JP4943601B2 - Method and apparatus for determining payload weight - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に作業機械のバケット内の負荷の重量を求めることに関し、より詳細には、多くの自由度を有する作業機械のバケット内の負荷の重量を求めることに関する。
【0002】
【従来の技術】
作業機械のバケット内のペイロードの重量を求める様々な従来的方法がある。しかし、その過程の複雑さのために、これらの多くの方法には固有の限界が内在している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、いくつかの方法は、フロント・ローダなどの2つの自由度しかないバケットを有する作業機械に限られる。この手法は、より多くの自由度を有する機械、例えば掘削機には使用できないであろう。他の方法は、ペイロードが静止している間のみ、又は、所定の位置のみで作業機械が測定を実行することを必要とする。これは、操作員が各掘削サイクルに余分な時間をかけて機械を操作する必要があるという点で問題がある。更に別の方法では、既知の負荷を使用する測定装置の較正を必要とするか、又は、曲線当てはめなどの類似な形態を有する異なる(ベースライン)機械の作動に基づいてペイロードの重量を近似的に求める。前者は、そうでなければ掘削に費やすことができる余計な時間を機械の操作にかける可能性があり、他方、後者は、作業機械とベースライン機械との間にずれがほとんど無いか全く無いことを仮定しており、これは、しばしば誤りである。
【0004】
【問題を解決するための手段】
本発明は、作業機械のペイロードの質量を求める方法及び装置を提供する。作業機械は、シャーシ、シャーシと結合した運転台、及び、運転台と結合したブームを有する。第1のアクチュエータは、ブーム及び運転台に結合され、運転台に対してブームを動かす。作業機械は、ブームに結合されたアームを有し、アーム及びブームに結合された第2のアクチュエータは、アームをブームに対して動かす。作業機械はまた、ペイロードを受け入れるように機能するバケットを有する。バケットはアームと結合され、第3のアクチュエータは、バケット及びアームに結合されてバケットをアームに対して動かす。運転台に対するブームの第1の連結角は、時間的に少なくとも2つの時点で測定される。ブームに対するアームの第2の連結角も、時間的に少なくとも2つの時点で測定される。アームに対するバケットの第3の連結角は、時間的に少なくとも1つの時点で測定される。第1のアクチュエータに作用する第1のアクチュエータ力は、少なくとも2つの時点で測定される。第2のアクチュエータに作用する第2のアクチュエータ力も、少なくとも2つの時点で測定される。第3のアクチュエータに作用する第3のアクチュエータ力も、少なくとも2つの時点で測定される。更に、作業機械の複数の物理的特性が測定される。バケット及びペイロードの質量は、第1連結角、第2連結角、第3連結角、第1アクチュエータ力、第2アクチュエータ力、第3アクチュエータ力、及び、バケットがアームに対して比較的静止している間に予め測定された複数の物理的特性の関数として判断される。
【0005】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の1つの実施形態による掘削機10などの作業機械の表象的側面図である。例えばバックホウローダ又はフロントショベルなど、当業者に公知の他の適切な作業機械を使用しても良い。掘削機10は、地面に留まるシャーシ12、及び、シャーシ12に結合され、必ずしもそうではないが通常はシャーシ12に対して可動である運転台14を含む。ブーム16などの第1の結合アームは、運転台14に結合され、それと相対的に可動である。アーム18などの第2の結合アームは、ブーム16に結合され、それと相対的に可動である。バケット20などのペイロードを収容する装置は、アーム18に結合され、それと相対的に可動である。バケット20は、本発明の1つの実施形態に従って質量又は重量を求めることができるペイロード(図示しない)を受け入れる。
【0006】
第I部 運動学的解析
A.問題記述
図2は、固定基準座標系(XY)と、本発明の1つの実施形態に従って運転台に取り付けられた付加的座標系(xy)を示す。運転台座標系の原点は、第1の回転軸上において運転台座標系のx軸もまた第2の回転軸と交わるような地点に位置する。固定座標系の原点はxy座標系の原点と一致し、Y軸は垂直方向(重力の方向と平行)であり、X軸は水平方向で「最も急な上り坂方向」を指す。
図3は、本発明の1つの実施形態に従って運転台14に取り付けられたxy座標系と、ブーム16(st)、アーム18(uv)、及び、バケット20(pq)に取り付けられた付加的座標系とを示す。掘削機10は、ブーム16、アーム18、及び、バケット20のほか、これらのリンクを作動する3つの線形油圧シリンダ22、24、及び、26の中心線がxy平面にあるようにモデル化されている。図4(表1)は、本発明の1つの実施形態に従ってキャタピラー325型掘削機の定数機構パラメータを列挙している。異なる特性を有する作業機械のパラメータは、当業者に公知の方法によって測定されてもよい。
【0007】
ここで、問題記述が以下のように述べられる。
与えられる事項:
・定数機構パラメータ(図4を参照されたい)
・傾斜角ξ(図2を参照されたい)
・連結角パラメータψ、θ1、θ2、θ3(図2及び図3を参照されたい)のほか、掘削機リンク14、16、18、及び、20がある軌道に沿って動く時、各時点におけるそれらの時間に関する1次及び2次微分
・掘削機リンク16、18、及び、20がある軌道に沿って動く時、各時点における油圧シリンダ20、22、及び、24に沿うアクチュエータ力f1、f2、及び、f3
求める事項:バケット及び負荷の質量(又は重量)
解析は、掘削機シャーシ12が地面に固定して付帯していることを仮定している。また、第1の連結軸線周りのアクチュエータトルクがこの解析において不要であることに注意することは無駄ではない。
【0008】
B:位置解析
掘削機10に対する力学的運動方程式は、図2及び図3に示すxy座標系と同時に同じ向きに並ぶ固定座標系を用いて生み出されることになる。この固定座標系による重力ベクトルの方向は、傾斜角ξ及び回転角ψを用いて次のように容易に決めることができる。
これ以降、運転台座標系であることがはっきりと述べられない限り、xy座標系は、固定基準フレームを意味するものとする。
【0009】
ブーム16、アーム18、及び、バケット20における点の座標をxy座標系に変換することは、回転角θ1、θ2、及び、θ3が既知量であるから簡単なことである。点Hの座標は、平面4本バー機構G−H−I−R3の解析から決めることができる。これらの変換方程式はまだここに示されていないが、これ以降、図3に示す全ての点の座標は、点M(バケット及び負荷の質量中心の位置)を除けば固定xy座標系を用いて既知であると仮定される。
【0010】
C.速度解析
物体iに対して測定される物体jの速度状態は、次のように書かれることになる。
ここで、iωjは、物体iに対して測定された物体jの角速度であり、ivj ooは、基準点OO(図3)と同時に一致する物体jにおける点の線速度である。一旦物体の速度状態が分かれば、物体内の任意の点Pの速度は次式から計算し得る。
ここで、項ivj pは、物体iに対して測定された物体jにおける点Pの速度を表す。項roo → pは、基準点OOから点Pへと向かうベクトルである。
【0011】
物体iに対する物体kの速度状態は、物体jに対する物体kの速度状態及び物体iに対する物体jの速度状態を用いて次式により判断できることを証明することができる。
これ以降、地面は物体0、運転台14は物体1、ブーム16は物体2、アーム18は物体3、そして、バケット20は物体4として参照するものとする。これらの各物体の速度状態は、こうして固定xy基準フレームを用いて判断されることになる。
【0012】
関節によって結合された2つの物体に対して、速度状態は、結合部に関する角速度の大きさと結合部軸線の結合プラッカ座標との積に等しくなることを示すことができる。
当業者に公知の方法により4つの結合軸線のプラッカ線座標をxy座標系を用いて計算すると、掘削機アームの各物体の速度状態は、物体0(地面)に対して次式で判断し得る。
ここで、
ここで、
これらの方程式において、s1、c1、s2、及び、c2は、角θ1及び角θ2の正弦及び余弦を各々表す。更に、項s1+2及びc1+2は、合計θ1+θ2の正弦及び余弦を表している。
【0013】
D.部分速度スクリュー
移動する剛体1から4の各々の速度状態は、方程式(5)から(8)で表される。これらの速度状態の各々は、ここで次の公式に因数分解されることになる。
【0014】
(5)から次式は明らかであり、
【0015】
E.各点の部分角速度及び部分速度
各点の部分角速度及び部分速度の概念は、当業者には公知であり、マグロー・ヒルから1985年に出版されたT.ケーン及びD.レビンソン著の「力学:理論と応用」において見出すことができ、ケーンの力学方程式を導く際に使用される。諸量は、D節で導かれた部分速度スクリューから直接に導くことができ、部分速度スクリューは、本質的に2つの部分から成っている。すなわち、
(i)各単位方向ベクトルは、ケーンの部分角速度に相当する、そして、
(ii)各モーメントベクトルは、本明細書の基準点OOと一致する物体の点のケーンの部分速度に相当する。
従って、各点のケーンの部分角速度及び部分速度は、実際にはベクトルである。ケーンの表記法は、力学的運動方程式を導く際に以下で使用されることになる通りにここで導入される。
【0016】
一般化座標ψによる点OOの部分角速度及び部分速度は、物体1(運転台14)に対して(13)から次式のように表すことができる。
一般化座標θ1、θ2、及び、θ3による物体0(地面)に対する物体1(運転台14)の任意の点の部分角速度及び部分速度は、これらの一般化座標が物体1(運転台14)の「下流」にあるため、全てゼロである。従って、
【0017】
物体2(ブーム16)に関して、一般化座標ψ及びθ1による点OOの部分角速度及び部分速度は、(14)から次式のようになる。
一般化座標θ2及びθ3による物体2(ブーム16)の全ての点の部分角速度及び部分速度はゼロである。従って、
【0018】
物体3(アーム18)に関して、一般化座標ψ、θ1、θ2、及び、θ3による点OOの部分角速度及び部分速度は、(15)から次式のようになる。
