JP7287320B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関するものである。

近年、掘削物をダンプトラックの荷台に積載する積載作業の効率化を図るために、荷台に積載した掘削物の総重量を算出し、その総重量がダンプトラックの上限積載量に到達したか否かをオペレータに報知する機能を備える油圧ショベルが知られている。

例えば、特許文献１には、バケット内の掘削物を解放するためにアームとバケットとの相対角度が閾値以上になった場合、バケット内の掘削物を荷台に解放する動作が開始されたと判定し、その時点で検出されたアームに収容されている掘削物の重量を測定し、その重量を積算することが開示されている。

特開２０１９－１５８７７４号公報

油圧ショベルは、アームに対するバケットの回動だけでなく、ブームとバケットとの相対角度を維持した状態でアームがブームに対して前方に回動するアーム押し動作によってバケットからダンプトラックの荷台に掘削物を解放することが可能である。しかしながら、特許文献１では、上述したようにアームとバケットとの相対角度が閾値以上になったことにより解放動作の開始が判定されている。そのため、掘削物の解放が上述のアーム押し動作によって行われた場合、掘削物の解放を検出することができないという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、バケットに収容された収容物がバケットから解放されたことを正確に検出できる作業機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る作業機械は、本体部と前記本体部に取り付けられた作業装置とを備える作業機械であって、前記作業装置は、上下方向及び前後方向に移動可能な先端部を有する作業腕と、前記先端部に対して回転可能に取り付けられ、収容物を収容するための空間を画定するとともに当該空間を解放する開口面を有するバケットとを備える作業機械であって、前記バケットに収容される収容物の荷重値を検出する荷重検出部と、前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサーと、前記姿勢センサーにより検出された前記作業装置の姿勢を示す検出データに基づいて、水平面に直交する鉛直方向に対する前記バケットの開口面の角度であるバケット角度を検出する角度検出部と、前記荷重検出部により検出された前記荷重値に基づいて前記バケットに前記収容物が収容されたか否かを判定する収容判定部と、前記収容判定部により前記バケットに前記収容物が収容されたと判定された後において、前記角度検出部により検出された前記バケット角度が所定の解放基準角度よりも解放側にあり、且つ、前記荷重検出部により検出された前記荷重値が荷重閾値未満である場合、前記バケット内の前記収容物が解放されたと判定する解放判定部とを備え、前記解放基準角度は、前記バケットが前記収容物を解放可能な姿勢にあるときの角度である。

この構成によれば、バケットの開口面の鉛直方向に対する角度であるバケット角度に着目し、そのバケット角度が解放基準角度よりも解放側にあり、収容物の荷重が荷重閾値未満になった場合に収容物が解放されたと判定されている。そのため、例えば、アームとバケットとの間の角度が維持された状態で行われるアーム押し操作によって収容物が解放されるようなケースであっても、収容物が解放されたことを検出することが可能となり、収容物の解放を正確に検出できる。

上記作業機械において、前記解放判定部は、前記収容判定部により前記バケットに前記収容物が収容されたと判定された後において、前記バケット角度が前記解放基準角度よりも前記解放側になった後、前記バケット角度が前記解放基準角度よりも非解放側になり、且つ、前記荷重検出部により検出された荷重値が前記荷重閾値以上である場合、前記バケット内の前記収容物の一部を解放するこぼし作業が行われたと判定することが好ましい。

作業機械においては、バケット内の収容物の一部を解放するために、バケットを解放側に向ける動作と、バケットを非解放側に向ける動作とが１回以上行われることがある。この動作においては、動作終了後においてもバケットに収容物が残存している。本構成によれば、バケット角度が、解放基準角度よりも解放側になった後、バケット角度が解放基準角度よりも非解放側にあり、且つ荷重値が荷重閾値以上であれば、収容物の一部を解放するこぼし作業が行われたと判定されている。そのため、本構成は、こぼし作業を正確に判定できる。

上記作業機械において、前記解放基準角度は、前記鉛直方向に対して前記非解放側の所定角度に設定されていることが好ましい。

収容物には、乾いた細かい土のようにバケットから解放されやすい性質を持つものもあれば、湿った土のようにバケットから解放され難い性質を持つものもある。バケットから解放されやすい性質を持つ収容物は、バケットを解放側に変化させていった場合、バケットの開口面が鉛直方向と平行になる手前で解放される。本構成は、解放基準角度は鉛直方向に対して非解放側の所定角度に設定されている。そのため、本構成は、バケットから解放されやすい性質を持つ物質が収容物として採用された場合であっても、収容物の解放を正確に検出できる。

上記作業機械において、メモリと、前記収容判定部により前記バケットに前記収容物が収容されたと判定された場合、収容された前記収容物の前記荷重値を前記メモリに一時的に保存する一時保存部と、前記解放判定部により前記バケット内の前記収容物が解放されたと判定された場合、前記メモリに一時保存された前記荷重値を積算し、前記収容物の累積荷重値を算出する累積荷重値算出部とをさらに備えることが好ましい。

