JP6723184B2 - 稼働データ記憶装置 - Google Patents

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Description

本発明は、鉱山用作業機械の稼働データ記憶装置に関する。
特許文献1には、鉱山機械に関する事故の発生前後の映像と車体制御データとをロギングするシステムが示されている。ここでは建設機械に装着したカメラを用いて障害物を検知し、その検知結果と電子地図とを比較して、その比較結果から映像と車体制御データとをロギングする例が示されている。
米国特許第8473143号明細書
鉱山内で稼働する油圧ショベルでは、例えばベンチカット公法時における転落事故の事故原因の解析や、生産性の向上に向けて稼働状況を解析するために、油圧ショベルの稼働状況を示すセンサデータをロギングしたいという要望がある。一方で、一般的にデータの記憶装置には記憶容量限界があるので、油圧ショベルの稼働中の全時間に亘るセンサデータを記憶することは難しい。
特許文献1のロギングシステムは、障害物の検知結果と電子地図との比較結果を基にロギングを行うが、油圧ショベルに関して上記解析のための稼働データのロギングを開始するにあたり、障害物の有無は必ずしも関係しないので、特許文献1のロギング技術を油圧ショベルの稼働状況の解析のためのロギング技術にそのまま適用することはできず、上記要望に応えられないという課題が残る。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、鉱山用作業機械の稼働データのロギングに適した技術を提供することを目的とする。
本発明は、鉱山用作業機械の稼働データを記憶する稼働データ記憶装置であって、前記鉱山用作業機械は、前記鉱山用作業機械のピッチ角を検出するピッチ角検出センサ、及び前記鉱山用作業機械のロール角を検出するロール角検出センサの少なくとも一つを備え、前記鉱山用作業機械のオペレータによる操作部材の操作量を示す操作量データ、及び前記操作量に応じ動作する動作部材の動作量を示す動作量データを含む稼働データを一時的に記憶する揮発性記憶部と、前記稼働データの消去の指示があるまで記憶し続ける不揮発性記憶部と、前記揮発性記憶部又は前記不揮発性記憶部に前記稼働データを書き込む書込み処理部と、前記稼働データの書込み先を前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部に切り替えさせる退避記憶信号を出力する退避記憶判定部と、を備え、前記書込み処理部は、前記退避記憶信号を取得すると前記揮発性記憶部に一時記憶された前記稼働データを読み出して前記不揮発性記憶部に書き込むとともに、前記退避記憶信号を取得した後に新たに取得した稼働データを前記不揮発性記憶部に書き込み、前記退避記憶判定部は、前記ピッチ角検出センサが検出したピッチ角と前記鉱山用作業機械が転倒したと判定するために予め設定されたピッチ角転倒閾値とを比較する第1比較器、及び当該第1比較器の比較結果に応じて前記退避記憶信号を出力する第1退避記憶信号出力器を含む第1転倒判定部、及び前記ロール角検出センサが検出したロール角と前記鉱山用作業機械が転倒したと判定するために予め設定されたロール角転倒閾値とを比較する第2比較器、及び当該第2比較器の比較結果に応じて前記退避記憶信号を出力する第2退避記憶信号出力器を含む第2転倒判定部、のうちの少なくとも1つと、前記操作量、及び前記動作部材が制約を受けないときの前記操作量に対応する動作量の許容範囲を規定した標準操作データを記憶する標準操作データ記憶部と、取得した前記動作量データで示される前記動作量と、取得した前記操作量データで示される前記操作量に対応する前記動作量の許容範囲とを比較する第3比較器と、前記動作量が前記動作量の許容範囲を逸脱するとの前記第3比較器での比較結果に応じて、前記退避記憶信号を出力する第3退避記憶信号出力器を含む操作監視部、とを含んで構成される、ことを特徴とする。
本発明によれば、鉱山用作業機械の稼働データのロギングに適した技術を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
