JPWO2003033829A1 - 油圧ショベルの作業量検出装置及び作業量検出方法並びに作業量検出結果表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油圧ショベルの作業量検出装置及び作業量検出方法並びに作業量検出結果表示装置、特に、鉱山においてダンプトラックへ鉱物を積込む作業を行う油圧ショベルの作業量検出装置及び作業量検出方法並びに作業量検出結果表示装置に関する。
背景技術
鉱山等で稼動する油圧ショベルは、ダンプトラックが油圧ショベルの前に停止すると、バケットで掘削場所から鉱物または土砂を掬い、旋回体を旋回させてバケットをダンプトラックのベッセルの上に持って行き、放土して鉱物または土砂をベッセルに積込む。その後、さらに鉱物または土砂を積込むために、油圧ショベルは掘削場所へと旋回体を旋回させる。この作業を何度か繰り返し、油圧ショベルは、ダンプトラックのベッセルに所定量の鉱物や土砂を積込む作業を行う。そして、積込作業が終了すると、ダンプトラックは所定の場所に鉱物または土砂を運搬する。
このような作業において、鉱山管理者は鉱物または土砂の生産量を管理するために油圧ショベルがダンプトラックへ積込む量を計測する必要がある。この場合、ダンプトラック側に積載荷重計が搭載されていればよいが、積載荷重計を備えていないダンプトラックも多く、またベッセルの容積から積込んだ量を推定しようとしても、ベッセルの容積はダンプトラックの種類によって異なり、ダンプトラックへ積込む量をダンプトラック側で計測することは容易ではない。
そこで、従来、油圧ショベルがダンプトラックへ積込んだ鉱物または土砂の量を計測するために、油圧ショベルのオペレータが鉱物または土砂をダンプトラックに積込む直前のタイミングで計測ボタンを操作し、油圧ショベル側で鉱物または土砂の重量を計測していた。
また、バケット内の鉱物または土砂の重量を自動的に計測することも考えられており、例えば、特開平6−10378号公報には、バケット操作またはバケット回動前のバケット内荷重を積み込んだ量とみなす構成が開示され、特開平7−259137号公報には、アームの回動速度が一定速度以下かつブームの回動速度が一定速度以上のときのバケット内荷重を積み込んだ量とみなす構成が開示され、特公昭62−274223号公報には、バケットが所定の高さ以上に達した時点の前後におけるシリンダの油圧を平均し、その油圧で計算したバケット内荷重を積み込んだ量とみなす構成が開示されている。
しかしながら、上記従来の方法及び上記各公報に開示の構成では、ブームやアームが加減速作動中であるか或いはその他の要因によってバケット内の荷重が安定しないような場合であっても、計測ボタン操作することによりまたは自動的にバケット内荷重が計測されてしまい、ダンプトラックへ積込んだ鉱物または土砂の量が正確に計測されないという問題がある。
また、上記特開平7−259137号公報や特公昭62−274223号公報に開示の構成の場合には、所定の条件(所定回動速度、所定バケット高さ)が成立しないときには計測すらできないという問題もある。
このように、ダンプトラックへ積込んだ鉱物または土砂の量が正確に計測されないことになると、鉱物または土砂の生産量を正確に管理できないことになり好ましいことではない。
発明の開示
本発明の目的は、ダンプトラックへ積込んだ鉱物または土砂の重さを常に正確に計測でき、鉱物または土砂の生産量を正確に管理可能な油圧ショベルの作業量検出装置及び作業量検出方法並びに作業量検出結果表示装置を提供することにある。
この目的を達成するために、運搬物をバケットで掬い前記運搬物を他の場所に移送する油圧ショベルの作業量検出装置であって、前記運搬物の他の場所への移送開始を検出する移送開始検出手段と、前記運搬物の他の場所への移送終了を検出する移送終了検出手段と、前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、前記運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段とを備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出装置を提供する。
当該油圧ショベルの作業量検出装置によれば、運搬物の移送中には荷重演算手段によりバケット内部の運搬物重量が周期的に演算されるが、平均値演算手段により運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値が演算され、さらに標準偏差演算手段により当該平均値に基づいて所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差が演算される。そして、荷重真値判定手段により、運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差が選択され、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値が運搬物重量の真値と判定される。
従って、運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間において運搬物重量の標準偏差が最も小さく運搬物重量が安定している期間の運搬物重量が運搬物重量の真値と判定されることになり、油圧ショベルの動作(ブーム作動速度、アーム作動速度、バケット高さ等)に拘わらず、運搬物重量を常に精度よく適正に計測することができる。これにより、運搬物としての鉱物または土砂の生産量を正確に管理することができる。