本構成によれば、荷重値はメモリに一時保存されているため、例えば、作業中に収容物の量が変更された場合において、変更後の収容物の荷重値で一時保存された荷重値を更新することが可能となる。その結果、変更される前の荷重値が積算されて累積荷重値が算出されることが防止され、累積荷重値を正確に算出できる。

上記作業機械において、前記解放判定部は、前記収容判定部により前記バケットに前記収容物が収容されたと判定された後において、前記バケット角度が前記解放基準角度よりも前記解放側になった後、前記バケット角度が前記解放基準角度よりも非解放側になり、且つ、前記荷重検出部により検出された荷重値が前記荷重閾値以上である場合、前記バケット内の前記収容物の一部を解放するこぼし作業が行われたと判定し、前記一時保存部は、前記解放判定部により前記こぼし作業が行われたと判定された場合、当該判定後に、前記荷重検出部により検出された前記荷重値で前記メモリに一時保存されている前記荷重値を更新することが好ましい。

本構成によれば、こぼし作業が行われたと判定された場合、メモリに一時保存されている荷重値が、こぼし作業が行われたと判定されたときに検出された荷重値で更新されている。そのため、こぼし作業により一部が解放された収容物の荷重値を考慮に入れて累積荷重値を算出することができる。

本発明によれば、収容物がバケットから解放されたことを正確に検出できる。

本発明の実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルを示す。 油圧ショベルに搭載されるコントローラ及びこれにより制御される回路の構成を示す図である。 解放作業の説明図である。 こぼし作業の説明図である。 表示装置が表示する表示画面の一例を示す図である。 油圧ショベルの処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルを示す。図２は、油圧ショベルに搭載されるコントローラ及びこれにより制御される回路の構成を示す図である。

図１及び図２に示すように、油圧ショベル１０は、下部走行体１１と、下部走行体１１に旋回可能に搭載される上部旋回体１２と、上部旋回体１２に搭載される作業装置１３と、複数の油圧アクチュエータと、少なくとも一つの油圧ポンプ２１と、パイロットポンプ２２と、操作装置６０と、制御弁４０と、圧力センサー３４と、姿勢センサー３０と、コントローラ５０と、を備える。

下部走行体１１及び上部旋回体１２は、油圧ショベル１０の本体部を構成する。下部走行体１１は、油圧ショベル１０を走行させるための図略の走行装置を有し、地面Ｇの上を走行することができる。上部旋回体１２は、旋回フレーム１２Ａと、その上に搭載されるエンジンルーム１２Ｂ及びキャブ１２Ｃとを含む。エンジンルーム１２Ｂはエンジンを収容し、キャブ１２Ｃには、オペレータが着座する座席、種々の操作レバー、操作ペダルなどが配置されている。

作業装置１３は、ブーム１４、アーム１５、及びバケット１６を含み、土砂をダンプトラックに積み込むための積込作業を行う。土砂は、バケット１６が収容する収容物の一例である。ブーム１４及びアーム１５は、上下方向及び前後方向に移動可能な先端部を有する作業腕の一例である。バケット１６は、前記先端部に対して回転可能に取り付けられ、収容物を収容するための空間を画定するとともに当該空間を解放する開口面１６ａを有する。上下方向は、例えば地面Ｇに対して直交する方向である。前後方向は、例えば、アーム１５の長手方向１５ａ及び地面Ｇに対して直交する方向のそれぞれに対して直交する方向である。

積込作業は、土砂を掘削してバケット１６に収容する収容作業（掘削作業）と、収容された土砂をダンプトラックの上に移動させる移動作業と、ダンプトラックの上で土砂を解放する解放作業（排土作業）と、を含む。

ブーム１４は、図１の矢印Ａ１に示されるように起伏可能すなわち水平軸回りに回動可能となるように旋回フレーム１２Ａの前部に支持される基端部と、その反対側の先端部と、を有する。アーム１５は、図１の矢印Ａ２に示されるように水平軸回りに回動可能となるようにブーム１４の先端部に取り付けられる基端部と、その反対側の先端部と、を有する。バケット１６は、図１の矢印Ａ３に示されるように回動可能となるようにアーム１５の先端部に取り付けられる。

複数の油圧アクチュエータは、複数の油圧シリンダと、旋回モータ２０と、を含む。複数の油圧シリンダは、ブーム１４を動かすための少なくとも一つのブームシリンダ１７と、アーム１５を動かすためのアームシリンダ１８と、バケット１６を動かすためのバケットシリンダ１９と、を含む。図２では、１つの油圧ポンプ２１のみが図示されているが、油圧ショベル１０は、複数の油圧ポンプを備えていてもよい。

