CN116964280A - 运算装置以及运算方法 - Google Patents

运算装置以及运算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116964280A
CN116964280A CN202280019932.3A CN202280019932A CN116964280A CN 116964280 A CN116964280 A CN 116964280A CN 202280019932 A CN202280019932 A CN 202280019932A CN 116964280 A CN116964280 A CN 116964280A
Authority
CN
China
Prior art keywords
boom
arm
cylinder
sensor
pin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280019932.3A
Other languages
English (en)
Inventor
清水实
山胁翔太
小山干
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Publication of CN116964280A publication Critical patent/CN116964280A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/2029—Controlling the position of implements in function of its load, e.g. modifying the attitude of implements in accordance to vehicle speed
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/08—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
    • G01G19/10—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles having fluid weight-sensitive devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/08—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
    • G01G19/083—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles lift truck scale
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/412—Excavators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/415—Wheel loaders

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

提供能够高精度地计算工作装置搬运的货物的重量的运算装置。液压挖掘机(100)具备车身、支承于车身的动臂底部销(5a)、通过动臂底部销(5a)以能够旋转的方式与车身连结的动臂(3a)、安装于动臂(3a)的前端的动臂顶部销(5b)、通过动臂顶部销(5b)以能够旋转的方式与动臂(3a)连结的斗杆(3b)、安装于斗杆(3b)的前端的斗杆顶部销(5c)、以及通过斗杆顶部销(5c)以能够旋转的方式与斗杆(3b)连结的铲斗(3c)。运算装置根据绕动臂底部销(5a)的力矩的平衡式、绕动臂顶部销(5b)的力矩的平衡式、以及绕斗杆顶部销(5c)的力矩的平衡式中的任意2个平衡式，来计算工作装置(3)搬运的货物的重量。

Description

运算装置以及运算方法
技术领域
本公开涉及计算工作装置搬运的货物的重量的运算装置以及运算方法。
背景技术
在日本特开平10-245874号公报(专利文献1)中公开了一种运算装置，其在具备铲斗的液压挖掘机中，根据绕铲斗支承轴的力的平衡条件来计算铲斗内的载货重量。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-245874号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述文献中记载了如下内容：通过实验求出铲斗载货的重心位置。然而，铲斗载货的重心位置未必恒定。因此，在使用通过实验求出的重心位置来计算载货重量的技术中，难以提高载货重量的精度。
在本公开中，提出能够高精度地计算工作装置搬运的货物的重量。
用于解决课题的手段
根据本公开的某方面，提出具备工作装置的作业机械中的、计算工作装置搬运的货物的重量的运算装置。作业机械具备：车身；动臂底部销，其支承于车身；动臂，其通过动臂底部销以能够旋转的方式与车身连结；动臂顶部销，其安装于动臂的前端；斗杆，其通过动臂顶部销以能够旋转的方式与动臂连结；斗杆顶部销，其安装于斗杆的前端；以及配件，其通过斗杆顶部销以能够旋转的方式与斗杆连结。运算装置根据绕动臂底部销的力矩的平衡式、绕动臂顶部销的力矩的平衡式、绕斗杆顶部销的力矩的平衡式中的任意2个平衡式，来计算货物的重量。
根据本公开的某方面，提出具备工作装置的作业机械中的、计算工作装置搬运的货物的重量的运算装置。作业机械具备：车身；动臂底部销，其支承于车身；动臂，其通过动臂底部销以能够旋转的方式与车身连结；动臂顶部销，其安装于动臂的前端；配件，其通过动臂顶部销以能够旋转的方式与动臂连结；以及转动构件，其支承于动臂，能够与配件一起相对于动臂旋转。运算装置根据绕动臂底部销的力矩的平衡式、以及绕转动构件的旋转中心的力矩的平衡式这2个平衡式，来计算货物的重量。
根据本公开的某方面，提出具备工作装置的作业机械的、计算工作装置搬运的货物的重量的运算装置。作业机械具备：车身；动臂底部销，其支承于车身；动臂，其一端通过动臂底部销以能够旋转的方式与车身连结；动臂顶部销，其安装于动臂的另一端；斗杆，其一端通过动臂顶部销以能够旋转的方式与动臂的另一端连结；斗杆顶部销，其安装于斗杆的另一端；配件，其一端通过斗杆顶部销以能够旋转的方式与斗杆的另一端连结；动臂液压缸，其驱动动臂进行旋转动作；斗杆液压缸，其驱动斗杆进行旋转动作；配件液压缸，其驱动配件进行旋转动作；压力传感器；以及位置传感器。压力传感器包括安装于动臂液压缸且输出动臂液压缸的工作油压力信息的动臂压力传感器、安装于斗杆液压缸且输出斗杆液压缸的工作油压力信息的斗杆压力传感器、以及安装于配件液压缸且输出配件液压缸的工作油压力信息的配件压力传感器中的至少2个传感器。位置传感器包括输出用于得到动臂相对于车身的位置的动臂信息的动臂位置传感器、输出用于得到斗杆相对于动臂的位置的斗杆信息的斗杆位置传感器、以及用于得到配件相对于斗杆的位置的配件信息的配件位置传感器。运算装置根据货物的搬运中的、根据动臂液压缸的工作油压力信息和动臂信息生成的第一关系式、根据斗杆液压缸的工作油压力信息和斗杆信息生成的第二关系式、以及根据配件液压缸的工作油压力信息和配件信息生成的第三关系式中的任意2个关系式，来计算货物的重量。压力传感器至少包括与2个关系式对应的2个传感器。
根据本公开的某方面，提出具备工作装置的作业机械的、计算工作装置搬运的货物的重量的运算方法。工作装置具有以第一旋转中心作为轴转动的动臂、以第二旋转中心作为轴转动的斗杆、以及以第三旋转中心作为轴转动的配件来作为构件。运算方法包括以下的处理。在第一处理中，针对上述的构件，建立绕第一旋转中心、第二旋转中心以及第三旋转中心中的任意2个旋转中心的运动的关系式。在第二处理中，取得构件各自的重量以及重心位置。在第三处理中，取得货物的搬运时的构件的位置。在第四处理中，取得与关系式的运动对应的推力。在第五处理中，根据构件的重心位置和构件的位置，运算货物的搬运时的构件各自的重心位置分别与对应的第一旋转中心、第二旋转中心以及第三旋转中心的水平方向距离。在第六处理中，根据关系式、所取得的信息、以及运算出的信息，运算工作装置搬运的货物的重量。
发明效果
根据本公开的运算装置以及运算方法，能够高精度地计算工作装置搬运的货物的重量。
附图说明
图1是概要性地示出基于本公开的第一实施方式的作业机械的结构的图。
图2是示出图1所示的作业机械的系统的概要结构的框图。
