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【発明の名称】 作業機械における荷重誤差補正装置および荷重誤差補正方法
【発明者】 【氏名】米田 敬

【氏名】的場 信明

【要約】 【課題】前記誤差補正をするにあたり、ブーム、アーム、バケットの各重量および重心位置を求めるための未知数を少なくして、未知数を求めるために行うブームやアームの変姿作業を簡易かつ容易にできる作業機を提供する。

【構成】荷重誤差の補正方法を、第一姿勢、第二姿勢、第三姿勢の各姿勢で測定された無負荷状態での吊り荷重である荷重誤差ΔWGに基づいて、ブーム4の重量誤差ΔWbmとアーム5の重量誤差ΔWamを導いくことで、求める未知数を少なくしたため、従来よりも少ない三姿勢での測定により実行することができるようにした。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
機体に揺動自在に軸支されるブーム、および該ブームに揺動自在に軸支されるアーム、アームに揺動自在に軸支される作業具を備えた作業アタッチメントの先端部に吊り荷を吊持したときの吊り荷重を演算する演算手段を備えた作業機械において、
前記演算手段に、作業アタッチメントに変更が有った場合に該変更に基づいて作業アタッチメントの荷重誤差を演算して補正する荷重誤差補正手段を設けるにあたり、
該荷重誤差補正手段は、
無荷重状態での作業アタッチメントの変更前後の荷重の差値を、予め設定される複数の基準姿勢にしたもので算出して演算し、これら演算した差値を平均化した値を誤差補正値とするように設定されていることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正装置。
【請求項2】
請求項1において、複数の基準姿勢は、アーム姿勢が水平、垂直、そしてこれを二等分する傾斜姿勢であることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正装置。
【請求項3】
機体に揺動自在に軸支されるブーム、および該ブームに揺動自在に軸支されるアーム、アームに揺動自在に軸支される作業具を備えた作業アタッチメントの先端部に吊り荷を吊持したときの吊り荷重を演算する演算手段を備えた作業機械において、
前記演算手段に、作業アタッチメントに変更が有った場合に該変更に基づいて作業アタッチメントの荷重誤差を演算し荷重誤差として補正するにあたり、
該荷重誤差としての補正は、
無荷重状態での作業アタッチメントの変更前後の荷重の差値を、予め設定される複数の基準姿勢にしたもので算出して演算し、これら演算した差値を平均化した値を誤差補正値とするものであることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械には、ブーム、アーム、バケットを装着した作業アタッチメントに変更が有った場合に、該変更に基づいて作業アタッチメントの荷重誤差を補正する装置および方法の技術分野に属するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、吊り作業をする作業機械として油圧ショベルが例示されるが、該油圧ショベルにおいては、基端部が機体本体に揺動自在に軸支されたブーム、該ブームの先端部に基端部が揺動自在に軸支されたアーム(スティック)、該アームの先端部に揺動自在に軸支された作業具としてのバケットから構成されたフロントアタッチメントが設けられるが、このようなフロントアタッチメントの作業の一つとして、重量のある吊り荷を吊り上げて別の場所に移動させる所謂吊り作業をすることがある。このような吊り作業において、ブームとアームが直線に近い姿勢で、かつバケットが地面に近い姿勢になると、機体本体には大きなモーメントが働き、機体が不安定になる惧れがある。
そこで、予め登録されるブーム、アーム等の重量や重心位置を基準にして吊り荷の吊り荷重を演算し、過負荷であることを認識すると警報を出力したり、ブーム、アーム等の作業アームの作業範囲を規制することで安全作業ができるようにしたものがある。
ところでユーザーの中には、作業に応じてバケットを交換したりブーム、アーム、バケットを補強したりして仕様変更するような場合があり、このような場合、仕様変更の前後で重量や重心位置が変わるため、吊り荷重を演算するにあたり、前記登録されている重量や重心位置を仕様変更に対応して補正することが好ましい。
【0003】