少なくとも一つのブームシリンダ１７は、上部旋回体１２とブーム１４との間に介在し、油圧ポンプ２１から吐出される作動油の供給を受けることにより伸長又は収縮し、これにより、ブーム１４を＋Ａ１で示す起立方向又は－Ａ１で示す倒伏方向に回動させる。

アームシリンダ１８は、ブーム１４とアーム１５との間に介在し、作動油の供給を受けることにより伸長又は収縮し、これにより、アーム１５を－Ａ２で示すアーム引き方向又は＋Ａ２で示すアーム押し方向に回動させる。アーム引き方向は、アーム１５の先端がブーム１４に近づく方向であり、アーム押し方向は、アーム１５の先端がブーム１４から離れる方向である。

バケットシリンダ１９は、アーム１５とバケット１６との間に介在し、作動油の供給を受けることにより伸長又は収縮し、これにより、バケット１６を＋Ａ３で示すダンプ方向又は－Ａ３で示すクラウド方向に回動させる。クラウド方向とは図１に示すアーム１５の長手方向１５ａとバケット１６の開口面１６ａとのなす角度θが小さくなる方向であり、ダンプ方向とは角度θが大きくなる方向である。

図２に示すように、操作装置６０は、ブーム操作装置６１と、アーム操作装置６２と、バケット操作装置６３と、旋回操作装置６４と、を含む。操作装置６０はオペレータの操作を受ける操作レバー６１Ａ～６４Ａをそれぞれ有する。各操作装置は、油圧式の操作装置により構成されていてもよく、電気式の操作装置により構成されていてもよい。一つの操作レバーが複数の操作レバーを兼ねていてもよい。例えば、オペレータが着座する座席の前方右側に右側操作レバーを設け、前後方向に操作された場合にブームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合にバケットレバーとして機能してもよい。同様に、座席の前方左側に左側操作レバーを設け、前後方向に操作された場合にアームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合に旋回レバーとして機能してもよい。レバーパターンは、オペレータの操作指示によって任意に変更されてもよい。図２は、操作装置６０が電気式の操作装置により構成される場合の回路構成を示している。

制御弁４０は、ブーム制御弁４１と、アーム制御弁４２と、バケット制御弁４３と、旋回制御弁４４と、一対のブーム電磁比例弁４５と、一対のアーム電磁比例弁４６と、一対のバケット電磁比例弁４７と、一対の旋回電磁比例弁４８と、を含む。

例えば、バケット操作装置６３の操作レバー６３Ａが操作されると、操作レバー６３Ａの操作量は電気信号（操作信号）に変換されてコントローラ５０に入力される。コントローラ５０は、操作信号に対応した指令信号（指令電流）を、一対のバケット電磁比例弁４７のうちの操作レバー６３Ａの操作方向に対応するバケット電磁比例弁４７に入力する。当該バケット電磁比例弁４７は、パイロットポンプ２２が吐出するパイロット油の圧力を指令信号に応じて減圧し、減圧されたパイロット圧を、バケット制御弁４３における一対のパイロットポートの一方に導く。これにより、バケット制御弁４３は、パイロット圧が入力されるパイロットポートに対応する方向に、パイロット圧の大きさに対応するストロークで開弁する。その結果、油圧ポンプ２１から吐出される作動油が、ストロークに対応する流量でバケットシリンダ１９のヘッド側室又はロッド側室に供給されることが許容される。なお、ブーム操作装置６１、アーム操作装置６２、及び旋回操作装置６４の操作レバーが操作された場合の動作は、上記と同様であるので説明を省略する。

なお、各操作装置が油圧式である場合の油圧回路図は省略するが、その場合、油圧ショベル１０の油圧回路は次のように動作する。例えばバケット操作装置６３の操作レバー６３Ａが操作されると、パイロットポンプからのパイロット一次圧がバケット操作装置６３のリモコン弁において操作レバー６３Ａの操作量に応じて減圧され、減圧されたパイロット圧がリモコン弁から出力される。出力されたパイロット圧は、バケット制御弁における一対のパイロットポートの一方に入力される。これにより、バケット制御弁は、パイロット圧が入力されるパイロットポートに対応する方向に、パイロット圧の大きさに対応するストロークで開弁する。その結果、油圧ポンプから吐出される作動油が、ストロークに対応する流量でバケットシリンダ１９のヘッド側室又はロッド側室に供給されることが許容される。

圧力センサー３４は、図２に示すように、ブームシリンダ１７のヘッド圧を検出するための圧力センサー３５と、ブームシリンダ１７のロッド圧を検出するための圧力センサー３６と、を含む。

