JPH01235729A - バケット作業部の姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、フロンＩ・ローダ等の作業部の姿勢制御装置
に関するものである。

［従来技術及び発明が解決しようとする問題点］一般に
、この種作業部においては、機体に上下揺動自在に枢支
したアームの先端部にパケット当の作業部を枢支し、該
作業部の姿勢を、アームシリンダ、作業部シリンダの伸
縮作動によって制御するようにしている。そしてこのも
のにおいて作業部姿勢を油圧操作ルバーを用いた手動操
作のみで制御することは極めて難しく、高度の熟練を要
するものであった。そこで従来、特開昭６２−１８！１
３２２１号公報に示す如く作業部姿勢を自動制御するよ
うにしたものも知られているが、このものは作業部姿勢
の検知を、作業部に設けた姿勢センサによって行い、そ
してこの傾斜センサからの検知値を機体傾斜センサから
の検知値に基づいて補正し、これによって作業部姿勢の
自動制御を行うようにしている。しかしながらこの場合
、機体傾斜は、前後方向のみでなく、左右方向、さらに
は前後左右方向と三次元的に変化するものであるため、
これに対応させるには複雑で高価な傾斜センサが必要に
なってしまううえに、取付は位置にも制限を受けてしま
う等の欠点が有る。

［問題を解決する手段］ 本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの欠点を一掃
することができる作業部の姿勢制御装置を提供すること
を目的として創案されたものであって、機体に上下揺動
自在に枢支されたアームを揺動させるためのアームシリ
ンダと、該アームの先端部に枢支された作業部を揺動さ
せるための作業部シリンダとにそれぞれシリンダ長を検
知するシリンダ長検知手段を設け、これら検知されたシ
リンダ長に基づいて作業部の自動的な姿勢制御を行うべ
く構成したことを特徴とするものである。

また第二の発明として、機体にアームシリンダの伸縮作
動で上下揺動するよう支持されたアーム先端部に、作業
部シリンダの伸縮作動で揺動するよう支持された作業部
の姿勢制御をするにおいて、前記各シリンダ長検知をす
るシリンダ長検知手段を設ける一方、さらに作業部が作
業土壌側からの反力検知をする作業反力検知手段を設け
、該作業反力の検知結果とシリンダ長検知に基づいて作
業部の作業土壌に対する姿勢制御を低速で行うべく構成
したことを特徴とするものである。

そして本発明は、この構成によって、簡単な構成で高精
度の作業部姿勢制御を行うことができるようにしたもの
である。

［実施例コ 次に１本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図
面において、１は農用トラクタの走行機体であって、該
走行機体１の前部にフロントローダ２が取付けられてい
る。このフロントローダ２を構成するローダアーム（本
発明のアームに相当する）３の基端部は支軸３ａにより
支持ブラケット３ｂに回動自在に支持されているが、こ
の支持ブラケット３ｂは、下端部が機体側の支持フレー
ム１ａに支軸１ｂを介して揺動自在に支持される一方、
両者間に介装される弾機３ｃによって常時前方に向けて
弾圧付勢されている。しかもこの支持ブラケット３ｂと
ローダアーム３との間に介装されるアームシリンダ４の
伸縮作動によってローダアーム３は上下揺動するように
設定されている。

またローダアーム３の先端部には本発明の作業部の一例
であるパケット５が取付けられているが、該パケット５
は、ローダアーム３とパケット５との間に介装されるパ
ケットシリンダ６の伸縮作動によって支軸５ａを支点と
して上下揺動するように設定されている。そして前記ア
ームシリンダ４、パケットシリンダ６にはそれぞれのシ
リンダ長を検知するためのシリンダ長検知センサ７．８
が設けられている。

