作业机的操作控制杆的操作反作用力控制装置

作业机的操作控制杆的操作反作用力控制装置

本发明涉及起重机等的作业机械，尤其涉及赋予操纵臂架等作业机的操作控制杆的操作反作用力的控制装置。

在起重机的绞车作业中，以提高操纵绞车的操作控制杆的操作性能为目的，赋予操作控制杆操作反作用力的操作反作用力控制装置，已经为公众所知晓。

例如，实公昭62-14077号公报已公开了与悬挂载荷重量的轻重成比例大小的操作反作用力变化的控制装置。

还有，在特公平5-5755号公报中，不仅依悬挂载荷的重量，而且与控制杆操作量(绞车的卷扬速度)相对应产生操作反作用力，将此赋予绞车操作控制杆，希望进一步提高控制杆的操作性能。

但是，所述已有技术即使在绞车作业方面有效，也未必适用于起重机的回转作业和作业机(臂架)的变幅作业。

即是说，如图5所示，起重机20的臂架21向箭头A、B方向变幅动作时，操作者由于不清楚臂架21的加速度而不能把握臂架21的动向，因此难以通过控制杆控制臂架21的微妙运动，发生载荷振摆，悬挂的载荷22向箭头C、D方向作摆式摆动的相对运动。

并且，上部回转体23回转动作时，悬挂的载荷22同样向回转方向载荷振摆。

所以，有必要将能有效抑制这样的载荷振摆的操作反作用力赋予操作控制杆，但是，仅根据悬挂载荷的重量和所谓控制杆操作量的信息，将操作反作用力赋予操作控制杆的所谓已有技术，是达不到上述目的的。

而且，在适用赋予与悬挂载荷的重量成比例的操作反作用力的已有技术时，对于在长时间操纵重载荷作业机时，在用大的恒速长时间操纵作业机时，由于大的操作反作用力长时间作用于操作控制杆，因此，也有操作者疲劳的问题。

本发明鉴于这种实际状况，其目的在于提供一种有效地抑制载荷振摆，可容易地进行操作，且可减轻操作者疲劳的操作反作用力控制装置。

所以，本发明对操纵作业机的操作控制杆赋予与操作方向相反的操作反作用力的作业机的操作控制杆的操作反作用力控制装置，具有检测所述作业机加速度的加速度检测手段，和随着用该加速度检测手段检测出的加速度变大，对所述操作控制杆赋予变大的操作反作用力的操作反作用力的赋予手段。

按这种构成，随着用加速度检测手段检测出的加速度变大，对所述操作控制杆将赋予变大的操作反作用力。

即是说，作业机发生载荷振摆时，如图5所示，在作业机21上悬挂的载荷22，沿作业机操作方向(回转操作是沿作业机23的旋转方向，变幅操作是沿C或D的方向)发生载荷振摆时，需要将作业机21或23，加速或减速操作，以抑制载荷振摆。

随着作业机的加速度变大，操作反作用力变大而随之发生变化，根据操作反作用力，可把握作业机的加速、减速状态。其结果，使作业机加速或减速，操作抑制载荷振摆(控制对作业机载荷相对的运动)，可容易地由操作反作用力入手，可有效地抑制载荷振摆。

还有，除了加速状态或减速状态之外，当恒速时，由于没有大的操作反作用力作用于操作控制杆，所以即使是在长时间操纵重载荷的作业机时，和在用大的恒速长时间操纵作业机时，由于解决了大的操作反作用力长时间作用于操作控制杆的问题，可大幅度减轻操作者的疲劳。

以下对附图作简单说明。

图1是表示有关本发明的作业机的操作控制杆反作用力控制装置实施例的构成图。

图2是表示作业机加速度和操作反作用力的关系的控制特性图。

图3是表示本发明的另一实施例的示意图。

图4是表示本发明的另一实施例的示意图。

图5是适用于实施例的汽车(式)起重机的侧视图。

下面，参照附图，说明有关本发明的作业机的操作控制杆的操作反作用力控制装置的实施例。

如图3所示，在实施例中，说明对操作起重机20的作业机臂架21的变幅的操作控制杆赋予操作反作用力的情况。

图1是表示图3示出的配设在起重机20的驾驶室内的操作控制杆1的控制操作反作用力装置的构成图。

即是说，当向箭头方向(使臂架21升高的方向)操纵操作控制杆1时，在远距离控制阀2的作业机升高用活塞3和作业机下降用活塞4之间，通过操作板1a压下对应操作方向的活塞3。还有，当向反方向(使臂架21下降的方向)操纵操作控制杆1时，同样压下活塞4。

在两个活塞3、4的下方，分别配置了作业机升高用阀柱塞5、下降用阀柱塞6，通过测量弹簧7或8，推按对应所述压下的活塞一侧的阀柱塞5或6，使其向下方移动，这里，由于压下活塞3，使阀柱塞5向下方移动。

