(57)【要約】      （修正有）【課題】作業腕や作業具の破損を防止できる作業機械を提供する。【解決手段】制御回路３６は、圧力センサ４０１の検出圧力に基づき、作業負荷に応じて把持装置の位置・姿勢を追従させた際の作業具シリンダのシリンダロッドの伸縮方向を判定するとともに、アキュムレータの蓄圧油量を算出し、アキュムレータの蓄圧油量に相当するシリンダロッドの伸縮量を算出する。制御回路３６は、算出したシリンダロッドの伸縮量だけ、作業負荷に応じて把持装置の位置・姿勢を追従させたときとは逆方向に作業具シリンダのシリンダロッドを伸縮させた際の、アームに対する把持装置の仮想の位置・姿勢を仮想姿勢演算部７０３で算出する。そして、制御回路３６は、実際のフロント作業腕および把持装置の位置・姿勢と、算出した把持装置の仮想の位置・姿勢をモニタ５５０に表示させる。【選択図】図５
2009281080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機本体に対して、回動可能に取り付けられた作業腕と、
前記作業腕に取り付けられる作業具と、
前記作業機本体に対する前記作業腕または前記作業具の姿勢を変更するための操作者の操作を受け付ける操作手段と、
前記操作手段が受け付けた前記操作者の操作に基づいて、前記作業機本体に対する前記作業腕または前記作業具の位置および姿勢を決定する位置・姿勢決定手段と、
前記位置・姿勢決定手段で決定される前記作業腕または前記作業具の位置・姿勢を変更することで、前記作業具に接触して外力を与える接触物の動きに前記作業腕または前記作業具を追従させる追従可能化手段と、
前記追従可能化手段によって前記接触物の動きに前記作業腕または前記作業具を追従させるか否かを切り替える切替手段と、
前記追従可能化手段によって前記作業具に接触して外力を与える接触物の動きに追従させた前記作業腕および前記作業具の追従量を算出する追従量算出手段と、
前記追従量算出手段で算出した前記作業腕および前記作業具の追従量に基づいて、前記作業腕および前記作業具の追従状態を表示する追従状態表示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、
前記作業機本体に対する前記作業腕および前記作業具の位置・姿勢を検出する位置・姿勢検出手段をさらに備え、
前記追従状態表示手段は、前記追従量算出手段で算出した前記作業腕および前記作業具の追従量と、前記位置・姿勢検出手段で検出した前記作業機本体に対する前記作業腕および前記作業具の位置・姿勢とに基づいて、前記作業機本体に対する前記作業腕および前記作業具の位置・姿勢と、前記追従可能化手段によって前記接触物の動きに前記作業腕または前記作業具を追従させなかったと仮定した場合の前記作業機本体に対する前記作業腕および前記作業具の位置・姿勢とを表示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、
前記接触物から与えられる外力を表す数値を算出する外力算出手段をさらに備え、
前記追従状態表示手段は、前記外力算出手段で算出した前記接触物から与えられる外力を表す数値をさらに表示することを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項２に記載の作業機械において、
前記位置・姿勢決定手段は、シリンダロッドを伸縮させることで前記作業腕および前記作業具の位置・姿勢を決定する油圧シリンダであり、
前記追従可能化手段は、前記油圧シリンダに供給される圧油を吸収または放出することで、前記シリンダロッドを伸縮させて前記作業腕および前記作業具の位置・姿勢を変更するアキュムレータであり、
前記アキュムレータに蓄圧される圧油の圧力を検出する圧力検出手段をさらに備え、
前記追従量算出手段は、前記圧力検出手段で検出された前記アキュムレータに蓄圧される圧油の圧力に対応する前記シリンダロッドの伸縮量を算出し、算出した前記シリンダロッドの伸縮量から前記作業腕および前記作業具の追従量を算出し、算出した前記作業腕および前記作業具の追従量と、前記位置・姿勢検出手段で検出した前記作業機本体に対する前記作業腕および前記作業具の位置・姿勢とに基づいて、前記作業機本体に対する前記作業腕および前記作業具の位置・姿勢と、前記追従可能化手段によって前記接触物の動きに前記作業腕または前記作業具を追従させなかったと仮定した場合の前記作業機本体に対する前記作業腕および前記作業具の位置・姿勢とを表示す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、作業腕を有する作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルをベースとして、アーム先端の作業具を取り替えることで種々の作業を行うことができる作業機械が知られている。また、この作業機械に取り付けられる作業具として、作業具にかかる過負荷によるアームの破損を防止するために、作業具からアームへ作用する負荷を緩和するスプリング装置が取り付けられた作業具が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２９５９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の作業具では、作業機械のアームや作業具の破損を抑制できるほか、高所作業や遠隔作業、水中作業などのように、操作者が目視し難い作業条件において、作業対象物への作業具の位置合わせが容易となる。