JP2007138504A - 作業機械における作業アームデータ補正方法および作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業アームの部材重量、重心位置が変化しても、重量誤差、重心位置誤差を自動的に補正できる作業機械における作業アームデータ補正方法を提供する。
【解決手段】上部旋回体２に作業アームＢをブーム取付けピンＯにより回動自在に取付け、ブームシリンダ3aにより上下方向に回動する。作業アームＢの姿勢をブーム角センサ７およびスティック角センサ８により検出するとともに、ブームシリンダ3aにかかる圧力をボトム圧センサ9aおよびロッド圧センサ9bにより検出して、吊り荷重を演算する。作業アームＢを動かして姿勢を変化させる。各姿勢における無負荷状態での吊り荷重である吊り荷重誤差と、ブームシリンダ3aの保持力による取付けピンＯ回りのモーメントと、作業アームＢの自重による取付けピンＯ回りのモーメントから、作業アームＢの部材重量および重心位置の誤差を演算し、作業アームＢの部材重量および重心位置のデータを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業機械における作業アームの重量および重心位置の変化に対応できる作業アームデータ補正方法、およびその作業アームデータ補正機能を備えた作業機械に関する。

ショベルクレーン仕様の油圧ショベルは、作業アームの関節部にブーム角、スティック角、バケット角を検出する角度センサ、少なくともブームシリンダのヘッド圧およびロッド圧を検出する圧力センサを設けている。上記のセンサ入力と予めコントローラに記憶している作業アームの部材の座標、重量、重心位置データをもとに吊り荷重を演算して、過負荷になると警報を出力したり、作業アームの作業範囲を規制して転倒を防止するモーメントリミッタがある。（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２３０８２１号公報（第３−５頁、図１−５）

油圧ショベルは、掘削作業に応じて現場でバケットを交換する場合や、掘削対象によってブーム、スティック、バケットを補強する場合がある。このような場合、ブーム、スティック、バケットの重量、重心位置が変化するので、予めコントローラに設定しているフロントの部材の重量、重心データを用いると、演算した吊り荷重と実際の吊り荷重との間に誤差が生じるので、過負荷でのモーメントリミッタによる作業範囲の規制が甘くなり、機械が転倒する危険がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、作業アームの部材重量、重心位置が変化しても、重量誤差、重心位置誤差を自動的に補正できる作業アームデータ補正方法およびその作業アームデータ補正機能を備えた作業機械を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、機体に流体圧シリンダにより上下方向に回動される作業アームが取付けピンにより回動自在に取付けられ、作業アームの姿勢を角度センサにより検出するとともに、流体圧シリンダにかかる圧力を圧力センサにより検出して、作業アームの吊り荷重を演算する機能を備えた作業機械において、作業アームを動かして姿勢を変化させ、各姿勢における無負荷状態での吊り荷重である吊り荷重誤差と、流体圧シリンダの保持力による取付けピン回りのモーメントと、作業アームの自重による取付けピン回りのモーメントから、作業アームの部材重量および重心位置の誤差を演算し、作業アームの部材重量および重心位置のデータを補正する作業機械における作業アームデータ補正方法である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の作業機械における作業アームデータ補正方法において、作業アームは、機体にブーム取付けピンにより回動自在に取付けられブームシリンダにより上下方向に回動されるブームと、ブームの先端に回動可能に取付けられたスティックとを備え、スティックを垂直姿勢に維持しながらブームを回動することにより、第１姿勢および第２姿勢を設定し、第１姿勢および第２姿勢では、吊り荷重誤差と、ブームシリンダの保持力によるブーム取付けピン回りのモーメントと、作業アームの自重によるブーム取付けピン回りのモーメントから、ブームおよびスティックの重量誤差を演算し、ブームを固定したままスティックを回動することにより、第３姿勢および第４姿勢を設定し、第３姿勢および第４姿勢では、前記重量誤差と、吊り荷重誤差と、ブームシリンダの保持力によるブーム取付けピン回りのモーメントと、作業アームの自重によるブーム取付けピン回りのモーメントから、スティック重心位置誤差を演算し、ブームおよびスティックの重量誤差、スティック重心位置誤差を補正値として、ブームおよびスティックの重量、スティック重心位置のデータを補正する作業アームデータ補正方法である。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の作業機械における作業アームデータ補正方法において、作業アームを、スティックの先端部にバケットを介して荷を吊るショベルクレーンとしたものである。

