JP2009228249A - 作業用機械における干渉防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉防止領域へのアタッチメントの侵入を規制する干渉防止装置を設けるにあたり、作業現場の広狭や、アタッチメントのバリエーション等に応じて、オペレータが任意に干渉防止領域を設定できるようにする。
【解決手段】干渉防止制御装置１６に、オペレータが干渉防止領域（侵入禁止領域Ａおよび減速領域Ｂ）の外側境界線ＬＡ、ＬＢとして設定したい位置にアタッチメント９を移動せしめることに基づいて、任意に干渉防止領域を設定することができる任意干渉防止領域設定部２５を設けた。
【選択図】図５

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業用機械において、運転室とアタッチメントとの干渉を防止するための作業用機械における干渉防止装置の技術分野に属するものである。

一般に、油圧ショベル等の作業用機械のなかには、運転室と、先端部にアタッチメントが装着された変姿自在な作業装置とを備えると共に、運転室とアタッチメントとの干渉を防止するための干渉防止装置を備えたものがある。
この様な干渉防止装置としては、従来、アタッチメントの位置を検出するアタッチメント位置検出手段を備えると共に、該位置検出手段により検出されるアタッチメント位置に基づいて、運転室の周囲に設定される干渉防止領域へのアタッチメントの侵入を規制するべく作業装置を制御するように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、干渉防止領域は予め設定されており、該設定された干渉防止領域を用いて干渉防止制御が行なわれる構成になっている。
一方、アタッチメントのバリエーションに応じて干渉防止領域を補正できるように構成した干渉防止装置（例えば、特許文献２参照。）や、運転室の移動位置に応じて干渉防止領域を補正できるように構成した干渉防止装置（例えば、特許文献３参照。）も知られている。
特開平８−３３３７６７号公報 特開２００６−２８９０８号公報 特許第３３１０７８３号公報

ところで、前記干渉防止領域は、作業装置が最大速度で動作している場合であっても、干渉防止領域内への作業装置の侵入を確実に規制することができるように余裕を持って設定される。このため、例えば狭小な敷地内で作業装置の速度を落して作業を行なうような場合には、前記余裕を持って設定された干渉防止領域では広すぎて作業しずらいことになるが、この様な場合、従来の干渉防止装置では干渉防止領域を変更することができないため、干渉防止装置を解除せざるを得ないことがある。しかしながら、干渉防止装置を解除してしまうと、アタッチメントが運転室に接触してしまう可能性があるから、オペレータは細心の注意を払いながら作業しなければならず、疲労が増大する許りか、オペレータが交替したときに干渉防止装置が解除されていることに気付かない惧れもあって、問題になる。さらに、ユーザー側で作業装置に装着するアタッチメントが、メーカー側で想定した以外のアタッチメントのこともあるが、この様な場合には、ユーザー側で装着したアタッチメントに応じた干渉防止領域の補正ができないという問題があり、これらに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、運転室と、先端部にアタッチメントが装着された変姿自在な作業装置とを備えてなる作業用機械において、アタッチメントの位置を検出するアタッチメント位置検出手段を備え、該アタッチメント位置検出手段により検出されるアタッチメント位置に基づいて前記運転室の周囲に設定された干渉防止領域へのアタッチメントの侵入を規制する干渉防止装置を設けるにあたり、該干渉防止装置に、オペレータが干渉防止領域の外側境界線として設定したい位置にアタッチメントを移動せしめることに基づいて任意に干渉防止領域を設定できる任意干渉防止領域設定手段を設けたことを特徴とする作業用機械における干渉防止装置である。
請求項２の発明は、任意干渉防止領域設定手段は、オペレータがアタッチメントを移動させて複数箇所の位置を任意干渉防止領域の外側境界線上の位置として設定することにより、これら複数箇所の位置を連続せしめて任意干渉防止領域の外側境界線を作成することを特徴とする請求項１に記載の作業用機械における干渉防止装置である。
請求項３の発明は、任意干渉防止領域設定手段は、運転室に配設されるモニタ装置に接続されると共に、該モニタ装置は、任意干渉防止領域設定手段からの制御指令に基づいて任意干渉防止領域の設定手順を表示する一方、任意干渉防止領域設定手段は、モニタ装置に設けられた干渉防止領域設定用操作具の操作に基づいて任意干渉防止領域を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の作業用機械における干渉防止装置である。