物体4(バケット20及び負荷)に関して、一般化座標ψ、θ1、θ2、及び、θ3による点OOの部分角速度及び部分速度は、(16)から次式のようになる。
一般化座標λによる物体iの任意の点Pの部分速度に対する一般方程式は、次式で表すことができる。
すなわち、(25)を使用して任意の一般化座標に対する掘削機アームの任意の点の部分速度を得ることができる。
【0019】
しかし、物体4(バケット20及び負荷)に関する質量中心点の部分速度は、そのためにここで拡張されることになるが、理由は、質量中心点の位置が未知のパラメータpM及びqMによって表されるからである。バケット20及び負荷の質量中心の座標は、xy座標系を用いて次のように表してもよい。
xG4=pMc1+2+3−qMs1+2+3+a23c1+2+a12c1+xO、
yG4=pMs1+2+3+qMc1+2+3+a23s1+2+a12s1. (26)
(22)から(25)までの式から、4つの一般化座標ψ、θ1、θ2、及び、θ3の各々に関するこの質量中心点の部分速度は、次式で表すことができる。
更に、物体4の質量中心の全体速度は、次式で表すことができる。
この方程式から、バケット20及び負荷の質量中心の速度は、未知のパラメータpM及びqMを用いて次式で表すことができる。
ここで、
【0020】
F.加速度解析
ここで、0αi及び0ωiは、各々、物体0に関する剛体iの角加速度及び角速度であり、0ai oo及び0vi ooは、各々、物体0の基準点OOに一致する物体iの点の加速度及び速度である。
【0021】
加速度状態はまた、異なる基準点を用いて表されてもよい。例えば、剛体iの加速度状態は、原点が点Gi(物体iの質量中心)にある物体0に取り付けられた基準フレームに関する物体iの加速度状態は、次式で表すことができる。
(34)及び(35)を(36)に代入し、質量中心点の加速度0ai Giについて解くと、次式が得られる。
従って、一旦物体0に対する物体iの速度状態及び加速度状態が分かると、物体iの任意の点(特に、質量中心点Gi)の加速度は、(37)から決めることができる。これで物体1から物体4までの加速度状態が測定されることになる。
【0022】
(34)から物体1(運転台14)の加速度状態は、次式で表すことができる。
(37)から物体1(運転台14)の質量中心の加速度は、次式で計算することができる。
物体1(運転台14)に対する物体2(ブーム16)の加速度状態は、基準点OOに関して次式で表すことができる。
物体2(ブーム16)は単に点Oに関して回転するように制限されるので、この加速度は、次式のように変形されることになる。
【0023】
リー・ブラケットの拡張は、2つの速度スクリュー(両方とも同じ基準点OOに関して表される)の一般的な場合に対して、次式のように定義される。
【0024】
(43)を使用して(42)を拡張すると次式が得られる。
物体2(ブーム16)の質量中心の加速度について解くと、次式が得られる。
ここで、
同様な手順により物体3(アーム18)の加速度状態は、次式で値を求めることができる。
物体3(アーム18)の質量中心の加速度は、次式で与えられる。
ここで、
【0025】
最後に、物体4(バケット20)の加速度状態は、次式で計算される。
ここで、
ここで、
aG4x=pMA10+qMA11+A12
aG4y=pMA13+qMA14+A15 (57)
aG4z=pMA16+qMA17+A18
であり、また項A10からA18までは、次式のように定義される。
項a4x、a4y、及び、a4zは(55)で定義され、項A1からA9までは(33)で定義される。
運転台14、ブーム16、及び、アーム18の質量中心の直線加速度は、所定のパラメータを用いて決められた。しかし、バケット20の質量中心の直線加速度は、pq座標系におけるバケット質量中心点の位置を指定する未知のパラメータpM及びqMを用いて表される。
【0026】
第II部 力学的解析
A.序論
ここでは、ケーンによって開発された多体系の力学的解析について簡単な説明が与えられる。本発明の1つの実施形態による連続チェーン30が図5に示されている。図6は、本発明の1つの実施形態によるリンクiと、それに作用する力及びトルクとを示す。これらの力及びトルクは、Ri-1、i、Ri+1、i、Fp1、Fp2、...、Ti、及び、Migなどの外力として分類することができ、ここで、gは重力による力、また慣性力はダランベール力としても知られている。
【0027】
当業者に公知のニュートン・オイラーの方程式から次式が得られる。
項ΣFiEXTは、リンクiに加えられる外力の合計に等しく、項ΣTiEXTは、点Giに関する外力のモーメントの合計に等しい。ここで、更に項Fi *及びTi *が導入されて、リンクiの運動による慣性力(ダランベールの力)、及び、リンクiの運動による慣性トルク(ダランベールのトルク)を表す。すなわち、
が得られ、方程式(61)及び(62)は、次式で表すことができる。
【0028】
多体系は多くの自由度を有するが、この序論では簡単のためこれらの自由度のうちの1つのみ、すなわちチェーンの回転対偶の1つの回転θを考察することにする。ここで、θは一般化座標と呼ばれ、更に角速度ωは次式で与えられる。
これにより、慣性基準フレーム0に対するリンクiに固定された任意の点Pの速度は、次式で与えられ、
慣性基準フレームに対するリンクiの角速度は、次式で与えられる。
ベクトル0Ui Pは、一般化座標θに対してリンクiに固定された点Pの部分速度と呼ばれ、他方、ベクトル0Uiは、一般化座標θに対するリンクiの部分角速度と呼ばれる。方程式(68)及び(69)の和における残りの項は、系の他の一般化座標の時間微分を乗じた部分速度及び部分角速度を表すことになる。
【0029】
一般化座標θに関してリンクiに付随する作用力は、次式で定義され、
一般化座標θに関してリンクiに付随する慣性力は、次式で定義される。
次に、一般化座標θに付随する連続チェーンの力学的方程式は、次式で与えられる。
ここで、i=1、2、...、nは、連続チェーンのn個のリンクの各々を表す。
【0030】
ケーンの方法によると、一般化座標ψ、θ1、θ2、及び、θ3の各々に付随する力学的運動方程式がある。(72)から、これらの方程式は次式の形で表すことができる。
ここで、項F及びF*は、次節で導かれる作用力及び慣性力である。(73)を展開すると、方程式(74)から(76)までを使用しても除去することができないバケットの不要で未知の慣性項が(73)に包含されていることが示されることになる。この理由から、この方程式を使用することにはならないので、その展開をこれ以上進めることはしない。
【0031】
B.一般化慣性力
ケーンによって発展させられた表記法では、項Fn *及びTn *は、地面(物体0)に対して測定される物体nの慣性力及び慣性トルクにとして各々定義される。これらの項は次式で表される。
ここで、Mnは物体の質量、0an Gnは質量中心点の加速度、及び、0ωn及びoαnは地面に対して測定される物体の角速度及び角加速度である。Inは、この物体に対する慣性ダイアディックであり、次式で表すことができる。
角速度及び角加速度は、次式で表すことができる。
(82)及び(84)を(78)に代入すると、次式が得られる。
【0032】
B.1 物体1すなわち運転台に対する一般化慣性力
一般化座標ψに関する物体1の慣性力はゼロにはならないであろうが、方程式(73)が使用されないので、この項の値は、本明細書では求められないことになる。残りの一般化座標θ1、θ2、及び、θ3に関する物体1の部分角速度及び部分線速度は全てゼロに等しいので、これらの一般化座標に関する物体1の慣性力もまた全てゼロに等しくなる。従って、
【0033】
B.2 物体2すなわちブームに対する一般化慣性力
一般化座標θ1に関する物体2(ブーム16)の慣性力は、次式で与えられる。
項T2 *は、(85)から得ることができる。しかし、各瞬間における慣性モーメントがxyz座標系に平行で原点が物体2の質量中心と一致する座標系を用いて表される必要があることにここで注意することは重要である。しかし、物体2の慣性モーメントの項は、原点が質量中心に位置するst座標系に平行な座標系を用いて与えられていた。st座標系は、z軸に関して−θ1の角度だけ回転することによりxy座標系と平行に持ってくることができる。st座標系から点をxy座標系へ変換する回転マトリックスは、x s y tRと呼ばれ、次式で表すことができる。
このマトリックスは、st座標系による慣性テンソルすなわちIstzをxy座標系による慣性テンソルすなわちIxyzに以下の関係式に従って変換するのに使用することができる。
このマトリックス積を展開すると、次式が得られる。
Ixx=Isscos2θ1+Ittsin2θ1−2sinθ1cosθ1Ist、(90)
Iyy=Isssin2θ1+Ittcos2θ1+2sinθ1cosθ1Ist、(91)
Ixy=(−Itt+Iss)sinθ1cosθ1+Ist(cos2θ1−sin2θ1)、 (92)Ixz=Iszcosθ1−Itzsinθ1, (93)Iyz=Iszsinθ1+Itzcosθ1. (94)慣性モーメントの項IZZはそのままで変化しない。
最後に、(87)を展開すると次式が得られることになる。
【0034】
B.3 物体3すなわちアームの一般化慣性力
前節の場合と同様に、uv座標系によって与えられる物体3(アーム18)の慣性モーメントの項は、xy座標系を用いて求める必要がある。これは、前記と同様の方法で達成され、今度はuv座標系をz軸に関して−(θ1+θ2)の角度だけ回転することによりxy座標系と平行に持ってくることができる。
一般化座標θ1に関する物体3の慣性力について解くことにより、次式が得られる。
一般化座標θ2に関する物体3の慣性力は、次式で与えられる。
ここで、aG3x及びaG3yは、(51)及び(52)で与えられる。
最後に、θ3に関する質量中心の部分角速度及び部分速度は共にゼロに等しいので、一般化座標θ3に関する物体3の慣性力はゼロに等しくなることになる。従って、
【0035】
B.4 物体4すなわちバケットの一般化慣性力
物体2及び物体3に対して使用されたのと同様な手順をここでも利用して、一般化座標系θ1、θ2、及び、θ3に関する物体4(バケット20)の慣性力が得られる。この手順の結果は、ここで以下のように表される。
これらの方程式において、項pM及びqMは、pq座標系を用いて測定されたバケット20及び負荷の質量中心の未知の位置を表している。項A10からA15までは、(58)及び(59)によって定義される。最後に、物体4(バケット20)の慣性モーメントは、pq座標系において未知であり、従って、xy座標系においても未知であることに注意することは重要である。