また、運搬物をバケットで掬い前記運搬物を運搬車両に移送する油圧ショベルの作業量検出装置であって、前記運搬車両の位置を教示する教示手段と、前記運搬車両が前記教示手段により教示された位置にあることを検出する運搬車両検出手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送開始を検出する移送開始検出手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送終了を検出する移送終了検出手段と、前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段とを備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出装置を提供する。
当該油圧ショベルの作業量検出装置によれば、運搬物の運搬車両への移送開始から移送終了までの間において運搬物重量の標準偏差が最も小さく運搬物重量が安定している期間の運搬物重量が運搬物重量の真値と判定されることになり、油圧ショベルの動作(ブーム作動速度、アーム作動速度、バケット高さ等)に拘わらず、運搬物重量が常に精度よく適正に計測されることになるが、教示手段により運搬車両の位置が教示され、運搬車両検出手段により運搬車両が上記教示された位置にあることが検出されるので、運搬物を確実に運搬車両に積載可能となり、運搬車両を用いて運搬物を移動させる場合において、運搬物としての鉱物または土砂の実際の生産量を正確に管理することができる。
また、上記作業量検出装置において、前記移送開始検出手段は、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出手段は、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする油圧ショベルの作業量検出装置を提供する。
これにより、運搬物をバケットで掬い終えた後(掘削終了後)からバケット内の運搬物を放出(放土)するまでの間、即ち移送期間として最大となる期間において運搬物重量の標準偏差を求めることができ、運搬物重量の真値を広い範囲で判定することができる。
また、運搬物をバケットで掬い前記運搬物を他の場所に移送する油圧ショベルの作業量検出方法であって、前記運搬物の他の場所への移送開始を検出する移送開始検出工程と、前記運搬物の他の場所への移送終了を検出する移送終了検出工程と、前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算工程と、前記荷重演算工程において周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算工程と、前記平均値演算工程において演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算工程と、前記運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算工程において演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定工程とからなることを特徴とする油圧ショベルの作業量検出方法を提供する。
当該油圧ショベルの作業量検出方法によれば、運搬物の移送中には荷重演算工程においてバケット内部の運搬物重量が周期的に演算されるが、平均値演算工程において運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値が演算され、さらに標準偏差演算工程において当該平均値に基づいて所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差が演算される。そして、荷重真値判定工程において、運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に標準偏差演算工程において演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差が選択され、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値が運搬物重量の真値と判定される。
これにより、上記作業量検出装置と同様、運搬物重量を常に精度よく適正に計測でき、運搬物としての鉱物または土砂の生産量を正確に管理することができる。
また、上記作業量検出方法において、前記移送開始検出工程では、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出工程では、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする油圧ショベルの作業量検出方法を提供する。
これにより、上記作業量検出装置と同様、運搬物重量の真値を広い範囲で判定することができる。
また、上記油圧ショベルの作業量検出装置に、少なくとも前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の所定期間に亘る積算値を表示する重量表示手段を備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置を提供する。
これにより、油圧ショベルのオペレータが、所定期間に亘り移送した運搬物の正確な重量を容易に確認することができる。
また、上記作業量検出結果表示装置において、前記重量表示手段は、前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の油圧ショベルのエンジンイグニションキーがONからOFFになるまでの期間に亘る積算値を表示することを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置を提供する。