图3是示出图2所示的控制器内的功能模块的图。
图4是示出绕动臂底部销的力矩的平衡的示意图。
图5是示出绕斗杆顶部销的力矩的平衡的示意图。
图6是示出绕动臂顶部销的力矩的平衡的示意图。
图7是概要性地示出基于第三实施方式的作业机械的结构的图。
图8是概要性地示出基于第四实施方式的作业机械的结构的图。
图9是示出第四实施方式的控制器内的功能模块的图。
图10是示出绕支承销的力矩的平衡的示意图。
图11是示出本公开的运算方法的流程图的图。
具体实施方式
以下，基于附图对实施方式进行说明。在以下的说明中，对相同部件标注有相同的附图标记。它们的名称以及功能也相同。因此，不重复关于它们的详细说明。
[第一实施方式]
<作业机械的结构>
图1是概要性地示出作为基于本公开的第一实施方式的作业机械的一例的液压挖掘机100的结构的侧视图。如图1所示，本实施方式的液压挖掘机100主要具有行驶体1、回转体2、以及工作装置3。通过行驶体1和回转体2构成液压挖掘机100的车身。
行驶体1具有左右一对履带装置1a。该左右一对履带装置1a分别具有履带。通过驱动左右一对履带旋转而液压挖掘机100自行驶。
回转体2相对于行驶体1回转自如地设置。该回转体2主要具有驾驶室(cab)2a、驾驶席2b、发动机室2c、以及配重2d。驾驶室2a配置于回转体2的例如前方左侧(车辆前侧)。在驾驶室2a的内部空间配置有用于供操作员就坐的驾驶席2b。
发动机室2c以及配重2d分别相对于驾驶室2a配置于回转体2的后方侧(车辆后侧)。发动机室2c收纳有发动机单元(发动机、排气处理构造体等)。发动机室2c的上方被发动机罩覆盖。配重2d配置于发动机室2c的后方。
工作装置3枢轴支承于回转体2的前方侧且驾驶室2a的例如右侧。工作装置3例如具有动臂3a、斗杆3b、铲斗3c、动臂缸4a、斗杆缸4b、铲斗缸4c等。动臂3a的基端部(一端)通过动臂底部销5a以能够旋转的方式与回转体2连结。斗杆3b的基端部(一端)通过动臂顶部销5b以能够旋转的方式与动臂3a的前端部(另一端)连结。铲斗3c(的一端)通过斗杆顶部销5c以能够旋转的方式与斗杆3b的前端部(另一端)连结。
在本实施方式中，以工作装置3为基准来对液压挖掘机100的各部分的位置关系进行说明。
工作装置3的动臂3a相对于回转体2以动臂底部销5a为中心旋转移动。相对于回转体2转动的动臂3a的特定的部分、例如动臂3a的前端部移动的轨迹为圆弧状，确定包含该圆弧的平面。在俯视液压挖掘机100的情况下，该平面作为直线表示。该直线的延伸方向是液压挖掘机100的车身的前后方向、或者回转体2的前后方向，以下也简称为前后方向。液压挖掘机100的车身的左右方向(车宽度方向)、或者回转体2的左右方向是指俯视下与前后方向正交的方向，以下也简称为左右方向。液压挖掘机100的车身的上下方向、或者回转体2的上下方向是指与由前后方向以及左右方向确定的平面正交的方向，以下也简称为上下方向。
在前后方向上，工作装置3从车身突出的一侧是前方向，与前方向相反的方向是后方向。观察前方向时左右方向的右侧、左侧分别是右方向、左方向。在上下方向上，地面所在的一侧是下侧，天空所在的一侧是上侧。
前后方向是就坐于驾驶室2a内的驾驶席2b的操作员的前后方向。左右方向是就坐于驾驶席2b的操作员的左右方向。上下方向是就坐于驾驶席2b的操作员的上下方向。就坐于驾驶席2b的操作员正对的方向是前方向，就坐于驾驶席2b的操作员的背后方向是后方向。就坐于驾驶席2b的操作员正对正面时的右侧、左侧分别是右方向、左方向。就坐于驾驶席2b的操作员的脚部侧是下侧，头顶侧是上侧。
动臂3a能够由动臂缸(动臂液压缸)4a驱动。通过该驱动，动臂3a能够以动臂底部销5a为中心相对于回转体2在上下方向上转动。斗杆3b能够由斗杆缸(斗杆液压缸)4b驱动。通过该驱动，斗杆3b能够以动臂顶部销5b为中心相对于动臂3a在上下方向上转动。铲斗(配件)3c能够由铲斗缸(配件液压缸)4c驱动。通过该驱动，铲斗3c能够以斗杆顶部销5c为中心相对于斗杆3b在上下方向上转动。像这样，工作装置3能够进行驱动。
动臂底部销5a支承于液压挖掘机100的车身。动臂底部销5a支承于回转体2的框架的一对纵板(未图示)。动臂顶部销5b安装于动臂3a的前端。斗杆顶部销5c安装于斗杆3b的前端。动臂底部销5a、动臂顶部销5b以及斗杆顶部销5c均沿左右方向延伸。动臂底部销5a也被称作动臂基部销。
工作装置3具有铲斗连杆3d。铲斗连杆3d具有第一连杆构件3da、以及第二连杆构件3db。第一连杆构件3da的前端和第二连杆构件3db的前端经由铲斗缸顶部销3dc以能够相对旋转的方式连结。铲斗缸顶部销3dc与铲斗缸4c的前端连结。因此第一连杆构件3da以及第二连杆构件3db与铲斗缸4c销连结。
第一连杆构件3da的基端通过第一连杆销3dd以能够旋转的方式与斗杆3b连结。第二连杆构件3db的基端通过第二连杆销3de以能够旋转的方式与铲斗3c的根部部分的托架连结。
在动臂缸4a的头侧安装有压力传感器6a。压力传感器6a能够检测动臂缸4a的缸头侧油室40A内的工作油的压力(头压)。在动臂缸4a的底侧安装有压力传感器6b。压力传感器6b能够检测动臂缸4a的缸底侧油室40B内的工作油的压力(底压)。压力传感器6a、6b将由头压和底压构成的工作油压力信息输出至后述的控制器10。
在斗杆缸4b的头侧安装有压力传感器6c。压力传感器6c能够检测斗杆缸4b的缸头侧油室内的工作油的压力(头压)。在斗杆缸4b的底侧安装有压力传感器6d。压力传感器6d能够检测斗杆缸4b的缸底侧油室内的工作油的压力(底压)。压力传感器6c、6d将由头压和底压构成的工作油压力信息输出至后述的控制器10。
在铲斗缸4c的头侧安装有压力传感器6e。压力传感器6e能够检测铲斗缸4c的缸头侧油室内的工作油的压力(头压)。在铲斗缸4c的底侧安装有压力传感器6f。压力传感器6f能够检测铲斗缸4c缸底侧油室内的工作油的压力(底压)。压力传感器6e、6f将由头压和底压构成的工作油压力信息输出至后述的控制器10。
在动臂3a、斗杆3b以及铲斗3c中设置有用于得到各自的位置以及姿态的信息的位置传感器。位置传感器将用于得到动臂3a、斗杆3b以及铲斗3c各自的位置的动臂信息、斗杆信息以及配件信息输出至后述的控制器10。
在动臂缸4a中作为位置传感器而安装有行程传感器7a。行程传感器7a检测动臂缸4a中的缸杆4ab相对于缸体aa的位移量作为动臂信息。在斗杆缸4b中作为位置传感器而安装有行程传感器7b。行程传感器7b检测斗杆缸4b中的缸杆的位移量作为斗杆信息。在铲斗缸4c中作为位置传感器而安装有行程传感器7c。行程传感器7c检测铲斗缸4c中的缸杆的位移量作为配件信息。
位置传感器也可以是角度传感器。在动臂底部销5a的周围安装有角度传感器9a。在动臂顶部销5b的周围安装有角度传感器9b。在斗杆顶部销5c的周围安装有角度传感器9c。角度传感器9a、9b、9c可以是电位计，也可以是旋转编码器。角度传感器9a、9b、9c将动臂3a等的旋转角信息(动臂信息、斗杆信息以及配件信息)输出至后述的控制器10。
如图1所示，在侧视下，将通过动臂底部销5a和动臂顶部销5b的直线(图1中用双点划线图示)、与沿上下方向延伸的直线(图1中用虚线图示)所成的角度设为动臂角θb。动臂角θb通常是锐角。动臂角θb表示动臂3a相对于回转体2的角度。动臂角θb能够根据行程传感器7a的检测结果来计算，另外能够根据角度传感器9a的测定值来计算。
在侧视下，将通过动臂底部销5a和动臂顶部销5b的直线、与通过动臂顶部销5b和斗杆顶部销5c的直线(图1中用双点划线图示)所成的角度设为斗杆角θa。斗杆角θa表示侧方视下斗杆3b转动的区域中的斗杆3b相对于动臂3a的角度。斗杆角θa能够根据行程传感器7b的检测结果来计算，另外能够根据角度传感器9b的测定值来计算。
在侧视下，将通过动臂顶部销5b和斗杆顶部销5c的直线、与通过斗杆顶部销5c和铲斗3c的铲尖的直线(图1中用双点划线图示)所成的角度设为铲斗角θk。铲斗角θk表示侧视下铲斗3c转动的区域中的铲斗3c相对于斗杆3b的角度。铲斗角θk能够根据行程传感器7c的检测结果来计算，另外能够根据角度传感器9c的测定值来计算。
位置传感器也可以是IMU(Inertial Measurement Unit：惯性计测装置)。在回转体2、动臂3a、斗杆3b以及第一连杆构件3da中分别安装有IMU8a、8b、8c、8d。IMU8a计测前后方向、左右方向及上下方向上的回转体2的加速度、以及绕前后方向、左右方向及上下方向的回转体2的角速度。IMU8b、8c、8d分别计测前后方向、左右方向及上下方向上的动臂3a、斗杆3b、第一连杆构件3da的加速度、以及绕前后方向、左右方向及上下方向的动臂3a、斗杆3b、第一连杆构件3da的角速度。
