JP7876397B2 - アーム式作業機 - Google Patents

Description

本発明は、アーム式作業機に関する。

建物の基礎工事では、地盤に縦穴を穿孔する作業、或いは杭や矢板等を打込む作業（以下、それぞれを穿孔・打設と称する場合もある）が行われ、このような基礎工事用の作業機としてアーム式作業機が知られている。例えばアーム式作業機は、走行可能な下部走行体上に、多関節型の作業フロントを備えた上部旋回体を旋回可能に設け、作業フロントのアームの先端に吊下げ式のアタッチメントを連結してなる。縦穴の穿孔作業では、アタッチメントとしてオーガスクリュを回転駆動する油圧オーガが連結され、自重により鉛直姿勢に保たれたオーガスクリュの下端を地盤に接地させ、油圧オーガにより回転駆動して地盤に押し込みながら穿孔する。また、打設作業では、アタッチメントとして杭や矢板を把持して加振するバイブロハンマーが連結され、自重により鉛直姿勢に保たれた杭や矢板の下端を地盤に接地させ、バイブロハンマーにより加振して地盤に打込む。

地盤の穿孔・打設の方向、即ちオーガスクリュによる穿孔方向、或いは杭や矢板の打設方向は鉛直方向に限るものではなく、アタッチメントの傾斜角度を前後に変更すれば、鉛直方向以外の任意の傾斜角度で穿孔・打設できる。鉛直方向を含む何れの傾斜角度においても、アタッチメントの傾斜角度が穿孔・打設作業中に変化すると、施工精度を低下させたり、オーガスクリュ、杭、矢板を損傷させたりする要因になるため、穿孔・打設作業の開始から終了までアタッチメントを所期の傾斜角度に保つ必要がある。そのために作業機のオペレータには、作業フロントを構成する少なくとも２つのアームを操作しながら、作業フロントのアーム先端を傾斜角度に沿って直線状に移動させる煩雑な作業が要求される。

このようなオペレータの負担を軽減するために、例えば特許文献１には、オーガスクリュを鉛直方向（傾斜角度=0°）に沿って自動的に移動させるようにしたアーム式作業機が開示されている。当該技術では、作業フロントの第１及び第２アームの長さ及び角度に基づき、オーガスクリュによる穿孔に伴って次第に変化する鉛直方向に沿った第２アームの先端位置の座標を逐次算出すると共に、このとき第１アームの先端が位置すべき座標を逐次算出している。そして、これらの座標に基づき第１及び第２アームを軌跡制御することにより、第２アームの先端、ひいてはオーガスクリュを鉛直方向に沿って移動させて地盤を穿孔している。

また、特許文献２には、鉛直方向に限ることなく任意の傾斜角度で地盤を穿孔可能なアーム式作業機が開示されている。当該技術では、設定されたオーガスクリュの傾斜角度に基づき第１及び第２アームの先端位置の座標をそれぞれ補正し、補正後の座標に基づき第１及び第２アームを軌跡制御しており、これによりオーガスクリュを傾斜角度に沿って移動させて地盤を穿孔している。

特公平４－５４７９２号公報 特公平７－７６４５３号公報

例えば特許文献２の技術において、オーガスクリュにより所期の傾斜角度で地盤を穿孔する場合には、穿孔作業に先立ちオーガスクリュを姿勢調整する。吊下げ式のアタッチメントの場合の姿勢調整の作業は、オーガスクリュの下端を予め設定された地盤上の穿孔地点に接地させ、この接地状態を保ちながら、オーガスクリュの上端、換言すると第２アームの先端を前後に位置変位させることで行われる。

結果として、このときの第２アームの先端は、穿孔地点を中心とした円弧状の軌跡を辿って鉛直姿勢から前方または後方に移動する。従って、このような軌跡を辿って第２アームの先端が移動するように、オペレータは作業フロントを操作する。移動途中で軌跡から逸脱すると、オーガスクリュの下端が地盤から離間するか逆に地盤に食い込んでしまい、何れの場合もアタッチメントを所期の傾斜角度に調整できなくなるため、作業フロントの操作は高難度なものとなる。

また、作業機に搭乗したオペレータは前後方向のオーガスクリュの傾斜角度を認識し難いため、穿孔地点の近傍に立った補助作業者が第２アームの先端の移動軌跡やオーガスクリュの傾き等を目視で確認し、オペレータにアームの操作方向を合図している。従って、オペレータは作業フロントを操作しながら、補助作業者からの合図を確認する必要がある。このような高難度且つ煩雑な作業がオペレータに要求されるため、肝心の穿孔作業の開始までに時間を要して作業効率が低下する上に、目視による確認では傾斜角度を正確に調整できないため、良好な施工精度を得にくいという問題がある。

一方、このようなオペレータの操作によるオーガスクリュの姿勢調整とは別に、治具を用いた手法も実施されている。例えば治具は、オーガスクリュの長さに相当する斜辺を有する三角状をなし、地盤に接地する底辺に対して斜辺の角度がオーガスクリュの傾斜角度と等しく設定されている。地盤上の穿孔地点に隣接するように治具を載置し、オーガスクリュの下端を穿孔地点に接地させた上で治具側に倒すと、オーガスクリュは治具の斜辺にもたれ掛かって斜辺に沿った姿勢、即ち所期の傾斜角度に保たれる。

