(57)【要約】【課題】ツール位置に応じてキャブの動きを規制することでキャブがツールと干渉することを防止でき、作業能率を向上できる作業機械における干渉防止制御装置を提供する。【解決手段】可動的に設けたキャブ位置を検出するキャブ位置センサ43と、作業装置先端のツール位置を検出するブーム角センサ41およびアーム角センサ42をコントローラ77に接続する。キャブ昇降シリンダ32の動作を規制する電磁比例弁75，76をパイロット操作式コントロール弁47のスプール50のパイロット通路中に設け、それらのソレノイドをコントローラ77に接続する。コントローラ77は、キャブ位置センサ43により検出したキャブ（キャブ干渉域）の位置と、ブーム角センサ41およびアーム角センサ42により検出したツールの位置から、それらの位置関係に基づきキャブとツールとが干渉しないように電磁比例弁75，76によりキャブのアクチュエータ動作を制御する。【選択図】図１
2009197439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体に搭載されたキャブおよび作業装置が、機体に対しそれぞれ可動的に設けられた作業機械において、
キャブの位置を検出するキャブ位置センサと、
作業装置に取付けられたツールの位置を検出するツール位置センサと、
キャブを作動するアクチュエータの動作を規制する規制手段と、
ツール位置センサにより検出されたツールの位置とキャブ位置センサにより検出されたキャブの位置とからツールおよびキャブの位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づきキャブとツールとが干渉しないように規制手段によりキャブのアクチュエータ動作を制御するコントローラと
を具備したことを特徴とする作業機械における干渉防止制御装置。
【請求項２】
規制手段によって動作規制されるアクチュエータは、パイロット操作式コントロール弁により動作制御される油圧アクチュエータであり、
規制手段は、パイロット操作式コントロール弁のパイロット通路中に設けられた電磁比例弁である
ことを特徴とする請求項１記載の作業機械における干渉防止制御装置。
【請求項３】
コントローラは、ツールおよびキャブの位置関係から、所定量のキャブ動作でキャブがツールと干渉しないと判断した場合は、電磁比例弁に最大指令信号を出力するとともに、干渉すると判断した場合は、位置関係に応じた指令信号を出力する
ことを特徴とする請求項２記載の作業機械における干渉防止制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機体に対しキャブが可動的に設けられた作業機械における干渉防止制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機体に搭載されたキャブおよび作業装置が機体に対しそれぞれ可動的に設けられた作業機械において、従来のキャブと作業装置との干渉を防止するキャブ干渉防止制御は、キャブの移動した量を検出し、その移動量の実際の検出結果に基づいて、キャブと作業装置とが干渉しないように干渉防止領域を補正し、この補正された干渉防止領域に基づき作業装置の動作を規制するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３３１０７８３号公報（第４−５頁、図３−５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記干渉防止装置は、作業装置をキャブと干渉しない待機姿勢にしてからキャブを移動し、キャブが移動した後で干渉防止領域を補正してから作業装置を動かすので、作業装置が任意の作業姿勢にある状態でキャブを移動すると、キャブが作業装置と干渉すると判断した場合がある。これを防ぐために、キャブの移動に当たって、その都度、作業装置をキャブと干渉しない待機姿勢にすることは、作業能率を低下させる問題がある。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、作業装置のツールの位置に応じてキャブの動きを規制することでキャブがツールと干渉することを防止できるとともに、作業能率を向上できる作業機械における干渉防止制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載された発明は、機体に搭載されたキャブおよび作業装置が、機体に対しそれぞれ可動的に設けられた作業機械において、キャブの位置を検出するキャブ位置センサと、作業装置に取付けられたツールの位置を検出するツール位置センサと、キャブを作動するアクチュエータの動作を規制する規制手段と、ツール位置センサにより検出されたツールの位置とキャブ位置センサにより検出されたキャブの位置とからツールおよびキャブの位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づきキャブとツールとが干渉しないように規制手段によりキャブのアクチュエータ動作を制御するコントローラとを具備した作業機械における干渉防止制御装置である。
【０００６】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の作業機械における干渉防止制御装置において、規制手段によって動作規制されるアクチュエータを、パイロット操作式コントロール弁により動作制御される油圧アクチュエータとし、規制手段を、パイロット操作式コントロール弁のパイロット通路中に設けられた電磁比例弁としたものである。