請求項１の発明とすることにより、作業を行なう現場の広狭、周辺の環境、作業内容、アタッチメントのバリエーション、オペレータの技量等に応じて、オペレータが任意に干渉防止領域を設定できることになって、作業性、作業効率の向上に大きく貢献できる。
請求項２の発明とすることにより、オペレータの要求に対応できる干渉防止領域の外側境界線を、容易に作成することができる。
請求項３の発明とすることにより、任意干渉防止領域の設定を、一般的に運転室に装備されているモニタ装置を利用して、簡単に行うことができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は油圧ショベルであって、該油圧ショベル１の機体本体は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３から構成されると共に、該上部旋回体３の前半側左部には、運転室４が四節リンク機構の昇降装置５を介して昇降自在に配設されている。

また、６は前記上部旋回体３に装着される作業装置であって、該作業装置６は、基端部が上部旋回体３に上下揺動自在に支持されるブーム７、該ブーム７の先端部に前後揺動自在に支持されるアーム８、該アーム８の先端部に揺動自在に軸支されるアタッチメント９等から構成されると共に、作業装置６の姿勢は、上記ブーム７、アーム８、アタッチメント９をそれぞれ揺動せしめるブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２の伸縮作動に基づいて変姿するように構成されている。尚、上記ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２の伸縮作動は、運転室４に配設された図示しないブーム用、アーム用、バケット用の操作レバーの操作に基づいてそれぞれ行なわれる。また、図１では、作業装置６の先端部に装着されるアタッチメント９としてバケットを示したが、該バケットに限定されることなく、グラップル、ブレーカ、或いはリフティングマグネット等の各種アタッチメントが、作業内容に応じて適宜装着される。

さらに、１３は上部旋回体３に対するブーム７の相対角度を検出するブーム角度センサ、１４はブーム７に対するアーム８の相対角度を検出するアーム角度センサであって、これらブーム角度センサ１３、アーム角度センサ１４により検出されるブーム角度θｂ、アーム角度θａは、後述する干渉防止制御装置１５に入力される。尚、本実施の形態では、前記ブーム角度センサ１３およびアーム角度センサ１４が、本発明のアタッチメント位置検出手段に相当する。また、本発明の干渉防止装置は、上記アタッチメント位置検出手段、干渉防止制御装置１５、および後述する作業装置動作規制手段等から構成される。

一方、１６は運転室４に配設されるモニタ装置であって、図２に示す如く、液晶ディスプレイ等からなるモニタ画面１７、複数の操作スイッチ１８、ケース体１９に内蔵されるモニタコントローラ２０等を備えて構成されている。そして、前記モニタ画面１７には、燃料残量、エンジン冷却水温、作動油温等の機体情報やメンテナンス情報が表示されるようになっていて、オペレータに運転に必要な各種情報を提供できることになるが、さらに、モニタ装置１６は前記干渉防止制御装置１５に相互に入出力自在に接続されていて、後述するように、モニタ装置１６を用いて、任意干渉防止領域の設定を行なうことができるように構成されている。尚、前記モニタ装置１６の操作スイッチ１８のなかには、後述する干渉防止領域選択用の操作スイッチ１８、モード切換用の操作スイッチ１８、決定用の操作スイッチ１８、設定完了用の操作スイッチ１８等が含まれると共に、これらモニタ装置１６の操作スイッチ１８は、本発明の干渉防止領域設定用操作具に相当する。

前記干渉防止制御装置１５は、図３のブロック図に示す如く、入力側に、前記ブーム角度センサ１３、アーム角度センサ１４が接続され、また、出力側に、後述するブーム規制用電磁弁２１、アーム規制用電磁弁２２に接続されると共に、前述したようにモニタ装置１６に相互入出力自在に接続されており、さらに、後述する位置演算部２３、メモリ２４、任意干渉防止領域設定部（本発明の任意干渉防止領域設定手段に相当する）２５、干渉防止領域選択部２６、判断部２７、電磁弁駆動制御部２８等を備えて構成される。