しかしながら、治具はかなりの重量及び大きさを有し、一方で、工事現場では穿孔地点での施工完了毎に次の穿孔地点まで治具を運搬する必要があるため、多大な労力を要してしまう。また、基礎作業では種々のアタッチメントの傾斜角度が求められるが、それぞれに対応する治具を用意する必要があることから、施工費用の面でも改善の余地があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吊下げ式のアタッチメントを備え、鉛直方向以外の所期の傾斜角度に沿った穿孔・打設作業に先立って、アタッチメントの姿勢保持用の治具等を用いることなく、容易且つ正確にアタッチメントを所期の傾斜角度に姿勢調整することができるアーム式作業機を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のアーム式作業機は、それぞれアクチュエータに駆動される少なくとも基端側の第１アーム及び先端側の第２アームにより多関節型の作業フロントを構成し、前記各アクチュエータの駆動を制御するコントローラを有し、前記第２アームの先端に地盤を穿孔・打設するアタッチメントを吊下してなるアーム式作業機において、前記地盤を穿孔・打設する際の前記アタッチメントの傾斜角度を設定する傾斜角度設定装置を有し、前記コントローラは、前記第１及び第２アームのアクチュエータをそれぞれ駆動し、前記第２アームの先端を前記傾斜角度に沿って移動させて前記アタッチメントに地盤を穿孔・打設させる穿孔・打設制御部と、前記穿孔・打設制御部による前記地盤の穿孔・打設に先立って、前記アタッチメントを前記傾斜角度に姿勢調整する姿勢調整制御部と、を備え、前記姿勢調整制御部は、前記アタッチメントが鉛直姿勢に保たれて下端を前記地盤の穿孔・打設地点に接地させているときの前記第２アームの先端位置を基準座標として算出する基準座標算出部と、前記穿孔・打設地点への接地状態を保ったまま前記アタッチメントを前記傾斜角度に倣って傾斜させたときの前記第２アームの先端位置を目標座標として算出する目標座標算出部と、前記第２アームの先端が前記基準座標から前記目標座標まで移動するときの前記穿孔・打設地点を中心とした円弧状の軌跡を推定する軌跡推定部と、前記第１及び第２アームのアクチュエータをそれぞれ駆動し、前記軌跡推定部により推定された円弧状の軌跡を辿って前記第２アームの先端を前記基準座標から前記目標座標まで移動させる傾斜実行部と、を有することを特徴とする。

本発明のアーム式作業機によれば、吊下げ式のアタッチメントを備え、鉛直方向以外の所期の傾斜角度に沿った穿孔・打設作業に先立って、アタッチメントの姿勢保持用の治具等を用いることなく、容易且つ正確にアタッチメントを所期の傾斜角度に姿勢調整することができる。

実施形態のアーム式作業機を示す側面図である。 アーム式作業機のコントローラを示す制御ブロック図である。 コントローラが実行する姿勢調整ルーチンを示すフローチャートである。 平地でオーガスクリュを傾斜角度まで傾斜させた状態を示す説明図である。 傾斜地でオーガスクリュの下端を穿孔地点に接地させた状態を示す説明図である。 傾斜地でオーガスクリュを傾斜角度まで傾斜させた状態を示す説明図である。 別例において傾斜地でオーガスクリュを傾斜角度まで傾斜させた状態を示す説明図である。

以下、本発明を具体化したアーム式作業機の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態のアーム式作業機を示す側面図であり、以下の説明では、作業機に搭乗したオペレータを主体として上下、前後及び左右方向を規定する。

アーム式作業機１（以下、単に作業機と称する）の下部走行体２には左右一対のクローラ３が備えられ、クローラ３は図示しない走行用油圧モータにより駆動されて作業機１を走行させる。下部走行体２上には上部旋回体４が設けられ、上部旋回体４は図示しない旋回用油圧モータにより駆動されて旋回する。上部旋回体４上の前部左側には運転室５が設けられ、前部右側には作業フロント６が設けられている。

作業フロント６は第１及び第２アーム７，８からなり、上部旋回体４にピン４ａを介して、第１アーム７の基端が上下及び前後方向に沿って回動可能に連結されている。また、第１アーム７の先端にピン７ａを介して、第２アーム８の基端が上下及び前後方向に沿って回動可能に連結されている。第１アーム７は油圧式の第１シリンダ９（アクチュエータ）により回動し、それに応じて第１アーム７の先端が位置変位し、第２アーム８は油圧式の第２シリンダ１０（アクチュエータ）により回動し、それに応じて第２アーム８の先端が位置変位する。

運転室５の後側には機械室１１が設けられ、内部には作業機１の動力源である図示しない油圧パワーユニットが収容されている。詳細は説明しないが油圧パワーユニットは、エンジンにより油圧ポンプを駆動し、吐出された作動油をオペレータの運転操作に応じて切換弁で切り換える機能を奏する。この切換に応じて作動油が上記した走行用及び旋回用油圧モータ、第１及び第２シリンダ９，１０等に供給されると共に、以下に述べる油圧オーガ１３やバイブロハンマーにも供給され、これにより作業機１が稼動する。

