(57)【要約】    【課題】  作業腕先端に取り付けられた作業具の対地角を一定に維持できる作業機械を提供する。    【解決手段】  機能スイッチ８３がオンされると、専用コントローラ８０からの制御信号が本体コントローラ６０へ入力されるように専用コントローラ８０はリレー８４の接点を切り換える。専用コントローラ８０は、フロント作業腕１０１の姿勢変化によるグラップルバケット１４の対地角変化を打ち消すように、制御信号を演算して本体コントローラ６０へ出力する。そして、本体コントローラ６０が比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂの設定圧力を制御する。機能スイッチ８３がオフされると、専用コントローラ８０は、作業具レバー装置７０からの操作信号が本体コントローラ６０へ入力されるようにリレー８４の接点を切り換える。操作レバー７１の操作量に基づいて本体コントローラ６０が比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂの設定圧力を制御する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節の作業腕と、
前記作業腕の先端に取り付けられて、アクチュエータによって前記作業腕に対する角度が変更される作業具と、
前記作業具の対地角を検出する検出手段と、
前記作業腕の姿勢変化にかかわらず、前記検出手段で検出された前記作業具の対地角があらかじめ定めた角度となるように前記アクチュエータを制御する姿勢制御手段とを備えることを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
前記検出手段は、前記作業具に設けられた対地角センサであり、
前記姿勢制御手段は、前記対地角センサで検出した前記作業具の対地角度があらかじめ定めた角度となるように前記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の作業機械において、
前記あらかじめ定めた角度を設定する対地角設定手段をさらに備え、
前記姿勢制御手段は、前記作業腕の姿勢変化にかかわらず、前記作業具が前記対地角設定手段で設定した前記あらかじめ定めた角度となるように前記アクチュエータを制御することを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項３に記載の作業機械において、
前記対地角設定手段は、前記あらかじめ定めた角度を設定するスイッチを含み、前記スイッチが操作されると、前記スイッチが操作されたときに前記検出手段で検出された前記作業具の対地角を前記あらかじめ定めた角度として設定することを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の作業機械において、
前記あらかじめ定めた角度があっても、前記検出手段で検出した前記作業具の対地角にかかわらず、前記姿勢制御手段により前記作業具が前記作業腕に対して任意の角度位置に駆動されるように前記アクチュエータを制御するモードに切り替えるモード切り替え手段をさらに備えることを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業具が取り付けられる多関節の作業腕を有する作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節の作業腕の先端に吊り下げ式の作業具が取り付けられた作業機械が知られている。この作業機械では、作業腕の姿勢にかかわらず、吊り下げ式の作業具の向きがその自重によって鉛直下向きとなる（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−４０６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし従来の作業機械では、作業腕の姿勢が変化すると吊り下げ式の作業具が揺れ、鉛直下向きに維持するのが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１の発明による作業機械は、多関節の作業腕と、作業腕の先端に取り付けられて、アクチュエータによって作業腕に対する角度が変更される作業具と、作業具の対地角を検出する検出手段と、作業腕の姿勢変化にかかわらず、検出手段で検出された作業具の対地角があらかじめ定めた角度となるようにアクチュエータを制御する姿勢制御手段とを備えることを特徴とする。
（２）  請求項２の発明は、請求項１に記載の作業機械において、検出手段は、作業具に設けられた対地角センサであり、姿勢制御手段は、対地角センサで検出した作業具の対地角度があらかじめ定めた角度となるようにアクチュエータをフィードバック制御することを特徴とする。
（３）  請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の作業機械において、あらかじめ定めた角度を設定する対地角設定手段をさらに備え、姿勢制御手段は、作業腕の姿勢変化にかかわらず、作業具が対地角設定手段で設定したあらかじめ定めた角度となるようにアクチュエータを制御することを特徴とする。
（４）  請求項４の発明は、請求項３に記載の作業機械において、対地角設定手段は、あらかじめ定めた角度を設定するスイッチを含み、スイッチが操作されると、スイッチが操作されたときに検出手段で検出された作業具の対地角をあらかじめ定めた角度として設定することを特徴とする。