【0036】
C.一般化作用力
一般化座標λに関する物体nの一般化作用力は、力の作用線上の点の部分線速度(一般化座標λに関する)上に投影された外力の各々の合計として得ることができる。例えば、もし物体nが各々点A及び点Bを通過する2つの外力F1及びF2を受けていたのであれば、一般化座標λに関する物体nの一般化作用力は、次式で表すことができたであろう。
ここで、ovn A λ及びovn B λは、一般化座標λに関する物体nの点A及び点Bの部分線速度である。一般化座標θ1、θ2、及び、θ3に関する掘削機の物体1から物体4までの作用力は、これで測定されることになる。
【0037】
C.1 物体1すなわち運転台の一般化作用力
一般化座標θ1、θ2、及び、θ3に関する物体1(運転台14)の部分角速度及び部分線速度は、全てゼロである。このような理由から、一般化作用力もまたゼロに等しいことになる。従って、
F1 θ 1=F1 θ 2=F1 θ 3=0. (103)
【0038】
C.2 物体2すなわちブームの一般化作用力
3つの外力が物体2(ブーム16)に作用している。これらは、点J(点G2とも呼ばれる)を通過する物体2の重量、点A及び点Bの間に加わるアクチュエータ力、及び、点D及び点Eの間に加わるアクチュエータ力である。従って、一般化座標θ1に関する物体2の一般化作用力は、次式で表すことができる。
ここで、W2は物体2(ブーム16)の重量であり、F2B及びF2Dはシリンダの力であり、そして、ov2 G2 θ i、ov2 B θ i、及び、ov2 D θ iは、一般化座標θ1に関する点G2、B、及び、Dの部分速度である。一般化座標θ1に関する得られた一般化作用力は、ここで次式のように表される。
ここで、gは重力の加速度である。一般化座標θ2及びθ3に関する物体2(ブーム16)の部分速度スクリューはゼロに等しいので、これらの座標に関する物体2の一般化作用力もまたゼロに等しいことになる。従って、
F2 θ 2=F2 θ 3=0. (106)
【0039】
C.3 物体3すなわちアームの一般化作用力
4つの外力が物体3(アーム18)に作用している。これらは、点K(点G3とも呼ばれる)を通過する物体3の重量、点D及び点Eの間に加わるアクチュエータ力、点F及び点Hの間に加わるアクチュエータ力、及び、点G及び点Hの間のリンクに沿う力である。従って、一般化座標θ1に関する物体3(アーム18)の一般化作用力は、次式で表すことができる。
ここで、W3は物体3(アーム18)の重量であり、F3E及びF3Fはシリンダ力であり、F3GはリンクGHに沿う力であり、そして、ov3 G3 θ i、ov3 E θ i、ov3 F θ i、及び、ov3 G θ iは、一般化座標θ1に関する点G3、E、F、及び、Gの部分速度である。一般化座標θ1及びθ2に関する得られた一般化作用力は、ここで次式のように表される。
θ3に関する物体3の部分速度スクリューがゼロに等しいので、θ3に関する物体3の一般化作用力もまた0に等しいことになる。従って、
F3 θ 3=0. (110)
【0040】
C.3 物体4すなわちバケットの一般化作用力
2つの外力が物体4(バケット20)に作用している。これらは、点M(点G4とも呼ばれる)を通過する物体4の重量、及び、点H及び点Iの間のリンクに沿う力である。従って、一般化座標θ1に関する物体4の一般化作用力は、次式で表すことができる。
ここで、W4は物体4の重量であり、F31はリンクHIに沿う力であり、そして、ov4 G4 θ i及びov4 I θ iは、一般化座標θ1に関する点G4及び点Iの部分速度である。一般化座標θ1、θ2、及び、θ3に関する得られた一般化作用力は、ここで次式のように表される。
F4 θ 1=M4g[(pMs1+2+3+qMc1+2+3+a23s1+2+a12s1)sinξcosψ−(pMc1+2+3−qMs1+2+3+a23c1+2+a12c1)cosξ]+FHI[−yIuHIx+(xI−xO)uHIy]、(112)
F4 θ 2=F4 θ 1−M4g[a12s1sinξcosψ−a12c1cosξ]
+FHI(a12s1uHIx−a12c1uHIy) (113)
F4 θ 3=F4 θ 2−M4g[a23s1+2sinξcosψ−a23c1+2cosξ]
+FHI(a23s1+2uHIx−a23c1+2uHIy). (114)
として表される。
【0041】
D.運動方程式の定式化
方程式(73)から(76)までは、掘削機アームの運動方程式を表した。これらの方程式の1番目は、バケット20に関する多くの未知の慣性モーメント項を包含するので使用しないことになる。残る3つの方程式は、ゼロ値をとる一般化慣性力及び作用力を代入した後、次のように表すことができる。
方程式(115)から(117)までをバケット20の重量について解くために、(115)から(116)を引き、(116)から(117)を引く形を作ってバケット20及び負荷の未知の慣性項、すなわちI4 xx、I4 xy、I4 xz、I4 yy 、I4 yz及び、I4 zzを消去することになり、次式を得る。
問題のこの大きな単純化なしでは、実行可能な解法は不可能に思われ、単純化が本質的に発生するのは、第2、第3、及び、第4の結合軸線が全て平行であるからである。これは、最初には明らかでなかったことである。
【0042】
(105)、(95)、(109)、(113)、(97)、及び、(100)を使用して(118)を展開し、(109)、(108)、(97)、(96)、及び、(100)を使用して(119)を展開すると、3つの未知のパラメータM4、pM、及び、qMに関する次の2つの方程式が得られる。
B1M4+D1M4pM+E1M4qM+F1=0、 (120)
B2M4+D2M4pM+E2M4qM+F2=0. (121)
ここで、(58)から(60)まで、及び、(33)を係数に代入すると次式が得られる。
【0043】
E.多重データセットからのバケット及び負荷の重量測定
(120)及び(121)全体をM4で割ることにより次式が得られる。
qMを消去して次式が得られる。
ここで、
Hi=D2E1−D1E2、 Ji=F2E1−F1E2、
Ki=B2E1−B1E2. (126)添字iを使用して多重データセット、すなわち各瞬間に集められたデータを表す。
方程式(125)は、次式のようにマトリックス形式で表してもよい。
A x =b , (127)
ここで、Aはn×2マトリックス、xは長さ2のベクトル、及び、bは長さnのベクトルであり、以下の式で与えられる。
【0044】
マトリックスA、及び、ベクトルbは共に既知であり、最小二乗法を使用して長さnの残差ベクトルrの成分の二乗の合計が最小になるように、xoptと呼ぶxに対する解を求めることになる。ここで、rは次式で定義される。
r=b−Axopt. (129)
解は、次式で与えられる。
xopt=(ATA)-1ATb. (130)
【0045】
図1に戻って参照すると、掘削機10は、通常、いくつかの装置を使用して上記で検討した適切な測定を行う。本発明の1つの実施形態において、第1の感知装置50は、ブーム16と結合し得る。第1の感知装置50は、掘削機10のブーム角θ1の関数としてブーム角信号を発信する。第1の感知装置50は、回転位置センサ又はシリンダ伸張センサなど、当業者に公知である様々な適切な装置のどれであってもよい。
【0046】
第2の感知装置52は、アーム18と結合し得る。第2の感知装置52は、掘削機10のアーム角θ2の関数としてアーム角信号を発信する。第2の感知装置52もまた、回転位置センサ又はシリンダ伸張センサなど、当業者に公知である様々な適切な装置のどれであってもよい。
第3の感知装置54は、バケット20と結合し得る。第3の感知装置54は、掘削機10のバケット角θ3の関数としてバケット角信号を発信する。ここでもまた、第3の感知装置54は、回転位置センサ又はシリンダ伸張センサなど、当業者に公知である様々な適切な装置のどれであってもよい。
【0047】
第4の感知装置56は、運転台14をブーム16に結合する油圧シリンダ22に結合し得る。第4の感知装置56は、油圧シリンダ22に作用する第1の力の関数として第1のアクチュエータ力信号を発信する。第1の力は、通常、ブーム16、アーム18、及び、バケット20、更にもしあればそのペイロードのほか、掘削機10が平坦でない地面上にある場合の運転台14の重量及び運動による正味の力である。
【0048】
本発明の1つの実施形態において、第4の感知装置56は、それぞれの感知圧力の関数としてそれぞれの圧力信号を発信する2つの圧力センサ58及び60を含む。圧力センサ58及び60の一方は、油圧シリンダ22のロッド側に結合され、他方はヘッド側に結合される。油圧シリンダ22のこれらの側の各圧力を求めることにより、正味の力の正確な測定が当業者に公知の方法によって為され得る。本発明の別の実施形態においては、たった1つのセンサが使用されてもよいが、通常、油圧シリンダ22上の正味の力に対する精度の落ちる測定をもたらすことになる。
【0049】
本発明の1つの実施形態において、第4の感知装置56はまた、圧力センサ58及び60からそれぞれの圧力信号を受信して圧力信号の関数として第1のアクチュエータ力信号を発信するセンサ処理回路61を含んでもよい。別の実施形態において、センサ処理回路61は、下記で検討する処理装置78に含まれてもよい。
第5の感知装置62は、ブーム16とアーム18とを結合する油圧シリンダ24に結合し得る。第5の感知装置62は、第2のアクチュエータ力信号を油圧シリンダ24に作用する第2の力の関数として発信する。第2の力は、通常、アーム18及びバケット20、更にもしあればそのペイロードのほか、掘削機10が平坦でない地面上にある場合の運転台14の重量及び運動による正味の力である。
【0050】
本発明の1つの実施形態において、第5の感知装置62は、それぞれの感知圧力の関数としてそれぞれの圧力信号を発信する2つの圧力センサ64及び66を含む。圧力センサ64及び66の一方は、油圧シリンダ24のロッド側に結合され、他方はヘッド側に結合される。油圧シリンダ24のこれらの側の各圧力を求めることにより、正味の力の正確な測定が当業者に公知の方法によって為され得る。本発明の別の実施形態においては、たった1つのセンサが使用されてもよいが、通常、油圧シリンダ24上の正味の力に対する精度の落ちる測定をもたらすことになる。
【0051】