そこでこのような補正をするため、仕様変更前後においての吊り荷のない無負荷状態で得られたフロントアタッチメント単体の吊り荷重を算出し、この差(誤差)から実際の吊り荷重の誤差を補正するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照。)。
【特許文献1】特開2003−73078号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら前記誤差補正をするものは、ブーム、アーム、バケットの各重量および重心位置を求めるための未知数が多いため、前記変更後の重量等を算出するには少なくともブームやアームを四つの異なる姿勢にいちいち変姿させる必要があった。この結果、荷重誤差を算出するための作業が面倒かつ煩雑で準備に時間が掛かるといった問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項1の発明は、機体に揺動自在に軸支されるブーム、および該ブームに揺動自在に軸支されるアーム、アームに揺動自在に軸支される作業具を備えた作業アタッチメントの先端部に吊り荷を吊持したときの吊り荷重を演算する演算手段を備えた作業機械において、前記演算手段に、作業アタッチメントに変更が有った場合に該変更に基づいて作業アタッチメントの荷重誤差を演算して補正する荷重誤差補正手段を設けるにあたり、該荷重誤差補正手段は、無荷重状態での作業アタッチメントの変更前後の荷重の差値を、予め設定される複数の基準姿勢にしたもので算出して演算し、これら演算した差値を平均化した値を誤差補正値とするように設定されていることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正装置である。
請求項2は、請求項1において、複数の基準姿勢は、アーム姿勢が水平、垂直、そしてこれを二等分する傾斜姿勢であることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正装置である。
請求項3は、機体に揺動自在に軸支されるブーム、および該ブームに揺動自在に軸支されるアーム、アームに揺動自在に軸支される作業具を備えた作業アタッチメントの先端部に吊り荷を吊持したときの吊り荷重を演算する演算手段を備えた作業機械において、前記演算手段に、作業アタッチメントに変更が有った場合に該変更に基づいて作業アタッチメントの荷重誤差を演算し荷重誤差として補正するにあたり、該荷重誤差としての補正は、無荷重状態での作業アタッチメントの変更前後の荷重の差値を、予め設定される複数の基準姿勢にしたもので算出して演算し、これら演算した差値を平均化した値を誤差補正値とするものであることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正方法である。
【発明の効果】
【0006】
請求項1または3の発明とすることにより、誤差補正をするために求める未知数が少ないため、荷重誤差を算出するための作業を、少なく短時間で行うことができる。
請求項2の発明とすることにより、簡易に演算することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図1において、1は油圧ショベルであって、該油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、該下部走行体2に旋回自在に支持される上部旋回体3と、該上部旋回体3の前部に設けたフロントアタッチメントからなるが、該フロントアタッチメントは、上部旋回体3に基端部が支軸4aを介して前後揺動自在に軸支されるブーム4と、該ブーム4の先端部に基端部が支軸5aを介して揺動自在に軸支されるアーム5と、該アーム5の先端部に支軸6aを介して揺動自在に軸支されるバケット(作業具)6とを用いて構成されている。尚、図1においてCは操縦室となるキャブである。
【0008】
そしてバケット6は、後述するバケットシリンダ7のロッド先端がリンク8の作動支軸8aを介して連結され、バケットシリンダ7の伸縮作動に基づき支軸6aを揺動支点として揺動することになるが、本実施の形態では、前記作動支軸8aに吊り荷Hを係脱自在に係止するための吊り具(吊りフック)9が設けられている。
【0009】
