JPH01290829A - ブーム型作業機の制御装置 - 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） 本発明は、バックホー等のブーム型作業機の制御装置に
関するものである。

（従来の技術） 先端に作業具を有するブームを車体に縦軸廻りに揺動自
在に設け、作業時にブームを縦軸廻りに揺動させながら
、作業具により所定の作業を行うブーム型作業機には、
例えばバックホー等がある。

バックホーは、車体に装着された機枠に、揺動シリンダ
の伸縮によめ縦軸廻りに揺動自在に揺動台を備え、この
揺動台に、ブームシリンダの伸縮により縦軸廻りに上下
動自在にブームを備え、このブームの先端にアームを介
してパケットを屈折自在に枢着し、揺動シリンダ、ブー
ムシリンダ、アームシリンダ及びパケットシリンダを、
操作レバーに連動する制御弁により伸縮制御するように
なっている。

（発明が解決しようとする課題） この種のバックホーで溝堀作業を行う場合、パケットに
土砂を掬い込んだ後、揺動枠と共にブームを側方の排土
位置まで揺動させて排土する必要がある。従って、掘削
作業中は、ブームを掘削位置と排土位置との間で繰返し
揺動させなければならず、従来の操作レバーによる人為
的操縦では運転が非常に煩雑であり、熟練度を要する欠
点があった。

特に掘削すべき溝幅が狭い場合には、排土後にブームを
掘削位置に停止させる際の停止精度が要求されるが、常
に目的の停止位置、即ち掘削位置に確実に停止させるこ
とは困難である。そのため、従来ではブームを目的の停
止位置の近傍で一旦停止させた後、そのオーバーラン位
置又はアンダーラン位置より、再度、揺動シリンダを微
動させながらブームを最終目的の停止位置まで揺動させ
る方法を採ることが度々あった。

また掘削位置にブームを戻す場合には、次の掘削姿勢に
移るべくアーム、パケットを制御する必要があるので、
ブームの停止位置の制御にのみ専念できない欠点があっ
た。

本発明は、前述のような従来の問題点に鑑み、作業開始
時にブームを停止させるべき目標位置を高精度で簡単に
設定でき、しかも目標位置を設定しておけば、作業時に
必ずその目標位置にブームを自動的に停止させ得ると共
に、ブームが目標位置まで揺動して停止する際に、ブー
ムが目標位置に近づくに伴って揺動速度が徐々に停止し
、ブームを目標位置にスムーズに停止させ得る制御装置
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、そのための具体的手段として、先端に作業具
１８を有するブーム１６を車体１に縦軸１４廻りに揺動
自在に設け、このブーム１６を揺動制御する制御弁６０
を備えたブーム型作業機の制御装置において、ブーム１
６が揺動を停止すべき目標位置を設定する目標位置設定
手段８９と、ブーム１６の揺動位置を検出する位置検出
手段２４と、目標位置設定手段８９からの設定信号と位
置検出手段２４からの検出信号との偏差を求める偏差手
段９０と、偏差手段９０からの偏差信号の大小によりブ
ーム１６の動作方向を判別する揺動判別手段１１５と、
偏差信号をパルス幅変調するパルス幅変調手段９６と、
このパルス幅変調手段９６からのパルス信号により、揺
動判別手段１１５で判別されたブーム１６の動作方向に
制御弁６０を前記偏差信号と比例して駆動する駆動手段
とを備え、目標位置設定手段８９はスィッチ１３００オ
ン時に位置検出手段２４からの検出信号を入力して記憶
するサンプル・ホールド回路１３１から成るものである
。

（作　用） 排土後、ブーム１６を左右中央の掘削位置に戻す場合に
は、設定手段８９によりその目標位置を予め設定してお
けば、ブーム１６が目標位置に自動的に停止する。

目標位置を設定する際には、ブーム１６を実際に揺動さ
せ、目標とすべき位置に達した時に、スイッチ１３０を
オンして位置検出手段２４からの検出信号をサンプル・
ホールド回路１３１に入力し設定信号として記憶する。

