CN110392756A - 作业机械 - Google Patents

Abstract

液压挖掘机(1)具有控制器(21)，该控制器(21)具有根据前作业机(12)进行作业对象物的运送动作的期间的动臂油缸(16)的推力信息来运算作业对象物的载荷的载荷运算部(52)，控制器(21)还具有：速度限制值运算部(55)，其根据开始运送动作时的作业机(12)的姿势信息来运算动臂油缸(16)的速度的限制值(Vlim)；速度指令修正部(50)，其在动臂油缸速度超过限制值(Vlim)时，修正并输出所述速度指令使得动臂油缸速度成为所述限制值；以及驱动信号生成部(51)，其根据从速度指令修正部输出的速度指令生成动臂油缸的驱动信号并进行输出。

Description

作业机械

技术领域

本发明涉及具有控制装置的作业机械，该控制装置对通过作业机而运送至运送机械上方的作业对象物的载荷值进行运算。

背景技术

一般情况下，以液压挖掘机为代表的作业机械有时例如像挖掘矿山中的矿物以及向翻斗车进行装载那样，进行将挖掘物(在本稿中有时称为“作业对象物”)装载到运送机械的作业(装载作业)。

在这样的作业时，如果能够使运送机械的装载量(运送机械上的作业对象物的总重量)成为适当的量，则能够削减由于装载不足造成的生产量的降低或过载时重新装载导致的无用工作，能够提升现场的生产效率。

作为使运送机械的装载量成为适当的量的手段，存在如下方法：在装载机械进行的挖掘物(作业对象物)的运送过程中测量挖掘物的载荷，将其提示给作业机械的操作员。通过提示挖掘物的载荷，作业机械的操作员能够掌握运送机械的装载量，能够调整下次及以后的挖掘量，使运送机械的装载量成为适当的量。

已知以下一种技术：在对作业机械正在运送的挖掘物的载荷进行测量的装置中，在运送作业过程中测量载荷。作为作业对象物的载荷测量装置，在日本专利第5406223号公报(专利文献1)中公开了如下装载量监视系统：将作业机械的作业周期分割为包含运送状态区间(装载状态移动区间)的多个区间，所述运送状态区间是将挖掘物装入作业器具而进行运送的区间，在该作业周期的运送状态区间，判定作业机械的作业器具(工具)的速度大致恒定的期间，根据在该期间记录的作业器具(工具)的提升力来测量挖掘物的载荷(工具的装载量)，并对其进行显示。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5406223号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的系统中，大体上在一般的运送作业中被认为挖掘物的载荷测量精度良好的作业器具的速度大致恒定的期间，对挖掘物的载荷进行多次运算，根据该运算结果来确定挖掘物的载荷。并且，为了确保挖掘物的载荷测量的精度，优选充分确保在作业器具的速度大致恒定的期间运算挖掘物的载荷的次数(采样次数)。即，从确保挖掘物的载荷的运算次数来维持测量精度的观点出发，优选以确保精度所需的程度来设定作业器具的速度大致恒定的期间。但是，根据作业环境或操作员的操作技术的不同，无法充分确保作业器具的速度大致恒定的期间，有可能产生无法获得充分的测量精度的作业周期。

本发明的目的在于提供一种作业机械，其与作业环境或操作员的操作技术无关，能够高精度地测量作业对象物的载荷。

用于解决课题的手段

本申请包含多个解决上述课题的手段，如果列举其一例，提供一种作业机械，其具有：多关节型的作业机；致动器，其驱动所述作业机；操作装置，其根据操作量生成针对所述致动器的速度指令；以及控制装置，其具有载荷运算部，该载荷运算部根据所述作业机向运送机械的上方运送作业对象物的期间的所述致动器的推力信息来运算所述作业对象物的载荷，所述控制装置还具有：速度限制值运算部，其根据所述作业机开始向所述运送机械的上方运送作业对象物时的所述作业机的姿势信息来运算所述致动器的速度的限制值；速度指令修正部，其在由所述速度指令规定的致动器速度超过所述限制值时，修正并输出所述速度指令使得所述致动器的速度成为所述限制值，在由所述速度指令规定的致动器速度为所述限制值以下时，不进行修正地输出所述速度指令；以及驱动信号生成部，其根据从所述速度指令修正部输出的速度指令生成所述致动器的驱动信号并进行输出。

发明效果

根据本发明，根据运送开始时的作业机的姿势来限制作业机的动作速度，由此能够以维持精度所需的量来确保作业器具的速度大致恒定的期间，因此，与作业环境或操作员的操作技术无关能够高精度地测量作业对象物的载荷。

附图说明

图1是本发明的实施方式的液压挖掘机的侧视图。

图2是本发明的实施方式的液压挖掘机的液压回路的概略图。

图3是第一实施方式的载荷测量系统的系统结构图。

图4A是表示液压挖掘机的作业的一例的概略图。

图4B是表示液压挖掘机的作业的一例的概略图。

图5是第一实施方式的运送开始判定部执行的流程图。

图6是表示斗杆缸底压力传感器的检测值以及挖斗角度传感器的检测值与运送开始判定部54的判定结果的关系的图表的一例。

图7是载荷运算部的挖斗内的作业对象物的瞬时载荷Ml的运算方法的说明图。

图8是第一实施方式的载荷运算部执行的载荷确定处理的流程图。

图9是表示由载荷运算部运算的瞬时载荷值Ml的时间变化的图表。

图10是第一实施方式的控制器中的速度限制值运算部的动臂油缸的速度限制值Vlim的运算方法的说明图。

图11是表示第一实施方式的速度限制值运算部执行的动臂油缸的速度限制值Vlim的运算处理的流程图。

图12是第一实施方式的控制器进行的动臂油缸的速度控制处理的说明图。

图13是第二实施方式的速度限制值运算部运算速度限制值Vlim时使用的Hmin、Hmax的说明图。

图14是表示第二实施方式的速度限制值运算部运算的速度限制值Vlim与动臂油缸的速度指令值的时间变化的图表。

图15是第三实施方式的载荷测量系统的系统结构图。

图16是表示第三实施方式的运算液压挖掘机与翻斗车的相对距离的方法的概略图。

图17是第四实施方式的载荷测量系统的系统结构图。

图18是第四实施方式的由载荷稳定判定部执行的载荷稳定判定处理的流程图。

图19是第四实施方式的由速度限制值运算部执行的处理的流程图。

图20表示第四实施方式的由滤波处理部进行了低通滤波处理时与不进行低通滤波处理时的瞬时载荷值Ml与动臂速度指令的时间变化。

图21是第五实施方式的载荷测量系统的系统结构图。

图22是第五实施方式的监视器的显示画面的一例的概略图。

图23是基于动作预测进行的速度指令的修正的一例的说明图。

图24是第六实施方式的控制器中的速度限制值运算部的动臂油缸的速度限制值Vlim的运算方法的说明图。

图25是第六实施方式的控制器进行的动臂油缸的速度控制处理的说明图。

图26是表示第七实施方式的运算液压挖掘机与翻斗车的相对距离的方法的概略图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。以下，对作为装载机械使用液压挖掘机，作为运送机械使用翻斗车的情况进行说明，上述装载机械构成作业机械的载荷测量系统。

作为本发明的应用对象的作业机械(装载机械)不限于作为附件而具有挖斗的液压挖掘机，还包含具有抓爪(grapple)、磁力吊等能够进行运送物的保持和释放的附件的液压挖掘机。此外，本发明还能够用于具有作业臂的轮式装载机等，所述轮式装载机不具有液压挖掘机那样的旋转功能。