請求項４記載の発明は、機体と、この機体に取付けピンにより回動自在に取付けられた作業アームと、この作業アームを上下方向に回動する流体圧シリンダと、作業アームの姿勢を角度により検出する角度センサと、流体圧シリンダにかかる圧力を検出する圧力センサと、角度センサにより検出された角度および圧力センサにより検出された圧力より作業アームの吊り荷重を演算するとともに請求項１乃至３のいずれかに記載された作業アームの部材重量および重心位置の誤差を演算してこれらのデータを補正するコントローラとを具備した作業機械である。

請求項１記載の発明によれば、作業アームの部材重量、重心位置が変化しても、作業アームを複数の姿勢にして、各姿勢における無負荷状態での吊り荷重である吊り荷重誤差と、流体圧シリンダの保持力によるモーメントと、作業アームの自重によるモーメントから、作業アームの部材重量および重心位置の誤差を演算して、これらのデータを自動的に補正できる。

請求項２記載の発明によれば、スティックを垂直姿勢に維持しながらブームを回動することにより設定された第１姿勢および第２姿勢と、ブームを固定したままスティックを回動することにより設定された第３姿勢および第４姿勢とに操作することで、ブームおよびスティックの重量、スティックの重心位置のデータを簡単に補正できる。

請求項３記載の発明によれば、ショベルクレーンのブームおよびスティックの重量と、スティックの重心位置とを簡単に補正できる。

請求項４記載の発明によれば、作業アームの部材重量、重心位置が変化しても、作業アームを複数の姿勢にして、コントローラにより作業アームの部材重量および重心位置の誤差を演算した上で自動的に補正できる作業機械を提供できる。

以下、本発明を図１乃至図１１に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図１は、作業機械としての油圧ショベルＡを用いたショベルクレーンを示し、下部走行体１に機体としての上部旋回体２が旋回可能に設けられ、この上部旋回体２上に作業アームＢおよびキャブＣが搭載されている。

作業アームＢは、上部旋回体２に取付けピンとしてのブーム取付けピンＯによりブーム３の基端が上下方向回動自在に軸支され、このブーム３の先端にスティック４が回動自在に軸支され、このスティック４の先端にバケット５が回動自在に軸支され、このバケット５に吊り具６が設けられている。ブーム３は、流体圧シリンダとしてのブームシリンダ3aにより回動され、スティック４は、スティックシリンダ4aにより回動され、バケット５は、バケットシリンダ5aにより回動される。

ブーム３の基端軸支部には、ブーム３の回動角（以下、「ブーム角」という）を検出する角度センサとしてのブーム角センサ７が設けられ、ブーム３の先端軸支部には、スティック４の回動角（以下、「スティック角」という）を検出する角度センサとしてのスティック角センサ８が設けられ、ブームシリンダ3aのボトム側端とロッド側端とには、ブームシリンダ3aのボトム室内の圧力（以下、ボトム圧という）を検出する圧力センサとしてのボトム圧センサ9aと、ロッド室内の圧力（以下、ロッド圧という）を検出する圧力センサとしてのロッド圧センサ9bとがそれぞれ設けられている。

図２に示されるように、ブーム角センサ７、スティック角センサ８、ボトム圧センサ9aおよびロッド圧センサ9bは、コントローラ10の入力側に接続され、このコントローラ10の出力側は、キャブＣ内に設置された表示器（以下、「モニタ」という）11に接続されている。

コントローラ10は、ブーム角センサ７で検出されたブーム角α、スティック角センサ８で検出されたスティック角β、ボトム圧センサ9aおよびロッド圧センサ9bで検出されたブームシリンダ3aのボトム圧およびロッド圧により、吊り荷重Ｗおよび作業アームＢの重量および重心位置を演算し、さらに、ショベルクレーンが転倒するおそれのあるモーメントとなる範囲への動きを制限したり、警告するモーメントリミッタ機能を備えている。

さらに、コントローラ10の入力側には、バケット５の交換や、ブーム３、スティック４またはバケット５の補強によるこれらの重量や重心位置の変化に対して、重量誤差、重心位置誤差を自動的に補正する較正処理を起動するための較正スイッチ12と、較正姿勢完了後に計測を指示するための測定スイッチ13とが接続されている。