しかし、上述した従来の作業具では、作業対象物の目視がし難くなるにつれて作業具の負荷の緩和状態（作業具の外力への追従状態）を把握し難くなるため、作業中にスプリング装置の負荷緩和範囲を超えてしまい、作業対象物やアーム、作業具を破損させる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による作業機械は、作業機本体に対して、回動可能に取り付けられた作業腕と、作業腕に取り付けられる作業具と、作業機本体に対する作業腕または作業具の姿勢を変更するための操作者の操作を受け付ける操作手段と、操作手段が受け付けた操作者の操作に基づいて、作業機本体に対する作業腕または作業具の位置および姿勢を決定する位置・姿勢決定手段と、位置・姿勢決定手段で決定される作業腕または作業具の位置・姿勢を変更することで、作業具に接触して外力を与える接触物の動きに作業腕または作業具を追従させる追従可能化手段と、追従可能化手段によって接触物の動きに作業腕または作業具を追従させるか否かを切り替える切替手段と、追従可能化手段によって作業具に接触して外力を与える接触物の動きに追従させた作業腕および作業具の追従量を算出する追従量算出手段と、追従量算出手段で算出した作業腕および作業具の追従量に基づいて、作業腕および作業具の追従状態を表示する追従状態表示手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、作業腕や作業具の破損を予防できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１〜６を参照して、本発明による作業機械の一実施の形態を説明する。図１に示すように、油圧ショベルをベースとした作業機械１００においては、走行体１２に旋回体１１が旋回可能に取り付けられている。旋回体１１の前部には運転室１１ａが取り付けられている。運転室１１ａ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１１ｂが設けられている。
【０００８】
旋回体１１には多関節の腕を有するフロント作業腕１０が取り付けられている。フロント作業腕１０は、ブームシリンダ１４により上下方向に揺動自在に旋回体１１に取り付けられたブーム１３と、ブーム１３に連結されてアームシリンダ１６により上下方向に揺動自在に取り付けられたアーム１５と、アーム１５の先端部分に連結されて作業具シリンダ１８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把持装置１０１とを有する。各シリンダ１４，１６，１８には、シリンダロッドのストロークを検出するストロークセンサ５０１〜５０３が取り付けられている。
【０００９】
図２に把持装置１０１の構造を示す。把持装置１０１は、アーム１５の先端に取り付けられる把持装置本体１７と、先端側で対象物を把持できるように対向して設けられた一対の把持爪１９と、把持爪１９を開閉駆動するシリンダ２０とを有する。シリンダ２０には、シリンダロッドのストロークを検出するストロークセンサ５０４が取り付けられている。
【００１０】
図３は、作業機械１００の作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路を示す図である。以下の説明では作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路について説明する。ブームシリンダ１４、アームシリンダ１６およびシリンダ２０を駆動する油圧回路については特に詳述はしないが、後述する作業負荷追従装置２００が設けられていない点を除き、作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路と同様の構成である。なお、本実施の形態の作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路は、作業負荷追従装置２００が設けられていない従来の作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路に対して、作業負荷追従装置２００を付加したものである。
【００１１】
この油圧回路には、メインポンプ３１と、コントロール弁３０と、メインリリーフ弁３３と、作動油タンク３２と、作業負荷追従装置２００とが設けられている。また、この油圧回路には、コントロール弁３０を制御するために、操作レバー３４と、制御回路３６とが設けられている。操作レバー３４は、いわゆる電気レバーと呼ばれる電気式操作レバーである。制御回路３６には、運転室１１ａに設けられたオンオフスイッチ６０１およびモニタ５５０が接続されている。
【００１２】
メインポンプ３１は作業機械１００の各アクチュエータに圧油を供給するポンプであり、図示しないエンジンにより駆動されると作動油タンク３２の作動油をコントロール弁３０を介して作業具シリンダ１８に供給する。メインポンプ３１から供給される圧油は、不図示の各コントロール弁を介してブームシリンダ１４、アームシリンダ１６、シリンダ２０にも供給される。メインリリーフ弁３３は、この油圧回路の最高圧力を規定する。
【００１３】
作業負荷追従装置２００には、圧力センサ４０１と、コントロール弁４０２と、アキュムレータ３９と、リリーフ弁４０と、流量センサ９０１とが設けられている。圧力センサ４０１は作業具シリンダ１８とコントロール弁４０２とを接続する油路４１，４２の途中に設けられ、油路４１，４２の圧力をそれぞれ検出する。圧力センサ４０１は制御回路３６に接続されている。油路４１は作業具シリンダ１８のボトム側油室１８ａと接続され、油路４２ａは作業具シリンダ１８のロッド側油室１８ｂに接続されている。
【００１４】
コントロール弁４０２は、油路４１，４２と油路４５，４６との接続状態を切り換える電磁式のコントロール弁である。コントロール弁４０２のスプールは、制御回路３６からの制御信号によって、後述するように切り替えられる。
【００１５】
