JPS624189A - 柔構造作業機 - 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、例えば低剛性多関節構造を有する荷役作業機
どして好適に用いられる柔構造作業機に関し、特に、作
業対象物の地切りや着地作業を自動的に行いうるように
した柔構造作業機に関する。

〔従来技術〕

例えば、荷役作業機等の建設機械にあっては大、型の重
量物を取扱う関係から長大なアームを複数連結し、全体
として２０〜３０蕩の多関節機構を構成しているが、こ
の種の建設機械では各アームが大型化１重量化し、大き
な慣性力が作用する上に、各アームを駆動するアクチュ
エータを大型化しなければならず、製造原価の高騰を招
いている。

このため、各アームを長くすると共に軽量化するように
した柔構造の作業機に対するニーズが高まっている。

そこで、第５図に従来技術による柔構造を有する荷役作
業機を例に挙げて示す。

図において、１は作業機本体で、該本体ｌは下部走行体
ＩＡと、該下部走行体ＬＡ上に旋回可能に搭載された上
部旋回体ＩＢとからなる。

２は前記Ｅ部旋回体ＩＢの前部に回動可能に取付けられ
たアームで、該アーム２は上部旋回体ＩＢに回動可能に
ピン結合された第１のアーム３と、該第１のアーム３先
端に回動可能にピン結合された第２のアーム４とからな
り、該各７−ム３．４は長さ寸法が比較的長く、かつ軽
量化されているため、弾性的に撓み変形するようになっ
ている。５は第１のアーム３を回動させる油圧シリンダ
、６は第２のアーム４を回動させる油圧シリンダである
。

７は前記第２のアーム４の先端に回動可能にピン結合さ
れた作業装置としての把持装置で、該把持装置７は一対
の把持部７Ａ　、７Ａ、ｔ−宥し、該各把持部７Ａは油
圧モータ８によって相互に接近または離反するように駆
動され、作業対象物としての荷物９を把持するようにな
っている。

このように構成された荷役作業機では、例えば、地面上
に載置された荷物９を持上げる場合、油圧シリンダ５．
６によって第１および第２のアーム３．４を回動させて
、把持装置７を荷物９上に配置し、油圧モータ８を駆動
して各把持部７Ａ間で荷物９を把持した後、前記油圧シ
リンダ５を徐々に伸長させて第１の７−ム３を上向きに
回動させ、荷物９を地面からゆっくりと持上げるように
して地切り作業を行うようにしており、一方、荷物９を
地面りに降ろす場合には前記油圧シリンダ５を徐々に縮
小させて第１のアーム３を下向きに回動させ、荷物９を
地面にゆっくりと降ろすようにして着地作業を行ってい
る。

ところで、上述の如く構成された荷役作業機では、各ア
ーム３，４を軽量化しているから、作動時に各アーム３
．４に作用する慣性力を小さくできる上に、各アーム３
，４を回動するための油圧シリンダ５．６を小型化でき
、製造コストを削減することができる。

しかし、この種の柔構造作業機としての荷役作業機では
、各アーム３．４を軽量化すると共に長大化しているた
め、各アーム３，４の剛性が低くなり、荷物９の重量に
より各アーム３，４が直線Ａ、Ｂから曲線Ａ′、Ｂ′で
示す如く弾性的に撓み変形し易くなっている。この結果
、荷物９の地切りや着地作業時に荷物９を少しでも速く
持ち上げたり、降ろしたりすると、各アーム３，４が弾
性的に撓んで、この反動により各アーム３．４が振動す
るようになる。特に、荷物９を着地させるときには、各
アーム３，４が撓んだ状態で荷物９を着地させるからこ
の撓みを徐々に取り除くようにして着地作業を行わない
限り、荷物９を把持装置？Ｉ７から開放すると同時に前
記撓みの反動によって各アーム３，４が振動するように
なり、この振動が長時間持続して操作性が悪化する上に
１作業の安全性を確保できなくなり、さらには荷物９の
荷ぶれや破損事故等を引き起してしまう。