目標位置に停止させる際には、次のように動作する。即
ち、位置検出手段２４が揺動枠１５の現在位置を検出し
、可変抵抗９１から検出信号が偏差手段９０に入力して
いるので、偏差手段９０が設定手段８９からの設定信号
と位置検出手段２４からの検出信号との偏差を求め、そ
の偏差信号を切換スイッチ９２を介して判別手段１１５
及びパルス幅変調手段９６に送る。すると、判別手段１
１５が揺動方向を判別して左又は右揺動信号を出力し、
アナログスイッチ１０５又は１０８がオンする。一方、
パルス幅変調手段９６が偏差信号をパルス幅変調するの
で、アナログスイッチ１０５又は１０８　、駆動手段Ｉ
ＩＩ又は１．０４を介して電磁制御弁６０のソレノイド
６１又は６２が励磁する。そのため電磁制御弁６０は偏
差信号に比例した開度で切換ねり、揺動シリンダ２２．
２３の伸縮動作によって揺動枠１５、ブーム１６が縦軸
１４廻りに目標位置へと揺動する。この場合、目標位置
に接近するに従って偏差信号が小さくなるので、徐々に
速度で低下して行く。そして、目標位置まで達すると、
偏差信号が零になるので、電磁制御弁６０が中立に戻り
、揺動枠１５、ブーム１６は目標位置にスムーズに停止
する。

（実　施　例） 以下、図示の実施例について本発明を詳述すると、第２
図において、１はトラクタ車体、２は前輪、３は後輪で
ある。４はハンドル、５は運転席である。

６はトラクタ車体１の前部に装着されたフロントローダ
であって、トラクタ車体１の左右両側に取付けられたマ
スト７と、このマスト７の上端に上下動自在に枢着され
たブーム８と、ブーム８を昇降させるためのブームシリ
ンダ９と、ブーム８の先端に回動自在に枢着されたバケ
ツ）１０と、パケット１０を回動させるためのパケット
シリンダ１１とを有する。

１２はトラクタ車体１の後端部に装着されたバ・ツクホ
ーであって、トラクタ車体１に取付けられた機枠１３と
、機枠１３に縦軸１４廻りに旋回自在に枢着された揺動
台１５と、揺動台１５に上下動自在に枢着されたブーム
１６と、ブーム１６の先端に屈折自在に枢着されたアー
ム１７と、アーム１７の先端に回動自在に枢着されたパ
ケット１８と、揺動台１５上に設けられたコントロール
ボックス１９及び運転席２０とを有する。揺動台１５は
第３図に示すように機枠１３から後方に突出する上下一
対のブラケット２１に縦軸１４を介して支持され、また
下部のブラケット２１近傍で機枠１３と揺動台１５との
間に介装された左右−対の揺動シリンダ２２．２３によ
り揺動操作される。

揺動台１５には、これの揺動量を検出するための位置検
出手段２４が取付けられている。ブーム１６はブームシ
リンダ２５により上下動自在に、アーム１７はアームシ
リンダ２６により屈折自在に、パケット１日はパケット
シリンダ２７により回動自在に夫々操作される。

機枠工３の左右両側には、アウトリガ−２８，２９が装
着されている。アウトリガ−２８，２９は油圧シリンダ
型であって、シリンダ本体３０側が機枠１３に上下方向
に装着され、またピストンロッド３２の下端に接地板３
４が取付けられている。

コントロールボックス１９の上面側には、第４図に示す
ように前後左右に揺動自在な２本の操作レバー４４．４
５と、前後に揺動自在な２本の操作レバー４６．４７と
が設けられている。操作レバー４４は左右に操作した時
に揺動台１５が左右に揺動し、前後に操作した時にアー
ム１７が屈伸するようになっている。操作レバー４５は
左右に操作した時にパケット１８がスクイ・ダンプし、
前後に操作した時にブームＩ６が上下動するようになっ
ている。操作レバー　４６．４７はアウトリガ−２８，
２９用である。