基于由安装于回转体2的IMU8a测定的加速度与由安装于动臂3a的IMU8b测定的加速度的差量，能够取得动臂缸4a的伸缩的加速度(动臂缸4a的伸缩速度的变化量)。动臂角θb、斗杆角θa、铲斗角θk也可以分别根据IMU8b、8c、8d的检测结果来计算。
作为位置传感器，举出了各液压缸的行程传感器、动臂3a等的各连杆的角度传感器、以及IMU，但位置传感器也可以是六轴加速度传感器。位置传感器也可以同时采用上述传感器中的几个。位置传感器也可以除了上述传感器之外，还同时采用GNSS(GlobalNavigation Satellite System：卫星定位系统)。
<作业机械的系统的概要结构＞
接下来，使用图2对作业机械的系统的概要结构进行说明。图2是示出图1所示的作业机械的系统的概要结构的框图。
如图2所示，本实施方式中的系统是用于决定工作装置3搬运的货物L(图1)的重量即载货重量的系统。本实施方式中的系统包括图1所示的作为作业机械的一例的液压挖掘机100、以及图2所示的控制器10。控制器10可以搭载于液压挖掘机100。控制器10也可以设置于液压挖掘机100的外部。控制器10可以配置于液压挖掘机100的作业现场，也可以配置于远离液压挖掘机100的作业现场的远程地。
发动机31例如是柴油发动机。由控制器10控制向发动机31的燃料的喷射量，由此控制发动机31的输出。
液压泵33与发动机31连结。发动机31的旋转驱动力传递至液压泵33，由此驱动液压泵33。液压泵33例如是具有斜板、其他通过变更斜板的倾转角来使排出容量变化的可变容量型的液压泵。从液压泵33排出的油的一部分作为工作油供给至方向控制阀34。从液压泵33排出的油的一部分通过减压阀被减压至一定的压力，作为先导油来使用。
方向控制阀34例如是使杆状的阀芯移动来切换工作油流动的方向的阀芯方式的阀。通过阀芯沿轴向移动，调整对致动器40的工作油的供给量。在方向控制阀34中设置有检测阀芯的移动距离(阀芯行程)的阀芯行程传感器。
通过控制向致动器40的液压的供给以及排出，来控制工作装置3的动作、回转体2的回转、以及行驶体1的行驶动作。上述致动器40包括图1所示的动臂缸4a、斗杆缸4b、铲斗缸4c、行驶马达、未图示的回转马达等。
需要说明的是，在本例中，将为了使致动器40工作而向该致动器40供给的油称作工作油。另外，将为了使方向控制阀34工作而向该方向控制阀34供给的油称作先导油。另外，将先导油的压力称作先导液压。
液压泵33也可以是如上述那样送出工作油和先导油双方的泵。液压泵33也可以分开地具有送出工作油的液压泵(主液压泵)、和送出先导油的液压泵(先导液压泵)。
操作装置25配置于驾驶室2a内。操作装置25由操作员操作。操作装置25接受驱动工作装置3的操作员操作。另外，操作装置25接受使回转体2回转的操作员操作。操作装置25输出对应于操作员操作的操作信号。
操作装置25具有第一操作杆25R以及第二操作杆25L。第一操作杆25R例如配置于驾驶席2b的右侧。第二操作杆25L例如配置于驾驶席2b的左侧。在第一操作杆25R以及第二操作杆25L中，前后左右的动作对应于2轴的动作。
通过第一操作杆25R来操作例如动臂3a以及铲斗3c。第一操作杆25R的前后方向的操作例如对应于动臂3a的操作，对应于前后方向的操作而执行动臂3a下降的动作以及上升的动作。第一操作杆25R的左右方向的操作例如对应于铲斗3c的操作，对应于左右方向的操作而执行铲斗3c向挖掘方向(朝上)以及卸料方向(朝下)的动作。
通过第二操作杆25L来操作例如斗杆3b以及回转体2。第二操作杆25L的前后方向的操作对应于例如回转体2的回转，对应于前后方向的操作而执行回转体2的右回转动作以及左回转动作。第二操作杆25L的左右方向的操作例如对应于斗杆3b的操作，对应于左右方向的操作而执行斗杆3b向卸料方向(朝上)以及挖掘方向(朝下)的动作。
从液压泵33送出并由减压阀减压后的先导油向操作装置25供给。基于操作装置25的操作量来调整先导液压。
操作装置25和方向控制阀34经由先导油路450连接。先导油经由先导油路450向方向控制阀34供给。由此，方向控制阀34的阀芯沿轴向移动，调整向动臂缸4a、斗杆缸4b以及铲斗缸4c供给的工作油的流动方向以及流量，执行动臂3a、斗杆3b、铲斗3c的向上下方向的动作。
在先导油路450中配置有压力传感器36。压力传感器36检测先导液压。压力传感器36的检测结果输出至控制器10。先导液压的增加量根据使操作杆25L、25R分别从中立位置倾倒的角度而不同。根据由压力传感器36得到的先导液压的检测结果，能够判断操作装置25的操作内容。
控制器10也被输入行程传感器7a～7c、IMU8a～8d、角度传感器9a～9c以及压力传感器6a～6f的检测信号。
控制器10和行程传感器7a～7c、IMU8a～8d、角度传感器9a～9c以及压力传感器6a～6f、36分别可以以有线的方式电连接，另外也可以以无线的方式进行通信。控制器10例如是计算机，服务器，便携式终端等，也可以是CPU(Central Processing Unit)。
在上述说明中对操作装置25为先导液压方式的情况进行了说明，但操作装置25也可以是电气方式的操作装置。在操作装置25为电气方式的情况下，第一操作杆25R以及第二操作杆25L各自的操作量例如由电位计检测。电位计是指得到与机械位置成比例的电气(电压)输出的位移传感器。电位计的检测结果输出至控制器10。根据电位计的检测结果，能够判断操作装置25的操作内容。
<控制器10内的功能模块>
接下来，使用图3对控制器10内的功能模块进行说明。图3是示出图2所示的控制器10内的功能模块的图。
如图3所示，动臂缸推力计算部10a取得压力传感器6a、6b的检知结果。具体而言，动臂缸推力计算部10a取得由压力传感器6a检知到的动臂缸4a的头压。动臂缸推力计算部10a取得由压力传感器6b检知到的动臂缸4a的底压。动臂缸推力计算部10a基于动臂缸4a的头压和底压来计算动臂缸推力Fboom。
推力被定义为将物体向运动方向推动的力，动臂缸推力Fboom是动臂缸4a产生的、使动臂3a相对于车身相对旋转的推力。动臂缸推力Fboom是在动臂缸4a的延伸方向上作用的力。动臂缸推力计算部10a将计算出的动臂缸推力Fboom向载货重量计算部10i输出。
斗杆缸推力计算部10b取得压力传感器6c、6d的检知结果。具体而言，斗杆缸推力计算部10b取得由压力传感器6c检知到的斗杆缸4b的头压。斗杆缸推力计算部10b取得由压力传感器6d检知到的斗杆缸4b的底压。斗杆缸推力计算部10b基于斗杆缸4b的头压和底压来计算斗杆缸推力Farm。
斗杆缸推力Farm是斗杆缸4b产生的、使斗杆3b相对于动臂3a相对旋转的推力。斗杆缸推力Farm是在斗杆缸4b的延伸方向上作用的力。斗杆缸推力计算部10b将计算出的斗杆缸推力Farm向载货重量计算部10i输出。
铲斗缸推力计算部10c取得压力传感器6e、6f的检知结果。具体而言，铲斗缸推力计算部10c取得由压力传感器6e检知到的铲斗缸4c的头压。铲斗缸推力计算部10c取得由压力传感器6f检知到的铲斗缸4c的底压。铲斗缸推力计算部10c基于铲斗缸4c的头压和底压来计算铲斗缸推力Fbucket。
铲斗缸推力Fbucket是铲斗缸4c产生的、使铲斗3c相对于斗杆3b相对旋转的推力。铲斗缸推力Fbucket是在铲斗缸4c的延伸方向上作用的力。铲斗缸推力计算部10c将计算出的铲斗缸推力Fbucket向载货重量计算部10i输出。
动臂角计算部10d从行程传感器7a、IMU8b、以及角度传感器9a中的至少一个传感器取得与动臂角θb有关的信息。动臂角计算部10d基于所取得的信息来计算动臂角θb。动臂角计算部10d将计算出的动臂角θb向重心位置计算部10g输出。
斗杆角计算部10e从行程传感器7b、IMU8c、以及角度传感器9b中的至少一个传感器取得与斗杆角θa有关的信息。斗杆角计算部10e基于所取得的信息来计算斗杆角θa。斗杆角计算部10e将计算出的斗杆角θa向重心位置计算部10g输出。
铲斗角计算部10f从行程传感器7c、IMU8d、以及角度传感器9c中的至少一个传感器取得与铲斗角θk有关的信息。铲斗角计算部10f基于所取得的信息来计算铲斗角θk。铲斗角计算部10f将计算出的铲斗角θk向重心位置计算部10g输出。
存储部10j存储有构成工作装置3的各构件的尺寸、重量以及重心的位置等各种信息。这些各种信息也可以从控制器10外部的输入部11输入至存储部10j。存储部10j也可以不包含于控制器10，而配置于控制器10的外部。
