JPH1088609A

JPH1088609A - 掘削作業機の制御機構

Info

Publication number: JPH1088609A
Application number: JP24023696A
Authority: JP
Inventors: Yoshizo Sakamoto; 佳三坂本; Yasuo Noma; 康男野間; Hiroyasu Yukino; 弘泰雪野; Shigeki Tada; 茂樹多田; Takeshi Okabe; 健岡部; Tetsuya Nakanishi; 鉄也中西
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】バックホー等の掘削作業機において、操作レ
バーによる操作と、自動制御機構とをオペレーターのフ
ィーリングにマッチしたものとして、誤操作を出来るだ
け無くすものである。【解決手段】ブーム１とアーム２とバケット３を電子
制御可能とした掘削作業機において、ブーム操作レバー
４にクレーン作業スイッチ５を設け、更にブーム操作レ
バー４の傾倒角度を検出する手段を設け、クレーン作業
スイッチ５を押しながら、ブーム操作レバー４を傾動す
ると、バケット３は対地角度を一定に保ちながら垂直方
向に動作するように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバックホー等の掘削
作業機における作業自動制御機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、バックホー等の掘削作業機に
おける自動制御に関しては、実開昭６２−６０６４８号
公報や、特開平５−２８７７８２号公報の如き技術が公
知とされていたのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の直線
掘削機能に、クレーン作業機能を加えて、さらに、一部
スイッチ類を同時設定可能とすることで、制御スイッチ
類を増やさないで、機能を増すことを課題とする。請求
項１においては、クレーン作業において、バケットの対
地角度を一定に保つことで、ブーム操作レバー４により
ブーム１を作動させても、バケット３からクレーンが外
れることが無いように構成したものである。また、垂直
線掘削機能を使う場合に、法面角度を９０度に設定する
必要があり、作業者の手間が掛かるがこれを簡単にする
ことが出来るように構成したものである。

【０００４】請求項２においては、クレーン作業を行う
時に、ブーム操作レバー４を操作することで、オペレー
ターの感覚に合った操縦方法と出来るので、誤操作の恐
れが無くなり、オペレーターがスムーズに作業出来るよ
うに構成したものである。また、指令速度が無限大とな
る等の制御上の不具合を無くすことが出来るのである。

【０００５】請求項３においては、掘削作業機の動作設
定装置に対して、スイッチの数を減少することにより、
オペレーターの設定手順の簡素化を図るものである。

【０００６】請求項４においては、直線掘削時の仕上げ
面をバケット３の底面とすることで、仕上げ面の精度の
向上を図り、かつ、２つのスイッチの操作により、円滑
なスイッチ操作を可能としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するため
の手段を説明する。請求項１においては、ブーム１とア
ーム２とバケット３を電子制御可能とした掘削作業機に
おいて、ブーム操作レバー４にクレーン作業スイッチ５
を設け、更にブーム操作レバー４の傾倒角度を検出する
手段を設け、クレーン作業スイッチ５を押しながら、ブ
ーム操作レバー４を傾動すると、バケット３は対地角度
を一定に保ちながら垂直方向に動作するように制御する
ものである。

【０００８】請求項２においては、ブーム１とアーム２
とバケット３を電子制御可能とした掘削作業機におい
て、ブーム操作レバー４にクレーン作業スイッチ５を設
け、更にブーム操作レバー４の傾倒角度を検出する手段
を設け、クレーン作業スイッチ５を押しながら、ブーム
操作レバー４を傾動すると、バケット３は対地角度を一
定に保ちながら垂直方向に動作するように制御する構成
において、アーム２が地面と水平になるまでの制御と、
アーム２が地面と水平になってからクレーン作業スイッ
チ５の制御を、逆位相の制御としたものである。

【０００９】請求項３においては、掘削作業機の動作方
向と動作制限位置を自動制御出来る電子制御式掘削作業
機において、作業機能の選択が出来る機能選択部と、前
記機能選択部において設定した制御機能に関する制御設
定値を設定するための設定部と、各部の現在位置や設定
値を表示する表示部とを設け、高さ・深さ・法面の各機
能の入切と、数値の設定を同時に可能としたものであ
る。