アキュムレータ３９は、油路４５に接続されて、油路４５の圧油を吸収し、または吸収した圧油を油路４５に放出する。リリーフ弁４０は、油路４５の圧力が設定圧力を超えると油路４５の圧油を、油路４７を介して油路４６へ逃がす。リリーフ弁４０は、設定圧力がメインリリーフ弁３３の設定圧力よりも低い圧力に設定されており、主にアキュムレータ３９の保護のために配設されている。なお、油路４６は作動油タンク３２に接続されている。流量センサ９０１は油路４７の途中に設けられており、リリーフ弁４０からリリーフされた油路４５の圧油の流量を検出する。
【００１６】
制御回路３６は、操作レバー３４の操作量に応じた指令値をコントロール弁３０のソレノイドに出力する。また、制御回路３６は、オンオフスイッチ６０１のオンオフ状態、操作レバー３４の操作状況、および圧力センサ４０１の検出圧力に基づいて、コントロール弁４０２のスプールの位置を切り替える。制御回路３６によるコントロール弁４０２のスプールの位置切り替えのための条件については後に詳述する。
【００１７】
このように構成される作業機械１００では、各操作レバーが操作されると各油圧シリンダに対応する各コントロール弁のスプールが駆動され、各操作レバーの操作量に応じた速度で各油圧シリンダが駆動される。たとえば、作業具シリンダ１８では、操作レバー３４が操作されると、操作レバー３４の操作量に応じてコントロール弁３０のスプールが駆動されるよう制御回路３６から制御信号が出力される。その結果、作業具シリンダ１８が操作レバー３４の操作量に応じた速度で駆動される。
【００１８】
ブームシリンダ１４の図示しないボトム側油室に圧油が供給されると、ブーム１３は旋回体１１に対して上方向に揺動駆動され、図示しないロッド側油室に圧油が供給されると、ブーム１３は旋回体１１に対して下方向に揺動駆動される。アームシリンダ１６の図示しないボトム側油室に圧油が供給されると、アーム１５はブーム１３に対して下方向に揺動駆動され、図示しないロッド側油室に圧油が供給されると、アーム１５はブーム１３に対して上方向に揺動駆動される。
【００１９】
作業具シリンダ１８のボトム側油室１８ａに圧油が供給されると、把持装置１０１はアーム１５に対して下方向に揺動駆動され、ロッド側油室１８ｂに圧油が供給されると、把持装置１０１はアーム１５に対して上方向に揺動駆動される。シリンダ２０の図示しないボトム側油室に圧油が供給されると、一対の把持爪１９は把持方向に駆動され、図示しないロッド側油室に圧油が供給されると、一対の把持爪１９は開放方向に駆動される。
【００２０】
−−−作業負荷追従装置２００および作業具シリンダ１８の動作について−−−
制御回路３６がコントロール弁４０２のスプールの位置を切り替えることで、作業負荷追従装置２００および作業具シリンダ１８は次のように動作する。オンオフスイッチ６０１がオンされており、かつ、作業具シリンダ１８を駆動する操作レバー３４が操作されていない場合、制御回路３６は、圧力センサ４０１で検出した圧力に基づいて、油路４１と油路４２のうち、少なくとも一方の油路の圧力が所定の圧力よりも高い場合には、圧力が高い方の油路が油路４５と接続されるようにコントロール弁４０２のスプールの位置を切り替える。
【００２１】
なお、オンオフスイッチ６０１がオンされており、かつ、作業具シリンダ１８を駆動する操作レバー３４が操作されていない場合であっても、圧力センサ４０１で検出した圧力に基づいて、油路４１と油路４２の双方の圧力が同等の場合、または、油路４１と油路４２の双方の圧力が所定の圧力よりも低い場合には、制御回路３６は、油路４１，４２と油路４５，４６とを遮断するようにコントロール弁４０２のスプールの位置を切り替える。また、オンオフスイッチ６０１がオンされていても、作業具シリンダ１８を駆動する操作レバー３４が操作されている場合や、オンオフスイッチ６０１がオフされている場合には、制御回路３６は、油路４１，４２と油路４５，４６とを遮断するようにコントロール弁４０２のスプールの位置を切り替える。
【００２２】
したがって、オンオフスイッチ６０１がオンされており、かつ、作業具シリンダ１８を駆動する操作レバー３４が操作されていない場合、作業具シリンダ１８の挙動はコントロール弁４０２およびアキュムレータ３９の影響を受ける。作業具シリンダ１８を駆動する操作レバー３４が操作されていない状態のまま、把持爪１９が作業対象物と接触すると、作業具シリンダ１８の各油室１８ａ，１８ｂの圧油がコントロール弁３０で流出しないように止められているため、いずれかの油室１８ａ，１８ｂの圧力は把持爪１９と作業対象物との接触力（作業負荷）に応じて上昇する。そして、油室１８ａ，１８ｂと連通する油路４１，４２の圧力が、いずれか一方が高圧となり、他方が低圧となる。油路４１と油路４２のうち、高圧となった方の油路の圧力が所定の圧力を超えたことを圧力センサ４０１で検出すると、制御回路３６は圧力が高圧となった方の油路を油路４５と接続し、圧力が低圧となった方の油路を油路４６に接続するようにコントロール弁４０２のスプールの位置を切り替える。その結果、油室１８ａ，１８ｂのうち高圧となった方の油路と連通する油室（以下、高圧側油室と呼ぶ）の圧油がアキュムレータ３９に吸収される。これにより、アキュムレータ３９が作業負荷に対するバネ要素として作用するので、作業負荷の急激な上昇を防止できる。
【００２３】
高圧側油室の圧油は、圧力がリリーフ弁４０の設定圧力に上昇するまではアキュムレータ３９に吸収・蓄積される。高圧側油室の圧油は、圧力がリリーフ弁４０の設定圧力に上昇するとリリーフ弁４０から作動油タンク３２に解放される。すなわち、リリーフ弁４０はアキュムレータ３９に作用する圧油の圧力を規制してアキュムレータ３９を保護する。またリリーフ弁４０は設定圧に応じた任意の作業負荷（接触力）によって把持爪１９が作業対象物へ接触することを可能とする。なお、上述のように高圧側油室の圧油をアキュムレータ３９で吸収する場合には、作業具シリンダ１８を駆動する操作レバー３４が操作されていないので、高圧側油室の圧油がコントロール弁３０を介して外部に流出することはない。