ここで、前記ブーム規制用電磁弁２１は、ブームシリンダ１０の給排制御を行なうコントロールバルブ（図示せず）作動用のパイロットラインに配設される電磁弁であって、該ブーム規制用電磁弁２１は、前記干渉防止制御装置１５の電磁弁駆動制御部２８から出力される制御信号に基づいて、ブームシリンダ１０の伸縮速度を減速、或いは停止するべく作動する。而して、該ブーム規制用電磁弁２１の作動によって、ブーム用操作レバーが操作されていても、ブーム７の上下動を減速或いは停止せしめることができるように構成されている。

また、前記アーム規制用電磁弁２２は、アームシリンダ１１の給排制御を行なうコントロールバルブ（図示せず）作動用のパイロットラインに配設される電磁弁であって、該アーム規制用電磁弁２２は、前記干渉防止制御装置１５の電磁弁駆動制御部２８から出力される制御信号に基づいて、アームシリンダ１１の伸長側の作動速度を減速、或いは停止するべく作動する。而して、該アーム規制用電磁弁２２の作動によって、アーム用操作レバーがアームイン側（運転室４に近づく方向）に操作されていても、アーム８のイン側の動作を減速或いは停止せしめることができるように構成されている。
尚、該アーム規制用電磁弁２２および前記ブーム規制用電磁弁２１は、後述する干渉防止制御を行なうべく作業装置６の動作を規制するために設けられる手段の一つであって、前述した作業装置動作規制手段に相当する。

次いで、前記干渉防止制御装置１５の行なう干渉防止制御について説明する。
まず、干渉防止制御装置１５は、位置演算部２３において、ブーム角度センサ１３、アーム角度センサ１４から入力されるブーム角度θｂ、アーム角度θａ、およびデータとして入力されているブーム長、アーム長に基づいて、アーム８先端部のアタッチメント軸支部８ａの位置を演算する。さらに、該アタッチメント軸支部８ａの位置と、データとして入力されているアタッチメント９の揺動半径とに基づいて、アタッチメント９の位置を演算する。この場合のアタッチメント９の位置は、アタッチメント軸支部８ａを軸としてアタッチメント９を揺動させたときに、最も運転室４に近接するアタッチメント９の先端部の位置である。そして、該位置演算部２３により演算されるアタッチメント９の位置は、判断部２７および任意干渉防止領域設定部２５に出力される。尚、本実施の形態において、アタッチメント軸支部８ａの位置、およびアタッチメント９の位置は、ブーム７基端部の揺動支点を原点０とし、運転室４の前後方向をｘ軸、上下方向をｙ軸とする座標で表される（図４参照）。
ところで、前記位置演算部２３におけるアタッチメント９の位置の演算には、前述したようにブーム長、アーム長、アタッチメント９の揺動半径のデータが必要であり、これらのデータは予め入力されているが、例えばアーム８を交換したり、アタッチメント９を交換したりした場合には、新たなデータに書換え可能に構成されている。

一方、干渉防止制御装置１５のメモリ２４には、予め設定された標準干渉防止領域がデータとして保存されており、また、任意干渉防止領域設定部２５には、後述するようにしてオペレータが任意に設定した任意干渉防止領域が、書き換え自在なデータとして保存されている。そして、これらメモリ２４に保存された標準干渉防止領域、および任意干渉防止領域設定部２５に保存された任意干渉防止領域のデータは、干渉防止領域選択部２６に入力される。

ここで、前記標準干渉防止領域および任意干渉防止領域としては、アタッチメント９の侵入を禁止する侵入禁止領域Ａと、該侵入禁止領域Ａに外側に設けられ、アタッチメント９の作動速度を減速させる減速領域Ｂとが設定されている。また、侵入禁止領域Ａ、減速領域Ｂは、該侵入禁止領域Ａ、減速領域Ｂの外側境界線ＬＡ、ＬＢを、前記ブーム７基端部の揺動支点を原点０とする座標上で表すことにより設定される。