９はマイクロコンピュータを用いて構成される制御部で
あって、該制御部９には、前記アームシリンダ長検知セ
ンサ７、パケットシリンダ長検知センサ８の他に、動力
取出し軸１０の回転数検知センサ１１、パケット５の開
口面（上面）５ｂの水平方向に対する傾斜角度θ、を検
知するパケット上面角検知センサ１２、支持ブラケット
３ｂの弾機３Ｃに抗した支持フレーム１ａの対する揺動
量γをフロントローダ２が受ける負荷の反力として検知
するローダ反力検知センサ１３等の各種センサ類、後述
するようにパケット５の深さ設定をするパケット深さ設
定器１４．パケット５の突込み角度の設定をする突込み
角設定器１５、ローダ反力の設定をするローダ反力設定
器１６、パケット上面角設定器３１等の各種設定器類、
さらには後述するフロントローダの自動制御をするか手
動制御とするかの切換えをする自動制御切換えスイッチ
１７、油圧操作レバー１８の握り部に設けられた押面式
（例えば押し操作でＯＮ信号を発進する）の手元スイッ
チ１９、アームシリンダ伸長用スイッチ２０、同縮小用
スイッチ２１、パケットシリンダ伸長用スイッチ２２、
同縮小用スイッチ２３、後述するように土砂をすくう姿
勢となったパケットの作業姿勢制御の方式をローダ反力
に基づくローダ反力制御方式とするかパケットの底面角
度に基づく底面角制御方式とするかの切換えをする作業
姿勢切換えスイッチ２４等の各種スイッチ類などからの
信号を入力し、これら入力した信号に基づいてアームシ
リンダ伸長用ソレノイド２５、同縮小用ソレノイド２６
、パケットシリンダ伸長用ソレノイド２７、同縮小用ソ
レノイド２８、操縦盤２９に設けた表示計３０等の各種
アクチュエータ類に必要な制御指令を出力するようにな
っている。

次にその制御システムについて、フローチャート図に基
づいて説明する。エンジン始動をし制御部９のシステム
スタートをさせ、そしてデータ読込みをさせる。次にフ
ロントローダが使用中であるか否かが判断（該判断は、
例えばローダ作業に特有な信号であるアームシリンダ長
検知センサ７からの検知値入力があるか否かによって判
断できる）され、使用中でない、っまりローダ作業を行
っていないと判断される場合には、動力取出し軸１０の
回転数検知センサ１１からの検知値に基づいて表示計３
０に対して回転数表示指令を出力することに成り、一方
、フロントローダ使用中であると判断される場合には、
アームシリンダ長検知センサ７とパケットシリンダ長検
知センサ８との検知値Ａ、Ｂからパケット５の傾斜角度
を演算し、これの表示指令を出力するようになっている
。そしてこれによってローダ作業時の如く動力取出し軸
１０からの動力取出しをしない場合において、その表示
計３０を有効に利用してパケット姿勢の表示できるよう
に配慮している。

そしてフロントローダを使用中であると判断される場合
に、パケット姿勢制御が成されることになるが、ここで
は先ず自動制御切換えスイッチ１７が自動位置にセット
されているか否かが判断され、自動位置にセットされて
いる場合に、パケット５が作業土壌面に突込む際の突込
み角制御（第一レジスターＲ１として特定される）、パ
ケット５の作業姿勢を前記ローダ反力制御方式（第五レ
ジスターＲ５として特定される）とするか底面角制御方
式（第四レジスターＲ４として特定される）とするかの
選択が作業姿勢切換えスイッチ２４の切換えによって成
され、そしてそれに対応する制御、さらにはパケット５
を上昇させるための上昇姿勢制御（第六レジスターＲ６
として特定される）、そして手動制御の各制御が設定さ
れており、以下、これらの各制御方式についてフローチ
ャートを用いて詳述する。

ｒ突込み角制御」 先ず、突込み角制御についてであるが、第一レジスター
Ｒ１が「１」で他のレジスターＲ４，５゜６が「０」で
あるか否かの判断が成されたとき該制御状態と成るが、
さらに実施例においては、突込み角制御が必要であるか
否かの判断を、パケット５の高さ（位置）変化が比較的
地面に近い位置で予め設定される第−設定高さα（該第
−設定高さは、後述する第二設定高さも同様であるが、
作業者が自由に設定調節できるようにしておいても勿論
良い）を越えての下降変化であるか否かを前記両シリン
ダ長検知値Ａ、Ｂから判断し、この場合に第一レジスタ
ーＲ１を「１」にセットするように設定しておく。そし
て手元スイッチ１９がＯＮ操作されたか否かが判断され
、ＯＮ操作された場合には第ニレシスターＲ２を「１」
にセットして自動状態とし、以降、後述するように第ニ
レシスターＲ２がｒＱＪにリセットされるまでこの自動
状態に維持される。そしてこの場合、両シリンダ長検知
センサ７．８の各検知値Ａ、Ｂから現在のパケットの底
面角度Ｃを算出し、これがパケット角設定器１５によっ
て設定される設定角りよりも小さい（Ｃ＜Ｄ）と判断さ
れる場合にはパケットシリンダ伸長用ソレノイド２７に
対してＯＮ指令を出力し、逆に大きい（Ｃ＞Ｄ）と判断
される場合には酊指令を出力し、而してパケット底面角
度Ｃが設定された角度と成るよう制御されることになる
。そして油圧操作レバー１８の操作でパケット５を下降
させ、パケット深さ設定器１４によって設定される深さ
までパケット５が下降するか、あるいは油圧操作レバー
１８の操作でパケットシリンダ伸縮スイッチ２２．２３
の何れかをＯＮ操作した場合には、第一。