【００２４】
このように、高圧側油室の圧油が作業負荷に応じてアキュムレータ３９で吸収・蓄積されるので、アキュムレータ３９による圧油の蓄積量に応じて作業具シリンダ１８が伸縮して把持装置１０１が揺動する。作業負荷が低減すると、アキュムレータ３９で蓄積されていた圧油が高圧側油室に戻るので、作業具シリンダ１８が伸縮する。したがって、把持装置１０１は作業負荷の大小に応じて揺動する。すなわち、高圧側油室の圧油を作業負荷に応じてアキュムレータ３９で吸収・蓄積し、および放出することによって、把持装置１０１が揺動するので、把持爪１９に接触して外力を与える作業対象物の動きに追従するように（把持爪１９に作用する外力に応じて）把持装置１０１の位置・姿勢が変更される。
【００２５】
作業負荷の作用時の油路４５の圧力がリリーフ弁４０の設定圧力以下であれば、高圧側油室の圧油はリリーフ弁４０を介して作動油タンク３２に戻っていない。この場合、作業負荷が作用しなくなってアキュムレータ３９に蓄積されていた圧油が高圧側油室に戻ると、作業具シリンダ１８のシリンダロッドは作業負荷の作用前の伸縮位置に復帰する。
【００２６】
作業負荷の作用時の油路４５の圧力がリリーフ弁４０の設定圧力を超えていれば、高圧側油室の圧油はリリーフ弁４０を介して作動油タンク３２に戻る。この場合、作業負荷が作用しなくなってアキュムレータ３９に蓄積されていた圧油が高圧側油室に戻ると、作業具シリンダ１８のシリンダロッドは作業負荷の作用前の伸縮位置に近づくように復帰するが、作動油タンク３２に戻った圧油の分だけ復帰量が減少する。
【００２７】
このように、コントロール弁４０２で油路４１，４２と油路４５，４６とを連通することで作業負荷追従装置２００が作業具シリンダ１８の動作に影響を与える。したがって、たとえば把持装置１０１で対象物を把持する際に、把持爪１９に作用する外力に応じて把持装置１０１の位置・姿勢を追従させる場合には、オンオフスイッチ６０１をオンとすればよい。
【００２８】
たとえば図４（ａ）に示すように、把持すべき対象物の位置が対向する把持爪１９の中間地点からずれている場合、対象物を把持する際に、一対の把持爪１９のうちのいずれか一方が対象物に先に当接する。すなわち、把持爪１９が対象物に片当たりする。この状態のまま把持爪１９を閉じていくと、対象物に当接した一方の把持爪１９から対象物に対して力Ｗ１が作用するが、同時に力Ｗ１の反作用で力Ｗ２が対象物に当接した一方の把持爪１９に作用する。把持爪１９に作用する力Ｗ２によって、ブーム１３、アーム１５および把持装置１０１には、曲げモーメントＭ１，Ｍ２，Ｍ３が作用する。
【００２９】
力Ｗ１が過大となると、対象物を破損する恐れがあり、力Ｗ２が過大となると、把持装置１０１やフロント作業腕１０が過負荷で破損する恐れがある。しかし、把持装置１０１で対象物を把持する際にオンオフスイッチ６０１がオンされていれば、上述したように、コントロール弁４０２で油路４１，４２のうち圧力が高い方の油路が油路４５と連通されるので、曲げモーメントＭ３によって圧力が上昇した作業具シリンダ１８の高圧側油室の圧油がアキュムレータ３９に吸収される。これにより、アキュムレータ３９が力Ｗ２に起因する曲げモーメントＭ３に対するバネ要素として作用する。
【００３０】
その結果、図４（ｂ）に示すように、把持装置１０１が矢印ｂ１で示すように曲げモーメントＭ３を緩和するように回動して、対向する把持爪１９の中間地点で対象物を把持できる。これにより、把持爪１９に作用する力Ｗ２、対象物に作用する力Ｗ１、曲げモーメントＭ１，Ｍ２，Ｍ３の急激な上昇を防止して、把持対象物、把持装置１０１およびフロント作業腕１０の破損を防止できるとともに、繊細さが要求される軽負荷のハンドリングに好適である。また、オペレータから見難い位置に対象物がある場合であっても、把持装置１０１の位置合わせの際に、把持装置１０１の位置を厳密に調整しなくても、作業負荷追従装置２００が把持装置１０１の位置合わせの誤差を吸収するので、作業効率が向上する。
【００３１】
オンオフスイッチ６０１がオフされている場合、上述したように、コントロール弁４０２で油路４１，４２と油路４５，４６とが遮断されるので、作業具シリンダ１８の挙動はコントロール弁３８およびアキュムレータ３９の影響を受けない。これにより、把持装置１０１は、作業具シリンダ１８を駆動する（把持装置１０１を揺動操作する）操作レバー３４の操作に従い、ボトム側油室１８ａに圧油が供給された場合には、アーム１５に対して下方向に揺動駆動され、ロッド側油室１８ｂに圧油が供給された場合には、アーム１５に対して上方向に揺動駆動される。
【００３２】
把持装置１０１を揺動操作する操作レバー３４が操作された状態のまま、把持爪１９が作業対象物と接触して把持装置１０１の揺動が停止された状態となると、作業具シリンダ１８に供給される圧油の圧力はメインリリーフ弁３３で規定される圧力まで上昇する。把持装置１０１を操作する操作レバー３４が操作されない状態で、たとえばアーム１５が揺動されるなどして把持爪１９が作業対象物と接触すると、作業具シリンダ１８のいずれかの油室１８ａ，１８ｂの圧力は作業負荷に応じて上昇する。把持装置１０１を揺動操作する操作レバー３４が操作されない状態では、作業具シリンダ１８の油室１８ａ，１８ｂの圧油の外部への流出がコントロール弁３０，４０２で遮られるため、把持装置１０１が揺動することはない。
【００３３】