コントローラ10は、作業アームＢを動かして姿勢を変化させたときに、各姿勢における無負荷状態での吊り荷重である吊り荷重誤差と、ブームシリンダ3aの保持力によるブーム取付けピンＯ回りのモーメントと、作業アームＢの自重によるブーム取付けピンＯ回りのモーメントから、作業アームＢの部材重量および重心位置の誤差を演算し、作業アームＢの部材重量および重心位置のデータを補正する演算・補正機能を備えている。このコントローラ10の演算・補正機能は、以下に説明する。

次に、図面に基づく具体的な作用・効果を説明する。

図３〜図８にコントローラの演算フローチャートを示す。図３は、全体フローチャートを示す。

図３において電源が投入されると、ステップm1で、コントローラ10に内蔵されたメモリから作業アームＢの部材座標、重量、重心位置データを読込む。

次に、ステップm2で、ブーム角センサ７で検出されたブーム角α、スティック角センサ８で検出されたスティック角β、ボトム圧センサ9aおよびロッド圧センサ9bにより検出されたブームシリンダ3aのボトム圧およびロッド圧の各センサデータ、較正スイッチ12および測定スイッチ13の各スイッチ入力を読込む。

ステップm3で、較正スイッチ12がオンになったか否かを判定し、較正スイッチ12がオフの場合は、吊り荷重演算タスクm4で吊り荷重を求め、モーメントリミッタ演算タスクm5により過負荷の警報処理および作業範囲規制の処理を行う。

ステップm3で、較正スイッチ12がオンの場合は、補正演算タスクm6に入り、補正演算後のデータによって、吊り荷重演算タスクm4にて下記に説明する演算で吊り荷重を求め、次にモーメントリミッタ演算タスクm5にて、吊り荷重に基づいて過負荷の警報処理および作業範囲規制の処理を行う。

・吊り荷重Ｗgの演算式
ショベルクレーンの吊り荷重Ｗgの演算式についてまとめる。図９に、コントローラ10による演算を説明するための説明図を示す。この図９において、ａはブーム先端位置を表わし、ｂはブーム３の重心位置を表わし、ｃはスティック４の重心位置を表わし、ｄはブームシリンダ3aのロッド先端位置を表わし、ｅはブームシリンダ3aのシリンダヘッド軸支位置を表わし、ｆはｄｅ線にたいするブーム取付けピンＯからの垂線交差点を表わし、ｇはスティック先端位置（吊り荷重作用点）を表わす。

以下の式において、Ｌは距離、Ｗは重量、Ｍはモーメント、Δは誤差、bmはブーム、stはスティック、αはブーム角センサ７で検出されたブーム角、βはスティック角センサ８で検出されたスティック角を表わす。

無負荷時の作業アームＢの自重によるブーム取付けピンＯ回りのモーメントＭbmOは、
ＭbmO＝Ｗbm・Ｌob・cos(α＋αab)＋Ｗst・{Ｌoa・cosα＋Ｌac・cos(π−α−β−βcg)}……(1)

Ｗbmはブーム３の自重、ＬobはＯｂ間の距離、αabはＯａ・Ｏｂ間の角度、Ｗstはスティック４の自重、ＬoaはＯａ間の距離、Ｌacはａｃ間の距離、βcgはｘ軸・ａｃ間の角度であり、これらは、いずれも既知の定数であるから、無負荷時の作業アームＢの自重によるブーム取付けピンＯ回りのモーメントＭbmOは、ブーム角α、スティック角βを変数とする関数で演算できる。

また、吊り荷重Ｗgがある場合は、ブームシリンダ3aの保持力Fbmは、ブームシリンダ3aのボトム圧センサ9aおよびロッド圧センサ9bで検出された圧力（ボトム圧およびロッド圧）と、ブームシリンダ3aの片ロッド型ピストンの受圧面積（既知のボトム側受圧面積およびロッド側受圧面積）から求められる。

Fbm＝（ボトム圧）×（ボトム側受圧面積）−（ロッド圧）×（ロッド側受圧面積）
ブームシリンダ3aの保持力Fbmによるブーム取付けピンＯ回りのモーメントＭbmaは、
Ｍbma＝Fbm・Ｌof ……(2)
ＬofはＯｆ間の距離である。