第２アーム８の先端には、基礎工事の施工内容に応じたアタッチメントが連結される。例えば地盤に縦穴を穿孔する場合には、図１に示すように、アタッチメントとしてオーガスクリュ１２を回転駆動する油圧オーガ１３が連結され、オーガスクリュ１２により穿孔した縦穴に杭が挿入されて基礎の役割りを果たす。また、図示はしないが地盤に杭や矢板等を打込む場合には、アタッチメントとして杭や矢板を把持して加振するバイブロハンマーが連結され、これにより地盤に打込まれた杭や矢板が基礎の役割りを果たす。また、鋼管を地盤に打込む際に油圧オーガ１３を用いる場合もあり、予め鋼管の下端部に螺旋状のフィンを溶接し、その上端をオーガスクリュ１２に代えて油圧オーガ１３に連結し、回転駆動して地盤に打込む。

本実施形態の作業機１のアタッチメントは吊下げ式のため、第２アーム８の先端に対しアタッチメントの上端がピン８ａを介して前後方向に揺動可能に連結され、アタッチメントが自重により鉛直姿勢に保たれる。このような吊下げ式アタッチメントとは別に、油圧シリンダによりリンク機構を介して傾斜角度を調整可能なアタッチメント（以下、シリンダ駆動式と称する）も存在するが、吊下げ式には以下の利点がある。

（ａ）多くの基礎工事では鉛直方向の穿孔・打設が要求されるが、シリンダ駆動式アタッチメントでは、傾斜角度に関わらず全ての場合に角度調整を要する。これに対して吊下げ式アタッチメントでは自ずと鉛直姿勢に保たれるため、角度調整が不要となる。

（ｂ）作業フロント６の仕様に応じて支持可能なアタッチメントの総重量には上限がある。シリンダ駆動式アタッチメントでは油圧シリンダやリンク機構等の装備分だけ、穿孔・打設作業に直接関わるオーガスクリュ１２、杭、矢板等の重量、ひいてはその長さや大きさが制限される。このような制限は作業効率を低下させる要因になるが、吊下げ式アタッチメントでは、これらの部材に対する制限が緩和されるため作業効率を向上できる。

（ｃ）基礎工事では、穿孔・打設地点の施工内容に応じてアタッチメントを交換する場合があるため、迅速なアタッチメントの脱着が要求される。作業フロントに対してリンク機構及び油圧シリンダを介してアタッチメントを連結したシリンダ駆動式では、これらの連結箇所を全て分離する必要があるため時間を要してしまう。これに対して吊下げ式では、作業フロント６とアタッチメントとを連結する１本のピン８ａを挿脱するだけで脱着可能なため、アタッチメントの脱着性に優れて作業効率の向上に寄与する。

吊下げ式のアタッチメントは以上の利点を有する反面、穿孔・打設作業に先立ちアタッチメントを鉛直姿勢以外の傾斜角度に調整する際には、既述したような問題がある。即ち、オペレータの作業フロント６の操作によりアタッチメントを姿勢調整する場合には、高難度且つ煩雑な作業がオペレータに要求される上に、傾斜角度を正確に調整できない。また、治具を用いてアタッチメントを姿勢調整する場合には、穿孔・打設地点毎に治具の運搬を要する上に、アタッチメントの傾斜角度に対応する治具を用意する必要がある。

このような問題を鑑みて本発明者は、特許文献１，２に記載された穿孔・打設作業の自動化技術に着目した。これらの技術では、鉛直方向やそれ以外の傾斜角度（以下、鉛直方向を含む所期の傾斜角度と称する）に沿ってアタッチメントを自動的に穿孔・打設させるために、第１及び第２アーム７，８を軌跡制御している。この軌跡制御は、アタッチメントを所期の傾斜角度まで傾斜させる際の姿勢調整にも応用できる。

即ち、吊下げ式のアタッチメントは、自重により自ずと鉛直姿勢に保たれる特性を有するため、アタッチメントを姿勢調整する際の基準として鉛直姿勢を利用できる。従って、アタッチメントの下端を穿孔・打設地点に接地させたときの第２アーム８の先端位置（即ち、ピン８ａの位置）を基準座標Ｐstanとして定め、この状態からアタッチメントを所期の傾斜角度まで傾けたときの第２アーム８の先端位置を目標座標Ｐtgtとして特定できる。結果として基準座標Ｐstanから目標座標Ｐtgtまでの軌跡、詳しくは、第２アーム８の先端が基準座標Ｐstanから目標座標Ｐtgtまで移動する際の穿孔・打設地点を中心とした円弧状の軌跡を割り出せ、この軌跡を辿るように作業フロント６を駆動する軌跡制御を実行可能となる。

以上の知見に基づき、本実施形態ではオペレータにより手動操作されていた従来のアタッチメントの姿勢調整を自動化しており、以下に、アタッチメントとしてオーガスクリュ１２を回転駆動する油圧オーガ１３が連結された場合を説明する。
図２は、アーム式作業機１のコントローラを示す制御ブロック図である。

コントローラ１５は、地盤を穿孔する穿孔制御部１６、及びオーガスクリュ１２を姿勢調整する姿勢調整制御部１７からなる。
穿孔制御部１６は、鉛直方向を含む所期の傾斜角度αに沿ってオーガスクリュ１２を移動させて地盤を穿孔する機能を奏し、本発明の「穿孔・打設制御部」に相当する。なお、例えば杭や矢板を打設するバイブロハンマーをアタッチメントとした場合には、「穿孔・打設制御部」に相当する構成として打設制御部と称することになる。