第５図は油圧回路を示し、４８は油圧ポンプで、トラク
タ車体１に搭載のエンジンにより駆動される。４９は流
量優先弁、５０はハンドル４に連動するステアリング弁
で、ステアリングシリンダ５１を介して前輪２のステア
リング動作を司るようになっている。５２はフロントロ
ーダ６側のブーム制御弁、５３はフロントローダ６側の
パケット制御弁であり、これら制御弁５２．５３の手動
操作によりブームシリンダ９及びパケットシリンダ１１
を制御するようになっている。

５４．５５はアウトリガ−２８，２９を制御する流量比
例型の電磁制御弁で、上昇ソレノイド５６．５７及び下
降ソレノイド５８．５９を有する。６０は揺動シリンダ
２２．２３を制御する流量比例型の電磁制御弁で、左ソ
レノイド６１及び右ソレノイド６２を有する。６３はバ
ックホー１２のブームシリンダ２５を制御するブーム制
御弁であって、操作レバー４５の前後操作に連動する。

６４はアームシリンダ２６を制御するアーム制御弁で、
操作レバー４４の前後操作に連動する。

６５はパケットシリンダ２７を制御するパケット制御弁
で、操作レバー４５の左右操作に連動する。６６〜７３
リリーフ弁である。

第１図は電磁制御弁６０を制御する電気回路を示し、同
図において、８８は揺動指令手段の可変抵抗で、操作レ
バー４４の左右操作に連動し、かつ操作レバー４４の操
作量に比例して指令信号が変化するようになっている。

８９は揺動台Ｉ５の停止すべき目標位置を設定する目標
位置設定手段で、スイッチ１３０とサンプル・ホールド
回路１３１　とから成り、スイッチ１３０をオンした時
に、位置検出手段２４の可変抵抗９１からの検出信号を
サンプル・ホールド回路１３１に入力し設定信号として
記憶するように構成されている。

スイッチ１３０は操作レバー４４の上端に設けられてお
り、これを押す都度にサンプル・ホールド回路１３１の
セット・リセットを繰返すようになっている。

９０は偏差手段で、位置検出手段２４の可変抵抗９１か
らの検出信号と目標位置設定手段８９からの設定信号と
の偏差を求め、その偏差信号を出力するようになってい
る。

９３は三角波発振器で、第６図に示すように一定周波数
の三角波信号ａを発振するものである。１１５は揺動判
別手段で、左右用の比較部１１６，１１７を有し、可変
抵抗８８からの指令信号を基準値と比較して、その大小
関係から左揺動信号と右揺動信号とを出力するようにな
っている。９６はパルス幅変調手段で、可変抵抗８８又
は偏差手段９０からの信号すを三角波信号ａでパルス幅
変調するためのものであって、夫々２つの比較部９９，
１０２から構成されている。比較部９９と比較部１０２
とは入力が逆になっており、比較部９９では第６図に示
す如く信号すが三角波信号ａよりも大の時にオンし小の
時にオフするパルス信号Ｃを発生し、比較部１０２では
第６図と逆に信号すが三角波信号ａよりも小の時オンし
大の時にオフするパルス信号Ｃを発生するようになって
いる。各比較部９９．１０２の出力側はアナログスイッ
チ１０５，１０８　、駆動手段１１１．１１４を介し電
磁制御弁６０の各ソレノイド６１．６２に夫々接続され
ており、比較部９９．１０２からのパルス信号により、
可変抵抗８８又は偏差手段９０からの信号に比例して電
磁制御弁６０を駆動するようになっている。

アナログスイッチ１０５，１０８は、判別手段１１５の
比較部１１６．１１７から信号があった時にオンするよ
うになっている。

１１９は捕捉範囲を設定するための捕捉範囲設定手段で
、可変抵抗器等により構成され、出力する捕捉信号ｄの
電圧を可変調整できるように構成されており、目標位置
設定手段８９により設定した目標位置に接近した所定の
範囲を捕捉範囲として設定するためのものである。１２
０はブーム１６が捕捉範囲にあることを判別するための
捕捉判別手段で、偏差手段９０からの偏差信号すと捕捉
範囲設定手段１１９からの捕捉信号ｄとを入力し、これ
らの電圧を比較することにより、ブーム１６が設定した
捕捉範囲にいるか否かを判別する。