姿勢センサー３０は、ブーム１４の姿勢を検出可能なブーム姿勢センサー３１と、アーム１５の姿勢を検出可能なアーム姿勢センサー３２と、バケット１６の姿勢を検出可能なバケット姿勢センサー３３と、を含む。ブーム姿勢センサー３１は、例えば、上部旋回体１２に対するブーム１４の回転角度であるブーム角度を検出する角度センサーで構成されている。アーム姿勢センサー３２は、例えば、ブーム１４に対するアーム１５の回転角度であるアーム角度を検出する角度センサーで構成されている。バケット姿勢センサー３３は、例えば、バケット１６に対するアーム１５の回転角度であるバケット角度を検出する角度センサーで構成されている。ブーム角度、アーム角度、及びバケット角度は、それぞれ所定のサンプリング周期で検出され、検出データとしてコントローラ５０に入力される。なお、姿勢センサー３０は、例えば、慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ：ＩＭＵ）により構成されてもよい。

コントローラ５０は、例えばコンピュータにより構成されている。コントローラ５０は、操作判定部５１と、角度検出部５２と、荷重検出部５３と、収容判定部５４と、解放判定部５５と、一時保存部５６と、累積荷重値算出部５７と、表示制御部５８と、メモリ５９とを含む。操作判定部５１～表示制御部５８はコントローラ５０のＣＰＵが所定のプログラムを実行することで実現されてもよいし、専用の電気回路で構成されてもよい。メモリ５９はフラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性の記憶装置で構成されている。

操作装置６は、例えば図２に示すような電気式の操作装置である。操作装置６０は、対応する操作レバーに与えられる操作量及び操作方向を示す操作信号をコントローラ５０に入力する。操作判定部５１は、入力された操作信号に基づいて、操作装置６０に入力された操作を判定すればよい。

操作判定部５１が判定する操作は、例えば、油圧ショベル１０が掘削によりバケット１６内に収容した収容物を掬い上げる操作、ブーム上げ操作、ブーム下げ操作、アーム押し操作、アーム引き操作、バケット起伏操作、バケット倒伏操作等である。

操作装置６０は油圧式の操作装置で構成されてもよい。この場合、操作判定部５１は、操作量に応じたパイロット圧に基づいて、入力された操作を判定すればよい。また、操作判定部５１は、姿勢センサー３０により検出された検出データに基づいて入力された操作を判定してもよい。

角度検出部５２は、姿勢センサー３０により検出された作業装置１３の姿勢を示す検出データに基づいて、水平面に直交する鉛直方向に対するバケット１６の開口面の角度であるバケット角度を検出する。

図３は、解放作業の説明図である。水平面ＳＡは、重力方向と直行する方向である。鉛直方向Ｌ１は重力方向と平行な方向であり、水平面ＳＡに直交する方向である。バケット１６の開口面１６ａは、土砂の収容口であり、バケット１６の先端Ｔ１と基端Ｔ２との間に形作られる面である。バケット角度αは、鉛直方向Ｌ１に対する開口面１６ａの角度である。本実施の形態では、バケット角度αは、鉛直方向Ｌ１に対して解放側Ｄ１が正であり、鉛直方向Ｌ１に対して非解放側Ｄ２が負である。但し、これは一例であり、バケット角度αの正及び負の関係は上述したものとは逆の関係であってもよい。解放側Ｄ１は、バケット１６がダンプ方向に回動する方向である。非解放側Ｄ２は、バケット１６がクラウド方向に回動する方向である。

例えば、角度検出部５２は、地面Ｇ（図１参照）が水平面ＳＡと平行な場合、地面Ｇに直交する方向を鉛直方向Ｌ１として設定する。角度検出部５２は、姿勢センサー３０により検出されたブーム角度、アーム角度、及びバケット角度と、ブーム１４、アーム１５、及びバケット１６の既知の寸法データとに基づいて、基端Ｔ２と先端Ｔ１との位置を算出する。そして、角度検出部５２は、基端Ｔ２と先端Ｔ１とを繋ぐ線と鉛直方向Ｌ１とのなす角度をバケット角度αとして算出すればよい。

一方、角度検出部５２は、地面Ｇが水平面ＳＡと平行でない場合、すなわち、油圧ショベル１０が斜面に位置する場合、傾斜センサー８０により検出された油圧ショベル１０の傾斜角度に基づいて、水平面ＳＡを設定し、水平面ＳＡに対して直交する方向を鉛直方向Ｌ１として設定する。そして、上記の手法で基端Ｔ２と先端Ｔ１とを算出し、基端Ｔ２と先端Ｔ１とを繋ぐ線と鉛直方向Ｌ１とのなす角度をバケット角度αとして算出すればよい。このように傾斜センサー８０により検出された傾斜角度を考慮に入れてバケット角度αを算出することで、油圧ショベル１０が斜面で作業している場合においてもバケット角度αを正確に算出することが可能となる。

解放基準角度ηは、バケット１６が収容物を解放可能な姿勢にあることを示す角度である。バケット１６は、バケット角度αが解放基準角度ηよりも解放側Ｄ１にあれば、重力により収容物を解放できる。