穿孔制御部１６の入力側には、上部旋回体４に対する第１アーム７の角度を検出する第１アーム角度センサ１８、第１アーム７に対する第２アーム８の角度を検出する第２アーム角度センサ１９、運転室５に設けられた作業フロント６の操作レバー２０及びディスプレイ２１が接続されている。操作レバー２０は作業フロント６を操作する機器であり、その操作方向及び操作量に応じて第１及び第２シリンダ９，１０により各アーム７，８が対応する方向及び速度で駆動される。

タッチパネル式のディスプレイ２１には、オペレータへの操作指示を表示するメッセージ表示部２１ａ、各種設定値を入力するテンキー２１ｂ（傾斜角度設定装置）、操作完了を入力する完了ボタン２１ｃ等が表示される。メッセージ表示部２１ａの表示に従って、オペレータは地盤を穿孔するための作業機１の運転操作を行い、これと並行してテンキー２１ｂや完了ボタン２１ｃを適宜操作する。

また、穿孔制御部１６の出力側には、油圧回路２２を介して第１及び第２シリンダ９，１０が接続されている。油圧回路２２は、第１及び第２シリンダ９，１０にそれぞれ接続された図示しない一対の電磁比例弁等から構成されている。穿孔制御部１６からの駆動信号により油圧回路２２の各電磁比例弁が切り換えられ、それに応じて油圧ポンプ２３からの作動油が第１及び第２シリンダ９，１０にそれぞれ供給され、任意の方向及び速度で各シリンダ９，１０が個別に駆動される。

穿孔制御部１６の制御内容は、例えば特許文献１，２に記載の技術と同様のため概略のみを述べるものとし、詳細については各公報を参照されたい。穿孔作業は、地盤上の穿孔地点Ｐgrdにオーガスクリュ１２の下端を接地させた鉛直姿勢、或いは下端を接地させたまま所期の傾斜角度αに傾けた姿勢で開始される。鉛直姿勢の場合には、鉛直方向に沿ってオーガスクリュ１２を穿孔させ、それ以外の傾斜角度αの場合には、その所期の傾斜角度αに沿ってオーガスクリュ１２を穿孔させるべく、第２アーム８の先端を鉛直方向や所期の傾斜角度αに沿って移動させる必要がある。

そこで、穿孔制御部１６は、予め判明している第１及び第２アーム７，８の長さ（各アーム７，８の両端の軸間距離）、及び第１及び第２アーム角度センサ１８，１９により検出された各アーム７，８の角度等に基づき、第１及び第２アーム７，８を軌跡制御する。即ち、オーガスクリュ１２による穿孔に伴って、傾斜角度αに沿った第２アーム８の先端の座標は次第に変化する。このため上記アーム長さやアーム角度の情報に基づき、第２アーム８の先端の座標を逐次算出すると共に、このとき第１アーム７の先端が位置すべき座標を逐次算出する。そして、各座標に基づき油圧回路２２に駆動信号を出力して第１及び第２シリンダ９，１０を駆動し、これにより第１及び第２アーム７，８の角度を制御して第２アーム８の先端、換言するとオーガスクリュ１２を鉛直方向を含む所期の傾斜角度αに沿って移動させながら地盤を穿孔する。

姿勢調整制御部１７は、地盤の穿孔に先立って、オーガスクリュ１２を所期の傾斜角度αに姿勢調整する機能を奏し、基準座標算出部１７ａ、目標座標算出部１７ｂ、軌跡推定部１７ｃ、及び傾斜実行部１７ｄからなる。

基準座標算出部１７ａの入力側には、第１アーム角度センサ１８、第２アーム角度センサ１９及びディスプレイ２１が接続され、出力側には、目標座標算出部１７ｂ及び傾斜実行部１７ｄが接続されている。基準座標算出部１７ａは、オーガスクリュ１２の下端を穿孔地点Ｐgrdに接地させているときの第１及び第２アーム７，８の角度に基づき、前後方向をX軸、上下方向をY軸とした座標上で第２アーム８の先端位置を基準座標Ｐstanとして算出し、目標座標算出部１７ｂ及び軌跡推定部１７ｃにそれぞれ出力する。なお、座標の原点（0,0）は何れの位置に設定してもよく、例えば予め設定された作業機１上の所定位置を原点としてもよいし、基準座標Ｐstanを原点としてもよい。

目標座標算出部１７ｂの入力側には、基準座標算出部１７ａ及びディスプレイ２１が接続され、出力側には、軌跡推定部１７ｃが接続されている。目標座標算出部１７ｂは、予め判明しているオーガスクリュ１２の長さ（ピン８ａから下端までの距離）、基準座標算出部１７ａから入力された基準座標Ｐstan、及びディスプレイ２１のテンキー２１ｂにより入力された傾斜角度αに基づき、傾斜角度αに倣ってオーガスクリュ１２を傾斜させたときの第２アーム８の先端位置（即ち、ピン８ａの位置）の座標を目標座標Ｐtgtとして算出する。本実施形態では、鉛直方向を基準として傾斜角度αが入力・設定される。

