JP5125429B2 - 作業機械の干渉防止装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧ショベル等の作業機械において、作業アタッチメントとキャビンの干渉を防止する干渉防止装置に関するものである。

ショベルを例にとって背景技術を説明する。ここではキャビンと作業アタッチメントの干渉がとくに起こり易いオフセット型のショベルを例にとっている。

ショベルは、図５，６に示すようにクローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が搭載され、この上部旋回体２の前部に作業アタッチメント３が装着されて構成される。

作業アタッチメント３は、ブームフットピン４を中心として起伏自在なブーム５と、このブーム５の先端にブームトップピン６まわりに上下回動可能に取付けられたアーム７と、このアーム７の先端にアームトップピン８まわりに上下回動可能に取付けられたバケット９とを備え、この作業アタッチメント３の起伏及び屈折動作により掘削、荷積み等の各種作業が行われる。

ブーム５は、リアブーム５ａとフロントブーム（オフセットブームともいう）５ｂとから成り、リアブーム５ａに対するフロントブーム５ｂの左右回動運動によりアーム７及びバケット９が左右に平行に移動（オフセット）して側溝掘り作業等が行われる。図６は左側にオフセットさせた状態を示し、αはそのオフセット角度である。

また、図５，６中、１０はブーム５を起伏作動させるブーム起伏シリンダ、１１はアーム７を上下回動させるアームシリンダ、１２はバケット９を上下回動させるバケットシリンダ、１３はフロントブーム５ａを左右回動させるオフセットシリンダである。

上部旋回体２には、前部左右一側（通常は図示のように前部左側。以下、この例で説明する）にキャビン１４が設置され、このキャビン１４内で各種操作が行われる。

このような油圧ショベルでは、作業アタッチメント３がキャビン１４側に向かって屈折動作するため、バケット９とキャビン１４の干渉が起こり得る。とくに、例示したオフセット型のショベルでは、図８に示す左オフセット状態でバケット９がキャビン１４の直前方に位置するため、干渉し易くなる。また、キャビン１４が前後方向等に移動する機械ではさらに干渉の危険性が高まる。

そこで従来からこのバケット９とキャビン１４の干渉を防止する手段が講じられている（特許文献１参照）。

この公知技術では、作業アタッチメント３（正確にはアタッチメント中の特定部分で、たとえばアームトップピン８）が、バケット９とキャビン１４の干渉のおそれがある領域として予め設定された危険域Ａに入ると、停止弁を作動させ、バケット９がキャビン１４と干渉する側である危険側へのアタッチメント各動作（たとえばブーム上げ、アーム引き、左オフセット各動作）を停止させる構成がとられている。

一方、作業の連続性を確保するために、アタッチメント用の操作レバー等に解除スイッチが設けられ、停止処理後、オペレータがこの解除スイッチを操作すると上記停止処理が解除され、危険域でのアタッチメント動作が許容されるようになっている。

解除スイッチは、押してＯＮ、離してＯＦＦとなるモーメンタリスイッチが用いられ、オペレータが同スイッチを押し続けている間、停止処理が解除される。
特許第２７３３３５５号

ところが、公知技術によると、解除スイッチを「押す」だけの単一操作で停止処理が解除され、かつ、押し続けることにとくに違和感もないし、押し続けているという特別な操作感もないため、ついつい「解除操作した」という記憶と、「危険域で作業している」という認識が薄れ易い。

また、とくに操作し易さを考慮して解除スイッチを操作レバーに設けた場合には、レバー操作時に誤って解除スイッチもＯＮ操作してしまうおそれがある。しかも、一度ＯＮ操作すると、誤操作に気付かずにそのまま押し続ける可能性が高い。

公知技術によると、上記二点の理由により、オペレータの解除操作で危険域での停止処理を解除するようにしたことの弊害としてバケット９とキャビン１４の干渉が起こり易かった。

そこで本発明は、停止処理解除操作を行ったことをオペレータに意識付けることができるとともに、誤操作を防止でき、これによって危険域でのアタッチメントとキャビンの干渉防止に効果を発揮する作業機械の干渉防止装置を提供するものである。