【０００７】
請求項３に記載された発明は、請求項２記載の作業機械における干渉防止制御装置において、コントローラは、ツールおよびキャブの位置関係から、所定量のキャブ動作でキャブがツールと干渉しないと判断した場合は、電磁比例弁に最大指令信号を出力するとともに、干渉すると判断した場合は、位置関係に応じた指令信号を出力するものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載された発明によれば、コントローラが、ツール位置センサにより検出された作業装置のツールの位置とキャブ位置センサにより検出されたキャブの位置とから、ツールおよびキャブの位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づき規制手段によりキャブのアクチュエータ動作を制御するので、作業装置のツールの位置に応じてこのツールに近づいたキャブの動きを規制することでキャブがツールと干渉することを防止でき、また、作業装置の動きを優先するとともに、許容範囲内ではキャブを自由に動かせるので、作業能率を向上できる。
【０００９】
請求項２に記載された発明によれば、規制手段は、油圧アクチュエータを動作制御するパイロット操作式コントロール弁のパイロット通路中に設けられた電磁比例弁であるので、油圧アクチュエータの動作を高精度に制御して、作業装置のツールとキャブとの干渉を確実に防止できる。
【００１０】
請求項３に記載された発明によれば、コントローラが、ツールおよびキャブの位置関係から、所定量のキャブ動作でキャブがツールと干渉しないと判断した場合は、電磁比例弁に最大指令信号を出力して、作業能率の高いキャブ高速動作が得られるとともに、干渉すると判断した場合は、位置関係に応じた指令信号を電磁比例弁に出力するので、キャブがツールに近づくにしたがって減速して、ショックレスの円滑なキャブ停止動作が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を、図面に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図２は、作業機械10を示し、機体11に作業装置としてのフロント作業装置12が設置され、このフロント作業装置12の側方にて機体11上にキャブ13が、機体11に対し昇降可能に設けられ、機体11とキャブ13との間には、このキャブ13を昇降するキャブ移動装置14が設けられている。機体11は、履帯15を装着された下部走行体16に、上部旋回体17が旋回可能に設けられている。
【００１３】
キャブ13とともに機体11に設置されたフロント作業装置12は、機体11の旋回フレーム20に対し、ブームフートピン21により、ブーム22の基端が回動自在に軸支され、旋回フレーム20とブーム22との間に、ブーム22を上下方向に回動するアクチュエータとしてのブームシリンダ23が設けられ、ブーム22の先端に対し、ブーム先端ピン24により、アーム25の基端が回動自在に軸支され、ブーム22とアーム25との間に、アームを回動するアクチュエータとしてのアームシリンダ26が設けられ、アーム25の先端に、アーム先端ピン27によりツール28が軸支されている。
【００１４】
図示されたツール28は、解体作業などに用いられるグラップルであり、このグラップルは、ワークを把持するためにツール用アクチュエータ（図示せず）により開閉駆動されるので、その径が変化する。ツールとしては、クラムシェルバケット、マグネットまたはフォークなどを用いても良い。
【００１５】
キャブ移動装置14は、キャブ13を所定の姿勢に保つリンク機構31と、キャブ13を昇降駆動するアクチュエータとしてのキャブ昇降シリンダ32とを備えている。
【００１６】
リンク機構31は、機体11の上部旋回体17上に立設された支持塔体33と、キャブ13の下部に一体に設けられたＬ形のリンク接続部34と、支持塔体33の上部とリンク接続部34の後背部との間に常に平行に保たれるようにピン35，36，37，38により回動自在に連結されキャブ昇降シリンダ32により上下方向に回動される上リンク39および下リンク40とを具備している。
【００１７】
キャブ昇降シリンダ32の基端は、支持塔体33の下部にピンにより回動自在に軸支され、キャブ昇降シリンダ32のピストンロッド先端は、上リンク39にピンにより回動自在に連結されている。
【００１８】
このように、キャブ13は、キャブ移動装置14により昇降可能に設けられ、また、フロント作業装置12は、機体11に対しブームフートピン21を中心にブームシリンダ23により回動されるブーム22と、このブーム22に対しブーム先端ピン24を中心にアームシリンダ26により回動されるアーム25と、このアーム25に対しアーム先端ピン27を中心に回動可能なツール28とを備えている。
【００１９】
このフロント作業装置12に取付けられたツール28の位置を検出するツール位置センサとして、ブームフートピン21の一端部には旋回フレーム20に対するブーム22の角度位置を検出するブーム角センサ41が取付けられ、ブーム先端ピン24の一端部にはブーム22に対するアーム25の角度位置を検出するアーム角センサ42が取付けられている。また、ピン35の一端部には、支持塔体33に対する上リンク39の角度位置を検出することでキャブ13の位置を検出するキャブ位置センサ43が設けられている。これらのブーム角センサ41、アーム角センサ42およびキャブ位置センサ43は、回転型ポテンショメータなどを用いる。