これにより、油圧ショベルのオペレータ或いは管理者が、移送した運搬物の所定の作業シフト毎の正確な重量を容易に確認することができる。
また、運搬物をバケットで掬い前記運搬物を運搬車両に移送する油圧ショベルの作業量検出結果表示装置であって、前記運搬車両の位置を教示する教示手段と、前記運搬車両が前記教示手段により教示された位置にあることを検出する運搬車両検出手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送開始を検出する移送開始検出手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送終了を検出する移送終了検出手段と、前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段と、少なくとも前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の前記運搬車両検出手段により前記運搬車両が前記教示された位置にあることが検出されている間に亘る積算値を表示する重量表示手段とを備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置を提供する。
これにより、油圧ショベルのオペレータが、移送した運搬物の運搬車両毎の正確な重量、即ち積載量を容易に確認することができ、過積載を防止できる。
また、上記作業量検出結果表示装置において、前記移送開始検出手段は、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出手段は、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置を提供する。
これにより、上記作業量検出装置や作業量検出方法と同様に、運搬物重量の真値を広い範囲で判定することができる。
また、上記作業量検出結果表示装置において、前記重量表示手段は、前記平均値演算手段により演算される運搬物重量の平均値を併せて表示する油圧ショベルの作業量検出結果表示装置を提供する。
これにより、油圧ショベルのオペレータが、移送中の運搬物の重量をも容易に確認することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の一実施形態を図1乃至図10を参照して説明する。
図1は、本発明の装置を備えた油圧ショベル1の作業形態の一例を示す図である。
同図において、符号11は油圧ショベル1の上部旋回体2に取り付けられるブーム、符号12はブーム11を上げ下げするブームシリンダ、符号13はアーム、符号14はアーム13を回転するアームシリンダ、符号15はバケット、符号16はバケットを回転させるバケットシリンダである。また、符号17は上部旋回体2を左右に回転させる旋回装置である。
このように構成された油圧ショベル1は、ダンプトラック3が油圧ショベル1の前に停止すると、図示しない掘削場所から鉱物または土砂を掬い、旋回体2を旋回させてバケット15を放土範囲、即ちダンプトラック3のベッセル4の上に持って行き、鉱物または土砂をベッセル4に積込む。その後、さらに鉱物または土砂を積込むために、油圧ショベル1は掘削場所へと旋回体2を旋回させる。この作業を何度か繰り返し、油圧ショベル1は、ダンプトラック3のベッセル4に所定の量の鉱物や土砂を積込む作業を行う。そして、積込作業が終了すると、ダンプトラック3は所定の場所に鉱物または土砂を運搬する。
図2は本発明に係る油圧ショベルの作業量検出装置のブロック図である。
同図において、符号121はブームシリンダ12のボトム室、符号122はブームシリンダ12のロッド室、符号123はボトム室121の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号124はロッド室122の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号18は油圧ショベル1の油圧ポンプ、符号19は作動油タンク、符号125は油圧ポンプ18とブームシリンダ12の間に介在する切替弁である。
また、符号141はアームシリンダ14のボトム室、符号142はアームシリンダ14のロッド室、符号143はボトム室141の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号144はロッド室142の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号145は油圧ポンプ18とアームシリンダ14の間に介在する切替弁である。
また、符号161はバケットシリンダ16のボトム室、符号162はバケットシリンダ16のロッド室、符号163はボトム室161の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号164はロッド室162の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号165は油圧ポンプ18とバケットシリンダ16の間に介在する切替弁である。
また、符号20はバケット操作レバー、符号21は旋回操作レバーである。バケット操作レバー20を操作すると、切替弁165が切替操作されてバケットシリンダ16が作動する。