このため、従来技術では、前述の如き振動が生じないよ
うに運転者がアーム４の先端位置や荷物９の位置を目視
しながら勘と経験に頼って油圧シリンダ５を全速で操作
するようにしているが、熟練した運転者にしか操作でき
ず、地切り作業や着地作業が非常に面倒な作業になると
いう欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもので
、本発明が解決しようとする問題点は、作業対象物を持
ち上げたり降ろしたりする場合の地切り作業や着地作業
を自動的に行うことができるようにして、アームの振動
を防止でき、操作性を向−ヒできるようにした柔構造作
業機を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点を解決するために本発明が採用する構成
は、作業機本体に回動可能に設けられた少なくとも１本
のアームと、該アームを回動させる油圧シリンダと、指
令信号に基づいて該油圧シリンダに供給する油液の流量
を制御する制御弁と、前記油圧シリンダを操作する操作
レバーの操作量に応じて所定の指令信号を該制御弁に出
力する第１の信号発生手段と、作業対象物によって前記
アームの先端側に付！ｊ−される荷重を検出するための
荷重検出手段と、該荷重検出手段で検出した荷重信号に
基づき前記作業対象物の着地時または地切り時に対応す
る指令信号を前記制御弁に出力する第２の信号発生手段
と、該制御弁に対して前記第１および第２の信号発生手
段を選択的に接続するための信号切替手段とからなる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第４図に基づき、
多３ｆ１節荷役作業機を例に挙げて説明する。なお、実
施例において、菊述した従来技術と同一の構成要素には
同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図において、１１はＬ部旋回体ＩＢの運転室に設けられ
た操作レバーで、該操作レバー１１は運転者の手動操作
によって傾転され、油圧シリンダ５を伸長または縮小さ
せるべく、傾転角に対応（比例）した傾転角信号θを出
力するようになっている。１２は前記操作レバー１１の
傾転角信号θに応じて所定の指令信号Ｓ１を後述のサー
ボ弁１３に出力する第１の信号発生手段としてのメータ
リング特性変換部で、該変換部１２は傾転角信号０を所
定の電ｆｉｉ、ｉ　　（第３図参照）へとメータリング
変換して、これを指令信号Ｓｌ　として後述のｖＪｉｔ
スイッチ１７を介してサーボ弁１３に出力している。こ
こで、本実施例によるメータリング特性変換部１２は第
３図に示す通り、操作レバーｔｉの傾転角信号θが一０
０〜θ０の範囲内では指令信号Ｓ！の電流ｉを零とし、
サーボ弁１３を閉弁させ、油圧シリンダ５を停止させる
一方、０く一θ０のとき、または０〉θ０のときには該
傾転角信号θに比例した電流ｉを指令信号Ｓ１としてサ
ーボ弁１３に出力し、これに応じてサーボ弁１３の開度
をそれぞれ調整し、油圧シリンダ５を縮小または伸長さ
せるようになっている。

１３は前記メータリング特性変換部１２からの指令信号
Ｓ＋　または後述の指令信号Ｓ２に基づいて油圧シリン
ダ５へと供給する油液の流量を制御する流量制御弁とし
てのサーボ弁で、該サーボ弁１３は電気−油圧変換弁１
から構成され、前記指令信号Ｓｌ　またはＳ２に基づい
て油圧シリンダ５への油量をｍ整し、油圧シリンダ５の
伸長、縮小速度を制御するようになっている。なお、前
記流１制御弁はサーボ弁１３に替えて、電磁比例弁等を
用いた制御弁としてもよい、　次に、１４は第２のアー
ム４の先端と把持装置７とのピン結合部に内蔵された荷
重検出手段としての荷重センサで、該荷重センサ１４は
把持装置７が把持した荷物９によって第２のアーム４の
先端に付与される荷重を検出し、検出した荷重値に対応
する荷重信号Ｆを後述の信号制御部１５へと出力する。

１５は該荷重信号Ｆに基づき荷物９の着地時または地切
り時に対応する指令信号Ｓ２を前記サーボ弁１３に出力
する第２の信号発生手段としての信号制御部で、該信号
制御部１５は第４図中に示す荷重信号Ｆと電流ｉとの関
数に基づき、該荷重信号Ｆに応じた電流ｉを指令信号Ｓ
２として後述の切替スイッチ１７を介してサーボ弁１３
へと出力し、該サーボ弁１３を自動的に制御することに
よって前記油圧シリンダ５へと供給されるＦ！！、量の
調整を行い、該油圧シリンダ５を遅い速度で自動的に縮
小または伸長させるようになっている。

ここで、該信号制御部１５は荷物９の降下時には第４図
中に示す特性１１に沿って指令信号Ｓ２の電流ｉを制御
し、荷重センサ１４からの荷重信号Ｆが小さくなるに従
い指令信号Ｓ２の電流１を小さくしてサーボ弁１３の開
度を徐々に小さくし、これによって油圧シリンダ５の縮
小速度を遅くして第１のアーム３を徐々にゆっくりと降
下、させる、そして、荷重センサ１４からの荷重信号Ｆ
が所定値Ｆｏ　となると指令信号Ｓ２の電流ｉを零とし
てサーボ弁１３を閉弁させ、第１のアーム３の降下を停
止させるようになっている。一方、荷物９の持上げ時に
は特性Ｊ１２−１　で示すように荷重センサ１４からの
荷重信号Ｆが所定値ＦＯになるまで一定の微小電流ｉｏ
を指令信号Ｓ２としてサーボ弁１３に出力し、油圧シリ
ンダ５を介して第１のアーム３を非常に遅い速度で上昇
させ、該荷重信号Ｆが所定値ＦＯを越えると特性ＩＬ２
−２に沿って指令信号Ｓ２の電流ｉを制御し、該荷重信
号Ｆが大きくなるに従い該電流ｉを大きくしてサーボ弁
１３の開度を徐々に大きくし、油圧シリンダ５を介して
第１のアーム３を徐々に速い速度で上昇させるようにな
っている６図中、１６は前記所定値ＦＯを荷物９の種類
に応じて適宜に設定するための可変設定器で、該可変設
定器１６によって設定された所定値ＦＱに基づき、前記
信号制御部１５には第４図に示す如き関数が入力される
ようになっている。

