JPH0458857B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、フロントローダの作業具姿勢制御装
置に関するものである。

（従来の技術） トラクタ車体に装着して作業を行なうフロント
ローダは、トラクタ車体にブームを昇降自在に枢
支すると共に、そのブームの先端に作業具、例え
ばバケツトを回動自在に枢着し、これらブーム及
びバケツトを操作するブームシリンダ及びバケツ
トシリンダの油圧回路に、各シリンダに対応する
電磁弁を介装し、この電磁弁によつてブームの昇
降、バケツトのすくい、ダンプ方向の回動を制御
するようにしている。

この種のフロントローダにおいて、土砂等をす
くい込む場合、バケツトの底面を地面に対して水
平に接地させる必要がある。そこで、ブームの下
降動作時に、バケツトの姿勢を検出しながら、接
地時にバケツトが目標姿勢、即ち水平接地するよ
うにバケツトの姿勢を制御するものがある。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、従来はブームの下降速度に関係なくバ
ケツト側独自で姿勢制御を行なつているので、確
実にバケツトを底面水平状態で接地できない場合
があつた。

即ち、ブームを十分高い位置から下降させる場
合、或いは高さが十分なくてもバケツトが目標姿
勢（底面水平）から大きなずれがない場合には、
ブームの下降動作中にバケツトを底面水平に姿勢
制御することができるが、逆にブームの位置が低
い場合には、バケツト制御系の応答性等の関係か
ら、バケツトが接地するまでに底面水平状態に姿
勢を修正し得ないことがある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、ブ
ームの下降動作時に、その下降開始時の高さに応
じて作業具の姿勢制御速度を変え、常に下降位置
での作業具を目標姿勢に制御できるようにするこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ブーム１０の下降動作時に、該ブー
ム１０先端の作業具１３の姿勢を検出し、下降位
置で作業具１３を目標姿勢にすべく該作業具１３
の姿勢を制御するようにしたフロントローダの作
業具姿勢制御装置において、ブーム１０の下降動
作開始時における作業具１３の高さを測定する高
さ測定手段６１を設け、この高さ測定手段６１か
らの高さ信号により、高さが低い時に作業具１３
の姿勢制御動作が速くなるように、作業具１３の
姿勢制御速度を変えるための速度制御手段６３を
設けたものである。

（作用） ブーム１０を上昇位置から下降させて、下降位
置での作業具１３を目標姿勢（例えば水平接地）
にする場合、高さ測定手段６２により作業具１３
の下降動作開始時における高さを測定する。そし
て、ブーム１０が下降動作に移ると、それと同時
に作業具１３の姿勢を検出しながら、下降位置で
の作業具１３が目標姿勢となるように姿勢制御を
行なうが、高さ測定手段６２からの高さ信号によ
り、作業具１３の高さが低い時に姿勢制御動作が
速くなるように、高さの高低に応じて姿勢制御速
度を変える。これは例えば可変利得増幅回路６３
により行なう。このように作業具１３の姿勢制御
速度を変えることによつて、下降位置での作業具
１３を目標姿勢に保つことが可能である。

（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、４は後輪フエンダ、５は運転席で
ある。６はフロントローダで、取付台７を介して
トラクタ車体１の両側に着脱自在に立設されたマ
スト８と、このマスト８の上端部に枢軸９で昇降
自在に枢支されたブーム１０と、このブーム１０
を昇降させるためのブームシリンダ１１と、ブー
ム１１の先端に枢軸１２で回動自在に枢支された
バケツト（作業具）１３と、バケツト１３を回動
させるためのバケツトシリンダ１４とから成る。

１５はトラクタ車体１の傾斜を検出する傾斜セ
ンサで、フロントローダ６側、例えばマスト８に
取付けられている。１６はバケツト１３の回動姿
勢を検出する姿勢センサで、バケツト１３背面側
のブラケツト１７に取付けられている。これらセ
ンサ１５，１６は、第３図に示すように箱状のケ
ース１８内の区画された二つの室１９，２０内に
おもり板２１とポテンシヨメータ２２とを組込ん
で成る。おもり板２１はケース１８に支持された
回動軸２３に取付けられ、またポテンシヨメータ
２２は回動軸２２を介しておもり板２１に連動す
るように構成されており、従つて、トラクタ車体
１、バケツト１３の姿勢の変化におもり板２１が
応動し、ポテンシヨメータ２２から姿勢に応じた
電圧信号が出るようになつている。なお、室１９
内にはダンパオイル２３ａが入れられている。