１２２はブーム１６が設定した目標位置に近づいている
か否かを判別する接近判別手段で、微分回路等により構
成され、偏差手段９０からの偏差信号すを入力し、この
偏差信号すの電圧変化から、ブーム１６が、前記目標位
置設定手段８９によって設定した目標位置に対してブー
ム１６が接近しているか否かを判別するように構成され
ている。

１２３は手動自動切換手段で、指令手段である可変抵抗
８８と偏差手段９０とを、後段の揺動判別手段１１５及
びパルス幅変調手段９６に選択的に切換接続するための
もので、通常時は可変抵抗８８を揺動判別手段１１５及
びパルス幅変調手段９６に接続し、ブーム１６が捕捉範
囲にいるものと捕捉判別手段１２０が判別しかつブーム
１６が目的位置に近づいているものと接近判別手段１２
２が判別して、これら判別手段１２０．１２２から捕捉
信号ｅ及び接近信号ｆを入力したとき、偏差手段９０を
揺動判別手段１１５及びパルス幅変調手段９６に接続す
るように構成されている。また手動自動切換手段１２３
は、操作レバー４４が左右方向の中央位置にセントされ
たとき可変抵抗８８からの指令信号すの入力により自動
モードをリセットし、また目標位置設定手段８９による
目標位置の設定が消去されている場合には、自動モード
への切換えは行われず、常時可変抵抗８８からの指令信
号すが揺動判別手段１１５及びパルス幅変調手段９６に
出力されるようになっている。

１２５は掘削作業検出手段で、第２図に示すようにブー
ムシリンダ２５０ストロークを検出するストロークセン
サ１２６等を備えて成る。この掘削作業検出手段１２５
は、通常時はアナログスイッチ１２７に高電圧を出力し
て該アナログスイッチ１２７をオンさせると共に、ブー
ムシリンダ２５が縮小してパケット１８を地面下方に位
置させるようにブーム１６が掘削状態にまで下降したと
きに停止信号ｇを出力してアナログスイッチ１２７をオ
フさせ、これにより、掘削作業中に手動自動切換手段１
２３から揺動判別手段１１５及びパルス幅変調手段９６
への信号を停止させ、ブーム１６の縦軸１４廻りの揺動
を不能にするようになっている。

１３２はレベル判別回路で、位置検出手段２４の可変抵
抗９１からの検出信号、サンプル・ホールド回路１３１
からの設定信号を入力してそのレベルを判別するように
なっている。このレベル判別回路１３２には多数の発光
ダイオード１３３が接続されており、判別したレベルの
発光ダイオード１３３が発光するようになっている。各
発光ダイオード１３３は、第４図に示すようにコントロ
ールボックス１９の上面に、操作レバー４４を中心に約
１８０度の範囲にわたって等間隔で配置されており、発
光位置で揺動台１５、ブーム１６の揺動位置及び目標位
置を表示できるようになっている。

次に上記構成における作用を説明する。バックホー１２
により掘削作業を行う場合には、フロントローダ６のブ
ーム８を下げてパケットエ０を接地させると共に、バッ
クホー１２側の機枠１３の両側に設けたアウトリガ−２
８，２９の接地板３４を降して接地させ、これらフロン
トローダ６及び左右一対のアウトリガ−２８，２９によ
りトラクタ車体１を支持する。