【００２０】
図１には、各シリンダを制御する制御回路が示され、キャブ13内には、座席上のオペレータにより手動操作される操作器としての操作弁44，45，46が設置され、一方、機体11側には、下部走行体16に装着された走行モータ（図示せず）、下部走行体16に対し上部旋回体17を旋回駆動する旋回モータ（図示せず）、ブームシリンダ23、アームシリンダ26、キャブ昇降シリンダ32などの油圧アクチュエータを制御するパイロット操作式コントロール弁47が設置されている。
【００２１】
このパイロット操作式コントロール弁47は、ブームシリンダ23、アームシリンダ26およびキャブ昇降シリンダ32のそれぞれを制御するスプール48，49，50を少なくとも含んでいる。
【００２２】
これらのスプール48，49，50は、車載エンジンなどの原動機51により駆動されるメインポンプ52から、タンク53内の作動油がメイン通路54を経てそれぞれ供給されると、これらのスプール48，49，50からブームシリンダ23、アームシリンダ26およびキャブ昇降シリンダ32のそれぞれに供給される作動油をストローク位置により方向制御および流量制御し、戻り油をタンク53に戻す働きがある。
【００２３】
原動機51によりメインポンプ52とともに駆動されるパイロットポンプ55は、リリーフ弁56で設定されたパイロット１次圧のパイロット圧油を、チェック弁57を有する１次圧通路58を経て各操作弁44，45，46に供給する。各操作弁44，45，46は、レバー操作量に応じたパイロット２次圧をパイロット通路としての２次圧通路61，62，63，64，65，66を経て各スプール48，49，50のパイロット操作部に供給する。
【００２４】
キャブ用の２次圧通路65，66中には、規制手段としての電磁比例弁75，76が介在されている。これらの電磁比例弁75，76は、ソレノイドを備え、その各ソレノイドは、コントローラ77の出力部に接続されている。このコントローラ77の入力部には、前記のブーム角センサ41、アーム角センサ42およびキャブ位置センサ43が接続され、さらに、干渉防止制御を開始させるスイッチ78が接続されている。
【００２５】
コントローラ77は、キャブ位置センサ43により検出されたキャブ13の位置（以下、キャブ13の位置は、キャブ13の周囲に設定されたキャブ干渉域80の位置を意味する）と、ブーム角センサ41およびアーム角センサ42により検出されたツール28の位置とからツール28およびキャブ13の位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づきキャブ13とツール28とが干渉しないように電磁比例弁75，76によりキャブ13のアクチュエータ動作を制御する。
【００２６】
次に、図３に示されたフローチャートを参照しながら、コントローラ77による干渉防止制御を説明する。なお、このフローチャートにおける丸数字は、制御手順を示すステップ番号である。
【００２７】
（ステップ１）
ブーム角センサ41およびアーム角センサ42によりブーム角およびアーム角を検出して、これらと既知のブーム長およびアーム長とにより、アーム先端の座標すなわちツール28の位置を求める。
【００２８】
（ステップ２）
キャブ位置センサ43によりリンク機構31の角度を検出することで、キャブ13の位置（キャブ干渉域80の位置）を求める。
【００２９】
（ステップ３）
ツール位置とキャブ位置の位置関係を求める。
【００３０】
（ステップ４）
キャブ上げ操作指令があるか否かを判断する。キャブ上げ操作指令がない場合は、ステップ８に進む。
【００３１】
（ステップ５）
キャブ上げ操作指令がある場合は、所定量すなわち所定角度のキャブ上げ動作で試算したキャブ干渉域80の試算位置80aがツール28の位置と干渉するか否かを判断する。
【００３２】
（ステップ６）
所定角度のキャブ上げ動作でキャブ干渉域80の試算位置80aがツール28の位置と干渉しないと判断した場合は、キャブ上げ用の電磁比例弁76に最大指令信号を出力して、この電磁比例弁76を全開状態に制御する。これにより、操作弁46からのキャブ上げ操作用のパイロット２次圧は規制されないので、操作弁46の操作量に応じたキャブ上げ速度が得られる。
【００３３】
（ステップ７）
所定角度のキャブ上げ動作でキャブ干渉域80の試算位置80aがツール28の位置と干渉すると判断した場合は、ツール28の位置からキャブ干渉域80までの残り角度に応じた指令信号をキャブ上げ用の電磁比例弁76に出力する。これにより、操作弁46からの操作量に応じたキャブ上げ操作用のパイロット２次圧が発生していても、図４に示されるように残り角度が小さくなるほど、コントローラ77から電磁比例弁76に出力される電磁比例弁指令信号を漸次減少させ、操作弁46の操作量と関係なく、電磁比例弁76によりキャブ上げ操作用のパイロット２次圧を、零に至るまで漸次絞っていく。
【００３４】
（ステップ８）
次に、キャブ下げ操作指令があるか否かを判断する。キャブ下げ操作指令がない場合は、ステップ12に進む。
【００３５】
（ステップ９）