<第一实施方式>

整体结构

图1是本实施方式的液压挖掘机的侧视图。图1的液压挖掘机1由以下部分构成：下部行驶体10、上部旋转体11，其能够旋转地设置在下部行驶体10的上部；前作业机12，其是搭载在上部旋转体11的前方的多关节型的作业臂；旋转马达19，其是使上部旋转体11转动的液压马达；操作室(驾驶室)20，其设置于上部旋转体11供操作员(作业员)乘坐而操作挖掘机1；操作杆(操作装置)22(22a、22b)，其设置在操作室20内，用于对搭载在液压挖掘机1的致动器的动作进行控制；以及控制器21，其具有存储装置(例如，ROM、RAM)、运算处理装置(例如，CPU)以及输入输出装置，对液压挖掘机1的动作进行控制。

前作业机12具有：动臂13，其能够转动地设置于上部旋转体11；斗杆14，其能够转动地设置在动臂13的前端；挖斗(附件)15，其能够转动地设置在斗杆14的前端；动臂油缸16，其是驱动动臂13的液压缸；斗杆油缸17，其是驱动斗杆14的液压缸；以及挖斗油缸18，其是驱动挖斗15的液压缸。

动臂13、斗杆14、挖斗15的旋转轴分别安装了动臂角度传感器24、斗杆角度传感器25、挖斗角度传感器26。能够从这些角度传感器24、25、26取得动臂13、斗杆14、挖斗15各自的转动角度。此外，在上部旋转体11安装旋转角速度传感器(例如，陀螺仪)27和倾斜角度传感器28，能够分别取得上部旋转体11的旋转角速度与上部旋转体11的前后方向的倾斜角度。能够根据角度传感器24、25、26、27、28的检测值确定前作业机12的姿势。

动臂油缸16和斗杆油缸17分别安装有动臂缸底压力传感器29、动臂活塞杆压力传感器30、斗杆缸底压力传感器31、斗杆活塞杆压力传感器32，能够取得各液压缸内部的压力。能够根据压力传感器29、30、31、32的检测值确定各油缸16、18的推力，即为向前作业机12赋予的驱动力。

另外，动臂角度传感器24、斗杆角度传感器25、挖斗角度传感器26、倾斜角度传感器28、旋转角速度传感器27只要能够检测与前作业机12的姿势相关的物理量则能够替换为其他传感器。例如，动臂角度传感器24、斗杆角度传感器25以及挖斗角度传感器26能够分别替换为倾斜角传感器或惯性测量装置(IMU)。此外，动臂缸底压力传感器29、动臂活塞杆压力传感器30、斗杆缸底压力传感器31、斗杆活塞杆压力传感器32只要能够检测动臂油缸16以及斗杆油缸17产生的推力，即为检测与向前作业机12赋予的驱动力相关的物理量，则能够替换成其他传感器。并且，也可以代替推力或驱动力的检测，通过行程传感器来检测动臂油缸16和斗杆油缸17的动作速度，或通过IMU检测动臂13和斗杆14的动作速度，由此来检测前作业机12的动作。

在操作室20的内部设置有监视器(显示装置)23，其显示控制器21的运算结果(例如，载荷运算部52运算出的挖斗15内的作业对象物4的载荷值)等，在上部旋转体11的上表面安装了用于控制器21与外部的计算机等进行通信的无线收发器(未图示)。

本实施方式的监视器23具有触摸面板，还作为用于作业员向控制器21输入信息的输入装置发挥功能。作为监视器23，例如能够使用具有触摸面板的液晶显示器。

操作杆22a分别指示动臂13的上升和下降(动臂油缸16的伸缩)以及挖斗15的倾卸和收拢(挖斗油缸18的伸缩)，操作杆22b分别指示斗杆14的倾卸和收拢(斗杆油缸17的伸缩)以及上部旋转体11的左旋转、右旋转(液压马达19的左右旋转)。操作杆22a与操作杆22b是双复合多功能操作杆，操作杆22a的前后操作与动臂13的上升、下降对应，左右操作与挖斗15的倾卸、收拢对应，操作杆22b的前后操作与斗杆14的倾卸、收拢对应，左右操作与上部旋转体11的左旋转、右旋转对应。在对杆向斜方向进行操作时，相应的两个致动器同时动作。此外，操作杆22a、22b的操作量规定致动器16～19的动作速度。

图2是本实施方式的液压挖掘机1的液压回路的概略图。动臂油缸16、斗杆油缸17、挖斗油缸18以及旋转马达19通过从主泵39排出的工作油而被驱动。通过控制阀35、36、37、38来控制向各液压致动器16-19供给的工作油的流量以及流动方向，所述控制阀35、36、37、38通过根据操作杆22a、22b的操作方向和操作量而从控制器21输出的驱动信号进行动作。

操作杆22a、22b生成与其操作方向和操作量对应的操作信号并输出给控制器21。控制器21生成与操作信号对应的驱动信号(电气信号)，并将它们输出给作为电磁比例阀的控制阀35-38，由此使控制阀35-38进行动作。

操作杆22a、22b的操作方向规定液压致动器16-19的动作方向。在向后方操作操作杆22a时，控制动臂油缸16的控制阀35的阀芯向图2中的左侧移动来向动臂油缸16的缸底侧供给工作油，当向前方操作操作杆22a时，控制动臂油缸16的控制阀35的阀芯向图2中的右侧移动来向动臂油缸16的活塞杆侧供给工作油。在向后方对操作杆22b进行操作时，控制斗杆油缸17的控制阀36的阀芯向图2中的左侧移动来向斗杆油缸17的缸底侧供给工作油，在向前方对操作杆22b进行操作时，控制斗杆油缸17的控制阀36的阀芯向图2中的右侧移动来向斗杆油缸17的活塞杆侧供给工作油。在向右方对操作杆22a进行操作时，控制挖斗油缸18的控制阀37的阀芯向图2中的左侧移动来向挖斗油缸18的缸底侧供给工作油，在向左方对操作杆22a进行操作时，控制挖斗油缸18的控制阀37的阀芯向图2中的右侧移动来向挖斗油缸18的活塞杆侧供给工作油。在向右方对操作杆22b进行操作时，控制旋转马达19的控制阀38的阀芯向图2中的左侧移动来从图2中的左侧向旋转马达19供给工作油，在向左方对操作杆22b进行操作时，控制旋转马达19的控制阀38的阀芯向图2中的右侧移动来从图2中的右侧向旋转马达19供给工作油。

此外，控制阀35-38的阀门开度根据对应的操作杆22a、22b的操作量进行变化。即，操作杆22a、22b的操作量规定液压致动器16-19的动作速度。例如，在增加操作杆22a、22b的某个方向的操作量时，与该方向对应的控制阀35-38的阀门开度增加，供给到液压致动器16-19的工作油的流量增加，由此，液压致动器16-19的速度增加。如此，通过操作杆22a、22b生成的操作信号具有针对作为对象的液压致动器16-19的速度指令的一面。因此，在本稿中有时将操作杆22a、22b生成的操作信号称为针对液压致动器16-19(控制阀35-38)的速度指令。

通过与工作油箱41连通的安全阀40以安全压调整从主泵39排出的工作油的压力(工作油压)，使得油压不会过大。控制阀35-38的返回流路与工作油箱41连通，使得供给到液压致动器16-19的液压油经由控制阀35-38再次返回到工作油箱41。

控制器21输入动臂角度传感器24、斗杆角度传感器25、挖斗角度传感器26、旋转角速度传感器27、倾斜角度传感器28、安装在动臂油缸16的动臂缸底压力传感器29和动臂活塞杆压力传感器30、安装在斗杆油缸17的斗杆缸底压力传感器31和斗杆活塞杆压力传感器32的信号，控制器21基于这些传感器信号来运算载荷，在监视器23中显示载荷测量结果。

系统结构

图3是本实施方式的载荷测量系统的系统结构图。本实施方式的载荷测量系统作为几个软件的组合而安装在控制器21的内部，根据从操作杆22a、22b输入的速度指令(操作信号)生成驱动信号，通过该驱动信号来驱动对应的控制阀35-38。此外，输入传感器24-32的信号，在控制器21的内部运算作业对象物的载荷值，并在监视器23显示载荷值。