重心位置计算部10g计算构成工作装置3的各构件、例如动臂3a、动臂缸4a的缸4aa、第一连杆构件3da等的重心相对于动臂底部销5a的相对位置。重心位置计算部10g根据由动臂角计算部10d计算出的动臂角θb、由斗杆角计算部10e计算出的斗杆角θa、由铲斗角计算部10f计算出的铲斗角θk、以及存储于存储部10j的构成工作装置3的各构件的重心的位置，来计算构成工作装置3的各构件的上述相对位置。
重心位置计算部10g根据动臂角θb、斗杆角θa以及铲斗角θk，来计算以动臂底部销5a为基准的动臂3a、斗杆3b以及铲斗3c的姿态。重心位置计算部10g根据计算出的姿态来计算工作装置3的其他结构构件的状态(姿态·行程)。重心位置计算部10g根据计算结果以及所存储的各构件的重心位置，来计算构成工作装置3的各构件的以动臂底部销5a为基准的相对位置。
力矩距离计算部10h计算从动臂底部销5a到构成工作装置的各构件的重心为止的、水平方向上的距离。具体而言，力矩距离计算部10h计算从动臂底部销5a到动臂3a的重心为止的水平方向地距离Xboom。力矩距离计算部10h计算从动臂底部销5a到斗杆3b的重心为止的水平方向的距离Xarm。力矩距离计算部10h计算从动臂底部销5a到铲斗3c的重心为止的水平方向的距离Xbucket。
力矩距离计算部10h计算从动臂底部销5a到动臂缸4a的缸部分(缸4aa)的重心为止的水平方向的距离XboomC。力矩距离计算部10h计算从动臂底部销5a到动臂缸4a的缸杆部分(缸杆4ab)的重心为止的水平方向的距离XboomCR。
力矩距离计算部10h计算从动臂底部销5a到斗杆缸4b的缸部分的重心为止的水平方向的距离XarmC。力矩距离计算部10h计算从动臂底部销5a到斗杆缸4b的缸杆部分的重心为止的水平方向的距离XarmCR。
另外，力矩距离计算部10h计算从动臂底部销5a到动臂顶部销5b为止的水平方向的距离Xboomtop。力矩距离计算部10h计算从动臂底部销5a到斗杆顶部销5c为止的水平方向的距离Xarmtop。
另外，力矩距离计算部10h计算与动臂缸4a的延伸方向正交的方向上的、从动臂底部销5a到动臂缸4a为止的距离hboom。力矩距离计算部10h计算与斗杆缸4b的延伸方向正交的方向上的、从动臂顶部销5b到斗杆缸4b为止的距离harm。力矩距离计算部10h计算与铲斗缸4c的延伸方向正交的方向上的、从斗杆顶部销5c到铲斗缸4c为止的距离hbucket。
力矩距离计算部10h将计算出的这些距离向载货重量计算部10i输出。
载货重量计算部10i计算铲斗3c中装载的货物L的重量Mpayload。关于重量Mpayload的计算方法在后文说明。载货重量计算部10i将计算出的重量Mpayload输出至控制器10外的显示部12。显示部12例如可以配置于驾驶室2a(图1)内，另外也可以配置于远离液压挖掘机100的远程地。显示部12将计算出的重量Mpayload显示于画面。在驾驶室2a内操作液压挖掘机100的操作员、在远程地操作液压挖掘机100的操作员、或者监视液压挖掘机100的动作的监视者等通过观察显示部12，能够识别铲斗3c中装载的货物L的重量Mpayload。
需要说明的是，输入部11以及显示部12分别可以与控制器10以有线的方式连接，另外也可以以无线的方式连接。
<货物L的重量的计算>
以下，对铲斗3c中装载的货物L的重量Mpayload的计算方法的详情进行说明。货物L的重量Mpayload根据3个关系式中的任意2个来计算，该3个关系式根据分别关于货物L的搬运中的构成工作装置3的3个连杆(动臂3a、斗杆3b、铲斗3c)而来自位置传感器的信息和来自压力传感器的信息来设定。以下，作为连杆而将动臂3a和铲斗3c作为对象，作为关系式而设定力矩的平衡式，对货物L的重量Mpayload的计算方法进行说明。
图3所示的载货重量计算部10i从存储部10j读取绕动臂底部销5a的力矩的平衡式。图4是示出绕动臂底部销5a的力矩的平衡的示意图。绕动臂底部销5a的力矩的平衡式通过以下的公式(1)来表达。
[式1]
Fboom×hboom＝Mpayload×Xpayload+MXwe…(1)
公式(1)的左边是基于动臂缸推力Fboom的力矩。在公式(1)的右边的第一项中，Mpayload是铲斗3c中装载的货物L的重量。Xpayload是从动臂底部销5a到铲斗3c中装载的货物L的重心位置为止的水平方向的距离。公式(1)的右边的第一项是基于铲斗3c中装载的货物L的力矩。
公式(1)的右边的第二项的MXwe是基于工作装置3的自重的力矩。力矩MXwe通过以下的公式(2)来计算。
[式2]
MXwe＝Mboom×Xboom+MboomC×XboomC+MboomCR×XboomCR+Marm×Xarm+MarmC×XarmC+MarmCR×XarmC+Mbucket×Xbucket…(2)
在公式(2)中，Mboom是动臂3a的重量。MboomC是动臂缸4a的缸部分的重量。MboomCR是动臂缸4a的缸杆部分的重量。Marm是斗杆3b的重量。MarmC是斗杆缸4b的缸部分的重量。MarmCR是斗杆缸4b的缸杆部分的重量。Mbucket是铲斗3c的重量。
这些的重量Mboom、MboomC、MboomCR、Marm、MarmC、MarmCR以及Mbucket例如分别通过在图3所示的输入部11中进行向存储部10j的输入操作而存储于存储部10j。
接下来，载货重量计算部10i从存储部10j读取绕斗杆顶部销5c的力矩的平衡式。图5是示出绕斗杆顶部销5c的力矩的平衡的示意图。绕斗杆顶部销5c的力矩的平衡式通过以下的公式(3)来表达。
[式3]
Fbucket×hbucket＝Mpayload×(Xpayload-Xarmtop)+MXwe_bucket…(3)
公式(3)的左边是基于铲斗缸4c的推力Fbucket的力矩。公式(3)的右边的第一项是基于铲斗3c中装载的货物L的力矩。公式(3)的右边的第二项的MXwe_bucket是基于铲斗3c的自重的力矩。
根据公式(1)和公式(3)的联立方程式，作为用于计算载货重量Mpayload的公式，能够建立不依赖于距离Xpayload的以下的公式(4)。
[式4]
在公式(1)中包含距离Xpayload，在公式(3)中也包含距离Xpayload。将该2个平衡式作为联立方程式求解，导出不包含距离Xpayload的公式(4)。基于公式(4)，能够计算载货重量Mpayload。由此，消除铲斗3c中装载的货物L的重心位置的偏移的影响，从而能够计算更高精度的载货重量Mpayload。
将根据公式(4)计算出的载货重量Mpayload代入公式(1)或者公式(3)，能够计算距离Xpayload。另外，根据公式(1)和公式(3)的联立方程式，作为用于计算距离Xpayload的公式，能够建立不依赖于载货重量Mpayload的以下的公式(5)。
[式5]
根据计算出的距离Xpayload，能够校正铲斗3c中装载的货物L的重心位置。
总之，计算铲斗3c搬运的货物L的重量Mpayload的运算方法包括以下的处理。图11是示出本公开的运算方法的流程图的图。
在图11所示的步骤S1中执行的处理中，针对工作装置3的构件，建立绕动臂底部销5a(第一旋转中心)、动臂顶部销5b(第二旋转中心)、以及斗杆顶部销5c(第三旋转中心)中的任意2个旋转中心的运动的关系式。在本实施方式中，建立绕第一旋转中心以及第三旋转中心的运动的关系式。运动的关系式可以是绕运动的旋转中心的力矩的平衡式。公式的建立可以是取得存储于存储部10j的关系式信息的操作。从存储部10j取得的关系式信息也可以是根据绕上述2个旋转中心的运动的关系式针对载货重量Mpayload整理出的1个关系式。
在步骤S2中执行的处理中，取得动臂3a、斗杆3b以及铲斗3c(配件)的各构件的重量以及重心位置。各构件的重心以及重心位置的信息可以从存储部10j取得。
在步骤S3中执行的处理中，取得货物L的搬运时的各构件的位置。各构件的位置可以通过取得表示各构件的姿态的各构件的旋转角并根据该旋转角进行运算而取得。
在步骤S4中执行的处理中，取得各构件的运动的关系式中的、与构件的运动对应的推力。在本实施方式中，计测使动臂3a和铲斗3c动作的液压缸的工作油压力，从而取得推力。推力也可以根据使动臂3a、斗杆3b以及铲斗3c(配件)的各构件转动的液压缸的头压和底压而得到。
在步骤S5中执行的处理中，根据各构件的重心位置、以及货物L的搬运时的各构件的位置，运算货物L的搬运时的各构件的重心位置分别和各构件的旋转中心即上述第一旋转中心、第二旋转中心及第三旋转中心的水平方向的距离(力矩距离)。