ところで、上部旋回体3とブーム4とのあいだには、ブーム4を上下揺動させるべく伸縮するブームシリンダ10を備え、ブーム4とアーム5とのあいだには、アーム5を揺動させるべく伸縮するアームシリンダ11を備え、さらにアーム5とバケット6とのあいだには、バケット6を揺動させるべく伸縮するバケットシリンダ7を備えている。因みに、作業モードを吊り作業モードにした場合、バケットシリンダ7は、バケット6がアーム5に最も近接した姿勢(図1の姿勢)にロック保持されて伸縮しない設定になっている。
【0010】
また、後述するように吊り荷Hの荷重を測定するために、ブームシリンダ10にはロッド側油室の油圧検知をするロッド圧センサ10a、ボトム側油室の油圧検知をするボトム圧センサ10bが取り付けられ、さらにブーム支軸4aには上部旋回体3に対するブーム4の回動角度(ブーム角度:正確な演算をするには水平方向Xであることか好ましい)αを検知するためのブーム角度センサ12が取り付けられ、アーム支軸5aにはブーム4に対するアーム5の回動角度(アーム角度)βを検知するためのアーム角度センサ13が取り付けられている。
【0011】
14はコントローラであって、該コントローラ14は、前記ブーム角度センサ12、アーム角度センサ13、ロッド圧センサ10a、ボトム圧センサ10bから出力された検知角度、圧力の信号を入力し、該検知信号を入力したコントローラ14は、前記入力した検知信号に基づいてキャブCに備えたモニタ15に後述するような表示を実行するよう制御している。また図2における16は後述する荷重誤差の補正タスクを制御するようコントローラ14に信号を出力するための補正スイッチであり、17は後述するように補正演算タスクが制御されブーム4等が適当な姿勢になった状態で適宜測定をするよう信号を出力する測定スイッチである。尚、コントローラ14は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、CPU(中央演算処理装置)、メモリ(図示せず)等の各種電子電気機器を用いて構成されており、またメモリには、標準(工場出荷時に装備される標準のフロントアタッチメント)のブーム4、アーム5の部材座標(ブーム4、アーム5の長尺方向の長さ等のデータ)、重量、重心位置のデータが書き換え可能な状態で記憶されている。
【0012】
そして、コントローラ14は、前記ブーム角度センサ12、アーム角度センサ13等の検知信号に基づいて前記吊り荷Hの荷重を演算するように設定されているが、吊り荷重の演算制御について、図3に示すフローチャート図、図4に示す演算姿勢に基づいて次に説明する。
【0013】
まず、コントローラ14は、電源が投入されると前記メモリからブーム4、アーム5およびバケット6の部材座標、重量、重心位置データを読み込む(ステップS1)。因みに、ブームの重量には、アームシリンダ11、ブーム角度センサ12の重量等、各種部材の重量を含むものとし、また、アーム5の重量には、バケット6、バケットシリンダ7、リンク8等、各種部材の重量を含むものとする。
次いで、コントローラ14は、ブーム角度センサ12の信号からブーム角度α、アーム角度センサ13の信号からアーム角度β、ロッド圧センサ10aからロッド圧、ボトム圧センサ10bからボトム圧を読み込み、さらに補正スイッチ16、測定スイッチ17を読み込む(ステップS2)。
【0014】
続いて、コントローラ14は、補正スイッチ16からON信号が入力されたか否かを判断する(ステップS3)。該ステップS3の判断で「YES」の判断、つまり補正スイッチ16が操作されたと判断した場合に、コントローラ14は、後述する補正演算タスク(ステップS6)を実行することになり、補正演算タスクの処理が終了すると前述したステップS2の処理に移行する。一方、ステップS3の判断で「NO」の判断、つまり補正スイッチ16が操作されなかったと判断した場合、コントローラ14は、後述する吊り荷重演算タスク(ステップS4)の制御を出力して吊り荷Hの吊り荷重WGを求める。
【0015】
さらに、該吊り荷重演算タスクの処理が終了するとモーメントリミッタの演算タスク(ステップS5)を実行する。モーメントリミッタの演算タスクでは、例えば、吊り荷重演算タスクで求めた吊り荷重に基づいて油圧ショベル1に過負荷が掛かっているか否か、さらに作業範囲を規制する処理等の判断がされ、この判断の結果、過負荷である、または規制範囲を超えそうであると判断された場合、警報を鳴らす等の警告処理がなされる。そしてモーメントリミッタの演算タスクの処理が終了するとステップS2の処理に移行する。
【0016】
ここで、前記ステップ4における吊り荷重演算タスクの演算手順を、図4に示す図に基づいて説明する。