本発明の1つの実施形態において、第5の感知装置62はまた、上記のセンサ処理回路61と類似のセンサ処理回路67を含んでもよく、その説明は簡略のため繰り返さない。
第6の感知装置68は、アーム18とバケット20とを結合する油圧シリンダ26に結合し得る。第6の感知装置68は、第3のアクチュエータ力信号を油圧シリンダ26に作用する第3の力の関数として発信する。第3の力は、通常、バケット20、及び、もしあればそのペイロードのほか、掘削機10が平坦でない地面上にある場合の運転台14の重量及び運動による正味の力である。
【0052】
本発明の1つの実施形態において、第6の感知装置68は、それぞれの感知圧力の関数としてそれぞれの圧力信号を発信する2つの圧力センサ70及び72を含む。圧力センサ70及び72の一方は、油圧シリンダ26のロッド側に結合され、他方はヘッド側に結合される。油圧シリンダ26のこれらの側の各圧力を求めることにより、正味の力の正確な測定が当業者に公知の方法によって為され得る。本発明の別の実施形態においては、たった1つのセンサが使用されてもよいが、通常、油圧シリンダ26上の正味の力に対する精度の落ちる測定をもたらすことになる。
本発明の1つの実施形態において、第6の感知装置68はまた、上記のセンサ処理回路61と類似のセンサ処理回路73を含んでもよく、その説明は簡略のため繰り返さない。
【0053】
上記の検討においては油圧シリンダ22、24、及び、26を使用してブーム16、アーム18、及び、バケット20を作動するが、当業者に公知の他の種類のアクチュエータもまた使用することができるであろう。例えば、電気式、又は、空気式を含む油圧式モータなどの様々なモータとそれらに対する軸継手とを使用することができるであろう。更に、例えば圧力センサの代わりにトルクセンサを使用するなど、当業者に公知の適切な変更を一般に次に為すことができるであろう。
【0054】
本発明の1つの実施形態において、第7の感知装置74は、シャーシ12又は運転台14のいずれかに結合されてもよい。第7の感知装置74は、掘削機の傾斜角ξの関数として傾斜角信号を発信する。
本発明の1つの実施形態において、第8の感知装置76は、運転台14に結合されてもよい。第8の感知装置は、例えばシャーシ12に対する運転台14の位置などの掘削機のヨー角の関数としてヨー角信号を発信する。
【0055】
処理装置78は、感知装置50、52、54、56、62、68、74,及び、76に結合され、それらの各信号を受信する。処理装置は、第1から第6までの感知装置50、52、54、56、62、及び、68から少なくとも2つの時点で信号を受信し、上記で説明した方法を使用して、受信信号と掘削機10の所定の物理的特性との関数としてバケット20とその中の任意のペイロードとの質量又は重量を求める。
【0056】
本発明の1つの実施形態において、処理装置78は、バケット及びペイロードの測定質量及び重量からバケット(負荷なし)の既知質量及び重量を減算するなどによりペイロード単独の質量を求める。処理装置はまた、質量に重力加速度を乗算するなどによりペイロードの重量を測定してもよい。
本発明の1つの実施形態において、傾斜角、及び/又は、ヨー角が必要ない場合があり、本発明のそれらに関する部分が除かれるか無視されてもよい。例えば掘削機10が実質的に平坦な地面にある場合、傾斜角は無視し得る。関節部がヨー角を持たないような方法で結合される作業機械にすることもまた可能である。この場合、明らかにヨー角部分は無視し得る。
【0057】
本発明の別の実施形態において、ホイールローダなどの自由度のより少ない作業機械は、バケットの質量及び重量を求めるのに上記の技術を使用してもよい。同様に、他の結合アームに対して相対速度ゼロである1つ又はそれ以上の結合アームを有する掘削機10はまた、上記の技術を使用してもよい。これらの場合、静止又は存在しない結合アームに関する適当な変数は、ゼロにするか又は無視してもよく、これらの項にデータを供給する適当なセンサは、それらが例えば位置などの他の項にとって必要なければ除外してもよい。
【0058】
例えば、バケット20がアーム18に対して静止している時、バケット20及びペイロードの質量及び重量を求めることが必要な場合がある。すなわち、バケット20に対するいかなる相対速度又は相対加速度の項もゼロにするか又は無視してよく、方程式が簡単になる。本発明の1つの実施形態において、バケット20に対する相対速度及び相対加速度の項を供給するセンサ54などの装置は、他の装置や方法が利用できない限り、バケット20の位置を求めるのにやはり必要であろう。
【0059】
上記のバケット20及びペイロードの質量及び重量の測定は、例えば静的又は動的のいずれかの場合である、ブーム16、アーム18、及び、バケット20のうちの1つ又は全てが運動している間に為されるか、又は、それらが静止している間に為されてもよい。更に、バケット20及びペイロードの質量及び重量の測定は、掘削機のアームが所定の位置にあることには関係しない。すなわち、バケット20及びペイロードの質量及び重量の測定が為される一方で、通常の経路に沿って掘削及びダンプするなど、掘削機10は通常に作動し得る。
【0060】
更に、本発明の1つの実施形態において、バケット20及びペイロードの質量及び重量の測定は解析的であり、例えば非経験的である。既知の負荷を使用して力や角度を測定し、次に、未知の負荷を用いて曲線の当てはめを行うなどの掘削機10の較正を実行する必要はない。
更に、上記の方法は、本質的にトルクを使用してバケット20及びペイロードの質量及び重量の測定を行っている。すなわち、アクチュエータに関する結合点が異なるか変更された場合、上記で検討した方程式の他の部分を変更することなく、基本的なトルク方程式のわずかな修正が為されることが可能であろう。
最後に、本発明の1つの実施形態において、バケット及び負荷の質量は、バケット及び負荷の慣性特性のいかなる知識も用いることなく計算し得る。
【0061】
図7は、本発明の1つの実施形態による掘削機10のバケット20及びペイロードの質量を求めるアルゴリズム90の流れ図である。ブロック92で掘削機10の所定の物理的特性がメモリのデータセットにアクセスするなどして決められる。
アルゴリズムのブロック94は、実際には適切な数のデータサンプル(1を超える)が読み取られることを確実にするカウンタやポインタである。ブロック96で例えば掘削機アームに作用する上記の位置及び力などのデータサンプルが読み取られる。
ブロック98において、データは、当業者に公知の方法により適切な状態に調整される、及び/又は、フィルタにかけられる。適切な場合には、このブロックは除外してもよい。
【0062】
ブロック100でデータが記憶される。データサンプルが更に必要であるか又は希望される場合、制御は、ブロック94又はブロック96に分岐してもよい。
ブロック102において、運転台14、ブーム16、アーム18、及び、バケット20の角速度及び角加速度は、適切であれば、上記でサンプリングされた位置の関数として決められる。
ブロック104において、バケットペイロードの質量及び重量が上記の通り決められる。
ブロック106において、バケットペイロードの質量や重量は、表示装置(図示しない)又は所定の時間に亘ってバケットペイロードの全質量や全重量の記録を保つアナログ加算器(図示しない)などの装置に出力される。
【0063】
上記でアルゴリズム90の1つの流れ図を検討したが、様々な同等な流れ図もまた使用可能であろう。例えば、ブロック94をブロック100の次にくるように移動させて、ブロック100が常に制御をブロック94に渡すようにすることもできる。ブロック94において、n個のサンプルが読み取られた場合、制御はブロック102に渡されるであろう。そうでない場合、制御はブロック96に分岐することになる。
【0064】
産業上の利用可能性
本発明は、掘削機10の操作員によりバケット20のペイロードの重量を求めるのに使用されてもよい。操作員は、通常の掘削経路を使用してバケット20に積載する。バケットがトラック上方などのその積み降ろし地点に向かって旋回される時、ペイロードの重量が測定され、目に見えるように表示されてもよい。操作員は、掘削機アームの運動を止める必要はなく、それが所定の形態や位置に入るようにする必要もない。
本明細書において例証的な目的のために本発明の特定な実施形態が説明されたが、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく様々な変更を為し得ることが以上の説明から理解されるであろう。従って、本発明は、添付請求項以外によっては制限されていない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1つの実施形態による作業機械の表象的側面図である。
【図2】固定基準座標系と、本発明の1つの実施形態に従って運転台に取り付けられた付加的座標系とを示す図である。
【図3】本発明の1つの実施形態に従って、運転台に取り付けられたxy座標系と、ブーム、アーム、及び、バケットに取り付けられた付加的座標系とを示す図である。
【図4】本発明の1つの実施形態によるキャタピラー325型掘削機に対する定数機構パラメータを列挙した表である。
【図5】本発明の1つの実施形態による連続チェーンを示す図である。
【図6】本発明の1つの実施形態に従って、連続チェーンのリンクiと、それに作用する力及びトルクとを示す図である。
【図7】本発明の1つの実施形態に従って、掘削機のバケット及びペイロードの質量を求めるアルゴリズムに関する流れ図である。
【符号の説明】
10 掘削機
12 シャーシ
14 運転台
16 ブーム
18 アーム
20 バケット
22、24、26 油圧シリンダ
50 第1の感知装置
52 第2の感知装置
54 第3の感知装置
56 第4の感知装置
58、60、64、66、70、72 圧力センサ
61、67、73 センサ処理回路
62 第5の感知装置
68 第6の感知装置
74 第7の感知装置
76 第8の感知装置
78 処理装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates generally to determining the weight of a load in a bucket of a work machine, and more particularly to determining the weight of a load in a bucket of a work machine having many degrees of freedom.
