JP2006022486A - 建設機械の干渉防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 干渉防止装置を有する建設機械の作業範囲を広げる。
【解決手段】 作業装置１０の先端部に回動可能に軸支され、運転室３に接近および離間する作業用アタッチメント１３と、作業用アタッチメント１３の回動支点Ｐ１の位置を検出する位置検出手段２１，２２と、作業用アタッチメント１３の回動姿勢を検出する姿勢検出手段２３，２４と、位置検出手段２１，２２および姿勢検出手段２３，２４による検出結果に基づき、回動支点Ｐ１を中心とし、回動支点Ｐ１から最も離れた作業用アタッチメント１３の部位Ｐ２までの長さｒを半径とする基準円Ｒ上にあって、かつ、作業用アタッチメント１３を運転室側へ回動させた際に、この回動方向の最も先端にある作業用アタッチメントの部位Ｐ３と回動支点Ｐ１とを結ぶ基準線Ｌ上にある点を干渉危険点Ｑとして設定する設定手段２０と、設定手段２０により設定された干渉危険点Ｑに基づき、作業用アタッチメント１３が運転室３に接近する動作を制限する制限手段２５とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、作業用アタッチメントと運転室との干渉を防止する建設機械の干渉防止装置に関する。

従来より、機体の前部に運転室を設け、この運転室の前方で回動操作される作業装置を有する建設機械にあっては、作業装置先端部の作業用アタッチメントと運転室との干渉を防止するために干渉防止装置を備えたものがある（例えば特許文献１参照）。これによれば、ブームおよびアームの回動角を検出してアーム先端部のバケットの回動支点の位置を演算し、この回動支点を中心に、回動支点からバケット先端までの長さを半径として基準円を設定する。そして、この基準円が運転室の外側に設定した干渉防止領域に一定以上近づくと、バケットの運転室への接近動作を制限する。

特開平９−２５６４０３号公報

しかしながら上記公報記載の装置では、バケットの回動姿勢に拘わらず、バケットの回動支点を中心にした基準円に基づきバケットの運転室への接近動作を制限するため、作業範囲が狭くなる。

本発明による建設機械の干渉防止装置は、作業装置の先端部に回動可能に軸支され、運転室に接近および離間する作業用アタッチメントと、作業用アタッチメントの回動支点の位置を検出する位置検出手段と、作業用アタッチメントの回動姿勢を検出する姿勢検出手段と、位置検出手段および姿勢検出手段による検出結果に基づき、回動支点を中心とし、回動支点から最も離れた作業用アタッチメントの部位までの長さを半径とする基準円上にあって、かつ、作業用アタッチメントを運転室側へ回動させた際に、この回動方向の最も先端にある前記作業用アタッチメントの部位と回動支点とを結ぶ基準線上にある点を干渉危険点として設定する設定手段と、設定手段により設定された干渉危険点に基づき、作業用アタッチメントが運転室に接近する動作を制限する制限手段とを備えることを特徴とする。
作業用アタッチメントを運転室側へ回動させた際に、基準線と鉛直線とのなす角が所定値以上になると、基準円に基づき作業用アタッチメントの接近動作を制限するようにしてもよい。
作業用アタッチメントは開閉可能な開閉部材を有し、開閉部材の開閉動作時に回動支点から最も離れる作業用アタッチメントの部位、および、回動方向の最も先端にある作業用アタッチメントの部位に基づき干渉危険点を設定することもできる。

本発明によれば、作業用アタッチメントの回動支点を中心とし、回動支点から最も離れた作業用アタッチメントの部位までの長さを半径とする基準円上にあって、かつ、作業用アタッチメントを運転室側へ回動させた際に、この回動方向の最も先端にある作業用アタッチメントの部位と回動支点とを結ぶ基準線上にある点を干渉危険点として設定し、この干渉危険点に基づき作業用アタッチメントの運転室への接近動作を制限するようにした。これにより作業用アタッチメントの作業範囲が広がり、作業効率が向上する。

以下、図１〜図７を参照して本発明による干渉防止装置の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る干渉防止装置を有する建設機械の側面図である。この建設機械は油圧ショベルをベースマシンとし、走行体１と、走行体１の上部に旋回可能に設けられた旋回体２と、旋回体２に回動可能に軸支された多間接型の作業装置１０とを有する。旋回体２の前部には運転室３（キャブともいう）が設けられている。