第ニレシスターＲ１，Ｒ２が「０」にリセットされ、そ
うでない場合にはリセットされること無く突込み角の自
動制御状態が維持されることになり、而してパケット５
の突込み角制御が成されるように設定されている。

「底面角制御」 一方、底面角制御については、第四レジスタＲ４が「１
」にセットされているか否かで特定化されるが、このセ
ットは１例えばパケット５が接地していると判断される
場合にセットされるよう設定しておけば良く、これは例
えば両シリンダ長検知値を演算することによって容易に
判断できる。

そして第四レジスターＲ４が「１」にセットされた底面
角制御状態となった場合に、さらに手元スイッチ１９を
ＯＮ操作して第三レジスタＲ３を「１」にセットするこ
とで自動的な底面角制御が成されることになる。尚、本
実施例においては、前記突込み角制御から連続した自動
制御作業を行わせるために、前記突込み各制御の自動制
御状態において、これをレバー操作に基づく手動リセッ
トがない場合に、第三レジスターＲ３を「１」にセット
してそのまま自動状態に移行するよう配慮している。そ
してこのものでは、前述した両シリンダ長検知値から現
在のパケット５の底面角検知値Ｃが算出され、この底面
角検知値Ｃがパケット角度設定器１５で設定される設定
角りよりも大きい（Ｃ＞Ｄ）か、小さい（Ｃ＜Ｄ）か、
あるいは等しいかの判断が成され、これらの判断により
前述の突込み角制御の場合と同様、パケットシリンダ伸
縮用ソレノイド２５．２６に対して制御指令が出力され
て、パケット５の底面角を設定された角度に制御するよ
うになっている。そしてこの解除は、油圧操作レバー１
８を操作してパケットシリンダ伸縮用スイッチ２２．２
３をＯＮ　Ｌ、たか、あるいはパケット５が地上に上が
った場合に成され、そして前者の場合に、パケットが接
地している状態であれば、再び手元スイッチ１９の操作
で底面角の自動制御を行うことができる。因みにこの底
面角＄制御を行う場合、底面角を、作業当初の設定角り
に対し、レバー操作でパケット５を上昇させるに従い次
第に小さな角度値と成り、地上に達した際に、パケット
５の上面角がパケット上面角設定器３１によって設定さ
れる角度、あるいは底面角度が−Ｄとなる等、上面きに
なるよう制御させることもでき、この様にすることによ
って無理のないローダ作業ができると共に土砂の効率の
良いすくい上げとすくい上げた土砂が崩れ落ちることを
有効に防止できることにもなる。

ｒローダ反力制御」 このものは第五レジスタＲ５によって特定化されるが、
これは前記底面角制御の場合と同様、パケット５が接地
している場合にセットされ、さらに第三レジスタＲ３が
「１」にセットされたとき自動状態と成る。この自動制
御は、パケット５からのローダ反力によって弾機３Ｃに
抗した支持ブラケット３ｂの回動量をローダ反力検知セ
ンサ１３が検知することに基づいてなされることになる
。

つまりこの反力検知値Ｅがローダ反力設定器１６によっ
て設定される反力設定値Ｆ以上となっている場合、この
状態が予め設定されるタイマ時間Ｔ（例えば２秒間）を
経過したか否かが判断される。

このタイマ時間Ｔのセット開始は、タイマが未カウント
状態（Ｔ＝Ｏ）にセットされている場合に成され、そし
てタイマ時間Ｔを経過していると判断される場合に、ア
ームシリンダ縮小用ソレノイド２６にインチング作動に
よるＯＮ指令が出力されて、パケット５を、反力検知値
Ｅが反力設定値Ｆと等しいかそれ以下と成るまで上昇さ
せることになり、この様にしてパケット姿勢がローダ反
力に基づいて自動制御されることになる。そしてこのリ
セットは、前述したように油圧操作レバー１８の操作に
よってパケットシリンダ伸縮用スイッチ２７．２８の少
なくとも一方をＯＮ操作した場合か、パケット５が地上
に持ち上げられた場合に成されることになる。勿論この
場合においても、前記底面角制御の場合と同様、パケッ
ト５が上昇するに従い、パケット底面角（上面角）が次
第に小さくなるよう設定することもできることは言うま
でもない。