油圧ショベルの外観図 油圧ショベルの内部構成を示すブロック図 稼働データ記憶装置の機能構成を示すブロック図 標準操作データの一例を示す図 稼働データ記憶装置の動作フロー(前半)を示すフローチャート 稼働データ記憶装置の動作フロー(後半)を示すフローチャート
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
本実施形態は、油圧ショベルがベンチカット工法時におけるベンチからの転落事故の事故解析に有用な稼働データをロギングする実施形態である。まず、図1、図2を参照して油圧ショベルの外力構成について説明する。図1は、油圧ショベルの外観図である。図2は、油圧ショベルの内部構成を示すブロック図である。
図1に油圧ショベル10の構成を示す。図1に示すように、油圧ショベル10は左右一対のクローラを備えた下部走行体11、及び該下部走行体11に旋回自在に支持される上部旋回体12、及び該上部旋回体12に取り付けられるキャブ13及び該上部旋回体12に取り付けられたフロント作業機械を備える。フロント作業機械は、上部旋回体12に対して上下揺動自在に支持されるブーム14、該ブーム14に上下揺動自在に支持されるアーム15、該アーム15に揺動自在に支持されるバケット16を含む。また下部走行体11を用いた走行動作、上部旋回体12の旋回動作、及びブーム14、アーム15、バケット16の揺動動作を各々実施するために、アクチュエータである図示しない油圧モータや油圧シリンダを備えている。油圧モータは旋回動作等のために備えられ、油圧シリンダはブーム14等の揺動動作のために備えられている。なお、ここでは油圧式を想定したがそれに拘るものでなく、例えば電動モータやリニアアクチュエータなど電動式でもよい。
キャブ13には図2に示す右レバー17及び左レバー18からなる操作レバーが備えられる。右レバー17の前後操作でブーム14の下げ、上げ、左右操作でバケット16の下げ、上げ、左レバー18の前後操作でアーム15の押し出し、引き込み、左右操作で上部旋回体12の左旋回又は右旋回する。
鉱山内で稼働する油圧ショベルは自重が100トン以上のいわゆる超大型ショベルであり、操作レバーの操作量に対応した電気信号に変換して出力するポテンショメータからの操作信号で電磁比例弁を駆動し、この電磁比例弁から出力したパイロット圧によりコントロールバルブを駆動する電気レバー式の操作レバーを用いるのが一般的である。したがってポテンショメータから出力される操作信号は、電磁比例弁から出力されるパイロット圧信号に対応している。また電気レバーはその操作方向に応じたポテンショメータを予め内蔵しており、ポテンショメータの信号が出力されるようになっているのが一般的である。
電気操作レバーとしての右レバー17及び左レバー18が操作されると、各レバーの操作量を示すパイロット圧信号がECU(Engine Control Unit)20に出力される。以下では、右レバーの前後操作量に応じたパイロット圧を示す第1ポテンショメータ17Aから出力される第1操作信号、左右操作量に応じたパイロット圧を示す第2ポテンショメータ17Bから出力される第2操作信号、左レバーの前後操作量に応じたパイロット圧を示す第3ポテンショメータ18Aから出力される第3操作信号、左右操作量に応じたパイロット圧を示す第4ポテンショメータ18Bから出力される第4操作信号という。
第1操作信号から第4操作信号の其々は、ECU20経由で第1電磁比例弁21A、第2電磁比例弁22A、第3電磁比例弁23A、及び第4電磁比例弁24Aの其々に入力される。そして、第1電磁比例弁21A、第2電磁比例弁22A、第3電磁比例弁23A、及び第4電磁比例弁24Aの其々は、第1操作信号から第4操作信号の其々に応じたパイロット圧を生成し、生成された其々のパイロット圧がブームコントロールバルブ21、バケットコントロールバルブ22、アームコントロールバルブ23、及び旋回モータコントロールバルブ24の其々に出力される。これにより各コントロールバルブを介して不図示の旋回モータ、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを含む各油圧アクチュエータにオペレータの操作内容が伝達される。