作業装置１０は、運転室３の側方に回動可能に軸支されたブーム１１と、ブーム先端部に回動可能に軸支されたアーム１２と、アーム先端部に回動可能に軸支されたフォークグラップル１３（以下、単にグラップルと称す）とを有する。ブーム１１はブームシリンダ１１ａの駆動により俯仰し、アーム１２はアームシリンダ１２ａにより俯仰する。グラップル１３はシリンダ１３ａの駆動により前後方向に揺動するとともに、図示しないシリンダの駆動により先端のフォーク部１４を開閉する。このフォーク部１４の開閉により解体作業等において対象物を把持する。なお、図ではフォーク部１４を閉じた状態を示している。アーム先端部の作業用アタッチメントは種々のもの（例えばバケット等）に変更可能である。

このような建設機械では、作業装置１０が運転室３の前方で鉛直面に沿って前後方向に回動するため、グラップル１３がキャブ３に干渉するおそれがある。これを防止するため、本実施の形態ではキャブ３の周囲に予め斜線で示すような干渉防止領域Ａを設定するとともに、グラップル１３の周囲に以下のように干渉危険点Ｑを設定し、干渉危険点Ｑが干渉防止領域Ａに一定以上近づくと作業装置１０の接近動作を制限する。

図２は図１のグラップル１３の拡大図である。図中、実線はフォーク部１４を開放した状態を、点線はフォーク部１４を閉じた状態を示す。ここで、アーム先端部のグラップル１３の回動支点をＰ１、フォーク部１４を開閉したときに回動支点Ｐ１から最も離れたグラップル１３の部位（図ではフォーク部１４先端）を基準点Ｐ２とする。また、フォーク部１４の回動方向端部が最もキャブ３に近づくような姿勢（図ではフォーク部１４の開放姿勢）を想定し、この姿勢でグラップル１３をキャブ３側に揺動させたとき、フォーク部１４の回動方向の最も先端にある部位を基準点Ｐ３とし、基準点Ｐ３と回動支点Ｐ１とを結ぶ直線を基準線Ｌとする。基準点Ｐ３および基準線Ｌはグラップル１３の揺動に伴い移動する。なお、図では基準線Ｌを鉛直線で示している。本実施の形態では、回動支点Ｐ１を中心に基準点Ｐ２を通る半径ｒの円（基準円）Ｒを描き、この基準円Ｒと基準線Ｌとの交点Ｑを干渉危険点に設定する。

換言すれば、基準線Ｌを回動支点Ｐ１を通過する鉛直線としたとき、フォーク部１４を開放した状態でグラップル１３をキャブ３側に揺動させた際に、鉛直線を最も早く通過する点が基準点Ｐ３であり、回動支点Ｐ１を中心とした半径ｒの円Ｒと鉛直線との交点Ｑが干渉危険点である。なお、基準線Ｌと鉛直線とのなす角を基準角θＡ（図ではθＡ＝０）、そのときの鉛直線に対するグラップル１３の回動角θをθ１とすると、回動角θと基準角θＡとの関係はθＡ＝θ−θ１となる。θ１は設計値として求まる値であり、回動角θを検出すれば基準角θＡを演算することができ、干渉危険点Ｑを求めることができる。

干渉危険点Ｑはフォーク部１４の開閉に拘わらずグラップル１３の回動角θに応じて設定され、グラップル１３の回動に伴い干渉危険点Ｑが移動する。すなわち図３に示すようにグラップル１３が前方に揺動するとそれに伴い干渉危険点Ｑも前方に移動する。このためグラップル１３が干渉防止領域Ａに接近すると、その分、干渉危険点Ｑも干渉防止領域Ａに接近する。この場合、図４のＱ1に示すように、少なくとも基準角度θＡ１が９０°以下であれば（θＡ１≦９０°）、グラップル１３のいかなる部位よりも干渉危険点Ｑの方が干渉危険領域Ａに近い。そこで、この場合には干渉危険点Ｑと干渉危険領域Ａとの距離ｈ（＝ｈＱ）を求め、この距離ｈに基づき作業装置１０の動作を制限する。