此外，通过框图表示在图3的控制器21的内部控制器21具有的功能。控制器21由以下构成：姿势运算部53，其根据角度传感器24-28的检测值来运算前作业机12的姿势信息；运送开始判定部54，其根据斗杆油缸17的负载信息(例如，斗杆缸底压力传感器31的检测值)来判定前作业机12开始向翻斗车(运送机械)的车厢上方运送作业对象物的时候(即，运送动作的开始时)；载荷运算部52，其根据前作业机12向翻斗车的车厢上方运送作业对象物的期间(即，运送动作中)进行动作的动臂油缸16的推力信息(例如，动臂油缸16的缸底压力传感器29与活塞杆压力传感器30的检测值)来运算作业对象物的载荷；速度限制值运算部55，其根据前作业机12开始向翻斗车的车厢上方运送作业对象物时(即，运送动作的开始时)的前作业机12的姿势信息，来运算动臂油缸16的速度的限制值(速度限制值)Vlim；速度指令修正部50，其在来自操作杆22的速度指令所规定的动臂油缸速度超过限制值Vlim时，修正并输出速度指令，使得动臂油缸速度成为限制值Vlim，在速度指令所规定的动臂油缸速度为限制值Vlim以下时，不对速度指令进行修正而输出；以及驱动信号生成部51，其根据从速度指令修正部50输出的速度指令生成动臂油缸16的驱动信号(控制阀35的驱动信号)并进行输出。

接下来，使用图4-12对本发明的实施方式的一例即作业机械的载荷测量系统根据作业周期开始时的前作业机12的姿势来修正前作业机12的操作指示，测量载荷的方法进行说明。

向翻斗车的装载作业中的液压挖掘机的动作的定义

图4A和图4B是表示液压挖掘机1的作业的一例的概略图。在本稿中，为了方便，将液压挖掘机(装载机械)1进行的向翻斗车(运送机械)2的“装载作业(运送作业)”定义为包含以下4个动作的作业：A)挖掘作业对象物(运送物)3将作业对象物4装载在挖斗15内的“挖掘动作”、B)将上部旋转体11的旋转与前作业机12的动作进行组合而将挖斗移动至翻斗车2的车厢上方的“运送动作”、C)将挖斗15内的作业对象物4释放(放土)到翻斗车2的车厢的“装载动作”、D)为了开始挖掘动作而将挖斗15移动至作业对象物上方的希望位置的“到达动作”。大多情况下，液压挖掘机1以该顺序重复执行该四个动作，由此，通过作业对象物4将翻斗车2的车厢装满。B)的运送动作大多情况下通过旋转动臂提升来进行。C)的装载动作大多情况下通过挖斗卸料来进行。

在将作业对象物4过剩地装载到翻斗车2的车厢时成为过装载，导致翻斗车2的效率降低或损伤，此外在作业对象物4的装载过少时运送量少因此现场的生产量降低，因此，希望使翻斗车2的装载量适当。

液压挖掘机1的挖掘作业大致分为：如图4A所示以一边对液压挖掘机1的下方(下部行驶体10底面的下方)进行挖掘一边后退的方式实施作业的下侧作业5；如图4B所示以一边对下部行驶体10底面的上方且液压挖掘机1的前方进行挖掘一边前进的方式实施作业的上侧作业6。在各作业5、6中，挖掘时的前作业机12的姿势不同，挖掘结束开始运送时的前作业机12的姿势不同。因此，运送动作时的挖斗15的提升量(运送动作的开始时与结束时的挖斗15的高度的偏差，即运送动作中的高度方向的挖斗15的移动量)有时因作业环境而不同。

运送开始判定部54涉及的运送动作的开始判定

图5是表示控制器21中的运送开始判定部54对前作业机12是否已开始向翻斗车2的车厢上方运送作业对象物4进行判定的方法的流程图，图6是表示斗杆缸底压力传感器31的检测值(斗杆油缸缸底压力)以及挖斗角度传感器26的检测值(斗杆-挖斗相对角度)与运送开始判定部54的判定结果之间的关系的图表的一例。

在液压挖掘机1的控制器21中在预先决定的每个采样周期执行图5的流程。

运送开始判定部54在步骤S100中监视斗杆缸底压力传感器31的输出，判定是否从比预先设定的阈值1低的状态超过了阈值1。液压挖掘机1使斗杆油缸17顶出来进行挖掘，因此，如图6下侧的图表所示，斗杆油缸缸底压力在挖掘动作中变大，因此，在本实施方式中，在斗杆缸底压力高于阈值1的定时视为开始了挖掘动作。当在步骤S100中判定为斗杆缸底压力从比阈值1低的状态超过了阈值1时，运送开始判定部54判定为液压挖掘机1开始了挖掘动作而向步骤S101前进。反之，在斗杆缸底压力未从比阈值1低的状态超过阈值1时(保持阈值1以下时)返回到步骤S100之前，继续监视斗杆缸底压力传感器31的输出。

在步骤S101中继续监视斗杆缸底压力传感器31的输出，判定是否从比预先设定的阈值2高的状态低于阈值2。如图6下侧的图表所示，斗杆油缸缸底压力在挖掘动作结束时变小，因此，在本实施方式中在斗杆缸底压力低于阈值2的定时视为挖掘动作结束，开始了运送动作。当在步骤S101中判定为斗杆缸底压力从比阈值2高的状态低于阈值2时，运送开始判定部54判定为液压挖掘机1结束挖掘动作且开始了运送动作，向步骤S102前进。反之，在斗杆缸底压力没有从比阈值2高的状态低于阈值2时(保持阈值2以上时)运送开始判定部54判定为挖掘动作正在继续，返回到步骤S101之前而继续监视斗杆缸底压力传感器31的输出。

另外，关于阈值1与阈值2的关系，在图6所示的示例中阈值1＜阈值2的关系成立，而这不过是一例，在能够判定液压挖掘机1的挖掘动作的开始与结束的范围内能够设定任意的值。此外，此时不问阈值1与阈值2的大小关系。

在步骤S102中，运送开始判定部54向外部输出运送动作已开始的判定，向步骤S103前进。此时的判定输出目的地包含速度限制值运算部55与载荷运算部52。

在步骤S103中，运送开始判定部54监视挖斗角度传感器26的输出，判定斗杆挖斗间的相对角度(斗杆14与挖斗15形成的角)是否从比预先设定的阈值3大的角度低于阈值3。结束运送动作而开始装载动作的液压挖掘机1为了释放挖斗15内的砂土(挖掘对象物)，以斗杆14与挖斗15形成的角度变得狭小的方式进行动作。也就是说，如图6上侧的图表所示，斗杆14与挖斗15的相对角度在从运送动作转移到装载动作时变小，因此，在本实施方式中，在斗杆14与挖斗15的相对角度低于阈值3的定时视为运送动作结束而开始了装载动作。在步骤S103中，在判定为斗杆挖斗相对角度低于阈值3时，运送开始判定部54判定为液压挖掘机1结束运送动作且开始了装载动作，向步骤S104前进。反之，在判定为斗杆挖斗相对角度不低于阈值3时(保持阈值3以上时)，运送开始判定部54判定为运送动作正在继续，返回到步骤S103之前继续监视挖斗角度传感器26的输出。

在步骤S104中，运送开始判定部54向外部输出运送动作结束的判定(装载动作已开始的判定)，并返回到步骤S100。此时的判定的输出目的地包含载荷运算部52。

载荷运算部52进行的载荷值运算

图7是控制器21中的载荷运算部52进行的挖斗15内的作业对象物的瞬时载荷MI的运算方法的说明图。使用图7对载荷运算部52运算载荷的方法进行说明。关于载荷的测量，利用围绕动臂13的转动轴起作用，动臂油缸16产生的转矩、前作业机12因重力与旋转离心力产生的转矩、以及装载物因重力与旋转离心力产生的转矩的平衡。