【００１０】請求項４においては、ブーム１とアーム２
とバケット３を具備し、深さ設定機能を具備し、作業機
の位置を検出する位置検出手段を設けた掘削作業機の制
御機構において、直線掘削時にバケット３の底面を直線
掘削方向に合わせる機能を設け、直線掘削を行う為のス
イッチと、バケット３の底面を直線掘削方向に合わせる
スイッチとを並べて設けたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を請求
項１について説明する。図１は掘削作業機のバケット３
の部分により、荷重Ｋを吊り下げてクレーン作業をして
いる状態の側面図、図２は本発明の掘削作業機の制御機
構を示す側面図である。従来からある直線掘削機能を用
いて、法面角度を９０度に設定して、アーム操作レバー
を操作することにより、バケット３の垂直上昇動作を行
うことは出来るのである。しかし、この従来の方式で、
直線掘削機能を使って、クレーン作業を実現した場合に
は、法面角度を９０度に設定する必要がある為に、オペ
レーターの手間が掛かるのである。また、水平掘削など
と繰り返し使う場合には、その度に法面角度を設定し直
す必要があるのである。また、アーム操作レバーにより
操作することとなる為に、手動操作時の感覚と合わない
為に、上下方向のどちらに動くのかが直感的に理解し難
いという不具合があったのである。

【００１２】本発明は、ブーム１とアーム２とバケット
３を電子制御することができるバックホー等の掘削作業
機において、ブーム操作レバー４にクレーン作業スイッ
チ５を取付けて、該ブーム操作レバー４の傾倒角度を検
出する手段とを備えた操作装置と、該クレーン作業スイ
ッチ５を押しながら、ブーム操作レバー４を操作するこ
とにより、バケット３の対地角度を一定の状態に保ちな
がら、垂直方向に動作するように構成したものである。
また、その際にブーム１を手動とし、ブーム１の動きに
合わせてアーム２やバケット３を動かすように構成して
いる。

【００１３】このように構成することにより、角度の設
定変更無しで操作することができ、アーム操作レバーに
よる直線掘削機能と併存できるような、オペレーターの
感覚にあった掘削作業機の制御機構とすることが出来る
のである。また、手動式の掘削作業機において、同様の
クレーン作業を行う時に、主に使用するブーム操作レバ
ー４を、クレーン作業の操作レバーとし、オペレーター
の感覚に合った操縦方法とすることで、誤操作の恐れが
少なく、スムーズに作業を行えるのである。また、自動
直線掘削との繰り返し作業の場合にも、設定変更の必要
がないので、ブーム操作レバー４から手を離さずに、作
業を続けることができ、作業時間の短縮にも繋がるので
ある。

【００１４】次に、具体的な構成を説明する。図１に示
す如く、ブーム１とアーム２とバケット３の動きが電子
制御される掘削作業機である。この掘削作業機のブーム
操作レバー４にクレーン作業スイッチ５が設置されてい
る。該クレーン作業スイッチ５が押されている間にブー
ム操作レバー４が操作された場合には、その時のブーム
操作レバー４の操作量を検知して、その操作量に比例し
た速度をバケット３部分の目標速度として、

【００１５】

【数１】

【００１６】に示すように、逆ヤコビアンの関係式を用
いて、ブーム１とアーム２とバケット３の各軸に対する
速度目標値を、Ｘ＝０、また、対地角度αを一定にして
動かすので、α＝０として、コントローラＣにより計算
し、各シリンダ１ｓ・２ｓ・３ｓの比例コントロール制
御弁Ｖ１・Ｖ２・Ｖ３への指令値を計算し、アンプＡ１
・Ａ２・Ａ３へ出力する。こうして、各軸を制御し、バ
ケット３の部分を垂直に動作させ、バケットも対地角度
を一定に動作させる。