請求項１の発明は、キャビンと、作業アタッチメントと、この作業アタッチメントがキャビンと干渉するおそれがある領域として予め設定された危険域に侵入したことを検出する検出手段と、作業アタッチメントが上記危険域に侵入したときにキャビンと干渉する側である危険側へのアタッチメント動作を停止させる停止処理を行うコントローラと、このコントローラによる停止処理を解除する解除スイッチとを具備し、この解除スイッチとして、押してＯＮ、離してＯＦＦとなるモーメンタリスイッチが用いられた作業機械の干渉防止装置において、上記コントローラは、停止処理後、
(ｉ) 上記解除スイッチがＯＮ操作された後にＯＦＦ操作される解除予備操作が行われたこと、
(ｉｉ) 上記解除予備操作が、予め設定された予備操作時間内に行われたこと、
(ｉｉｉ) 上記解除予備操作後に上記解除スイッチがもう一度ＯＮ操作されたこと
の要件をすべて満足する解除操作が行われたときに、上記停止処理を解除するように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、コントローラは、コントローラは、上記解除予備操作が行われたときに停止処理解除のスタンバイ状態となり、このスタンバイ状態から予め設定された猶予時間の経過までにさらにＯＮ操作されたときに上記解除操作であるとして停止処理を解除するように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、コントローラは、上記解除操作による停止処理解除後、作業アタッチメントが危険域外に出たときに停止処理解除をキャンセルするように構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの構成において、コントローラは、停止処理が解除された後、作業アタッチメントが危険域にある状態で予め設定された許容時間が経過したときに上記停止処理解除をキャンセルするように構成されたものである。

本発明によると、解除スイッチを「押して」「離し」、「もう一度押す」という二度押し操作、つまり三アクションの特別な操作によってのみ停止処理が解除されるため、従来のただ「押す」だけの操作で解除される場合と比較して、解除操作をするという強い意識が働く分、「解除操作した」という記憶と、「危険域で作業している」という認識が強まり、これが「慎重に操作しなければならない」という意識につながる。

また、解除するという強い意識が無い限り行われない特別な操作であるため、とくに操作レバーに解除スイッチを設けた場合にレバーを持つ手でスイッチも操作してしまって停止処理解除となるという誤操作のおそれがない。

加えて、解除スイッチのＯＮ→ＯＦＦの操作(解除予備操作)が予め設定された予備操作時間内に行われることが条件となるため、操作レバーを持ったときにスイッチＯＮとなり、しばらくしてレバーから手を離したときにスイッチＯＦＦとなるという状況を誤操作として峻別することができる。

これらの点により、オペレータの解除操作によって停止処理を解除するようにしたことの弊害を無くし、アタッチメントとキャビンとの干渉を防止する点の効果が高くなる。

この場合、請求項２の発明によると、解除スイッチのＯＮ→ＯＦＦで解除処理のスタンバイ状態となり、ここから次のＯＮ操作までに一定の時間的余裕を確保する一方で、この時間内に最後のＯＮ操作がない場合は、オペレータにその意思がないものとして停止解除しない構成としたから、この段階でも誤操作との区別を明確にして安全性を高めることができる。

ところで、公知技術では、前記のように解除スイッチを押し続けると、作業アタッチメントが危険域から安全域に出ても停止処理解除状態のままとなるため、安全域から危険域に再侵入した場合に停止処理が働かない。これでは安全域と危険域の区別がなくなり、干渉が起こり易くなる。

この点、請求項３の発明によると、作業アタッチメントが危険域外に出ると解除処理がキャンセルされ、一からのスタートとなって、再侵入時には再び停止処理→解除操作のステップを踏むことになる。このため、解除操作そのものがオペレータの強い意思を要する特別の操作であることと相まって、危険域と安全域の区別が明確になり、危険域にいるという認識が鮮明となって干渉防止効果が高くなる。

一方、停止処理を解除した状態での危険域での作業が長くなると、どうしても危険域との意識が薄れて干渉が起こり易くなる。また、危険域に入ったまま作業を中断したりオペレータが交代したりする場合にも干渉のおそれが高くなる。

この点、請求項４の発明によると、解除処理後、危険域に入ったまま設定された許容時間が経過すると停止処理解除をキャンセルし、アタッチメント動作を停止させるため、危険域で長く作業することによる干渉を防止する点の効果が高くなる。

本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。実施形態ではショベルを適用対象としている。

図１は第１実施形態に係る干渉防止装置の制御部分の構成を示す。

この制御部分は、演算・指令信号の出力を行うコントローラ１５と、図５，６の作業アタッチメント３の位置（具体的にはトアームトップピン８の位置）を検出する検出手段としてのブーム角度、アーム角度、オフセット角度各センサ１６,１７,１８と、オペレータの操作によって危険域での停止処理をキャンセルする解除スイッチ１９と、コントローラ１５からの指令信号に基づいてブーム上げ、アーム引き、左オフセットの危険側の各動作を停止（減速でもよい）させるための各停止比例弁２０,２１,２２と、アームトップピン８が図５の危険域Ａ内にあるときにオペレータに向けて警報を発して注意を促す警報器（ブザー、ランプ等）２３とから成っている。

解除スイッチ１９は、前記公知技術と同様に押してＯＮ、離してＯＦＦとなるモーメンタリスイッチが用いられ、この解除スイッチ１９がＯＮ操作された後にＯＦＦ操作され、ここからさらに予め設定した猶予時間Twait内にＯＮ操作されたとき、すなわち、「押して」「離し」、設定時間内に「もう一度押す」という特定の操作が行われたときにのみ、停止処理が解除されるように構成されている。