将动臂缸底压力传感器29的输出信号设为P1，将动臂活塞杆压力传感器30的输出信号设为P2，将动臂油缸16的受压面积设为A1、A2，通过以下的式(1)来计算动臂油缸16的推力Fcyl。

Fclbm＝A1·P1-A2·P2…(1)

将连结了动臂旋转轴与动臂油缸16的推力的作用点的线段的长度设为Lbm，将动臂油缸16的推力Fcyl的方向与线段Lbm形成的角度设为θbmcyl，通过以下的式(2)来计算动臂油缸16产生的转矩Tbm。

Tbm＝Fcyl·Lbm·sin(θbmcyl)…(2)

将前作业机12的重心重量设为Mfr，将重力加速度设为g，将动臂转动轴到前重心为止的前后方向的长度设为Lfr，将连结了动臂转动轴与前重心的线段与水平面形成的角度设为θfr，通过以下的式(3)计算前作业机12因重力产生的转矩Tgfr。

Tgfr＝Mfr·g·Lfr·cos(θfr)…(3)

将旋转角速度设为ω，通过以下的式(4)计算前作业机12因旋转离心力产生的转矩Tcfr。

Tcfr＝Mfr·Lfr·ω2·sin(θfr)…(4)

另外，根据预先设定的动臂13、斗杆14、挖斗15各自的重心位置和重量、从动臂角度传感器24、斗杆角度传感器25、挖斗角度传感器26输出的角度信号来计算Mfr、Lfr、θfr。

将装载物的重量设为Ml，将动臂转动轴到挖斗重心为止的前后方向的长度设为Ll，将连结动臂转动轴与装载物重心的线段与水平面形成的角度设为θl，通过以下的式(5)计算装载物因重力产生的转矩Tgl。

Tgl＝Ml·g·Ll·cos(θl)…(5)

通过以下的式(6)计算装载物因旋转离心力产生的转矩Tcl。

Tcl＝Ml·Ll·ω²·sin(θl)…(6)

在将式(2)～(6)的平衡进行变形而关于装载物重量Ml进行展开时，通过以下的式(7)来计算装载物重量Ml。

Ml＝(Tbm-Tgfr-Tcfr)/(Ll·(g·cos(θl)+ω²·sin(θl)))…(7)

在基于式(1)～(7)的载荷运算中，由于前作业机12的惯性力的影响、液压回路的特性等，在动作开始或结束时等前作业机12的动作不稳定的期间装载物重量Ml不为恒定，因此，希望使用在运送作业中动臂转动为恒定速度的预定期间的装载物重量Ml的输出结果来确定载荷。

图8是本实施方式的载荷运算部52执行的载荷确定处理的流程图，图9是表示通过载荷运算部52运算的瞬时载荷值Ml的时间变化的图表。使用图8和图9，对载荷运算部52确定并输出载荷的方法进行叙述。

在控制器21中在预先决定的每个采样周期执行图8的各步骤。

控制器21(载荷运算部52)在步骤S110中监视是否从运送开始判定部54输出了运送开始判定(图5的步骤S102)。在输出了运送开始判定时向步骤S111前进，在未输出时返回到步骤S110之前，监视运送开始判定部54的输出。

在步骤S111中，进行与式(1)～(7)相关的运算，运算瞬时的挖掘物重量(瞬时载荷值)Ml，接着在步骤S112中累计瞬时载荷值Ml，向步骤S113前进。

在步骤S113中，载荷运算部52判定在从运送开始判定部54输出了运送开始判定时开始是否经过了预定时间。这里，在没有经过预定时间时返回到步骤S111之前，再次执行步骤S111与S112。另一方面，在经过了预定时间时，向步骤S114前进。

在步骤S114中，载荷运算部52为了运算预定时间内的瞬时载荷值Ml的平均载荷，将瞬时载荷值Ml的累计值除以预定时间。如图9所示，瞬时载荷值Ml(参照图9中的白色圆)按每个采样而不同，因此，在本实施方式中通过取得它们的平均来确定作业对象物的载荷。此时，在动臂13的转动角速度为恒定的时间少时，预定时间(图9中的载荷运算期间)内的瞬时载荷值Ml的变动变大，确定值可能大幅偏离实际的载荷。此外，也可能根据前作业机12的姿势根本无法确保预定时间。当在步骤S114中确定了载荷值时，接着向步骤S115前进。

在步骤S115中，载荷运算部52更新在监视器23显示的载荷值(参照图22)，向步骤S116前进。

在步骤S116中，载荷运算部52监视是否从运送开始判定部54输出了装载开始判定。在此，在判定为没有输出装载开始判定时返回到步骤S116之前继续监视运送开始判定部54的输出，在判定为输出了装载开始判定时向步骤S117前进。

在步骤S117中，载荷运算部52将瞬时载荷值Ml的累计值与平均值重置为0，接着在步骤S118中更新在监视器23显示的载荷值，返回到步骤S110之前。

速度限制值运算部55进行的动臂油缸16的速度限制值Vlim的运算

图10是本实施方式的控制器21中的速度限制值运算部55进行的动臂油缸16的速度限制值Vlim的运算方法的说明图，图11是表示本实施方式的速度限制值运算部55执行的动臂油缸16的速度限制值Vlim的运算处理的流程图。使用图10和图11，对速度限制值运算部55根据姿势运算部53的输出变更速度限制值Vlim的方法进行叙述。

在本实施方式中，如图10所示，将前作业机12的前端位置(挖斗15的爪尖位置)的高度设为前作业机12的姿势的基准，姿势运算部53将该前作业机12的前端位置的高度设为动臂13的转动中心到挖斗15的前端位置为止的垂直方向距离(作业机的前端的高度)H，以预定的周期持续运算。通过以下的式(8)运算垂直方向距离H。另外，将动臂13的转动中心设为基准，从此开始将垂直下方设为正，将垂直上方设为负。

H＝Lbm·sin(θbm)+Lam·sin(θbm+θam)+Lbk·sin(θbm+θam+bm)…(8)

在本实施方式中，设定为在液压挖掘机1的底面(下部行驶体10的底面)下方的预定位置预先设定与下部行驶体10的底面平行的基准线Lst1，在该基准线Lst1下方的区域A不进行速度限制，在基准线Lst1上方的区域B可进行速度限制。将动臂13的转动中心设为基准的基准线Lst1的高度(基准线Lst1相对于动臂13的转动中心的垂直方向距离)是设定值Hth，在本实施方式中，通过运送动作开始时的挖斗爪尖的高度位置是否超过基准线Lst1的高度(即，爪尖存在于区域A、B中的哪个区域)对动臂油缸16的速度限制值的有无进行分类。

如图11的流程图所示，速度限制值运算部55在步骤S120中监视是否从运送开始判定部54输出了运送开始判定。在输出了运送开始判定时在步骤S121中从姿势运算部53取得垂直方向距离H，向步骤S122前进，在未输出运送开始判定时返回到步骤S120之前，监视运送开始判定部54的输出。

在步骤S122中，速度限制值运算部55将垂直方向距离H与设定值Hth的大小进行比较。这里，在判定为垂直方向距离H比设定值Hth小时，判定为挖斗爪尖存在于区域B，在步骤S123中将动臂油缸16的速度限制值设置为预先设定的速度限制值Vlim，向步骤S124前进。另一方面，在判定为垂直方向距离H比设定值Hth大时，判定为挖斗爪尖存在于区域A，不设定速度限制值而向步骤S124前进。

在步骤S124，速度限制值运算部55监视是否从运送开始判定部54输出了装载开始判定。在此，在判定为输出了装载开始判定时，向步骤S125前进，在没有输出时返回到步骤S124之前，监视运送开始判定部54的输出。