例えば、乾いた細かい土砂は、バケット１６を解放側Ｄ１に回転させていった場合、開口面１６ａが鉛直方向と平行になる手前で解放され始める。そこで、本実施の形態では、解放基準角度ηは、鉛直方向Ｌ１に対して非解放側Ｄ２の所定角度に設定されている。解放基準角度ηは、例えば、－１０度、－２０度といった角度である。

本実施の形態では、角度検出部５２は、油圧ショベル１０の稼働中、所定のサンプリング周期で収容物のバケット角度αを繰り返し算出する。

荷重検出部５３は、バケット１６に収容される収容物の荷重値を検出する。荷重検出部５３は、収容物の荷重値を例えば以下のようにして算出する。

本実施形態では、荷重検出部５３は、バケット１６に収容される収容物の荷重を次の式（１）に基づいて算出する。

Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＋Ｗ×Ｌ・・・（１）
式（１）において、Ｍは、ブームシリンダ１７のブームフートピン回りのモーメントである。Ｍ１は、ブーム１４のブームフートピン回りのモーメントである。Ｍ２は、アーム１５のブームフートピン回りのモーメントである。Ｍ３は、バケット１６のブームフートピン回りのモーメントである。Ｗは、バケット１６に収容された収容物の荷重である。Ｌは、ブームフートピンからバケット１６の基端Ｔ２までの水平方向の距離である。

モーメントＭは、ブームシリンダ１７のヘッド圧とロッド圧とから算出される。モーメントＭ１は、ブーム１４の重心とブームフートピンとの間の距離と、ブーム１４の重量との積により算出される。モーメントＭ２は、アーム１５の重心とブームフートピンとの間の距離と、アーム１５の重量との積により算出される。モーメントＭ３は、バケット１６の重心とブームフートピンとの間の距離と、バケット１６の重量との積により算出される。

ブーム１４の重心の位置、アーム１５の重心の位置、及びバケット１６の重心の位置のそれぞれは、姿勢センサー３０により検出される検出データに基づいて算出される。ブームシリンダ１７のヘッド圧は、圧力センサー３５により検出され、ブームシリンダ１７のロッド圧は、圧力センサー３６により検出される。距離Ｌは、姿勢センサー３０の検出データに基づいて算出される。

本実施の形態では、荷重検出部５３は、油圧ショベル１０の稼働中、所定のサンプリング周期で収容物の荷重値を繰り返し算出する。

収容物の荷重値は、上記の方法に限られず、他の方法を用いて演算されてもよい。例えば、荷重検出部５３は、カメラ又は深度センサーにより撮影されたバケット１６の開口部の画像データから収容物の体積を算出し、算出結果に基づいて荷重値を算出してもよい。

収容判定部５４は、荷重検出部５３により検出された荷重値に基づいてバケット１６に収容物が収容されたか否かを判定する。本実施の形態では、収容判定部５４は、荷重検出部５３により繰り返し算出される荷重値の変動量が所定値以下になって荷重値が安定し、そのとき荷重検出部５３により検出された荷重値が荷重閾値以上である場合、バケット１６に収容物が収容されたと判定する。荷重閾値はバケット１６が空になったことを示す予め定められた値が採用できる。荷重閾値は例えば１００ｋｇ、２００ｋｇ等である。ここで、荷重閾値を１００ｋｇ、２００ｋｇ等の大きな値に設定しているのは、式（１）により算出される荷重値の算出誤差を考慮したためである。

収容作業中においては、バケット１６は地面Ｇと接触し、且つ収容物の量も変化するため、荷重値は大きく変動する。一方、収容作業が終了した場合、バケット１６は地面Ｇから離れ、且つバケット１６内の収容物の量も変動しないため、荷重値は安定する。そこで、収容判定部５４は、荷重閾値以上で荷重値が安定した場合にバケット１６に収容物が収容されたと判定している。

解放判定部５５は、収容判定部５４によりバケット１６に収容物が収容されたと判定された後において、角度検出部５２により検出されたバケット角度αが解放基準角度ηよりも解放側Ｄ１にあり、且つ、荷重検出部５３により検出された荷重値が荷重閾値未満である場合、バケット１６内の収容物が解放されたと判定する。

図３を参照する。状態Ｓ１００では、開口面１６ａは水平面ＳＡに正対していないが、バケット角度αが解放基準角度ηよりも解放側Ｄ１にあるため、バケット１６は収容物を解放可能な解放可能姿勢にある。そのため、バケット１６から収容物が解放されている。

状態Ｓ２００では、バケット角度αが鉛直方向Ｌ１よりもさらに解放側Ｄ１にあり、開口面１６ａが水平面ＳＡに正対しているため、状態Ｓ１００に比べてさらに多量の収容物が解放されている。このようにして、全ての収容物が解放されると解放作業は終了する。