３２はポテンシヨメータ等から成る角度センサ
で、ブーム１０の角度を検出するように枢軸９に
連動して設けられている。

２４は操作装置で、第４図乃至第６図に示すよ
うに、運転席５の一側方で後輪フエンダ４上に取
付けたケース２５に、前後、左右及び斜め方向に
操作自在な操作レバー２６、この操作レバー２６
に連動する第１及び第２ポテンシヨメータ２７，
２８等が組込まれている。即ち、操作レバー２６
は可動枠２９に横軸３０を介して枢支され、また
可動枠２９は前後軸３１を介してケース２５側に
支持されており、従つて、操作レバー２６を直交
する横軸３０及び前後軸３１の二軸を支点とし
て、第７図のように任意の方向に操作できるよう
になつている。なお、操作レバー２６は図外のバ
ネによつて中立位置に弾性的に保持されている。
第１ポテンシヨメータ２７はブーム１０の昇降を
指令する昇降指令手段を構成するものであつて、
横軸３０を介して操作レバー２６の前後動作に連
動し、かつ操作レバー２６の操作量に応じた電圧
の指令信号を出力する。第２ポテンシヨメータ２
８はバケツト１３のダンプ・すくい指令を出るダ
ンプ・すくい指令手段を構成するものであつて、
前後軸３１、可動枠２９を介して操作レバー２６
の左右動作に連動し、かつ操作レバー２６の操作
量に応じた電圧の指令信号を出力する。操作レバ
ー２６の上端には、自動運転時にオン操作するよ
うに押ボタン式の自動スイツチ３３が設けられて
いる。

第７図はリフトシリンダ１１及びバケツトシリ
ンダ１４の油圧回路を示し、３４はリフトシリン
ダ１１を制御する第１電磁弁で、上昇ソレノイド
３５と下降ソレノイド３６とを有する。３７はバ
ケツトシリンダ１４を制御する第２電磁弁で、ダ
ンプソレノイド３８とすくいソレノイド３９とを
有する。これら電磁弁３４，３７は何れも流量比
例型のものが使用されている。

第１図は電磁弁３４，３７を駆動制御する電気
回路を示す。第１図において、４０，４１は増幅
回路、４２は昇降時の動作方向を弁別する第１弁
別回路で、第１ポテンシヨメータ２７からの指令
信号が基準値よりも大の時に上昇信号を出力し、
また、基準値よりも小の時に下降信号を出力する
ようになつている。４３はダンプ・すくい時の動
作方向を弁別する第２弁別回路で、第１弁別回路
４２と同様に第２ポテンシヨメータ２８からの指
令信号に応じてダンプ信号とすくい信号とを夫々
出力するようになつている。

４４は上昇ソレノイド駆動回路、４５は下降ソ
レノイド駆動回路で、これらは第１弁別回路４２
から上昇信号又は下降信号があつた時にアナログ
スイツチ４６又は４７がオンして上昇ソレノイド
３５又は下降ソレノイド３６を駆動するようにな
つている。４８はダンプソレノイド駆動回路、４
９はすくいソレノイド駆動回路で、これらは第２
弁別回路４３からダンプ信号又はすくい信号があ
つた時にアナログスイツチ５０又は５１がオンし
てダンプソレノイド３８又はすくいソレノイド３
９を駆動するようになつている。

５２はサンプル・ホールト回路で、自動スイツ
チ３３をオンした時に姿勢センサ１６からのバケ
ツト１３の姿勢信号を記憶する。５３，５４はア
ナログスイツチで、自動スイツチ３３のオフ時
（手動時）にアナログスイツイ５３がオンし、オ
ン時にNOTゲート５５を介してアナログスイツ
チ５４がオンして、手動自動の切換を行なうよう
になつている。５５はモード切換スイツチで、姿
勢保持モードの接点５６と水平接地モードの接点
５７とを有し、姿勢保持モードの時にアナログス
イツチ５８がオンしてサンプル・ホールド回路５
２からの信号を偏差増幅回路５９に送り水平接地
モードの時にアナログスイツチ６０がオンして傾
斜センサ１５からの傾斜信号を偏差増幅回路５９
に送るようになつている。

６１は角度センサ３２の角度信号からブーム１
０の下降動作開始におけるバケツト１３の高さを
演算する高さ演算回路で、これら角度センサ３２
及び高さ演算回路６１により高さ測定手段６２が
構成されている。６３は速度制御手段としての可
変利得増幅回路で、高さ演算回路６１からの高さ
信号により、バケツト高さが高い時にバケツト１
３の姿勢制御速度が遅くなり、逆に低い時に速く
なるように利得が変化すべく構成されている。６
４はANDゲートで、水平接地モードで第１弁別
回路４２から下降信号があつた時にアナログスイ
ツチ６５をオンさせて、偏差増幅回路５９の偏差
信号を可変利得増幅回路６３に送り、それ以外の
時にNOTゲート６６を介してアナログスイツチ
６７をオンさせ、偏差信号を直接第２弁別回路４
３、ソレノイド駆動回路４８又は４９に送るよう
になつている。