在步骤S125中，速度限制值运算部55重置速度限制的设定，返回到步骤S120之前。

速度指令修正部50首先判定是否通过速度限制值运算部55运算出动臂油缸16的速度限制值Vlim，在判定为没有运算速度限制值Vlim时，将来自操作杆22的速度指令直接输出给驱动信号生成部51。另一方面，在判定为通过速度限制值运算部55运算出速度限制值Vlim时，判定来自操作杆22的速度指令所规定的动臂油缸速度是否超过速度限制值Vlim，在判定为超过速度限制值Vlim时，修正速度指令并输出给驱动信号生成部51使得动臂油缸速度成为速度限制值Vlim。另一方面，在判定为没有超过速度限制值Vlim时，将来自操作杆22的速度指令直接输出给驱动信号生成部51。

驱动信号生成部51根据从速度指令修正部50输入的速度指令，生成动臂油缸16的控制阀35的驱动信号，并将该生成的驱动信号输出给控制阀35。通过该驱动信号调整控制阀35的开度，根据来自速度指令修正部50的速度指令控制动臂油缸16的速度。

动作

使用图12对如上那样构成的液压挖掘机1的动作进行说明。图12是本实施方式的控制器21进行的动臂油缸16的速度控制处理的说明图。

图12(a)的上段表示图4A所示的下侧挖掘作业中的运送动作开始时的姿势，图12(a)的中段表示下侧挖掘作业中的运送动作中的挖斗前端位置的高度的时间变化的图表，图12(a)的下段表示下侧挖掘作业中的运送动作中的动臂转速(动臂油缸16的伸长速度)的时间变化的图表。

图12(b)的上段表示图4B所示的上侧挖掘作业中的运送动作开始时的姿势，图12(b)的中段表示上侧挖掘作业中的运送动作中的挖斗前端位置的高度的时间变化的图表，图12(b)的下段表示上侧挖掘作业中的运送动作中的动臂转速(动臂油缸16的伸长速度)的时间变化的图表。图12(b)中的“无修正”表示不进行速度指令修正部50的速度指令修正(即，不进行速度限制)的现有技术的情况下的图表，“有修正”表示进行速度指令修正的本发明的情况下的图表。另外，图12的下段的动臂转动速度也可以说是动臂油缸16的伸长速度。

当液压挖掘机1在挖掘动作结束后，执行旋转动臂上升而开始运送动作时，如图12下段的图表所示，在(a)(b)的任何一个情况下，在运送动作开始后，动臂13的转动速度上升，在达到某个速度后暂时维持该速度，最后减速、停止。

如图12(a)所示，在运送动作开始时的挖斗爪尖的高度H比设定值Hth大时(即，挖斗爪尖处于基准线Lst1下方的区域A时)，从高度H到达翻斗车2的车厢上方为止的挖斗爪尖的高度方向的移动距离比较长，能够在运送动作中充分地确保动臂转动速度恒定(速度界限值)的期间，因此，能够充分确保瞬时载荷值Ml的采样数，能够确保作业对象物的载荷值的精度。

另一方面，如图12(b)的“无修正”的图表所示，在运送动作开始时的挖斗爪尖的高度H比设定值Hth小时(即，挖斗爪尖处于基准线Lst1上方的区域B时)，挖斗爪尖的高度方向的移动距离比较短，因此，无法在运送动作中充分确保动臂转动速度恒定(速度界限值)的期间，由于瞬时载荷值Ml的采样数减少因此载荷值容易产生误差。

因此，在本实施方式中，如图12(b)的“有修正”的图表所示，将比速度界限值小的值的速度限制值Vlim设为动臂转动速度。在这样设置速度限制值Vlim时，与“无修正”的情况相比可以将挖斗爪尖到达翻斗车2的车厢上方为止的时间确保得长。由此，在运送动作中能够充分确保动臂转动速度恒定(速度限制值Vlim)的期间，因此能够充分确保瞬时载荷值Ml的采样数，能够确保作业对象物的载荷值的精度。

如此，根据运送动作开始时的挖斗15的爪尖的高度来修正动臂油缸16的速度指令，由此能够与作业方式相匹配地实现对于载荷测量恰当的前作业机12的动作，因此与作业环境或操作员的操作技术无关能够高精度地测量作业对象物的载荷。

<第二实施方式>

接下来对本发明的第二实施方式进行说明。在上述的实施方式中，速度限制值Vlim恒定，但是也可以根据运送动作开始时的挖斗爪尖的高度位置来变更速度限制值Vlim。例如，设定成随着挖斗爪尖的高度位置从基准线Lst1(图11)的位置朝向上方移动，速度限制值Vlim减少，从而可以容易地施加速度限制。即，可以设定成在挖斗爪尖位于基准线Lst1上方时，速度限制值Vlim根据基准线Lst1与挖斗爪尖之间的距离的增加而减少。

此外，作为速度限制值Vlim的其他设定方法中的一个方法，存在图13、14中说明的方法。图13是本实施方式的速度限制值运算部55运算速度限制值Vlim时使用的Hmin、Hmax的说明图，图14是表示由本实施方式的速度限制值运算部55运算出的速度限制值Vlim与动臂油缸16的速度指令值的时间变化的图表。另外，本实施方式的结构的不同点在于，速度限制值运算部55的速度限制值Vlim的运算方法，其他结构与第一实施方式相同，省略相同部分的说明。

如图13所示，本实施方式的速度限制值运算部55关于相对于动臂的转动中心的垂直方向距离预先记录了两个设定值Hmin与Hmax(Hmin＜Hmax)。Hmin设定在动臂的转动中心，Hmax设定在挖斗爪尖的最大可动范围。此外，速度限制值运算部55使用两个速度设定值Vmax与Vmin(Vmin＜Vmax)，设定通过以下的式(9)所示的速度限制值Vlim，由此，来置换图11所示的步骤S122以及步骤S123中的区域的判定以及设定值的调用。在下述式(9)中，设定成速度限制值Vlim的值根据H值的减少而减少。

Vlim＝Vmin+(Vmax-Vmin)·(H-Hmin)/(Hmax-Hmin)…(9)

如此，通过设定成根据高度H使速度限制值Vlim的设定连续变化，能够进行更适当的驱动指示修正，因此，与作业环境的变化或操作员的操作技术无关动臂转动速度为恒定，能够提升载荷测量的精度。

<第三实施方式>

接下来对本发明的第三实施方式进行说明。本实施方式的特征在于：考虑液压挖掘机1与翻斗车2的垂直方向的相对距离Ht来设定速度限制值Vlim。

图15是本实施方式的载荷测量系统的系统结构图。本实施方式的液压挖掘机1构成为除了第一实施方式的液压挖掘机1的结构之外还具有通信天线42，能够经由通信天线42接收来自外部终端的信息。此外，本实施方式的控制器21除了第一实施方式的控制器21的结构之外，还具有相对距离运算部61，该相对距离运算部根据液压挖掘机1与作为其装载作业的对象的翻斗车(运送机械)2的位置信息来运算液压挖掘机1与翻斗车2的垂直方向的相加距离Ht。并且，本实施方式的速度限制值运算部55构成为根据姿势运算部53、运送开始判定部54、相对距离运算部61的输出来运算速度限制值Vlim。其他部分与第一实施方式相同。

图16是表示本实施方式的运算液压挖掘机1与翻斗车2的相对距离的方法的概略图。在该实例中，将液压挖掘机1的基准点Pss设定在动臂13的转动中心，将翻斗车2的基准点Psd设定在车厢的上端。