さらに、前記干渉防止領域選択部２６は、入力される標準干渉防止領域、任意干渉防止領域のうちの何れの干渉防止領域を、モニタ装置１６の干渉防止領域選択用の操作スイッチ１８の操作に基づいて選択する。そして、該選択した干渉防止領域を、今回の干渉防止制御に用いる干渉防止領域として、判断部２７に出力する。つまり、オペレータは、今回の干渉防止制御に用いる干渉防止領域を、干渉防止領域選択用の操作スイッチ１８によって選択できるようになっている。

前記判断部２７は、位置演算部２３により演算されるアタッチメント９の位置と、前記干渉防止領域選択部２６で選択された干渉防止領域とに基づいて、干渉防止領域に対するアタッチメント９の位置を判断し、該判断に基づいてブーム７およびアーム８の動作を規制するべく、前記ブーム規制用電磁弁２１およびアーム規制用電磁弁２２を制御する電磁弁駆動制御部２８に制御信号を出力する。つまり、アタッチメント９が減速領域Ｂ内に侵入していると判断された場合には、運転室４に近づく方向のブーム７、アーム８の作動速度を減速させる制御信号が出力される。この場合、アタッチメント９が侵入禁止領域Ａに近づくほど作動速度が遅くなるように制御される。さらに、アタッチメント９が侵入禁止領域Ａの外側境界線ＬＡに達した時点では、運転室４に近づく方向のブーム７、アーム８の動作を停止させる制御信号が出力されるようになっており、この様にして運転室４とアタッチメント９との干渉を防止する干渉防止制御が実行される。

次いで、前記任意干渉防止領域の設定について、図５のフローチャート図に基づいて説明する。
ここで、まず、前記干渉防止制御装置１５は、前述した干渉防止制御が実行される「干渉防止制御モード」と、オペレータが任意干渉防止領域を設定することができる「任意干渉防止領域設定モード」とに切換え自在に構成されていると共に、これらモードの切換えは、モニタ装置１６のモード切換用の操作スイッチ１８の操作に基づいて行なわれるように構成されている。

而して、オペレータが任意干渉防止領域を設定する場合には、モード切換用の操作スイッチ１８を操作して「任意干渉防止領域設定モード」に切換えることになるが、該任意干渉防止領域を設定する場合には、事前に、ブーム角度センサ１３、アーム角度センサ１４のキャリブレ−ションを行なうことが望ましい。該ブーム角度センサ１３、アーム角度センサ１４のキャリブレ−ションは、例えば、モニタ画面１７に表示された指示に従って、オペレータがアタッチメント９をキャリブレ−ション用の所定位置（例えば、上限位置）まで移動させることで行うことができるようになっている。

扨、前記モード切換用の操作スイッチ１８を操作して、干渉防止制御装置１５のモードを「任意干渉防止領域設定モード」に切換える（ステップＳ１）と、任意干渉防止領域設定部２５からの制御指令に基づいて、モニタ画面１７には、任意干渉防止領域の設定手順が順次表示されるが、本実施の形態では、初めに、侵入禁止領域Ａ用の設定手順が表示される。該設定手順としては、初めに、モニタ画面１７に、オペレータが侵入禁止領域Ａの外側境界線ＬＡとして設定したい最上の位置ＬＡｐにアタッチメント９を移動させるよう指示が表示される（ステップＳ２）。オペレータは、該指示に従ってアタッチメント９を上記位置ＬＡｐまで移動させ（ステップＳ３）、しかる後、決定用の操作スイッチ１８を操作して位置ＬＡｐを設定する（ステップＳ４）。続けて、モニタ画面１７には、侵入禁止領域Ａの外側境界線ＬＡ上の位置として設定したい次の任意の位置ＬＡｐにアタッチメント９を移動させるよう指示が表示され（ステップＳ５）、そして、オペレータは、アタッチメント９を移動させた後に決定用の操作スイッチ１８を操作して前記位置ＬＡｐを設定する。この様にして、外側境界線ＬＡ上の複数箇所の位置ＬＡｐを上側から順次設定していき、最後に、外側境界線ＬＡとして設定したい最下の位置ＬＡｐを設定する。該最下の位値ＬＡｐまで設定したら、設定完了用の操作スイッチ１８を操作する。これにより、侵入禁止領域Ａの外側境界線ＬＡ上の各位置ＬＡｐの設定が完了する。
尚、本実施の形態では、運転室４が四節リンク機構の昇降装置５を介して昇降自在に設けられているため、オペレータは、外側境界線ＬＡの最上の位置ＬＡｐを設定する場合には運転室４を上限位置まで移動させ、また、上下中間の位置ＬＡｐを設定する場合には運転室４を中間位置に移動させ、さらに、最下の位置ＬＡｐを設定する場合には運転室４を下限位置まで移動させて行なう。
また、本実施の形態では、外側境界線ＬＡ上の複数箇所の位置ＬＡｐを設定する手順として、上側から順次設定していくようになっているが、下側から設定していく手順であっても良いことは勿論である。