軌跡推定部１７ｃの入力側には、基準座標算出部１７ａ及び目標座標算出部１７ｂが接続され、出力側には、傾斜実行部１７ｄが接続されている。軌跡推定部１７ｃは、オーガスクリュ１２の下端を穿孔地点Ｐgrdに接地させたまま、第２アーム８の先端を基準座標Ｐstanから目標座標Ｐtgtまで移動させたときの円弧状の軌跡を推定する。

本実施形態では、基準座標Ｐstanから目標座標Ｐtgtまでの穿孔地点Ｐgrdを中心とした所定角度毎（例えば、5°毎）に第２アーム８の先端位置の座標（図４中にＰstan，Ｐ1～Ｐ4，Ｐtgtとして例示）を逐次算出し、これらの座標を第２アーム８の先端が移動する円弧状の軌跡と見なしている。また、算出した各座標Ｐstan，Ｐ1～Ｐ4，Ｐtgtに第２アーム８の先端が位置しているときに第１アーム７の先端（即ち、ピン７ａ）が位置すべき座標（図４中にＰstan’，Ｐ1’～Ｐ4’，Ｐtgt’として例示）についても逐次算出し、所定角度毎に第２アーム８の先端位置の座標と紐付けて傾斜実行部１７ｄに出力する。

以下に述べるように、これらの座標に基づき第１及び第２アーム７，８が軌跡制御されてオーガスクリュ１２が姿勢調整されるが、本実施形態では連続的な軌跡に代えて、予め姿勢調整に支障ない程度にきめ細かく設定した所定角度毎に座標を算出している。このため、連続的な軌跡を算出する場合等に比較してコントローラ１５の演算負荷を低減できるという利点が得られる。

傾斜実行部１７ｄの入力側には、軌跡推定部１７ｃ及び操作レバー２０が接続され、出力側には、油圧回路２２及びディスプレイ２１が接続されている。傾斜実行部１７ｄは、軌跡推定部１７ｃから入力された所定角度毎の座標に基づき、第１及び第２シリンダ９，１０をそれぞれ駆動して第１及び第２アーム７，８を回動させる。詳しくは、基準座標Ｐstan側から順に第１及び第２アーム７，８の先端位置に関する座標を読み出し、各アーム７，８の先端を対応する座標まで移動させるための各シリンダ９，１０の作動方向及びクトローク量に基づき、電磁比例弁の駆動信号を作成して油圧回路２２に出力する。これにより第２アーム８の先端を円弧状の軌跡を辿って所定角度毎に間欠的に移動させながら、オーガスクリュ１２を傾斜角度αに姿勢調整する。

次いで、オーガスクリュ１２の姿勢を調整する際にコントローラ１５により実行される姿勢調整制御について、平坦地、即ち鉛直方向と直交する地盤（傾斜角度β=0°）で穿孔作業を実施する場合を説明する。
図３は、コントローラ１５が実行する姿勢調整ルーチンを示すフローチャートであり、コントローラ１５は、オペレータにより図示しない姿勢調整ボタンが操作されたときに当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。

まずステップＳ１で、オーガスクリュ１２の位置合わせ指示をディスプレイ２１のメッセージ表示部２１ａに表示し、続くステップＳ２で、完了ボタン２１ｃが操作されたか否かを判定し、Ｎo（否定）のときにはステップＳ１に戻る。ステップＳ１の表示内容は、例えば「オーガスクリュの下端を穿孔地点に接地させた後に、完了ボタンを操作して下さい。」等である。
この表示に基づきオペレータは操作レバー２０により作業フロント６を操作し、オーガスクリュ１２の下端を穿孔地点Ｐgrdに接地させる。以下に述べる姿勢調整では、鉛直姿勢のオーガスクリュ１２を傾斜角度αまで傾け、続く地盤の穿孔作業では、傾斜角度αに沿ってオーガスクリュ１２に沿って移動させて地盤を穿孔する。これらの一連の作業は、作業機１の位置を変更することなく第２アーム８の先端を移動させて行う。このため、図４に破線で示すように、作業中に要求される領域内で第２アーム８の先端が移動可能なように、穿孔地点Ｐgrdに対する作業機１の位置が調整された上で、穿孔地点Ｐgrdへのオーガスクリュ１２の位置合わせが行われる。

位置合わせの完了後にオペレータがディスプレイ２１の完了ボタン２１ｃを操作すると、ステップＳ２でＹes（肯定）の判定を下してステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、第１及び第２アーム角度センサ１８，１９により検出された各アーム７，８の角度を読み込み、ステップＳ４で、各アーム７，８の角度に基づき第２アーム８の先端位置の座標を基準座標Ｐstanとして算出する（基準座標算出部１７ａによる処理）。続くステップＳ５では、オーガスクリュ１２の傾斜角度αの入力指示をディスプレイ２１のメッセージ表示部２１ａに表示し、続くステップＳ６で、完了ボタン２１ｃが操作されたか否かを判し、ＮoのときにはステップＳ５に戻る。ステップＳ５の表示内容は、例えば「オーガスクリュの傾斜角度を入力した後に、完了ボタンを操作して下さい。」等である。