翻斗车2通过搭载在自身车辆的通信天线42接收从测距卫星7发送的电波，根据该电波来运算全球坐标系中的翻斗车2的基准点Psd的坐标(绝对坐标)，将该运算结果发送给液压挖掘机1。同样地，液压挖掘机1的控制器21通过通信天线42接收从测距卫星7发送的电波，根据该电波来运算全球坐标系中的液压挖掘机1的基准点Pss的坐标(绝对坐标)。并且，控制器21根据从翻斗车2发送的基准点Psd的坐标信息与液压挖掘机1的基准点Pss的坐标信息，来运算液压挖掘机1与翻斗车2的垂直方向的相对距离Ht。控制器21使用相对距离Ht，通过以下的式(10)来设定用于对运送动作开始时的前作业机12的姿势进行分类的新的垂直方向距离的设定值Hth’。即，本实施方式的速度限制值运算部55以位于高度Hth的基准线Lst1向下方移动了相对距离Ht后的新的基准线Lst2为基准，判定是否对动臂油缸速度设定速度限制值Vlim。

Hth’＝Hth+Ht…(10)

控制器21执行在图11的流程的步骤S122中将设定值Hth替换为设定值Hth’的处理来判定是否对动臂油缸速度设定速度限制值Vlim。由此，本实施方式的控制器21根据运送动作开始时的挖斗爪尖位置(高度H)以及液压挖掘机1与翻斗车2的相对距离(Ht)来进行操作杆22的速度指令的修正(速度限制值Vlim的设定)。

在图16所示的示例的情况下，如第一实施方式那样不考虑液压挖掘机1与翻斗车2的相对距离Ht，只将爪尖的垂直方向距离H与设定值Hth的大小进行比较来判定速度限制值Vlim的设定时，由于设定值Hth比垂直方向距离H小，因此通过步骤S122的判定设定为无速度限制。但是，实际的装载场所(翻斗车2的基准点Psd)位于液压挖掘机1的基准点Pss下方相对距离Ht的位置，因此，有时无法充分取得动臂13的转动角速度恒定的期间。

与此相对，如本实施方式那样，将垂直方向距离的新的设定值Hth’用于判定基准时，通过步骤S122的判定而判定为有速度限制，因此，将动臂13的转动速度抑制为速度限制值Vlim从而能够充分取得动臂13的转动角速度恒定的期间。如此，通过考虑与翻斗车2的垂直方向上的相对距离Ht来执行速度指令的修正，由此即使在与翻斗车2的垂直方向的位置关系频繁变更的环境下也能够实施适当的速度指令的修正，载荷测量的精度得以提升。

另外，在图16的示例中，对翻斗车2的基准点Psd位于液压挖掘机1的基准点Pss下方的情况进行了说明，但是也可以同样地应用于翻斗车2的基准点Psd位于液压挖掘机1的基准点Pss上方的情况。但是，该情况下可以进行与第一实施方式相同的处理。

另外，可以构成为取代将上述的设定值Hth’与垂直方向距离H进行比较的处理，通过从垂直方向距离H减去相对距离Ht来计算运送动作中的挖斗爪尖的移动高度(H－Ht)，判定该值是否超过基准线Lst1，在判定为超过时，设定速度限制值Vlim。

<第四实施方式>

接下来，对本发明的第四实施方式进行说明。本实施方式的特征在于：判定载荷运算部52运算的载荷值的稳定度，在判定为载荷值不稳定时对从操作杆22输出的速度指令施加低通滤波处理。作为载荷值不稳定的原因，例如存在向操作杆22的急操作的输入。

图17是本实施方式的载荷测量系统的系统结构图。本实施方式的控制器21除了第一实施方式的结构之外，还具有载荷稳定判定部60、滤波处理部56。其他部分与第一实施方式相同。

载荷稳定判定部60根据由载荷运算部52运算出的作业对象物的载荷值的时间变化的方式，判定作业对象物的载荷值是否稳定。滤波处理部56在通过载荷稳定判定部60判定为作业对象物的载荷值不稳定时，对通过操作杆22生成的速度指令实施低通滤波处理。此外，本实施方式的速度指令修正部50在通过滤波处理部56实施了低通滤波处理后的速度指令(以下，有时称为“滤波速度指令”)所规定的动臂油缸速度超过速度限制值运算部55运算出的速度限制值Vlim时，修正滤波速度指令并输出给驱动信号生成部51，使得动臂油缸速度成为速度限制值Vlim，在滤波速度指令所规定的动臂油缸速度为速度限制值Vlim以下时，不修正滤波速度指令而输出给驱动信号生成部51。

图18是由本实施方式的载荷稳定判定部60执行的载荷稳定判定处理的流程图。在控制器21中按照预先决定的每个采样周期来执行图18的流程。

首先，载荷稳定判定部60在步骤S130中监视是否从运送开始判定部54输出了运送开始判定。在此，在判定为输出了运送开始判定时向步骤S131前进，在未输出时继续进行运送开始判定部54的监视。

在步骤S131中，载荷稳定判定部60开始记录由载荷运算部52运算的瞬时载荷值Ml(图8的步骤S111)，在步骤S132中判定是否经过了用于确定载荷的步骤S113的预定时间(参照图8)。在判定为经过了预定时间时，向步骤S133前进，在判定为未经过时返回到步骤S131，继续进行瞬时载荷值Ml的记录。由此，在预定时间中记录由载荷运算部52运算出的多个瞬时载荷值Ml。

在步骤S133中，作为载荷测量期间(步骤S113的预定时间)的作业对象物的瞬时载荷值Ml的时间变化的方式，载荷稳定判定部60根据在步骤S131中记录的瞬时载荷值Ml的履历来运算载荷测量期间的瞬时载荷值Ml的标准偏差σ，向步骤S134前进。

在步骤S134中，载荷稳定判定部60判定在步骤S133中运算出的标准偏差σ是否比预先设定的阈值σth大，在判定为标准偏差σ比阈值σth大时，判定为瞬时载荷值Ml的波动变大，在步骤S131中进行记录的期间的载荷不稳定，在步骤S135中使内部的计数增加1，向步骤S136前进。另一方面，在判定为标准偏差σ比阈值σth小时，不使内部计数增加，向步骤S136前进。

在步骤S136中，载荷稳定判定部60判定内部计数值是否比预先保持的设定值大，在判定为小时向步骤S138前进。反之，在判定为内部计数值比设定值大时，视为运送动作中载荷不稳定的情况频繁，在步骤S137中将载荷不稳定这样的载荷稳定判定结果输出给速度限制值运算部55，向步骤S138前进。

在步骤S138中，载荷稳定判定部60将在步骤S131中记录的瞬时载荷值Ml的记录进行重置，返回到步骤S130。

图19是由本实施方式的速度限制值运算部55执行的处理的流程图。在控制器21中按照预先决定的每个采样周期来执行图19的流程。图19的流程是基于载荷稳定度的判定对图11的流程追加了针对滤波处理部56的滤波处理的指示(步骤S140、S141、S142、S143)。

速度限制值运算部55在步骤S122或步骤S123之后，在步骤S140中取得从载荷稳定判定部60输出的载荷稳定判定结果，向步骤S141前进。

在步骤S141中，速度限制值运算部55判定载荷是否稳定。在此，在未从载荷稳定判定部60输出不稳定这样的载荷稳定判定结果，判定为载荷稳定时，不对滤波处理部56指示执行低通滤波处理而向步骤S124前进。另一方面，在从载荷稳定判定部60输出了不稳定这样的载荷稳定判定结果时，在步骤S142中对滤波处理部56指示对从操作杆22输入的速度指令执行低通滤波处理，并向步骤S124前进。

在步骤S124中，速度限制值运算部55监视是否从运送开始判定部54输出了装载开始判定(参照图5的步骤S104)。在此，在输出了装载开始判定时向步骤S125前进。在未输出时返回到步骤S124之前，监视来自运送开始判定部54的输出。

在步骤S125中，速度限制值运算部55重置速度限制的设定，向步骤S143前进。在步骤S143中，速度限制值运算部55对滤波处理部56指示中止执行滤波处理，返回到步骤S120。