一方、図４のＱ２に示すように、基準角度θＡ２が９０°より大きい場合（θＡ２＞９０°）には、干渉危険点Ｑよりもフォーク部１４の方が干渉危険領域Ａに近づくおそれがある。例えばフォーク部先端の基準点Ｐ２が干渉危険領域Ａに最も近づくことがある。そこで、この場合には安全を見込んで回動支点Ｐ１を中心とした基準円Ｒと干渉危険領域Ａとの距離ｈ（＝ｈＲ）を求め、この距離ｈに基づき作業装置１０の動作を制限する。

図５は、本実施の形態に係る干渉防止装置の構成を示すブロック図である。コントローラ２０には旋回体２に対するブーム１１の角度を検出するブーム角センサ２１と、ブーム１１に対するアーム１２の角度を検出するアーム角センサ２２と、アーム１２に対するグラップル１３の角度を検出する角度センサ２３と、アーム先端部に装着されたグラップル１３の形状情報、すなわち回動支点Ｐ１からのグラップル１３の最大長さ（図２のｒに相当）と図２の回動角θ１とを入力するアタッチメント情報入力部２４がそれぞれ接続されている。コントローラ２０ではこれらからの入力信号に基づき後述する処理を実行し、電磁弁２５および警報装置２６にそれぞれ制御信号を出力する。

電磁弁２５は例えばブーム駆動用操作レバー、アーム駆動用操作レバー、グラップル駆動用操作レバーの操作量に応じたパイロット圧を供給する各パイロット回路にそれぞれ介装される。この電磁弁２５を切り換えることでパイロット圧の供給を許容または禁止し、グラップル１３がキャブ３へ近づくような動作を制限する。警報装置２６は例えばブザーやランプであり、警報装置２６の作動によりグラップル１３がキャブ３に一定以上接近した旨を作業員に報知する。

図６はコントローラ２０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。なお、メモリには、キャブの２前面および上面から所定距離（３０cm程度）離れた領域を干渉危険領域Ａとして予め予め記憶している。まず、ステップＳ１でセンサ２１〜２３および入力部２４からの信号を読み込み、ステップＳ２で角度センサ２１，２２の検出値および予め設定されたブーム長さ、アーム長さを用いてグラップル１３の回動支点Ｐ１（ｘ１，ｙ１）の位置を演算する。ステップＳ３では角度センサ２３の検出値θとアタッチメント情報入力部２４から入力された半径ｒ，回動角θ１を用いて前述したように回動支点Ｐ１に対する干渉危険点Ｑ（ｘ２，ｙ２）の位置を演算する。すなわち回動支点Ｐ１を通過する鉛直線とのなす角がθＡ（＝θ−θ１）である基準線Ｌと、回動支点Ｐ１を中心とした半径ｒの円弧との交点を演算する。

ステップＳ４では基準角θＡが９０°より大きいか否か、すなわち回動支点Ｐ１のｘ座標（ｘ１）が干渉危険点Ｑのｘ座標（ｘ２）より大きく、かつ、回動支点Ｐ１のｙ座標（ｙ１）が干渉危険点Ｑのｙ座標（ｙ２）より小さいか否かを判定する。ステップＳ４が否定されるとステップＳ５に進む。この場合、干渉危険点Ｑが干渉危険領域Ａの最も近くに位置するため、ステップＳ５で干渉危険点Ｑと予め予め設定された干渉危険領域Ａとの距離ｈＱを演算し、この距離ｈＱを距離ｈに代入する。一方、ステップＳ４が肯定されるとステップＳ６に進む。この場合、干渉危険点Ｑよりもフォーク部１４の方が干渉危険領域Ａに最も近づくおそれがあるため、ステップＳ６で回動支点Ｐ１を中心にした半径ｒの基準円Ｒと干渉危険領域Ａとの距離ｈＲを演算し、この距離ｈＲを距離ｈに代入する。

次いで、ステップＳ７で距離ｈが予め設定した所定値ｈａ（例えば０）以下か否かを判定する。ステップＳ７が肯定されるとステップＳ８に進み、電磁弁２５に制御信号を出力してグラップル１３がキャブ３に近づくような動作を禁止する。この場合、グラップル１３がキャブ３から離れるような動作は許容される。次いで、ステップＳ９で警報装置２６を作動する。一方、ステップＳ７が否定されるとステップＳ１０に進み、電磁弁２５に制御信号を出力してグラップル１３がキャブ３に近づくような動作を許容する。次いで、ステップＳ１１で警報装置２６の作動を停止する。