[0002]
[Prior art]
There are various conventional methods for determining the weight of the payload in the bucket of the work machine. However, due to the complexity of the process, many of these methods have inherent limitations.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For example, some methods are limited to work machines having buckets with only two degrees of freedom, such as front loaders. This approach would not be used for machines with more degrees of freedom, such as excavators. Other methods require the work machine to perform measurements only while the payload is stationary or only in a predetermined position. This is problematic in that the operator needs to operate the machine with extra time for each drilling cycle. Yet another method requires calibration of the measuring device using a known load or approximates the payload weight based on the operation of a different (baseline) machine having a similar form such as curve fitting. Ask for. The former may take extra time to operate the machine otherwise it can spend excavation, while the latter has little or no deviation between the work machine and the baseline machine This is often an error.
[0004]
[Means for solving problems]
The present invention provides a method and apparatus for determining the payload mass of a work machine. The work machine includes a chassis, a cab coupled to the chassis, and a boom coupled to the cab. The first actuator is coupled to the boom and the cab and moves the boom relative to the cab. The work machine has an arm coupled to the boom, and a second actuator coupled to the arm and the boom moves the arm relative to the boom. The work machine also has a bucket that functions to accept the payload. The bucket is coupled to the arm and a third actuator is coupled to the bucket and the arm to move the bucket relative to the arm. The first connection angle of the boom to the cab is measured at least two points in time. The second connection angle of the arm to the boom is also measured at least two points in time. The third coupling angle of the bucket relative to the arm is measured at least at one point in time. The first actuator force acting on the first actuator is measured at at least two time points. The second actuator force acting on the second actuator is also measured at at least two time points. A third actuator force acting on the third actuator is also measured at at least two time points. In addition, a plurality of physical characteristics of the work machine are measured. The mass of the bucket and payload is such that the first connection angle, the second connection angle, the third connection angle, the first actuator force, the second actuator force, the third actuator force, and the bucket is relatively stationary with respect to the arm. As a function of a plurality of physical properties measured in advance.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagrammatic side view of a work machine such as an
[0006]
Part I Kinematic Analysis
A. Problem description
FIG. 2 shows a fixed reference coordinate system (XY) and an additional coordinate system (xy) attached to the cab according to one embodiment of the present invention. The origin of the cab coordinate system is located on the first rotation axis at a point where the x-axis of the cab coordinate system also intersects the second rotation axis. The origin of the fixed coordinate system coincides with the origin of the xy coordinate system, the Y axis is the vertical direction (parallel to the direction of gravity), and the X axis is the “steepest uphill direction” in the horizontal direction.
FIG. 3 illustrates an xy coordinate system attached to the
[0007]
Here, the problem description is described as follows.
Items given:
-Constant mechanism parameters (see Fig. 4)
Inclination angle ξ (see FIG. 2)
・ Connecting angle parameters ψ, θ1, Θ2, ΘThreeIn addition to (see FIGS. 2 and 3), when excavator links 14, 16, 18, and 20 move along a trajectory, first and second order derivatives with respect to their time at each point in time.
Actuator force f along the
What you want: Mass (or weight) of bucket and load
The analysis assumes that the
[0008]
B: Position analysis
The dynamic equation of motion for the
From now on, the xy coordinate system shall mean a fixed reference frame unless it is explicitly stated that it is a cab coordinate system.
[0009]
Converting the coordinates of the points in the
[0010]
C. Speed analysis
The velocity state of the object j measured with respect to the object i will be written as follows:
here,iωjIs the angular velocity of the object j measured with respect to the object i,ivj ooIs the linear velocity of the point in the object j that coincides with the reference point OO (FIG. 3). Once the speed state of the object is known, the speed of any point P in the object can be calculated from the following equation.
Where the termivj pRepresents the velocity of the point P in the object j measured with respect to the object i. Term roo → pIs a vector from the reference point OO to the point P.
[0011]
It can be proved that the speed state of the object k with respect to the object i can be determined by the following equation using the speed state of the object k with respect to the object j and the speed state of the object j with respect to the object i.
Hereinafter, the ground is referred to as
[0012]
For two objects joined by a joint, it can be shown that the velocity state is equal to the product of the magnitude of the angular velocity for the joint and the joint plaquer coordinate of the joint axis.
When the plaquer line coordinates of the four coupling axes are calculated using the xy coordinate system by a method known to those skilled in the art, the speed state of each object of the excavator arm can be determined by the following equation with respect to the object 0 (ground). .
here,
here,
In these equations, s1, C1, S2And c2Is the angle θ1And angle θ2Represents the sine and cosine, respectively. Furthermore, the term s1 + 2And c1 + 2Is the total θ1+ Θ2Represents the sine and cosine.
[0013]
D. Partial speed screw
Each velocity state of the moving
[0014]
From (5), the following equation is clear:
[0015]
E. Partial angular velocity and partial velocity at each point
The concept of partial angular velocities and partial velocities at each point is known to those skilled in the art and is described in T.W. Kane and D.C. It can be found in Levinson's "Mechanics: Theory and Application" and is used to derive Kane's dynamic equations. The quantities can be derived directly from the partial speed screw introduced in Section D, which consists essentially of two parts. That is,
(I) Each unit direction vector corresponds to a partial angular velocity of Kane, and
(Ii) Each moment vector corresponds to the partial velocity of the cane at the point of the object that coincides with the reference point OO in this specification.
Therefore, the partial angular velocity and partial velocity of the cane at each point are actually vectors. Kane's notation is introduced here as it will be used below in deriving the dynamic equation of motion.
[0016]
The partial angular velocity and the partial velocity of the point OO based on the generalized coordinate ψ can be expressed as follows from (13) with respect to the object 1 (cab 14).
Generalized coordinate θ1, Θ2, And θThreeThe partial angular velocities and partial velocities of any point of the object 1 (cab 14) with respect to the object 0 (ground) due to are all zero because their generalized coordinates are “downstream” of the object 1 (cab 14). is there. Therefore,
[0017]
For object 2 (boom 16), generalized coordinates ψ and θ1From (14), the partial angular velocity and partial velocity of the point OO according to are as follows.
Generalized coordinate θ2And θThreeThe partial angular velocities and partial velocities at all points of the object 2 (boom 16) due to are zero. Therefore,
[0018]
For the object 3 (arm 18), generalized coordinates ψ, θ1, Θ2, And θThreeFrom (15), the partial angular velocity and partial velocity of the point OO according to are as follows.
For object 4 (
A general equation for the partial velocity of an arbitrary point P of the object i by the generalized coordinate λ can be expressed by the following equation.
That is, (25) can be used to obtain the partial velocity of any point on the excavator arm relative to any generalized coordinates.
[0019]
However, the partial velocity at the center of mass for the object 4 (
xG4= PMc1 + 2 + 3-QMs1 + 2 + 3+ Atwenty threec1 + 2+ A12c1+ XO,
yG4= PMs1 + 2 + 3+ QMc1 + 2 + 3+ Atwenty threes1 + 2+ A12s1. (26)
From the equations (22) to (25), the four generalized coordinates ψ, θ1, Θ2, And θThreeThe partial velocity at this center of mass for each of can be expressed as:
Furthermore, the overall velocity of the center of mass of the
From this equation, the speed of the
here,
[0020]
F. Acceleration analysis
here,0αias well as0ωiAre respectively the angular acceleration and angular velocity of the rigid body i with respect to the
[0021]
The acceleration state may also be expressed using different reference points. For example, the acceleration state of the rigid body i has an origin point GiThe acceleration state of the object i with respect to the reference frame attached to the
Substituting (34) and (35) into (36), the acceleration at the center of mass0ai GiIf we solve for, we get
Therefore, once the velocity state and acceleration state of the object i with respect to the
[0022]
From (34), the acceleration state of the object 1 (cab 14) can be expressed by the following equation.
From (37), the acceleration at the center of mass of the object 1 (cab 14) can be calculated by the following equation.