また、１７は前記メータリング特性変換部１２と信号制
御１１１５とを選択的にサーボ弁１３に対して接続し、
指令信号Ｓ１またはＳ２をサーボ弁１３へと入力するた
めの信号切替手段としての切替スイッチで、該切替スイ
ッチ１７は運転者によって荷物９の地切り、着地作業に
際して端子１７Ａから端子１７Ｂへと切替えられ、前記
信号ル制部品１５からの指令信号Ｓ２をサーボ弁１３へ
と入力するようになっている。一方、通常の操作時には
端子１７Ａへと切替えられ、操作レバー１１の′＋′−
動操作に基づく前記変！Ｉ！部１２からの指令信号Ｓｔ
　をサーボ弁１３へと入力するようになっている。

さらに、１８は前記信号制御部１５から出力される指令
信号Ｓ２の電流ｉが零となったときに、後述のサーボ弁
１９に開放信号を出力する開放信号発生部、１９は油圧
モータ８へと圧油を供給して把持装置７の各把持部７Ａ
を相互に接近または離反させ、該把持装置７によって荷
物９を把持または開放させるための流量制御弁としての
サーボ弁で、該サーボ弁１９は前記信号発生部１８から
の開放信号に基づき把持装置７を介して荷物９を開放す
るようになっている。また、該サーボ弁１９は荷物９の
持上げ作業時に図示しない操作ボタン等の操作手段を介
して把持信号が入力されると、油圧モータ８を駆動して
、把持装置７によって荷物９を把持させるようになって
いる。

次に１以上の通り構成さ、れる荷役作業機の作動につい
て説明する。

まず、荷物９を持上げる場合には、図示しない操作手段
を介して把持信号をサーボ弁１９に出力し、油圧モータ
８を駆動して把持装置７によって荷物９を把持させる。

そして、切替スイッチ１７を端子１７Ｂ側へと切替え、
信号制御部１５からの指令信号Ｓ２に基づき自動的に荷
物９の地切り作業を行わせる。即ち、荷物９の重量が値
Ｆｌであるとき、荷重センサ１４による検出値が所定値
Ｆｏ　　（ただし、Ｆ、＜Ｆ、）になるまで、信号制御
部１５から特性見２−１　に沿って微小電流ｉｏなる指
令信号Ｓ２がサーボ弁１３へと出力され、該サーボ弁１
３を介して油圧シリンダ５へと圧油が供給され、非常に
遅い速度で＠１のアーム３が上昇する。そして、荷重セ
ンサ１４の検出値が所定値Ｆｏを越えると指令信号Ｓ２
の電流ｉが第４図中の特性文２−２　に沿って徐々に大
きくなり、サーボ弁１３、油圧シリンダ５を介して第１
のアーム３が徐々に速い速度で上昇され、これによって
。

該第１のアーム３および第２のアーム４に撓みが生じて
も、該各アーム３，４が振動を起さないように第１のア
ーム３の上昇速度は制御される。そして、筒用センサ１
４の検出値が荷物９の重量である値Ｆ１になった段階で
、荷物９の地切り作業は完了し、！／］替スイッチ１７
を端子１７Ａ側へと切替え、操作レバー１１の手動操作
による持Ｅげ作業が行われる。