バンクホー１２による掘削作業において、パケット１８
内の土砂を側方の排土位置に排出する場合には、ブーム
１６を上昇させた後、揺動シリンダ２２゜２３の伸縮に
より揺動台１５、ブーム１６を縦軸１４廻りに排土位置
へと揺動させる。即ち、操作レバー４４を左方向に操作
すると、これに連動して可変抵抗８８の抵抗値が小さく
なり、その操作量に比例した指令信号が出る。この指令
信号が判別手段１１５に送られると、指令信号が小であ
るため、比較部１１７が右揺動指令と判別して右揺動信
号を出力し、アナログスイッチ１０Ｂがオンする。一方
、指令信号すがパルス幅変調手段９Ｇの比較部９９．１
０２に入力し、三角波発振器９３の三角波信号ａと比較
される。この場合、指令信号すが中点電圧よりも小であ
るため、比較部１０２が両者を比較し、第６図とは逆に
指令信号すが三角波信号ａよりも小の時にオンとなるパ
ルス信号Ｃが比較部１０２より発生する。このパルス信
号Ｃは両者の偏差が大きい程、パルス幅が広がり、従っ
て、アナログスイッチ１０８を介して駆動手段１１４が
動作し、、電磁制御弁６０の右ソレノイド６２を励磁す
る。その結果、電磁制御弁６０はパルス幅に比例した開
度で右揺動側に切換わり、揺動シリンダ２２．２３に作
動油を供給するので、揺動台１５、ブーム１６が縦軸１
４廻りに右方向に揺動する。この場合、操作レバー４４
の操作量に応じて比例的な速度でブーム１６が揺動する
ため、任意の速度でブーム１６を動かして行くことがで
きる。

ブーム１６が排土位置まで達すれば、操作レバー４４を
中立位置に戻し、揺動シリンダ２２．２３の伸縮を止め
、揺動台１５、ブーム１６を排土位置で停止させた後、
パケット１８の土砂を排土する。

排土後、ブーム１６を左右中央の掘削位置に戻す場合に
は、設定手段８９によりその目標位置を予め設定してお
けば、操作レバー４４を右方向に操作するだけで、ブー
ム１６を目標位置に自動的に停止させることができる。

従って、オペレータは、アーム１７、パケット１８等の
操作に専念できる。

目標位置を設定する際には、操作レバー４４を操作して
揺動台１５を適当位置まで揺動させる。この時、位置検
出手段２４が揺動台１５の揺動に連動し、可変抵抗９１
がその位置を検出しているので、揺動台１５が左右中央
に達した時に操作レバー４４上端のスイッチ１３０を押
してオンする。すると可変抵抗９１からの検出位置がサ
ンプル・ホールド回路１３１に入力して設定信号として
記憶される。サンプル・ホールド回路１３１に目標位置
を設定した後は、その設定信号がレベル判別回路１３２
に送られるので、目標位置に対応する発光ダイオード１
３３が発光し、その位置を表示する。

揺動台１５を中央の目標位置に戻すべく操作レバー４４
を右方向に操作すると、はじめは前記と同様にして可変
抵抗８８から操作レバー４４の操作量に比例した指令信
号すが可変抵抗８８から出力し、この指令信号すが手動
自動切換手段１２３を介して揺動判別手段１１５及びパ
ルス幅変調手段９６の比較部９９゜１０２に入力し、そ
の結果、操作レバー４４の操作量に応じて比例的な速度
でブーム１６が目標位置に向けて右方向に揺動する。ま
た、この時ブーム１６が目標位置に向けて揺動している
ので、このことを接近判別手段１２２が判別し、該接近
判別手段１２２が接近信号ｆを手動自動切換手段１２３
に出力する。

そして、捕捉範囲設定手段１１９により予め設定した捕
捉範囲にブーム１６が到達すると、捕捉判別手段１２０
がブーム１６が捕捉範囲にあることを捕捉判別手段１２
０が判別して捕捉信号ｅを出力するので、手動自動切換
手段１２３が捕捉判別手段１２０と接近判別手段１２２
の両者から捕捉信号ｅ及び接近信号ｆを入力し、このた
め手動自動切換手段１２３が自動モードに切換わり、偏
差手段９０の偏差信号すが手動自動切換手段１２３を介
して揺動判別手段１１５及びパルス幅変調手段９６の比
較部９９．１０２に入力するようになり、ブーム１６の
現在位置と目標位置との差に応じた速度でブーム１６が
目標位置に向けて揺動し、ブーム１６が目標位置に近づ
くに従って徐々に揺動速度が低下し、目標位置でスムー
ズに停止する。そして、操作レバー４４を左右方向の中
立位置に戻すと、手動自動切換手段１２３の自動モード
がリセットされる。