在步骤S6中执行的处理中，向各构件的运动的关系式中输入所取得的信息以及运算出的信息，以运算工作装置3搬运的货物L的重量(载货重量Mpayload)。所取得的信息是指，工作装置3的各构件的重量及重心位置、以及使货物L的搬运时的各构件转动的液压缸的推力。运算出的信息是指，货物L的搬运时的各构件的重心位置和各构件的旋转中心的水平方向的距离。
[第二实施方式]
在第一实施方式中，对根据绕动臂底部销5a的力矩的平衡式、以及绕斗杆顶部销5c的力矩的平衡式这2个平衡式来计算铲斗3c中装载的货物L的重量Mpayload的例子进行了说明。并不局限于该例子，控制器10能够根据绕动臂底部销5a的力矩的平衡式、绕动臂顶部销5b的力矩的平衡式、绕斗杆顶部销5c的力矩的平衡式中的任意2个平衡式来计算铲斗3c中装载的货物L的重量Mpayload。在第二实施方式中，对根据绕动臂底部销5a的力矩的平衡式、以及绕动臂顶部销5b的力矩的平衡式这2个平衡式来计算重量Mpayload的例子进行说明。
第二实施方式中的液压挖掘机100的结构、系统构成、以及控制器10内的功能模块如参照图1至图3在第一实施方式中所说明的那样。
在第二实施方式中，载货重量计算部10i从存储部10j读取绕动臂顶部销5b的力矩的平衡式。图6是示出绕动臂顶部销5b的力矩的平衡的示意图。绕动臂顶部销5b的力矩的平衡式通过以下的公式(6)来表达。
[式6]
Farm×harm＝Mpayload×(Xpayload-Xboomtop)+MXwe_arm…(6)
公式(6)的左边是基于斗杆缸推力Farm的力矩。公式(6)的右边的第一项是基于铲斗3c中装载的货物L的力矩。公式(6)的右边的第二项的MXwe_arm是基于比动臂顶部销5b靠工作装置3的前端侧的工作装置3的自重的力矩。力矩MXwe_arm通过与公式(2)同样的平衡式来计算。
根据公式(1)和公式(6)的联立方程式，作为用于计算载货重量Mpayload的公式，能够建立不依赖于距离Xpayload的以下的公式(7)。
[式7]
在公式(1)中包含距离Xpayload，在公式(6)中也包含距离Xpayload。通过将该2个平衡式作为联立方程式求解，导出不包含距离Xpayload的公式(7)。基于公式(7)，能够计算载货重量Mpayload。由此，消除铲斗3c中装载的货物L的重心位置的偏移的影响，从而能够计算更高精度的载货重量Mpayload。
通过将根据公式(7)计算出的载货重量Mpayload代入公式(1)或者公式(6)，能够计算距离Xpayload。另外，根据公式(1)和公式(6)的联立方程式，作为用于计算距离Xpayload的公式，能够建立不依赖于载货重量Mpayload的公式。根据计算出的距离Xpayload，能够校正铲斗3c中装载的货物L的重心位置。
在第一以及第二实施方式的说明中，对计算铲斗3c中装载的货物L的重量即载货重量Mpayload的例子进行了说明。并不局限于该例子，通过将实施方式的思想应用于例如在第二连杆销3de安装有吊钩而能够吊起以及吊下货物L的斗杆起重机规格的液压挖掘机100，从而能够高精度地计算起吊货物的重量。
在第一以及第二实施方式示出的液压挖掘机100中，工作装置3的3个连杆(动臂3a，斗杆3b，铲斗3c)分别具备位置传感器9a、9b、9c、以及对应的压力传感器6a、6b、6c，但并不限定于该结构。压力传感器也可以仅作为用于载货重量Mpayload的计算的2个关系式的对象的连杆具备。
[第三实施方式]
在第一以及第二实施方式中，对作为工作装置3的前端的配件而具备铲斗3c的液压挖掘机100进行了说明。配件并不局限于铲斗3c，根据作业的种类，配件也可以替换为抓斗，起重磁铁等。在第三实施方式中，对作为配件而具备起重磁铁103的液压挖掘机100进行说明。
图7是概要性地示出基于第三实施方式的作为作业机械的一例的液压挖掘机100的结构的侧视图。基于第三实施方式的液压挖掘机100具备与图1所示的第一实施方式的液压挖掘机100几乎相同的结构，在取代铲斗3c而在工作装置3的前端具备起重磁铁103这一方面不同。
起重磁铁103具有主体部105以及支承部104。主体部105是产生磁力的磁铁。主体部105例如是电磁铁。主体部105能够利用磁力来保持并搬运磁性体。支承部104支承主体部105。支承部104通过斗杆顶部销5c以能够旋转的方式与斗杆3b的前端部连结。第二连杆构件3db的基端通过第二连杆销3de以能够旋转的方式与支承部104的根部部分的托架连结。
在具备起重磁铁103的液压挖掘机100中，难以使工作装置3搬运的货物L即吸附保持于主体部105的磁性体的相对于主体部105的相对位置以及磁性体的姿态恒定。因此，磁性体的重心位置容易偏移。如图7所示，根据绕动臂底部销5a的力矩的平衡式、以及绕斗杆顶部销5c的力矩的平衡式这2个平衡式，建立不依赖于货物L的重心位置的偏移的用于计算货物L的重量的公式，由此消除保持于起重磁铁103的货物L的重心位置的偏移的影响，能够计算更高精度的货物L的重量。
在第一至第三实施方式所示的液压挖掘机100中，在回转体2相对于行驶体1的回转中，通过计算货物L的重量，能够更高精度地计算货物L的重量。
[第四实施方式]
在第一至第三实施方式中，对作业机械为液压挖掘机100的例子进行了说明。并不局限于液压挖掘机100，通过将实施方式的思想应用于具备多连杆机构的工作装置3的工作装置3搬运货物L的作业机械，能够高精度地计算工作装置3搬运的货物L的重量。例如，作业机械也可以是轮式装载机、反铲装载机、滑移装载机等。
图8是概要性地示出基于第四实施方式的作为作业机械的一例的轮式装载机200的结构的侧视图。如图8所示，轮式装载机200具有车身框架202、工作装置203、行驶装置204、以及驾驶室205。
由车身框架202以及驾驶室205构成轮式装载机200的车身。在驾驶室205内配置有供操作员就坐的座椅以及操作装置等。在轮式装载机200的车身安装有工作装置203以及行驶装置204。工作装置203配置于车身的前方，在车身的最后端设置有配重206。
车身框架202包括前框架211以及后框架212。在前框架211和后框架212安装有转向缸213。转向缸213是液压缸。转向缸213通过来自转向泵(未图示)的工作油而伸缩。通过转向缸213的伸缩，前框架211和后框架212能够相互向左右方向摆动。由此，轮式装载机200的行进方向能够向左右变更。
在第四实施方式中，将轮式装载机200直行行驶的方向称作轮式装载机200的前后方向。在轮式装载机200的前后方向上，将相对于车身框架202而配置有工作装置203的一侧作为前方向，将与前方向相反的一侧作为后方向。轮式装载机200的左右方向是在俯视下与前后方向正交的方向。观察前方向时的左右方向的右侧、左侧分别是右方向、左方向。轮式装载机200的上下方向是与由前后方向以及左右方向确定的平面正交的方向。在上下方向上，地面所在的一侧是下侧，天空所在的一侧是上侧。
行驶装置204包括行驶轮204a、204b。行驶轮204a、204b分别是车轮，具有由橡胶构成的轮胎。行驶轮(前轮)204a以能够旋转的方式安装于前框架211。行驶轮(后轮)204b以能够旋转的方式安装于后框架212。轮式装载机200通过驱动行驶轮204a、204b旋转而能够自行驶。
工作装置203是用于进行挖掘等作业的装置。工作装置203安装于前框架211。工作装置203包括铲斗214、动臂215、双臂曲柄216、倾斜杆217、动臂缸218、以及铲斗缸219。
动臂215的基端部通过动臂底部销221旋转自如地安装于前框架211。由此，动臂215以能够旋转的方式安装于车身。铲斗214通过动臂顶部销222旋转自如地安装于动臂215的前端。动臂底部销221支承于轮式装载机200的车身。动臂顶部销222安装于动臂215的前端。动臂底部销221和动臂顶部销222沿左右方向延伸。
动臂缸218驱动动臂215。动臂缸218的一端通过销223以能够旋转的方式安装于车身的前框架211。由此，动臂缸218以能够旋转的方式安装于车身。动臂缸218的另一端通过销224以能够旋转的方式安装于动臂215。
动臂缸218例如是液压缸。动臂缸218通过来自工作装置泵(未图示)的工作油而伸缩。由此，动臂215进行驱动，安装于动臂215的前端的铲斗214升降。
双臂曲柄216通过支承销229旋转自如地支承于动臂215。双臂曲柄216具有位于支承销229的一方侧的第一端部、以及相对于支承销229位于与第一端部相反的一侧的第二端部。双臂曲柄216的第一端部以夹有倾斜杆217的方式与铲斗214连接。双臂曲柄216的第二端部以夹有铲斗缸219的方式与车身的前框架211连接。
倾斜杆217的一端通过销227以能够旋转的方式安装于双臂曲柄216的第一端部。倾斜杆217的另一端通过销228以能够旋转的方式安装于铲斗214。