次に、本実施の形態に係る干渉防止装置の動作をより具体的に説明する。グラップル１３を用いて解体作業等を行うとき、図４に示すようにグラップル１３のキャブ側への回動方向に干渉危険点Ｑが設定される（ステップＳ３）。この干渉危険点Ｑは、グラップル１３の回動角θが変化しない限りフォーク部１４が開閉しても変化せず、図３（ｂ）に示すようにグラップル１３がキャブ側に揺動するとそれに伴い干渉危険点Ｑもキャブ側に移動する。

このとき干渉危険点Ｑを通過する基準線Ｌと鉛直線とのなす角が９０°以下で（図４のＱ１）、干渉危険点Ｑと干渉危険領域Ａとの距離ｈが所定値ｈａより大きければ、グラップル１３がキャブ３に干渉するおそれはない。このため、回動支点Ｐ１を中心にした円Ｒが干渉危険領域Ａに干渉したとしても、作業装置１０の動作は制限されることなく許容され、解体作業の作業範囲が広がる（ステップＳ１０，ステップＳ１１）。干渉危険点Ｑが干渉危険領域Ａに接近し、距離ｈが所定値ｈａ以下になると警報装置２６が作動し、電磁弁２５の切換によりグラップル１３のキャブ３への接近動作が禁止される（ステップＳ８，ステップＳ９）。これによりグラップル１３とキャブ３の干渉を防止することができる。

一方、干渉危険点Ｑを通過する基準線Ｌと鉛直線とのなす角が９０°より大きい場合（図６のＱ２）、回動支点Ｐ１を中心にした基準円Ｒと干渉危険領域Ａとの距離ｈが所定値ｈａより大きければ、作業装置１０の動作は制限されることなく許容される（ステップＳ１０，ステップＳ１１）。基準円Ｒが干渉危険領域にＡ接近し、距離ｈが所定値ｈａ以下になると警報装置２６が作動し、電磁弁２５の切換によりグラップル１３のキャブ３への接近動作が禁止される（ステップＳ８，ステップＳ９）。これにより干渉危険点Ｑよりもフォーク部１４の方が干渉危険領域Ａに近づいた場合であっても、グラップル１３とキャブ３との干渉を確実に防止することができる。

以上の実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）グラップル１３をキャブ側へ回動させた際に、その回動方向の最も先端にあるグラップル１３の部位（基準点Ｐ３）とグラップル１３の回動支点Ｐ１とを結んだ直線Ｌ上で、かつ、グラップル１３の回動支点Ｐ１を中心にグラップルの最外部（基準点Ｐ２）を半径とした円Ｒ上の点を干渉危険点Ｑとして設定した。そして、この干渉危険点Ｑと干渉危険領域Ａとの距離ｈ（＝ｈＱ）に基づき作業装置１０のキャブ３への接近動作を制限するようにした。これによりグラップル１３の回動姿勢を考慮して作業装置１０の動作が制限され、回動支点Ｐ１の位置のみで作業装置１０の動作を制限する場合に比べ、作業範囲を広げることができる。

（２）基準線Ｌと鉛直線とのなす角θＡが９０°より大きいとき、回動支点Ｐ１を中心にした基準円Ｒと干渉危険領域Ａとの距離ｈ（＝ｈＲ）に基づき作業装置１０のキャブへ３の接近動作を制限するようにした。これにより干渉危険点Ｑよりもフォーク部１４の方が干渉危険領域Ａに接近した場合であっても、グラップル１３とキャブ３との干渉を確実に防止することができる。
（３）フォーク部１４の開閉時の姿勢変化を考慮して干渉危険点Ｑを設定し、一旦設定した干渉危険点Ｑがフォーク部１４の開閉により変化しないので、フォーク部１４の姿勢変化に拘わらずグラップル１３とキャブ３との干渉を確実に防止することができる。

なお、上記実施の形態では、干渉危険点Ｑと干渉危険領域Ａの距離ｈが所定値ｈａ以下になると作業装置１０のキャブ３への接近動作を禁止するようにしたが、距離ｈが所定値ｈａ以下になるとまず接近動作を減速させ、次いで距離ｈが所定値ｈｂ（＜ｈａ）以下になると接近動作を禁止するようにしてもよい。すなわち接近動作を制限するとは、接近動作を禁止する場合と減速する場合の両方を含む。