一方、任意干渉防止制御部２５には、前記決定用の操作スイッチ１８に設定されたアタッチメント９の各位置ＬＡｐが、位置演算部２３から順次入力される。そして、任意干渉防止領域設定部２５は、入力されたアタッチメント９の各位置ＬＡｐを記憶して、設定完了用の操作スイッチ１８の操作後に、前記各位置ＬＡｐを連続せしめて侵入禁止領域Ａの外側境界線ＬＡを作成する（ステップＳ６）。尚、任意干渉防止領域設定部２５には、許容される最も内側（運転室４側）の侵入禁止領域Ａの外側境界線ＬＡのデータが、許容限界外側境界線ＬＡｍとして保存されている。そして、前記各位置ＬＡｐを連続せしめて侵入禁止領域Ａの外側境界線ＬＡを作成したときに、その一部が前記許容限界外側境界線ＬＡｍよりも内側になってしまう場合には、その部分が限界外側境界線ＬＡｍに沿うように自動的に補正される構成になっている。

前記侵入禁止領域Ａの外側境界線ＬＡの作成が終了すると、続けて、モニタ画面１７に、減速領域Ｂ用の設定手順が表示される。該設定手順は、前記侵入禁止領域Ａ用の設定手順と同様であるため、詳細な説明は省略するが、オペレータは、減速領域Ｂの外側境界線ＬＢとして設定したい各位置ＬＢｐにアタッチメント９を移動させて各位置ＬＢｐを設定する一方、任意干渉防止領域設定部２５は、前記各位置ＬＢｐを連続せしめることによって、減速領域Ｂの外側境界線ＬＢを作成する（ステップＳ７〜Ｓ１１）。

前記減速領域Ｂの外側境界線ＬＢの作成が終了すると、任意干渉防止領域設定部２５は、作成した任意干渉防止領域（侵入禁止領域Ａおよび減速領域Ｂ）のデータを保存する（ステップＳ１２）と共に、任意干渉防止領域の設定の終了がモニタ画面１７に表示される。しかる後、オペレータがモード切換用の操作スイッチ１８を操作することに基づいて、干渉防止制御装置１５は、前述した干渉防止制御が実行される「干渉防止制御モード」に戻る。

叙述の如く構成された本形態において、アタッチメント９は、干渉防止制御装置１５の行なう干渉防止制御によって、運転室４の周囲に設定された干渉防止領域（侵入禁止領域Ａおよび減速領域Ｂ）への侵入を規制するべく制御されることになるが、この場合、前記干渉防止制御装置１５には、オペレータが干渉防止領域の外側境界線ＬＡ、ＬＢとして設定したい位置にアタッチメント９を移動させることに基づいて任意の干渉防止領域を設定することができる任意干渉防止領域設定部２５が設けられている。

この結果、オペレータは、作業を行なう現場の広狭、周辺の環境、作業内容、アタッチメントのバリエーション、オペレータ自身の技量等に応じて、任意の干渉防止領域（侵入禁止領域Ａおよび減速領域Ｂ）を設定できることになって、作業性、作業効率の向上に大きく貢献できる。