铲斗缸219相对于动臂215驱动铲斗214。铲斗缸219的一端通过销225以能够旋转的方式安装于车身的前框架211。铲斗缸219的另一端通过销226以能够旋转的方式安装于双臂曲柄216的第二端部。
铲斗缸219例如是液压缸。铲斗缸219通过来自工作装置泵(未图示)的工作油而伸缩。通过铲斗缸219的伸缩，双臂曲柄216进行驱动，双臂曲柄216相对于动臂215旋转。双臂曲柄216的旋转经由倾斜杆217传递至铲斗214，由此铲斗214进行驱动，铲斗214相对于动臂215上下转动。双臂曲柄216相当于能够与铲斗214一起相对于动臂215旋转的实施方式的转动构件。
轮式装载机200还具有检知与动臂缸218的推力Fboom有关的信息的传感器、以及检知与铲斗缸219的推力Fbucket有关的信息的传感器。
检知与动臂缸218的推力Fboom有关的信息的传感器例如是压力传感器231b、231h。压力传感器231b、231h分别检知动臂缸218的缸压力。压力传感器231b检知动臂缸218的底压。压力传感器231h检知动臂缸218的头压。
头压是指相对于液压缸的活塞而缸杆侧的压力，底压是指相对于活塞而管侧的压力。
检知与铲斗缸219的推力Fbucket有关的信息的传感器例如是压力传感器232b、232h。压力传感器232b、232h分别检知铲斗缸219的缸压力。压力传感器232b检知铲斗缸219的底压。压力传感器232h检知铲斗缸219的头压。
轮式装载机200还具有检知与工作装置203的姿态有关的信息的传感器。检知与工作装置203的姿态有关的信息的传感器例如包括检知与动臂角度有关的信息的第一传感器、以及检知与铲斗相对于动臂的角度有关的信息的第二传感器。
与工作装置203的姿态有关的信息包括距离hboom以及距离hbucket(图10)。距离hboom是动臂底部销221与销223之间的距离，且是与动臂缸218的延伸方向正交的方向的距离。距离hbucket是支承销229与销226之间的距离，且是与铲斗缸219的延伸方向正交的方向的距离。
动臂角度是动臂215相对于车身的前框架211的角度。铲斗角度是铲斗214相对于动臂215的角度。
检知与动臂角度有关的信息的第一传感器例如是电位计233。电位计233以与动臂底部销221同心的方式安装。作为检知与动臂角度有关的信息的第一传感器，也可以取代电位计233而使用动臂缸218的行程传感器235。
另外，作为检知与动臂角度有关的信息的第一传感器，也可以使用IMU(InertialMeasurement Unit)237。IMU237例如安装于动臂215。
检知与铲斗角度有关的信息的第二传感器例如是电位计234。电位计234以与支承销229同心的方式安装。作为检知与铲斗角度有关的信息的第二传感器，也可以取代电位计234而使用铲斗缸219的行程传感器236。
另外，作为检知与铲斗角度有关的信息的第二传感器，也可以使用IMU238。IMU238例如安装于倾斜杆217。
上述的电位计233、234、行程传感器235、236、以及IMU237、238也可以用作检知与工作装置203的重心GC1的位置有关的信息的传感器。与工作装置203的重心GC1的位置有关的信息是距离Xwe。
距离Xwe是重心GC1与动臂底部销221之间的距离，且是沿着轮式装载机200的前后方向的距离。距离Xwe是在轮式装载机200载置于水平的地面的状态下、重心GC1与动臂底部销221之间的沿着水平方向的距离。
另外，上述的电位计233、234、行程传感器235、236、以及IMU237、238也可以用作检知与铲斗214内的载货的重心GC2的位置有关的信息的传感器。与铲斗214内的载货的重心GC2的位置有关的信息是距离Xpayload。
距离Xpayload是重心GC2与动臂底部销221之间的距离，且是沿着轮式装载机200的前后方向的距离。Xpayload是在轮式装载机200载置于水平的地面的状态下、重心GC2与动臂底部销221之间的沿着水平方向的距离。
图9是示出第四实施方式的控制器250内的功能模块的图。本实施方式中的系统是用于决定工作装置203搬运的货物的重量即载货重量的系统。本实施方式中的系统包括图8所示的作为作业机械的一例的轮式装载机200、以及图9所示的控制器250。控制器250可以搭载于轮式装载机200。控制器250也可以设置于轮式装载机200的外部。控制器250可以配置于轮式装载机200的作业现场，也可以配置于远离轮式装载机200的作业现场的远程地。
如图9所示，动臂缸推力计算部250a取得压力传感器231b、231h的检知结果。具体而言，动臂缸推力计算部250a取得由压力传感器231h检知到的动臂缸218的头压。动臂缸推力计算部250a取得由压力传感器231b检知到的动臂缸218的底压。动臂缸推力计算部250a基于动臂缸218的头压和底压来计算动臂缸推力Fboom。
推力被定义为将物体向运动方向推动的力，动臂缸推力Fboom是动臂缸218产生的、使动臂215相对于车身相对旋转的推力。动臂缸推力计算部250a将计算出的动臂缸推力Fboom向载货重量计算部250i输出。
铲斗缸推力计算部250c取得压力传感器232b、232h的检知结果。具体而言，铲斗缸推力计算部250c取得由压力传感器232h检知到的铲斗缸219的头压。铲斗缸推力计算部250c取得由压力传感器232b检知到的铲斗缸219的底压。铲斗缸推力计算部250c基于铲斗缸219的头压和底压来计算铲斗缸推力Fbucket。
铲斗缸推力Fbucket是铲斗缸219产生的、使铲斗214相对于动臂215相对旋转的推力。铲斗缸推力计算部250c将计算出的铲斗缸推力Fbucket向载货重量计算部250i输出。
动臂角计算部250d从行程传感器235、IMU237、以及电位计233中的至少一个传感器取得与动臂角度有关的信息。动臂角计算部250d基于所取得的信息来计算动臂角度。动臂角计算部250d将计算出的动臂角度向重心位置计算部250g输出。
铲斗角计算部250f从行程传感器236、IMU238、以及电位计234中的至少一个传感器取得与铲斗角度有关的信息。铲斗角计算部250f基于所取得的信息来计算铲斗角度。铲斗角计算部250f将计算出的铲斗角度向重心位置计算部250g输出。
存储部250j存储有构成工作装置203的各构件的尺寸及重量、以及工作装置203的重心GC1的位置等各种信息。该各种信息也可以从控制器250外部的输入部251输入存储部250j。存储部250j也可以不包含于控制器250而配置于控制器250的外部。
重心位置计算部250g计算工作装置203的重心GC1相对于动臂底部销221的相对位置。重心位置计算部250g根据由动臂角计算部250d计算出的动臂角度、由铲斗角计算部250f计算出的铲斗角度、以及存储于存储部10j的工作装置203的重心GC1的位置，来计算工作装置203的重心GC1的上述相对位置。
力矩距离计算部250h计算从动臂底部销221到工作装置203的重心GC1为止的、水平方向上的距离。具体而言，力矩距离计算部250h计算从动臂底部销221到工作装置203的重心GC1为止的水平方向的距离Xwe。
另外，力矩距离计算部250h计算从动臂底部销221到铲斗214的重心GC3(图10)为止的水平方向的距离Xbucket。力矩距离计算部250h计算从动臂底部销221到倾斜杆217的重心为止的水平方向的距离Xtiltrod。
另外，力矩距离计算部250h计算从动臂底部销221到支承销229为止的水平方向的距离Xpin。
另外，力矩距离计算部250h计算与动臂缸218的延伸方向正交的方向上的、从动臂底部销221到动臂缸218为止的距离hboom。力矩距离计算部250h计算与铲斗缸219的延伸方向正交的方向上的、从支承销229到铲斗缸219为止的距离hbucket。
力矩距离计算部250h将计算出的这些距离向载货重量计算部250i输出。
载货重量计算部250i计算铲斗214中装载的货物的重量Mpayload。载货重量计算部250i将计算出的重量Mpayload输出至控制器250外的显示部252。显示部252例如可以配置于驾驶室205(图8)内，另外也可以配置于远离轮式装载机200的远程地。显示部252将计算出的重量Mpayload显示于画面。在驾驶室205内操作轮式装载机200的操作员、在远程地操作轮式装载机200的操作员或者监视轮式装载机200的动作的监视者等通过观察显示部252，能够识别铲斗214中装载的货物的重量Mpayload。
需要说明的是，输入部251以及显示部252分别与控制器250可以以有线的方式连接，另外也可以以无线的方式连接。