「上昇姿勢制御」 この制御は、パケット５を高く持ち上げるときに成され
るものであるが、この場合、パケット５の上昇が前記作
業高さ、つまり接地状態からの上昇であるか否かの判断
で、接地状態からの上昇と判断される場合に第六レジス
ターＲ６が「１」にセットされ、これによって上昇姿勢
制御が成されることになる。この場合も前記各制御と同
様１手元スイッチ１９をＯＮ操作することによって自動
制御状態と成るが、その場合に、まずパケット５が前述
した第−設定高さαを越えたとき、つまりローダ作業に
より土砂が入ったパケット５を油圧操作レバー１８の操
作で第−設定高さαまで上昇させ、この状態で減速とし
て手元スイッチ１９がＯＮ操作された場合に第七レジス
タＲ７が「１」にセットされて自動制御状態となる。そ
してこの自動制御は、前記第−設定高さαよりも高い位
置に設定される第二設定高さβ（αくβ）にパケット５
が達するまでの間で成されるものである。つまりパケッ
ト５が第−設定高さαと第二設定高さβの範囲において
第七レジスターＲ７が「１」にセットされている場合に
、アームシリンダ伸長用ソレノイド２５に対して開指令
が出されてパケット５が上昇し、これと同時にパケット
５の上面角がパケット上面角検知センサ１２によって検
知され、この検知値とパケット上面角設定器３１によっ
て設定される設定値とめ比較判断が成され、これに基づ
いてパケットシリンダ伸縮用ソレノイド２７．２８に制
御指令が出され、パケット５の上面角度を設定される角
度（例えば水平）になるよう制御する構成となっている
。そしてこの制御の解除は、パケット５が第二設定高さ
βまで上昇した場合、油圧操作レバー１８の操作でアー
ムシリンダおよびパケットシリンダ伸縮用スイッチ２０
．２１．２２．２３の何れが−っがＯＮに切換え等れた
とき第七レジスタＲ７がｒＱＪにリセットされることに
より成される構成となっている。

「手動制御」 この制御は、従来と同様であり、油圧操作レバー１８の
操作によって操作でアームシリンダおよびパケットシリ
ンダ伸縮用スイッチ２０．２１．２２．２３をＯＮ操作
させた場合に、それに対応するソレノイド２５．２６．
２７．２８にＯＮ指令が出されて手動による制御ができ
るようになっている。

この様に本発明においては、パケット姿勢を自動制御す
ることができるが、この制御を、アームシリンダ４、パ
ケットシリンダ６にそれぞれ設けたシリンダ長検知セン
サ７．８の検知結果に基づいて行うようになっており、
従って、従来のようにパケットの姿勢制御検出をし、こ
れを機体傾斜検知に基づいて補正することでバケット姿
勢制御を行うものの如く、検知システムが高価で複雑な
ものを必要とすることがなく、もって構造簡単でしかも
精度の高いパケットの姿勢制御ができることになる。

しかもこのものにおいて、土砂をすくい上げる作業にお
いて、パケット５の底面角制御とローダ反力制御とに使
い分けできるが、後者のロータ反力制御とした場合に、
作業負荷に応じたローダ作業ができることとなって、過
負荷発生に伴う部材破損からの有効な保護が計れると共
に５作業能率の向上が計れることになる。

またこのものは１例えば突込み角制御から次の底面角制
御（ローダ反力制御においても同様である）に移行する
場合おいて、前段階の突込み角制御で手元スイッチ１９
を一端ＯＮ操作してセットした自動制御状態は、この制
御中に、油圧操作レバー１８の操作によって作業者臼ら
が自動制御のリセットをしないときには、突込み角制御
が終了して次の底面角制御に移行する場合、該底面角制
御の自動制御を特定する第三レジスターＲ３が既に突込
み角制御の完了に伴い「１」にセットされており、従っ
ていちいち手元スイッチ１９をＯＮ操作する手間が省け
ることになる。これは底面角制御から上昇姿勢制御に移
行する場合においても同様であり、この様にすることに
よって、オペレータは、パケット５を下降させて土壌に
突っ込ませる段階で、−度手元スイッチ１９をＯＮ操作
した後は、突込み角制御、底面各制御若しくはローダ反
力制御、そして上昇姿勢制御に意たるまでの間、パケッ
ト高さについては必要において操作するものの、パケッ
ト角度は設定された角度となるよう自動的に制御された
ものとして作業できることとなり、従って従来熟練を要
しだローダ作業が著しく簡略化されて作業性の大幅な改
善が′計れることになる。