また、符号201は、バケット操作レバー20でバケット15をダンプする方向に操作することを検出するセンサであり、符号202は、旋回操作レバー21の操作方向(右旋回または左旋回)を検出するセンサである。これらのセンサ201、202は、バケット操作レバー20や旋回操作レバー21が電気レバーである場合には、電圧などを検出するセンサ、油圧パイロット式である場合には、圧力センサまたは圧力スイッチでよい。
符号27は入力される各種信号に基づいてバケット15が掬った鉱物または土砂等の積荷(運搬物)の重さを演算する荷重計測装置本体、符号22はブーム11の根元の支持ピンに対するブーム11の回転角度を計測するブーム角度センサ、符号23はブーム11の先端にある支持ピンに対するアーム13の回転角度を計測するアーム角度センサ、符号25はバケット15の回転角度を計測するバケット角度センサ、符号24は旋回体2を旋回させる旋回装置17の旋回角度を計測する旋回角度センサである。また、符号28はバケット15から鉱物や土砂を放土する位置(放土位置)を設定する放土位置教示ボタンであり、符号29は油圧ショベル1の前部に設けられてダンプトラック3までの距離を検出する測距センサ(運搬車両検出手段)である。
符号26は荷重計測装置本体27で計算された鉱物や土砂の重さを表示する表示器(重量表示手段)である。詳しくは、表示器26は、現在荷重表示部26a、確定荷重表示部26b、総荷重表示部26cの3つの表示部から構成されている。
荷重計測装置本体27には、センサ201からのバケットダンプ操作信号S1、センサ202からの右旋回信号S2及び左旋回信号S3、圧力センサ123からのブームボトム圧信号S4、圧力センサ124からのブームロッド圧信号S5、圧力センサ143からのアームボトム圧信号S6、圧力センサ144からのアームロッド圧信号S7、圧力センサ163からのバケットボトム圧信号S8、圧力センサ164からのバケットロッド圧信号S9、ブーム角度センサ22からのブーム角度信号S10、アーム角度センサ23からのアーム角度信号S11、旋回角度センサ24からの旋回角度信号S12、バケット角度センサ25からのバケット角度信号S13、測距センサ29からの距離信号S14が入力される。そして、当該荷重計測装置本体27では、これらの信号に基づいてバケット15内の荷重、即ちバケット15内の鉱物または土砂の重量の演算が行われ、演算された重量のデータS15が表示器26に出力される。
図3は、図2に示す本発明に係る荷重計測装置本体27の構成図である。
荷重計測装置本体27は主としてコンピュータによって構成され、符号271はA/D変換器を備え、各種信号を入力する入力インターフェースであり、符号272は種々の演算、制御を実行する中央処理ユニット(CPU)、符号273は一定周期のパルス信号を出力するタイマ、符号274は演算結果が格納されるランダムアクセスメモリ(RAM)、符号275はCPU272の各種の処理プログラムが格納されているリードオンリメモリ(ROM)、符号276は、表示装置26に各種データを出力する出力インターフェースである。
詳しくは、ROM275には、荷重演算プログラム275a、動作判定プログラム275b、放土検出プログラム275cが格納されている。
以下、このように構成された本発明の作用について説明する。
図4及び図5は、動作判定プログラム275bで用いる本発明に係る放土範囲を示す図である。この放土範囲は、放土位置教示ボタン28で教示する教示位置を中心に±αの旋回角度で定義される。放土範囲の外側は運搬範囲である。なお、図4は油圧ショベル1に対してダンプトラック3が後ろ向きの場合を示し、図5は横向きの場合を示すが、測距センサ29からの距離信号S14が所定範囲内であれば、ダンプトラック3はその向きに依らず教示位置近傍の適正な位置に停車していると判定される。
図6は、本発明に係る荷重計測装置本体27に入力するアームボトム圧信号S6、旋回信号S2、S3、バケットダンプ操作信号S1及び荷重Wの一例をタイムチャートで示す図である。
同図に示す例では、右旋回信号S2がONとなり、油圧ショベル1が掘削位置からダンプトラック3のベッセル4へ右旋回していくと、動作判定プログラム275bによりブーム11は運搬範囲から放土範囲に入ったと判定される。そして、バケットダンプ操作信号S1がONとなり、油圧ショベル1がダンプトラック3に積込みを終了すると、左旋回信号S3がONとなって油圧ショベル1が掘削位置に左旋回し、ブーム11は放土範囲から出て運搬範囲に移行したと判定される。なお、油圧ショベル1が積込みを終了した後、そのまま右旋回するようにしてもよい。
荷重Wは、バケット15内の鉱物または土砂の重さを示している。荷重Wは、荷重演算プログラム275aによって一定周期で演算され、この荷重Wの計算方法は、例えば、次のようなものである(荷重演算手段、荷重演算工程)。
荷重計測装置本体27に入力されるブームボトム圧信号S4及びブームロッド圧信号S5またはアームボトム圧信号S6及びアームロッド圧信号S7から、ブーム11、アーム13及び鉱物または土砂が入ったバケット15を支える力が求まる。一方、ブーム角度信号S10、アーム角度信号S11及びバケット角度信号S13から算出したブーム11、アーム13及びバケット15の重心位置が求まり、これら各重心位置と既知であるブーム11、アーム13及び空のバケット15の重量からブーム11根元の支持ピン周りのモーメントが求まる。そして、上記支える力とブーム11根元の支持ピン周りのモーメントの釣り合いから、バケット15内部の鉱物または土砂の重量が計算される。当該重量は旋回中には旋回速度に応じた遠心力により補正される。なお、この計算方法は、特公平4−44930号公報に記載の計算方式により周知のものである。
図6においては、右旋回中はブーム11が掘削位置から鉱物または土砂を掬ってダンプトラック3のベッセル4に向かって旋回しているときなので、荷重Wは大きい値を示す。また、左旋回中はブーム11がダンプトラック3への積込みを終了して掘削位置に戻るときなので、荷重Wは小さい値を示す。