この表示に基づき、オペレータがディスプレイ２１のテンキー２１ｂで鉛直方向を基準とした傾斜角度αを入力して完了ボタン２１ｃを操作すると、ステップＳ６でＹesの判定を下してステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、オーガスクリュ１２の長さ、ステップＳ４で算出した基準座標Ｐstan、及び入力された傾斜角度αに基づき、図４に実線で示すように、オーガスクリュ１２が傾斜角度αまで傾斜したときの第２アーム８の先端位置の座標を目標座標Ｐtgtとして算出する（目標座標算出部１７ｂによる処理）。

続くステップＳ８では、基準座標Ｐstan及び目標座標Ｐtgtに基づき、図４に示すように、基準座標Ｐstanから目標座標Ｐtgtまでの所定角度毎の第２アーム８の先端位置の座標を逐次算出・記憶すると共に、各座標のときに第１アーム７の先端が位置すべき座標についても逐次算出・記憶する（軌跡推定部１７ｃによる処理）。結果として、基準座標Ｐstanから目標座標Ｐtgtまでの軌跡上における第１及び第２アーム７，８の先端位置の座標が所定角度毎に記憶される。

その後、ステップＳ９で、姿勢調整の準備完了をディスプレイ２１のメッセージ表示部２１ａに表示し、続くステップＳ１０で、操作レバー２０の操作状態を判定する。ステップＳ１０の判定のために、予め操作レバー２０の特定の操作が設定されており、例えば、第１アーム７を手前（後方）に傾動させるときの操作レバー２０の操作が特定操作として設定されている。この場合のステップＳ９の表示内容は、例えば「姿勢調整の準備ができました。第１アームを手前に傾動させる方向に操作レバーを操作すると、姿勢調整を開始します。」等である。

ステップＳ１０において、操作レバー２０の特定操作が未だ行われていないと判定した場合には、ステップＳ１０の処理を繰り返しながらオペレータのレバー操作を待つ。そして、ステップＳ１０で操作レバー２０が操作されたと判定するとステップＳ１１に移行し、例えば「現在、姿勢調整中です。」等のメッセージをディスプレイ２１のメッセージ表示部２１ａに表示する。続くステップＳ１２では、第１及び第２シリンダ９，１０を駆動してオーガスクリュ１２を目標座標Ｐtgt側へと傾斜させる（傾斜実行部１７ｄによる処理）。詳しくは、基準座標Ｐstan側から順に第１及び第２アーム７，８の先端位置に関するそれぞれの座標を読み出して第１及び第２シリンダ９，１０を駆動するのであるが、このときの駆動速度ひいてはオーガスクリュ１２の傾斜速度を、現在の操作レバー２０の操作量に対応して制御する。従って、オーガスクリュ１２は、操作量が小のときは緩慢に傾斜し、操作量が大になるほど急激に傾斜する。

続くステップＳ１３では、第２アーム８の先端が目標座標Ｐtgtに到達したか否かを判定し、判定がＮoのときにはステップＳ１０に戻ってステップＳ１０～１３の処理を繰り返す。そして、図４中に実線で示すように、第２アーム８の先端が目標座標Ｐtgtに到達するとステップＳ１３でＹesの判定を下し、ステップＳ１４で姿勢調整の完了をディスプレイ２１のメッセージ表示部２１ａに表示した後に、ルーチンを終了する。ステップＳ１４の表示内容は、例えば「姿勢調整が完了したので、地盤の穿孔作業に移行して下さい。」等である。

一方、操作レバー２０の操作に基づくオーガスクリュ１２の姿勢調整中において、ステップＳ１０でレバー操作が中断されたと判定した場合には、ステップＳ１５で姿勢調整の中断をディスプレイ２１のメッセージ表示部２１ａに表示し、その後にステップＳ１０に戻る。従って、この場合にはステップＳ１２の処理が行われなくなり、レバー操作が中止された時点でオーガスクリュ１２の傾斜が中断される。

この場合のステップＳ１５の表示内容は、例えば「姿勢調整を中断しました。再開する場合には操作レバーを再び操作して下さい。」等である。そして、オペレータによりレバー操作が再開されると、ステップＳ１０からステップＳ１２に移行して姿勢調整を再開するため、オーガスクリュ１２は再び傾斜し始める。

以上の説明は傾斜角度β=0°の平坦地の場合であるが、傾斜地、即ち図５に示すように傾斜角度βを形成した地盤においても、上記の制御によりオーガスクリュ１２の姿勢調整が実行される。ステップＳ５の表示に基づきディスプレイ２１で入力される傾斜角度αは鉛直方向を基準としているため、図６に示すように、地盤の傾斜角度βに関わらず、傾斜角度αに基づきステップＳ７で適切な目標座標Ｐtgtが算出され、所期の傾斜角度αにオーガスクリュ１２を姿勢調整できるのである。無論、図５，６に示した傾斜方向に限らず、地盤が何れの方向に傾斜している場合でも同様に姿勢調整できる。