（５）  請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の作業機械において、あらかじめ定めた角度があっても、検出手段で検出した作業具の対地角にかかわらず、姿勢制御手段により作業具が作業腕に対して任意の角度位置に駆動されるようにアクチュエータを制御するモードに切り替えるモード切り替え手段をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、作業腕の姿勢変化にかかわらず、検出手段で検出された作業具の対地角があらかじめ定めた角度となるようにアクチュエータを制御するように構成した。これにより、作業腕の姿勢が変化しても、作業腕の先端に取り付けられた作業具の対地角を一定に維持できるので、吊り下げ式の作業具を用いたときのように、作業腕の姿勢変化によって作業具が揺れることがなくなり、作業しやすく、作業効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−−−第１の実施の形態−−−
図１〜３を参照して、本発明による作業機械の第１の実施の形態を説明する。図１は、本発明が適用される作業機械の一例である油圧ショベルをベースとした作業機械を側面からみた図である。作業機械１００においては、走行体１に旋回体３が旋回可能に取り付けられている。旋回体３の前部には運転室４が取り付けられている。運転室４の後方にはエンジンおよび油圧ポンプを含む主要駆動装置５が設けられている。
【０００８】
旋回体３には多関節の腕を有するフロント作業腕１０１が取り付けられている。フロント作業腕１０１は、ブームシリンダ１１により上下方向に揺動自在に旋回体３に取り付けられたブーム１０と、ブーム１０に連結されてアームシリンダ１３により上下方向に揺動自在に取り付けられたアーム１２と、アーム１２の先端部分に連結されて作業具シリンダ１５により上下方向に回動自在に取り付けられた作業具であるチルト式のグラップルバケット１４とを有する。
【０００９】
グラップルバケット１４は、アーム１２の先端に取り付けられるグラップルバケット本体２０と、対象物を把持できるように対向する２本を一組として、把持方向を９０度ずらして設けられた２組（計４本）の把持爪２１と、それぞれの把持爪２１を駆動する４つのシリンダ３０とを有する。グラップルバケット本体２０には、グラップルバケット１４の対地角を検出する角度センサ８１が設けられている。
【００１０】
図２は、作業機械１００の作業具シリンダ１５を駆動する油圧回路および電気回路を示す図である。この油圧回路および電気回路には、メインポンプ４０と、コントロール弁４１と、メインリリーフ弁４２と、作動油タンク４３とが設けられている。また、この油圧回路および電気回路には、油圧回路の各構成機器を制御するために、パイロットポンプ５０と、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂと、リリーフ弁５２と、本体コントローラ６０と、作業具レバー装置７０とが設けられている。また、後述するグラップルバケット１４の姿勢制御を行うために、専用コントローラ８０と、上述した角度センサ８１と、電源スイッチ８２と、機能スイッチ８３と、リレー８４とが設けられている。作業具レバー装置７０は、いわゆる電気レバーと呼ばれる操作装置であり、操作レバー７１の操作量に応じた制御信号を出力する。
【００１１】
図示しないエンジンによりメインポンプ４０が駆動されると、作動油タンク４３の作動油がコントロール弁４１を介して作業具シリンダ１５のボトム室またはロッド室へ供給される。作業具シリンダ１５へ供給される圧油の最高圧力は、メインリリーフ弁４２によって規定される。コントロール弁４１は、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂからのパイロット圧油によってスプールが駆動されて、作業具シリンダ１５への圧油の流れを制御する。なお、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂは、後述するように、本体コントローラ６０から出力される励磁信号によって制御される。パイロット圧油の最高圧力は、リリーフ弁５２によって規定される。
【００１２】
本体コントローラ６０は、後述するように、リレー８４の接点切り替えによって、作業具レバー装置７０から出力される制御信号、または、専用コントローラ８０から出力される制御信号のいずれかに基づいて、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂの設定圧力を制御する。専用コントローラ８０は、リレー８４の接点を切り替える信号を出力するとともに、リレー８４を介して本体コントローラ６０に後述する制御信号を出力する。
【００１３】
角度センサ８１は、上述したようにグラップルバケット本体２０に取り付けられて、グラップルバケット１４の対地角を検出して専用コントローラ８０に出力する。電源スイッチ８２は、専用コントローラ８０の電源のオン／オフするスイッチである。機能スイッチ８３は、グラップルバケット１４の姿勢制御を行うか否かを選択するスイッチである。
【００１４】
−−−グラップルバケット１４の姿勢制御について−−−