しかも、前記任意干渉防止領域設定部２５は、オペレータがアタッチメント９を移動させて複数箇所の位置ＬＡｐ、ＬＢｐを任意干渉防止領域の外側境界線ＬＡ、ＬＢ上の位置として設定することにより、これら複数箇所の位置ＬＡｐ、ＬＢｐを連続せしめて任意干渉防止領域の外側境界線ＬＡ、ＬＢを作成する構成になっているから、例えば本実施の形態のように運転室４が昇降するものであっても、オペレータの要求に対応できる外側境界線ＬＡ、ＬＢを容易に作成することができる。

さらに、前記任意干渉防止領域設定部２５は、運転室４に配設されるモニタ装置１６に接続されており、そして、該モニタ装置１６の画面１７には任意干渉防止領域の設定手順が表示される一方、任意干渉防止領域設定部２５は、モニタ装置１６の操作スイッチ１８の操作に基づいて任意干渉防止領域を設定できる構成になっているから、任意干渉防止領域の設定を、一般的に運転室４に装備されているモニタ装置１６を利用して、簡単に行うことができる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、任意干渉防止領域設定部２５に複数の任意干渉防止領域を保存できるようにして、オペレータが、これら複数の任意干渉領域のなかから今回の作業に適した任意干渉領域を選択できるように構成することもできる。
さらに、任意干渉防止領域設定部２５に標準干渉防止領域をデータとして保存しておき、該標準干渉防止領域を利用して任意干渉防止領域の一部を作成するように構成することもできる。
また、上記実施の形態の干渉防止制御では、アタッチメント９が侵入禁止領域Ａの外側境界線ＬＡに達した時点でブーム７およびアーム８の動作を停止させる構成になっているが、この様に停止させる制御ではなく、ブーム７の動作を続行させながらアーム８を自動的にアウト側に動作させる構成の干渉防止制御であっても、本発明を実施できる。
さらに、上記実施の形態では、運転室４が昇降自在な油圧ショベルを例にとって説明したが、これに限定されることなく、アームが機体に対して左右方向に平行移動するオフセット型の油圧ショベル、或いは油圧ショベル以外の作業用機械であっても、アタッチメントが運転室に干渉する惧れのある各種作業用機械の干渉防止装置に本発明を実施できることは勿論である。

油圧ショベルの側面図である。 モニタ装置の正面図である。 干渉防止制御装置の入出力を示すブロック図である。 干渉防止領域を示す図である。 任意干渉防止領域の設定手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

４ 運転室
６ 作業装置
９ アタッチメント
１３ ブーム角度センサ
１４ アーム角度センサ
１５ 干渉防止制御装置
１６ モニタ装置
１８ 操作スイッチ
２５ 任意干渉防止領域設定部
Ａ 侵入禁止領域
ＬＡ 侵入禁止領域の外側境界線
Ｂ 減速領域
ＬＢ 減速領域の外側境界線

Claims (3)

1. 運転室と、先端部にアタッチメントが装着された変姿自在な作業装置とを備えてなる作業用機械において、アタッチメントの位置を検出するアタッチメント位置検出手段を備え、該アタッチメント位置検出手段により検出されるアタッチメント位置に基づいて前記運転室の周囲に設定された干渉防止領域へのアタッチメントの侵入を規制する干渉防止装置を設けるにあたり、該干渉防止装置に、オペレータが干渉防止領域の外側境界線として設定したい位置にアタッチメントを移動せしめることに基づいて任意に干渉防止領域を設定できる任意干渉防止領域設定手段を設けたことを特徴とする作業用機械における干渉防止装置。
2. 任意干渉防止領域設定手段は、オペレータがアタッチメントを移動させて複数箇所の位置を任意干渉防止領域の外側境界線上の位置として設定することにより、これら複数箇所の位置を連続せしめて任意干渉防止領域の外側境界線を作成することを特徴とする請求項１に記載の作業用機械における干渉防止装置。
3. 任意干渉防止領域設定手段は、運転室に配設されるモニタ装置に接続されると共に、該モニタ装置は、任意干渉防止領域設定手段からの制御指令に基づいて任意干渉防止領域の設定手順を表示する一方、任意干渉防止領域設定手段は、モニタ装置に設けられた干渉防止領域設定用操作具の操作に基づいて任意干渉防止領域を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の作業用機械における干渉防止装置。

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