図4において、点Oはブーム支軸4aの軸芯であり、点Aはアーム支軸5aの軸芯である。また、点Bはブーム4の重心(ブーム4に設けられるアームシリンダ11等の各種部材の重量に基づいて求められる重心)位置を示すブーム部重心であり、点Cはアーム5とバケット6との重量を加算した重量に基づいて求められるアーム5の重心(アーム5とバケット6に設けられるバケットシリンダ7やリンク8等の各種部材の重量に基づいて求められる重心)位置を示すアーム部重心である。さらに点D、点Eはそれぞれブームシリンダ10のブーム4側支軸の軸芯、上部旋回体3側の支軸となる機体側シリンダ軸の軸芯であり、また点Fはブームシリンダ10の重心位置を示すシリンダ重心である。さらにまた、点Gは吊り具9に吊り荷Hを吊持した場合の吊り荷Hの作用点を示す吊り荷作用点である。因みに、前記部材の重心位置、作用点は、例えば、部材を油圧ショベル1に取り付ける前に計測することで値を知ることができる。
【0017】
また、図示しないが、演算式において頭文字に「L」のついた3文字からなる記号は、「L」に続く文字に該当する2点間の長さを示すものであり、例えば、LOAはブーム軸Oからアーム軸Aまでの長さである。
【0018】
さらに、前記ブーム角度αはブーム軸Oにおける水平方向(X軸方向)と直線OAとのブーム4の回転角度(ブーム角度)であり、アーム角度βはアーム軸Aにおける直線AOと直線AGとのなすアーム5の回転角度(アーム角度)であり、これら角度α、βは、ブーム角度センサ12、アーム角度センサ13から求められる。また、αABはブーム軸Oにおける直線OBと直線OAとのなす角度であり、αXEはブーム軸OにおけるX軸と直線OEのなす角度であり、αBDはブーム軸Oにおける直線ODと直線OBとのなす角度であり、βCGはアーム軸Aにおける直線ACと直線AGとのなす角度であるが、これらの角度αAB、αXE、αBD、βCGは、ブーム等の揺動により変動しない固定値であり、計測すること等により求まる。
【0019】
さらにまた、Wbmはブーム4の重量であり、Wamはアーム5の重量であり、Wbm、Wamの重量は、機体取り付け前に計測することにより求められ、前述のように、これらの値の標準のものは予めメモリに記憶されている。
またさらに、Fbmは、ブームシリンダ10の推力であり、ロッド圧センサ10a、ボトム圧センサ10bで検知したロッド圧、ボトム圧に基づいて求めることができる。
【0020】
そして、これらの値から油圧ショベル1の吊り荷重を求めるための演算式について説明する。
まず、油圧ショベル1に吊り荷Hを吊らない無負荷状態のブーム軸O回りのモーメントMbmO、つまりブーム4、アーム5によるブーム軸O回りのモーメントMbmOについて、
MbmO=Wbm・LOB・cos(α+αAB)+Wam・{LOA・cosα+LAC・cos(π−α−β−βCG)} −−−式(1)
が成り立ち、MbmOの値を求めることができる。
【0021】
そして、油圧ショベル1に吊り荷Hを吊った状態のブームシリンダ10の推力Fbmによるブーム軸O回りのモーメントMbma、つまりブーム4、アーム5、吊り荷Hによるブーム軸O回りのモーメントMbmaは、
Mbma=Fbm・LOF −−−式(2)
と表すことができる。因みに、LOFは未知数であるが、計測可能なLOD、LDE、LOEを基に以下の式(3)、式(4)、式(5)から演算することが可能であり、演算したLOFの値を式(2)に代入してMbmaの値を求めることができる。
【0022】
LOF=LOD・cosγ −−−式(3)
γ=cos−1{LOD+LDE−LOE/2・LOD・LDE −−−式(4)
LDE={LOD+LOE−2・LOD・LOE・cos(α+αAB+αBD+αXE)}1/2 −−−式(5)
【0023】
続いて、吊り荷Hの吊り荷重WGとブーム軸O回りとのモーメントMgの関係は、
Mg=WG{LOA・cosα+LAG・cos(π−α−β)} −−−式(6)
と表すことができる。
【0024】
また、吊り荷重WGのモーメントMgは、ブーム4、アーム5、吊り荷HのモーメントMbmaとブーム4、アーム5のモーメントMbmOとの差として以下の式(7)が成り立つ。
Mg=Mbma−MbmO −−−式(7)
【0025】
これらの式(6)、式(7)より
WG=(Mbma−MbmO)/{LOA・cosα+LAG・cos(π−α−β)} −−−式(8)
が成り立つ。
【0026】
そして、該式(8)に、式(2)〜式(5)で求めたMbmaの値と、式(1)で求めたMbmOの値とを代入して吊り荷重WGを求めて演算を終了する。
【0027】