グラップルバケット１４の姿勢制御は、次のように行われる。電源スイッチ８２がオンされた状態で機能スイッチ８３がオンされると、専用コントローラ８０から出力される制御信号に基づいて本体コントローラ６０が比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂの設定圧力を制御するように、専用コントローラ８０はリレー８４の接点を切り替える。また、専用コントローラ８０は、機能スイッチ８３がオンされたときの角度センサ８１の出力信号からグラップルバケット１４の対地角を演算して記憶する。そして、フロント作業腕１０１の姿勢変化に関わらず、機能スイッチ８３がオンされたときのグラップルバケット１４の対地角を維持するように本体コントローラ６０へ制御信号を出力する。
【００１５】
すなわち、電源スイッチ８２がオンされた状態で機能スイッチ８３がオンされると、フロント作業腕１０１の姿勢変化によるグラップルバケット１４の対地角変化を打ち消すように、制御信号が専用コントローラ８０で演算されて本体コントローラ６０へ出力される。これにより、フロント作業腕１０１の姿勢が変化しても、グラップルバケット１４の対地角がフィードバック制御によって、機能スイッチ８３がオンされたときの対地角に維持される。
【００１６】
電源スイッチ８２がオフされるか、電源スイッチ８２がオンされた状態で機能スイッチ８３がオフされると、操作レバー７１の操作量に基づいて本体コントローラ６０が比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂの設定圧力を制御するように、専用コントローラ８０はリレー８４の接点を切り替える。これにより、従来の作業機械と同様に、操作レバー７１の操作量に基づいて作業具シリンダ１５を速度指令で駆動できる。すなわち、操作レバー７１の操作によって、アーム１２の先端においてグラップルバケット１４が任意の角度位置に回動される。
【００１７】
上述した作業機械１００では、たとえば、次のように操作できる。まず、電源スイッチ８２または機能スイッチ８３の少なくともいずれか一方がオフされた状態で、操作レバー７１の操作によってグラップルバケット１４を任意の対地角に回動させる。その後、電源スイッチ８２および機能スイッチ８３の双方がオンされると、以後、フロント作業腕１０１の姿勢が変化しても、グラップルバケット１４の対地角は変化しない。
【００１８】
このため、グラップルバケット１４の対地角を一定に保った状態で行うことが必要とされる様々な作業において、フロント作業腕１０１の姿勢変化に応じて作業具レバー装置７０の操作レバー７１の操作を行わなくてもグラップルバケット１４の対地角を一定に保てる。再び、電源スイッチ８２または機能スイッチ８３の少なくともいずれか一方がオフされると、操作レバー７１の操作によってグラップルバケット１４を任意の対地角に回動できる。
【００１９】
たとえば、グラップルバケット１４によって把持する荷を昇降させるような作業を行う場合、グラップルバケット１４が常に鉛直下向きとなることが望ましい。このような作業を行う際には、たとえば、電源スイッチ８２をオンした状態で機能スイッチ８３をオフして、操作レバー７１の操作によってグラップルバケット１４を鉛直下向きに回動させ、その後、機能スイッチ８３をオンすることで、フロント作業腕１０１の姿勢が変化しても、グラップルバケット１４の姿勢は鉛直下向きに維持される。
【００２０】
また、河川の堤防などの法面施工を行う際には、グラップルバケット１４に代えて、図３に示すような法面施工用バケット３１を作業具として用いることで、法面施工を容易にできる。
【００２１】
上述した第１の実施の形態の作業機械１００では、次の作用効果を奏する。
（１）  フロント作業腕１０１の姿勢が変化しても、フロント作業腕１０１の先端に取り付けられた作業具の対地角を一定に維持できるので、吊り下げ式の作業具を用いたときのように、フロント作業腕１０１の姿勢変化によって作業具が揺れることがなくなり、作業しやすく、作業効率が向上する。
【００２２】
（２）  グラップルバケット本体２０に設けられた角度センサ８１によって、グラップルバケット１４の対地角を検出するように構成した。これにより、グラップルバケット１４の対地角を一定に維持するために必要な角度センサは１つだけであるので、コストアップがわずかである。また、角度センサ８１に基づいてフィードバック制御を行うことによって、フロント作業腕１０１の姿勢が変化しても、グラップルバケット１４の対地角が、機能スイッチ８３がオンされたときの対地角に維持される。これにより、簡単な構成でグラップルバケット１４の対地角を一定に維持できるので、故障が少なく、信頼性が高い。
【００２３】
（３）  フロント作業腕１０１の姿勢変化にかかわらず、グラップルバケット１４の姿勢を鉛直下向きに維持できるので、荷の昇降作業でフロント作業腕１０１の姿勢が変化しても、グラップルバケット１４が揺れることがないので、作業を高速化できるとともに作業者の疲労を低減できる。
【００２４】
（４）  機能スイッチ８３のオンオフによって、グラップルバケット１４の姿勢制御を行うか、従来どおり操作レバー７１の操作でグラップルバケット１４の角度位置を変更するかを選択できるように構成した。これにより、作業内容に応じてグラップルバケット１４の姿勢制御の要不要を作業者が選択できるので、様々な作業に適した汎用性ある作業機械を実現できる。
【００２５】
（５）  グラップルバケット１４の姿勢制御は、任意の対地角で制御できるように構成した。これにより、作業内容に応じた対地角を設定できるので、様々な作業で作業効率を向上できる。
