JP6887351B2 - 作業機械の荷重計測システム - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施の形態を図1〜図11を参照しつつ説明する。
フロント作業機12に作用する重力によりブーム13の上部旋回体11との回動軸周りに発生するトルクTgfrは、フロント作業機12の重心重量をMfr、重力加速度をg、ブーム13の上部旋回体11との回動軸とフロント作業機12の重心位置までの前後方向の長さをLfrとすると、下記の(式2)により算出される。
また、フロント作業機12に作用する旋回遠心力によりブーム13の上部旋回体11との回動軸周りに発生するトルクTcfrは、旋回角速度センサ27により検出される旋回角速度をω、ブーム13の上部旋回体11との回動軸とフロント作業機12の重心位置とを結ぶ線分と水平面とが成す角度をθfrとすると、下記の(式3)により算出される。
なお、重心Mfr、長さLfr、及び、角度θfrは、予め設定されたブーム13、アーム14、バケット15のそれぞれの重心位置及び重量と、ブーム角度センサ24、アーム角度センサ25、バケット角度センサ26、及び、傾斜角度センサ28の検出結果から算出される。
また、バケット15に保持された運搬物に作用する重力によりブーム13の上部旋回体11との回動軸周りに発生するトルクTclは、ブーム13の上部旋回体11との回動軸と運搬物の重心位置とを結ぶ線分と水平面とが成す角度をθlとすると、下記の(式5)により算出される。
上記の(式1)〜(式5)により算出したトルクの釣合いを考慮すると下記の(式6)が成り立つので、(式6)を運搬物の荷重値Wに関して展開すると、運搬物の荷重値Wは下記の(式7)で算出される。
W=(Tbm−Tgfr−Tcfr)/(Ll・(g+ω2・sin(θl)))
…(式7)
図4は、作業腕先端位置演算部におけるフロント作業機の先端位置の演算処理の原理を説明する図である。
+lbk・cos(θbm+θam+θbk) …(式8)
y=lbm・sin(θbm)+lam・sin(θbm+θam)
+lbk・sin(θbm+θam+θbk) …(式9)
荷重閾値設定部52は、オペレータにより外部入出力器23で入力される設定内容に基づいて、再校正判定部54で用いる荷重閾値Tの複数の候補値と姿勢指標値(作業腕先端位置)との関係を予め定めた荷重閾値テーブルを設定する。荷重閾値テーブルの設定には種々の方法が考えられるが、例えば、複数の荷重閾値テーブルから選択的に荷重閾値テーブルを選択して設定する方法や、選択した荷重閾値テーブルの各設定値をオペレータが任意に入力して設定する方法などがある。
本発明の第2の実施の形態を図12〜図15を参照しつつ説明する。本実施の形態では第1の実施の形態との相違点についてのみ説明するものとし、本実施の形態で用いる図面において第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
本発明の第3の実施の形態を図16及び図17を参照しつつ説明する。本実施の形態では第1の実施の形態との相違点についてのみ説明するものとし、本実施の形態で用いる図面において第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
なお、これらの値は、目的に応じてオペレータが外部入出力器23から荷重閾値テーブルの各値を入力することで変更することができる。
本発明の第4の実施の形態を図18〜図20を参照しつつ説明する。本実施の形態では第1の実施の形態との相違点についてのみ説明するものとし、本実施の形態で用いる図面において第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
図20は、作業腕先端位置確定部における作業腕先端位置の確定処理を示すフローチャートである。
荷重閾値変更部53は、作業腕先端位置確定部59の出力をフロント作業機12の姿勢指標値として入力し、荷重閾値設定部52で設定した荷重閾値テーブルと姿勢指標値とに応じて荷重閾値を変更する。荷重閾値変更部53に入力される姿勢指標値としての平均作業腕先端位置XAVGは、第1の実施の形態における作業腕先端位置xと同次元であり、荷重閾値変更部53は第1の実施の形態と同様の処理を行えば良い。また、再校正判定部54は、オペレータにより外部入出力器23を介して再校正の判定処理の開始が指示された場合に、バケット15に運搬物が無い空荷時における荷重値確定部58の出力(平均荷重値WAVG)と荷重閾値変更部53からの荷重閾値Tとに基づいて、荷重計測システムの再校正の要否を判定し、判定結果を外部入出力器23の表示装置としての機能部に表示させることによりオペレータに報知する。再校正判定部54に入力される平均荷重値WAVGも第1の実施の形態における作業腕先端位置xと同次元であり、荷重閾値変更部53は第1の実施の形態と同様の処理を行えば良い。
本発明の第5の実施の形態を図21〜図23を参照しつつ説明する。本実施の形態では第1の実施の形態との相違点についてのみ説明するものとし、本実施の形態で用いる図面において第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