本実施の形態の干渉防止装置は、開閉可能な開閉部材としてのフォーク部１４を有するグラップル１３に適用したが、作業装置１０の先端部に回動可能に軸支されてキャブ２に接近および離間する他の作業用アタッチメントにも適用できる。その一例を図７に示す。図７では干渉防止装置をブレーカ５０に適用している。この場合、ブレーカ５０の回動支点Ｐ１を中心に最外部Ｐ２までの距離ｒを半径とした円Ｒと、ブレーカ５０の回動方向の最も先端にある部位Ｐ３と回動支点Ｐ１とを通る直線Ｌとの交点を干渉危険点Ｑとして設定し、干渉危険点Ｑに基づきブレーカ５０の動作を制限すればよい。

なお、上記実施の形態では、基準角θＡを演算する際に必要な回動角θ１を入力部２４から入力し、この回動角θ１を用いて干渉危険点Ｑを設定するようにしたが、設定手段の構成はこれに限らない。例えば、フォーク部１４を開放した状態でグラップル１３をキャブ側に回動し、その回動方向の先端部Ｐ３が図２に示すように回動支点Ｐ１の鉛直下方に位置するように先端部Ｐ３の位置を目視しながら回動量を調整する。この状態で、例えば運転室に設けた入力スイッチを操作し、そのときの角度センサ２３の検出値θをθ１としてメモリに記憶し、この回動角θ１を用いて干渉危険点Ｑを設定するようにしてもよい。これにより回動角θ１が設計値からずれていたとしても、正確な回動角θ１を入力することができる。

ブーム角センサ２１，アーム角センサ２２により回動支点Ｐ１の位置を検出するようにしたが、他の位置検出手段を用いてもよい。入力部２４から入力された角度θ１と角度センサ２３により検出された回動角θにより基準角θＡを求めたが、他の姿勢検出手段によりグラップル１３等の回動姿勢を検出してもよい。電磁弁２５の代わりに電磁比例弁等、他の制限手段を用いてもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の干渉防止装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係る干渉防止装置を有する建設機械の側面図。 図１の要部拡大図であり、干渉危険点の設定を説明する図。 図１の建設機械の動作を示す図。 異なる設定領域における干渉危険点を示す図。 本実施の形態に係る干渉防止装置の構成を示すブロック図。 図５のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。 本発明の変形例を示す図。

符号の説明

３ 運転室
１０ 作業装置
１３ グラップル
１４ フォーク部
２０ コントローラ
２１ ブーム角センサ
２２ アーム角センサ
２３ 角度センサ
２４ アタッチメント情報入力部
２５ 電磁弁
Ｑ 干渉危険点
Ａ 干渉危険領域
Ｐ１ 回動支点
Ｐ２，Ｐ３ 基準点
Ｌ 基準線
Ｒ 基準円

Claims (3)

1. 作業装置の先端部に回動可能に軸支され、運転室に接近および離間する作業用アタッチメントと、
   前記作業用アタッチメントの回動支点の位置を検出する位置検出手段と、
   前記作業用アタッチメントの回動姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   前記位置検出手段および前記姿勢検出手段による検出結果に基づき、前記回動支点を中心とし、前記回動支点から最も離れた前記作業用アタッチメントの部位までの長さを半径とする基準円上にあって、かつ、前記作業用アタッチメントを運転室側へ回動させた際に、この回動方向の最も先端にある前記作業用アタッチメントの部位と前記回動支点とを結ぶ基準線上にある点を干渉危険点として設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された干渉危険点に基づき、前記作業用アタッチメントが運転室に接近する動作を制限する制限手段とを備えることを特徴とする建設機械の干渉防止装置。
2. 請求項１に記載の建設機械の干渉防止装置において、
   前記制限手段は、前記作業用アタッチメントを運転室側へ回動させた際に、前記基準線と鉛直線とのなす角が所定値以上になると、前記基準円に基づき前記作業用アタッチメントが運転室に接近する動作を制限することを特徴とする建設機械の干渉防止装置。
3. 請求項１または２に記載の建設機械の干渉防止装置において、
   前記作業用アタッチメントは開閉可能な開閉部材を有し、
   前記設定手段は、前記開閉部材の開閉動作時に前記回動支点から最も離れる前記作業用アタッチメントの部位、および、回動方向の最も先端にある前記作業用アタッチメントの部位に基づき前記干渉危険点を設定することを特徴とする建設機械の干渉防止装置。

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