さらにこの場合において、それぞれの制御で自動状態と
なっている場合に、レバー操作によって自動状態を解除
した後、再び自動状態にセットしたい場合には、手元ス
イッチ１９を必要なときにＯＮ操作すれば良く、従って
自動−手動の切換えが簡単である。そしてこの場合、手
元スイッチ１９は、角制御において自動制御状態に切換
えるためのサブスイッチとして共通化されているため、
操作性が著しく単純化されてオペレータの操作ミスの発
生を未然に防止できることになる。

因みにこのものにおいて、走行機体がフード付きであっ
た場合に、ローダアーム３を大きく上昇させたとき、ロ
ーダアーム３がフード３２に接当してしまう場合が考え
られるが、これを排除するための対策として、ローダア
ーム３の上昇角度には犠牲を与えないことが望ましく、
そこでフード３２を後部フレーム３３に揺動自在に枢支
する一方、フード３２をリンク３４を介してローダアー
ム３に連結し、ローダアーム３が上昇した場合に、これ
に連繋してフード３２が後上方に対比するように構成し
ておけば良い。

［作用効果］ 以上要するに、本発明は叙述の如く構成されたものであ
るから、パケット当の作業部姿勢を、従来のように作業
部姿勢検知センサによる検知値を、機体傾斜センサによ
る検知値で補正して求めるものの如く複雑で高価なもの
を採用することなく、作業部姿勢を決定するアームシリ
ンダと作業部シリンダとの各シリンダ長を検知し、これ
を演算することで求めることができる。従って構造が簡
単になって組付は性も大幅に改善され、かつコストダウ
ンも寄与できることになる。

またさらに作業部が作業土壌側からの反力検知をする作
業部反力検知手段を設け、該作業部反力の検知結果とシ
リンダ長検知に基づいて作業部の作業土壌に対する姿勢
制御を低速で行うべく構成した場合には、作業負荷に応
じた作業が精度良くできることとなって、過負荷発生に
伴う部材破損からの有効な保護が計れると共に、作業能
率の向上が計れることとなって都合が良い。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る作業部の姿勢制御装置の実施例を
示したものであって、第１図はフロントローダを組付け
た農用トラクタの側面図、第２図は油圧操作レバーにお
ける握り部の拡大断面図、第３図はパケットの突込み角
度を示す作用説明図、第４図はパケットの上面角度を示
す作用説明図、第５図はローダ反力検知状態を示す作用
説明図、第６図は制御機構のブロック回路図、第７図は
制御システムのメインルーチンを示すフローチャート図
、第８図は姿勢制御を示すフローチャート図、第９図は
突込み各制御を示すフローチャート図、第１０図は底面
角制御を示すフローチャート図、第１１図はローダ反力
制御を示すフローチャート図、第１２図は上昇姿勢制御
を示すフローチャート図、第１３図は手動制御を示すフ
ローチャート図、第１４図はフードを取付けた場合の農
用トラクタの作用説明図である。 図中、１は走行機体、２はフロントローダ、３はローダ
アーム、４はアームシリンダ、５はパケット、６はパケ
ットシリンダ、７．８はシリンダ長検知センサ、９は制
御部、１３はローダ反力検知センサ、１７は自動制御切
換えスイッチ、１９は手元スイッチである。 特　許　出　願　人　三菱農機株式会社ｂ 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）機体に上下揺動自在に枢支されたアームを揺動させ
   るためのアームシリンダと、該アームの先端部に枢支さ
   れた作業部を揺動させるための作業部シリンダとにそれ
   ぞれシリンダ長を検知するシリンダ長検知手段を設け、
   これら検知されたシリンダ長に基づいて作業部の自動的
   な姿勢制御を行うべく構成したことを特徴とする作業部
   の姿勢制御装置。 ２）機体にアームシリンダの伸縮作動で上下揺動するよ
   う支持されたアーム先端部に、作業部シリンダの伸縮作
   動で揺動するよう支持された作業部の姿勢制御をするに
   おいて、前記各シリンダ長検知をするシリンダ長検知手
   段を設ける一方、さらに作業部が作業土壌側からの反力
   検知をする作業反力検知手段を設け、該作業反力の検知
   結果とシリンダ長検知に基づいて作業部の作業土壌に対
   する姿勢制御を低速で行うべく構成したことを特徴とす
   る作業部の姿勢制御装置。