このように、コントロール弁４０２で油路４１，４２と油路４５，４６とを遮断することで作業負荷追従装置２００が作業具シリンダ１８の動作に影響しなくなる。したがって、把持装置１０１で対象物を把持する際に、把持爪１９に作用する外力に応じて把持装置１０１の位置・姿勢を追従させない場合には、オンオフスイッチ６０１をオフとすればよい。
【００３４】
−−−把持装置１０１の追従状態の表示について−−−
本実施の形態の作業機械１００では、上述したように作業機械１００のフロント作業腕１０や把持装置１０１の破損を防止できる。また、上述したように一方の把持爪１９だけが把持対象物に当たっても、把持装置１０１の位置・姿勢が作業負荷に応じて変化するので、作業対象物への把持装置１０１の位置合わせを厳密に行わなくてもよく、高所作業や遠隔作業、水中作業などのように、作業機械１００の使用者（操作者）が目視し難い作業条件でも、作業対象物への把持装置１０１の位置合わせが容易となる。しかし、作業対象物の目視がし難くなるにつれて把持装置１０１の負荷の緩和状態（把持装置１０１の作業負荷への追従状態）を把握し難くなるため、把持装置１０１の位置・姿勢変化の許容範囲を予期せず超えてしまい、作業対象物やフロント作業腕１０、把持装置１０１を破損する恐れがある。また、作業対象物の目視がし難くなるにつれて、把持装置１０１の位置・姿勢変化の許容範囲に把持装置１０１の位置をあらかじめ合わせておくことも難しくなる。
【００３５】
そこで、本実施の形態の作業機械１００では、把持装置１０１の作業負荷への追従状態を運転室１１ａに設けられたモニタ５５０に表示して操作者（オペレータ）に提示することで、これらの課題を解決する。具体的には、制御回路３６が、次のようにして把持装置１０１の作業負荷への追従状態を算出して、モニタ５５０にフロント作業腕１０および把持装置１０１の位置・姿勢として表示する。図５は、把持装置１０１の作業負荷への追従状態の算出に関するブロック図である。制御回路３６は、作業具シリンダ操作判定部７０１と、位置・姿勢演算部７０２と、仮想位置・姿勢演算部７０３と、アキュムレータ特性記憶部７０４と、作業負荷演算部７０５と、描画処理部７０６と、作業腕寸法記憶部７０７とを有する。
【００３６】
作業具シリンダ操作判定部７０１は、把持装置１０１の揺動操作を行う操作レバー３４から操作量の信号を受信して操作レバー３４の操作の有無を判断し、判断結果を仮想位置・姿勢演算部７０３に出力する。位置・姿勢演算部７０２は、各ストロークセンサ５０１〜５０４の検出信号と、作業腕寸法記憶部７０７に記憶されたフロント作業腕１０のブーム１３、アーム１５および把持装置１０１の寸法に関する情報とに基づいて、旋回体１１に対するブーム１３、アーム１５、把持装置１０１の位置・姿勢、および、把持爪１９の開閉位置を演算する。
【００３７】
すなわち、位置・姿勢演算部７０２は、作業腕寸法記憶部７０７に記憶されたブーム１３の寸法に関する情報（たとえばブーム１３の形状やブームシリンダ１４の取付位置に関する情報）と、ストロークセンサ５０１の検出信号とに基づいて、旋回体１１に対するブーム１３の姿勢を演算する。同様に、位置・姿勢演算部７０２は、ブーム１３に対するアーム１５の姿勢、アーム１５に対する把持装置１０１の姿勢を演算する。また、位置・姿勢演算部７０２は、把持装置１０１の把持爪１９を開閉駆動するリンク機構の寸法に関する情報と、ストロークセンサ５０４の検出信号とに基づいて、把持爪１９の開閉角度を演算する。以上の演算結果から、位置・姿勢演算部７０２は、旋回体１１に対するブーム１３、アーム１５、把持装置１０１の位置・姿勢、および、把持爪１９の開閉位置を算出する。位置・姿勢演算部７０２における演算結果は仮想位置・姿勢演算部７０３、作業負荷演算部７０５、および描画処理部７０６に出力される。
【００３８】
アキュムレータ特性記憶部７０４は、アキュムレータ３９の特性、すなわちアキュムレータ３９の圧力と蓄圧油量との関係を記憶している。作業負荷演算部７０５は、アキュムレータ特性記憶部７０４に記憶されたアキュムレータ３９の特性と、圧力センサ４０１で検出した油路４１，４２の圧油の圧力とから、アキュムレータ３９で蓄圧した圧油の油量を算出する。そして、作業負荷演算部７０５は、圧力センサ４０１で検出した圧力のうち、いずれの油路４１，４２の圧力が高いのかを判断することで、作業具シリンダ１８のいずれの油室１８ａ，１８ｂの圧油を蓄圧したのかを判断する。次いで、作業負荷演算部７０５は、当該判断結果と、先に算出した油量と、作業腕寸法記憶部７０７で記憶された作業具シリンダ１８のシリンダ内径およびシリンダロッド外径とに基づいて、アキュムレータ３９による圧油の蓄圧による作業具シリンダ１８のシリンダロッドの伸縮方向および伸縮量を算出する。
【００３９】
すなわち、作業負荷演算部７０５は、圧力センサ４０１で検出した圧力に基づいて、油路４１の方が油路４２よりも圧力が高いと判断すると、作業具シリンダ１８のボトム側油室１８ａの圧油を蓄圧したと判断し、アキュムレータ３９による圧油の蓄圧によって、作業具シリンダ１８のシリンダロッドが縮退したと判断する。そして、作業負荷演算部７０５は、作業腕寸法記憶部７０７で記憶された作業具シリンダ１８のシリンダ内径からボトム側油室１８ａにおけるピストン面積を算出し、先に算出した油量をピストン面積で除して、作業具シリンダ１８のシリンダロッドの縮退量を算出する。
【００４０】
また、作業負荷演算部７０５は、圧力センサ４０１で検出した圧力に基づいて、油路４２の方が油路４１よりも圧力が高いと判断すると、作業具シリンダ１８のロッド側油室１８ｂの圧油を蓄圧したと判断し、アキュムレータ３９による圧油の蓄圧によって、作業具シリンダ１８のシリンダロッドが伸長したと判断する。そして、作業負荷演算部７０５は、作業腕寸法記憶部７０７で記憶された作業具シリンダ１８のシリンダ内径とシリンダロッドの外径とからロッド側油室１８ｂにおけるピストン面積を算出し、先に算出した油量をピストン面積で除して、作業具シリンダ１８のシリンダロッドの伸長量を算出する。