図7乃至図9は、本発明に係る荷重演算プログラム275a、動作判定プログラム275b、放土検出プログラム275cの制御ルーチンを示すフローチャートであり、以下当該フローチャートに沿って説明する。
図7のステップM1では、先ず、図6に示すアームボトム圧信号S6に基づき、アームボトム圧が所定圧力P1以上から所定圧力P1以下になったか否かを判別する。判別結果が真(Yes)の場合には、掘削が終了したと判断し、ステップM2において掘削終了フラグをONにした後ステップM3に進む。判別結果が偽(No)の場合には、掘削中かそれ以外の作業と判断し、そのままステップM3に進む。
ステップM3では、逆にアームボトム圧が所定圧力P2以下から所定圧力P2以上になったか否かを判別する。判別結果が真(Yes)の場合には、掘削が開始されたと判断し、ステップM4において掘削終了フラグをOFFにした後ステップM5に進む。判別結果が偽(No)の場合には、掘削中かそれ以外の作業と判断し、そのままステップM5に進む。
ステップM5では、掘削終了フラグがONであるか否かを判別する(移送開始検出手段、移送開始検出工程)。判別結果が真(Yes)でONの場合、即ちアームボトム圧が所定圧力P1以上から所定圧力P1以下になった場合には、掘削が終了していると判断でき、この場合には、ステップM6において、過去n個(所定回数)の平均荷重Waveを上記荷重Wを基に計算する(平均値演算手段、平均値演算工程)。続いて、ステップM7において、平均荷重Waveと現在の荷重Wを基に次式(1)より標準偏差σを計算する(標準偏差演算手段、標準偏差演算工程)。
σ=(1/(n−1)Σ(Wi−Wave)2)1/2 …(1)
ここに、Wiは過去n個(i=1〜n)の荷重Wの各計算値を示す。
つまり、荷重Wが算出される毎に当該新たな荷重Wを更新するようにしながら、順次繰り返し複数算出する。この標準偏差σの算出は、鉱物または土砂の移送が終了してバケットダンプ操作がされるまで、即ちバケットダンプ操作信号S1が検出されて積荷が放土されるまでの移送期間として最大の期間に亘り継続される(図6参照)。
ステップM8では、前回算出した標準偏差σnowを前回より前の標準偏差σprevに代入し、ステップM9では、上記ステップM7で計算した標準偏差σを新たに今回の標準偏差σnowとする。
ステップM10では、前回までの標準偏差σprevと今回の標準偏差σnowとを比較し、最小標準偏差σminを判別する(荷重真値判定手段、荷重真値判定工程)。判別結果が真(Yes)で、標準偏差σnowの方が小さく、即ち標準偏差σnowが最小標準偏差σminと判定された場合には、ステップM11において、当該標準偏差σnowの計算に用いた平均荷重Waveを真荷重Wtrueとして格納する。判別結果が偽(No)で、標準偏差σprevの方が小さい場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
なお、ステップM5の判別結果が偽(No)でOFFの場合には、掘削が終了していない状況と判断でき、この場合には、標準偏差σnowを最大値にして当該ルーチンを抜ける。
測距センサ29からの距離信号S14が所定範囲内にあれば、ダンプトラック3が適正位置にあり、ベッセル4への積み込みが可能と判定される。そして、この場合には、図8のステップM21において、バケットダンプ操作がなされて放土が開始されたか否かをバケットダンプ操作信号S1に基づき判別する。なお、バケットダンプ操作信号S1の検出は、バケット操作レバー20が油圧パイロット式である場合には、圧力信号が一定値以上になったか否かで行い、バケット操作レバー20が電気レバーである場合には、電圧信号が一定値以上になったか否かで行う(移送終了検出手段、移送終了検出工程)。
ステップM21の判別結果が真(Yes)で、バケットダンプ操作がなされている場合には、ステップM22において、上記ステップM11で格納した現在の真荷重Wtrueをバケットダンプ操作開始時点の最小標準偏差σminにおける平均荷重として取り込む。続いて、ステップM23において、バケットダンプ操作の終了時刻を取り込む。さらに、ステップM24において、バケットダンプ操作判定フラグFbをONにし、ステップM25に進む。一方、ステップM21の判別結果が偽(No)で、バケットダンプ操作がなされていないと判定された場合には、何もせずにステップM25に進む。
実際には、図示しないバケットダンプ操作判定処理手段内部において操作開始時の真荷重Wtrueを取り込み、バケットダンプ操作を終了した時点では、そのときの時刻を取り込んでいるため、これら真荷重Wtrueとバケットダンプ操作を終了した時刻とが、それぞれステップM22、M23で用いる値である。
ステップM25では、旋回角度が運搬範囲から放土範囲に遷移したか否かを判別する。旋回角度が放土範囲に遷移していれば、ステップM26において、そのときの荷重Wを荷重Winとして格納する。続いて、ステップM27において、遷移した時刻を格納し、ステップM28において、放土確定フラグFd1をONにする。一方、ステップM25の判別結果が偽(No)で、旋回角度が運搬範囲から放土範囲に遷移していないと判定された場合には、何もせずにステップM29に進む。
ステップM29では、旋回角度が放土範囲から運搬範囲に遷移したか否かを判定する。旋回角度が運搬範囲に遷移していれば、ステップM30において、そのときの荷重Wを荷重Woutとして格納する。続いて、ステップM31において、放土確定フラグFd2をONにして次に進む。一方、ステップM29の判別結果が偽(No)で、旋回角度が放土範囲から運搬範囲に遷移していないと判定された場合には、何もせずにステップM32に進む。