この点の作用を図２のフローチャートによって説明する。

検出手段としての各センサ１６〜１８からの検出信号に基づいて作業アタッチメント３が危険域にあるか否かが判別され（ステップＳ１）、ＮＯ（安全域）の場合は、アタッチメント動作を停止させる必要がないため、停止ステップＳ２〜Ｓ４でアタッチメント動作を停止させるための停止処理フラグ、停止処理を解除するための解除処理フラグ、停止処理出力がいずれもＯＦＦとなってステップＳ１に戻る。

一方、ＹＥＳ（危険域）と判別されると、ステップＳ５で停止処理フラグＯＮとなり、続くステップＳ６で解除スイッチ１９が解除の予備操作、すなわち、ＯＮ（押し）→ＯＦＦ（離し）操作されたか否かが判別される。

ここでＮＯ（解除予備操作されていない）の場合は、オペレータに停止処理解除の意思がないため、ステップＳ７で解除処理フラグがＯＦＦ、ステップＳ８で停止処理出力がＯＮとなってステップＳ１に戻る。

なお、ＯＮ→ＯＦＦの適正な解除予備操作である（誤操作でない）ことを判別するために、通常、最初のＯＮ操作と次のＯＦＦ操作が、両操作に要する時間として予め設定された予備操作時間内に行われたことが条件とされる。この場合、次のＯＦＦ操作が予備操作時間経過後に行われたときは、上記同様、解除予備操作が行われなかったものとしてステップＳ７に移り、解除処理フラグＯＦＦとなる。

ステップＳ６でＹＥＳ（解除予備操作された）の場合は、ステップＳ９で解除有効フラグＯＮ、すなわち解除処理を実行するためのスタンバイ状態となる。

続いて、ステップＳ１０、Ｓ１１で猶予時間Twaitのカウントが開始され、この猶予時間Twait内に解除スイッチ１９が最終解除操作としてもう一度ＯＮ操作されたか否かの確認（ステップＳ１２）、カウント値の積算（ステップＳ１３）を行いながら最終操作または猶予時間満了のいずれか早いときまでステップＳ１０〜Ｓ１３のループが繰り返される。

ステップＳ１２で猶予時間Twait内での最終解除操作が確認されると、オペレータによる解除操作が正常に遂行されたとしてステップＳ１４で解除処理フラグＯＮ、ステップＳ１５で解除有効フラグＯＦＦ、ステップＳ１６で停止処理出力ＯＦＦがそれぞれ行われる。

これにより、危険域でのアタッチメント動作が許容され、作業の連続性が確保される。

また、ステップＳ１７で解除スイッチ１９が最終操作のＯＮ継続中か（押し続けられているか）否か、ステップＳ１８で危険域のままか否かがそれぞれ判別され、いずれもＹＥＳの間、ステップＳ１５〜Ｓ１８が繰り返されて停止処理解除状態が持続する。

一方、ステップＳ１７でＮＯ（解除スイッチがＯＦＦされた）の場合は、オペレータの意思として解除処理がキャンセルされたとしてステップＳ７→ステップＳ８に移行して停止処理出力がＯＮとなる。

また、ステップＳ１８でＮＯ（危険域でない）の場合、つまり作業アタッチメント３が危険域外に出た場合は、ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４に移行して停止処理出力がＯＦＦ、つまり停止解除処理がキャンセルされる。

そして、ステップＳ１１でＮＯの場合、つまり猶予時間Twait内に最終解除操作が行われなかった場合は、解除操作が正常に行われなかったとして、ステップＳ１９で解除有効フラグがＯＦＦとなり、ステップＳ７→ステップＳ８に移行して停止処理出力がＯＮとなってステップＳ１に戻る。

図３，４は上記処理状況を時間の経過とともに示すタイムチャートで、図３は解除操作（ＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮ）が正常に行われた場合、図４は正常に行われなかった（猶予時間Twait内に最終解除操作が無かった）場合をそれぞれ示す。

このように、この干渉防止装置によると、
（Ｉ） モーメンタリスイッチである解除スイッチ１９を「押して」「離し」「もう一度押す」という二度押し操作、つまり三アクションの特別な操作によってのみ停止処理が解除されるため、従来のただ「押す」だけの操作で解除される場合と比較して、解除操作をするという強い意識が働く分、「解除操作した」という記憶と、「危険域で作業している」という認識が強まり、これが「慎重に操作しなければならない」という意識につながる。

（ＩＩ） 押して離し、もう一度押すという、オペレータに解除するという強い意識が無い限り行われない特別な操作であるため、とくに操作レバーに解除スイッチを設けた場合にレバーを持つ手でスイッチも操作してしまって停止処理解除となるという誤操作のおそれもない。