【００２６】
（６）  機能スイッチ８３をオンすると、グラップルバケット１４の対地角が、機能スイッチ８３がオンされたときの対地角に維持されるように構成した。これにより、維持すべきグラップルバケット１４の対地角の設定が容易となる。
【００２７】
（７）  作業具レバー装置７０からの制御信号を本体コントローラ６０へ出力する信号線の途中にリレー８４を挿入し、リレー８４の接点切り替えによって、作業具レバー装置７０から出力される制御信号、または、専用コントローラ８０から出力される制御信号のいずれかに基づいて、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂの設定圧力を制御するように構成した。これにより、従来の作業機械においても、作業具レバー装置から本体コントローラへ制御信号を出力する信号線の途中にリレー８４を挿入することで、上述のように専用コントローラ８０から出力される制御信号に基づいて、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂの設定圧力を制御できる。したがって、従来の作業機械であっても、簡単な改造を施すことで、上述した作用効果を奏する作業機械とすることができる。
【００２８】
−−−第２の実施の形態−−−
図４を参照して、本発明による作業機械の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。第２の実施の形態の作業機械１００では、パイロットポンプ５０の圧油を作業具レバー装置１７０で直接制御する点で、第１の実施の形態と異なる。すなわち、本実施の形態の作業具レバー装置１７０は、油圧レバー式の操作装置であり、パイロットポンプ５０の圧油を直接制御するパイロット弁を有する。
【００２９】
図４は、作業機械１００の作業具シリンダ１５を駆動する油圧回路および電気回路を示す図である。この油圧回路および電気回路には、メインポンプ４０と、コントロール弁４１と、メインリリーフ弁４２と、作動油タンク４３とが設けられている。また、この油圧回路および電気回路には、油圧回路の各構成機器を制御するために、パイロットポンプ５０と、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂと、リリーフ弁５２と、電磁切替弁５５と、作業具レバー装置１７０とが設けられている。また、グラップルバケット１４の姿勢制御を行うために、専用コントローラ８０と、角度センサ８１と、電源スイッチ８２と、機能スイッチ８３とが設けられている。
【００３０】
コントロール弁４１は、電磁切替弁５５によって切り替えられて供給される作業具レバー装置１７０、または、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂからのパイロット圧油によってスプールが駆動されて、作業具シリンダ１５への圧油の流れを制御する。
【００３１】
−−−グラップルバケット１４の姿勢制御について−−−
グラップルバケット１４の姿勢制御は、次のように行われる。電源スイッチ８２がオンされた状態で機能スイッチ８３がオンされると、専用コントローラ８０は、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂからのパイロット圧油でコントロール弁４１のスプールを駆動するように電磁切替弁５５を切り替える。また、専用コントローラ８０は、機能スイッチ８３がオンされたときの角度センサ８１の出力信号からグラップルバケット１４の対地角を演算して記憶する。そして、フロント作業腕１０１の姿勢変化に関わらず、機能スイッチ８３がオンされたときのグラップルバケット１４の対地角を維持するように、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂの設定圧力を制御する制御信号を出力する。
【００３２】
すなわち、電源スイッチ８２がオンされた状態で機能スイッチ８３がオンされると、フロント作業腕１０１の姿勢の変化によるグラップルバケット１４の対地角の変化を打ち消すようにコントロール弁４１のスプールを駆動するための制御信号が専用コントローラ８０で演算されて比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂへ出力される。これにより、フロント作業腕１０１の姿勢が変化しても、グラップルバケット１４の対地角がフィードバック制御によって、機能スイッチ８３がオンされたときの対地角に維持される。
【００３３】
電源スイッチ８２がオフされるか、電源スイッチ８２がオンされた状態で機能スイッチ８３がオフされると、専用コントローラ８０は、作業具レバー装置１７０からのパイロット圧油でコントロール弁４１のスプールを駆動するように電磁切替弁５５を切り替える。これにより、従来の作業機械と同様に、操作レバー１７１の操作量に基づいて作業具シリンダ１５を速度指令で駆動できる。すなわち、操作レバー１７１の操作によって、アーム１２の先端においてグラップルバケット１４が任意の角度位置に回動される。
【００３４】