油圧ショベル10は、ブーム角度センサ31、バケット角度センサ32、アーム角度センサ33、及び上部旋回体角度センサ34を備え、これらの各センサが検出したブーム角信号、バケット角信号、アーム角信号、及び旋回角信号はECU20に出力される。
バケット角及びバケット寸法を基に図1に示すバケット先端回転半径を算出することができる。また、ブーム長、アーム長、バケット寸法、ブーム角、アーム角、及びバケット先端回転半径を用いてベンチ高を算出することができる。これらのバケット先端回転半径やベンチ高を解析することで、油圧ショベルの稼働状況を検証することができる。
ブーム角、バケット角、アーム角、及び旋回角は、ブーム、バケット、アーム、及び上部旋回体の実際の稼働量を示す。これに対して、第1操作信号から第4操作信号は、オペレータが油圧ショベル10を稼働させるために入力した操作量を示す。ブーム、バケット、アーム、及び上部旋回体が動きの制約を受けない場合には操作量と実際の稼働量とは対応するが、例えばバケットが既に固い地面に接触している状態で更なる下げ(クラウド)ができない状態であるにも関わらず、オペレータが右レバーを左に倒し続けると、操作量に対してバケット角が変化せず、操作量に対するバケット角の応答性が低下する。このように、操作量と実際の稼働量とは必ずしも一致しないので、不一致のレベルを観測して稼働データを退避記憶してもよい。これについては後述する。以下では、第1操作信号から第4操作信号を総称した操作量データといい、ブーム角信号、バケット角信号、バケット角信号、及び旋回角信号を総称して動作量データという。また操作量データと動作量データを総称して稼働データという。
油圧ショベル10は、姿勢検出センサとしてピッチ角検出センサ41及びロール角検出センサ42が備えられる。ピッチ角検出センサ41が検出したピッチ角検出信号、及びロール角検出センサ42が検出したロール角検出信号は、ECU20に出力される。以下では、ピッチ角検出信号及びロール角検出信号を総称して姿勢データという。
ECU20には、稼働データを通常時は揮発性記憶部に一時的に記憶し、退避記憶が必要と判定された場合に揮発性記憶部に記憶された稼働データを不揮発性記憶部に書き込むとともに、それ以後にECU20から取得した稼働データは不揮発性記憶部に記憶する稼働データ記憶装置50が接続される。稼働データ記憶装置50は、ECU20の不図示の外部装置I/F、例えばUSBポートに外付けされる装置として構成されてもよいし、ECU20の一機能として構成されてもよい。本実施形態では、外付けされる装置として説明する。
稼働データ記憶装置50は、CPU(Central Processing Unit)501、RAM(Random Access Memory)502、ROM(Read Only Memory)503、HDD(Hard Disk Drive)504、I/F505、バス506を含む。そして、CPU501、RAM502、ROM503、HDD504、及びI/F505がバス506を介して接続されて構成される。I/F505を介して稼働データ記憶装置50はECU20に接続される。RAM502は揮発性記憶部であり、HDD504は、データの消去の指示があるまで書き込まれた稼働データを記憶し続けるので不揮発性記憶部に相当する。不揮発性記憶部はHDDの他、EPPROMでもよい。である。
図3を参照して稼働データ記憶装置の機能構成について説明する。図3は、稼働データ記憶装置の機能構成を示すブロック図である。
稼働データ記憶装置50は、ピッチ角を基に油圧ショベル10の転倒判定処理を実行する第1転倒判定部510、ロール角を基に油圧ショベル10の転倒判定処理を実行する第2転倒判定部520、標準操作データからの乖離量を基に退避記憶の要否を判定する操作監視部530、稼働データの書き込み処理及び書込み先の切替を行う書込み処理部540、及びデータ取得部550を備える。更にRAM502内には、書込み先フラグ格納領域5021及び稼働データ一時記憶領域5022が設けられる。HDD504内は、稼働データ記憶領域5041が設けられる。第1転倒判定部510、第2転倒判定部520、操作監視部530は、稼働データの書込み先を揮発性記憶部(RAM)から不揮発性記憶部(HDD)に切り替えさせる退避記憶信号を出力するので退避記憶判定部に相当する。