【００１７】次に請求項２の発明を説明する。ブーム１
とアーム２とバケット３を電子制御することができ、ブ
ーム操作レバー４に取り付けたクレーン作業スイッチ５
と、ブーム操作レバー４の傾倒角度を検出する手段とを
備えた操作装置と、該クレーン作業スイッチ５を押しな
がら、ブーム操作レバー４を相当操作することで、バケ
ット３の対地角度を一定に保ちながら、垂直方向に動作
するようにした掘削作業機の制御機構において、アーム
２の指示角速度が無限大である機構特異点になることを
回避する為に、該機構特異点の近傍では、ブーム１の水
平方向動作量と、アーム２の水平方向動作量が等しくな
るように構成して、機構特異点を回避したものである。

【００１８】具体的な構造・方法としては、次の如く構
成されている。掘削作業機の制御機構であるが、請求項
１の制御機構とは別の構成である。即ち、ブーム１は手
動式の操作方法とし、アーム２とバケット３はブーム１
の動きに合わせて、バケット３が鉛直方向に動くような
動作速度指令値を計算して制御を行うブーム追従制御方
式において、アーム２が地面と水平になった場合には、

【００１９】

【数２】

【００２０】の式（１）に示すように、指令速度が無限
大となる。そこで、地面水平となる手前θ°までは、ブ
ーム追従方式で動作させ、θ°から水平までは、ブーム
の動作により水平方向の移動量を演算式（２）により演
算し、アーム２がその動作量をキャンセルするように、
動作指令値を発生させる。そして、アーム２が地面水平
よりも上方では、ブーム操作レバー４の動きとブーム１
の動きが逆にならないと鉛直線軌道に沿わなくなるの
で、ブーム操作レバー４の操作量をアーム操作レバーの
動きとしてアームを電子制御することで駆動し、その動
きに連れて、ブーム１とバケット３が動作するように式
（３）で示すようなアーム追従方式とするものである。

【００２１】次に請求項３の発明を説明する。掘削作業
機の制御機構において、ブーム１とアーム２とバケット
３の、高さや深さ等の動作範囲を設定し、ブーム１とア
ーム２とバケット３を制御して、バケット３が一定姿勢
で、決まった直線上を往復動作して掘削された地表面の
仕上げをするように制御する機構において、該当する直
線の角度即ち法面を設定することのできる機構を具備さ
せている。このような掘削作業機の制御機構において、
高さと深さと法面を、該当するスイッチのワンタッチ操
作で、『機能の入切』と『値の設定』とを同時にできる
ように構成したものである。即ち、『高さ設定スイッチ
Ｈ』を押すことで、ブーム１かアーム２かバケット３の
いずれかが最高部の高さの現在値が数値設定される。ま
た、『深さ設定スイッチＤ』を押すことにより、ブーム
１かアーム２かバケット３のいずれかの最低部の深さの
現在値が数値設定される。また、『法面設定スイッチ
Ｎ』を押すことで、バケット３の底面角度の現在値が数
値設定される。また、全ての設定値を、『リセットスイ
ッチＲ』のワンタッチ操作で解除できるように構成して
いる。

【００２２】本発明の目的は、動作設定装置に対してス
イッチの数を減らして、設定手順の簡素化を図るもので
ある。また、このような掘削作業機の制御機構とするこ
とにより、掘削作業機を操作したことの無い初めての人
でも、直観的に操作可能な設定装置とすることができる
のである。また全ての設定をワンタッチスイッチ操作で
可能にして、設定に不慣れな初心者にでも、分かり易く
なっている。設定の簡素化で、迅速な設定が出来るの
で、操作の煩わしさを減らすことができ、オペレーター
が次の操作を考えずに済むようにし、作業全体の能率向
上を図るのである。