【００４１】
なお、作業負荷演算部７０５は、作業腕寸法記憶部７０７で記憶している把持装置１０１の重量や重心位置の情報、位置・姿勢演算部７０２で演算した把持装置１０１の位置・姿勢に関する情報に基づいて、把持装置１０１に作用する重力が圧力センサ４０１で検出した圧力に及ぼす影響を排除した上で、上述したシリンダロッドの伸縮量を算出する。また、作業負荷演算部７０５は、リリーフ弁４０から圧油がリリーフされていた場合には、先に算出したアキュムレータ３９で蓄圧した圧油の油量に、流量センサ９０１で検出したリリーフ弁４０からの圧油のリリーフ量を加算した上で、作業具シリンダ１８のシリンダロッドの縮退量または伸長量を算出する。
【００４２】
作業負荷演算部７０５は、算出した作業具シリンダ１８のシリンダロッドの縮退量または伸長量を仮想位置・姿勢演算部７０３へ出力する。また、作業負荷演算部７０５は、先に算出したピストン面積に圧力センサ４０１で検出した圧力を乗じて、作業具シリンダ１８の推力を算出し、描画処理部７０６へ出力する。
【００４３】
仮想位置・姿勢演算部７０３は、把持装置１０１を揺動操作する操作レバー３４が操作されていないと、作業具シリンダ操作判定部７０１が判断している場合に限り、仮に作業負荷追従装置２００によって把持爪１９に作用する外力に応じて把持装置１０１の位置・姿勢を追従させなかったときに、把持装置１０１がどのような位置・姿勢となるのかを、次のようにして算出する。
【００４４】
すなわち、仮想位置・姿勢演算部７０３は、位置・姿勢演算部７０２で演算された旋回体１１に対するブーム１３、アーム１５、把持装置１０１の位置・姿勢と、作業負荷演算部７０５で演算された作業具シリンダ１８のシリンダロッドの縮退量または伸長量と、作業腕寸法記憶部７０７に記憶されたフロント作業腕１０の各部の寸法に関する情報とを読み込む。作業負荷に応じて作業具シリンダ１８のシリンダロッドが縮退していたのであれば、作業負荷演算部７０５で演算されたシリンダロッドの縮退量に相当する距離だけ作業具シリンダ１８のシリンダロッドを現在の位置から伸長させたときの、アーム１５に対する把持装置１０１の仮想の位置・姿勢を算出する。また、作業負荷に応じて作業具シリンダ１８のシリンダロッドが伸長していたのであれば、作業負荷演算部７０５で演算されたシリンダロッドの伸長量に相当する距離だけ作業具シリンダ１８のシリンダロッドを現在の位置から縮退させたときの、アーム１５に対する把持装置１０１の仮想の位置・姿勢を算出する。仮想位置・姿勢演算部７０３は、算出した把持装置１０１の仮想の位置・姿勢に関する情報（アーム１５に対する把持装置１０１の仮想の角度位置）を描画処理部７０６に出力する。
【００４５】
換言すると、仮想位置・姿勢演算部７０３は、作業具シリンダ１８のシリンダロッドの縮退量または伸長量と、フロント作業腕１０の各部の寸法に関する情報とに基づいて、作業負荷追従装置２００による把持装置１０１の追従量を算出する。そして、算出した追従量だけ、把持装置１０１が作業負荷に追従した方向とは逆の方向に回動させた位置をアーム１５に対する把持装置１０１の仮想の角度位置としている。
【００４６】
描画処理部７０６は、位置・姿勢演算部７０２で演算された旋回体１１に対するブーム１３、アーム１５、把持装置１０１の位置・姿勢、および、把持爪１９の開閉位置の情報に基づいて、作業機械１００を側面から見た時の、旋回体１１に対するブーム１３、アーム１５、把持装置１０１の位置・姿勢、および、把持爪１９の開閉状態をモニタ５５０に表示させるための画像データを生成する。また、描画処理部７０６は、仮想位置・姿勢演算部７０３で算出した把持装置１０１の仮想の位置・姿勢に関する情報に基づいて、仮に作業負荷追従装置２００によって作業負荷に応じて把持装置１０１の位置・姿勢を追従させなかったときの、把持装置１０１の位置・姿勢をモニタ５５０に表示させるための画像データを生成する。さらに、描画処理部７０６は、作業負荷演算部７０５で算出された作業具シリンダ１８の推力を表示するための画像データを生成する。描画処理部７０６は、生成したこれらの画像データをモニタ５５０に出力する。
【００４７】
その結果、図６に示すように、モニタ５５０には、作業機械１００を側面から見た時の、旋回体１１に対するブーム１３，アーム１５、把持装置１０１の位置・姿勢（実際の位置・姿勢８０１）、および、把持爪１９の開閉状態が表示される。また、モニタ５５０には、仮に作業負荷追従装置２００によって作業負荷に応じて把持装置１０１の位置・姿勢を追従させなかったときの、把持装置１０１の位置・姿勢（仮想の位置・姿勢８０２）が表示される。さらにモニタ５５０には、作業負荷演算部７０５で算出された作業具シリンダ１８の推力が、たとえばバケットシリンダ負荷としてモニタ５５０に表示される（符号８０３）。
【００４８】
このように、本実施の形態の作業機械１００では、次の作用効果を奏する。
（１）  把持装置１０１の作業負荷への追従状態を運転室１１ａに設けられたモニタ５５０に表示してオペレータに提示するように構成した。これにより、たとえば、オペレータからの目視が難しい位置にある作業対象物を把持する場合のように、作業対象物に対して把持装置１０１を目視にて位置合わせを行うことが困難な場合であっても、オペレータはモニタ５５０に表示された把持装置１０１の追従状態を監視しながら、把持装置１０１の位置を修正できる。したがって、作業中に把持装置１０１の位置・姿勢変化の許容範囲を予期せず超えてしまい、作業対象物やフロント作業腕１０、把持装置１０１を破損させてしまうという不都合を予防できる。すなわち、作業対象物が目視し難く、把持装置１０１の位置・姿勢変化の許容範囲に把持装置１０１の位置をあらかじめ合わせておくことが難しい場合であっても、モニタ５５０に表示された把持装置１０１の追従状態を監視しながら、把持装置１０１の位置を修正できるので、把持装置１０１の位置合わせを容易化して、オペレータの負担を軽減できる。