キャブ下げ操作指令がある場合は、所定角度のキャブ下げ動作で試算したキャブ干渉域80の試算位置80aがツール28の位置と干渉するか否かを判断する。
【００３６】
（ステップ10）
所定角度のキャブ下げ動作でキャブ干渉域80の試算位置80aがツール28の位置と干渉しないと判断した場合は、キャブ下げ用の電磁比例弁75に最大指令信号を出力して、この電磁比例弁75を全開状態に制御する。これにより、操作弁46からのキャブ下げ操作用のパイロット２次圧は規制されないので、操作弁46の操作量に応じたキャブ下げ速度が得られる。
【００３７】
（ステップ11）
所定角度のキャブ下げ動作でキャブ干渉域80の試算位置80aがツール28の位置と干渉すると判断した場合は、ツール28の位置からキャブ干渉域80までの残り角度に応じた指令信号をキャブ下げ用の電磁比例弁75に出力する。これにより、操作弁46からの操作量に応じたキャブ下げ操作用のパイロット２次圧が発生していても、図４に示されるように残り角度が小さくなるほど、コントローラ77から電磁比例弁75に出力される電磁比例弁指令信号を漸次減少させ、操作弁46の操作量と関係なく、電磁比例弁75によりキャブ下げ操作用のパイロット２次圧を、零に至るまで漸次絞っていく。
【００３８】
（ステップ12）
スイッチ78のオン／オフにより、干渉防止制御が終了したか否かを判断して、干渉防止制御が継続される間は、ステップ１に戻る。
【００３９】
以上のように、図３に示された制御例では、コントローラ77が、キャブ移動装置14に取付けられたキャブ位置センサ43で検出されたキャブ位置と、フロント作業装置12の各関節に取付けられたブーム角センサ41およびアーム角センサ42で検出されたフロント姿勢から算出したツール位置とを常に把握し、キャブ13とツール28との位置関係を常時監視して、キャブ13の移動によってキャブ13がツール28に近づいた場合、キャブ移動中のキャブ移動装置14のキャブ昇降シリンダ32への出力を電磁比例弁75，76により制限することで、キャブ干渉防止制御を行なう。
【００４０】
次に、上記実施の形態の効果を説明する。
【００４１】
図１乃至図３に示された干渉防止制御によれば、コントローラ77が、ツール位置センサとしてのブーム角センサ41およびアーム角センサ42により検出されたフロント作業装置12のツール28の位置と、キャブ移動装置14に取付けられたキャブ位置センサ43で検出されたキャブ干渉域80の位置とから、ツール28およびキャブ13の位置関係を求めるとともに、その位置関係に基づき電磁比例弁75，76によりキャブ13のアクチュエータであるキャブ昇降シリンダ32の動作を、オペレータ操作と無関係に規制するように制御するので、フロント作業装置12のツール28の位置に応じてこのツール28に近づいたキャブ13の動きを規制することでキャブ13がツール28と干渉することを防止でき、また、フロント作業装置12の動きを優先するとともに、許容範囲内ではキャブ13を自由に動かせるので、作業能率を向上できる。
【００４２】
図１に示された制御回路によれば、規制手段は、キャブ昇降シリンダ32を動作制御するパイロット操作式コントロール弁47のスプール50のパイロット操作部に連通接続された２次圧通路65，66中に設けられた電磁比例弁75，76であるので、油圧アクチュエータの動作を高精度に制御して、フロント作業装置12のツール28とキャブ13との干渉を確実に防止できる。
【００４３】
図４に示されるように、コントローラ77は、所定量すなわち所定角度のブーム動作、アーム動作またはキャブ動作をしても、ツール28とキャブ13とが干渉しないと判断した場合（残り角度が大きい場合）は、電磁比例弁75，76に最大指令信号を出力して、作業能率の高い高速動作が得られるとともに、干渉しようとする場合（残り角度が小さい場合）は、位置関係に応じた指令信号を電磁比例弁75，76に出力するので、ツール28とキャブ13とが近づくにしたがって減速して、ショックレスの円滑な停止動作が得られる。
【００４４】
本発明は、可動型キャブを備えた作業機械に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る作業機械における干渉防止制御装置の一実施の形態を示す制御回路図である。
【図２】同上制御装置を備えた作業機械の側面図である。
【図３】同上制御装置のコントローラが処理する干渉防止制御の内容を示すフローチャートである。
【図４】同上制御装置のコントローラから電磁比例弁に出力される指令信号の特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４６】
10    作業機械
11    機体
12    作業装置としてのフロント作業装置
13    キャブ
28    ツール
32    アクチュエータとしてのキャブ昇降シリンダ
41    ツール位置センサとしてのブーム角センサ
42    ツール位置センサとしてのアーム角センサ
43    キャブ位置センサ
47    パイロット操作式コントロール弁
65，66    パイロット通路としての２次圧通路
75，76    規制手段としての電磁比例弁
77    コントローラ
【図１】
2009197439.tif 000003
【図２】
2009197439.tif 000004
【図３】
2009197439.tif 000005
【図４】
2009197439.tif 000006