以上のコントローラ１５の制御により、オペレータはオーガスクリュ１２の下端を穿孔地点Ｐgrdに接地させ、所期の傾斜角度αを入力して操作レバー２０を特定操作するだけで、第１及び第２アーム７，８の軌跡制御によりオーガスクリュ１２の姿勢を自動的に傾斜角度αに調整することができる。従って、オペレータは、従来のような穿孔地点Ｐgrdを中心とした円弧状の軌跡を辿って第２アーム８の先端を移動させる高難度の操作が要求されなくなり、補助作業者からの合図を確認する必要もなくなる。このため、極めて容易にオーガスクリュ１２を姿勢調整することができる。

また、このように第１及び第２アーム７，８の軌跡制御によりオーガスクリュ１２を姿勢調整しているため、補助作業者の目視に基づく場合に比較して傾斜角度αを正確に調整できる。従って、従来の手法に比較して良好な施工精度を実現することができる。
さらに、オーガスクリュ１２を傾斜角度αに保持するための治具を使用しないため、各穿孔地点Ｐgrdへの治具の運搬が不要になり労力を軽減できる。また、異なる傾斜角度α毎に治具を用意する必要がなくなるため、施工費用を節減することができる。

一方、本実施形態では、操作レバー２０が操作されていることを条件として、第１及び第２アーム７，８の軌跡制御を実行している。このため、例えば、周囲で作業している作業者が姿勢調整中のオーガスクリュ１２に接触した場合等には、操作レバー２０の操作を中止するだけで、速やかにオーガスクリュ１２の姿勢調整を中断して対処することができる。

また本実施形態では、操作レバー２０の操作量に対応してオーガスクリュ１２の傾斜速度を制御している。このためオペレータは、例えばオーガスクリュ１２の周囲に多数の作業者が作業している場合等には、操作レバー２０の操作量を小として緩慢にオーガスクリュ１２を傾斜させ、これによりオーガスクリュ１２への作業者の接触等の不測の事態に備えることができる。逆に周囲に作業者が存在しない場合等には、操作レバー２０の操作量を大として急速にオーガスクリュ１２を傾斜させ、これにより作業の効率化を図ることができる。

ところで、本実施形態では、鉛直方向を基準としてオーガスクリュ１２の傾斜角度αを設定したが、これに限るものではなく、例えば、地盤を基準とした対地角として傾斜角度αを設定してもよく、この場合を別例として以下に説明する。

《別例》
この別例のアーム式作業機１の構成は、基本的に実施形態と同一であり、相違点は、図２中に破線で示すように、地盤の傾斜角度βを検出する地盤角度センサ３１（地盤角度検出部）が追加されている点と、図３中のステップＳ７の目標座標Ｐtgtの算出処理の内容が異なる点にある。従って、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。

地盤角度センサ３１は、目標座標算出部１７ｂの入力側に接続され、作業機１の前後方向における地盤の傾斜角度β、換言すると、オーガスクリュ１２の傾斜方向に沿った地面の傾斜角度βを検出する。従って、オーガスクリュ１２の傾斜方向とは異なる方向に地盤が傾斜している場合には、地盤の傾斜角度に含まれるオーガスクリュ１２の傾斜方向に沿った成分が傾斜角度βとして地盤角度センサ３１により検出される。

コントローラ１５は、完了ボタン２１ｃの操作に基づき図３のステップＳ６からステップＳ７に移行すると、オーガスクリュ１２が傾斜角度αまで傾斜したときの第２アーム８の先端位置の座標を目標座標Ｐtgtとして算出する（目標座標算出部１７ｂの処理）。この別例においては、オーガスクリュ１２の長さ、基準座標Ｐstan及び傾斜角度αに加えて、地盤角度センサ３１により検出された地盤の傾斜角度βも算出処理に適用される。

図７では、オーガスクリュ１２の傾斜方向（図中の左方）に下るように地盤が傾斜している場合を示している。このため、鉛直姿勢のオーガスクリュ１２が傾斜角度αに地盤傾斜角度βを加算した角度（α＋β）だけ傾斜したときの第２アーム８の先端位置が目標座標Ｐtgtとして算出される。また、地盤が逆方向に傾斜している場合には、鉛直姿勢のオーガスクリュ１２が傾斜角度αから地盤傾斜角度βを減算した角度（α－β）だけオーガスクリュ１２を傾斜させたときの第２アーム８の先端位置が目標座標Ｐtgtとして算出される。なお、平坦地では傾斜角度β=0が検出されることから、実施形態と同じく傾斜角度αに基づき目標座標Ｐtgtが算出される。

従って、この別例においても、地盤の傾斜角度βに関わらずオーガスクリュ１２の傾斜角度αに対応する目標座標Ｐtgtを算出でき、これにより所期の傾斜角度αにオーガスクリュ１２を姿勢調整することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態及び別例では、アタッチメントとしてオーガスクリュ１２を回転駆動する油圧オーガ１３を作業フロント６に連結したアーム式作業機１として具体化したが、これに限るものではない。例えば、アタッチメントとして杭や矢板を把持して加振するバイブロハンマーを作業フロント６に連結してもよいし、オーガスクリュ１２に代えて下端にフィンを溶接した鋼管を油圧オーガ１３に連結してもよい。これらの場合でも、上記と同様の作用効果を達成することができる。