以下，对第四实施方式中的、铲斗214中装载的货物的重量Mpayload的计算方法的详情进行说明。图9所示的载货重量计算部250i从存储部250j读取绕动臂底部销221的力矩的平衡式。绕动臂底部销221的力矩的平衡式通过以下的公式(8)来表达。
[式8]
Fboom×hboom＝Mpayload×Xpayload+MXwe…(8)
公式(8)的左边是基于动臂缸推力Fboom的力矩。在公式(8)中，Mpayload是铲斗214中装载的货物的重量。Xpayload是从动臂底部销221到铲斗214中装载的货物的重心GC2为止的水平方向的距离。公式(8)的右边的第一项是基于铲斗214中装载的货物的力矩。
公式(8)的右边的第二项的MXwe是基于工作装置203的自重的力矩。力矩MXwe通过构成工作装置203的各构件的重量之和M1(图8)、与从动臂底部销221到工作装置203的重心GC1为止的水平方向的距离Xwe的积求出。
接下来，载货重量计算部250i从存储部250j读取绕支承销229的力矩的平衡式。图10是示出绕支承销229的力矩的平衡的示意图。绕支承销229的力矩的平衡式通过以下的公式(9)来表达。
[式9]
Fbucket×hbucket＝Mpayload×(Xpayload-Xpin)+MXwe_pin…(9)
公式(9)的左边是基于铲斗缸推力Fbucket的力矩。公式(9)的右边的第一项是基于铲斗214中装载的货物的力矩。公式(9)的右边的第二项的MXwe_pin是基于比支承销229靠工作装置203的前端侧的工作装置203的自重的力矩。力矩MXwe_pin通过以下的公式(10)来计算。
[式10]
MXwe_pin＝Mbucket×(Xbucket-Xpin)+Mtiltrod×(Xtiltrod-Xpin)…(10)
在公式(10)中，Mbucket是铲斗214的重量。Mtiltrod是倾斜杆217的重量。该重量Mbucket、Mtiltrod例如分别通过在图9所示的输入部251中进行向存储部250j的输入操作而存储于存储部250j。
根据公式(8)和公式(9)的联立方程式，作为用于计算载货重量Mpayload的公式，能够建立不依赖于距离Xpayload的以下的公式(11)。
[式11]
在公式(8)中包含距离Xpayload，且在公式(9)中也包含距离Xpayload。通过将该2个平衡式作为联立方程式求解，导出不包含距离Xpayload的公式(11)。基于公式(11)，能够计算载货重量Mpayload。由此，消除铲斗214中装载的货物的重心位置的偏移的影响，能够计算更高精度的载货重量Mpayload。
通过将根据公式(11)计算出的载货重量Mpayload代入公式(8)或者公式(9)，能够计算距离Xpayload。另外，根据公式(8)和公式(9)的联立方程式，作为用于计算距离Xpayload的公式，能够建立不依赖于载货重量Mpayload的公式。根据计算出的距离Xpayload，能够校正铲斗214中装载的货物的重心位置。
在第四实施方式所示的轮式装载机200，通过在铲斗214中装载有货物的状态下轮式装载机200后退的载货后退中计算货物的重量，能够更高精度地计算货物的重量。
在上述实施方式中，控制器10作为用于计算货物的重量的关系式而使用了与工作装置所具备的多个连杆分别有关的力矩的平衡式中的2个平衡式。关系式并不限定于力矩的平衡式，也可以是与多个连杆分别有关的运动方程式。运动方程式与平衡式同样地，可以通过来自压力传感器和位置传感器的信息来设定。
如以上那样对实施方式进行了说明，但应当理解本次公开的实施方式在所有方面是例示性的，而非限制性的。本发明的范围不由上述的说明而由技术方案来表示，且旨在包含与技术方案均等的意思及范围内的所有变更。
附图标记说明：
1...行驶体；2...回转体；2a...驾驶室；3、203...工作装置；3a、215...动臂；3b...斗杆；3c、214...铲斗(配件)；3d...铲斗连杆；3da...第一连杆构件；3db...第二连杆构件；3dc...铲斗缸顶部销；3dd...第一连杆销；3de...第二连杆销；4a、218...动臂缸(动臂液压缸)；4aa...缸；4ab...缸杆；4b...斗杆缸(斗杆液压缸)；4c、219...铲斗缸(配件液压缸)；5a、221...动臂底部销(第一旋转中心)；5b、222...动臂顶部销(第二旋转中心)；5c...斗杆顶部销(第三旋转中心)；6a、6b、6c、6d、6e、6f、231b、231h、232b、232h...压力传感器；7a、7b、7c、235、236...行程传感器；9a、9b、9c...角度传感器(传感器；位置传感器)；10、250...控制器；10a、250a...动臂缸推力计算部；10b...斗杆缸推力计算部；10c、250c...铲斗缸推力计算部；10d、250d...动臂角计算部；10e...斗杆角计算部；10f、250f...铲斗角计算部；10g、250g...重心位置计算部；10h、250h...力矩距离计算部；10i、250i...载货重量计算部；10j、250j...存储部；11、251...输入部；12、252...显示部；40...致动器；100...液压挖掘机；103...起重磁铁；104...支承部；105...主体部；200...轮式装载机；202...车身框架；204...行驶装置；205...驾驶室；216...双臂曲柄；217...倾斜杆；229...支承销；233、234...电位计；L...货物。

Claims (17)

1.一种运算装置，其是具备工作装置的作业机械的、计算所述工作装置搬运的货物的重量的运算装置，其中，
所述作业机械具备：
车身；
动臂底部销，其支承于所述车身；
动臂，其通过所述动臂底部销以能够旋转的方式与所述车身连结；
动臂顶部销，其安装于所述动臂的前端；
斗杆，其通过所述动臂顶部销以能够旋转的方式与所述动臂连结；
斗杆顶部销，其安装于所述斗杆的前端；以及
配件，其通过所述斗杆顶部销以能够旋转的方式与所述斗杆连结，
所述运算装置根据绕所述动臂底部销的力矩的平衡式、绕所述动臂顶部销的力矩的平衡式、绕所述斗杆顶部销的力矩的平衡式中的任意2个平衡式，来计算所述货物的重量。
2.根据权利要求1所述的运算装置，其中，
所述作业机械具备：
致动器，其产生使所述动臂相对于所述车身相对旋转的推力；以及
传感器，其检知所述动臂相对于所述车身的角度，
所述运算装置基于所述致动器产生的推力以及所述传感器的检知结果，建立绕所述动臂底部销的力矩的平衡式。
3.根据权利要求1所述的运算装置，其中，
所述作业机械具备：
致动器，其产生使所述斗杆相对于所述动臂相对旋转的推力；以及
传感器，其检知所述斗杆相对于所述动臂的角度，
所述运算装置基于所述致动器产生的推力以及所述传感器的检知结果，建立绕所述动臂顶部销的力矩的平衡式。
4.根据权利要求1所述的运算装置，其中，
所述作业机械具备：
致动器，其产生使所述配件相对于所述斗杆相对旋转的推力；以及
传感器，其检知所述配件相对于所述斗杆的角度，
所述运算装置基于所述致动器产生的推力以及所述传感器的检知结果，建立绕所述斗杆顶部销的力矩的平衡式。
5.根据权利要求4所述的运算装置，其中，
所述作业机械还具备连结所述致动器与所述斗杆的连杆构件，
所述传感器安装于所述连杆构件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的运算装置，其中，
所述配件是起重磁铁。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的运算装置，其中，
所述运算装置根据所述任意2个平衡式，来计算所述货物的重心位置。
8.一种运算装置，其是具备工作装置的作业机械的、计算所述工作装置搬运的货物的重量的运算装置，其中，
所述作业机械具备：
车身；
动臂底部销，其支承于所述车身；
动臂，其通过所述动臂底部销以能够旋转的方式与所述车身连结；
动臂顶部销，其安装于所述动臂的前端；
配件，其通过所述动臂顶部销以能够旋转的方式与所述动臂连结；以及
转动构件，其支承于所述动臂，能够与所述配件一起相对于所述动臂旋转，
所述运算装置根据绕所述动臂底部销的力矩的平衡式以及绕所述转动构件的旋转中心的力矩的平衡式这2个平衡式，来计算所述货物的重量。
9.根据权利要求8所述的运算装置，其中，
所述作业机械具备：
致动器，其产生使所述动臂相对于所述车身相对旋转的推力；以及
传感器，其检知所述动臂相对于所述车身的角度，
所述运算装置基于所述致动器产生的推力以及所述传感器的检知结果，建立绕所述动臂底部销的力矩的平衡式。