The acceleration state of the object 2 (boom 16) relative to the object 1 (cab 14) can be expressed by the following equation with respect to the reference point OO.
Since the object 2 (boom 16) is limited only to rotate about the point O, this acceleration will be transformed as:
[0023]
The expansion of the Lee bracket is defined by the following equation for the general case of two speed screws (both expressed with respect to the same reference point OO):
[0024]
Extending (42) using (43) yields:
When the acceleration at the center of mass of the object 2 (boom 16) is solved, the following equation is obtained.
here,
With the same procedure, the acceleration state of the object 3 (arm 18) can be obtained by the following equation.
The acceleration at the center of mass of the object 3 (arm 18) is given by the following equation.
here,
[0025]
Finally, the acceleration state of the object 4 (bucket 20) is calculated by the following equation.
here,
here,
aG4x= PMATen+ QMA11+ A12
aG4y= PMA13+ QMA14+ A15 (57)
aG4z= PMA16+ QMA17+ A18
And term ATenTo A18Until, it is defined as the following equation.
Term a4x, A4yAnd a4zIs defined in (55) and term A1To A9Up to is defined in (33).
The linear acceleration at the center of mass of the
[0026]
Part II Mechanical Analysis
A. Introduction
Here is a brief description of the multi-system dynamic analysis developed by Kane. A
[0027]
From the Newton Euler equations known to those skilled in the art, the following equation is obtained:
Term ΣFiEXTIs equal to the sum of external forces applied to link i and the term ΣTiEXTIs point GiIs equal to the sum of the moments of external force. Where further term Fi *And Ti *Are introduced to represent the inertial force (Dalanvale force) due to the movement of the link i and the inertial torque (Dalanvale torque) due to the movement of the link i. That is,
Equations (61) and (62) can be expressed by the following equations.
[0028]
Many-body systems have many degrees of freedom, but for the sake of simplicity in this introduction we will consider only one of these degrees of freedom, ie one rotation θ of the chain's rotation pair. Here, θ is called a generalized coordinate, and the angular velocity ω is given by the following equation.
Thus, the velocity of an arbitrary point P fixed to the link i with respect to the
The angular velocity of link i relative to the inertial reference frame is given by
vector0Ui PIs called the partial velocity of the point P fixed to the link i with respect to the generalized coordinate θ, while the vector0UiIs called the partial angular velocity of link i relative to the generalized coordinate θ. The remaining terms in the sum of equations (68) and (69) will represent the partial velocity and partial angular velocity multiplied by the time derivative of the other generalized coordinates of the system.
[0029]
The acting force associated with the link i with respect to the generalized coordinate θ is defined by the following equation:
The inertial force associated with the link i with respect to the generalized coordinate θ is defined by the following equation.
Next, the dynamic equation of the continuous chain associated with the generalized coordinate θ is given by
Here, i = 1, 2,. . . , N represents each of the n links in the continuous chain.
[0030]
According to Kane's method, generalized coordinates ψ, θ1, Θ2, And θThreeEach has a dynamic equation of motion associated with it. From (72), these equations can be expressed in the form:
Where terms F and F*Is the acting force and inertial force derived in the next section. Expanding (73) will show that (73) contains unnecessary and unknown inertial terms of the bucket that cannot be removed using equations (74) through (76). . For this reason, we will not use this equation and will not proceed further.
[0031]
B. Generalized inertia force
In the notation developed by Kane, the term Fn *And Tn *Are respectively defined as the inertial force and the inertial torque of the object n measured with respect to the ground (object 0). These terms are expressed by the following equation.
Where MnIs the mass of the object,0an GnIs the acceleration of the center of mass, and0ωnas well asoαnAre the angular velocity and angular acceleration of the object measured relative to the ground. InIs the inertia dyadic for this object and can be expressed as:
Angular velocity and angular acceleration can be expressed by the following equations.
Substituting (82) and (84) into (78) yields:
[0032]
B. 1 Generalized inertial force on
The inertial force of the
[0033]
B. 2 Generalized inertial force on
Generalized coordinate θ1The inertial force of the object 2 (boom 16) is given by the following equation.
Term T2 *Can be obtained from (85). However, it is important to note here that the moment of inertia at each instant must be expressed using a coordinate system that is parallel to the xyz coordinate system and whose origin coincides with the center of mass of the
This matrix is the inertia tensor or IstzIs the inertia tensor in the xy coordinate system, ie IxyzCan be used to convert according to the following relation:
When this matrix product is expanded, the following equation is obtained.
Ixx= Isscos2θ1+ Ittsin2θ1-2sinθ1cosθ1Ist, (90)
Iyy= Isssin2θ1+ Ittcos2θ1+2 sin θ1cosθ1Ist, (91)
Ixy= (-Itt+ Iss) Sinθ1cosθ1+ Ist(Cos2θ1-Sin2θ1), (92) Ixz= Iszcosθ1-Itzsinθ1, (93) Iyz= Iszsinθ1+ Itzcosθ1. (94) Moment of inertia IZZRemains unchanged.
Finally, when (87) is expanded, the following equation is obtained.
[0034]
B. 3 Generalized inertial force of
As in the previous section, the term of inertia moment of the object 3 (arm 18) given by the uv coordinate system needs to be obtained using the xy coordinate system. This is accomplished in a similar manner as described above, this time with the uv coordinate system set to − (θ1+ Θ2) Can be brought in parallel with the xy coordinate system.
Generalized coordinate θ1By solving for the inertial force of the
Generalized coordinate θ2The inertial force of the
Where aG3xAnd aG3yIs given by (51) and (52).
Finally, θThreeSince the partial angular velocity and partial velocity of the center of mass for both are equal to zero, the generalized coordinate θThreeThe inertial force of the
[0035]
B. 4 Generalized inertial force of
A procedure similar to that used for
In these equations, the term pMAnd qMRepresents the unknown position of the center of mass of the
[0036]
C. Generalized force
The generalized acting force of the object n with respect to the generalized coordinate λ can be obtained as the sum of each of the external forces projected on the partial linear velocity (relative to the generalized coordinate λ) of the point on the force action line. For example, if an object n passes two points A and B, two external forces F1And F2The generalized acting force of the object n with respect to the generalized coordinate λ could be expressed by the following equation.
here,ovn A λas well asovn B λIs the partial linear velocity of point A and point B of the object n with respect to the generalized coordinate λ. Generalized coordinate θ1, Θ2, And θThreeThe acting force from the
[0037]
C. 1 Generalized force of
Generalized coordinate θ1, Θ2, And θThreeThe partial angular velocity and the partial linear velocity of the object 1 (cab 14) are all zero. For this reason, the generalized acting force is also equal to zero. Therefore,
F1 θ 1= F1 θ 2= F1 θ Three= 0. (103)
[0038]
C. 2 Generalized force of
Three external forces are acting on the object 2 (boom 16). These are point J (point G2The weight of the
Where W2Is the weight of object 2 (boom 16) and F2BAnd F2DIs the force of the cylinder andov2 G2 θ i,ov2 B θ i,as well as,ov2 D θ iIs the generalized coordinate θ1Point G2, B and D partial velocities. Generalized coordinate θ1The generalized acting force obtained for is expressed here as:
Here, g is the acceleration of gravity. Generalized coordinate θ2And θThreeSince the partial speed screw of
F2 θ 2= F2 θ Three= 0. (106)
[0039]
C. 3 Generalized force of
Four external forces are acting on the object 3 (arm 18). These are point K (point GThreeThe weight of the
Where WThreeIs the weight of object 3 (arm 18) and F3EAnd F3FIs the cylinder force, F3GIs the force along the link GH, andovThree G3 θ i,ovThree E θ i,ovThree F θ i,as well as,ovThree G θ iIs the generalized coordinate θ1Point GThree, E, F, and G partial velocities. Generalized coordinate θ1And θ2The generalized acting force obtained for is expressed here as:
θThreeSince the partial speed screw of
FThree θ Three= 0. (110)
[0040]
C. 3 Generalized acting force of
Two external forces are acting on the object 4 (bucket 20). These are point M (point GFourAnd the force along the link between point H and point I. Therefore, the generalized coordinate θ1The generalized acting force of the
Where WFourIs the weight of
FFour θ 1= MFourg [(pMs1 + 2 + 3+ QMc1 + 2 + 3+ Atwenty threes1 + 2+ A12s1) Sinξcosψ− (pMc1 + 2 + 3-QMs1 + 2 + 3+ Atwenty threec1 + 2+ A12c1) Cosξ] + FHI[-YIuHIx+ (XI-XO) UHIy], (112)
FFour θ 2= FFour θ 1-MFourg [a12s1sinξcosψ-a12c1cosξ]
+ FHI(A12s1uHIx-A12c1uHIy(113)
FFour θ Three= FFour θ 2-MFourg [atwenty threes1 + 2sinξcosψ-atwenty threec1 + 2cosξ]
+ FHI(Atwenty threes1 + 2uHIx-Atwenty threec1 + 2uHIy). (114)
Represented as:
[0041]
D. Formulation of equation of motion
Equations (73) to (76) represent the motion equation of the excavator arm. The first of these equations will not be used because it contains many unknown moment of inertia terms for
To solve equations (115) through (117) for the weight of
Without this large simplification of the problem, a feasible solution seems impossible, and the simplification essentially occurs because the second, third, and fourth coupling axes are all parallel. It is. This was not obvious at first.