さらに、解放判定部５５は、収容判定部５４によりバケット１６に収容物が収容されたと判定された後において、バケット角度αが解放基準角度ηよりも解放側Ｄ１になった後、バケット角度αが解放基準角度ηよりも非解放側Ｄ２に変化し、且つ、荷重検出部５３により検出された荷重値が荷重閾値以上である場合、バケット１６内の収容物の一部を解放するこぼし作業が行われたと判定する。

図４は、こぼし作業の説明図である。状態Ｓ３００では、収容作業が終了したものの、収容物の量が目標量から超過していたため、こぼし作業が行われている。具体的には、状態Ｓ３００では、収容物を収容したバケット１６が解放側Ｄ１に回動されて、バケット角度αが解放基準角度ηよりも解放側Ｄ１にある。これにより、バケット１６は解放可能姿勢をとり、収容物が減少する。

状態Ｓ４００では、バケット１６が非解放側Ｄ２に向けてバケット１６が回動されて、バケット角度αが解放基準角度ηよりも非解放側Ｄ２にある。これにより、バケット１６は、解放不可能姿勢になり、収容物が残存した状態で、解放作業を終了する。状態Ｓ３００の動作と状態Ｓ４００の動作とによってバケット１６内の収容物の量が依然目標量から超過している場合、再度、状態Ｓ３００の動作と状態Ｓ４００の動作が行われる。このようにして、バケット１６の収容物の量が目標量になるまで、こぼし作業が行われる。こぼし作業が終了すると、移動作業によりバケット１６がダンプトラックの荷台の上に移動され、解放作業により荷台に収容物が解放される。これら一連の作業が繰り返されて、荷台に収容物が積み込まれていく。

図２に参照を戻す。一時保存部５６は、収容判定部５４によりバケット１６に収容物が収容されたと判定された場合、収容された収容物の荷重値をメモリ５９に一時的に保存する。これにより、収容作業が終了した直後にバケット１６に収容された収容物の荷重値がメモリ５９に一時保存されることになる。

累積荷重値算出部５７は、解放判定部５５によりバケット１６内の収容物が解放されたと判定された場合、メモリ５９に一時保存された荷重値を積算し、収容物の累積荷重値を算出する。累積荷重値はメモリ５９に保存されている。さらに、累積荷重値算出部５７は、累積荷重値の目標量が予め設定されている場合、その目標量と算出した累積荷重値との差分を算出する。

表示制御部５８は、表示装置７０に種々の情報を表示させる。例えば、表示制御部５８は、図５に示す表示画面Ｇ１を表示装置７０に表示させる。

メモリ５９は、一時保存部５６により一時保存された収容物の荷重値を記憶する。メモリ５９は、累積荷重値算出部５７で算出された累積荷重値及びその目標値を記憶する。

傾斜センサー８０は、油圧ショベル１０の水平面ＳＡに対する傾斜角度を検出する。この傾斜角度は、例えば油圧ショベル１０が位置する地面Ｇ（斜面）の水平面ＳＡに対する角度である。

なお、主に平地で作業することが想定される油圧ショベル１０においては、傾斜センサー８０は省かれてもよい。この場合、角度検出部５２は地面Ｇを水平面ＳＡとみなしてバケット角度αを算出すればよい。

表示装置７０は、例えば、液晶パネル又は有機ＥＬパネル等の表示装置で構成されている。表示装置７０は、油圧ショベル１０のキャブ１２Ｃにおいてオペレータが視認可能な位置に配置されている。図５は、表示装置７０が表示する表示画面Ｇ１の一例を示す図である。表示画面Ｇ１は先端荷重表示欄５０１、積込荷重表示欄５０２、積込目標表示欄５０３、及び積込回数表示欄５０４を含む。

先端荷重表示欄５０１は、荷重検出部５３により検出されたバケット１６が現在収容する収容物の荷重値を表示する。ここでは、荷重値が０．０ｔと表示されている。積込荷重表示欄５０２は、累積荷重値算出部５７により算出された累積荷重値を表示する。ここでは、ダンプトラックへの積み込みが開始されていないため、累積荷重値は０．０ｔと表示されている。積込目標表示欄５０３は、ダンプトラックの荷台に積み込む収容物の累積荷重値の目標値を表示する。この目標値はオペレータにより予め入力された値が採用される。積込回数表示欄５０４は、収容物をダンプトラックの荷台に解放する解放作業を行った回数を表示する。ここでは、解放作業が行われていないため、０／４と表示されている。なお、０／４の分母は累積荷重値をその目標値にするのに必要な解放作業の回数を示している。この回数は、例えば累積荷重値の目標値をバケット１６の容積に対応する土砂の荷重値で割ることで算出される。