【００２３】動作範囲の設定において、ブーム１・アー
ム２・バケット３の動作を停止することの無い方式と
し、範囲設定入切スイッチと値設定スイッチとを共通兼
用している。図３に示す如く、掘削作業機の制御機構の
油圧回路と制御ブロック線図が構成されている。直線即
ち仕上げ角度が０°の時や法面の仕上げの時には、刃先
軌跡が設定された角度θになるように比例弁を制御して
いる。動作範囲の設定時には、ブーム１とアーム２とバ
ケット３のいずれかの部位が、動作減速域に入ると切換
弁で電子制御側に切換えて、比例コントロール制御弁Ｖ
１・Ｖ２・Ｖ３を制御して、それぞれのシリンダ１ｓ・
２ｓ・３ｓを減速停止させている。

【００２４】次に、図４と図５において、本発明の掘削
作業機の制御機構の概要を説明する。本発明において
は、『仕上げ角度』、『高さ設定』、『深さ設定』を行
うことができる。まず電源をＯＮとし、現在のバケット
３の刃先位置を、７セグメントのＬＥＤでディジタル表
示器Ｐに表示する。この時は、高さ設定と深さ設定は、
設定値無しで、法面は０°で設定されている。『高さ設
定スイッチＨ』が押されると、この時の腕の最高点の高
さをディジタル表示器Ｐに数値表示する。この時に表示
が点滅し、ジョグダイヤルＪによりその設定値を変更す
ることができる。表示点滅中の、一定時間内に何も操作
が行われなければ、自動的にその時の値を設定して、現
在位置表示に戻る。

【００２５】表示点滅中に、他のスイッチが操作される
と、その時の値を設定し、表示点灯させた後で、そのモ
ードに移る。表示点滅または点灯中、もう一度『高さ設
定スイッチＨ』が押されると、表示消灯・設定解除して
現在位置表示に戻る。次に『深さ設定スイッチＤ』が押
されると、この時の腕の最下点の高さを数値表示する。
この時表示が点滅し、ジョグダイヤルＪにより値を変更
できることを表示する。表示点滅中に、一定時間に何の
操作も行われなければ、自動的にその時の値を設定し、
現在位置表示に戻る。表示点滅中に、他のスイッチが押
されると、その時の値を設定し表示点灯させた後、その
モードに移る。表示点滅又は点灯中、もう一度『深さ設
定スイッチＤ』が押されると、表示消灯・設定解除して
現在位置表示に戻る。

【００２６】『法面設定スイッチＮ』が押されると、そ
の時のバケット３の床面の対地角度を数値表示する。こ
の時表示が点滅し、ジョグダイヤルＪにより値を変更で
きることを示す。表示点滅中に他のスイッチが押される
と、その時の値を設定し、表示点灯させた後、そのモー
ドに移る。表示点滅又は点灯中、もう一度『法面設定ス
イッチＮ』が押されると、表示消灯・設定解除して現在
位置表示に戻る。

【００２７】『設定値スイッチＳ』が押されると、押さ
れる度に高さと深さと法面の順番でディジタル表示器Ｐ
に設定値を表示し、一巡するとディジタル表示器Ｐは現
在位置表示にもどる。この時に設定値の無い項目は自動
的にスキップされ、設定値のある項目は表示が点滅し、
ジョグダイヤルＪにより値を変更できることを示す。
『現在位置スイッチＧ』を押すと、現在のバケット３の
刃先高さを表示する。『リセットスイッチＲ』を押す
と、電源ＯＮの時の状態に戻る。上記の機能を実現する
為のフローチャートを図６に図示している。

【００２８】次に請求項４の発明を説明する。請求項４
の発明は、ブーム１とアーム２とバケット３を具備し、
深さ設定機能を具備し、作業機の位置を検出する位置検
出手段を設けた掘削作業機の制御機構において、直線掘
削時にバケット３の底面を直線掘削方向に合わせる機能
を設け、直線掘削を行う為のスイッチと、バケット３の
底面を直線掘削方向に合わせるスイッチとを並べて設け
たものである。従来の技術では、『直線掘削スイッチ
Ｌ』は左側のレバーの上面に配置されていたが、『バケ
ット底面合せスイッチＭ』は無かったのである。