其结果，通过微调孔f，反复接通、断开与液压泵15的喷口相连通的泵压力室Pp和排泄室D。亦即，与被压下的活塞相对应的一侧的管道16或17的通道压力P1或P2，升高至相当于缩短测量弹簧7或8的力(与控制杆1的操作冲程量成比例)的压力，两者平衡在排泄孔D和泵压力室Pp的中间位置。

即是说，通道压力P1和P2升高到与操作杆1的操作冲程量成比例的大小，该大小的通道压力P1或P2作用于调节阀9的引导口9a或9b。这里，使操作控制杆1向臂架升高方向操作，与该操作冲程量成比例的通道压力P1作用于调节9的引导口9a。其结果，调节阀9动作，用与该阀开度相应的速度，驱动臂架21的驱动用的液压缸，使臂架21升高。还有，通道压力P2作用于调节阀9的引导口ab时，调节阀9向反方向移动，通过所述液压缸，使臂架21下降。

在操作杆1的轴1b的根部，连接电动机10的旋转轴10a，随着电动机10的旋转，可使操作控制杆1向操作方向或操作方向的反方向倾转。

电动机10按照调节器11输出的电指令信号(电压信号)变化其旋转方向和其旋转矩。

管道1、17分别配设了压力传感器12、13，分别用于检测管道内压力P1、P2，以作为臂架升高方向的控制杆操作量P1、臂架下降方向的控制杆操作量P2；作为控制杆操作量检测手段的压力传感器12、13各自检测出的压力P1、P2输出给调节器11。

加速度检测器14是检测臂架21升高或下降时的加速度检测器，例如，是由速度传感器(如使用旋转编码器和激光速度传感器等)和将该速度传感器的输出经微分的加速度α输出的微分电路组合构成。并且，作为加速度检测器14也可以使用伺服加速度传感器等。加速度检测器14的检测加速度α输出给调节器11。

还有，也可以将所述微分电路的功能赋予调节器11。

还有，作为所述控制杆操作量检测手段，不使用所述压力传感器12、13，也可以使用将操作控制杆1的操作量作为旋转量检测的电位差计等。

还有，也可将控制杆操作量作为臂架21的速度检测，用速度传感器和微分电路组合构成所述加速度检测器14时，仍可使用该速度传感器的检测值直接作为控制杆操作量的检测值，且不需另设控制杆操作量检测手段，以达到可降低成本。

再有，将压力P1、P2视为臂架21的速度，也可以通过对压力P1、P2微分来检测臂架21的加速度α。

调节器11根据用加速度检测器14检测出的臂架加速度α，用压力传感器12、13检测出的控制杆操作量P1、P2，如下所述，求出应该赋予操作控制杆1的所谓操作方向反方向的操作反作用力F(参照图1)，对应所述操作反作用力F，生成电指令信号，该电指令信号对电动机10输出。

图2是表示这样的反作用力控制的控制特性的坐标曲线图，作为控制特性L(L1-LM-L2)示出了臂架加速度α和控制杆操作量P1、P2与控制杆操作反作用力F的关系，这样的关系被存入调节器11的存储器。

如由图2所知，随着臂架21的加速度α的变大，操作反作用力逐渐变大，设定控制特性L。

还有，随着控制杆操作量P1、P2变大，控制特性按L1→LM→L2的顺序变化，操作反作用力次序变大，设定控制特性L1→LM→L2。

详细说明如下：·在臂架加速度α为负的情况下，为防止臂架减速时(通过控制杆操作的臂架21的速度方向与加速度的方向相反时)操作反作用力反转，将操作反作用力设定为接近于零的低值。

·还有，在要求比抑制载荷振摆还要微量地操作控制杆1的许多控制杆操作量小的领域，有必要减小操作反作用力F，使臂架21容易进行微量控制。所以，随着控制杆操作量减小，操作反作用力F也变得较小，使控制特性按L2→LM→L1的顺序变化。

还有，在臂架21的加速度α为极大的情况下，使操作反作用力加大，有必要抑制因错误操作等而引起的臂架21的激烈动作。所以，在臂架加速度α大的领域，控制特性L的倾斜度，比小的领域大，使操作反作用力F呈非线性变化。

在调节器11中，当前的控制杆操作量P1、P2为规定的第1阈值以下时，选择L1作为控制特性。而当控制杆操作量P1、P2是以比所述第1阀值大的值作为设定的第2阀值以上时，选择控制特性L2。而且，当控制杆操作量P1、P2为比所述第1阀值大，比所述第2阀值小时，在如箭头所示L1-L2的范围，随着操作量加大，选择操作反作用力F加大的控制特性LM。