第1転倒判定部510は、油圧ショベル10が転倒したと判定するために設定されたピッチ角転倒閾値を記憶するピッチ角転倒閾値記憶部511と、ECU20から取得したピッチ角とピッチ角転倒閾値とを比較する第1比較器512と、第1比較器512の比較結果を受けて退避記憶信号を書込み処理部540に出力する第1退避記憶信号出力器513とを含む。第1比較器512及び第1退避記憶信号出力器513は、別体の回路として構成されてもよいし、第1転倒判定部510をソフトウェアとそれを実行するCPUとで構成する場合には、第1比較器512の機能を実現するソフトウェアとこれを実行するCPU501との組み合わせ、及び第1退避記憶信号出力器513の機能を実現するソフトウェアとこれを実行するCPU501との組み合わせとして構成されてもよい。
第2転倒判定部520は、油圧ショベル10が転倒したと判定するために設定されたロール角転倒閾値を記憶するロール角転倒閾値記憶部521と、ECU20から取得したロール角とロール角転倒閾値とを比較する第2比較器522と、第2比較器522の比較結果を受けて退避記憶信号を書込み処理部540に出力する第2退避記憶信号出力器523とを含む。
操作監視部530は、標準的な操作量とそれに対するフロント作業機や上部旋回体等の動作部材をどう支えるための標準入力操作の内容を示す標準操作量、及びその動作部材が制約を受けない状況で動作したときの標準動作量を規定した標準操作データを記憶する標準操作データ記憶部531と、ECU20から取得した各稼働データとそれに対応する標準操作データとのマッチング処理を行う第3比較器532と、第3比較器532の比較結果を受けて退避記憶信号を書込み処理部540に出力する第3退避記憶信号出力器533とを含む。
図4は標準操作データの一例を示す図である。図4は、バケット操作信号と、バケットの回転が制約を受けない状況でのバケット角との関係を規定した標準操作データである。図4のうち点線と実線によって囲まれた範囲は、標準操作データからの乖離量があっても正常操作と見做す許容範囲を示す。稼働データが許容範囲から逸脱する場合、例えば図4の×印の点にある場合は、異常操作が行われていると判定される。
図5及び図6を参照して稼働データの記憶方法について説明する。図5は稼働データ記憶装置の動作フロー(前半)を示すフローチャートである。図6は稼働データ記憶装置の動作フロー(後半)を示すフローチャートである。
油圧ショベル10のエンジンを始動すると、ECU20及び稼働データ記憶装置50の主電源が投入されるともに、油圧ショベル10に搭載された各センサが検出処理を開始する。稼働データ記憶装置50のデータ取得部550は、ECU20を介して稼働データ、及び姿勢データを取得する(S101)。
書込み処理部540は稼働データの書込み先を指定した書込み先フラグの値を参照する。書込み先フラグは稼働データの記憶先を示すフラグであり、例えばフラグの値が「0」であればRAMが書込み先であり、フラグの値が「1」であればHDDが書込み先であると決めておく。書込み先フラグは、RAM502の書込み先フラグ格納領域5021に格納される。稼働データの書込み先がRAM502でない、即ちHDD504であれば(S102/No)、ステップS115へ進む。
稼働データの書込み先がRAM502であれば(S102/Yes)、書込み処理部540は、RAM502のワーク領域内に予め設けた稼働データ一時記憶領域5022に、取得した稼働データを書き込む(S103)。その際の書込み処理は稼働データの取得時系列が古いものから順に新しい稼働データを上書きしてもよい。そして稼働データ一時記憶領域5022に空き容量がなくなった場合にはFIFO(First In, First Out)により最も古い稼働データから順次削除する。
第1転倒判定部510の第1比較器512は、ECU20経由でピッチ角を取得し(S104)、ピッチ角転倒閾値記憶部511から読み出したピッチ角転倒閾値を比較する。取得したピッチ角がピッチ角転倒閾値未満であれば(S105/No)、ステップS113へ進む。
取得したピッチ角がピッチ角転倒閾値以上であれば(S105/Yes)、第1比較器512は比較結果信号を第1退避記憶信号出力器513に出力する。これを受けて第1退避記憶信号出力器513は退避記憶信号を生成し、書込み処理部540へ出力する(S106)。