図9のステップM32では、バケット判定フラグFbと放土確定フラグFd1及びFd2が全てONであるか否かを判別する。判別結果が真(Yes)で、全てのフラグがONである場合には、次にステップM33に進む。判別結果が偽(No)の場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
ステップM33では、フラグがONになった順番を判定する。バケット判定フラグFbがONになり、続いて放土確定フラグFd2がONしたという順番であれば、放土範囲内でバケットダンプ操作があった後、旋回角度が運搬範囲に遷移したと判定でき、この場合には次にステップM34に進む。
ステップM34では、実際に鉱物や土砂等の積荷が放土されたか否かを、先に格納した荷重Winと荷重Woutの差を判定荷重と比較することによって判別する。ここに、判定荷重は値0でもよいし、ある一定荷重以上の荷重Wを有効とする場合には、その数値を判定荷重とする。判別結果が真(Yes)で、積荷が放土されたと判定された場合には、次にステップM35に進む。
ステップM35では、上記ステップM23で格納したバケットダンプ操作の終了時刻と、上記ステップM27で格納した時刻、即ち旋回角度が運搬範囲から放土範囲に遷移した時刻とを比較し、遷移した直後のバケットダンプ操作時に格納した上記真荷重Wtrueをダンプトラック3のベッセル4に放土した積荷の重量として出力インターフェース276に出力する。
出力インターフェース276に供給された信号は表示器26に出力され、放土位置を教示してから次に放土位置を教示するまでの真荷重Wtrueの積算値が、確定荷重表示部26bに表示される。ここで、ダンプトラック3の位置を測距センサ29により自動的に判定している場合には、放土位置教示ボタン28をいちいち押さなくてもよいため、ダンプトラック3の到着を検出してからダンプトラック3が積込位置を離れるまでの真荷重Wtrueの積算値が、確定荷重表示部26bに表示される。これにより、ダンプトラック3への積載量をオペレータが知ることができ、過積載を防止できる。
なお、表示器26には上記平均荷重Waveに対応する信号も逐次出力されており、当該平均荷重Waveが現在荷重表示部26aに表示される。
また、油圧ショベル1の図示しないエンジンイグニションキーのONからOFFまでの所定の作業シフト毎の真荷重Wtrueの積算値が、総荷重表示部26cに表示される。真荷重Wtrueの積算値のデータについては例えば出力インターフェース276を介して外部に取り出し可能であり、また、図示しないリセットボタンにより所定の作業シフト毎にリセット可能である。
真荷重Wtrueを出力した後は、ステップM36において、バケット判定フラグFbをOFFとし、ステップM37において、放土確定フラグFd1及びFd2をそれぞれOFFにして当該ルーチンを抜ける。なお、ステップM35において条件が合致しない場合には、ダンプトラック3への放土がなかったものと判断し、そのままステップM36、M37を実行して当該ルーチンを抜ける。
このように、本発明では、油圧ショベル1が掘削と放土を自動判別し、掘削終了から放土開始までの広い範囲で最も荷重の標準偏差σが最小標準偏差σminと小さく荷重Wが最も安定している期間の平均荷重Waveを鉱物または土砂の荷重の真値、即ち真荷重Wtrueと判定するようにしている。従って、ダンプトラック3へ運搬中の油圧ショベル1の動作(ブーム作動速度、アーム作動速度、バケット高さ等)に影響されることなく、油圧ショベル1がダンプトラック3のベッセル4に放土した鉱物または土砂の荷重Wを精度よく計測することができる。これにより、表示器26に正確な荷重Wを表示してオペレータが正確な荷重Wを容易に確認できるとともに、真荷重Wtrueを所定の作業シフト毎に積算することにより、管理者等が鉱物または土砂の生産量を正確に管理することができる。
さらに、測距センサ29によりダンプトラック3の位置が教示位置近傍の適正な位置にあることを確認して鉱物または土砂のベッセル4への積み込み作業を行うようにしているので、オペレータが放土位置教示ボタン28をいちいち押すことなく、ダンプトラック3の積載量を計算でき、鉱物または土砂の実際の生産量を容易にして正確に管理することができる。
以上で説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、測距センサ29を油圧ショベル1の前部に設けるようにしたが、図10及び図11に示すように、測距センサ291をダンプトラック3の停車位置及び停車姿勢に合わせて地上に設置し、無線送信機292から送信した検出信号を油圧ショベル1上に設けた受信機293で受信するような構成にしてもよい。
或いは、図12に示すように、油圧ショベル1とダンプトラック3の双方にGPSユニット294、295をそれぞれ搭載し、ダンプトラック3に設けた無線送信機296から送信した位置検出信号を油圧ショベル1上に設けた受信機297で受信して油圧ショベル1とダンプトラック3の相対位置を検知するような構成にしてもよい。この場合には、測距センサと異なり油圧ショベル1とダンプトラック3の相対位置を知ることができるので、例えば図12中の距離Lx0及びLy0から求まるGPSユニット294、295間距離と相対角θtとに基づいてダンプトラック3が適正位置に停車しているか否かを確認でき、ベッセル4の位置を各コーナ位置情報{(Xt1、Yt1、Zt1)、(Xt2、Yt2、Zt2)、(Xt3、Yt3、Zt3)、(Xt4、Yt4、Zt4)}に基づき正確に把握できる。故に、GPSユニット294、295を用いる場合には、教示位置を自動的に設定するようにでき、オペレータが放土位置教示ボタン28を押すことなく、ダンプトラック3の積載量を計算でき、鉱物または土砂の実際の生産量をより容易にして正確に管理することができる。
