令パイロット圧相当値に基づいて駆動信号の値を求める制御演算を実施しているが、本発明は、このような指令パイロット圧相当値に基づいて駆動信号の値を求める制御演算を実施する構成には限られない。例えば、アームシリンダ３ｂの目標速度に基づいて制御演算を実施する構成でもよく、また、アーム用流量制御弁５ｂの電磁駆動部２１ａ，２１ｂに対する目標電流値に基づいて制御演算を実施する構成にしてもよい。
【００９８】
また上記では、作業機の先端の位置を検出する位置検出手段が、ブーム角度検出器６ａ、アーム角度検出器６ｂ、オフセット角度検出器６ｃを含む構成にしてあるが、本発明は、このように構成することには限られない。例えば位置検出手段として、ブームシリンダ３ａのストロークを検出するブーム用ストロークセンサ、アームシリンダ３ｂのストロークを検出するアーム用ストロークセンサ、オフセットシリンダ３ｃのストロークを検出するオフセット用ストロークセンサを設ける構成にしてもよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、作業機の先端が干渉防止領域に接近した際に、ショックの発生を抑えながら、作業機が運転室を含む本体から離れる方向に迅速に移動するように、アームシリンダを自動的に駆動させることができ、したがって、ショックに伴う車体及びフロント装置の揺れを生じることがなく、また、ショックを生じさせない慎重な手動操作に伴うオペレータの疲労を招くことがなく、これらにより従来に比べて優れた作業性を確保でき、作業能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の干渉防止装置の一実施形態が適用される建設機械の一例として挙げた油圧ショベルの側面図である。
【図２】図１に示す油圧ショベルの平面図である。
【図３】本実施形態の干渉防止装置を構成する角度検出器及び制御ユニットを含む図１に示す油圧ショベルの油圧回路図である。
【図４】本実施形態で設定される干渉防止領域と、干渉回避領域を含む減速停止領域とを示す油圧ショベルの側面図である。
【図５】本実施形態で設定される干渉防止領域と、干渉回避領域を含む減速停止領域とを示す油圧ショベルの平面図である。
【図６】本実施形態に備えられる制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態に備えられる制御ユニットにおける処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図７に示すフローチャートに続くフローチャートである。
【図９】制御ユニットに含まれる処理手段の内容である干渉回避制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】制御ユニットに備えられる処理手段に含まれる設定手段の内容を示す図である。
【図１１】本実施形態で得られるアーム制御後指令パイロット圧相当値の特性を従来の特性と比較して示した図である。
【図１２】本実施形態の干渉回避動作時における作業機の先端の軌跡を従来の軌跡と比較して示した図である。
【符号の説明】
１Ａ  フロント装置
１Ｂ  車体
１ａ  ブーム
１ｂ  アーム
１ｃ  バケット
１ｄ  オフセット機構
２    主油圧ポンプ
３ｂ  アームシリンダ
３ｈ  運転室
４ａ  ブーム操作装置（操作信号出力手段）
４ｂ  アーム操作装置（操作信号出力手段）
５ｂ  アーム用流量制御弁
６ａ  ブーム角度検出器（位置検出手段）
６ｂ  アーム角度検出器（位置検出手段）
６ｃ  オフセット角度検出器（位置検出手段）
７    制御ユニット（駆動制御手段）
７ａ  ＲＯＭ（記憶部）
７ｂ  ＣＰＵ（演算部、第１判断手段、第２判断手段、処理手段）
１３  干渉防止領域
１４  干渉回避領域
１５  減速停止領域
２１ａ  電磁駆動部
２１ｂ  電磁駆動部
【図１】
2004218286.tif 000003
【図２】
2004218286.tif 000004
【図３】
2004218286.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004218286.tif 000009
【図８】
2004218286.tif 000010
【図９】
2004218286.tif 000011
【図１０】
2004218286.tif 000012
【図１１】
2004218286.tif 000013
【図１２】
2004218286.tif 000014