第2転倒判定部520の第2比較器522は、ECU20経由でロール角を取得し(S107)、ロール角転倒閾値記憶部521から読み出したロール角転倒閾値を比較する。取得したロール角がロール角転倒閾値未満であれば(S108/No)、ステップS113へ進み、ロール角転倒閾値以上であれば(S108/Yes)、第2比較器522は比較結果信号を第2退避記憶信号出力器523に出力する。これを受けて第2退避記憶信号出力器523は退避記憶信号を生成し、書込み処理部540へ出力する(S109)。
操作監視部530は、稼働データを解析し、オペレータの操作が基準操作から逸脱しないかを監視する。稼働データを解析として、例えばバケット操作を監視する際は、第3比較器532はバケット操作量及びバケット角度を規定した標準操作データを、標準操作データ記憶部531から読み出しマッチング処理を行う(S110)。オペレータの操作量とその時のバケット角度が図4の標準操作データ線(L1)上及びそれを含む標準操作データ線(L1)から予め定めた許容範囲内にあるかを判定し、許容範囲以内であれば(S111/Yes)、ステップS113へ進み、許容範囲外であれば(S111/No)、その判定結果を第3退避記憶信号出力器533に出力する。第3退避記憶信号出力器533は退避記憶信号を生成し、書込み処理部540へ出力する(S112)。
書込み処理部540は退避記憶信号を取得しなければ(S113/No)、ステップS101へ戻り、稼働データの一時記憶を継続する(S102/Yes、S103)。
書込み処理部540が退避記憶信号を取得すると(S113/Yes)、稼働データの書込み先をRAM502からHDD504に切り替える(S114)。具体的には、書込み処理部540は、書込み先フラグ格納領域5021のフラグの値を「1」に書き換える。
そして書込み処理部540は、稼働データ一時記憶領域5022に一時記憶されている稼働データのうち、退退避記憶信号を取得した時点よりも前にRAM502に一時記憶された稼働データを読み出してHDD504へ書き込む(S115)。
稼働データの記憶終了処理が実行されれば(S116/Yes)、稼働データの書込み処理を終了し、実行されなければ(S116/No)、S101へ戻り処理を繰り返す。
次に新たな稼働データを取得すると(S101)、書込み処理部540は書込み先フラグ格納領域5021のフラグを参照し、稼働データの書込み先はHDD504であると決定する(S102/No)。そして、ステップS115において、取得した稼働データをHDD504に書き込む(S115)。
本実施形態によれば、通常稼働時は油圧ショベルの稼働データを揮発性記憶部に一時的に記憶し、後程稼働データの解析が必要になると想定される場合、例えば油圧ショベルの転倒や故障原因につながる操作がされた場合は、オペレータの入力操作を示す操作データ及びそのときの油圧ショベルの動きを示す稼働データとを不揮発性記憶部に退避記憶させることができる。これにより、不揮発性記憶部の記憶容量に制約があっても、必要な稼働データを記録することができる。
上記実施形態は、本発明を限定する趣旨ではなく、様々な変更態様も本発明に含まれる。例えば、上記では転倒判定処理にピッチ角及びロール角のそれぞれを転倒閾値と比較したが、比較はどちらか一つでもよい。またピッチ角の転倒判定結果とロール角の転倒判定結果とを用いてAND処理を行い、転倒判定を行ってもよい。
また上記では、転倒判定処理と操作監視処理とを併用して退避記憶の必要性を判定したが、どちらか一つでもよい。
更に上記では鉱山用作業機械の例として油圧ショベルを用いて説明したが、ホイールローダ等でもよい。その場合、稼働データもブーム角、アーム角等ではなく、その鉱山用作業機械の稼働状況を示すデータを用いてもよい。
10:油圧ショベル(鉱山機械)
50:稼働データ記憶装置

Claims (2)

  1. 鉱山用作業機械の稼働データを記憶する稼働データ記憶装置であって、
    前記鉱山用作業機械は、前記鉱山用作業機械のピッチ角を検出するピッチ角検出センサ、及び前記鉱山用作業機械のロール角を検出するロール角検出センサの少なくとも一つを備え、