图20表示本实施方式的由滤波处理部56进行了低通滤波处理时与未进行低通滤波处理时的瞬时载荷值Ml(图中上段)与动臂速度指令(针对动臂油缸16的速度指令)(图中下段)的时间变化。在进行了滤波处理时的图表中标注为“有滤波”，在未进行滤波处理时的图表中标注为“无滤波”。

如图20中的下段的标注为“无滤波”的图表所示，在开始运送动作时，在操作员输入动臂提升操作时该操作量中存在急剧的变化时，根据前作业机12的惯性力的影响和液压回路的特性，有时瞬时载荷值Ml在图20中如标注为“无滤波”的曲线所示振动而不稳定，有时瞬时载荷值Ml的平均值偏离真正的载荷值。

为了解决该课题，在本实施方式中，在判定为载荷不稳定时，通过滤波处理部56对动臂速度指令设定低通滤波，由此来抑制动臂速度指令的急剧变化，降低瞬时载荷值Ml的变动。

如此，通过判定过去的载荷运算是否稳定来判定运送动作时的操作员的操作是否适合，在不适合时进行滤波处理而接近真正值，因此，即使在操作不适合的操作员的载荷测量中也可提升精度。

<第五实施方式>

接下来，对本发明的第五实施方式进行说明。本实施方式的特征在于：操作员能够经由输入装置(监视器23)任意设定第一实施方式的速度限制值Vlim和设定值Hth的值。在本实施方式中，具有触摸面板的监视器23作为设定值Vlim、Hth的输入装置发挥功能。其他部分与第一实施方式相同。

图21是本实施方式的载荷测量系统的系统结构图。本实施方式的控制器21构成为能够接收从监视器23输出的信号(速度限制值(Vlim)的变更信号、垂直方向距离设定值(Hth)的变更信号)。来自监视器23的信号输入到速度限制值运算部55，速度限制值运算部55根据该信号来变更速度限制值Vlim和设定值Hth。

图22是本实施方式的监视器23的显示画面的一例的概略图。如图22所示，监视器23的画面上设置有：载荷值显示部73，其显示由载荷运算部52运算出的作业对象物的载荷值；姿势显示部70，其主要显示前作业机12的姿势；速度限制值显示部71，其显示实际的动臂转动速度的时间变化与速度限制值Vlim；以及输入部72，其用于操作员设定所希望的速度限制值Vlim与设定值Hth。

在姿势显示部70显示图10所示的区域A、区域B以及基准线Lst1，通过黑色圆来显示运送动作开始时的挖斗15的前端位置。在一次触摸了画面内的位于基准线Lst1两端的两个白色圆中的某一个后，适当操作输入部72的上下箭头来进行上下移动，由此能够调整基准线Lst1的位置。也可以在基准线Lst1的附近显示设定值Hth的数值。将通过输入部72设定的基准线Lst1的高度作为垂直方向距离设定值变更信号输入到速度限制值运算部55，速度限制值运算部55根据该变更信号来变更设定值Hth。

在一次触摸了速度限制值显示部71内的表示速度限制值Vlim的直线后，适当操作输入部72的上下箭头来进行上下移动，由此能够调整速度限制值Vlim的值。可以在速度限制值Vlim的附近显示其数值。将通过输入部72设定的速度限制值Vlim的值作为速度限制值变更信号输入到速度限制值运算部55，速度限制值运算部55根据该变更信号来变更速度限制值Vlim。

如此，构成为同时显示运送动作开始时的挖斗前端位置与基准线Lst1，同时显示实际的动臂转动速度的时间变化与速度限制值Vlim，并且，能够将基准线Lst1与速度限制值Vlim变更为操作员所希望的位置、所希望的值，由此能够实施与作业环境或操作员相适应的速度限制，因此，能够提升载荷测量的精度。

另外，在此为了方便，对于将第一实施方式的速度限制值Vlim与设定值Hth变更为所希望的值的情况进行了说明，当然也可以构成为通过监视器(输入装置)23能够变更上述以及后述的其他实施方式中设定的各种设定值。

<第六实施方式>

接下来，对本发明的第六实施方式进行说明。本实施方式相当于第一实施方式的变形例，特征在于具有：姿势运算部53，其运算开始运送动作时的上部旋转体11到挖斗爪尖为止的水平方向距离L；以及速度限制值运算部55，其在该水平方向距离L小于设定值Lth时运算速度限制值Vlim。其他部分与第一实施方式相同。

在本实施方式中，如图24所示，以水平方向上的挖斗15的前端位置为前作业机12的姿势的基准，姿势运算部53按照预定的周期持续运算上部旋转体11的旋转中心到挖斗15的前端位置为止的水平方向距离L。通过以下的式(11)来运算水平方向距离L。

L＝Lbm·cos(θbm)+Lam·cos(θbm+θam)+Lbk·cos(θbm+θam+θbm)…(11)

在上述实施方式中，设定为相对于上部旋转体11的旋转中心在车体前方的预定位置预先设定与上部旋转体11的旋转轴平行的基准线Lst3，在相对于该基准线Lst3靠近上部旋转体11的区域C进行速度限制，在远离上部旋转体11的区域D不进行速度限制。从动臂13的转动中心到基准线Lst3的距离(水平方向距离)是设定值Lth，在本实施方式中，通过运送动作开始时的挖斗前端位置是否超过基准线Lst3(即，挖斗爪尖存在于区域C、D中的哪一个)来对动臂油缸16的速度限制值的有无进行分类。

本实施方式的由速度限制值运算部55执行的流程与图11的流程大致相同，但是以如下方式变更图11的步骤S121、S122。即，在步骤S121中，速度限制值运算部55从姿势运算部53取得水平方向距离L，接着在步骤S122中，速度限制值运算部55判定水平方向距离L是否比设定值Lth大。其他处理与图11相同因此省略说明。其中，当然在步骤S123中设定的速度限制值Vlim可以与图11不同。

图25分别表示上段所示的两个姿势(a)、(b)时的运送动作中的挖斗前端位置的高度的时间变化的图表(中段)、以及运送动作中的动臂转动速度的时间变化的图表(下段)。即，与第一实施方式的图12一样。如图25(b)的“无修正”的图表所示，在运送动作开始时的挖斗爪尖的前端位置L比设定值Lth小时(即，挖斗前端位置处于基准线Lst3近前的区域C时)，由前作业机12的重力产生的转矩变小，动臂转动速度上升。因此，无法充分确保动臂转动速度恒定(速度界限值)的期间，由于瞬时载荷值Ml的采样数减少因此载荷值中容易产生误差。与此相对，根据本实施方式，如图25(b)所示，通过对动臂13的转动速度设置的速度限制Vlim，能够确保挖斗前端位置达到预定高度为止的时间，能够充分取得动臂的转动角速度恒定的期间。因此，与第一实施方式同样地，瞬时的载荷Ml稳定从而载荷测量的精度提升。

另外，显然也可以将第一实施方式的区域A、B与本实施方式的区域C、D进行组合，设定4个区域来进行速度限制。并且，可以构成为设定以多个挖斗前端位置为代表点的修正量的图，对测量出的挖斗前端位置执行使用了该图的插补，由此来决定设定值。

此外，在本实施方式中也可以如第五实施方式那样可通过作为输入装置的监视器23将设定值Lth以及速度限制值Vlim设定为希望的值。此外，在本实施方式中，也可以与第二实施方式一样，设定为根据水平方向距离L的减少来减少速度限制值Vlim。

<第七实施方式>

接下来对本发明的第七实施方式进行说明。本实施方式相当于第三实施方式的变形例。在第三实施方式中，根据来自测距卫星7的信号计算液压挖掘机1的基准点Pss与翻斗车2的基准点Psd的垂直方向上的相对距离Ht，但是在本实施方式的相对距离运算部61中，如图26所示，将开始对翻斗车2的车厢进行装载动作时的挖斗爪尖的高度位置Psd’设为液压挖掘机1与翻斗车的垂直方向的相对距离Ht’。可以从运送开始判定部54在图5的步骤S104中输出了装载开始判定时的姿势运算部53的运算结果中取得开始装载动作时的挖斗爪尖的高度位置(相对距离)Ht’。