【００４９】
（２）  モニタ５５０に、実際のフロント作業腕１０や把持装置１０１の位置・姿勢を表示するとともに、仮に作業負荷追従装置２００によって作業負荷に応じて把持装置１０１の位置・姿勢を追従させなかったときの把持装置１０１の位置・姿勢を表示するように構成した。これにより、どの程度把持装置１０１が追従動作しているのか、すなわち、あらかじめ位置合わせを行った把持装置１０１の位置が、作業対象物に対してどの程度ずれているのかをオペレータに容易に理解させることができる。したがって、たとえばオペレータから作業対象物を目視できずに手探りのような状態で作業せざるを得ない場合であっても、円滑な作業遂行が可能となる。
【００５０】
（３）  モニタ５５０に作業具シリンダ１８の推力を表示するように構成した。これにより、作業負荷である、作業対象物からの反力をオペレータが把握できる。したがって、たとえば作業対象物に応じてオペレータが作業対象物を破損させないように作業する際の操作の目安となるので、利便性が高い。
【００５１】
（４）  アキュムレータ３９を有する作業負荷追従装置２００を従来の作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路に対して付加した。そして、アキュムレータ３９に蓄圧された圧油の油量に基づいて、把持装置１０１の追従状態を算出するように構成した。これにより、従来からある作業機械にも容易に作業負荷追従装置２００を付加できるので、従来からある作業機械に対して低コストで作業負荷追従装置２００を付加できる。また、把持装置１０１の追従状態を容易に算出できるので、追従状態算出のためのプログラムの作成も容易であり、開発コストを抑制できる。
【００５２】
−−−変形例−−−
（１）  上述の説明では、リリーフ弁４０からの作動油の逃げを考慮して、把持装置１０１の追従状態を算出するように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、リリーフ弁４０からの作動油の逃げを考慮せずに、把持装置１０１の追従状態を算出するように構成してもよい。リリーフ弁４０からの作動油の逃げを考慮して、把持装置１０１の追従状態を算出した場合には、上述したように、仮に作業負荷追従装置２００によって作業負荷に応じて把持装置１０１の位置・姿勢を追従させなかったときの把持装置１０１の位置・姿勢が求められることになる。リリーフ弁４０からの作動油の逃げを考慮せずに、把持装置１０１の追従状態を算出した場合には、たとえば作業対象物が逃げるなどして作業負荷が除かれたときの把持装置１０１の復帰時の位置・姿勢が求められることになる。なお、リリーフ弁４０からの作動油の逃げを考慮せずに、把持装置１０１の追従状態を算出した場合には、流量センサ９０１は不要である。
【００５３】
（２）  上述の説明では、モニタ５５０に作業具シリンダ１８の推力を表示するように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、作業具シリンダ１８の推力を表示しなくてもよい。また、たとえば、作業具シリンダ１８の推力の代わりに、圧力センサ４０１の検出結果を利用して作業具シリンダ１８の高圧側油室の圧油の圧力を表示するようにしてもよい。この場合には、作業具シリンダ１８のシリンダ径（ピストン径）を併せて表示することが望ましい。
【００５４】
また、作業具シリンダ１８の推力のように、作業対象物から与えられる外力を間接的に表す数値で表示するのではなく、作業対象物から与えられる外力を直接的に表す数値で表示するようにしてもよい。たとえば、作業具シリンダ１８の推力から把持装置１０１の回動中心に作用するトルクを算出し、作業対象物の接触位置をたとえば把持爪１９の延在方向の中心近傍であると仮定し、把持爪１９に対して略垂直に、かつ、把持装置１０１の回動中心を中心とする円の接線方向に外力が作用したと仮定したときの作業対象物から受ける力を推定して表示するようにしてもよい。
【００５５】
（３）  上述の説明では、作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路に対して作業負荷追従装置２００を付加するように構成したが、本発明はこれに限定されない。ブームシリンダ１４やアームシリンダ１６、シリンダ２０を駆動する油圧回路に対して作業負荷追従装置２００を付加するように構成してもよい。なお、ブームシリンダ１４やアームシリンダ１６、作業具シリンダ１８、シリンダ２０のいずれか１つの油圧シリンダを駆動する油圧回路に作業負荷追従装置２００を付加してもよく、任意の２つまたは３つの油圧シリンダを駆動する油圧回路に作業負荷追従装置２００を付加してもよく、各油圧シリンダ１４，１６，１８，２０を駆動する油圧回路にそれぞれ作業負荷追従装置２００を付加してもよい。
【００５６】
たとえば、ブームシリンダ１４と作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路にそれぞれ作業負荷追従装置２００を付加した場合、ブームシリンダ１４を作業負荷に応じて追従可能とするか否か、および、作業具シリンダ１８を作業負荷に応じて追従可能とするか否かをそれぞれ任意に設定可能に構成しても良い。たとえば、ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８の双方を作業負荷に応じて追従可能とした場合、作業負荷に応じて回動する関節が２箇所となり、２自由度となるので、より広範な外力の入力方向に対してフロント作業腕１０が追従可能となる。
