JPS6337210B2

JPS6337210B2 -

Info

Publication number: JPS6337210B2
Application number: JP3999582A
Authority: JP
Inventors: Akira Tsuda
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1982-03-12
Filing date: 1982-03-12
Publication date: 1988-07-25
Also published as: JPS58156641A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、バツクホウ作業車等の掘削作業車、
詳しくは、複数の関節形可動部分を、機体に対し
て横向きの基軸周りで揺動自在に順次連結して構
成した掘削装置と、前記関節形可動部分を揺動駆
動する油圧シリンダとを備える作業車に関する。

この様な掘削作業車で、地中にガス管や水道管
が埋設されている道路などの地面を掘削する時な
どに、深く掘削し過ぎてガス管等を破損してしま
うという事故が多発している。

そして、従来のこの種の掘削作業車にあつて
は、このような事故を防止するための対策が何ら
施されていなかつたために、作業者は掘削装置の
操作を常に極めて注意深く行なわねばならず、そ
の操作に困難性を感じるとともに精神的疲労が大
きく、作業能率の低下の原因になつていた。ま
た、如何に注意深い操作を行なおうとしても、時
には操作ミスのために上述のような事故をひき起
こすことになつてしまうことがあつた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、作業者が格別な注意を払わなくても、自動
的にかつ確実に上述のような事故を防止できるよ
うにし、また、これによつて、作業者の負但軽減
と作業能率の向上とを図ることを目的とするもの
である。

この目的を達成するために、本発明による掘削
作業車は、前記関節形可動部分の夫々の揺動角度
を検出する角度検出器と、この角度検出器の検出
結果に基づいて実際の掘削深さを算出する演算手
段と、掘削限度深さの設定手段と、前記各油圧シ
リンダの駆動方向を検出する手段と、この駆動方
向検出手段と前記角度検出器の検出結果とから前
記各関節形可動部分のうちで下降駆動しているも
のを特定する判断手段と、前記演算手段による演
算結果を前記設定手段による設定値と比較して、
演算結果が設定深さに達したときに前記判断手段
によつて特定された前記関節形可動部分の下降駆
動を停止させる制御手段とを備えることを特徴と
するように構成したものである。

上記特徴構成によれば、たとえ操縦者が必要以
上に深く掘削するように掘削装置を操作しようと
しても、予め設定してある掘削限度に達すると、
下降駆動している関節形可動部分の駆動が停止す
るのでそれ以上に深く掘削し過ぎることがない。
従つて、地中埋設ガス管等を破損してしまうとい
うような不測の事故を自動的に、かつ、確実に防
止できるようになつたのである。そして、これに
よつて、作業者は掘削装置の操作に必要以上の注
意を払わずにすみ、容易かつ能率的に作業を行な
えるのである。

更に、下降駆動している関節形可動部分の駆動
だけを停止させるというこの様な構成を積極的に
利用することによつて、一定深さの溝等の掘削を
容易に短時間で行える利点がある。例えば、掘削
限度に達したことに基づいて全ての関節形可動部
分の駆動を停止させる場合には、掘削限度に達す
る毎に掘削作業そのものの中断を余儀なくされる
が、本発明の構成によると掘削限度に達した後も
残された関節形駆動部分の揺動によつて可能な限
り作業を続行できるから、中断回数が少なくな
り、結果的に一定深さの溝等の掘削を短時間で完
了できる利点がある。

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。

第１図に示すように、クローラ式走行装置１に
縦向き軸芯周りで駆動回転操作自在に設けた旋回
台２に、原動部３及び運転キヤビン４を搭載する
と共に、夫々流体圧シリンダ５，６あるいは７に
より横向き軸芯周りで駆動揺動操作自在な関節形
可動部分の具体例であるブーム８、アーム９及び
バケツト１０をもつて構成したバツクホウ装置Ｂ
を取付け、掘削作業車を構成してある。