上記構成において、手動制御の際には、操作レ
バー２６の自動スイツチ３３をオフしたままで、
操作レバー２６を操作すれば良く、この操作レバ
ー２６を第６図に示す矢印方向に操作することに
よつて、ブーム１０の上昇・下降、バケツト１３
のダンプ・すくい、及びこれらを組合せた複合操
作ができる（第８図参照）。

例えば、バケツト１３のすくい動作に際し、操
作レバー２６を左方のすくい側に向かつて回動操
作すると、横軸３１を介して第２ポテンシヨメー
タ２８が作動し、その操作量に応じで抵抗値が変
化して所定の指令信号が出る。そして、第２弁別
回路４３が指令信号を弁別してすくい信号を出力
するので、アナログスイツチ５１がオンし、第２
ポテンシヨメータ２８からの指令信号をすくいソ
レノイド駆動回路４９に送り、このすくいソレノ
イド駆動回路４９によつてすくいソレノイド３９
を指令信号に比例した電流で駆動し、第２電磁弁
３７がすくい側に切換わる。従つて、第２電磁弁
３７が指令信号に比例した開度ですくい側に切換
わり、バケツトシリンダ１４が収縮するため、バ
ケツト１３が枢軸１２廻りにすくい動作をする。

自動制御の際には、操作レバー２６の自動スイ
ツチ３３を押してオンすると共に、モード切換ス
イツチ５５で姿勢保持モードと水平接地モードと
の切換えを行なう。自動スイツチ３３をオンすれ
ば、アナログスイツチ５３がオフし、第２ポテン
シヨメータ２８を解除すると同時に、アナログス
イツチ５４がオンする。

第９図に実線で示すようにブーム１０の上昇位
置でバケツト１３をダンプ動作させて土砂等を放
出した後、バケツト１３を降して底面を水平接地
させる場合には、モード切換スイツチ５５を水平
接地モードにセツトし、操作レバー２６を下降方
向に操作する。すると手動制御時と同様、下降ソ
レノイド４５に通電されて第１電磁弁３４が下降
側に切換わり、ブームシリンダ１１が収縮して操
作レバー２６の操作量に比例した速度でブーム１
０が下降動作を開始する。また水平接地モードで
はアナログスイツチ６０，６５がオンし、アナロ
グスイツチ６７がオフするため、偏差増幅回路５
９が姿勢センサ１６で検出されたバケツト１３の
姿勢信号と、傾斜センサ１５で検出されたトラク
タ車体１の傾斜信号との偏差を求め、その偏差信
号を可変利得増幅回路６３へと送る。一方、角度
センサ３２が下降動作開始時におけるブーム１０
の角度を検出し、その角度信号を高さ演算回路６
１が読込み、バケツト１３の高さを演算して、そ
の高さ信号により可変利得増幅回路６３の利得を
制御する。この場合には、バケツト１３が水平接
地すべき時の姿勢から大きくダンプ側に偏位して
いるが、バケツト１３が比較的高い位置にあるた
め、下限まで下降する間に十分にバケツト１３の
姿勢制御を行なえるような利得とする。バケツト
１３の高さが低ければ、急速にバケツト１３の姿
勢を制御すべく姿勢制御動作を速くする必要があ
り、従つて、高さ信号により利得を上げる。可変
利得増幅回路６３で所定の利得により増幅された
偏差信号は、アナログスイツチ５４を介して第２
弁別回路４３に送り、バケツト１３を姿勢制御す
べき方向を判別する。この場合はバケツト１３が
ダンプ側にあるため、第２弁別回路４３がすくい
信号を出力し、アナログスイツチ５１をオンす
る。従つて、可変利得増幅回路６３で増幅された
偏差信号がアナログスイツチ５１を介してすくい
ソレノイド駆動回路４９へと送られ、第２電磁弁
３７のすくいソレノイド３９を駆動するので、第
２電磁弁３７が偏差信号に比例した開度ですくい
側に切換わり、バケツトシリンダ１４が収縮して
バケツト１３が水平接地すべき姿勢に制御され
る。依つて、ブーム１０が下限まで下降すれば、
バケツト１３はその底面が水平接地するので、そ
の後、直ちにトラクタ車体１を前進させれば土砂
等のすくい込みが可能である。また傾斜センサ１
６でトラクタ車体１の傾斜を検出し、その傾斜信
号とバケツト１３の姿勢信号との偏差を求めてい
るため、傾斜地でもバケツト１３の底面を確実に
接地させることができる。