なお、表示装置７０は、油圧ショベル１０とは別の場所にあるパーソナルコンピュータ及びモバイル情報端末などの表示装置であってもよい。

次に、油圧ショベル１０の処理について説明する。図６は、油圧ショベル１０の処理を示すフローチャートである。なお、この処理と並行して、角度検出部５２は、所定のサンプリング周期でバケット角度αを検出する処理を繰り返し実行し、荷重検出部５３は、所定のサンプリング周期で荷重値を検出する処理を繰り返し実行しているものとする。また、このフローチャートの開始時には累積荷重値はリセットされているものとする。キャブ１２Ｃ内に積込作業の開始を示す積込作業ボタンが設けられている場合、図６のフローチャートは、この積込作業ボタンがオペレータにより押されたときに開始されてもよい。そして、積込作業が終了し、積込作業ボタンがオペレータにより再度押されたときに、図６のフローチャートは終了されてもよい。

ステップＳ１において、収容判定部５４は、荷重検出部５３により検出された荷重値が安定し、そのときの荷重値が荷重閾値以上であるか否かを判定する。荷重値が荷重閾値以上の場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、収容判定部５４は、バケット１６に収容物が収容されたと判定し、処理をステップＳ２に進める。一方、荷重値が荷重閾値未満の場合（ステップＳ１でＮＯ）、収容判定部５４は、収容物がバケット１６に収容されていないと判定し、処理をステップＳ１に戻す。

ステップＳ２において、一時保存部５６はステップＳ１で安定したと判定されたときの荷重値をメモリ５９に一時保存する。ステップＳ３において、解放判定部５５は、角度検出部５２により検出された最新のバケット角度αが解放基準角度ηよりも大きいか否かを判定する。図３を参照し、本実施の形態では、バケット角度α及び解放基準角度ηは、鉛直方向Ｌ１を基準に解放側Ｄ１が正とされている。そのため、バケット角度αが解放基準角度ηよりも大きくなると、バケット角度αは解放基準角度ηよりも解放側Ｄ１になる。

バケット角度αが解放基準角度ηより大きい場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、処理はステップＳ４に進む。一方、バケット角度αが解放基準角度η以下の場合（ステップＳ３でＮＯ）、処理はステップＳ３に戻る。これにより、バケット角度αが解放基準角度ηより解放側Ｄ１に変化するまで、ステップＳ３の処理は待機される。

ステップＳ４において、解放判定部５５は、荷重検出部５３により検出された最新の荷重値が荷重閾値未満であるか否かを判定する。この荷重値が荷重閾値以上の場合（ステップＳ４でＮＯ）、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ４でＮＯの状態は、バケット１６が解放可能姿勢にされたものの、バケット１６内に収容物が残存している状態を示している。

一方、荷重値が荷重閾値未満の場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ４でＹＥＳの状態は、バケット１６内の収容物のほぼ全てが解放された状態を示している。

ステップＳ５において、解放判定部５５は、バケット角度αが解放基準角度η以下であるか否かを判定する。バケット角度αが解放基準角度ηより大きい場合（ステップＳ５でＮＯ）、処理はステップＳ３に戻る。ステップＳ５でＮＯの状態は、バケット１６内に収容物が残存した状態で、バケット１６が解放可能姿勢にされており、解放作業又はこぼし作業において収容物が減少中であることを示している。

一方、バケット角度αが解放基準角度η以下の場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、バケット１６内に収容物が残存した状態でバケット１６が解放不可能姿勢にされており、こぼし作業が一旦終了したと判定され、処理がステップＳ３に戻されている。

ステップＳ６において、一時保存部５６は、メモリ５９に一時保存された荷重値をステップＳ４で検出された最新の荷重値で更新する。これにより、こぼし作業の終了時における収容物の荷重値でメモリ５９に一時保存された荷重値が更新されることになる。この更新が終了すると、処理はステップＳ３に戻る。

ステップＳ７において、累積荷重値算出部５７は、メモリ５９に一時記憶された荷重値を積算し、累積荷重値を算出する。これにより、積込作業を開始してから現在までにバケット１６が解放した収容物の累積荷重値が得られる。ステップＳ７の処理が終了すると、処理はステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理が引き続き行われる。

例えば、こぼし作業中、図４の状態Ｓ３００になると、バケット１６が解放可能姿勢であるため、ステップＳ３でＹＥＳと判定され、バケット１６に収容物が残存しているためステップＳ４でＮＯと判定される。次に、図４の状態Ｓ４００になると、バケット１６が解放不可能姿勢になるため、ステップＳ５でＮＯと判定されて、処理はステップＳ３に戻る。さらに、こぼし作業が継続されると、ステップＳ３でＹＥＳ、ステップＳ４でＮＯ、ステップＳ５でＮＯのループが繰り返される。そして、こぼし作業が終了すると、バケット１６が解放不可能姿勢にされて移動作業が行われるため、ステップＳ３でＮＯと判定され、処理はステップＳ３で待機する。