また、上記実施形態では、バケット操作レバー20に設けられたセンサ201からのバケットダンプ操作信号S1に基づいてバケットダンプ操作を検出するようにしたが、バケット回動角度を検出する角度センサやバケットシリンダ16の変位を検出する変位センサを設け、これら角度センサや変位センサからの情報に基づきバケットダンプ操作を検出するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、標準偏差σを求めるようにしたが、荷重Wのばらつきが分かればよいのでσ2を求めるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、掘削終了をアームボトム圧信号S6で判断するようにしているが、バケットボトム圧信号S8で判断するようにしてもよい。さらに、油圧ショベル1のアームシリンダ14の取付けが逆の場合には、掘削終了を判断する信号はアームロッド圧信号S7であり、バケットシリンダ16の取付けが逆の場合には、掘削終了を判断する信号はバケットロッド圧信号S9である。
また、上記実施形態では、バックホウ型油圧ショベル1を例に説明したが、本発明はローディングショベル型油圧ショベル1’にも良好に適用可能である。即ち、図13に示すようなローディングショベル型油圧ショベル1’では、符号12’がブーム11’を上げ下げするブームシリンダ、符号14’がアーム13’を回転させるアームシリンダ、符号16’がバケット15’を回転させるバケットシリンダであるため、ブームシリンダ12’におけるブームボトム圧及びブームロッド圧、アームシリンダ14’におけるアームボトム圧及びアームロッド圧を検出し、ブーム角度、アーム角度及びバケット角度を検出することで、上記同様に真荷重Wtrueを求めることができ、やはり油圧ショベル1がダンプトラック3のベッセル4に放土した鉱物または土砂の荷重Wを精度よく計測することがでる。
さらに、上記実施形態では、放土位置教示ボタン28により、バケット15から鉱物や土砂を放土する位置(放土範囲)及び運搬範囲を平面的に設定するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、放土範囲及び運搬範囲を立体的に(高さ方向に)設定することができ、これにより、本発明を例えばダンプトラック3のベッセル4の地上からの高さが異なる場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
図1は、鉱山等の作業現場で稼動する本発明の装置を備えた油圧ショベルの作業形態の一例を示す図;
図2は、本発明に係る油圧ショベルの作業量検出装置を示すブロック図;
図3は、本発明に係る荷重計測装置本体の構成図;
図4は、本発明に係る放土範囲及び運搬範囲の例を示す図;
図5は、本発明に係る放土範囲及び運搬範囲の他の例を示す図;
図6は、本発明に係る荷重計測装置本体に入力する旋回信号、バケットダンプ操作信号及び荷重Wの一例を示すタイムチャート;
図7は、本発明に係る荷重演算プログラム、動作判定プログラムの制御ルーチンを示すフローチャート;
図8は、本発明に係る動作判定プログラム、放土検出プログラムの制御ルーチンを示すフローチャートの一部;
図9は、図8に続く本発明に係る動作判定プログラム、放土検出プログラムの制御ルーチンを示すフローチャートの残部;
図10は、本発明に係る側距センサを地上に設置した例を示す図;
図11は、本発明に係る側距センサを地上に設置した他の例を示す図;
図12は、本発明に係る側距センサの代わりにGPSユニットを用いた例を示す図;及び
図13は、本発明のローディングショベル型油圧ショベルへの適用例を示す図である。
Claims (10)
- 運搬物をバケットで掬い前記運搬物を他の場所に移送する油圧ショベルの作業量検出装置であって、
前記運搬物の他の場所への移送開始を検出する移送開始検出手段と、
前記運搬物の他の場所への移送終了を検出する移送終了検出手段と、
前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、
前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、
前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、
前記運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段と、
を備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出装置。 - 運搬物をバケットで掬い前記運搬物を運搬車両に移送する油圧ショベルの作業量検出装置であって、
前記運搬車両の位置を教示する教示手段と、
前記運搬車両が前記教示手段により教示された位置にあることを検出する運搬車両検出手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送開始を検出する移送開始検出手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送終了を検出する移送終了検出手段と、
前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、