[0042]
(105), (95), (109), (113), (97), and (100) are used to expand (118), and (109), (108), (97), (96 ) And (100) to expand (119), the three unknown parameters MFour, PMAnd qMThe following two equations for are obtained:
B1MFour+ D1MFourpM+ E1MFourqM+ F1= 0, (120)
B2MFour+ D2MFourpM+ E2MFourqM+ F2= 0. (121)
Here, when (58) to (60) and (33) are substituted into the coefficients, the following equation is obtained.
[0043]
E. Bucket and load weight measurement from multiple data sets
(120) and (121) the wholeFourThe following equation is obtained by dividing by
qMIs eliminated, and the following equation is obtained.
here,
Hi= D2E1-D1E2, Ji= F2E1-F1E2,
Ki= B2E1-B1E2. (126) Use subscript i to represent multiple data sets, ie data collected at each instant.
Equation (125) may be expressed in matrix form as
A x = b, (127)
Here, A is an n × 2 matrix, x is a vector of
[0044]
The matrix A and the vector b are both known, and the sum of the squares of the components of the residual vector r of length n is minimized using the least squares method.optTo find a solution for x. Here, r is defined by the following equation.
r = b-Axopt(129)
The solution is given by
xopt= (ATA)-1ATb. (130)
[0045]
Referring back to FIG. 1, the
[0046]
The
[0047]
The
[0048]
In one embodiment of the invention, the
[0049]
In one embodiment of the present invention, the
The fifth sensing device 62 may be coupled to the
[0050]
In one embodiment of the invention, the fifth sensing device 62 includes two
[0051]
In one embodiment of the present invention, the fifth sensing device 62 may also include a
The
[0052]
In one embodiment of the invention, the
In one embodiment of the present invention, the
[0053]
In the above discussion,
[0054]
In one embodiment of the invention, the seventh sensing device 74 may be coupled to either the
In one embodiment of the invention, the
[0055]
The
[0056]
In one embodiment of the invention, the
In one embodiment of the present invention, the tilt angle and / or yaw angle may not be required, and portions relating to them of the present invention may be omitted or ignored. For example, if the
[0057]
In another embodiment of the invention, a less flexible work machine, such as a wheel loader, may use the techniques described above to determine the mass and weight of the bucket. Similarly, an
[0058]
For example, when the
[0059]
The measurement of the mass and weight of the
[0060]
Further, in one embodiment of the present invention, the mass and weight measurements of the
Further, the above method essentially uses torque to measure the mass and weight of the
Finally, in one embodiment of the invention, the bucket and load mass may be calculated without using any knowledge of the bucket and load inertial characteristics.
[0061]
FIG. 7 is a flow diagram of an
The
At
[0062]
Data is stored at
At
At
At
[0063]
While one flowchart of
[0064]
Industrial applicability
The present invention may be used by an operator of
While specific embodiments of the invention have been described herein for purposes of illustration, it will be understood from the foregoing description that various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the invention. It will be. Accordingly, the invention is not limited except as by the appended claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a representative side view of a work machine according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a fixed reference coordinate system and an additional coordinate system attached to the cab according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates an xy coordinate system attached to the cab and an additional coordinate system attached to the boom, arm, and bucket, in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a table listing constant mechanism parameters for a caterpillar 325 excavator according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates a continuous chain according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a continuous chain link i and the forces and torques acting on it in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flow diagram for an algorithm for determining the mass of an excavator bucket and payload according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Excavator
12 Chassis
14 cab
16 boom
18 arms
20 buckets
22, 24, 26 Hydraulic cylinder
50 First sensing device
52 Second sensing device
54 Third sensing device
56 Fourth sensing device
58, 60, 64, 66, 70, 72 Pressure sensor
61, 67, 73 Sensor processing circuit
62 Fifth sensing device
68 Sixth sensing device
74 Seventh sensing device
76 Eighth sensing device
78 Processing equipment
Claims (27)
前記ブームに結合され、前記作業機械のブーム角の関数としてブーム角信号を発信するように作動可能な第1の感知装置と、
前記アームに結合され、前記作業機械のアーム角の関数としてアーム角信号を発信するように作動可能な第2の感知装置と、
前記バケットに結合され、前記作業機械のバケット角の関数としてバケット角信号を発信するように作動可能な第3の感知装置と、
前記第1のアクチュエータに結合され、前記第1のアクチュエータに働く第1の力の関数として第1のアクチュエータ力信号を発信するように作動可能な第4の感知装置と、
前記第2のアクチュエータに結合され、前記第2のアクチュエータに働く第2の力の関数として第2のアクチュエータ力信号を発信するように作動可能な第5の感知装置と、
前記第3のアクチュエータに結合され、前記第3のアクチュエータに働く第3の力の関数として第3のアクチュエータ力信号を発信するように作動可能な第6の感知装置と、
前記第1、第2、及び、第4から第6までの感知装置に結合されて少なくとも2つの時点でそれぞれの発信信号を受信し、前記第3の感知装置に結合されて少なくとも1つの時点で前記バケット角信号を受信して、前記受信信号と、前記バケットが前記アームに対して相対的に静止している間に予め測定された前記作業機械の複数の物理的特性との関数として前記バケット及びペイロードの質量を求めるように作動可能な処理装置と、
を含むことを特徴とする装置。A chassis, a cab coupled to the chassis, a boom coupled to the cab, the boom and a first actuator coupled to the cab and operable to move the boom relative to the cab; An arm coupled to the boom, the arm and a second actuator coupled to the boom and operable to carry the arm relative to the boom; a bucket operable to receive a payload and coupled to the arm And a device for determining a payload mass of a work machine having a third actuator coupled to the bucket and the arm and operable to move the bucket relative to the arm,
A first sensing device coupled to the boom and operable to emit a boom angle signal as a function of a boom angle of the work machine;
A second sensing device coupled to the arm and operable to emit an arm angle signal as a function of the arm angle of the work machine;
A third sensing device coupled to the bucket and operable to emit a bucket angle signal as a function of the bucket angle of the work machine;
A fourth sensing device coupled to the first actuator and operable to emit a first actuator force signal as a function of a first force acting on the first actuator;
A fifth sensing device coupled to the second actuator and operable to emit a second actuator force signal as a function of a second force acting on the second actuator;
A sixth sensing device coupled to the third actuator and operable to emit a third actuator force signal as a function of a third force acting on the third actuator;
Coupled to the first, second, and fourth to sixth sensing devices to receive respective outgoing signals at at least two time points and coupled to the third sensing device at at least one time point. Receiving the bucket angle signal, and the bucket as a function of the received signal and a plurality of physical characteristics of the work machine measured in advance while the bucket is stationary relative to the arm And a processing device operable to determine a payload mass;
The apparatus characterized by including.
前記運転台の質量、
前記ブームの質量、
前記アームの質量、
前記バケットの質量、
前記運転台の質量中心の位置、
前記ブームの質量中心の位置、
前記アームの質量中心の位置、
前記バケットの質量中心の位置、
前記運転台の慣性モーメント、
前記ブームの慣性モーメント、
前記アームの慣性モーメント、
前記バケットの慣性モーメント、及び、
前記作業機械の複数の形状寸法、
の複数のものを含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。The plurality of physical characteristics are:
The mass of the cab,
The mass of the boom,
The mass of the arm,
The mass of the bucket,
The position of the center of mass of the cab,
The position of the center of mass of the boom,
The position of the center of mass of the arm,
The position of the center of mass of the bucket,
Moment of inertia of the cab,
Moment of inertia of the boom,
Moment of inertia of the arm,
The moment of inertia of the bucket, and
A plurality of geometric dimensions of the work machine,
The apparatus of claim 1, comprising a plurality of:
前記第4、第5、及び、第6の感知装置の各々は、
前記それぞれの第1、第2、及び、第3シリンダにおいて前記シリンダのヘッド側及びロッド側のうちの一方にある第1の位置における各第1圧力の関数として各第1圧力信号を発信するように作動可能な各第1圧力センサと、
前記それぞれの第1、第2、及び、第3シリンダにおいて前記シリンダの前記ヘッド側及びロッド側のうちの他の一方にある第2の位置における各第2圧力の関数として各第2圧力信号を発信するように作動可能な各第2圧力センサと、
前記それぞれの第1及び第2圧力センサと結合され前記それぞれの第1及び第2圧力信号を受信して、前記各第1及び第2圧力信号の関数として前記それぞれの第1、第2、及び、第3のアクチュエータ力信号を発信するように作動可能な各センサ処理回路と、
を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の装置。Each of the first, second, and third actuators includes a hydraulic cylinder;
Each of the fourth, fifth, and sixth sensing devices includes:
Each first pressure signal is transmitted as a function of each first pressure at a first position at one of the head side and the rod side of each of the first, second, and third cylinders. Each first pressure sensor operable to,
In each of the first, second, and third cylinders, each second pressure signal is a function of each second pressure at a second position on the other of the head side and the rod side of the cylinder. Each second pressure sensor operable to transmit;
Coupled to the respective first and second pressure sensors to receive the respective first and second pressure signals and as a function of the respective first and second pressure signals, the respective first, second, and Each sensor processing circuit operable to emit a third actuator force signal;
including,
The apparatus according to claim 1.
油圧シリンダ、及び、
モータ、
のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。The first, second, and third actuators are:
Hydraulic cylinders, and
motor,
The apparatus of claim 1, comprising at least one of:
前記作業機械の前記運転台は、前記シャーシに関して回転するように作動可能である、
ことを特徴とする請求項1に記載の装置。And an eighth sensing device operable to emit a yaw angle signal as a function of a yaw angle of the work machine, wherein the processing device is coupled to the eighth sensing device and the yaw angle at least two times. Is further operable to receive an angular signal and determine a mass of the bucket and payload as a function of the yaw angle signal;
The cab of the work machine is operable to rotate with respect to the chassis;
The apparatus according to claim 1.