ところで、前記ステップS6に示した補正演算タスクの制御について、図5に示すフローチャート図に基づいて説明する。因みに、本実施の形態の補正演算タスクは、油圧ショベル1を三つの姿勢に変姿させ、それぞれの姿勢で検知または求めた値に基づいて荷重誤差を補正するものである。
【0028】
まず、コントローラ14は、補正演算タスクに入るとカウンタの設定を行うが、該カウンタは、初期値である「1」に設定される(ステップS7)。次いで、コントローラ14は、ブーム角度α、アーム角度β、ロッド圧、ボトム圧を読み込む(ステップS8)。
【0029】
続いて、コントローラ15は、現在のカウンタの設定を判断する(ステップS9)。前述のようにカウンタが初期値「1」であった場合、設定が「1」であると判断され、油圧ショベル1を所定の第一姿勢に変姿させて各測定をするための第一姿勢演算タスクを実行するように出力し(ステップS10)、第一姿勢演算タスクが終了するとステップ8の処理に移行するようになっている。因みに、本実施の形態のカウンタの設定は1〜4まであり、設定が「2」であると判断された場合、油圧ショベル1を所定の第二姿勢に変姿させて各測定をするための第二姿勢演算タスクを制御するように出力し(ステップS11)、また設定が「3」と判断された場合、所定の第三姿勢で測定を行う第三姿勢演算タスクを制御するように出力され(ステップS12)、それぞれ処理が終了するとステップ8の処理に移行することになる。これに対して、カウンタの設定が「4」と判断された場合には、第一姿勢演算タスク、第二姿勢演算タスク、第三姿勢演算タスクで測定した値に基づいてブーム4とアーム5の重量誤差を演算して荷重誤差を補正するための荷重誤差補正演算タスクの制御が出力されることになり(ステップ13)、該荷重誤差補正演算タスクが終了するとモニタ17に荷重誤差の補正が終了した旨を表示し(ステップ14)、補正演算タスクを終了しステップ2の処理に移行する。
【0030】
そして、詳細は後述するが、第一、第二、第三姿勢演算タスクでは、処理の途中でカウンタの設定を1増やす処理がなされるように制御されており、各演算タスクの終了後、ステップ8を経てステップ9に移行することになるが、ここでカウンタの設定の判断は、前回ステップ9で判断された設定よりも1大きい設定であるとの判断がなされることになる。この結果、補正演算タスクが実行されると第一姿勢演算タスク、第二姿勢演算タスク、第三姿勢演算タスクの順で処理がなされた後、荷重誤差補正演算タスクの処理をするように制御されている。
【0031】
ここで、前記第一、第二、第三姿勢演算タスクの処理(ステップ10、11、12)について図6に示すフローチャート図に基づいて説明するが、第二姿勢演算タスク、第三姿勢演算タスクの処理と、第一姿勢演算タスクの処理とは、測定する油圧ショベル1の姿勢が異なるだけであるので、第二、第三姿勢演算タスクの処理の説明は省略する。
【0032】
第一姿勢演算タスクが実行されると先ずモニタ15に、無負荷にする旨、第一姿勢に操作する旨の表示がなされる。因みに、本実施の形態の第一姿勢は図7に実線で示すように、アーム5を略垂直に垂下させた状態であり、第二姿勢は図7に二点鎖線で示すように、ブーム4を第一姿勢と同じ姿勢に維持(固定)させたままでアーム5を略水平にした状態であり、さらに第三姿勢は、ブーム4を第一姿勢と同じ姿勢に維持させたままでアーム5が第一姿勢と第二姿勢との揺動方向略中間位置に位置させた姿勢である。
尚、モニタ15には、第一姿勢に操作する旨の表示と合わせて、第一姿勢にするための操作を、画面表示や音声でアドバイスしても良い、さらに画面上でブーム4、アーム5等の現在の姿勢と、第一姿勢との誤差が視覚で分かるようにしても良い。
【0033】
次いで、コントローラ14は、ブーム4、アーム5が第一姿勢になったか否かを判断する(ステップ16)。尚、所定の姿勢になったかどうかの判断は、前記ブーム角度センサ13、アーム角度センサ14からの信号、部材座標データ等により判断することができる。そしてステップ16で「NO」、つまり第一姿勢になっていないと判断された場合、ステップ15の処理に移行され、以降、ステップ16で「YES」つまり第一姿勢であると判断されるまで、これらのタスクが循環されることになる。一方、ステップ16で「YES」の判断がなされると、モニタ15に第一姿勢になった旨、これに続いて測定スイッチ19の操作を促すためのメッセージを表示する(ステップ17)。
【0034】