一方、荷物９を地面に下す場合には、操作レバー１１を
操作してサーボ弁１３、油圧シリンダ５を介して第１の
アーム３を降下させ荷物９を地面から所望の高さ位置に
配置し、切替スイッチ１７を再び端子１７Ｂ側へと切替
える。このとき、荷重センサ１４の検出値は荷物９の重
量である値Ｆ１　となっており、第４図中に示す電流１
１なる指令信号Ｓ？が信号制Ｗ部１５からサーボ弁１３
へと出力される。この結果、サーボ弁１３を介して油圧
シリンダ５が縮小され第１のアーム３は遅い速度で自動
的に降下される。そして、荷物９が地面に接した瞬間、
荷重センサ１４の検出値が値Ｆ１　より小さくなるから
、指令信号Ｓ２の電流ｉが第４図中の特性文ｌに沿って
徐々に小さくなり、これによってサーボ弁１３、油圧シ
リンダ５を介して第１のアーム３は徐々に遅い速度で降
下し、荷物９による第１、第２のアーム３，４の撓みを
徐々に小さくし、該各アーム３，４が振動を起さないよ
うに、第１のアーム３の降下速度は制御される。そして
、荷重センサ１４の検出値が所定値ＦＯとなった段階で
、荷物９の着地作業は実質的に完了し、指令信号Ｓ２の
電ｔＩｉ、ｉが零となり、信号発生部１８が開放信号を
サーボ弁１９へと出力し、荷物９は把持装置７から開放
される。

かくして、本実施例によれば、荷物９の地切り時および
着地時に切替スイッチ１７を端子１７Ｂ側へと切替操作
するのみで、信号制御部１５によってサーボ弁１３を自
動的に制御でき、第１、第２のアーム３．４に振動を起
さないように荷物９のｉ′！！！切り作業や着地作業を
自動的に行うことができ、操作性を確実に向上させるこ
とができる。また、従来、運転者の熟練に頼っていた作
業を自動化でき、安全性を確実に向上させることができ
る。

なお、前記実施例では、把持装置７の各把持部７Ａを駆
動するのに油圧モータ８を用いるものとして述べたが、
これに代えて油圧シリ〉・ダを用いるようにしてもよい
。また、把持装置７はフックであってもよい。この場合
、作業者の手作業によってフックを荷物９に取付けたり
、取外したりすればよく、信号発生部１８やサーボ弁１
９および油圧モータ８等は不用にできる。

また、前記実施例では、荷重センサ１４を第２アーム４
の先端と把持装置７とのピン結合部に内蔵させるものと
して述べたが、これに代えて、公知のロードセル等を用
いて第２アーム４の先端に付与される荷重を検出しても
よい。

また、前記実施例では荷役作業機を例に挙げて説明した
が、本発明はこれに限らず、油圧クレーン等、他の柔構
造を有する作業機にも適用でき。

この場合、アーム２を１個または３個以上のアームから
構成してもよい、さらに、地切りゃ着地作業時に第１の
アーム３以外に第２のアーム４の油圧シリンダ６にサー
ボ弁１３から圧油を給排するようにしてもよく、ざらに
油圧シリンダ５，６にそれぞれサーボ弁１３から圧油を
給排するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明によれば、作業対象物の着地
時または地切り時に、信号切替手段を切替え、荷重検出
手段で検出した荷重値に応じた指令信号を第２の信号発
生手段からサーボ弁へと出力するようにしたから、該第
２の信号発生手段によってサーボ弁を荷重検出手段の検
出値に応じて制御でき、フロントの各アームが振動を起
さないように該フロ〉′トを上昇または降下させ、着地
または地切り作業を自動的に行うことができ、操作性や
安全性を確実に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の実施例に係り、第１図は
荷役作業機の全体図、ｆｆ１２図は第１図中に示す第１
のアーム用油圧シリノダを、’ｔＪＩＷする制御回路図
、第３図は第２図中のメータリング特性変換部において
発生されるメータリング特性図。 第４図は第２図中の信号制御部において発生される関数
を示す線図、第５図は従来技術による荷役作業機の説明
図である。 ｌ・・・本体、３・・・第１のアーム、４・・・第２の
アーム、５，６・・・油圧シリンダ、７・・・把持装置
、９・・・荷物、１１・・・操作レバー、１２・・・メ
ータリング特性変換部、１３・・・サーボ弁、１４・・
・荷重センサ、１５・・・信号制御部、１７・・・切替
スイッチ。 特許出願人　　　　日立建機株式会社 代理人　弁理士　　　　広　瀬　和　彦同　　　　　　
　　　　中　　村　　直　　樹第１図 ム 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 作業機本体に回動可能に設けられた少なくとも１本の柔
   構造なアームと、該アームを回動させる油圧シリンダと
   、指令信号に基づいて該油圧シリンダに供給する油液の
   流量を制御する制御弁と、前記油圧シリンダを操作する
   操作レバーの操作量に応じて所定の指令信号を該制御弁
   に出力する第１の信号発生手段と、作業対象物によって
   前記アームの先端側に付与される荷重を検出するための
   荷重検出手段と、該荷重検出手段で検出した荷重信号に
   基づき前記作業対象物の着地時または地切り時に対応す
   る指令信号を前記制御弁に出力する第２の信号発生手段
   と、該制御弁に対して前記第１および第２の信号発生手
   段を選択的に接続するための信号切替手段とから構成し
   てなる柔構造作業機。