上述した第２の実施の形態の作業機械１００では、第１の実施の形態の作業機械の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１）  油圧レバー式の作業具レバー装置１７０と、コントロール弁４１との間に電磁切替弁５５を挿入し、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂからのパイロット圧油によってもコントロール弁４１のスプールが駆動されるように構成した。これにより、油圧レバー式の作業具レバー装置を有する従来の作業機械に対しても、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂ、電磁切替弁５５、専用コントローラ８０、角度センサ８１、電源スイッチ８２、および機能スイッチ８３を追加することで、グラップルバケット１４の姿勢制御が可能な作業機械を容易に実現できる。
【００３５】
−−−変形例−−−
（１）  上述の説明では、機能スイッチ８３がオンされると、そのときのグラップルバケット１４の対地角が維持されるように構成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、グラップルバケット１４の対地角が任意の対地角であっても、機能スイッチ８３がオンされると、たとえば鉛直下向きなどの、あらかじめ定められた所定の対地角にグラップルバケット１４が回動されて、その対地角を維持するように構成してもよい。また、任意の対地角を入力して設定する対地角設置器を運転室４に設けて、機能スイッチ８３がオンされると、グラップルバケット１４の対地角が対地角設置器で設定された対地角に維持されるように構成してもよい。
【００３６】
（２）  上述の説明では、アーム１２の先端部分に連結される作業具は、グラップルバケット１４や法面施工用バケット３１であるが、本発明はこれに限定されない。たとえば、作業具として、チルト式の作業具であるフォークグラップルやリフティングマグネットなど、チルト式の各作業具を用いることができる。
【００３７】
（３）  上述した第１の実施の形態では、電源スイッチ８２がオンされた状態で機能スイッチ８３がオンされると、専用コントローラ８０から出力される制御信号に基づいて本体コントローラ６０が比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂの設定圧力を制御するように構成されているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図５に示すように、作業機械１００について、専用コントローラ８０および本体コントローラ６０の機能を有する１つのコントローラ１６０によって、比例電磁式減圧弁５１ａ，５１ｂの設定圧力を制御するようにしてもよい。このように構成することで、いわゆる電気レバー式の操作装置を有する従来の作業機械のコントローラを上述したコントローラ１６０に置き換え、角度センサ８１および機能スイッチ８３を追加することで、従来の作業機械であってもグラップルバケット１４の姿勢制御を行うことが可能となる。
（４）  上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
【００３８】
以上の実施の形態および変形例において、たとえば、作業腕はフロント作業腕１０１に、検出手段および対地角センサは角度センサ８１に、スイッチは機能スイッチ８３にそれぞれ対応する。姿勢制御手段は、第１の実施の形態における本体コントローラ６０と専用コントローラ８０、第２の実施の形態における専用コントローラ８０、および、変形例におけるコントローラ１６０に対応する。対地角設定手段は、作業具レバー装置７０，１７０、角度センサ８１、機能スイッチ８３、および、専用コントローラ８０またはコントローラ１６０によって実現される。モード切り替え手段は、第１の実施の形態における機能スイッチ８３と専用コントローラ８０とによって、第２の実施の形態における機能スイッチ８３と専用コントローラ８０と電磁切替弁５５とによって、および、変形例における機能スイッチ８３とコントローラ１６０とによって実現される。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の実施の形態の作業機械１００を側面からみた図である。
【図２】作業機械１００の作業具シリンダ１５を駆動する油圧回路および電気回路を示す図である。
【図３】法面施工用バケット３１の側面図である。
【図４】第２の実施の形態の作業機械１００の作業具シリンダ１５を駆動する油圧回路および電気回路を示す図である。
【図５】作業機械１００の作業具シリンダ１５を駆動する油圧回路および電気回路の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ブーム                          １２  アーム
１４  グラップルバケット              ３１  法面施工用バケット
１５  作業具シリンダ                  ４１  コントロール弁
５１ａ，５１ｂ  比例電磁式減圧弁      ５５  電磁切替弁
６０  本体コントローラ                ７０，１７０  作業具レバー装置
８０  専用コントローラ                ８１  角度センサ
８３  機能スイッチ                    ８４  リレー
１０１  フロント作業腕                １６０  コントローラ
【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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