【００２９】図４に示す実施例においては、左側の油圧
操作レバーである左側操作レバー７の握りの上面に、本
発明の『直線掘削スイッチＬ』と『バケット底面合せス
イッチＭ』を併置している。因みに、ブーム操作レバー
４の上面にはクレーン作業スイッチ５と、クラクション
スイッチＺが配置されている。『バケット底面合せスイ
ッチＭ』によるバケット３の底面を合わせ、次に『直線
掘削スイッチＬ』により掘削する作業は一連の作業であ
るので、この２個のスイッチを左側操作レバー７の上に
併置している。これにより、スイッチの操作が楽になっ
たのである。また直線掘削の場合において、アーム２の
操作が方が主であるので、アーム操作レバー７の上に設
けることにより、通常の手動パターンとなる。また、バ
ケット底面合せは、バケット３の操作であるので、この
バケット３も左側操作レバー７の部分の操作で行うの
で、『バケット底面合せスイッチＭ』の動作と左側操作
レバー７を連動するのも、操作感覚が良くなるのであ
る。

【００３０】またバケット３の角度もワンタッチで設定
可能としている。水平面や、法面の仕上げにおいては、
バケット３の床面を使って地面を圧迫しながら、仕上げ
るのが最も綺麗に仕上がるのである。そこでオペレータ
ーは、仕上げする面にバケット３の床面を合わせて後
で、仕上げボタンを押して、面仕上げを行っていた。従
来の方法では、バケット３の床面を仕上げ面の角度に合
わせる操作が困難であった。本発明においては、動作設
定装置において、仕上げ角度と高さ設定と深さ設定を行
うことができる。そして、自動面合わせ機構は、オペレ
ーターが左側操作レバー７の外側の『バケット底面合せ
スイッチＭ』を押し続けることにより可能である。『バ
ケット底面合せスイッチＭ』が押されている間は、ブー
ム１やアーム２が動いても、バケット３の床面は仕上げ
面に一致する法面角度を維持するように、制御をし続け
ることとなる。面合わせが終了するとブザー音でオペレ
ーターに知らせる。この『バケット底面合せスイッチ
Ｍ』の制御フローチャートが図７に図示されている。

【００３１】また、図６のフローチャートにおいて図示
されている如く、『高さ設定スイッチＨ』と『深さ設定
スイッチＤ』と『法面設定スイッチＮ』等により設定操
作をする『設定モード』中であっても、若しオペレータ
ーがブーム操作レバー４や左側操作レバー７のレバーを
操作すると、ただちに『設定モード』を終了し、設定値
に基づく『操縦モード』に戻るように構成している。即
ち、オペレーターがブーム操作レバー４や左側操作レバ
ー７を操作したということは、操縦を望んでいることで
あると判断し、直ぐに『設定モード』から『操縦モー
ド』に移るように構成しているのである。従来の掘削作
業機においては、『設定モード』から『操縦モード』に
する場合には、『設定モード』の解除スイッチの操作が
必要であったのである。本発明においては、この『設定
モード』の解除を、ブーム操作レバー４又は左側操作レ
バー７の操作で代行したものである。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。請求項１の如く構成した
ので、クレーン作業において、バケットの対地角度を一
定に保つことで、ブーム操作レバー４によりブーム１を
作動させても、バケット３からクレーンが外れることが
無いように構成したものである。また、垂直線掘削機能
を使う場合に、法面角度を９０度に設定する必要があ
り、作業者の手間が掛かるがこれを簡単にすることが出
来るのである。

【００３３】請求項２の如く構成したので、クレーン作
業を行う時に、ブーム操作レバー４を操作することで、
オペレーターの感覚に合った操縦方法と出来るので、誤
操作の恐れが無くなり、オペレーターがスムーズに作業
が出来るのである。また、指令速度が無限大となる等の
制御上の不具合を無くすことが出来るのである。