本实施方式的控制器21使用计算出的相对距离Ht’，通过以下的式(12)来设定用于对运送动作开始时的前作业机12的姿势进行分类的新的垂直方向距离的设定值Hth’。即，本实施方式的速度限制值运算部55以位于高度Hth的基准线Lst1向上方移动了相对距离Ht’后的新的基准线Lst4为基准来判定是否将速度限制值Vlim设定为动臂油缸速度。另外，在图26的示例中，由于翻斗车2的基准点位于液压挖掘机的基准点上方，因此在下述式(12)中将Hth减去Ht而得的值设为Hth’。

Hth’＝Hth-Ht’…(12)

如此，即使运算相对距离Ht’，也获得与第三实施方式同样的效果。另外，在计算相对距离时，除了本实施方式与第三实施方式所说明的内容之外，例如还可以具有激光距离仪或音波距离仪，直接测量运送机械2的位置。

<其他>

另外，本发明并非限定于上述各实施方式，还包含在不脱离其主旨的范围内的各种变形例。例如，本发明并不限定于具有上述各实施方式中说明的全部结构的发明，还包含将其结构的一部分进行删除后的发明。此外，还能够将某个实施方式的结构的一部分追加到其他实施方式的结构中或者置换为其他实施方式的结构。

例如，具有上述各实施方式的说明的上部旋转体11的液压挖掘机1的前作业机12具有：动臂13、斗杆14以及挖斗15，但是前作业机的结构不限于此，例如本发明也能够应用于磁力吊机那样的具有不同形式的前作业机的作业机械。

此外，显然，速度指令的修正方法不限于速度限制以及低通滤波。例如在液压挖掘机1中由于前作业机12的惯性的影响等，如图23所示无法使针对动臂13的操作指示(速度指令)231与动臂13的实际动作(速度)一致，实际的动臂速度可能超过速度限制值Vlim而振动性地动作。为了解决这样的课题，在控制器21中具有液压挖掘机1的运动的预测模型，通过速度指令修正部50对应用了图12所示的基于速度限制值Vlim的速度指令修正时的动臂13的动作预测232进行运算。并且，在速度指令修正部50运算出的动臂13的动作预测232超过速度限制值Vlim时，速度指令修正部50根据预测模型的特征进行逆运算，生成修正指示233使得不超过速度限制值Vlim。如图23所示，此时的修正指示233成为消除预测模型的振动的信号。通过生成这样的修正指示233而与操作指示231相乘，可以使动臂13如修正后动作234那样以大致恒定的速度进行转动。

另外，在上述各实施方式中，为了简单说明了针对单一的致动器(动臂油缸16)基于运送动作时的前作业机12的姿势进行速度限制，但是显然也可以对其他致动器(例如，斗杆油缸17、挖斗油缸18等)单独地进行同样的速度限制。

此外，运送开始判定部54中的运送开始判定并非限定于如上所述使用了斗杆油缸缸底压力与挖斗角度的方法。例如，在磁力吊机那样的作业机的情况下，可以容易地根据磁铁吸附的ON/OFF信号来判定运送动作的开始与结束。

载荷的运算并非限于图7所示的模型，显然可以使用不同的运算式。例如，可以使用由动臂13、斗杆14、挖斗15构成的前作业机12的运动方程式来运算载荷。

载荷的确定方法并非限于图8所示的方法。例如可以提取动臂13的转动加速度为预定值以下的期间，将该期间的载荷平均化来进行确定。

速度限制值Vlim的设定并非限于图10、图12、图13、图14所示的方法。

符号说明

1 液压挖掘机

2 翻斗车

12 前作业机

13 动臂

14 斗杆

15 挖斗

16 动臂油缸

17 斗杆油缸

18 挖斗油缸

21 控制器

22 操作杆(操作装置)

23 监视器(显示装置、输入装置)

24 动臂角度传感器

25 斗杆角度传感器

26 挖斗角度传感器

27 旋转角速度传感器

28 倾斜角度传感器

29 动臂缸底压力传感器

30 动臂活塞杆压力传感器

31 斗杆缸底压力传感器

32 斗杆活塞杆压力传感器

51 驱动信号生成部

52 载荷运算部

53 姿势运算部

54 运送开始判定部

55 速度限制值运算部

56 滤波处理部

61 相对距离运算部。

Claims (7)

1.一种作业机械，其具有：

多关节型的作业机；

致动器，其驱动所述作业机；

操作装置，其根据操作量生成针对所述致动器的速度指令；以及

控制装置，其具有载荷运算部，该载荷运算部根据所述作业机向运送机械的上方运送作业对象物的期间的所述致动器的推力信息来运算所述作业对象物的载荷，

其特征在于，

所述控制装置还具有：

速度限制值运算部，其根据所述作业机开始向所述运送机械的上方运送作业对象物时的所述作业机的姿势信息来运算所述致动器的速度的限制值；

速度指令修正部，其在由所述速度指令规定的致动器速度超过所述限制值时，修正并输出所述速度指令，使得所述致动器的速度成为所述限制值，在由所述速度指令规定的致动器速度为所述限制值以下时，不修正所述速度指令而进行输出；以及

驱动信号生成部，其根据从所述速度指令修正部输出的速度指令生成所述致动器的驱动信号并进行输出。

2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述作业机械还具有姿势运算部，该姿势运算部运算所述作业机开始向所述运送机械的上方运送作业对象物时的所述作业机的前端相对于所述作业机械的高度，来作为所述作业机的姿势信息，

所述速度限制值运算部在所述作业机的前端的高度超过在所述作业机械的下方设定的基准线Lst1时运算所述限制值。

3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述作业机械还具有姿势运算部，该姿势运算部运算所述作业机开始向所述运送机械的上方运送作业对象物时的从所述作业机械到所述作业机的前端为止的水平方向距离，来作为所述作业机的姿势信息，

所述速度限制值运算部在所述水平方向距离小于预定值时运算所述限制值。

4.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述控制装置还具有相对距离运算部，该相对距离运算部测量所述作业机械与所述运送机械的垂直方向上的相对距离，

所述作业机械还具有姿势运算部，该姿势运算部运算所述作业机开始向所述运送机械的上方运送作业对象物时的所述作业机的前端相对于所述作业机械的高度，来作为所述作业机的姿势信息，

所述速度限制值运算部根据所述垂直方向上的相对距离以及所述作业机的前端的高度计算所述作业机的移动高度，在该移动高度超过在所述作业机械的下方设定的基准线Lst1时运算所述限制值。

5.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述控制装置还具有：

载荷稳定判定部，其根据所述载荷运算部运算出的所述作业对象物的载荷值的时间变化来判定所述作业对象物的载荷值是否已稳定；以及

滤波处理部，其在所述载荷稳定判定部判定为所述作业对象物的载荷值未稳定时，对所述操作装置生成的速度指令实施低通滤波处理，

所述速度指令修正部在通过所述滤波处理部实施了低通滤波处理后的速度指令即滤波速度指令所规定的致动器速度超过所述限制值时，修正并输出所述滤波速度指令，使得所述致动器速度成为所述限制值，在所述滤波速度指令规定的致动器速度为所述限制值以下时，不修正所述滤波速度指令而进行输出。

6.根据权利要求2所述的作业机械，其特征在于，

将所述限制值设定为根据所述作业机的前端的高度与所述基准线Lst1之间的距离的增加而减少。

7.根据权利要求3所述的作业机械，其特征在于，

将所述限制值设定为根据所述水平方向距离的减少而减少。