基于这样选择的控制特性L，求出与当前的臂架加速度α相对应的操作反作用力F，生成与该操作反作用力F相对应的电指令信号，向电动机10输出。由此，驱动电动机10赋予操作控制杆1的操作反作用力F。

其结果，操作者由于根据对操作控制杆1赋予的操作反作用力F，能够把握作业机的臂架21的加速、减速状态，从操作反作用力F入手，可以容易地操作抑制臂架21加速减速的载荷振摆，能够有效地抑制荷载振摆。

还有，除了加速状态或减速状态外，当恒速时，由于大的操作反作用力F不作用于操作控制杆1，对于重载荷长时间操纵臂架21时，即使是用大的恒速长时间操纵臂架21时，也不会对长时间操作的控制杆1赋予大的操作反作用力F，大大减轻了操作者的疲劳。

还有，所述图2示出控制特性L之一例，可按照作业条件等设定种种特性曲线。

例如，在实施例中，按着控制杆操作量，使控制特性L变化，无论控制杆操作量的大小如何，都可实施固定控制特性L(例如固定L1)。

下面，图3及图4表示该发明的另一实施例。

在该实施例中，为了操作者能够较正确地把握臂架前端的变幅运动，在臂架的顶端配设了为检测臂架变幅运动加速度的检测器，并且，由于加速度传感器价格昂贵，采用检测臂架角度或臂架位置的传感器，作为检测所述臂架变幅运动的加速度的检测器，这些传感器的检测值经二阶微分求出臂架加速度。

即是说，起重机的操作者可由臂架的变幅角θ(参照图3)和臂架长L推断臂架顶端的前后方向的位置。臂架顶端由于受到垂度、臂架振动，风等对臂架移动等的影响，引起了复杂的运动。

因此，将所述加速度计安装在为臂架变幅的液压缸30上，通过该加速时计测量臂架的变幅加速度，用作为操作反作用力赋予与该测量值对应的转矩这样的技巧等，起重机操作者正确把握臂架顶端的运动是相当难的。并且，由于使变幅液压缸30和臂架21连杆结合，变幅液压缸30的伸缩速度和臂架变幅角速度的关系不成为线性，即使这样，将加速度计安装在变幅液压缸3上的技巧，对起重机操作者来说，难以把握臂架顶端的运动。

为此，在该实施例中，如图3所示，将检测臂架角θ的角度检测器25安装在臂架21的顶端。该角检测器25的输出如图4所示输入给调节器11。

用调节器11运算由角度检测器25输入的臂架角θ的前后方向(正确地说，是臂架21的前后方向，而不是车体的前后方向)的组成部分cosθ，通过将该运算值cosθ二阶微分，求出臂架顶端的加速度的前后方向的组成部分-cosθ。调节器11与前面的实施例相同，根据这样求出的臂架顶端的加速度的前后方向的组成部分-cosθ、用压力传感器12、13检测出的控制杆操作量P1、P2，由图2示出的关系求出应该赋予操作控制杆1的操作方向反方向的操作反作用力F，生成与该操作反作用力F对应的电指令信号，该电指令信号向电动机10输出。由此，驱动电动机10，对操作控制杆1赋予与臂架顶端的加速度的前后方向的组成部分-cosθ成比例的操作反作用力。

这样，在该实施例中，与臂架顶端的前后方向的加速度成比例的转矩作为反作用力给予变幅操作控制杆。因此，起重机操作者能够一边操作变幅操作控制杆，一边感觉到臂架顶端的前后方向的移动(加速度)，由此也可预测臂架顶端的移动(位置、速度)。因此，使悬挂载荷移动时，也尽可能不发生悬挂载荷的振摆，而进行臂架的操作。同样，臂架变幅时，为了阻止悬挂载荷发生振摆运动，最好将臂架顶端维持在悬挂载荷的垂直上方，对进行这样的操作，本实施例也是有效的。而且，在该实施例中，作为检测臂架顶端的加速度的传感器，由于使用廉价的臂架角传感器，通过将该传感器的输出二阶微分，求出臂架顶端的加速度，可降低装置的成本。

还有，在所述实施例中，已求出臂架顶端前后方向的加速度，而且也可求出臂架顶端上下方向的加速度，并将与该加速度成比例的力作为操作反作用力给予变幅控制杆。

还有，在所述实施例中，使用了臂架角传感器求臂架顶端的臂架角，而且也可设置位置传感器求臂架顶端的位置，并通过将该位置传感器的输出二阶微分，求臂架顶端的加速度。

再有，在所述各实施例中，虽然都是以起重机的臂架设定为作业机，但是若为抑制载荷振摆而驱动的作业机，则可适用于任何的作业机。

如上所述，利用本发明可容易进行有效地抑制载荷振摆操作，并且，在控制杆的操作过程中可大大减轻操作者的疲劳。