なお、上記の実施の形態においては、エンジン等の原動機で油圧ポンプを駆動する一般的な油圧ショベルを例に挙げて説明したが、油圧ポンプをエンジン及びモータで駆動するハイブリッド式の油圧ショベルや、油圧ポンプをモータのみで駆動する電動式の油圧ショベル等にも本発明が適用可能であることは言うまでもない。
Claims (7)
- 車両本体と、
前記車両本体に取り付けられ、回動可能に連結された複数のフロント部材からなる多関節型のフロント作業機と、
操作信号に基づいて前記フロント作業機の前記複数のフロント部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータの作業負荷を検出する作業負荷検出装置と、
前記複数のフロント部材及び前記車両本体のそれぞれの姿勢に関する情報である姿勢情報を検出する複数の姿勢情報検出装置と、
オペレータが搭乗する運転室内に配置された表示装置と、
制御装置と
を備えた作業機械の荷重計測システムにおいて、
前記制御装置は、
前記作業負荷検出装置の検出結果と前記複数の姿勢情報検出装置の検出結果とに基づいて、前記フロント作業機で保持している運搬物の重量である荷重値を演算する荷重値演算部と、
荷重閾値の複数の候補値と前記姿勢情報検出装置の検出結果に基づいて得られる、前記フロント作業機の姿勢に関する指標である姿勢指標値との関係を予め定めた荷重閾値テーブルを設定する荷重閾値設定部と、
前記姿勢指標値に応じて、前記荷重計測システムの再校正の要否の判定に用いる前記荷重閾値を前記荷重閾値設定部で設定された前記荷重閾値テーブルに基づいて変更する荷重閾値変更部と、
前記荷重値演算部の演算結果と前記荷重閾値とに基づいて、前記荷重計測システムの再校正の要否を判定し、判定結果を前記表示装置に表示させることによりオペレータに報知する再校正判定部と
を有することを特徴とする作業機械の荷重計測システム。 - 請求項1記載の作業機械の荷重計測システムにおいて、
前記制御装置は、前記複数の姿勢情報検出装置の検出結果に基づいて、前記フロント作業機の先端の前記車両本体に対して予め設定された車体座標系における位置を前記フロント作業機の姿勢指標値として演算する作業腕先端位置演算部を備え、
前記荷重閾値変更部は、前記作業腕先端位置演算部で演算された前記フロント作業機の先端の位置に応じて前記荷重閾値を変更することを特徴とする作業機械の荷重計測システム。 - 請求項1記載の作業機械の荷重計測システムにおいて、
前記制御装置は、前記複数の姿勢情報検出装置の検出結果に基づいて、前記フロント作業機の先端の前記車両本体に対して予め設定された車体座標系における移動速度を前記姿勢指標値として演算する作業腕動作速度演算部を備え、
前記荷重閾値変更部は、前記作業腕動作速度演算部で演算された前記フロント作業機の先端の移動速度に応じて前記荷重閾値を変更することを特徴とする作業機械の荷重計測システム。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の作業機械の荷重計測システムにおいて、
前記荷重閾値変更部は、前記荷重閾値を前記姿勢指標値に応じて複数の候補値のいずれか1つに選択的に変更することを特徴とする作業機械の荷重計測システム。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の作業機械の荷重計測システムにおいて、
前記荷重閾値変更部は、前記姿勢指標値と前記荷重閾値との関係を連続的に定めた前記荷重閾値テーブルを用いて前記姿勢指標値に対する前記荷重閾値を決定することにより、前記姿勢指標値に応じて前記荷重閾値を変更することを特徴とする作業機械の荷重計測システム。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の作業機械の荷重計測システムにおいて、
前記制御装置は、
予め定めた期間における前記姿勢指標値の平均値を演算する姿勢指標値平均値演算部と、
予め定めた期間における前記荷重値の平均値を演算する荷重値平均値演算部とを備え、
前記荷重閾値変更部は、前記姿勢指標値平均値演算部の演算結果に応じて前記荷重閾値を変更し、
前記再校正判定部は、前記荷重値平均値演算部の演算結果と前記荷重閾値とに基づいて、前記荷重計測システムの再校正の要否を判定することを特徴とする作業機械の荷重計測システム。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の作業機械の荷重計測システムにおいて、
前記制御装置は、
前記フロント作業機で保持している運搬物の重量である荷重値の真値を設定する荷重真値設定部を備え、
前記再校正判定部は、前記荷重真値設定部で設定された前記荷重値の真値と前記荷重値演算部で演算された前記荷重値の差分と、前記荷重閾値とに基づいて、前記荷重計測システムの再校正の要否を判定することを特徴とする作業機械の荷重計測システム。
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