そして、ダンプトラックの荷台の上にバケット１６が位置決めされ移動作業が終了すると、解放作業が開始される。解放作業が開始されると、バケット１６が解放可能姿勢にされてステップＳ３でＹＥＳと判定され、バケット１６が空になるとステップＳ４でＹＥＳと判定され、ステップＳ７にて荷重値が積算される。

このように本実施の形態によれば、バケット１６の開口面１６ａの鉛直方向Ｌ１に対する角度であるバケット角度αに着目し、そのバケット角度αが解放基準角度ηよりも解放側Ｄ１にあり、収容物の荷重が荷重閾値未満になった場合に収容物が解放されたと判定されている。そのため、例えば、バケット角度が維持されたアーム押し操作によって収容物が解放されるケースであっても、本構成は収容物が解放されたことを正確に検出できる。

上記実施の形態は、下記の変形例が採用できる。

図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１の前に操作判定部５１が掬い挙げる操作の入力を検出する処理が設けられていてもよい。この場合、図６のフローチャートは、掬い上げ操作が検出された場合、処理をステップＳ１に進め、掬い上げ操作が検出されない場合、処理をステップＳ１に戻すようにすればよい。

図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１の荷重閾値とステップＳ４の荷重閾値は同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

１０ ：油圧ショベル
１１ ：下部走行体
１２ ：上部旋回体
１２Ｃ ：キャブ
１３ ：作業装置
１４ ：ブーム
１５ ：アーム
１６ ：バケット
３０ ：姿勢センサー
５０ ：コントローラ
５１ ：操作判定部
５２ ：角度検出部
５３ ：荷重検出部
５４ ：収容判定部
５５ ：解放判定部
５６ ：一時保存部
５７ ：累積荷重値算出部
５８ ：表示制御部
５９ ：メモリ
７０ ：表示装置
８０ ：傾斜センサー
α ：バケット角度
η ：解放基準角度

Claims (5)

1. 本体部と前記本体部に取り付けられた作業装置とを備える作業機械であって、
   前記作業装置は、上下方向及び前後方向に移動可能な先端部を有する作業腕と、前記先端部に対して回転可能に取り付けられ、収容物を収容するための空間を画定するとともに当該空間を解放する開口面を有するバケットとを備える作業機械であって、
   前記バケットに収容される収容物の荷重値を検出する荷重検出部と、
   前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサーと、
   前記姿勢センサーにより検出された前記作業装置の姿勢を示す検出データに基づいて、水平面に直交する鉛直方向に対する前記バケットの開口面の角度であるバケット角度を検出する角度検出部と、
   前記荷重検出部により検出された前記荷重値に基づいて前記バケットに前記収容物が収容されたか否かを判定する収容判定部と、
   前記収容判定部により前記バケットに前記収容物が収容されたと判定された後において、前記角度検出部により検出された前記バケット角度が所定の解放基準角度よりも解放側にあり、且つ、前記荷重検出部により検出された前記荷重値が荷重閾値未満である場合、前記バケット内の前記収容物が解放されたと判定する解放判定部とを備え、
   前記解放基準角度は、前記バケットが前記収容物を解放可能な姿勢にあるときの角度である、
   作業機械。
2. 前記解放判定部は、前記収容判定部により前記バケットに前記収容物が収容されたと判定された後において、前記バケット角度が前記解放基準角度よりも前記解放側になった後、前記バケット角度が前記解放基準角度よりも非解放側になり、且つ、前記荷重検出部により検出された前記荷重値が前記荷重閾値以上である場合、前記バケット内の前記収容物の一部を解放するこぼし作業が行われたと判定する、
   請求項１記載の作業機械。
3. 前記解放基準角度は、前記鉛直方向に対して非解放側の所定角度に設定されている、
   請求項１又は２記載の作業機械。
4. メモリと、
   前記収容判定部により前記バケットに前記収容物が収容されたと判定された場合、収容された前記収容物の前記荷重値を前記メモリに一時的に保存する一時保存部と、
   前記解放判定部により前記バケット内の前記収容物が解放されたと判定された場合、前記メモリに一時保存された前記荷重値を積算し、前記収容物の累積荷重値を算出する累積荷重値算出部とをさらに備える、
   請求項１～３のいずれかに記載の作業機械。
5. 前記解放判定部は、前記収容判定部により前記バケットに前記収容物が収容されたと判定された後において、前記バケット角度が前記解放基準角度よりも前記解放側になった後、前記バケット角度が前記解放基準角度よりも非解放側になり、且つ、前記荷重検出部により検出された前記荷重値が前記荷重閾値以上である場合、前記バケット内の前記収容物の一部を解放するこぼし作業が行われたと判定し、
   前記一時保存部は、前記解放判定部により前記こぼし作業が行われたと判定された場合、当該判定後に、前記荷重検出部により検出された前記荷重値で前記メモリに一時保存されている前記荷重値を更新する、
   請求項４記載の作業機械。

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