【００３４】請求項３の如く構成したので、掘削作業機
の動作設定装置に対して、各機能の入切と数値の設定を
同時に可能としたので、スイッチの数を減少することに
より、オペレーターの設定手順の簡素化を図ることが出
来たのである。

【００３５】請求項４の如く構成したので、直線掘削時
の仕上げ面をバケット３の底面とすることで、仕上げ面
の精度の向上を図り、かつ、２つのスイッチを並べて設
けたので、円滑なスイッチ操作を可能に出来たのであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】掘削作業機のバケット３の部分に荷重Ｋを吊り
下げてクレーン作業をしている状態の側面図。

【図２】本発明の掘削作業機の制御機構を示す側面図。

【図３】図３は『高さ設定スイッチＨ』と『深さ設定ス
イッチＤ』と『法面設定スイッチＮ』による設定を可能
とした場合の油圧回路図と制御ブロック線図。

【図４】ブーム操作レバー４の上にクレーン作業スイッ
チ５を配置し、左側操作レバー７の上に『バケット底面
合せスイッチＭ』と『直線掘削スイッチＬ』を配置した
構成を示す図面。

【図５】掘削作業機の制御設定用パネルの表面図。

【図６】『高さ設定スイッチＨ』と『深さ設定スイッチ
Ｄ』と『法面設定スイッチＮ』の制御フローチャート
図。

【図７】『バケット底面合せスイッチＭ』による制御の
フローチャート図。

【図８】『深さ設定スイッチＤ』と『バケット底面合せ
スイッチＭ』の関係を示すフローチャート図。

【符号の説明】

１ブーム２アーム３バケット４ブーム操作レバー５クレーン作業スイッチ７左側操作レバーＨ高さ設定スイッチＤ深さ設定スイッチＮ法面設定スイッチＲリセットスイッチＭバケット底面合せスイッチＬ直線掘削スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者多田茂樹大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内 (72)発明者岡部健大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内 (72)発明者中西鉄也大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブーム１とアーム２とバケット３を電子
制御可能とした掘削作業機において、ブーム操作レバー
４にクレーン作業スイッチ５を設け、更にブーム操作レ
バー４の傾倒角度を検出する手段を設け、クレーン作業
スイッチ５を押しながら、ブーム操作レバー４を傾動す
ると、バケット３は対地角度を一定に保ちながら垂直方
向に動作するように制御することを特徴とする掘削作業
機の制御機構。
【請求項２】ブーム１とアーム２とバケット３を電子
制御可能とした掘削作業機において、ブーム操作レバー
４にクレーン作業スイッチ５を設け、更にブーム操作レ
バー４の傾倒角度を検出する手段を設け、クレーン作業
スイッチ５を押しながら、ブーム操作レバー４を傾動す
ると、バケット３は対地角度を一定に保ちながら垂直方
向に動作するように制御する構成において、アーム２が
地面と水平になるまでの制御と、アーム２が地面と水平
になってからクレーン作業スイッチ５の制御を、逆位相
の制御としたことを特徴とする掘削作業機の制御機構。
【請求項３】掘削作業機の動作方向と動作制限位置を
自動制御出来る電子制御式掘削作業機において、作業機
能の選択が出来る機能選択部と、前記機能選択部におい
て設定した制御機能に関する制御設定値を設定するため
の設定部と、各部の現在位置や設定値を表示する表示部
とを設け、高さ・深さ・法面の各機能の入切と、数値の
設定を同時に可能としたことを特徴とする掘削作業機の
制御機構。
【請求項４】ブーム１とアーム２とバケット３を具備
し、深さ設定機能を具備し、作業機の位置を検出する位
置検出手段を設けた掘削作業機の制御機構において、直
線掘削時にバケット３の底面を直線掘削方向に合わせる
機能を設け、直線掘削を行う為のスイッチと、バケット
３の底面を直線掘削方向に合わせるスイッチとを並べて
設けたことを特徴とする掘削作業機の制御機構。