前記ブーム８、アーム９およびバケツト１０
夫々の横向き回動基軸P₁，P₂，P₃には、第２図
に示すように、その軸芯周りでの各部材８，９，
１０の回動角度θ₁，θ₂，θ₃を検出するためのポテ
ンシヨメータから成る角度検出具１１，１２，１
３が設けられている。即ち、各部材８，９，１０
の基軸P₁，P₂，P₃の位置及びバケツト１０先端
部P₄の位置をp₁，p₂，p₃，p₄で示すと、旋回台２
の前後方向（即ち地面に平行な水平方向）に対す
るベクトルｐ_１ｐ_２―→の角度θ₁、ベクトルｐ_１ｐ_２
―→
に対するベクトルｐ_２ｐ_３―→の角度θ₂、及び、ベク
トルｐ_２ｐ_３―→に対するベクトルｐ_３ｐ_４―→の角度
θ₃
が、前記角度検出具１１，１２，１３により検出
されるのである。

そして、第２図に示される様に、地面からブー
ム８の基軸P₁までの高さをｈとし、p₁とp₂、p₂と
p₃、およびp₃とp₄の距離を夫々l₁，l₂，l₃とする
と、バケツト１０先端p₄の地面からの深さｄはｄ＝l₁sinθ₁＋l₂sin（θ₁−θ₂）＋l₃sin（θ₁−θ₂−θ₃）＋ｈ …(A) で示される。

なお、機体が地面の一部盛り上り箇所に乗り上
げたりして、傾斜したようなときにｄをより正確
にするためには、機体自体の傾斜による旋回台２
の前後方向の傾きで前記θ₁を補正すればよく、こ
のために旋回台２の傾斜角を検出するための角度
検出器２６が設けられている。

即ち、旋回台２の傾斜角をθ′（p₁が上昇する方
の傾きを正として測定する）とすれば、前記(A)式
のθ₁を（θ₁＋θ′）に補正すればよい。機体傾斜に
よつてp₁の高さｈも多少変動するが、そのｄに対
する影響は角度変動がｄに対するに比べて小さい
のでこのｈの変動は無視している。

第３図は制御装置のシステム構成の原理図であ
つて、各油圧シリンダ５，６，７を駆動する油圧
ポンプ１４が設けられ、この油圧駆動源である油
圧ポンプ１４と、各油圧シリンダ５，６，７を結
ぶ油路には、夫々、操作用の３位置切換バルブ１
５，１６，１７と、後記構成の制御演算部２１か
らの出力電流によつて前記各油路を遮断する電磁
バルブ１８，１９，２０が設けられている。そし
て、前記３位置切換バルブ１５１６，１７には、
夫々、対応する部材８，９，１０の動きの方向を
検出するために、その切換え状態を検出するため
の駆動方向検出手段として３値スイツチ２２，２
３，２４が付設されている。

前記制御演算部２１には前記角度検出用ポテン
シヨメータ１１，１２，１３の出力がデイジタル
化されて入力されると共に、これら３値スイツチ
２２，２３，２４の出力が入力されている。そし
て、この制御演算部２１は、実掘削深さｄの演算
手段と、掘削限度深さの設定手段と、下降駆動し
ている関節形可動部分を特定する判断手段と、下
降駆動を停止させる制御手段とを備えていて、具
体的には以下で示される様な制御を行なうように
構成されている。