バケツト１３の高さの測定は、次のようにして
なされる。即ち、第９図に図すようにトラクタ車
体１が水平面上にあり、バケツト１３の底面と前
後輪２，３の接地点を結んだ線分が水平である
時、ブーム１０の枢軸９に取付けた角度センサ３
２の示す角度をθ₀とし、バケツト１３の枢軸１２
からブーム１０の枢軸９までの高さをh₀とする。
そこで、第１０図に示すように角度センサ３２の
角度信号から、θに対するθ₀の大小関係を判別す
る。そしてθ＜θ₀であれば、バケツトの高さｈを
h₀＋Lsin（θ₀−θ）の計算式により求め、逆にθ
＞θ₀であれば、h₀−Lsin（θ−θ₀）の計算式によ
り求める。なお、Ｌはブーム１０の枢軸９，１２
間の長さである。

なお、ブーム１０基部等に傾斜センサを取付
け、その傾斜センサでブーム１０の傾斜角度を検
出してもバケツト１３の高さを求めることができ
る。

バケツト１３の姿勢を保持したままで昇降させ
る場合には、モード切換スイツチ５５を姿勢保持
モードにセツトし、自動スイツチ３３をオンす
る。すると、姿勢センサ１６で検出されたバケツ
ト１３の姿勢信号をサンプル・ホールド回路５２
が記憶し、偏差増幅回路６３がこの信号と昇降に
伴なつて変化する姿勢センサ１６からの姿勢信号
との偏差を求め、その偏差信号がアナログスイツ
チ６７，５４を介して後段に送り、バケツト１３
が自動スイツチ３３のオン時の姿勢を保持すべく
制御する。

なお実施例では、作業具としてバケツト１３を
例示しているが、バケツト１３に限らず、フオー
クその他のアタツチメントでも良い。その場合、
作業具を任意に着脱して交換できるようにする場
合には、ブーム１０の先端に取付ブラケツトを枢
着し、この取付ブラケツトに作業具をピン等で着
脱自在に装着する構造にする一方、取付ブラケツ
ト側に姿勢センサ１６を設けておけば、各種作業
具があつても、作業具個々に姿勢センサ１６を設
ける必要がなく非常に便利である。

また傾斜センサ１５はトラクタ車体１に取付け
ても良い。

更に実施例では、目標姿勢そして水平接地を示
したが、下降位置で所定の姿勢に保つ必要のある
場合にも応用できる。

（発明の効果） 本発明によれば、下降動作開始時における作業
具の高さを測定し、その高さ信号により、高さが
低い時に作業具の姿勢制御動作が速くなるべく姿
勢制御速度を変えるようにしているので、作業具
をどの高さから下降させる場合にも、下降位置で
の作業機を目標姿勢に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を例示するものであつ
て、第１図は制御系の電気回路図、第２図はトラ
クタの側面図、第３図はセンサの断面図、第４図
は操作装置の背面図、第５図は同断面背面図、第
６図は第５図のＸ−Ｘ矢視図、第７図は油圧回路
図、第８図は制御位置の説明図、第９図は作用説
明図、第１０図はフローチヤートである。 １……トラクタ車体、６……フロントローダ、
１０……ブーム、１３……バケツト（作業具）、
１５……傾斜センサ、１６……姿勢センサ、２４
……操作装置、２６……操作レバー、２７，２８
……ポテンシヨメータ（指令手段）、３４，３７
……電磁弁、４２，４３……弁別回路、５９……
偏差増幅回路、６２……高さ測定手段、６３……
可変利得増幅回転（速度制御手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ブーム１０の下降動作時に、該ブーム１０先
   端の作業具１３の姿勢を検出し、下降位置で作業
   具１３を目標姿勢にすべく該作業具１３の姿勢を
   制御するようにしたフロントローダの作業具姿勢
   制御装置において、ブーム１０の下降動作開始時
   における作業具１３の高さを測定する高さ測定手
   段６２を設け、この高さ測定手段６２からの高さ
   信号により、高さが低い時に作業具１３の姿勢制
   御動作が速くなるように、作業具１３の姿勢制御
   速度を変えるための速度制御手段６３を設けたこ
   とを特徴とするフロントローダの作業具姿勢制御
   装置。