また上記実施形態及び別例では、操作レバー２０が操作されていることを条件として、第１及び第２アーム７，８の軌跡制御を実行すると共に、操作レバー２０の操作量に対応してオーガスクリュ１２の傾斜速度を制御したが、これに限るものではない。例えば、専用ボタンが１回操作されると第１及び第２アーム７，８の軌跡制御を最後まで実行すると共に、このときのオーガスクリュ１２の傾斜速度を一定に保つようにしてもよい。

１ アーム式作業機
６ 作業フロント
７ 第１アーム
８ 第２アーム
９ 第１シリンダ（アクチュエータ）
１０ 第２シリンダ（アクチュエータ）
１２ オーガスクリュ（アタッチメント）
１３ 油圧オーガ（アタッチメント）
１５ コントローラ
１６ 穿孔制御部（穿孔・打設制御部）
１７ 姿勢調整制御部
１７ａ 基準座標算出部
１７ｂ 目標座標算出部
１７ｃ 軌跡推定部
１７ｄ 傾斜実行部
２０ 操作レバー
２１ ディスプレイ
２１ｂ テンキー（傾斜角度設定装置）
３１ 地盤角度センサ（地盤角度検出部）

Claims (9)

1. それぞれアクチュエータに駆動される少なくとも基端側の第１アーム及び先端側の第２アームにより多関節型の作業フロントを構成し、前記各アクチュエータの駆動を制御するコントローラを有し、前記第２アームの先端に地盤を穿孔・打設するアタッチメントを吊下してなるアーム式作業機において、
   前記地盤を穿孔・打設する際の前記アタッチメントの傾斜角度を設定する傾斜角度設定装置を有し、
   前記コントローラは、
   前記第１及び第２アームのアクチュエータをそれぞれ駆動し、前記第２アームの先端を前記傾斜角度に沿って移動させて前記アタッチメントに地盤を穿孔・打設させる穿孔・打設制御部と、
   前記穿孔・打設制御部による前記地盤の穿孔・打設に先立って、前記アタッチメントを前記傾斜角度に姿勢調整する姿勢調整制御部と、
   を備え、
   前記姿勢調整制御部は、
   前記アタッチメントが鉛直姿勢に保たれて下端を前記地盤の穿孔・打設地点に接地させているときの前記第２アームの先端位置を基準座標として算出する基準座標算出部と、
   前記穿孔・打設地点への接地状態を保ったまま前記アタッチメントを前記傾斜角度に倣って傾斜させたときの前記第２アームの先端位置を目標座標として算出する目標座標算出部と、
   前記第２アームの先端が前記基準座標から前記目標座標まで移動するときの前記穿孔・打設地点を中心とした円弧状の軌跡を推定する軌跡推定部と、
   前記第１及び第２アームのアクチュエータをそれぞれ駆動し、前記軌跡推定部により推定された円弧状の軌跡を辿って前記第２アームの先端を前記基準座標から前記目標座標まで移動させる傾斜実行部と、
   を有することを特徴とするアーム式作業機。
2. 前記軌跡推定部は、前記円弧状の軌跡として、前記穿孔・打設地点を中心とした所定角度毎に前記第２アームの先端の座標を算出し、
   前記傾斜実行部は、前記軌跡推定部により算出された各座標に基づき前記第１及び第２アームのアクチュエータをそれぞれ駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーム式作業機。
3. 前記軌跡推定部は、前記円弧状の軌跡として、前記穿孔・打設地点を中心とした所定角度毎に前記第２アームの先端の座標を算出すると共に、算出した各座標に前記第２アームの先端が位置しているときに前記第１アームの先端が位置すべき座標を算出し、
   前記傾斜実行部は、前記軌跡推定部により算出された第１及び第２アームの各座標に基づき前記第１及び第２アームのアクチュエータをそれぞれ駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーム式作業機。
4. 前記傾斜角度設定装置は、鉛直方向を基準として前記アタッチメントの傾斜角度を設定し、
   前記目標座標算出部は、予め判明している前記アタッチメントの長さ、前記基準座標算出部により算出された基準座標、及び前記傾斜角度設定装置により設定された傾斜角度に基づき、前記目標座標を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のアーム式作業機。
5. 前記地盤の傾斜角度を検出する地盤角度検出部をさらに備え、
   前記傾斜角度設定装置は、前記地盤を基準とした対地角として前記アタッチメントの傾斜角度を設定し、
   前記目標座標算出部は、予め判明している前記アタッチメントの長さ、前記基準座標算出部により算出された基準座標、前記傾斜角度設定装置により設定された傾斜角度、及び前記地盤角度検出部により検出された前記地盤の傾斜角度に基づき、前記目標座標を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のアーム式作業機。
6. 前記第１及び第２アームは、それぞれオペレータによる操作レバーの操作方向及び操作量に応じて前記アクチュエータにより駆動され、
   前記傾斜実行部は、予め設定された方向に前記操作レバーが操作されていることを条件として前記第２アームの先端を移動させる
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のアーム式作業機。
7. 前記傾斜実行部は、前記操作レバーの操作量に対応する速度で前記第２アームの先端を移動させる
   ことを特徴とする請求項６に記載のアーム式作業機。
8. 前記アタッチメントは、オーガスクリュを回転駆動して地盤を穿孔する油圧オーガである
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーム式作業機。
9. 前記アタッチメントは、杭または矢板を把持して加振しながら地盤に打込むバイブロハンマーである
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーム式作業機。