少なくとも2つの時点で前記運転台に対する前記ブームの第1の連結角を求める段階と、
少なくとも2つの時点で前記ブームに対する前記アームの第2の連結角を求める段階と、
少なくとも1つの時点で前記アームに対する前記バケットの第3の連結角を求める段階と、
少なくとも2つの時点で前記第1のアクチュエータに働く第1のアクチュエータ力を求める段階と、
少なくとも2つの時点で前記第2のアクチュエータに働く第2のアクチュエータ力を求める段階と、
少なくとも2つの時点で前記第3のアクチュエータに働く第3のアクチュエータ力を求める段階と、
前記作業機械の複数の物理的特性を求める段階と、
前記第1連結角、前記第2連結角、前記第3連結角、前記第1アクチュエータ力、前記第2アクチュエータ力、前記第3アクチュエータ力、及び、前記バケットが前記アームに関して相対的に静止している間に予め測定された前記複数の物理的特性の関数として前記バケット及びペイロードの質量のうちの1つを求める段階と、
を含むことを特徴とする方法。A chassis, a cab coupled to the chassis, a boom coupled to the cab, the boom and a first actuator coupled to the cab and operable to move the boom relative to the cab, coupled arms on the boom, the arm and the second actuator coupled to said boom operable the arm as kinetic dregs to the boom, a bucket coupled to the arm operable to receive the payload , and to a method of determining the mass of the payload of a work machine having the bucket and the third actuator operable to dynamic dregs to the arm the bucket coupled to the arm,
Determining a first connection angle of the boom relative to the cab at at least two points;
Determining a second connection angle of the arm to the boom at at least two time points;
Determining a third connection angle of the bucket relative to the arm at at least one time point;
Determining a first actuator force acting on the first actuator at at least two time points;
Determining a second actuator force acting on the second actuator at at least two time points;
Determining a third actuator force acting on the third actuator at at least two time points;
Determining a plurality of physical characteristics of the work machine;
The first connection angle, the second connection angle, the third connection angle, the first actuator force, the second actuator force, the third actuator force, and the bucket are relatively stationary with respect to the arm. Determining one of the bucket and payload masses as a function of the plurality of physical properties measured in advance during
A method comprising the steps of:
前記運転台の質量、
前記ブームの質量、
前記アームの質量、
前記バケットの質量、
前記運転台の質量中心の位置、
前記ブームの質量中心の位置、
前記アームの質量中心の位置、
前記バケットの質量中心の位置、
前記運転台の慣性モーメント、
前記ブームの慣性モーメント、
前記アームの慣性モーメント、
前記バケットの慣性モーメント、及び、
前記作業機械の複数の形状寸法、
の複数のものを含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。The plurality of predetermined physical characteristics are:
The mass of the cab,
The mass of the boom,
The mass of the arm,
The mass of the bucket,
The position of the center of mass of the cab,
The position of the center of mass of the boom,
The position of the center of mass of the arm,
The position of the center of mass of the bucket,
Moment of inertia of the cab,
Moment of inertia of the boom,
Moment of inertia of the arm,
The moment of inertia of the bucket, and
A plurality of geometric dimensions of the work machine,
15. The method of claim 14 , comprising a plurality of:
前記アクチュエータに働く前記第1、第2、及び、第3の力を求める段階は、
それぞれの第1の圧力を、前記それぞれの第1、第2、及び、第3シリンダにおいて前記シリンダのヘッド側及びロッド側のうちの一方である第1の位置でのそれぞれの第1圧力の関数として求める段階と、
それぞれの第2の圧力を、前記それぞれの第1、第2、及び、第3シリンダにおいて前記シリンダの前記ヘッド側又はロッド側のうちの他の一方である第2の位置でのそれぞれの第2圧力の関数として求める段階と、
それぞれの第1、第2、及び、第3アクチュエータ力を、前記それぞれの第1及び第2圧力の関数として求める段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。Each of the first, second, and third actuators includes a hydraulic cylinder;
Determining the first, second, and third forces acting on the actuator;
Each first pressure is a function of a respective first pressure at a first position which is one of the head side and the rod side of the respective first, second, and third cylinders. And asking for
Respective second pressures at respective second positions in the respective first, second and third cylinders at a second position which is the other of the head side or the rod side of the cylinder. Determining as a function of pressure;
Determining respective first, second, and third actuator forces as a function of the respective first and second pressures;
including,
15. The method of claim 14 , wherein:
前記バケット及びペイロードの質量を求める段階は、更に、前記傾斜角の関数である、
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。Further comprising determining an inclination angle of the work machine,
Determining the mass of the bucket and payload is further a function of the tilt angle;
15. The method of claim 14 , wherein:
前記作業機械の前記運転台は、前記シャーシに関して回転するように作動可能である、
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。Determining the yaw angle of the work machine, wherein the step of determining the mass of the bucket and payload is further a function of at least two time points;
The cab of the work machine is operable to rotate with respect to the chassis;
15. The method of claim 14 , wherein:
前記ブームに結合され、前記作業機械のブーム角の関数としてブーム角信号を発信するように作動可能な第1の感知装置と、
前記アームに結合され、前記作業機械のアーム角の関数としてアーム角信号を発信するように作動可能な第2の感知装置と、
前記バケットに結合され、前記作業機械のバケット角の関数としてバケット角信号を発信するように作動可能な第3の感知装置と、
前記第1のアクチュエータに結合され、前記第1のアクチュエータに働く第1の力の関数として第1のアクチュエータ力信号を発信するように作動可能な第4の感知装置と、
前記第2のアクチュエータに結合され、前記第2のアクチュエータに働く第2の力の関数として第2のアクチュエータ力信号を発信するように作動可能な第5の感知装置と、
前記第3のアクチュエータに結合され、前記第3のアクチュエータに働く第3の力の関数として第3のアクチュエータ力信号を発信するように作動可能な第6の感知装置と、
前記第1から第6までの感知装置に結合されて少なくとも2つの時点でそれぞれの発信信号を受信して、前記受信信号と、前記作業機械の所定の複数の物理的特性との関数として前記バケット及びペイロードの質量を求めるように作動可能な処理装置と、
を含むことを特徴とする装置。A chassis, a cab coupled to the chassis, a boom coupled to the cab, the boom and a first actuator coupled to the cab and operable to move the boom relative to the cab; An arm coupled to the boom, the arm and a second actuator coupled to the boom and operable to carry the arm relative to the boom; a bucket operable to receive a payload and coupled to the arm And a device for determining a payload mass of a work machine having a third actuator coupled to the bucket and the arm and operable to move the bucket relative to the arm,
A first sensing device coupled to the boom and operable to emit a boom angle signal as a function of a boom angle of the work machine;
A second sensing device coupled to the arm and operable to emit an arm angle signal as a function of the arm angle of the work machine;
A third sensing device coupled to the bucket and operable to emit a bucket angle signal as a function of the bucket angle of the work machine;
A fourth sensing device coupled to the first actuator and operable to emit a first actuator force signal as a function of a first force acting on the first actuator;
A fifth sensing device coupled to the second actuator and operable to emit a second actuator force signal as a function of a second force acting on the second actuator;
A sixth sensing device coupled to the third actuator and operable to emit a third actuator force signal as a function of a third force acting on the third actuator;
Coupled to the first to sixth sensing devices to receive respective outgoing signals at at least two points in time, and the bucket as a function of the received signal and a plurality of predetermined physical characteristics of the work machine And a processing device operable to determine a payload mass;
The apparatus characterized by including.
少なくとも2つの時点で前記運転台に対する前記ブームの第1の連結角を求める段階と、
少なくとも2つの時点で前記ブームに対する前記アームの第2の連結角を求める段階と、
少なくとも2つの時点で前記アームに対する前記バケットの第3の連結角を求める段階と、
少なくとも2つの時点で前記第1のアクチュエータに働く第1のアクチュエータ力を求める段階と、
少なくとも2つの時点で前記第2のアクチュエータに働く第2のアクチュエータ力を求める段階と、
少なくとも2つの時点で前記第3のアクチュエータに働く第3のアクチュエータ力を求める段階と、
前記作業機械の複数の物理的特性を求める段階と、
前記第1連結角、前記第2連結角、前記第3連結角、前記第1アクチュエータ力、前記第2アクチュエータ力、前記第3アクチュエータ力、及び前記複数の所定の物理的特性の関数として前記バケット及びペイロードの質量のうちの1つを求める段階と、
を含むことを特徴とする方法。A chassis, a cab coupled to the chassis, a boom coupled to the cab, the boom and a first actuator coupled to the cab and operable to move the boom relative to the cab, An arm coupled to the boom, the arm and a second actuator coupled to the boom and operable to carry the arm relative to the boom; a bucket operable to receive a payload and coupled to the arm And a method of determining a payload mass of a work machine having a third actuator coupled to the bucket and the arm and operable to carry the bucket relative to the arm,
Determining a first connection angle of the boom relative to the cab at at least two points;
Determining a second connection angle of the arm to the boom at at least two time points;
Determining a third coupling angle of the bucket relative to the arm at at least two time points;
Determining a first actuator force acting on the first actuator at at least two time points;
Determining a second actuator force acting on the second actuator at at least two time points;
Determining a third actuator force acting on the third actuator at at least two time points;
Determining a plurality of physical characteristics of the work machine;
The bucket as a function of the first connection angle, the second connection angle, the third connection angle, the first actuator force, the second actuator force, the third actuator force, and the plurality of predetermined physical characteristics. And determining one of the payload masses;
A method comprising the steps of:
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