即ち、前記検出角度θ₁，θ₂，θ₃とあらかじめ与
えられているl₁，l₂，l₃，ｈの値に基いて、前記
の式(A)を用いて、実掘削深さｄを演算する。そし
て、この実掘削深さｄと設定掘削深さd₀とを比較
して、ｄが実質的にd₀に達したときに、各シリン
ダ５，６，７のうち、その時点でバケツト１０の
先端を下降させるように駆動しているシリンダの
みを停止させるのである。ただ、このバケツト１
０の先端を下降させるように駆動しているシリン
ダがどれであるかを判断した後でそのシリンダの
みを停止させるという直接的な構成を採用する
と、その停止時期に遅れを生じるおそれがあるの
で、前記ｄが実質的にd₀に達した時点で先ず全て
のシリンダ５，６，７を停止させてから、前記判
断を行ない、その後、バケツト１０の先端を下降
させるように駆動していたシリンダのみの停止を
継続させ、それ以外のシリンダについてはもとの
状態に復帰させるという段階的構成を採用してい
る。この構成によれば設定深さまで掘削すれば直
ちにバツクホウは停止されてそれ以上に深く掘削
することが無く、また、その停止後において、何
れかのシリンダをバケツト１０先端p₄が上昇する
方向に自動的に或は人為的に再駆動させることに
より、速やかに以後の掘削作業に移れるのであ
る。

前記判断は、前記各３値スイツチ２２，２３，
２４による各切換バルブ１５，１６，１７の切換
え状態検出結果と前記角度検出結果とを用いて行
なわれる。

即ち、基軸P₂の上下移動方向はブーム８の回
動方向により一意的に定まるので、切換バルブ１
５の切換え状態のみから判断される。また、基軸
P₃，P₄の上下移動方向は切換バルブ１６，１７
の切換え状態のみからは必ずしも定まらないので
（θ₁−θ₂）および（θ₁−θ₂−θ₃）の値も考慮した
上
で判断される。これは、基軸P₃の上下移動方向
と切換バルブ１６との関係は（θ₁−θ₂）＝−π／２を境として逆になるからであり、また、基軸P₄に
ついても同様であるからである。

次に、前記制御演算部２１における具体的な信
号処理を第４図のフローチヤートを用いて説明す
る。

ステツプ(i)は掘削限度深さd₀の入力モードであ
る。

ステツプ(ii)から制御が開始され、ステツプ(ii)で
各ポテンシヨメータの出力θ₁，θ₂，θ₃を読み込
む。

ステツプ(iii)で、θ₁，θ₂，θ₃からバケツト先端p₄
の深さｄを前記(A)式に基づいて算出する。

ステツプ(iv)で、測定値ｄが設定値d₀に誤差ε以
下に近づいたかを調べ、近づいていなければ前記
ステツプ(ii)に移り再度θ₁，θ₂，θ₃を計測する。

ステツプ(iv)でε以下に近づいていると判断され
たときはステツプ(v)で、とりあえず全ての電磁バ
ルブ１８，１９，２０を遮断することにより全て
の油路を遮断して各部の動きを停止させ、その
後、以下のステツプで下降方向の動きに関与して
いた油路以外の油路を元の状態に復帰させる様に
なつている。尚、εはθ₁，θ₂，θ₃の測定から各部
が停止するまでの時間を考慮して決定される定数
である。

ステツプ(vi)はブーム８の動きに関するもので、
(vi)でスイツチ２２の信号からブーム８が下がる方
向に操作されているかどうかを調べ、そうでなけ
ればステツプ（−）によつて電磁バルブ１８
を開くものである。

ステツプ(vii)はアーム９に関するもので、（−
）ではアーム９のどちら向きの回動が下げる方
向に当るかを判断し、ステツプ（−）、（−
）ではそれぞれの場合に切換バルブ１６が位置
p₃が下がる方向に操作されているかどうかを調
べ、そうでなければ電磁バルブ１９を開くもので
ある。

ステツプ(viii)は、バケツト１０に関し、ステツプ
(vii)と同様の処理を行う。

ステツプ(ix)は一定時間待機してからステツプ(ii)
のθ₁，θ₂，θ₃の測定に移るためのもので、何度も
ステツプ(v)によつて、動きが停止するを防止する
ものである。

なお、機体の傾斜を補正する構成とする場合に
は、ステツプ(ii)において傾斜角検出器２６の出力
θ′を読み込み、次にθ₁を補正することでこれを実
現できるものであり、ステツプ(iii)以下のステツプ
は全く同じである。