    前記鉱山用作業機械のオペレータによる操作部材の操作量を示す操作量データ、及び前記操作量に応じ動作する動作部材の動作量を示す動作量データを含む稼働データを一時的に記憶する揮発性記憶部と、
    前記稼働データの消去の指示があるまで記憶し続ける不揮発性記憶部と、
    前記揮発性記憶部又は前記不揮発性記憶部に前記稼働データを書き込む書込み処理部と、
    前記稼働データの書込み先を前記揮発性記憶部から前記不揮発性記憶部に切り替えさせる退避記憶信号を出力する退避記憶判定部と、を備え、
    前記書込み処理部は、前記退避記憶信号を取得すると前記揮発性記憶部に一時記憶された前記稼働データを読み出して前記不揮発性記憶部に書き込むとともに、前記退避記憶信号を取得した後に新たに取得した稼働データを前記不揮発性記憶部に書き込み、
    前記退避記憶判定部は、
    前記ピッチ角検出センサが検出したピッチ角と前記鉱山用作業機械が転倒したと判定するために予め設定されたピッチ角転倒閾値とを比較する第1比較器、及び当該第1比較器の比較結果に応じて前記退避記憶信号を出力する第1退避記憶信号出力器を含む第1転倒判定部、及び
    前記ロール角検出センサが検出したロール角と前記鉱山用作業機械が転倒したと判定するために予め設定されたロール角転倒閾値とを比較する第2比較器、及び当該第2比較器の比較結果に応じて前記退避記憶信号を出力する第2退避記憶信号出力器を含む第2転倒判定部、のうちの少なくとも1つと、
    前記操作量、及び前記動作部材が制約を受けないときの前記操作量に対応する動作量の許容範囲を規定した標準操作データを記憶する標準操作データ記憶部と、取得した前記動作量データで示される前記動作量と、取得した前記操作量データで示される前記操作量に対応する前記動作量の許容範囲とを比較する第3比較器と、前記動作量が前記動作量の許容範囲を逸脱するとの前記第3比較器での比較結果に応じて、前記退避記憶信号を出力する第3退避記憶信号出力器を含む操作監視部、とを含んで構成される、
    ことを特徴とする稼働データ記憶装置。
  2. 請求項1に記載の稼働データ記憶装置であって、
    前記鉱山用作業機械は、下部走行体、当該下部走行体上に搭載される上部旋回体、及び当該上部旋回体に取り付けられたフロント作業機械を備え、前記上部旋回体の旋回操作及び前記フロント作業機械を構成するブーム、アーム、及びバケットの各アクチュエータの操作を入力する複数の電気操作レバーと、
    前記電気操作レバーによる前記各アクチュエータの操作の操作量に対応した操作信号を発生させる複数のポテンショメータと、
    前記上部旋回体、前記ブーム、前記アーム及び前記バケットの動作量を検出する上部旋回体角度センサ、ブーム角度センサ、アーム角度センサ、バケット角度センサと、
    を備えた油圧ショベルであって、
    前記操作量データは、
    前記電気操作レバーから入力された前記ブームの操作量に応じたパイロット圧を示す第1ポテンショメータから出力される第1操作信号と、
    前記電気操作レバーから入力された前記バケットの操作量に応じたパイロット圧を示す第2ポテンショメータから出力される第2操作信号と、
    前記電気操作レバーから入力された前記アームの操作量に応じたパイロット圧を示す第3ポテンショメータから出力される第3操作信号と、
    前記電気操作レバーから入力された前記上部旋回体の旋回操作量に応じたパイロット圧を示す第4ポテンショメータから出力される第4操作信号と、を含み、
    前記動作量データは、
    前記ブームが実際に回転した角度を検出する前記ブーム角度センサが出力したブーム角信号と、
    前記バケットが実際に回転した角度を検出する前記バケット角度センサが出力したバケット角信号と、
    前記アームが実際に回転した角度を検出する前記アーム角度センサが出力したアーム角信号と、
    前記上部旋回体が実際に旋回した角度を検出する前記上部旋回体角度センサが出力した旋回角信号と、を含む、
    ことを特徴とする稼働データ記憶装置。
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