【００５７】
ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８の双方を作業負荷に応じて追従しないようにした場合、作業負荷追従装置２００を設けていない従来の作業機械と同様に作業を行うことができる。また、ブームシリンダ１４および作業具シリンダ１８のいずれか一方のみを作業負荷に応じて追従可能としてもよく、作業内容に応じて、それぞれのオンオフスイッチ６０１の操作で適宜設定すればよい。
【００５８】
（４）  上述の説明では、操作レバー３４は、いわゆる電気レバーと呼ばれる電気式操作レバーであるが、本発明はこれに限定されない。たとえば、操作レバー３４およびコントロール弁３０に代えて、パイロット圧油を制御する操作レバーと油圧パイロット式のコントロール弁を用いてもよい。この場合、操作レバーの操作の有無の検出については、コントロール弁に供給されるパイロット圧油の圧力によって検出すればよい。
【００５９】
（５）  上述の説明では、把持装置１０１の追従状態をモニタ５５０に表示するように構成したが、本発明はこれに限定されない。オペレータに対して把持装置１０１の追従状態（作業対象物との接触による把持装置１０１の位置・姿勢変化）を伝達できるのであれば、モニタ５５０への表示でなくてもよい。たとえば、操作レバー３４に振動を与え、振動の強弱によって把持装置１０１の追従状態を伝達してもよく、ブザーなどの報知音により、報知音の大小や音程の高低などによって把持装置１０１の追従状態を伝達してもよい。また、報知ランプの点灯時の明るさや、点滅速度などによって把持装置１０１の追従状態を伝達しても良い。なお、モニタ５５０の表示の形態についても、図６の表示形態は一例に過ぎず、他の表示形態であってもよい。
【００６０】
（６）  上述の説明では、フロント作業腕１０や把持装置１０１の位置・姿勢の検出にストロークセンサ５０１〜５０４を用いているが、本発明はこれに限定されない。結果としてフロント作業腕１０や把持装置１０１の位置・姿勢が検出できるのであれば、検出方法は問わない。たとえば、ストロークセンサに代えて、フロント作業腕１０や把持装置１０１の各回動中心における回動角度を検出する角度センサを用いてもよい。
【００６１】
（７）  上述の説明では、アキュムレータ３９の種類については特に言及していないが、たとえばプラダ形アキュムレータであってもよく、バネ式アキュムレータやピストン式アキュムレータであってもよい。
【００６２】
（８）  上述の説明では、油圧シリンダへ圧油を供給する油圧回路上で高圧側油室の圧油を吸収・蓄積および放出しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、機械的なバネをシリンダとフロント作業腕１０との間に介在させて、このバネの伸縮によって作業負荷に応じてフロント作業腕１０を変位させるように構成してもよい。
（９）  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。
【００６３】
上述の実施の形態およびその変形例において、たとえば、作業腕はフロント作業腕１０に、作業具は把持装置１０１に、操作手段は操作レバー３４に、位置・姿勢決定手段は各油圧シリンダ１４，１６，１８にそれぞれ対応する。追従可能化手段は作業負荷追従装置２００に、追従状態表示手段はモニタ５５０に、位置・姿勢検出手段はストロークセンサ５０１〜５０４に、圧力検出手段は圧力センサ４０１にそれぞれ対応する。切替手段は、オンオフスイッチ６０１と、圧力センサ４０１と、制御回路３６と、制御回路３６で実行されるプログラムとによって実現される。追従量算出手段および外力算出手段は、制御回路３６と、制御回路３６で実行されるプログラム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】
【００６４】
【図１】作業機械１００の外観を示す図である。
【図２】把持装置１０１の構造を示す図である。
【図３】作業機械１００の作業具シリンダ１８を駆動する油圧回路を示す図である。
【図４】対象物を把持する際の把持装置１０１の位置・姿勢の変化を説明する概念図であり、（ａ）は、把持爪１９が対象物に片当たりした状態を示し、（ｂ）は、把持爪１９が対象物に片当たりした状態のまま把持爪１９を閉じていった際の把持装置１０１の位置・姿勢変化を示している。
【図５】把持装置１０１の作業負荷への追従状態の算出に関するブロック図である。
【図６】モニタ５５０の表示例を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  フロント作業腕                    １４  ブームシリンダ
１６  アームシリンダ                    １８  作業具シリンダ
３０，４０２  コントロール弁            ３４  操作レバー
３６  制御回路                          ３９  アキュムレータ
４０  リリーフ弁                        １００  作業機械
１０１  把持装置                        ２００  作業負荷追従装置
４０１  圧力センサ                      ５０１〜５０４  ストロークセンサ
５５０  モニタ                          ６０１  オンオフスイッチ
９０１  流量センサ
【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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