また、角度検出器１１，１２，１３としては本
実施のポテンシヨメータに限らず光学エンコーダ
ー等を用いることも可能であるし又、相対角度
θ₁，θ₂，θ₃を検出するものでなく、次の様な構成
によつて水平線に対する絶対角度を測定するよう
にしてもよい。即ち、前記ブーム用流体圧シリン
ダに、シリンダロツドと一体摺動するラツクを、
その遊端側がガイドにより保持された状態で付設
すると共に、ラツクに咬合するピニオンギアによ
り操作されるポテンシヨンメータを設けて、ブー
ムの対地角度を検出できるように構成し、重錘に
連動のポテンシヨンメータをアームに付設して、
アームの対地角度を検出できるように構成し、バ
ケツトに同様の重錘とポテンシヨメータとを付設
して、バケツトの対地角度を検出できるように構
成すればよい。同様の重錘式ポテンシヨメータ構
成が、前記機体傾斜角検出器２６の構成にも利用
できる。

このときは、前記(A)式は、ベクトルｐ_１ｐ_２―→、
ｐ_２ｐ_３―→、ｐ_３ｐ_４―→の水平線に対する仰角をφ
₁，
φ₂，φ₃としてｄ＝l₁sinφ₁＋l₂sinφ₂＋l₃sinφ₃＋ｈ …（A′）と書き換えられる。

上記実施例における制御演算部２１における制
御プログラムに若干の変更を加えることによつ
て、例えば果樹園での掘削作業時のようにバツク
ホウの上昇高さを制限される場合に適応させるべ
く、高さ制御をも行なえるようにすることもでき
る。

本発明は、各種タイプのバツクホウやフエイス
シヨベル等に適用でき、対象とする掘削作業車の
具体的構成は自由に変更できる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利
にする為に符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る掘削作業車の実施例を示
し、第１図は全体側面図、第２図は掘削深さ算出
方法の原理を示す図、第３図は制御装置のシステ
ム構成の原理図、そして、第４図は制御フローチ
ヤートである。８，９，１０……関節形可動部分、１１，１
２，１３……角度検出器、２１……制御演算部、
２６……機体傾斜角度検出器、Ｂ……掘削装置、
P₁，P₂，P₃……基軸、ｄ……実検出掘削深さ、
d₀……設定掘削深さ、θ₁，θ₂，θ₃……揺動角度、
θ′……機体傾斜角度。

Claims

【特許請求の範囲】１複数の関節形可動部分８〜１０を、機体に対
して横向きの基軸P₁〜P₃周りで揺動自在に順次
連結して構成した掘削装置Ｂと、前記関節形可動
部分８〜１０を揺動駆動する油圧シリンダ５〜７
とを備える作業車において、前記関節形可動部分
８〜１０の夫々の揺動角度を検出する角度検出器
１１〜１３と、この角度検出器１１〜１３の検出
結果に基づいて実際の掘削深さを算出する演算手
段と、掘削限度深さの設定手段と、前記各油圧シ
リンダ５〜７の駆動方向を検出する手段２２〜２
４と、この駆動方向検出手段２２〜２４と前記角
度検出器１１〜１３の検出結果とから前記各関節
形可動部分８〜１０のうちで下降駆動しているも
のを特定する判断手段と、前記演算手段による演
算結果を前記設定手段による設定値と比較して、
演算結果が設定深さに達したときに前記判断手段
によつて特定された前記関節形可動部分８〜１０
の下降駆動を停止させる制御手段とを備えること
を特徴とする掘削作業車。２前記角度検出器１１〜１３による前記各関節
形可動部分８〜９の揺動角度θ₁〜θ₃検出結果を、
機体傾斜角度検出器２６による機体傾斜角θ′検出
結果により補正すべく前記演算手段を構成してあ
ることを特徴とする特許請求の範囲の第１項に記
載の掘削作業車。