続いて、コントローラ14は、測定スイッチ17からON信号を受信したか否かを判断する(ステップ18)。この判断で「NO」の判断がなされた場合、つまり測定スイッチ17を操作しなかったと判断された場合、ステップ17の処理に移行するようになっている。一方ステップ18でコンローラ15が「YES」の判断、つまり測定スイッチ17を操作したと判断すると、吊り荷Hを吊らない状態で前述の吊り荷重演算タスクの演算を行って吊り荷重(荷重誤差)ΔWG1を演算し、メモリ等に記憶する制御を実行する(ステップ19)。荷重誤差ΔWG1は、ブーム4、アーム5の重量が設定されてから変化が無い場合、ゼロになるが、ブーム4、アーム5を補強する等して重量に変化が生じた場合、荷重誤差ΔWG1(点Gを作用点として演算された値)が算出される。
【0035】
これに続いてコントローラ14は、第一姿勢のブーム角度センサ12からブーム角度α、アーム角度センサ13からアーム角度βの信号をメモリ等に記憶するよう制御し(ステップ20)、さらにカウンタの設定値を1増やす制御をして第一姿勢演算タスクを終了するが、第一演算タスクは、終了するとステップ8の処理に移行するようになっている。
【0036】
ここで、ステップS13における荷重誤差補正演算タスクの演算手順を、図4に示す図に基づいて説明する。尚、該演算は、無負荷の荷重誤差を基にブーム4とアーム5との重量誤差を導いた上で、荷重誤差を補正するものである。
まず、荷重誤差ΔWGによるブーム軸O回りのモーメント誤差であるΔMbmは、
ΔMbm=ΔWG・{LOA・cosα+LAG・cos(π−α−β)} −−−式(9)
と表すことができる。
【0037】
また、式(9)のモーメント誤差ΔMbmは、ブーム4の重量変化による重量誤差をΔWbmとし、アーム5の重量変化による重量誤差をΔWamとすると、ブーム4、アーム5の重量変化によるブーム軸O回りのモーメントの誤差であり、
ΔMbm=ΔWbm・Xbm+ΔWam・Xam −−−式(10)
と表すことができる。
【0038】
因みに、Xbm、Xamはそれぞれ、ブーム軸Oからブーム重心Bに至るX軸方向の長さ、ブーム軸Oからアーム重心Cに至るX軸方向の長さであって、次式で表すことができる。
Xbm=LOB・cos(α+αab) −−−式(11)
Xam={LOA・cosα+LAC・cos(π−α−β−βcg)} −−−式(12)
尚、式(12)の「βcg」の角度は、微小であり「βcg≒0」であるため、以降、ゼロとして演算する。
【0039】
ここで、式(9)、式(10)に、ステップS10、ステップS11、ステップS12で算出されたブーム4およびアーム5の荷重誤差ΔW、ブーム角度α、アーム角度βをそれぞれ代入して未知数であるブーム4、アーム5の重量誤差ΔWbm、ΔWamを演算することになる。
【0040】
尚、α1、β1、Xbm1、Xam1、ΔWG1、ΔMbm1はそれぞれ第一姿勢におけるブーム角度、アーム角度、ブーム軸Oからブーム重心Bに至るX軸方向の長さ、ブーム軸Oからアーム重心Cに至るX軸方向の長さ、モーメント誤差、荷重誤差であり、これらは、第二、第三姿勢における場合において、第一姿勢で符号を「1」とした部分が、「2」または「3」に変わること以外、略同様であるため説明は省略する。
【0041】
まず第一姿勢における値を代入することになるが、第一姿勢では、アーム5が略垂下姿勢であって「π−α1−β1=90°」であるため「cos(π−α1−β1)=0」になることを考慮して演算すると、
ΔMbm1=ΔWG1・LOA・cosα1 −−−式(13)
ΔMbm1=ΔWbm・Xbm1+ΔWam・Xam1 −−−式(14)
Xbm1=LOB・cos(α1+αab) −−−式(15)
Xam1=(LOA・cosα1) −−−式(16)
の式が得られる。
【0042】
第二姿勢における値を代入する場合、アーム5が略平行姿勢であって、「π−α2−β2=0°」であるため、「cos(π−α2−β2)=1」になることを考慮して演算すると、
ΔMbm2=ΔWG2・LOA・cosα2+LAG −−−式(17)
ΔMbm2=ΔWbm・Xbm2+ΔWam・Xam2 −−−式(18)
Xbm2=LOB・cos(α2+αab) −−−式(19)
Xam2=LOA・cosα2+LAC −−−式(20)
の式が得られる。
【0043】
因みに、ブーム4は、前述したように第一姿勢と第二姿勢とで同じ姿勢が維持されているため、Xbm1=Xbm2である。
そして、式(18)から式(14)を引くと
ΔMbm2−ΔMbm1=ΔWam(Xam2−Xam1) −−−式(21)