前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、
前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段と、
を備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出装置。 - 前記移送開始検出手段は、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出手段は、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする、請求項1または2記載の油圧ショベルの作業量検出装置。
- 運搬物をバケットで掬い前記運搬物を他の場所に移送する油圧ショベルの作業量検出方法であって、
前記運搬物の他の場所への移送開始を検出する移送開始検出工程と、
前記運搬物の他の場所への移送終了を検出する移送終了検出工程と、
前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算工程と、
前記荷重演算工程において周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算工程と、
前記平均値演算工程において演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算工程と、
前記運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算工程において演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定工程と、
からなることを特徴とする油圧ショベルの作業量検出方法。 - 前記移送開始検出工程では、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出工程では、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする、請求項4記載の油圧ショベルの作業量検出方法。
- 運搬物をバケットで掬い前記運搬物を他の場所に移送する油圧ショベルの作業量検出結果表示装置であって、
前記運搬物の他の場所への移送開始を検出する移送開始検出手段と、
前記運搬物の他の場所への移送終了を検出する移送終了検出手段と、
前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、
前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、
前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、
前記運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段と、
少なくとも前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の所定期間に亘る積算値を表示する重量表示手段と、
を備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置。 - 前記重量表示手段は、前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の油圧ショベルのエンジンイグニションキーがONからOFFになるまでの期間に亘る積算値を表示することを特徴とする、請求項6記載の油圧ショベルの作業量検出結果表示装置。
- 運搬物をバケットで掬い前記運搬物を運搬車両に移送する油圧ショベルの作業量検出結果表示装置であって、
前記運搬車両の位置を教示する教示手段と、
前記運搬車両が前記教示手段により教示された位置にあることを検出する運搬車両検出手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送開始を検出する移送開始検出手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送終了を検出する移送終了検出手段と、
前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、
前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、
前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段と、
少なくとも前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の前記運搬車両検出手段により前記運搬車両が前記教示された位置にあることが検出されている間に亘る積算値を表示する重量表示手段と、
を備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置。 - 前記移送開始検出手段は、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出手段は、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする、請求項6または8記載の油圧ショベルの作業量検出結果表示装置。
- 前記重量表示手段は、前記平均値演算手段により演算される運搬物重量の平均値を併せて表示することを特徴とする、請求項6または8記載の油圧ショベルの作業量検出結果表示装置。
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