次にブーム１６を目標位置で操作レバー４４を前方へ操
作してブーム１６を目標位置で下降させ、掘削作業を開
始すると、ブーム１６の下降状態から掘削作業検出手段
１２５が掘削作業中であることを検出し、停止信号ｇを
出力してアナログスイッチ１２７をオフさせるので、揺
動判別手段１１５及びパルス幅変調手段９６に指令信号
す又は偏差信号すは入力しなくなり、ブーム１６の縦軸
１４廻りの揺動が停止する。従って、掘削作業中におい
て誤って操作レバー４４を左右方向に操作した場合でも
、不測の揺動指令を無視し、安定した掘削を′ｍ続でき
る。

なお車輌、作業機は、トラクタ、バックホーに限定され
るものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、ブーム１６が揺動を停止すべき目標位
置を設定する目標位置設定手段８９と、ブーム１６の揺
動位置を検出する位置検出手段２４と、目標位置設定手
段８９からの設定信号と位置検出手段２４からの検出信
号との偏差を求める偏差手段９０と、偏差手段９０から
の偏差信号の大小によりブーム１６の動作方向を判別す
る揺動判別手段１１５と、偏差信号をパルス幅変調する
パルス幅変調手段９６と、このパルス幅変調手段９６か
らのパルス信号により、揺動判別手段１１５で判別され
たブーム１６の動作方向に制御弁６０を前記偏差信号と
比例して駆動する駆動手段とを備えているので、作業開
始時にブーム１６を停止させるべき目標位置を設定して
おけば、作業時に必ずその位置にブーム１６を自動的に
停止させることができ、またブーム１６が停止する際に
は、ブーム１６が目標位置に近づくに伴って揺動速度が
徐々に低下し、ブーム１６を目標位置にスムーズに停止
させることができる。

また目標位置設定手段８９はスイッチ１３０をオンした
時に位置検出手段２４からの検出信号をサンプル・ホー
ルド回路１３１に入力して記憶するようにしているので
、可変抵抗等で設定するものに比較して、ブーム１６を
揺動させながら設定できるため、その位置設定が高精度
でかつ容易に行なえる利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は電気回路図、
第２図は全体の側面図、第３図は揺動部の平断面図、第
４図はコントロールボックスの平面図、第５図は油圧回
路図、第６図は波形図である。 １・・・トラクタ車体、１４・・・縦軸、１６・・・ブ
ーム、１８・・・パケット　（作業具）、２４・・・位
置検出手段、６０・・・電磁制御弁、８８・・・可変抵
抗（揺動指令手段）、８９・・・目標位置設定手段、９
０・・・偏差手段、１１Ｌ１１４・・・駆動手段、１３
０・・・スイッチ、１３１・・・サンプル・ホールド回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端に作業具１８を有するブーム１６を車体１に
   縦軸１４廻りに揺動自在に設け、このブーム１６を揺動
   制御する制御弁６０を備えたブーム型作業機の制御装置
   において、ブーム１６が揺動を停止すべき目標位置を設
   定する目標位置設定手段８９と、ブーム１６の揺動位置
   を検出する位置検出手段２４と、目標位置設定手段８９
   からの設定信号と位置検出手段２４からの検出信号との
   偏差を求める偏差手段９０と、偏差手段９０からの偏差
   信号の大小によりブーム１６の動作方向を判別する揺動
   判別手段１１５と、偏差信号をパルス幅変調するパルス
   幅変調手段９６と、このパルス幅変調手段９６からのパ
   ルス信号により、揺動判別手段１１５で判別されたブー
   ム１６の動作方向に制御弁６０を前記偏差信号と比例し
   て駆動する駆動手段とを備え、目標位置設定手段８９は
   スイッチ１３０のオン時に位置検出手段２４からの検出
   信号を入力して記憶するサンプル・ホールド回路１３１
   から成ることを特徴とするブーム型作業機の制御装置。