加えて、解除スイッチのＯＮ→ＯＦＦの操作(解除予備操作)が予め設定された予備操作時間内に行われることが条件となるため、操作レバーを持ったときにスイッチＯＮとなり、しばらくしてレバーから手を離したときにスイッチＯＦＦとなるという状況を誤操作として峻別することができる。

これらの点により、オペレータの解除操作によって停止処理を解除するようにしたことの弊害を無くし、基本的に、作業アタッチメント３（バケット９）とキャビン１４との干渉を防止する点の効果が高くなる。

加えて、解除スイッチ１９のＯＮ→ＯＦＦで解除処理のスタンバイ状態となり、ここから次のＯＮ操作までに長時間（猶予時間Twait）経過すると、オペレータにその意思がないものとして停止解除しない構成としたから、誤操作との区別を明確にすることができる。

さらに、作業アタッチメント３が危険域外に出ると解除処理がキャンセルされ、一からのスタートとなって、再侵入時には再び停止処理→解除操作のステップを踏まなければならないため、解除操作そのものがオペレータの強い意思を要する特別の操作であることと相まって、危険域と安全域の区別が明確になり、危険域にいるという認識がより鮮明となる。

これらの点により、危険域でのアタッチメントとキャビンの干渉を防止する点の効果がより一層高くなる。

他の実施形態
（１） 実施形態の構成を前提として、解除操作に基づいて停止処理を解除した後、危険域内での作業時間が予め設定された許容時間を経過すると解除処理をキャンセルし、アタッチメント動作を停止させるように構成してもよい。

この場合、図２のフローチャートにおけるステップＳ１８に続いて許容時間のカウントを行うとともに、カウント中はステップＳ１６に戻るループを繰り返し、許容時間の経過後にステップＳ７に移行する制御を行えばよい。

こうすれば、時間経過とともに危険域にいるという認識が薄れることによる干渉の発生を防止することができる。

（２） 本発明はショベルに限らず、深穴掘削機、杭打ち機、解体機等、作業アタッチメントとキャビンが干渉するおそれのある作業機械全般に適用することができる。

本発明の第１実施形態にかかる干渉防止装置の制御部分のブロック構成図である。 同装置の作用を説明するためのフローチャートである。 同装置において解除スイッチが正常に操作された場合の処理状況を示すタイムチャートである。 同装置において解除スイッチが正常に操作されなかった場合の処理状況を示すタイムチャートである。 本発明の適用対象例であるオフセット型ショベルの概略側面図である。 同平面図である。

Ａ 危険域
３ 作業アタッチメント
５ 作業アタッチメントを構成するブーム
７ 同アーム
９ 同バケット
１４ キャビン
１５ コントローラ
１６ 検出手段としてのブーム角度センサ
１７ 同アーム角度センサ
１８ 同オフセット角度センサ
１９ 解除スイッチ
２０〜２２ 停止比例弁

Claims (4)

1. キャビンと、作業アタッチメントと、この作業アタッチメントがキャビンと干渉するおそれがある領域として予め設定された危険域に侵入したことを検出する検出手段と、作業アタッチメントが上記危険域に侵入したときにキャビンと干渉する側である危険側へのアタッチメント動作を停止させる停止処理を行うコントローラと、このコントローラによる停止処理を解除する解除スイッチとを具備し、この解除スイッチとして、押してＯＮ、離してＯＦＦとなるモーメンタリスイッチが用いられた作業機械の干渉防止装置において、上記コントローラは、停止処理後、
   (ｉ) 上記解除スイッチがＯＮ操作された後にＯＦＦ操作される解除予備操作が行われたこと、
   (ｉｉ) 上記解除予備操作が、予め設定された予備操作時間内に行われたこと、
   (ｉｉｉ) 上記解除予備操作後に上記解除スイッチがもう一度ＯＮ操作されたこと
   の要件をすべて満足する解除操作が行われたときに、上記停止処理を解除するように構成されたことを特徴とする作業機械の干渉防止装置。
2. コントローラは、上記解除予備操作が行われたときに停止処理解除のスタンバイ状態となり、このスタンバイ状態から予め設定された猶予時間の経過までにさらにＯＮ操作されたときに上記解除操作であるとして停止処理を解除するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の作業機械の干渉防止装置。
3. コントローラは、上記解除操作による停止処理解除後、作業アタッチメントが危険域外に出たときに停止処理解除をキャンセルするように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械の干渉防止装置。
4. コントローラは、停止処理が解除された後、作業アタッチメントが危険域にある状態で予め設定された許容時間が経過したときに上記停止処理解除をキャンセルするように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業機械の干渉防止装置。

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