10.根据权利要求8所述的运算装置，其中，
所述作业机械具备：
致动器，其产生使所述配件相对于所述动臂相对旋转的推力；以及
传感器，其检知所述配件相对于所述动臂的角度，
所述运算装置基于所述致动器产生的推力以及所述传感器的检知结果，建立绕所述旋转中心的力矩的平衡式。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的运算装置，其中，
所述运算装置根据所述2个平衡式，来计算所述货物的重心位置。
12.一种运算装置，其是具备工作装置的作业机械的、计算所述工作装置搬运的货物的重量的运算装置，其中，
所述作业机械具备：
车身；
动臂底部销，其支承于所述车身；
动臂，其一端通过所述动臂底部销以能够旋转的方式与所述车身连结；
动臂顶部销，其安装于所述动臂的另一端；
斗杆，其一端通过所述动臂顶部销以能够旋转的方式与所述动臂的另一端连结；
斗杆顶部销，其安装于所述斗杆的另一端；
配件，其一端通过所述斗杆顶部销以能够旋转的方式与所述斗杆的另一端连结；
动臂液压缸，其驱动所述动臂进行旋转动作；
斗杆液压缸，其驱动所述斗杆进行旋转动作；
配件液压缸，其驱动所述配件进行旋转动作；
压力传感器，其包括安装于所述动臂液压缸且输出所述动臂液压缸的工作油压力信息的动臂压力传感器、安装于所述斗杆液压缸且输出所述斗杆液压缸的工作油压力信息的斗杆压力传感器以及安装于所述配件液压缸且输出所述配件液压缸的工作油压力信息的配件压力传感器中的至少2个传感器；
动臂位置传感器，其输出用于得到所述动臂相对于所述车身的位置的动臂信息；
斗杆位置传感器，其输出用于得到所述斗杆相对于所述动臂的位置的斗杆信息；以及
配件位置传感器，其输出用于得到所述配件相对于所述斗杆的位置的配件信息，
所述运算装置根据所述货物的搬运中的、根据所述动臂液压缸的所述工作油压力信息和所述动臂信息生成的第一关系式、根据所述斗杆液压缸的所述工作油压力信息和所述斗杆信息生成的第二关系式、以及根据所述配件液压缸的所述工作油压力信息和所述配件信息生成的第三关系式中的任意2个关系式，来计算所述货物的重量，
所述压力传感器至少包括与所述2个关系式对应的2个传感器。
13.根据权利要求12所述的运算装置，其中，
所述动臂位置传感器是检知所述动臂相对于所述车身的角度的传感器，
所述斗杆位置传感器是检知所述斗杆相对于所述动臂的角度的传感器，
所述配件位置传感器是检知所述配件相对于所述斗杆的角度的传感器。
14.根据权利要求12或13所述的运算装置，其中，
所述第一关系式是所述货物的搬运时的、绕所述动臂底部销的力矩的平衡式，
所述第二关系式是所述货物的搬运时的、绕所述动臂顶部销的力矩的平衡式，
所述第三关系式是所述货物的搬运时的、绕所述斗杆顶部销的力矩的平衡式。
15.一种运算方法，其是具备工作装置的作业机械的、计算所述工作装置搬运的货物的重量的运算方法，其中，
所述工作装置具有以第一旋转中心作为轴转动的动臂、以第二旋转中心作为轴转动的斗杆以及以第三旋转中心作为轴转动的配件来作为构件，
所述运算方法包括如下处理：
针对所述构件，建立绕所述第一旋转中心、所述第二旋转中心及所述第三旋转中心中的任意2个旋转中心的运动的关系式；
取得所述构件各自的重量及重心位置；
取得所述货物的搬运时的所述构件的位置；
取得与所述关系式的所述运动对应的推力；
根据所述构件的所述重心位置和所述位置，运算所述货物的搬运时的所述构件各自的重心位置分别与对应的所述第一旋转中心、所述第二旋转中心及所述第三旋转中心的水平方向距离；以及
根据所述关系式、所述取得的信息以及所述运算出的信息，运算所述工作装置搬运的所述货物的重量。
16.根据权利要求15所述的运算方法，其中，
根据表示所述构件的姿态的角度来取得所述构件的所述位置。
17.根据权利要求16所述的运算方法，其中，
所述关系式是绕所述运动的旋转中心的力矩的平衡式。
CN202280019932.3A 2021-03-31 2022-01-24 运算装置以及运算方法 Pending CN116964280A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021061390A JP2022157266A (ja) 2021-03-31 2021-03-31 演算装置および演算方法
JP2021-061390 2021-03-31
PCT/JP2022/002400 WO2022209214A1 (ja) 2021-03-31 2022-01-24 演算装置および演算方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116964280A true CN116964280A (zh) 2023-10-27

Family

ID=83458615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280019932.3A Pending CN116964280A (zh) 2021-03-31 2022-01-24 运算装置以及运算方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240167247A1 (zh)
JP (1) JP2022157266A (zh)
KR (1) KR20230138020A (zh)
CN (1) CN116964280A (zh)
DE (1) DE112022000577T5 (zh)
WO (1) WO2022209214A1 (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07252091A (ja) * 1994-03-15 1995-10-03 Sumitomo Constr Mach Co Ltd クレーン仕様ショベルの吊り荷重量演算装置
JPH10245874A (ja) 1997-03-06 1998-09-14 Sumitomo Constr Mach Co Ltd 油圧ショベルの積荷重量演算装置
JP6849623B2 (ja) * 2018-03-07 2021-03-24 日立建機株式会社 作業機械
JP7227829B2 (ja) * 2019-03-29 2023-02-22 住友重機械工業株式会社 作業機械
JP2021021263A (ja) * 2019-07-29 2021-02-18 住友重機械工業株式会社 作業機械

Also Published As

Publication number Publication date
DE112022000577T5 (de) 2023-12-28
JP2022157266A (ja) 2022-10-14
WO2022209214A1 (ja) 2022-10-06
US20240167247A1 (en) 2024-05-23
KR20230138020A (ko) 2023-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107407074B (zh) 显示系统及工程机械
AU2014241711B2 (en) Payload determination system and method
CN106460362A (zh) 工程机械的控制系统、工程机械、以及工程机械的控制方法
WO2021124880A1 (ja) 作業機械、計測方法およびシステム
CN114174603B (zh) 动作识别装置
WO2021111963A1 (ja) 作業機械および作業機械の制御方法
JP7289701B2 (ja) ショベル
CN116964280A (zh) 运算装置以及运算方法
CN113423898B (zh) 作业机械、系统以及作业机械的控制方法
CN114729518B (zh) 作业机械、计测方法以及系统
JP7420619B2 (ja) ショベル
CN112334618A (zh) 液压挖掘机
JP7355072B2 (ja) 作業機械
WO2021085167A1 (ja) 作業機械
WO2021065313A1 (ja) 作業機械
WO2022176515A1 (ja) 作業機モーメントを推定する方法
CN118103572A (zh) 工程机械控制系统、工程机械、管理装置及工程机械的控制方法
JP2005082265A (ja) 建設機械の操作装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination