DE112022000577T5

DE112022000577T5 - Berechnungsvorrichtung und ein Berechnungsverfahren

Info

Publication number: DE112022000577T5
Application number: DE112022000577.7T
Authority: DE
Inventors: Minoru Shimizu; Shota YAMAWAKI; Motoki Koyama
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-01-24
Publication date: 2023-12-28
Also published as: WO2022209214A1; JP2022157266A; CN116964280A; US20240167247A1; KR20230138020A

Abstract

Es wird eine Berechnungsvorrichtung bereitgestellt, die in der Lage ist, das Gewicht einer von einem Anbaugerät beförderten Last genau zu berechnen. Ein Hydraulikbagger (100) umfasst einen Fahrzeugkörper, einen unteren Auslegerbolzen (5a), der von dem Fahrzeugkörper getragen wird, einen Ausleger (3a), der durch den unteren Auslegerbolzen (5a) drehbar mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist, einen oberen Auslegerbolzen (5b), der an einem Kopfende des Auslegers (3a) befestigt ist, einen Arm (3b), der durch den oberen Auslegerbolzen (5b) drehbar mit dem Ausleger (3a) verbunden ist, einen oberen Armbolzen (5c), der an einem Kopfende des Arms (3b) befestigt ist, und einen Löffel (3c), der durch den oberen Armbolzen (5c) drehbar mit dem Arm (3b) verbunden ist. Die Berechnungsvorrichtung berechnet das Gewicht einer von einem Anbaugerät (3) beförderten Last auf der Grundlage von zwei beliebigen Gleichgewichtsgleichungen der folgenden Gleichungen: einer Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen (5a), einer Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen (5b) und einer Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen (5c).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Berechnungsvorrichtung und ein Berechnungsverfahren zur Berechnung des Gewichts einer von einem Anbaugerät beförderten Last.
Stand der Technik
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 10- 245 874 (PTL 1) offenbart eine Berechnungsvorrichtung, die ein Lastgewicht in einem Löffel auf der Basis einer Bedingung für ein Kräftegleichgewicht um eine Löffelstützwelle in einem Hydraulikbagger mit dem Löffel berechnet.
Zitationsliste
Patentliteratur
PTL 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 10- 245 874
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der Literatur wird beschrieben, wie die Schwerpunktposition einer Last in einem Löffel experimentell ermitteln werden kann. Die Schwerpunktposition der Last im Löffel ist jedoch nicht unbedingt konstant. Daher ist es schwierig, die Genauigkeit eines Lastgewichts mit einer Technik zur Berechnung des Lastgewichts auf der Basis der experimentell ermittelten Schwerpunktposition zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Berechnungsvorrichtung vor, die in der Lage ist, das Gewicht einer von einem Anbaugerät beförderten Last genau zu berechnen.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Berechnungsvorrichtung in einer Arbeitsmaschine, das ein Anbaugerät umfasst, vorgeschlagen, wobei die Berechnungsvorrichtung ein Gewicht einer von dem Anbaugerät beförderten Last berechnet. Die Arbeitsmaschine umfasst einen Fahrzeugkörper, einen von dem Fahrzeugkörper getragenen unteren Auslegerbolzen, einen Ausleger, der durch den unteren Auslegerbolzen drehbar mit dem Fahrzeugkörper gekoppelt ist, einen oberen Auslegerbolzen, der an einem Kopfende des Auslegers befestigt ist, einen Arm, der durch den oberen Auslegerbolzen drehbar mit dem Ausleger gekoppelt ist, einen oberen Auslegerbolzen, der an einem Kopfende des Arms befestigt ist, und eine Befestigungsvorrichtung, die durch den oberen Auslegerbolzen drehbar mit dem Arm gekoppelt ist. Die Berechnungsvorrichtung berechnet das Gewicht der Last auf der Grundlage von zwei beliebigen Gleichgewichtsgleichungen, ausgewählt aus einer Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen, einer Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen und einer Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Berechnungsvorrichtung in einer Arbeitsmaschine, die ein Anbaugerät umfasst, vorgeschlagen, wobei die Berechnungsvorrichtung ein Gewicht einer von dem Anbaugerät beförderten Last berechnet. Die Arbeitsmaschine umfasst einen Fahrzeugkörper, einen unteren Auslegerbolzen, der von dem Fahrzeugkörper getragen wird, einen Ausleger, der durch den unteren Auslegerbolzen drehbar mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist, einen oberen Auslegerbolzen, der an einem Kopfende des Auslegers befestigt ist, eine Befestigungsvorrichtung, die durch den oberen Auslegerbolzen drehbar mit dem Ausleger verbunden ist, und ein Schwenkelement, das von dem Ausleger getragen wird und zusammen mit der Befestigungsvorrichtung in Bezug auf den Ausleger drehbar ist. Die Berechnungsvorrichtung berechnet das Gewicht der Last auf der Grundlage von zwei Gleichgewichtsgleichungen, umfassend eine Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen und eine Gleichung des Momentengleichgewichts um einen Drehpunkt des Schwenkelements.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Berechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, die ein Anbaugerät umfasst, vorgeschlagen, wobei die Berechnungsvorrichtung das Gewicht einer von dem Anbaugerät beförderten Last berechnet. Die Arbeitsmaschine umfasst einen Fahrzeugkörper, einen von dem Fahrzeugkörper getragenen unteren Auslegerbolzen, einen Ausleger, dessen eines Ende durch den unteren Auslegerbolzen drehbar mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist, einen oberen Auslegerbolzen, der an dem anderen Ende des Auslegers befestigt ist, einen Arm, dessen eines Ende durch den oberen Auslegerbolzen drehbar mit dem anderen Ende des Auslegers verbunden ist, einen oberen Auslegerbolzen, der an dem anderen Ende des Arms befestigt ist, eine Befestigungsvorrichtung, deren eines Ende durch den oberen Armbolzen drehbar mit dem anderen Ende des Arms verbunden ist, einen Ausleger-Hydraulikzylinder, der den Ausleger in Drehung versetzt, einen Arm-Hydraulikzylinder, der den Arm in Drehung versetzt, einen Befestigungsvorrichtung-Hydraulikzylinder, der die Befestigungsvorrichtung in Drehung versetzt, einen Drucksensor und einen Positionssensor. Der Drucksensor umfasst mindestens zwei Sensoren der folgenden Sensoren: einen Ausleger-Drucksensor, der am Ausleger-Hydraulikzylinder angebracht ist und Hydrauliköl-Druckinformationen des Ausleger-Hydraulikzylinders ausgibt, einen Arm-Drucksensor, der am Arm-Hydraulikzylinder angebracht ist und Hydrauliköl-Druckinformationen des Arm-Hydraulikzylinders ausgibt, und einen Anbaugeräte-Drucksensor, der am Befestigungsvorrichtung-Hydraulikzylinder angebracht ist und Hydrauliköl-Druckinformationen des Anbaugeräte-Hydraulikzylinders ausgibt. Der Positionssensor umfasst einen Ausleger-Positionssensor, der Informationen über den Ausleger ausgibt, um eine Position des Auslegers in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie zu erhalten, einen ArmPositionssensor, der Informationen über den Arm ausgibt, um eine Position des Arms in Bezug auf den Ausleger zu erhalten, und einen Befestigungsvorrichtungs-Positionssensor, der Informationen über die Befestigungsvorrichtung ausgibt, um eine Position der Befestigungsvorrichtung in Bezug auf den Arm zu erhalten. Die Berechnungsvorrichtung berechnet das Gewicht der Last bei der Beförderung der Last auf der Basis von zwei Vergleichsausdrücken der folgenden Ausdrücke: einen ersten Vergleichsausdruck, der aus den Hydrauliköldruckinformationen des Ausleger-Hydraulikzylinders und den Auslegerinformationen erzeugt wird, einen zweiten Vergleichsausdruck, der aus den Hydrauliköldruckinformationen des Arm-Hydraulikzylinders und den Arminformationen erzeugt wird, und einen dritten Vergleichsausdruck, der aus den Hydrauliköldruckinformationen des Befestigungsvorrichtung-Hydraulikzylinders und den Befestigungsvorrichtungsinformationen erzeugt wird. Der Drucksensor umfasst mindestens zwei Sensoren, die den beiden Vergleichsausdrücken entsprechen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Berechnungsverfahren zum Berechnen des Gewichts einer von einem Anbaugerät beförderten Last für eine Arbeitsmaschine, die das Anbaugerät aufweist, vorgeschlagen. Das Anbaugerät umfasst als Elemente einen Ausleger, der um einen ersten Drehpunkt schwenkt, einen Arm, der um einen zweiten Drehpunkt schwenkt, und eine Befestigungsvorrichtung, die um einen dritten Drehpunkt schwenkt. Das Berechnungsverfahren umfasst die folgenden Verarbeitungsschritte. Die erste Verarbeitung besteht darin, für die Elemente Vergleichsausdrücke einer Bewegung um zwei beliebige Drehpunkte ausgewählt aus dem ersten Drehpunkt, dem zweiten Drehpunkt und dem dritten Drehpunkt zu ermitteln. Die zweite Verarbeitung besteht darin, ein Gewicht und eine Position eines Schwerpunkts für jedes der Elemente zu erhalten. Die dritte Verarbeitung besteht darin, die Positionen der Elemente bei der Beförderung der Last zu ermitteln. Die vierte Verarbeitung besteht darin, die Schubkraft zu erhalten, die der Bewegung in den Vergleichsausdrücken entspricht. Die fünfte Verarbeitung besteht darin, die horizontalen Abstände zwischen den Schwerpunktpositionen der Elemente bei der Beförderung der Last und den entsprechenden Positionen des ersten Drehpunkts, des zweiten Drehpunkts und des dritten Drehpunkts auf der Grundlage der Schwerpunktpositionen bzw. der Positionen der Elemente zu berechnen. Die sechste Verarbeitung besteht darin, das Gewicht der von dem Anbaugerät beförderten Last auf der Grundlage der Vergleichsausdrücke, der erhaltenen Informationen und der berechneten Informationen zu berechnen.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der Berechnungsvorrichtung und dem Berechnungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Gewicht einer von einem Anbaugerät beförderten Last genau berechnet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration einer Arbeitsmaschine auf der Basis einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Systems der in 1 dargestellten Arbeitsmaschine zeigt.
3 ist ein Diagramm, das einen Funktionsblock innerhalb der in 2 dargestellten Steuereinheit zeigt.
4 ist eine schematische Ansicht des Momentengleichgewichts um einen unteren Auslegerbolzen.
5 ist eine schematische Ansicht des Momentengleichgewichts um einen oberen Armbolzen.
6 ist eine schematische Ansicht des Momentengleichgewichts um einen oberen Auslegerbolzen.
7 zeigt schematisch die Konfiguration einer Arbeitsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform.
8 zeigt schematisch die Konstruktion einer Arbeitsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform.
9 ist ein Diagramm eines Funktionsblocks in einer Steuereinheit gemäß der vierten Ausführungsform.
10 ist eine schematische Ansicht des Momentengleichgewichts um einen Stützbolzen.
11 ist ein Diagramm eines Flussdiagramms eines Berechnungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung sind den gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und ihre Bezeichnungen und Funktionen sind ebenfalls identisch. Daher wird die detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
[Erste Ausführungsform]
<Konfiguration der Arbeitsmaschine>
1 ist eine Seitenansicht, die schematisch den Aufbau eines Hydraulikbaggers 100 als beispielhafte Arbeitsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Hydraulikbagger 100 in der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich ein Fahrwerk 1, eine Dreheinheit 2 und ein Anbaugerät 3. Ein Fahrzeugkörper des Hydraulikbaggers 100 besteht aus dem Fahrwerk 1 und der Dreheinheit 2.
Das Fahrwerk 1 umfasst ein Paar linker und rechter Raupenbandvorrichtungen 1a. Jede der linken und rechten Raupenbandvorrichtung 1a umfasst ein Raupenband. Wenn das Paar linker und rechter Raupenbänder in Drehung versetzt wird, fährt der Hydraulikbagger 100.
Die Dreheinheit 2 ist in Bezug auf das Fahrwerk 1 drehbar ausgebildet. Die Dreheinheit 2 umfasst im Wesentlichen eine Fahrerkabine 2a, einen Fahrersitz 2b, einen Motorraum 2c und ein Gegengewicht 2d. Die Fahrerkabine 2a ist beispielsweise vorne links (an einer Vorderseite des Fahrzeugs) der Dreheinheit 2 angeordnet. Der Fahrersitz 2b, auf dem der Fahrer Platz nimmt, ist in einem Innenraum der Fahrerkabine 2a angeordnet.
Der Motorraum (2c) und das Gegengewicht (2d) sind jeweils auf einer Rückseite (auf einer Rückseite des Fahrzeugs) der Dreheinheit 2 in Bezug auf die Fahrerkabine (2a) angeordnet. Eine Motoreinheit (ein Motor, eine Abgasbehandlungsstruktur und dergleichen) ist im Motorraum 2c untergebracht. Eine Motorhaube deckt den oberen Teil des Motorraums 2c ab. Das Gegengewicht 2d ist an der Rückseite des Motorraums 2c angeordnet.
Das Anbaugerät 3 ist schwenkbar an der Vorderseite der Dreheinheit 2, z.B. rechts von der Fahrerkabine 2a, gelagert. Das Anbaugerät 3 umfasst z. B. einen Ausleger 3a, einen Arm 3b, einen Löffel 3c, einen Auslegerzylinder 4a, einen Armzylinder 4b und einen Löffelzylinder 4c. Der Ausleger 3a hat ein Basisende (ein Ende), das über einen unteren Auslegerbolzen 5a drehbar mit der Dreheinheit 2 verbunden ist. Der Ausleger 3b hat ein Basisende (ein Ende), das über einen oberen Auslegerbolzen 5b drehbar mit einem Kopfende (dem anderen Ende) des Auslegers 3a verbunden ist. (Ein Ende des Löffels 3c ist durch einen oberen Armbolzen 5c drehbar mit einem Kopfende (dem anderen Ende) des Arms 3b verbunden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Positionsbeziehung von Abschnitten des Hydraulikbaggers 100 beschrieben, wobei das Anbaugerät 3 als Bezugspunkt definiert ist.
Der Ausleger 3a des Anbaugeräts 3 bewegt sich in Bezug auf die Dreheinheit 2 drehend um den unteren Auslegerbolzen 5a. Die Bewegungsbahn eines bestimmten Abschnitts des Auslegers 3a, z. B. des Spitzendabschnitts des Auslegers 3a, der sich in Bezug auf die Dreheinheit 2 dreht, hat die Form eines Bogens, und eine Ebene, die den Bogen einschließt, ist gekennzeichnet. Wenn der Hydraulikbagger 100 zweidimensional von oben betrachtet wird, ist die Ebene als Gerade dargestellt. Eine Erstreckungsrichtung dieser Geraden wird als Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers des Hydraulikbaggers 100 oder als Vorwärts-/Rückwärtsrichtung der Dreheinheit 2 definiert und im Folgenden auch einfach als Vorwärts-/Rückwärtsrichtung bezeichnet. Eine seitliche Richtung (Richtung der Fahrzeugbreite) des Fahrzeugkörpers des Hydraulikbaggers 100 oder die seitliche Richtung der Dreheinheit 2 ist eine Richtung orthogonal zur Vorwärts-/Rückwärtsrichtung in einer Draufsicht und wird im Folgenden auch einfach als die seitliche Richtung bezeichnet. Eine Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Fahrzeugkörpers des Hydraulikbaggers 100 oder die Aufwärts-/Abwärtsrichtung der Dreheinheit 2 ist eine Richtung orthogonal zu der Ebene, die durch die Vorwärts-/Rückwärtsrichtung und die seitliche Richtung definiert ist, und wird im Folgenden auch einfach als Aufwärts-/Abwärtsrichtung bezeichnet.
In der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung wird die Seite, an der das Anbaugerät 3 aus dem Fahrzeugkörper herausragt, als Vorwärtsrichtung definiert, und eine der Vorwärtsrichtung entgegengesetzte Richtung ist die Rückwärtsrichtung. Eine rechte Seite und eine linke Seite in seitlicher Richtung werden bei Betrachtung in Vorwärtsrichtung als rechte bzw. linke Richtung definiert. Eine Seite, auf der sich der Boden befindet, und eine Seite, auf der sich der Himmel in der Aufwärts-/Abwärtsrichtung befindet, werden als untere Seite bzw. obere Seite definiert.
Die Vorwärts-/Rückwärtsrichtung bezieht sich auf die Vorwärts-/Rückwärtsrichtung eines Bedieners, der auf dem Fahrersitz 2b in der Fahrerkabine 2a sitzt. Die seitliche Richtung bezieht sich auf die seitliche Richtung des Bedieners, der auf dem Fahrersitz 2b sitzt. Die Aufwärts-/Abwärtsrichtung bezieht sich auf die Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Bedieners, der auf dem Fahrersitz 2b sitzt. Die Richtung, in die der auf dem Fahrersitz 2b sitzende Bediener blickt, wird als Vorwärtsrichtung und die Richtung hinter dem auf dem Fahrersitz 2b sitzenden Bediener als Rückwärtsrichtung bezeichnet. Eine rechte Seite und eine linke Seite zu dem Zeitpunkt, zu dem der auf dem Fahrersitz 2b sitzende Bediener nach vorne blickt, werden als die rechte bzw. linke Richtung definiert. Die Fußseite des Bedieners, der auf dem Fahrersitz 2b sitzt, wird als untere Seite und die Kopfseite als obere Seite definiert.
Der Ausleger 3a kann durch den Auslegerzylinder (Ausleger-Hydraulikzylinder) 4a angetrieben werden. Infolge dieses Antriebs kann der Ausleger 3a um den unteren Auslegerbolzen 5a in Bezug auf die Dreheinheit 2 nach oben/unten schwenken. Der Arm 3b kann durch den Armzylinder (Arm-Hydraulikzylinder) 4b angetrieben werden. Durch diesen Antrieb kann der Arm 3b um den oberen Auslegerbolzen 5b in Bezug auf den Ausleger 3a in Aufwärts-/Abwärtsrichtung schwenken. Der Löffel (Befestigungsvorrichtung) 3c kann vom Löffelzylinder (Befestigungsvorrichtung-Hydraulikzylinder) 4c angetrieben werden. Durch diesen Antrieb kann der Löffel 3c um den oberen Armbolzen 5c in Bezug auf den Ausleger 3b in Aufwärts-/Abwärtsrichtung schwenken. Das Anbaugerät 3 kann somit angetrieben werden.
Der untere Auslegerbolzen 5a wird vom Fahrzeugkörper des Hydraulikbaggers 100 getragen. Der untere Auslegerbolzen 5a wird von einem Paar vertikaler Platten (nicht dargestellt) eines Rahmens der Dreheinheit 2 getragen. Der obere Auslegerbolzen 5b ist am Kopfende des Auslegers 3a befestigt. Der obere Armbolzen 5c ist am Kopfende des Arms 3b befestigt. Der untere Auslegerbolzen 5a, der obere Auslegerbolzen 5b und der obere Armbolzen 5c erstrecken sich jeweils in seitlicher Richtung. Der untere Auslegerbolzen 5a wird auch als Auslegerfußbolzen bezeichnet.
Das Anbaugerät 3 umfasst ein Löffelgelenk 3d. Das Löffelgelenk 3d umfasst ein erstes Verbindungselement 3da und ein zweites Verbindungselement 3db. Ein vorderes Ende des ersten Verbindungselements 3da und ein vorderes Ende des zweiten Verbindungselements 3db sind unter Zwischenschaltung eines oberen Löffelzylinderbolzens 3dc relativ zueinander drehbar miteinander verbunden. Der obere Löffelzylinderbolzen 3dc ist mit dem vorderen Ende des Löffelzylinders 4c gekoppelt. Daher sind das erste Verbindungselement 3da und das zweite Verbindungselement 3db mit dem Löffelzylinder 4c gekoppelt, wobei der Bolzen dazwischen angeordnet ist.
Das erste Verbindungselement 3da hat ein Basisende, das drehbar mit dem Arm 3b verbunden ist, wobei ein erster Verbindungsbolzen 3dd dazwischen angeordnet ist. Das zweite Verbindungselement 3db hat ein Basisende, das unter Zwischenschaltung eines zweiten Verbindungsbolzens 3de drehbar mit einer Halterung am Fuß des Löffels 3c verbunden ist.
Ein Drucksensor 6a ist an einer Kopfseite des Auslegerzylinders 4a befestigt. Der Drucksensor 6a kann einen Druck (einen Kopfdruck) des Hydrauliköls in einer zylinderkopfseitigen Ölkammer 40A des Auslegerzylinders 4a erfassen. Ein Drucksensor 6b ist an einer unteren Seite des Auslegerzylinders 4a befestigt. Der Drucksensor 6b kann einen Druck (einen Bodendruck) des Hydrauliköls in einer zylinderbodenseitigen Ölkammer 40B des Auslegerzylinders 4a erfassen. Die Drucksensoren 6a und 6b geben Informationen über den Hydrauliköldruck, definiert durch den Kopfdruck und den Bodendruck, an eine Steuereinheit 10 aus, die später beschrieben wird.
Ein Drucksensor 6c ist an einer Kopfseite des Armzylinders 4b befestigt. Der Drucksensor 6c kann einen Druck (einen Kopfdruck) des Hydrauliköls in einer zylinderkopfseitigen Ölkammer des Armzylinders 4b erfassen. Ein Drucksensor 6d ist an der unteren Seite des Armzylinders 4b befestigt. Der Drucksensor 6d kann einen Druck (einen Bodendruck) des Hydrauliköls in einer zylinderbodenseitigen Ölkammer des Armzylinders 4b erfassen. Die Drucksensoren 6c und 6d geben Informationen über den Hydrauliköldruck, definiert durch den Kopfdruck und den Bodendruck, an die Steuereinheit 10 aus, die später beschrieben wird.
Ein Drucksensor 6e ist an einer Kopfseite des Löffelzylinders 4c befestigt. Der Drucksensor 6e kann einen Druck (einen Kopfdruck) des Hydrauliköls in einer zylinderkopfseitigen Ölkammer des Löffelzylinders 4c erfassen. Ein Drucksensor 6f ist an einer unteren Seite des Löffelzylinders 4c befestigt. Der Drucksensor 6f kann den Druck (den Bodendruck) des Hydrauliköls in der zylinderbodenseitigen Ölkammer des Löffelzylinders 4c erfassen. Die Drucksensoren 6e und 6f geben Informationen über den Hydrauliköldruck, definiert durch den Kopfdruck und den Bodendruck, an die Steuereinheit 10 aus, die später beschrieben wird.
Der Ausleger 3a, der Arm 3b und der Löffel 3c sind mit entsprechenden Positionssensoren ausgestattet, um Informationen über ihre Positionen und Einstellungen zu erhalten. Die Positionssensoren geben Informationen über den Ausleger, den Arm und die Befestigungsvorrichtung an die Steuereinheit 10 aus, die später beschrieben wird, um die jeweiligen Positionen des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c zu ermitteln.
Ein Hubsensor 7a ist als Positionssensor am Auslegerzylinder 4a befestigt. Der Hubsensor 7a erfasst den Verschiebungsbetrag einer Zylinderstange 4ab in Bezug auf einen Zylinder 4aa im Auslegerzylinder 4a als Auslegerinformation. Ein Hubsensor 7b ist am Auslegerzylinder 4b als Positionssensor befestigt. Der Hubsensor 7b erfasst den Verschiebungsbetrag einer Zylinderstange im Armzylinder 4b als Arminformation. Ein Hubsensor 7c ist als Positionssensor am Löffelzylinder 4c befestigt. Der Hubsensor 7c erfasst den Verschiebungsbetrag einer Zylinderstange im Löffelzylinder 4c als Befestigungsvorrichtung.
Als Positionssensor kann ein Winkelsensor verwendet werden. Ein Winkelsensor 9a ist um den unteren Auslegerbolzen 5a befestigt. Ein Winkelsensor 9b ist um den oberen Auslegerbolzen 5b befestigt. Ein Winkelsensor 9c ist um den oberen Armbolzen 5c befestigt. Die Winkelsensoren 9a, 9b und 9c können jeweils durch ein Potentiometer oder einen Drehgeber realisiert werden. Die Winkelsensoren 9a, 9b und 9c geben Informationen über den Drehwinkel des Auslegers 3a und dergleichen (Informationen über den Ausleger, den Arm und die Befestigungsvorrichtung) an die Steuereinheit 10 weiter, die später beschrieben wird.
Wie in 1 gezeigt, wird in einer Seitenansicht ein Winkel, der zwischen einer Geraden (in 1 mit einer doppelt gestrichelten Linie dargestellt), die durch den unteren Auslegerbolzen 5a und den oberen Auslegerbolzen 5b verläuft, und einer Geraden (in 1 mit einer gestrichelten Linie dargestellt), die sich in Aufwärts-/Abwärtsrichtung erstreckt, als Auslegerwinkel θb definiert. Der Auslegerwinkel θb ist normalerweise ein spitzer Winkel. Der Auslegerwinkel θb ist ein Winkel des Auslegers 3a in Bezug auf die Dreheinheit 2. Der Auslegerwinkel θb kann aus dem Erfassungsergebnis durch den Hubsensor 7a oder einem Messwert des Winkelsensors 9a berechnet werden.
In einer Seitenansicht wird ein Winkel, der zwischen der Geraden, die durch den unteren Auslegerbolzen 5a und den oberen Auslegerbolzen 5b verläuft, und einer Geraden (in 1 mit einer doppelt gestrichelten Kettenlinie dargestellt), die durch den oberen Auslegerbolzen 5b und den oberen Auslegerbolzen 5c verläuft, gebildet wird, als ein Armwinkel θa definiert. Der Armwinkel θa stellt einen Winkel des Arms 3b in Bezug auf den Ausleger 3a in einem Bereich dar, in dem der Arm 3b in der Seitenansicht schwenkt. Der Armwinkel θa kann aus dem Erfassungsergebnis durch den Hubsensor 7b oder einem Messwert des Winkelsensors 9b berechnet werden.
In einer Seitenansicht wird ein Winkel, der zwischen der Geraden, die durch den oberen Auslegerbolzen 5b und den oberen Armbolzen 5c verläuft, und einer Geraden (in 1 mit einer doppelt gestrichelten Kettenlinie dargestellt), die durch den oberen Armbolzen 5c und eine Schneidkante des Löffels 3c verläuft, als Löffelwinkel θk definiert. Der Löffelwinkel θk stellt einen Winkel des Löffels 3c in Bezug auf den Arm 3b in einem Bereich dar, in dem der Löffel 3c in der Seitenansicht schwenkt. Der Löffelwinkel θk kann aus dem Erfassungsergebnis durch den Hubsensor 7c oder einem Messwert des Winkelsensors 9c berechnet werden.
Als Positionssensor kann eine Inertialmesseinheit (IMU) verwendet werden. Die IMUs 8a, 8b, 8c und 8d sind jeweils an der Dreheinheit 2, dem Ausleger 3a, dem Arm 3b und dem ersten Verbindungselement 3da befestigt. IMU 8a misst eine Beschleunigung der Dreheinheit 2 in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung, in seitlicher Richtung und in Aufwärts-/Abwärtsrichtung sowie eine Winkelgeschwindigkeit der Dreheinheit 2 um die Vorwärts-/Rückwärtsrichtung, die seitliche Richtung und die Aufwärts-/Abwärtsrichtung. Die IMUs 8b, 8c und 8d messen die Beschleunigungen des Auslegers 3a, des Arms 3b und des ersten Verbindungselements 3da in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung, der seitlichen Richtung und der Aufwärts-/Abwärtsrichtung sowie die Winkelgeschwindigkeiten des Auslegers 3a, des Arms 3b und des ersten Verbindungselements 3da um die Vorwärts-/Rückwärtsrichtung, die seitliche Richtung bzw. die Aufwärts-/Abwärtsrichtung.
Auf der Basis einer Differenz zwischen der von der an der Dreheinheit 2 angebrachten IMU 8a gemessenen Beschleunigung und der von der am Ausleger 3a angebrachten IMU 8b gemessenen Beschleunigung kann eine Beschleunigung beim Ausfahren und Einfahren des Auslegerzylinders 4a (ein Betrag der Änderung der Geschwindigkeit des Ausfahrens und Einfahrens des Auslegerzylinders 4a) ermittelt werden. Der Auslegerwinkel θb, der Armwinkel θa und der Löffelwinkel θk können auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse durch die IMUs 8b, 8c bzw. 8d berechnet werden.
Obwohl ein Hubsensor jedes Hydraulikzylinders, ein Winkelsensor jedes Gelenks wie des Auslegers 3a und die IMU als beispielhafte Positionssensoren angegeben sind, kann der Positionssensor ein sechsachsiger Beschleunigungssensor sein. Einige der Sensoren können zusammen als Positionssensor verwendet werden. Zusätzlich zu den oben genannten Sensoren kann auch ein globales Satellitennavigationssystem (GNSS) als Positionssensor verwendet werden.
<Schematische Konfiguration des Systems der Arbeitsmaschine>
Eine schematische Konfiguration eines Systems der Arbeitsmaschine wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau eines Systems der in 1 dargestellten Arbeitsmaschine zeigt.
Wie in 2 gezeigt, handelt es sich bei dem System in der vorliegenden Ausführungsform um ein System zum Bestimmen eines Lastgewichts, das ein Gewicht einer von dem Anbaugerät 3 beförderten Last L (1) ist. Das System in der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Hydraulikbagger 100, der eine in 1 dargestellte beispielhafte Arbeitsmaschine darstellt, und die in 2 dargestellte Steuereinheit 10. Die Steuereinheit 10 kann am Hydraulikbagger 100 angebracht sein. Die Steuereinheit 10 kann außerhalb des Hydraulikbaggers 100 vorgesehen sein. Die Steuereinheit 10 kann sich auf der Baustelle des Hydraulikbaggers 100 oder an einem von der Baustelle des Hydraulikbaggers 100 entfernten Ort befinden.
Der Motor 31 ist zum Beispiel ein Dieselmotor. Die Leistung des Motors 31 wird durch die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge in den Motor 31 durch die Steuereinheit 10 geregelt.
Eine Hydraulikpumpe 33 ist mit dem Motor 31 verbunden. Da die Drehantriebskraft des Motors 31 auf die Hydraulikpumpe 33 übertragen wird, wird die Hydraulikpumpe 33 angetrieben. Bei der Hydraulikpumpe 33 handelt es sich um eine Hydraulikverstellpumpe, die z. B. eine Taumelscheibe umfasst und deren Förderleistung sich mit dem Neigungswinkel der Taumelscheibe ändert. Ein Teil des von der Hydraulikpumpe 33 geförderten Öls wird als Hydrauliköl zu einem Wegeventil 34 geleitet. Ein Teil des von der Hydraulikpumpe 33 geförderten Öls wird durch ein Druckminderungsventil im Druck reduziert und als Steueröl verwendet.
Das Wegeventil 34 ist ein Schieberventil, das die Durchflussrichtung des Hydrauliköls umschaltet, indem es z. B. einen stabförmigen Schieber bewegt. Durch die Bewegung des Steuerkolbens in axialer Richtung wird die Zufuhr von Hydrauliköl zu einem Aktuator 40 geregelt. Das Wegeventil 34 ist mit einem Schieberhubsensor ausgestattet, der die Bewegungsstrecke des Schiebers (Schieberhub) erfasst.
Durch die Steuerung der Zufuhr und des Ablassens eines hydraulischen Drucks zum Aktuator 40 werden der Betrieb des Anbaugeräts 3, die Umdrehung der Dreheinheit 2 und der Fahrbetrieb der Fahreinheit 1 gesteuert. Der Aktuator 40 umfasst den Auslegerzylinder 4a, den Armzylinder 4b und den Löffelzylinder 4c, die in 1 dargestellt sind, sowie einen Fahrmotor und einen nicht dargestellten Drehmotor.
Im vorliegenden Beispiel wird das Öl, das dem Aktuator 40 zur Aktivierung des Aktuators 40 zugeführt wird, als Hydrauliköl bezeichnet. Das Öl, das dem Wegeventil 34 zur Aktivierung des Wegeventils 34 zugeführt wird, wird als Steueröl bezeichnet. Der Druck des Steueröls wird als hydraulischer Steuerdruck bezeichnet.
Die Hydraulikpumpe 33 kann wie oben beschrieben sowohl Hydrauliköl als auch Steueröl fördern. Die Hydraulikpumpe 33 kann getrennt voneinander eine Hydraulikpumpe (Haupthydraulikpumpe), die Hydrauliköl fördert, und eine Hydraulikpumpe (Steuerhydraulikpumpe), die Steueröl fördert, umfassen.
In der Fahrerkabine 2a ist eine Betätigungsvorrichtung 25 angeordnet. Die Betätigungsvorrichtung 25 wird von einem Bediener bedient. Die Betätigungsvorrichtung 25 nimmt eine Betätigung durch den Bediener entgegen, um das Anbaugerät 3 anzutreiben. Die Betätigungsvorrichtung 25 nimmt eine Betätigung durch den Bediener zum Drehen der Dreheinheit 2 entgegen. Die Betätigungsvorrichtung 25 erstellt ein Betriebssignal als Reaktion auf eine Betätigung durch den Bediener.
Die Betätigungsvorrichtung 25 umfasst einen ersten Steuerhebel 25R und einen zweiten Steuerhebel 25L. Der erste Steuerhebel 25R ist beispielsweise auf der rechten Seite des Fahrersitzes 2b angeordnet. Der zweite Steuerhebel 25L ist z. B. links vom Fahrersitz 2b angeordnet. Die Betätigung des ersten Steuerhebels 25R und des zweiten Steuerhebels 25L nach vorne, hinten, links und rechts entspricht einer zweiachsigen Betätigung.
Beispielsweise werden der Ausleger 3a und der Löffel 3c durch Betätigung des ersten Steuerhebels 25R betätigt. Eine Betätigung des ersten Steuerhebels 25R in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung entspricht beispielsweise einer Betätigung des Auslegers 3a, und eine Betätigung zum Absenken des Auslegers 3a und eine Betätigung zum Anheben des Auslegers 3a werden gemäß der Betätigung in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung ausgeführt. Eine Betätigung des ersten Steuerhebels 25R in seitlicher Richtung entspricht beispielsweise einer Betätigung des Löffels 3c, und eine Betätigung in einer Aushubrichtung (nach oben) und einer Kipprichtung (nach unten) des Löffels 3c wird gemäß der Betätigung in seitlicher Richtung ausgeführt.
Beispielsweise werden der Arm 3b und die Dreheinheit 2 durch Betätigung des zweiten Steuerhebels 25L betätigt. Eine Betätigung in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung auf den zweiten Steuerhebel 25L entspricht beispielsweise einer Drehung der Dreheinheit 2, und eine Rechtsdrehung und eine Linksdrehung der Dreheinheit 2 werden gemäß einer Betätigung in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung ausgeführt. Eine Betätigung des zweiten Steuerhebels 25L in seitlicher Richtung entspricht beispielsweise einer Betätigung des Arms 3b, und die Betätigung des Arms 3b in Kipprichtung (nach oben) und Aushubrichtung (nach unten) erfolgt gemäß der Betätigung in seitlicher Richtung.
Das von der Hydraulikpumpe 33 geförderte und durch das Druckminderungsventil im Druck reduzierte Steueröl wird der Betätigungsvorrichtung 25 zugeführt. Der Steuerhydraulikdruck wird in Abhängigkeit des Betätigungsumfangs an die Betätigungsvorrichtung 25 geregelt.
Die Betätigungsvorrichtung 25 und das Wegeventil 34 sind über einen Steuerölkanal 450 miteinander verbunden. Durch den Steuerölkanal 450 wird dem Wegeventil 34 Steueröl zugeführt. Ein Steuerkolben des Wegeventils 34 wird somit in axialer Richtung bewegt, um die Durchflussrichtung und die Durchflussmenge des Hydrauliköls zu regulieren, das dem Auslegerzylinder 4a, dem Armzylinder 4b und dem Löffelzylinder 4c zugeführt wird, so dass Operationen in Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c durchgeführt werden.
Im Steuerölkanal 450 ist ein Drucksensor 36 angeordnet. Der Drucksensor 36 erfasst den hydraulischen Steuerdruck. Ein Erfassungsergebnis durch den Drucksensor 36 wird der Steuereinheit 10 zur Verfügung gestellt. Die Höhe des Anstiegs des Steuerhydraulikdrucks ist unterschiedlich, abhängig von einem Neigungswinkel jedes der Steuerhebel 25L und 25R aus einer Neutralstellung. Der Inhalt der Betätigung an der Betätigungsvorrichtung 25 kann auf der Basis des Erfassungsergebnisses des hydraulischen Steuerdrucks durch den Drucksensor 36 bestimmt werden.
Die Erfassungssignale der Hubsensoren 7a bis 7c, der IMUs 8a bis 8d, der Winkelsensoren 9a bis 9c und der Drucksensoren 6a bis 6f werden ebenfalls der Steuereinheit 10 zugeführt.
Die Steuereinheit 10 kann mit jedem der Hubsensoren 7a bis 7c, den IMUs 8a bis 8d, den Winkelsensoren 9a bis 9c und den Drucksensoren 6a bis 6f und 36 über Drähte elektrisch verbunden sein oder drahtlos mit ihnen kommunizieren. Die Steuereinheit 10 kann z. B. durch einen Computer, einen Server, ein tragbares Endgerät oder eine Zentraleinheit (CPU) realisiert werden.
Obwohl die Betätigungsvorrichtung 25 zuvor als Pilothydraulikvorrichtung beschrieben wurde, kann es sich bei der Betätigungsvorrichtung 25 auch um eine elektrische Betätigungsvorrichtung handeln. Wenn die Betätigungsvorrichtung 25 elektrisch betrieben wird, wird die Betätigung des ersten Steuerhebels 25R und des zweiten Steuerhebels 25L z.B. durch ein Potentiometer erfasst. Das Potentiometer ist ein Wegsensor, der ein elektrisches Ausgangssignal (Spannung) im Verhältnis zu einer mechanischen Position liefert. Ein Erfassungsergebnis durch das Potentiometer wird der Steuereinheit 10 zur Verfügung gestellt. Der Betriebsinhalt der Betätigungsvorrichtung 25 kann auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses durch das Potentiometer bestimmt werden.
<Funktionsblock in der Steuereinheit 10>
Ein Funktionsblock der Steuereinheit 10 wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das einen Funktionsblock innerhalb der in 2 dargestellten Steuereinheit 10 zeigt.
Wie in 3 gezeigt, erhält ein Auslegerzylinder-Schubkraftrechner 10a ein Erfassungsergebnis durch die Drucksensoren 6a und 6b. Insbesondere erhält der Auslegerzylinder-Schubkraftrechner 10a den Kopfdruck des Auslegerzylinders 4a, der vom Drucksensor 6a erfasst wird. Der Auslegerzylinder-Schubkraftrechner 10a erhält den Bodendruck des Auslegerzylinders 4a, der vom Drucksensor 6b erfasst wird. Der Auslegerzylinder-Schubkraftrechner 10a berechnet die Auslegerzylinder-Schubkraft F_Ausleger auf der Grundlage des Kopfdrucks und des Bodendrucks des Auslegerzylinders 4a.
Die Schubkraft ist als die Kraft definiert, die ein Objekt in einer Bewegungsrichtung bewegt, und die Auslegerzylinder-Schubkraft F_Ausleger ist die vom Auslegerzylinder 4a erzeugte Schubkraft, die den Ausleger 3a relativ zum Fahrzeugkörper dreht. Die Auslegerzylinder-Schubkraft F_Ausleger ist eine Kraft, die in Ausfahrrichtung des Auslegerzylinders 4a wirkt. Der Auslegerzylinder-Schubkraftrechner 10a gibt die berechnete Auslegerzylinder-Schubkraft F_Ausleger an einen Lastgewichtsrechner 10i weiter.
Ein Armzylinder-Schubkraftrechner 10b erhält ein Ergebnis der Messung durch die Drucksensoren 6c und 6d. Insbesondere erhält der Armzylinder-Schubkraftrechner 10b den Kopfdruck des Armzylinders 4b, der von dem Drucksensor 6c erfasst wird. Der Armzylinder-Schubkraftrechner 10b ermittelt den Bodendruck des Armzylinders 4b, der vom Drucksensor 6d erfasst wird. Die Armzylinder-Schubkraftrechner 10b berechnet die Armzylinderschubkraft F_Arm auf der Basis des Kopfdrucks und des Bodendrucks des Armzylinders 4b.
Die Armzylinderschubkraft F_Arm ist die vom Armzylinder 4b erzeugte Schubkraft, die den Arm 3b relativ zum Ausleger 3a dreht. Die Schubkraft des Armzylinders F_Arm ist eine Kraft, die in Richtung der Ausdehnung des Armzylinders 4b wirkt. Der Armzylinder-Schubkraftrechner 10b gibt die berechnete Armzylinderschubkraft F_Arm an den Lastgewichtrechner 10i aus.
Ein Löffelzylinder-Schubkraftrechner 10c erhält ein Ergebnis der Messung durch die Drucksensoren 6e und 6f. Insbesondere erhält der Löffelzylinder-Schubkraftrechner 10c den Kopfdruck des Löffelzylinders 4c, der vom Drucksensor 6e erfasst wird. Der Löffelzylinder-Schubkraftrechner 10c ermittelt den Bodendruck des Löffelzylinders 4c, der vom Drucksensor 6f erfasst wird. Der Löffelzylinder-Schubkraftrechner 10c berechnet die Löffelzylinder-Schubkraft F_Löffel auf der Grundlage des Kopfdrucks und des Bodendrucks des Löffelzylinders 4c.
Die Löffelzylinder-Schubkraft F_Löffel ist die vom Löffelzylinder 4c erzeugte Schubkraft, die den Löffel 3c relativ zum Arm 3b dreht. Die Löffelzylinder-Schubkraft F_Löffel ist eine Kraft, die in Richtung der Ausdehnung des Löffelzylinders 4c wirkt. Der Löffelzylinder-Schubkraftrechner 10c gibt die berechnete Löffelzylinder-Schubkraft F_Löffel an den Lastgewichtrechner 10i aus.
Ein Auslegerwinkelrechner 10d erhält Informationen über den Auslegerwinkel θb von mindestens einem der Sensoren Hubsensor 7a, IMU 8b und Winkelsensor 9a. Der Auslegerwinkelrechner 10d berechnet den Auslegerwinkel θb auf der Grundlage der erhaltenen Informationen. Der Auslegerwinkelrechner 10d gibt den berechneten Auslegerwinkel θb an einen Schwerpunktpositionsrechner 10g aus.
Ein Armwinkelrechner 10e erhält Informationen über den Armwinkel θa von mindestens einem der Sensoren Wegsensor 7b, IMU 8c und Winkelsensor 9b. Der Armwinkelrechner 10e berechnet den Armwinkel θa auf der Grundlage der erhaltenen Informationen. Der Armwinkelrechner 10e gibt den berechneten Armwinkel θa an den Schwerpunktpositionsrechner 10g aus.
Ein Löffelwinkelrechner 10f erhält Informationen über den Löffelwinkel θk von mindestens einem der Sensoren Wegsensor 7c, IMU 8d und Winkelsensor 9c. Der Löffelwinkelrechner 10f berechnet den Löffelwinkel θk auf der Grundlage der erhaltenen Informationen. Der Löffelwinkelrechner 10f gibt den berechneten Löffelwinkel θk an den Schwerpunktpositionsrechner 10g aus.
Verschiedene Arten von Informationen, wie z.B. eine Abmessung, ein Gewicht und eine Schwerpunktposition jedes Elements, aus dem das Anbaugerät 3 besteht, werden in einem Speicher 10j gespeichert. Solche verschiedenen Arten von Informationen können von einem Eingabeabschnitt 11 außerhalb der Steuereinheit 10 in den Speicher 10j eingegeben werden. Der Speicher 10j kann außerhalb der Steuereinheit 10 angeordnet sein, anstatt in der Steuereinheit 10 enthalten zu sein.
Der Schwerpunktpositionsrechner 10g berechnet die Schwerpunktposition jedes Elements, aus dem das Anbaugerät 3 besteht, wie z. B. des Auslegers 3a, des Zylinders 4aa des Auslegerzylinders 4a oder des ersten Verbindungselements 3da, relativ zum unteren Auslegerbolzen 5a. Der Schwerpunktpositionsrechner 10g berechnet die relative Position jedes Elements, aus dem das Anbaugerät 3 besteht, auf der Grundlage des vom Auslegerwinkelrechner 10d berechneten Auslegerwinkels θb, des vom Auslegerwinkelrechner 10e berechneten Armwinkels θa, des vom Löffelwinkelrechner 10f berechneten Löffelwinkels θk und der Schwerpunktposition jedes Elements, aus dem das Anbaugerät 3 besteht, wobei die Schwerpunktposition im Speicher 10j gespeichert wird.
Der Schwerpunktpositionsrechner 10g berechnet die Lage des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c, wobei der untere Armbolzen 5a als Bezugspunkt definiert ist, auf der Grundlage des Auslegerwinkels θb, des Armwinkels θa und des Löffelwinkels θk. Der Schwerpunktpositionsrechner 10g berechnet den Zustand (Lage und Hub) der anderen Elemente des Anbaugeräts 3 auf der Grundlage der berechneten Lagen. Der Schwerpunktpositionsrechner 10g berechnet die relative Position jedes Elements, aus dem das Anbaugerät 3 besteht, wobei der untere Auslegerbolzen 5a als Bezugspunkt definiert ist, auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses und der gespeicherten Schwerpunktposition jedes Elements.
Ein Momentenabstandsrechner 10h berechnet einen Abstand in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 5a zum Schwerpunkt jedes Elements, aus dem das Anbaugerät gebildet ist. Insbesondere berechnet der Momentenabstandsrechner 10h einen Abstand X_Ausleger in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 5a zum Schwerpunkt des Auslegers 3a. Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet einen Abstand X_Arm in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 5a zum Schwerpunkt des Arms 3b. Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet eine Distanz X_Löffel in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 5a zum Schwerpunkt des Löffels 3c.
Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet einen Abstand X_AuslegerC in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 5a zum Schwerpunkt eines zylindrischen Abschnitts (Zylinder 4aa) des Auslegerzylinders 4a. Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet einen Abstand X_AuslegerCR in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 5a zum Schwerpunkt eines Abschnitts der Zylinderstange (Zylinderstange 4ab) des Auslegerzylinders 4a.
Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet einen Abstand X_ArmC in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 5a zum Schwerpunkt des zylindrischen Abschnitts des Armzylinders 4b. Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet einen Abstand X_ArmCR in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 5a zum Schwerpunkt des Abschnitts der Zylinderstange des Armzylinders 4b.
Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet einen Abstand X_{Oberer_Ausleger} in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 5a zum oberen Auslegerbolzen 5b. Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet einen Abstand X_{oberer_Arm} in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 5a zum oberen Armbolzen 5c.
Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet einen Abstand h_Ausleger vom unteren Auslegerbolzen 5a zum Auslegerzylinder 4a in einer Richtung orthogonal zur Erstreckungsrichtung des Auslegerzylinders 4a. Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet eine Distanz h_Arm vom oberen Auslegerbolzen 5b zum Auslegerzylinder 4b in einer Richtung, die orthogonal zur Auszugsrichtung des Auslegerzylinders 4b verläuft. Der Momentenabstandsrechner 10h berechnet den Abstand h_Löffel vom oberen Armbolzen 5c zum Löffelzylinder 4c in einer Richtung, die orthogonal zur Ausfahrrichtung des Löffelzylinders 4c verläuft.
Der Momentenabstandsrechner 10h gibt diese berechneten Abstände an den Lastgewichtsrechner 10i aus.
Der Lastgewichtsrechner 10i berechnet das Gewicht M_Traglast der im Löffel 3c geladenen Last L. Ein Verfahren zur Berechnung des Gewichts M_Traglast wird später beschrieben. Der Lastgewichtsrechner 10i gibt das berechnete Gewicht M_Traglast an eine Anzeige 12 außerhalb der Steuereinheit 10 aus. Die Anzeige 12 kann z. B. in der Fahrerkabine 2a (1) oder an einem vom Hydraulikbagger 100 entfernten Ort angeordnet sein. Die Anzeige 12 zeigt das berechnete Gewicht M_Traglast auf einem Bildschirm an. Ein Bediener, der den Hydraulikbagger 100 in der Fahrerkabine 2a bedient, ein Bediener, der den Hydraulikbagger 100 an einem entfernten Ort bedient, oder eine Überwachungsperson, die den Betrieb des Hydraulikbaggers 100 überwacht, kann das Gewicht M_Traglast der im Löffel 3c geladenen Last L durch einen Blick auf die Anzeige 12 erkennen.
Sowohl der Eingabeabschnitt 11 als auch die Anzeige 12 können über ein Kabel oder drahtlos mit der Steuereinheit 10 verbunden sein.
<Berechnung des Gewichts der Last L>
Das Verfahren zur Berechnung des Gewichts M_Traglast der im Löffel 3c geladenen Last L wird im Folgenden näher erläutert. Das Gewicht M_Traglast der Last L wird auf der Basis von zwei beliebigen von drei Vergleichsausdrücken berechnet, die aus den Informationen der Positionssensoren und den Informationen der Drucksensoren während der Beförderung der Last L in Verbindung mit den drei jeweiligen Gelenken (Ausleger 3a, Arm 3b und Löffel 3c), die das Anbaugerät 3 bilden, aufgestellt werden. Unter Berücksichtigung des Auslegers 3a und des Löffels 3c als Gelenke werden die Gleichungen des Momentengleichgewichts als Vergleichsausdrücke aufgestellt, um das Verfahren zur Berechnung des Gewichts M_Traglast der Last L zu erklären.
Der in 3 gezeigte Lastgewichtsrechner 10i liest eine Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen 5a aus dem Speicher 10j. 4 ist eine schematische Darstellung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen 5a. Die Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen 5a wird in der folgenden Gleichung (1) ausgedrückt.
[Gleichung 1] $F_{b o o m} \times h_{b o o m} = M_{p a y l o a d} \times X_{p a y l o a d} + M X_{w e}$
Die linke Seite der Gleichung (1) drückt das Moment aus, das sich aus der Auslegerzylinder-Schubkraft F_Ausleger ergibt. Der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (1), M_Traglast, gibt das Gewicht der im Löffel 3c geladenen Last L an. X_Traglast steht für den horizontalen Abstand zwischen dem unteren Auslegerbolzen 5a und der Schwerpunktposition der im Löffel 3c geladenen Last L. Der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (1) drückt das Moment aus, das sich aus der im Löffel 3c geladenen Last L ergibt.
MX_we im zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (1) stellt ein Moment dar, das sich aus dem Eigengewicht des Anbaugeräts 3 ergibt. Das Moment MX_we wird gemäß folgender Gleichung (2) berechnet.
[Gleichung 2] $\begin{array}{l} M X_{w e} = M_{b o o m} + X_{b o o m} + M_{b o o m C} \times X_{b o o m C} + M_{b o o m C R} \times X_{b o o m C R} + M_{a r m} \times \\ X_{a r m} + M_{a r m C} \times X_{a r m C} + M_{a r m C R} \times X_{a r m C} + M_{b u c k e t} \times X_{b u c k e t} \end{array}$
In der Gleichung (2) steht M_Ausleger für das Gewicht des Auslegers 3a. M_AuslegerC steht für das Gewicht des zylindrischen Abschnitts des Auslegerzylinders 4a. M_AuslegerCR steht für das Gewicht des Zylinderstangenabschnitts des Auslegerzylinders 4a. M_Arm steht für das Gewicht des Auslegers 3b. M_ArmC steht für das Gewicht des zylindrischen Abschnitts des Auslegerzylinders 4b. M_ArmCR steht für das Gewicht des Zylinderstangenabschnitts des Auslegerzylinders 4b. M_Löffel steht für das Gewicht des Löffels 3c.
Jedes dieser Gewichte M_Ausleger, M_AuslegerC, M_AuslegerCR, M_Arm, M_ArmC, M_ArmCR und M_Löffel wird im Speicher 10j gespeichert, zum Beispiel als Ergebnis einer Operation zur Eingabe in den Speicher 10j unter Verwendung des in 3 gezeigten Eingabeabschnitts 11.
Der Lastgewichtsrechner 10i liest dann die Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Armbolzen 5c aus dem Speicher 10j. 5 ist eine schematische Ansicht des Momentengleichgewichts um den oberen Armbolzen 5c. Die Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Armbolzen 5c wird gemäß der folgenden Gleichung (3) ausgedrückt.
[Gleichung 3] $F_{b u c k e t} \times h_{b u c k e t} = M_{p a y l o a d} \times (X_{p a y l o a d} - X_{a r m t o p}) + M X_{w e_b u c k e t}$
Die linke Seite der Gleichung (3) stellt das Moment dar, das sich aus der Schubkraft F des Löffelzylinders 4c ergibt. Der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (3) stellt das Moment dar, das sich aus der im Löffel 3c geladenen Last L ergibt. MX_{we_Löffel} im zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (3) stellt das Moment dar, das sich aus dem Eigengewicht des Löffels 3c ergibt.
Auf der Basis der Simultangleichungen der Gleichung (1) und der Gleichung (3) kann eine vom Abstand X_Traglast unabhängige Gleichung (4) als Gleichung für die Berechnung des Lastgewichts M_Traglast aufgestellt werden.
[Gleichung 4] $M_{p a y l o} = \frac{F_{b o o m} \times h_{b o o m} - F_{b u c k e t} \times h_{b u c k e t} - M X_{w e} + M X_{w e_b u c k e t}}{X_{a r m t o p}}$
Die Gleichung (1) enthält den Abstand X_Traglast und die Gleichung (3) enthält ebenfalls den Abstand X_Traglast. Durch Lösen der beiden Gleichgewichtsgleichungen als Simultangleichungen ergibt sich die Gleichung (4) ohne den Abstand X_Traglast. Das Lastgewicht M_Traglast kann auf der Basis von Gleichung (4) berechnet werden. Das Lastgewicht M_Traglast kann somit genauer berechnet werden, ohne dass die Verschiebung des Schwerpunkts der im Löffel 3c geladenen Last L eine Rolle spielt.
Durch Einsetzen des gemäß Gleichung (4) berechneten Lastgewichts M_Traglast in die Gleichung (1) oder die Gleichung (3) kann der Abstand X_Traglast berechnet werden. Eine Gleichung (5), die nicht vom Lastgewicht M_Traglast abhängt, kann als Gleichung für die Berechnung des Abstands X_Traglast aus den Simultangleichungen der Gleichung (1) und der Gleichung (3) aufgestellt werden.
[Gleichung 5] $X_{p a y l o a d} = \frac{X_{a r m t o p} \times (F_{b o o m} \times h_{b o o m} - M_{w e})}{F_{b o o m} \times h_{b o o m} - F_{b u c k e t} \times h_{b u c k e t} - M X_{w e} + M X_{w e_b u c k e t}}$
Die Lage des Schwerpunkts der im Löffel 3c geladenen Last L kann gemäß dem berechneten Abstand X_Traglast korrigiert werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Berechnungsverfahren zur Berechnung des Gewichts M_Traglast der im Löffel 3c beförderten Last L die folgende Verarbeitung umfasst. 11 ist ein Diagramm, das ein Flussdiagramm des Berechnungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die in dem in 11 gezeigten Schritt S1 durchgeführte Verarbeitung besteht darin, für die Elemente des Anbaugeräts 3 Vergleichsausdrücke einer Bewegung um zwei beliebige Drehmittelpunkte der folgenden zu ermitteln: des unteren Auslegerbolzens 5a (erster Drehmittelpunkt), des oberen Auslegerbolzens 5b (zweiter Drehmittelpunkt) und des oberen Armbolzen 5c (dritter Drehmittelpunkt). In der vorliegenden Ausführungsform werden die Vergleichsausdrücke der Bewegung um den ersten Drehpunkt und den dritten Drehpunkt festgelegt. Der Vergleichsausdruck der Bewegung kann eine Gleichung des Momentengleichgewichts um den Drehpunkt der Bewegung sein. Die Aufstellung der Gleichung kann dazu dienen, Informationen über den im Speicher 10j gespeicherten Vergleichsausdruck zu erhalten. Die aus dem Speicher 10j erhaltene Information über den Vergleichsausdruck kann ein Vergleichsausdruck sein, der über das Lastgewicht M_Traglast auf der Basis der Vergleichsausdrücke der Bewegung um die beiden Drehmittelpunkte organisiert ist.
Die in Schritt S2 durchgeführte Verarbeitung besteht darin, das Gewicht und die Schwerpunktposition jedes der Elemente, d.h. des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c (Befestigungsvorrichtung) zu erhalten. Informationen über den Schwerpunkt und die Schwerpunktposition jedes Elements können aus dem Speicher 10j erhalten werden.
Die in Schritt S3 durchgeführte Verarbeitung besteht darin, eine Position jedes Elements zu erhalten, während die Last L befördert wird. Die Position jedes Elements kann ermittelt werden, indem ein Drehwinkel jedes Elements ermittelt wird, der die Lage jedes Elements darstellt, und die Position auf der Grundlage des Drehwinkels berechnet wird.
Die in Schritt S4 durchgeführte Verarbeitung besteht darin, die Schubkraft zu erhalten, die der Bewegung des Elements im Vergleichsausdruck der Bewegung jedes Elements entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Schubkraft durch Messung des Drucks des Hydrauliköls in den Hydraulikzylindern ermittelt, die den Ausleger 3a und den Löffel 3c betätigen. Die Schubkraft kann aus dem Kopfdruck und dem Bodendruck des Hydraulikzylinders ermittelt werden, der jedes der Elemente, d.h. des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c (Befestigungsvorrichtung) schwenkt.
Die in Schritt S5 durchgeführte Verarbeitung besteht darin, die Abstände in horizontaler Richtung (Momentenabstand) zwischen den Positionen der Schwerpunkte der Elemente, während die Last L befördert wird, und dem ersten Drehpunkt, dem zweiten Drehpunkt bzw. dem dritten Drehpunkt, die die Drehpunkte der Elemente sind, zu berechnen, und zwar auf der Grundlage der Positionen der Schwerpunkte der Elemente und der Positionen der Elemente, während die Last L befördert wird.
Die in Schritt S6 durchgeführte Verarbeitung besteht darin, das Gewicht (Lastgewicht M_Traglast) der durch das Anbaugerät 3 beförderten Last L zu berechnen, indem die erhaltenen Informationen und die berechneten Informationen in die Vergleichsausdrücke der Bewegung der Elemente eingegeben werden. Die erhaltenen Informationen beziehen sich auf das Gewicht und die Schwerpunktposition jedes Elements des Anbaugeräts 3 und die Schubkraft des Hydraulikzylinders, der jedes Element schwenkt, während die Last L befördert wird. Die berechneten Informationen beziehen sich auf den Abstand in horizontaler Richtung zwischen der Schwerpunktposition jedes Elements, während die Last L befördert wird, und dem Drehpunkt jedes Elements.
[Zweite Ausführungsform]
In der ersten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Gewicht M_Traglast der in den Löffel 3c geladenen Last L auf der Grundlage der beiden Gleichgewichtsgleichungen, d.h. der Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen 5a und der Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen 5c, berechnet wird. Ohne auf dieses Beispiel beschränkt zu sein, kann die Steuereinheit 10 das Gewicht M_Traglast der im Löffel 3c geladenen Last L auf der Grundlage von zwei beliebigen Gleichgewichtsgleichungen der folgenden Gleichungen berechnen: der Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen 5a, der Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen 5b und der Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen 5c. In einer zweiten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Gewicht M_Traglast auf der Grundlage der beiden Gleichgewichtsgleichungen, d.h. der Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen 5a und der Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen 5b, berechnet wird.
Der Aufbau des Hydraulikbaggers 100, die Systemkonfiguration und der Funktionsblock in der Steuereinheit 10 in der zweiten Ausführungsform sind wie in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform liest der Lastgewichtsrechner 10i die Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen 5b aus dem Speicher 10j. 6 ist ein schematisches Diagramm, das das Gleichgewicht des Moments um den oberen Auslegerbolzen 5b zeigt. Die Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen 5b wird gemäß der folgenden Gleichung (6) ausgedrückt.
[Gleichung 6] $F_{a r m} \times h_{a r m} = M_{p a y l o} \times (X_{p a y l o a d} - X_{b o o m t o p}) + M X_{w e_a r m}$
Die linke Seite der Gleichung (6) drückt das Moment aus, das sich aus der Schubkraft des Armzylinders F_Arm ergibt. Der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (6) drückt das Moment aus, das sich aus der im Löffel 3c geladenen Last L ergibt. MX_{we_Arm} im zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (6) stellt das Moment dar, das sich aus dem Eigengewicht des Anbaugeräts 3 an der Stirnseite des Anbaugeräts 3 relativ zum oberen Auslegerbolzen 5b ergibt. Das Moment MX_{we_Arm} wird auf der Basis der Gleichgewichtsgleichung ähnlich der Gleichung (2) berechnet.
Aus den Simultangleichungen der Gleichung (1) und der Gleichung (6) lässt sich als Gleichung zur Berechnung des Lastgewichts M_Traglast eine vom Abstand X_Traglast unabhängige Gleichung (7) aufstellen.
[Gleichung 7] $M_{p a y l o a d} = \frac{F_{b o o m} \times h_{b o o m} - F_{a r m} \times h_{a r m} - M X_{w e} + M X_{w e_a r m}}{X_{b o o m t o p}}$
Die Gleichung (1) enthält den Abstand X_Traglast und die Gleichung (6) enthält ebenfalls den Abstand X_Traglast. Durch Lösen der beiden Gleichgewichtsgleichungen als Simultangleichungen ergibt sich die Gleichung (7) ohne den Abstand X_Traglast. Das Lastgewicht M_Traglast kann auf der Basis der Gleichung (7) berechnet werden. Das Lastgewicht M_Traglast kann somit genauer berechnet werden, ohne dass die Verschiebung des Schwerpunkts der im Löffel 3c geladenen Last L eine Rolle spielt.
Durch Einsetzen des gemäß Gleichung (7) berechneten Lastgewichts M_Traglast in die Gleichung (1) oder die Gleichung (6) kann der Abstand X_Traglast berechnet werden. Aus den Gleichungen (1) und (6) kann eine von der Lastmasse M_Traglast unabhängige Gleichung zur Berechnung des Abstandes X_Traglast aufgestellt werden. Die Schwerpunktposition der im Löffel 3c geladenen Last L kann gemäß dem berechneten Abstand X_Traglast korrigiert werden.
In der Beschreibung der ersten und zweiten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem das Gewicht der Last M_Traglast, das das Gewicht der im Löffel 3c geladenen Last L ist, berechnet wird. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann zum Beispiel das Gewicht einer hängenden Last genau berechnet werden, indem das Konzept in den Ausführungsformen angewendet wird, zum Beispiel auf den Hydraulikbagger 100 der Armkranspezifikationen, bei dem ein Haken an der zweiten Verbindungsbolzen 3de befestigt ist, um die Last L anzuheben und zu senken.
In dem in der ersten und zweiten Ausführungsform gezeigten Hydraulikbagger 100 sind drei Gelenke (Ausleger 3a, Arm 3b und Löffel 3c) des Anbaugeräts 3 mit Positionssensoren 9a, 9b und 9c bzw. entsprechenden Drucksensoren 6a, 6b und 6c ausgestattet, wobei die Konstruktion als solche nicht beschränkt ist. Der Drucksensor kann nur in Gelenken mit zwei Vergleichsausdrücken vorgesehen sein, die für die Berechnung des Lastgewichts M_Traglast verwendet werden.
[Dritte Ausführungsform]
In der ersten und zweiten Ausführungsform wird ein Hydraulikbagger 100 mit einem Löffel 3c als Befestigungsvorrichtung am Kopfende des Anbaugeräts 3 beschrieben. Die Befestigungsvorrichtung ist nicht auf den Löffel 3c beschränkt und kann je nach Art der Arbeiten durch einen Greifer, einen Hubmagneten oder ähnliches ersetzt werden. In einer dritten Ausführungsform wird ein Hydraulikbagger 100 mit einem Hubmagneten 103 als Befestigungsvorrichtung beschrieben.
7 ist eine Seitenansicht, die schematisch einen Aufbau des Hydraulikbaggers 100 als beispielhafte Arbeitsmaschine gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Der Hydraulikbagger 100 gemäß der dritten Ausführungsform ist im Wesentlichen baugleich mit dem Hydraulikbagger 100 in der ersten Ausführungsform in 1 und unterscheidet sich von diesem durch den Hubmagneten 103 anstelle des Löffels 3c am Kopfende des Anbaugeräts 3.
Der Hubmagnet 103 umfasst einen Hauptkörperabschnitt 105 und einen Trägerabschnitt 104. Der Hauptkörperabschnitt 105 besteht aus einem Magneten, der eine Magnetkraft erzeugt. Der Hauptkörperabschnitt 105 besteht zum Beispiel aus einem Elektromagneten. Der Hauptkörperabschnitt 105 kann ein magnetisches Material durch Magnetkraft halten und transportieren. Der Stützabschnitt 104 stützt den Hauptkörperabschnitt 105. Der Stützabschnitt 104 ist über den oberen Armbolzen 5c drehbar mit dem Spitzenendabschnitt des Arms 3b verbunden. Das Basisende des zweiten Verbindungselements 3db ist durch den zweiten Verbindungsbolzen 3de drehbar mit einer Halterung an einem Basisabschnitt des Trägerabschnitts 104 verbunden.
Bei einem Hydraulikbagger 100 mit einem Hubmagneten 103 ist es schwierig, eine konstante Position der vom Anbaugerät 3 beförderten Last L, d.h. des vom Hauptkörperabschnitt 105 angezogenen und gehaltenen magnetischen Materials, relativ zum Hauptkörperabschnitt 105 und eine konstante Lage des magnetischen Materials zu halten. Daher neigt die Schwerpunktposition des magnetischen Materials dazu, sich zu verschieben. Wie in 7 gezeigt, kann ein genaueres Gewicht der Last L berechnet werden, ohne von der Verschiebung der Schwerpunktposition der vom Hubmagneten 103 gehaltenen Last L beeinflusst zu werden, indem eine Gleichung zur Berechnung des Gewichts der Last L aufgestellt wird, die nicht von der Verschiebung der Schwerpunktposition der Last L abhängt und auf zwei Gleichgewichtsgleichungen beruht, d.h. der Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen 5a und der Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Armbolzen 5c.
Bei dem in der ersten bis dritten Ausführungsform dargestellten Hydraulikbagger 100 kann das Gewicht der Last L genauer berechnet werden, indem das Gewicht der Last L während der Umdrehung der Dreheinheit 2 in Bezug auf die Fahreinheit 1 berechnet wird.
[Vierte Ausführungsform]
In den ersten bis dritten Ausführungsformen wird ein Beispiel beschrieben, in dem der Hydraulikbagger 100 als Arbeitsmaschine definiert ist. Ohne auf den Hydraulikbagger 100 beschränkt zu sein, kann das Gewicht der von dem Anbaugerät 3 beförderten Last L genau berechnet werden, indem das Konzept der Ausführungsformen auf eine Arbeitsmaschine angewendet wird, die ein Anbaugerät 3 mit einem mehrgliedrigen Mechanismus umfasst, das die Last L befördert.
8 ist eine Seitenansicht, die schematisch einen Aufbau eines Radladers 200 als beispielhafte Arbeitsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt. Wie in 8 gezeigt, umfasst der Radlader 200 einen Fahrzeugrahmen 202, ein Anbaugerät 203, eine Fahrvorrichtung 204 und eine Fahrerkabine 205.
Der Fahrzeugkörper des Radladers 200 besteht aus dem Fahrzeugkörperrahmen 202 und der Fahrerkabine 205. In der Fahrerkabine 205 sind ein Sitz, auf dem ein Bediener sitzt, und eine Betätigungsvorrichtung angeordnet. Am Fahrzeugkörper des Radladers 200 sind das Anbaugerät 203 und die Fahrvorrichtung 204 befestigt. Das Anbaugerät 203 ist vor dem Fahrzeugkörper angeordnet und ein Gegengewicht 206 ist am hinteren Ende des Fahrzeugkörpers vorgesehen.
Der Fahrzeugkörperrahmen 202 umfasst einen vorderen Rahmen 211 und einen hinteren Rahmen 212. Ein Lenkzylinder 213 ist am vorderen Rahmen 211 und hinteren Rahmen 212 befestigt. Der Lenkzylinder 213 ist ein Hydraulikzylinder. Der Lenkzylinder 213 wird durch Hydrauliköl von einer Lenkungspumpe (nicht dargestellt) aus- und eingefahren. Beim Ausfahren und Einfahren des Lenkzylinders 213 können der vordere Rahmen 211 und der hintere Rahmen 212 in seitlicher Richtung zueinander schwenken. Die Fahrtrichtung des Radladers 200 kann somit seitlich geändert werden.
Gemäß der vierten Ausführungsform wird eine Richtung, in der der Radlader 200 geradeaus fährt, hier als Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Radladers 200 bezeichnet. In der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Radladers 200 ist eine Seite, auf der das Anbaugerät 203 in Bezug auf den Fahrzeugkörperrahmen 202 angeordnet ist, als Vorwärtsrichtung definiert, und eine der Vorwärtsrichtung entgegengesetzte Seite ist als Rückwärtsrichtung definiert. Eine seitliche Richtung des Radladers 200 ist eine Richtung, die in der Draufsicht orthogonal zur Vorwärts-/Rückwärtsrichtung verläuft. Bei Betrachtung in Vorwärtsrichtung sind eine rechte Seite und eine linke Seite in der Querrichtung eine rechte bzw. eine linke Richtung. Eine Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Radladers 200 ist eine Richtung orthogonal zu einer Ebene, die durch die Vorwärts-/Rückwärtsrichtung und die seitliche Richtung definiert ist. In der Aufwärts-/Abwärtsrichtung ist eine Seite, auf der sich der Boden befindet, eine untere Seite und eine Seite, auf der sich der Himmel befindet, eine obere Seite.
Die Fahrvorrichtung 204 umfasst Laufräder 204a und 204b. Jedes der Laufräder 204a und 204b ist ein Rad und umfasst einen Reifen aus Gummi. Das Laufrad (Vorderrad) 204a ist drehbar am vorderen Rahmen 211 befestigt. Das Laufrad (Hinterrad) 204b ist drehbar am hinteren Rahmen 212 befestigt. Der Radlader 200 kann selbstfahrend sein, da die Laufräder 204a und 204b drehbar angetrieben sind.
Das Anbaugerät 203 dient zur Durchführung von Arbeiten wie z.B. Aushubarbeiten. Das Anbaugerät 203 ist am vorderen Rahmen 211 befestigt. Das Anbaugerät 203 umfasst einen Löffel 214, einen Ausleger 215, einen Umlenkhebel 216, eine Kippstange 217, einen Auslegerzylinder 218 und einen Löffelzylinder 219.
Der Ausleger 215 hat eine Basis, die über einen unteren Auslegerbolzen 221 drehbar am vorderen Rahmen 211 befestigt ist. Der Ausleger 215 ist somit drehbar am Fahrzeugkörper befestigt. Der Löffel 214 ist mit einem oberen Auslegerbolzen 222 drehbar an einem Kopfende des Auslegers 215 befestigt. Der untere Auslegerbolzen 221 wird vom Fahrzeugkörper des Radladers 200 getragen. Der obere Auslegerbolzen 222 ist am Kopfende des Auslegers 215 befestigt. Der untere Auslegerbolzen 221 und der obere Auslegerbolzen 222 erstrecken sich in seitlicher Richtung.
Der Ausleger 215 wird durch den Auslegerzylinder 218 angetrieben. Der Auslegerzylinder 218 ist mit einem Ende über einen Bolzen 223 drehbar am vorderen Rahmen 211 des Fahrzeugkörpers befestigt. Der Auslegerzylinder 218 ist somit drehbar am Fahrzeugkörper befestigt. Das andere Ende des Auslegerzylinders 218 ist mit einem Bolzen 224 drehbar am Ausleger 215 befestigt.
Der Auslegerzylinder 218 ist z. B. ein Hydraulikzylinder. Der Auslegerzylinder 218 wird durch Hydrauliköl von einer Anbaugerätepumpe (nicht dargestellt) aus- und eingefahren. Dadurch wird der Ausleger 215 angetrieben, und der am Kopfende des Auslegers 215 befestigte Löffel 214 wird nach oben und unten bewegt.
Der Winkelhebel 216 ist über einen Stützbolzen 229 drehbar am Ausleger 215 gelagert. Der Winkelhebel 216 hat ein erstes Ende, das auf einer Seite des Stützbolzens 229 liegt, und ein zweites Ende, das dem ersten Ende in Bezug auf den Stützbolzen 229 gegenüberliegt. Das erste Ende des Winkelhebels 216 ist mit dem Löffel 214 verbunden, wobei die Kippstange 217 dazwischen angeordnet ist. Das zweite Ende des Winkelhebels 216 ist mit dem vorderen Rahmen 211 des Fahrzeugkörpers verbunden, wobei der Löffelzylinder 219 dazwischen angeordnet ist.
Die Kippstange 217 ist mit einem Ende durch einen Bolzen 227 drehbar am ersten Ende des Umlenkhebels 216 befestigt. Das andere Ende der Kippstange 217 ist mit einem Bolzen 228 drehbar am Löffel 214 befestigt.
Der Löffelzylinder 219 treibt den Löffel 214 in Bezug auf den Ausleger 215 an. Der Löffelzylinder 219 ist mit einem Ende durch einen Bolzen 225 drehbar am vorderen Rahmen 211 des Fahrzeugkörpers befestigt. Das andere Ende des Löffelzylinders 219 ist mit einem Bolzen 226 drehbar am zweiten Ende des Umlenkhebels 216 befestigt.
Der Löffelzylinder 219 ist z. B. ein Hydraulikzylinder. Der Löffelzylinder 219 wird durch Hydrauliköl von einer Anbaugerätepumpe (nicht dargestellt) aus- und eingefahren. Beim Ausfahren und Einfahren des Löffelzylinders 219 wird der Umlenkhebel 216 in Bezug auf den Ausleger 215 in Drehung versetzt. Da die Drehung des Winkelhebels 216 über die Kippstange 217 auf den Löffel 214 übertragen wird, wird der Löffel 214 angetrieben und schwenkt in Bezug auf den Ausleger 215 nach oben und nach unten. Der Winkelhebel 216 entspricht in der Ausführungsform dem Element, das sich zusammen mit dem Löffel 214 gegenüber dem Ausleger215 drehen kann.
Der Radlader 200 umfasst ferner einen Sensor, der Informationen über die Schubkraft F_Ausleger des Auslegerzylinders 218 erfasst, und einen Sensor, der Informationen über die Schubkraft F_Löffel des Löffelzylinders 219 erfasst.
Der Sensor, der Informationen über die Schubkraft F_Ausleger des Auslegerzylinders 218 erfasst, ist zum Beispiel der Drucksensor 231 b und 231 h. Jeder der Drucksensoren 231 b und 231 h misst einen Zylinderdruck des Auslegerzylinders 218. Der Drucksensor 231b misst den Bodendruck des Auslegerzylinders 218. Der Drucksensor 231 h misst den Kopfdruck des Auslegerzylinders 218.
Der Kopfdruck ist ein Druck auf einer Zylinderstangenseite in Bezug auf einen Kolben eines Hydraulikzylinders und der Bodendruck ist ein Druck auf einer Rohrseite in Bezug auf den Kolben.
Der Sensor, der Informationen über die Schubkraft F_Löffel des Löffelzylinders 219 erfasst, sind beispielsweise die Drucksensoren 232b und 232h. Jeder der Drucksensoren 232b und 232h misst einen Zylinderdruck des Löffelzylinders 219. Der Drucksensor 232b misst den Bodendruck des Löffelzylinders 219. Der Drucksensor 232h misst den Kopfdruck des Löffelzylinders 219.
Der Radlader 200 umfasst ferner einen Sensor, der Informationen über die Stellung des Anbaugeräts 203 erfasst. Der Sensor, der Informationen über die Stellung des Anbaugeräts 203 erfasst, umfasst beispielsweise einen ersten Sensor, der Informationen über den Auslegerwinkel erfasst, und einen zweiten Sensor, der Informationen über den Löffelwinkel in Bezug auf den Ausleger erfasst.
Die Informationen über die Stellung des Anbaugeräts 203 umfassen den Abstand h_Ausleger und den Abstand h_Löffel (10). Der Abstand h_Auslager ist ein Abstand zwischen dem unteren Auslegerbolzen 221 und dem Bolzen 223 in einer Richtung orthogonal zu einer Erstreckungsrichtung des Auslegerzylinders 218. Der Abstand h_Löffel ist der Abstand zwischen dem Stützbolzen 229 und dem Bolzen 226 in einer orthogonalen Richtung zur Erstreckungsrichtung des Löffelzylinders 219.
Der Auslegerwinkel bezieht sich auf einen Winkel des Auslegers 215 in Bezug auf den vorderen Rahmen 211 des Fahrzeugkörpers. Der Löffelwinkel bezieht sich auf einen Winkel des Löffels 214 in Bezug auf den Ausleger 215.
Der erste Sensor, der Informationen über den Winkel des Auslegers erfasst, ist z. B. ein Potentiometer 233. Das Potentiometer 233 ist konzentrisch zum unteren Auslegerbolzen 221 befestigt. Anstelle des Potentiometers 233 kann auch ein Hubsensor 235 des Auslegerzylinders 218 als erster Sensor zur Erfassung des Auslegerwinkels verwendet werden.
Eine Inertialmesseinheit (IMU) 237 kann als erster Sensor eingesetzt werden, der Informationen über den Auslegerwinkel erfasst. Die IMU 237 ist zum Beispiel am Ausleger 215 angebracht.
Der zweite Sensor, der Informationen über den Löffelwinkel erfasst, ist z. B. ein Potentiometer 234. Das Potentiometer 234 ist konzentrisch zum Stützbolzen 229 befestigt. Anstelle des Potentiometers 234 kann auch ein Hubsensor 236 des Löffelzylinders 219 als zweiter Sensor zur Erfassung des Löffelwinkels verwendet werden.
Als zweiter Sensor, der Informationen über den Löffelwinkel erfasst, kann eine IMU 238 eingesetzt werden. Die IMU 238 ist z. B. an der Kippstange 217 befestigt.
Die Potentiometer 233 und 234, die Hubsensoren 235 und 236 und die IMUs 237 und 238 können als Sensoren verwendet werden, die Informationen über die Schwerpunktposition GC1 des Anbaugeräts 203 erfassen. Die Information über die Schwerpunktposition GC1 des Anbaugeräts 203 ist ein Abstand X_we.
Der Abstand X_we ist Abstand zwischen dem Schwerpunkt GC1 und dem unteren Auslegerbolzen 221 entlang der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Radladers 200. Der Abstand X_we ist der Abstand in horizontaler Richtung zwischen dem Schwerpunkt GC1 und dem unteren Auslegerbolzen 221, während der Radlader 200 auf einem horizontalen Boden steht.
Die Potentiometer 233 und 234, die Hubsensoren 235 und 236 und die IMUs 237 und 238 können als Sensoren verwendet werden, die Informationen über die Schwerpunktposition GC2 der Last im Löffel 214 erfassen. Die Information über die Schwerpunktposition GC2 der Last im Löffel 214 ist der Abstand X_Traglast.
Der Abstand X_Traglast ist der Abstand zwischen dem Schwerpunkt GC2 und dem unteren Auslegerbolzen 221 entlang der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Radladers 200. X_Traglast ist der Abstand in horizontaler Richtung zwischen dem Schwerpunkt GC2 und dem unteren Auslegerbolzen 221, während der Radlader 200 auf dem horizontalen Boden steht.
9 ist ein Diagramm, das einen Funktionsblock in einer Steuereinheit 250 gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. Das System in der vorliegenden Ausführungsform ist ein System zum Bestimmen eines Lastgewichts, das ein Gewicht einer von einem Anbaugerät 203 beförderten Last ist. Das System in der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Radlader 200, der eine in 8 dargestellte beispielhafte Arbeitsmaschine darstellt, und die in 9 gezeigte Steuereinheit 250. Die Steuereinheit 250 kann am Radlader 200 montiert werden. Die Steuereinheit 250 kann außerhalb des Radladers 200 vorgesehen sein. Die Steuereinheit 250 kann an einer Baustelle des Radladers 200 oder an einem von der Baustelle des Radladers 200 entfernten Ort angeordnet sein.
Wie in 9 gezeigt, erhält ein Auslegerzylinder-Schubkraftrechner 250a ein Erfassungsergebnis durch die Drucksensoren 231b und 231h. Insbesondere erhält der Auslegerzylinder-Schubkraftrechner 250a den Kopfdruck des Auslegerzylinders 218, der vom Drucksensor 231 h erfasst wird. Der Auslegerzylinder-Schubkraftrechner 250a erhält den Bodendruck des Auslegerzylinders 218, der vom Drucksensor 231b erfasst wird. Der Auslegerzylinder-Schubkraftrechner 250a berechnet die Auslegerzylinder-Schubkraft F_Ausleger auf der Grundlage des Kopfdrucks und des Bodendrucks des Auslegerzylinders 218.
Die Schubkraft ist als die Kraft definiert, die ein Objekt in Bewegungsrichtung bewegt, und die Auslegerzylinder-Schubkraft F_Ausleger ist die vom Auslegerzylinder 218 erzeugte Schubkraft, die den Ausleger 215 relativ zum Fahrzeugkörper dreht. Der Auslegerzylinder-Schubkraftrechner 250a gibt die berechnete Auslegerzylinder-Schubkraft F_Ausleger an einen Lastgewichtsrechner 250i aus.
Ein Löffelzylinder-Schubkraftrechner 250c erhält ein Ergebnis der Messung durch die Drucksensoren 232b und 232h. Insbesondere erhält der Löffelzylinder-Schubkraftrechner 250c den Kopfdruck des Löffelzylinders 219, der vom Drucksensor 232h erfasst wird. Der Löffelzylinder-Schubkraftrechner 250c ermittelt den Bodendruck des Löffelzylinders 219, der vom Drucksensor 232b erfasst wird. Der Löffelzylinder-Schubkraftrechner 250c berechnet die Löffelzylinder-Schubkraft F_Löffel auf der Grundlage des Kopfdrucks und des Bodendrucks des Löffelzylinders 219.
Die Löffelzylinder-Schubkraft FLöffel ist die vom Löffelzylinder 219 erzeugte Schubkraft, die den Löffel 214 relativ zum Ausleger 215 dreht. Der Löffelzylinder-Schubkraftrechner 250c gibt die berechnete Löffelzylinder-Schubkraft F_Löffel an den Lastgewichtsrechner 250i aus.
Ein Auslegerwinkelrechner 250d erhält Informationen über den Winkel des Auslegers von mindestens einem der Sensoren Wegsensor 235, IMU 237 und Potentiometer 233. Der Auslegerwinkelrechner 250d berechnet den Auslegerwinkel auf der Basis der erhaltenen Informationen. Der Auslegerwinkelrechner 250d gibt den berechneten Auslegerwinkel an einen Schwerpunktpositionsrechner 250g aus.
Ein Löffelwinkelrechner 250f erhält Informationen über einen Löffelwinkel von mindestens einem der folgenden Sensoren: dem Wegsensor 236, der IMU 238 und dem Potentiometer 234. Der Löffelwinkelrechner 250f berechnet den Löffelwinkel auf der Basis der erhaltenen Informationen. Der Löffelwinkelrechner 250f gibt den berechneten Löffelwinkel an den Schwerpunktpositionsrechner 250g aus.
Verschiedene Arten von Informationen, wie z.B. eine Abmessung und ein Gewicht jedes Elements, aus dem das Anbaugerät 203 besteht, und eine Schwerpunktposition GC1 des Anbaugeräts 203 werden in einem Speicher 250j gespeichert. Solche verschiedenen Arten von Informationen können von einem Eingabeabschnitt 251 außerhalb der Steuereinheit 250 in den Speicher 250j eingegeben werden. Der Speicher 250j kann außerhalb der Steuereinheit 250 angeordnet sein, anstatt in der Steuereinheit 250 enthalten zu sein.
Der Schwerpunktpositionsrechner 250g berechnet die Schwerpunktposition GC1 des Anbaugeräts 203 relativ zum unteren Auslegerbolzen 221. Der Schwerpunktpositionsrechner 250g berechnet die relative Schwerpunktposition GC1 des Anbaugeräts 203 auf der Grundlage des vom Auslegerwinkelrechner 250d berechneten Auslegerwinkels, des vom Löffelwinkelrechner 250f berechneten Löffelwinkels und der im Speicher 10j gespeicherten Schwerpunktposition GC1 im Anbaugerät 203.
Ein Momentenabstandsrechner 250h berechnet einen Abstand in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 221 zum Schwerpunkt GC1 des Anbaugeräts 203. Konkret berechnet der Momentenabstandsrechner 250h den Abstand X_we in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 221 zum Schwerpunkt GC1 des Anbaugeräts 203.
Der Momentenabstandsrechner 250h berechnet den Abstand X_Löffel, in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 221 zum Schwerpunkt GC3 (10) des Löffels 214. Der Momentenabstandsrechner 250h berechnet einen Abstand X_Kippstange in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 221 zum Schwerpunkt der Kippstange 217.
Der Momentenabstandsrechner 250h berechnet einen Abstand X_Bolzen in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 221 zum Stützbolzen 229.
Der Momentenabstandsrechner 250h berechnet den Abstand h_Ausleger vom unteren Auslegerbolzen 221 zum Auslegerzylinder 218 in einer Richtung orthogonal zur Erstreckungsrichtung des Auslegerzylinders 218. Der Momentenabstandsrechner 250h berechnet den Abstand h_Löffel vom Stützbolzen 229 zum Löffelzylinder 219 in einer Richtung, die orthogonal zur Erstreckungsrichtung des Löffelzylinders 219 verläuft.
Der Momentenabstandsrechner 250h gibt diese berechneten Abstände an den Lastgewichtsrechner 250i aus.
Der Lastgewichtsrechner 250i berechnet das Gewicht M_Traglast einer im Löffel 214 geladenen Last. Der Lastgewichtsrechner 250i gibt das berechnete Gewicht M_Traglast an eine Anzeige 252 außerhalb der Steuereinheit 250 aus. Die Anzeige 252 kann z.B. in der Fahrerkabine 205 (8) oder an einem vom Radlader 200 entfernten Ort angeordnet sein. Die Anzeige 252 zeigt das berechnete Gewicht M_Traglast auf einem Bildschirm an. Ein Bediener, der den Radlader 200 in der Fahrerkabine 205 bedient, ein Bediener, der den Radlader 200 an einem entfernten Ort bedient, oder eine Überwachungsperson, die den Betrieb des Radladers 200 überwacht, kann das Gewicht M_Traglast der in den Löffel 214 geladenen Last durch einen Blick auf die Anzeige 252 erkennen.
Sowohl der Eingabeabschnitt 251 als auch die Anzeige 252 können über ein Kabel oder drahtlos mit der Steuereinheit 250 verbunden sein.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Berechnung des Gewichts M_Traglast der im Löffel 214 geladenen Last gemäß der vierten Ausführungsform im Detail beschrieben. Der in 9 gezeigte Lastgewichtsrechner 250i liest eine Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen 221 aus dem Speicher 250j. Die Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen 221 wird in der folgenden Gleichung (8) ausgedrückt.
[Gleichung 8] $F_{b o o m} \times h_{b o o m} = M_{p a y l o a d} \times X_{p a y l o a d} + M X_{w e}$
Die linke Seite der Gleichung (8) drückt das Moment aus, das sich aus der Auslegerzylinder-Schubkraft F_Ausleger ergibt. In der Gleichung (8) steht M_Traglast für das Gewicht der im Löffel 214 geladenen Last. X_Traglast ist der Abstand in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 221 zum Schwerpunkt GC2 der im Löffel 214 geladenen Last. Der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (8) drückt das Moment aus, das sich aus der im Löffel 214 geladenen Last ergibt.
MX_we im zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (8) stellt das Moment dar, das sich aus dem Eigengewicht des Anbaugeräts 203 ergibt. Das Moment MX_we wird als Produkt aus der Summe M1 (8) der Gewichte der Elemente, aus denen das Anbaugerät 203 besteht, und dem Abstand X_we in horizontaler Richtung vom unteren Auslegerbolzen 221 zum Schwerpunkt GC1 des Anbaugeräts 203 berechnet.
Der Lastgewichtsrechner 250i liest dann die Gleichung des Momentengleichgewichts um den Stützbolzen 229 aus dem Speicher 250j. 10 ist eine schematische Darstellung des Momentengleichgewichts um den Stützbolzen 229. Die Gleichung des Momentengleichgewichts um den Stützbolzen 229 wird gemäß der folgenden Gleichung (9) ausgedrückt.
[Gleichung 9] $F_{b u c k e t} \times h_{b u c k e t} = M_{p a y l o a d} \times (X_{p a y l o a d} - X_{p i n}) + M X_{w e_p i n}$
Die linke Seite der Gleichung (9) stellt das Moment dar, das sich aus der Löffelzylinder-Schubkraft F_Löffel ergibt. Der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (9) stellt das Moment dar, das sich aus der im Löffel 214 geladenen Last ergibt. MX_{we_Bolzen} im zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (9) stellt das Moment dar, das sich aus dem Eigengewicht des Anbaugeräts 203 an der Stirnseite des Anbaugeräts 203 relativ zum Stützbolzen 229 ergibt. Das Moment MX_{we_Bolzen} wird gemäß folgender Gleichung (10) berechnet.
[Gleichung 10] $M X_{w e_p i n} = M_{b u c k e t} \times (X_{b u c k e t} - X_{p i n}) + M_{t i l t r o a d} \times (X_{t i l t r o a d} - X_{p i n})$
In der Gleichung (10) steht M_Löffel für das Gewicht des Löffels 214. M_Kippstange steht für das Gewicht der Kippstange 217. Jedes dieser Gewichte M_Löffel und M_Kippstange wird im Speicher 250j gespeichert, zum Beispiel durch eine Operation zur Eingabe in den Speicher 250j über den in 9 gezeigten Eingabeabschnitt 251.
Auf der Basis der Simultangleichungen der Gleichung (8) und der Gleichung (9) kann eine von der Entfernung X_Traglast unabhängige Gleichung (11) als Gleichung zur Berechnung des Lastgewichts M_Traglast aufgestellt werden.
[Gleichung 11] $M_{p a y l o a d} = \frac{F_{b o o m} \times h_{b o o m} - F_{b u c k e t} \times h_{b u c k e t} - M X_{w e} + M X_{w e_p i n}}{X_{p i n}}$
Die Gleichung (8) enthält den Abstand X_Traglast und die Gleichung (9) enthält ebenfalls den Abstand X_Traglast. Durch Lösen der beiden Gleichgewichtsgleichungen als Simultangleichungen ergibt sich die Gleichung (11) ohne den Abstand X_Traglast. Das Lastgewicht M_Traglast kann auf der Basis der Gleichung (11) berechnet werden. Das Lastgewicht M_Traglast kann auf diese Weise genauer berechnet werden, ohne dass es durch die Verschiebung des Schwerpunkts der im Löffel 214 geladenen Last beeinflusst wird.
Durch Einsetzen des gemäß Gleichung (11) berechneten Lastgewichts M_Traglast in die Gleichung (8) oder die Gleichung (9) kann der Abstand X_Traglast berechnet werden. Aus den Gleichungen (8) und (9) kann eine von der Lastmasse M_Traglast unabhängige Gleichung zur Berechnung des Abstandes X_Traglast aufgestellt werden. Die Lage des Schwerpunkts der im Löffel 214 geladenen Last kann gemäß dem berechneten Abstand X_Traglast korrigiert werden.
Bei dem in der vierten Ausführungsform gezeigten Radlader 200 kann durch die Berechnung des Gewichts der Last bei der Rückwärtsfahrt, bei der der Radlader 200 rückwärtsfährt, während die Last in den Löffel 214 geladen ist, das Gewicht der Last genauer berechnet werden.
In den Ausführungsformen verwendet die Steuereinheit 10 zwei Gleichungen des Momentengleichgewichts für eine Vielzahl von Gelenken, die in dem Anbaugerät vorgesehen ist, als Vergleichsausdrücke für die Berechnung des Gewichts der Last. Der Vergleichsausdruck ist nicht auf die Gleichung des Momentengleichgewichts beschränkt und es kann auch eine Bewegungsgleichung für jedes der mehreren Gelenke verwendet werden. Die Bewegungsgleichung kann auf der Basis von Informationen des Drucksensors und des Positionssensors aufgestellt werden, wie im Falle der Gleichgewichtsgleichung.
Obwohl die obige Ausführungsform und das Beispiel zuvor beschrieben wurden, ist es zu verstehen, dass die hier offenbarte Ausführungsform und das Beispiel in jeder Hinsicht der Veranschaulichung dienen und nicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird vielmehr durch die Begriffe der Ansprüche als durch die obige Beschreibung definiert und soll alle Änderungen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung umfassen, die den Begriffen der Ansprüche entsprechen.
Bezugszeichenliste
1 Fahrwerk; 2 Dreheinheit; 2a Fahrerkabine; 3, 203 Anbaugerät; 3a, 215 Ausleger; 3b Arm; 3c, 214 Löffel (Befestigungsvorrichtung); 3d Löffelgelenk; 3da erstes Verbindungselement; 3db zweites Verbindungselement; 3dc oberer Löffelzylinderbolzen; 3dd erster Verbindungsbolzen; 3de zweiter Verbindungsbolzen; 4a, 218 Auslegerzylinder (Auslegerzylinder); 4aa Zylinder; 4ab Zylinderstange; 4b Auslegerzylinder (Ausleger-Hydraulikzylinder); 4c, 219 Löffelzylinder (Befestigungsvorrichtung-Hydraulikzylinder); 5a, 221 unterer Armbolzen (erster Drehpunkt); 5b, 222 oberer Löffelzylinderbolzen (zweiter Drehpunkt); 5c oberer Armbolzen (dritter Drehpunkt); 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 231 b, 231 h, 232b, 232h Drucksensor; 7a, 7b, 7c, 235, 236 Hubsensor; 9a, 9b, 9c Winkelsensor (Sensor, Positionssensor); 10, 250 Steuereinheit; 10a, 250a Auslegerzylinder-Schubkraftrechner; 10b Armzylinder-Schubkraftrechner; 10c, 250c Löffelzylinder- Schubkraftrechner; 10d, 250d Auslegerwinkelrechner; 10e Armwinkelrechner; 10f, 250f Löffelwinkelrechner; 10g, 250g Schwerpunktpositionsrechner; 10h, 250h Momentenabstandsrechner; 10i, 250i Lastgewichtsrechner; 10j, 250j Speicher; 11, 251 Eingabeabschnitt; 12, 252 Anzeige; 40 Aktuator; 100 Hydraulikbagger; 103 Hubmagnet; 104 Stützabschnitt; 105 Hauptkörperabschnitt; 200 Radlader; 202 Fahrzeugrahmen; 204 Fahrvorrichtung; 205 Fahrerkabine; 216 Umlenkhebel; 217 Kippstange; 229 Stützbolzen; 233, 234 Potentiometer; L Last
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 10245874 [0002, 0003]

Claims

Berechnungsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine mit einem Anbaugerät, wobei die Berechnungsvorrichtung ein Gewicht einer von dem Anbaugerät beförderten Last berechnet, wobei die Arbeitsmaschine umfasst: einen Fahrzeugkörper, einen unteren Auslegerbolzen, der vom Fahrzeugkörper getragen wird, einen Ausleger, der über den unteren Auslegerbolzen drehbar mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist, ein oberer Auslegerbolzen, der an einer Befestigungsvorrichtung am Ende des Auslegers befestigt ist, einen Arm, der über den oberen Auslegerbolzen drehbar mit dem Ausleger verbunden ist, einen oberen Armbolzen, der an einem Kopfende des Arms befestigt ist, und eine Befestigungsvorrichtung, die über den oberen Armbolzen drehbar mit dem Arm verbunden ist, wobei die Berechnungsvorrichtung das Gewicht der Last auf der Grundlage von zwei beliebigen Gleichgewichtsgleichungen der folgenden Gleichungen berechnet: einer Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen, einer Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen und einer Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen.
Berechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Arbeitsmaschine umfasst: einen Aktuator, der eine Schubkraft erzeugt, die den Ausleger relativ zum Fahrzeugkörper dreht, und einen Sensor, der einen Auslegerwinkel in Bezug auf den Fahrzeugkörper erfasst, und die Berechnungsvorrichtung die Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen auf der Grundlage der vom Aktuator erzeugten Schubkraft und eines Erfassungsergebnisses durch den Sensor aufstellt.
Berechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Arbeitsmaschine umfasst: einen Aktuator, der eine Schubkraft erzeugt, die den Arm relativ zum Ausleger dreht, und einen Sensor, der einen Armwinkel in Bezug auf den Ausleger erfasst, und die Berechnungsvorrichtung die Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen auf der Grundlage der vom Aktuator erzeugten Schubkraft und eines Erfassungsergebnisses durch den Sensor aufstellt.
Berechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Arbeitsmaschine umfasst: ein Aktuator, der eine Schubkraft erzeugt, die die Befestigungsvorrichtung relativ zum Arm dreht, und einen Sensor, der einen Befestigungsvorrichtungswinkel in Bezug auf den Arm erfasst, und die Berechnungsvorrichtung die Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Armbolzen auf der Grundlage der vom Aktuator erzeugten Schubkraft und eines Erfassungsergebnisses durch den Sensor aufstellt.
Berechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Arbeitsmaschine ferner ein Verbindungselement aufweist, das den Aktuator und den Arm miteinander verbindet, und der Sensor an dem Verbindungselement angebracht ist.
Berechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Befestigungsvorrichtung ein Hubmagnet ist.
Berechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Berechnungsvorrichtung die Schwerpunktposition der Last auf der Grundlage der beiden Gleichgewichtsgleichungen berechnet.
Berechnungsvorrichtung einer Arbeitsmaschine mit einem Anbaugerät, wobei die Berechnungsvorrichtung ein Gewicht einer von dem Anbaugerät beförderten Last berechnet, wobei die Arbeitsmaschine umfasst: einen Fahrzeugkörper, einen unteren Auslegerbolzen, der vom Fahrzeugkörper getragen wird, einen Ausleger, der über den unteren Auslegerbolzen drehbar mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist, ein oberer Auslegerbolzen, der an einem Kopfende des Auslegers angebracht ist, eine Befestigungsvorrichtung, die über den oberen Auslegerbolzen drehbar mit dem Ausleger verbunden ist, und ein Schwenkelement, das von dem Ausleger getragen wird und zusammen mit der Befestigungsvorrichtung in Bezug auf den Ausleger drehbar ist, wobei die Berechnungsvorrichtung das Gewicht der Last auf der Grundlage zweier Gleichgewichtsgleichungen, umfassend eine Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen und eine Gleichung des Momentengleichgewichts um einen Drehpunkt des Schwenkelements, berechnet.
Berechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Arbeitsmaschine umfasst: einen Aktuator, der eine Schubkraft erzeugt, die den Ausleger relativ zum Fahrzeugkörper dreht, und einen Sensor, der einen Auslegerwinkel in Bezug auf den Fahrzeugkörper erfasst, und die Berechnungsvorrichtung die Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen auf der Grundlage der vom Aktuator erzeugten Schubkraft und eines Erfassungsergebnisses durch den Sensor aufstellt.
Berechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Arbeitsmaschine umfasst: ein Aktuator, der eine Schubkraft erzeugt, die die Befestigungsvorrichtung relativ zum Ausleger dreht, und einen Sensor, der einen Befestigungsvorrichtungswinkel in Bezug auf den Ausleger erfasst, und die Berechnungsvorrichtung eine Gleichung des Momentengleichgewichts um den Drehpunkt auf der Grundlage der vom Aktuator erzeugten Schubkraft und eines Erfassungsergebnisses durch den Sensor aufstellt.
Berechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Berechnungsvorrichtung auf der Grundlage der beiden Gleichgewichtsgleichungen eine Schwerpunktposition der Last berechnet.
Berechnungsvorrichtung einer Arbeitsmaschine mit einem Anbaugerät, wobei die Berechnungsvorrichtung ein Gewicht einer von dem Anbaugerät beförderten Last berechnet, wobei die Arbeitsmaschine umfasst: einen Fahrzeugkörper, einen unteren Auslegerbolzen, der vom Fahrzeugkörper getragen wird, einen Ausleger, dessen eines Ende über den unteren Auslegerbolzen drehbar mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist, ein oberer Auslegerbolzen, der am anderen Ende des Auslegers befestigt ist, einen Arm, dessen eines Ende über den oberen Auslegerbolzen drehbar mit dem anderen Ende des Auslegers verbunden ist, ein oberer Armbolzen, der am anderen Ende des Arms befestigt ist, eine Befestigungsvorrichtung, deren eines Ende über den oberen Armbolzen drehbar mit dem anderen Ende des Arms verbunden ist, einen Ausleger-Hydraulikzylinder, der den Ausleger in Drehung versetzt, einen Arm-Hydraulikzylinder, der den Arm in Drehung versetzt, einen Befestigungsvorrichtung-Hydraulikzylinder, der die Befestigungsvorrichtung in Drehung versetzt, einen Drucksensor, der mindestens zwei Sensoren der folgenden Sensoren umfasst: einen Ausleger-Drucksensor, der an dem Ausleger-Hydraulikzylinder angebracht ist und Hydrauliköl-Druckinformationen des Ausleger-Hydraulikzylinders ausgibt, einen Arm-Drucksensor, der an dem Arm-Hydraulikzylinder angebracht ist und Hydrauliköl-Druckinformationen des Arm-Hydraulikzylinders ausgibt, und einen Befestigungsvorrichtung-Drucksensor, der an dem Befestigungsvorrichtung-Hydraulikzylinder angebracht ist und Hydrauliköl-Druckinformationen des Befestigungsvorrichtung-Hydraulikzylinders ausgibt, und einen Auslegerpositionssensor, der Auslegerinformationen ausgibt, um eine Position des Auslegers in Bezug auf den Fahrzeugkörper zu erhalten, einen Armpositionssensor, der Arminformationen ausgibt, um eine Position des Arms in Bezug auf den Ausleger zu erhalten, und einen Befestigungsvorrichtungspositionssensor, der Befestigungsvorrichtungsinformationen ausgibt, um eine Position der Befestigungsvorrichtung in Bezug auf den Arm zu erhalten, wobei die Berechnungsvorrichtung das Gewicht der Last bei der Beförderung der Last auf der Grundlage von zwei beliebigen Vergleichsausdrücken der folgenden Ausdrücke berechnet: eines ersten Vergleichsausdrucks, der aus der Hydrauliköldruckinformation des Auslegerhydraulikzylinders und der Auslegerinformation erzeugt wird, eines zweiten Vergleichsausdrucks, der aus der Hydrauliköldruckinformation des Auslegerhydraulikzylinders und der Auslegerinformation erzeugt wird, und eines dritten Vergleichsausdrucks, der aus der Hydrauliköldruckinformation des Befestigungsvorrichtung-Hydraulikzylinders und der Befestigungsvorrichtung erzeugt wird, und der Drucksensor mindestens zwei Sensoren, die den beiden Vergleichsausdrücken entsprechen, umfasst.
Berechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Auslegerpositionssensor ist ein Sensor, der einen Auslegerwinkel in Bezug auf die Karosserie des Fahrzeugs erfasst, der Armpositionssensor ist ein Sensor, der einen Armwinkel in Bezug auf den Ausleger erfasst, und der Befestigungsvorrichtungspositionssensor ist ein Sensor, der einen Befestigungsvorrichtungswinkel gegenüber dem Arm erfasst.
Berechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei der erste Vergleichsausdruck eine Gleichung des Momentengleichgewichts um den unteren Auslegerbolzen bei der Beförderung der Last ist, der zweite Vergleichsausdruck eine Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Auslegerbolzen bei der Beförderung der Last ist, und der dritte Vergleichsausdruck eine Gleichung des Momentengleichgewichts um den oberen Armbolzen bei der Beförderung der Last ist.
Berechnungsverfahren zum Berechnen eines Gewichts einer von einem Anbaugerät beförderten Last für eine Arbeitsmaschine, die das Anbaugerät enthält, wobei das Anbaugerät als Elemente einen Ausleger, der um einen ersten Drehmittelpunkt schwenkt, einen Arm, der um einen zweiten Drehmittelpunkt schwenkt, und eine Befestigungsvorrichtung, die um einen dritten Drehmittelpunkt schwenkt, enthält, wobei das Berechnungsverfahren umfasst: Aufstellen, für die Elemente, von Vergleichsausdrücken für eine Bewegung um zwei beliebige der folgenden Drehpunkte: den ersten Drehpunkt, den zweiten Drehpunkt und den dritten Drehpunkt; Ermitteln eines Gewichts und einer Schwerpunktposition jedes Elements; Ermitteln der Positionen der Elemente bei der Beförderung der Last; Ermitteln einer Schubkraft, die der Bewegung in den Vergleichsausdrücken entspricht; Berechnen von horizontalen Abständen zwischen den Schwerpunktpositionen der Elemente bei der Beförderung der Last und den entsprechenden Positionen des ersten Drehpunkts, des zweiten Drehpunkts und des dritten Drehpunkts auf der Grundlage der Schwerpunktpositionen bzw. der Positionen der Elemente; und Berechnen des Gewichts der von dem Anbaugerät beförderten Last auf der Grundlage der Vergleichsausdrücke, der erhaltenen Informationen und der berechneten Informationen.
Berechnungsverfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Positionen der Elemente auf der Grundlage von Winkeln ermittelt werden, die die Stellung der Elemente angeben.
Berechnungsverfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei die Vergleichsausdrücke Gleichungen des Momentengleichgewichts um die Drehpunkte der Bewegung sind.