の式が得られ、これを整理すると、
ΔWam=(ΔMbm2−ΔMbm1)/(Xam2−Xam1) −−−式(22)
これにより、アーム5の重量誤差ΔWamが求まる。因みに、Xam1、Xam2は、ブーム角度センサ12のブーム角度の検知により求めることができ、ΔMbm1、ΔMbm2は、適宜姿勢で吊り荷重演算タスクで演算した荷重誤差を式(13)、式(17)に代入すれば求めることができる。
【0044】
前記式(13)から式(22)までの手順にしたがって第一姿勢と第三姿勢、第二姿勢と第三姿勢についてそれぞれアーム重量誤差ΔWamを求め、これら複数(三つ)のアーム重量誤差ΔWamを平均してアーム重量平均誤差ΔWammを求めることができる。
【0045】
一方、ブーム重量誤差ΔWbmは、アーム重量平均誤差ΔWammを用い、式(10)を変形すれば、次の式で求めることができる。
ΔWbm=(ΔMbm−ΔWamm・Xam)/Xbm −−−式(23)
式(23)から第一姿勢、第二姿勢、第三姿勢についてブーム重量誤差ΔWbmの値を求め、これらブーム重量誤差ΔWbmを平均してブーム重量平均誤差ΔWbmmを求めることができる。
【0046】
そして、ブーム重量平均誤差ΔWbmm、アーム重量平均誤差ΔWammに基づいて、吊り荷重演算タスクのブーム4の重量Wbmと、アーム5の重量Wamとを補正することで、荷重誤差ΔWGの値を略ゼロに調整した状態で吊り荷Hの荷重WGを測定することができる。
【0047】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、荷重誤差の補正方法は、第一姿勢、第二姿勢、第三姿勢の各姿勢で測定された無負荷状態での吊り荷重である荷重誤差ΔWGに基づいて、ブーム4の重量誤差ΔWbmとアーム5の重量誤差ΔWamを導いてなされており、求める未知数を少なくしたため、従来よりも少ない三姿勢での測定により実行することができる。この結果、簡易な手続で荷重誤差ΔWGの補正をすることができる。しかも前記三姿勢は、ブーム4を固定した状態でアーム5を変姿してなされるので、これによっても荷重誤差ΔWGの補正の手続を簡易にすることができる。
【0048】
また、この方法は、複数の重量誤差ΔWbm、ΔWamを算出し、これらを平均した重量平均誤差ΔWamm、ΔWbmmを基に荷重誤差を補正しているので、吊り荷Hの荷重を精度良く測定することができる。
また、油圧ショベル1の前記姿勢は、水平姿勢、垂下姿勢を含むので、三角関数(特に、cosの値)で算出するにあたって算出し易く、またアーム5を操作して姿勢を合わせるための操作が容易なものとしている。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】吊り荷を吊った状態の油圧ショベルの側面の概略図である。
【図2】コントローラへの入出力を示すブロック図である。
【図3】荷重誤差の補正制御を含む吊り荷重測定の制御方法を示すフローチャート図である。
【図4】油圧ショベルのモーメントを説明するための説明図である。
【図5】補正演算タスクの制御方法を示すフローチャート図である。
【図6】第一姿勢演算タスクの制御方法を示すフローチャート図である。
【図7】荷重誤差の補正制御を制御するあたり、油圧ショベルの変姿姿勢を示した側面から見た概略図である。
【符号の説明】
【0050】
1 油圧ショベル
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
9 吊り具
10 ブームシリンダ
H 吊り荷
O ブーム軸
A アーム軸
B ブーム部重心
C 吊りアーム部重心
D ブーム側シリンダ軸
E 機体側シリンダ軸
F シリンダ重心
G 吊り荷作用点
α ブーム角度
β アーム角度
WG 吊り荷重
ΔWG 荷重誤差
ΔWam アーム重量誤差
ΔWbm ブーム重量誤差
ΔWamm アーム重量平均誤差
ΔWbmm ブーム重量平均誤差
【出願人】 【識別番号】000190297
【氏名又は名称】新キャタピラー三菱株式会社
【出願日】 平成18年8月4日(2006.8.4)
【代理人】 【識別番号】100085394
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 哲夫


【公開番号】 特開2008−37562(P2008−37562A)
【公開日】 平成20年2月21日(2008.2.21)
【出願番号】 特願2006−213005(P2006−213005)