Ｌof＝Ｌod・cosγ……(3)
ＬodはＯｄ間の距離、γはＯｄ・Ｏｆ間の角度である。

ブームシリンダ3aのｄｅ間の距離Ｌdeは、
Ｌde＝{Ｌod^２＋Ｌoe^２−２cos(α＋αab＋αbd＋αxe)}^１／２……(4)
ＬoeはＯｅ間の距離、αxeは、Ｘ軸・Ｏｅ間の角度である。

γ＝cos^−１(Ｌod^２＋Ｌde^２−Ｌoe^２／２・Ｌod^２・Ｌde^２)……(5)
上記の(5)式から、γは、Ｌdeを変数とする関数であり、さらに、(4)式から、Ｌdeは、ブーム角αを変数とする関数である。

したがって、(2)式および(3)式より、ブームシリンダ保持力Fbmによるブーム取付けピンＯ回りのモーメントＭbmaは、ボトム圧、ロッド圧およびブーム角αを変数とする関数で演算できる。

吊り荷重Ｗgとブーム取付けピンＯ回りのモーメントＭgの関係は、
Ｍg＝Ｗg・{Ｌoa・cosα＋Ｌag・cos(π−α−β)}……(6)

Ｍg＝Ｍbma−ＭbmO……(7)

(6)式および(7)式より、吊り荷重Ｗgは、
Ｗg＝(Ｍbma−ＭbmO)／{Ｌoa・cosα＋Ｌag・cos(π−α−β)}……(8)

よって、吊り荷重Ｗgは、ブーム角α、スティック角β、ボトム圧およびロッド圧を変数とする関数で演算できる。

無負荷状態の場合は、この吊り荷重Ｗgが０となるが、バケット５の交換や、ブーム３、スティック４、バケット５の補強などにより、これらの重量、重心位置が変化すると、無負荷状態であっても吊り荷重が発生する。この無負荷状態における吊り荷重を、吊り荷重誤差ΔＷgとする。

(Ｉ)補正演算タスク処理
図４に補正演算タスクのフローチャートを示す。補正演算タスクに入ると、次にステップa1で、補正タスクを切り換えるためのカウンタを１に設定する。次にステップa2で、ブーム角センサ７、スティック角センサ８、ボトム圧センサ9aおよびロッド圧センサ9bにより検出されたブーム角α、スティック角β、ボトム圧およびロッド圧の各センサデータを読み込み、ステップa3で、カウンタを判定する。

カウンタが１のときは、ステップa4の第１姿勢演算タスク、カウンタが２のときは、ステップa5の第２姿勢演算タスク、カウンタが３のときは、ステップa6の第３姿勢演算タスク、カウンタが４のときは、ステップa7の第４姿勢演算タスクを実行する。カウンタが５のときは、ステップa8で、「モニタに補正処理が完了したこと」を表示して補正演算タスクから出る。

(II)ブーム３、スティック４の重量補正
図５に第１姿勢演算タスク、図６に第２姿勢演算タスクのフローチャートを示す。図１０に第１姿勢および第２姿勢を示す。第１姿勢および第２姿勢はスティック４を垂直に維持しながら、ブーム角αのみを変えた姿勢である。

図５の第１姿勢演算タスクに入ると、ステップb1で、モニタに「無負荷状態で第１姿勢にする」ことを表示する。次に、ステップb2で、作業アームＢが第１姿勢になったか否かを、ブーム角センサ７およびスティック角センサ８により検出されたブーム角αおよびスティック角βにより判定する。作業アームＢが第１姿勢になると、ステップb3で、モニタに「第１姿勢になったこと」を表示し、続いて「測定スイッチをオンにすること」を表示する。

ステップb4で、測定スイッチ13がオンになったことを検出すると、ステップb5で、上記の吊り荷重演算用の(8)式を用いて無負荷状態における吊り荷重誤差ΔＷg1を求める。

次に、ステップb6で、下記の(9)、(11)、(12)式を用いて、第１姿勢における吊り荷重誤差ΔＷg1により発生するブーム取付けピンＯ回りのモーメント誤差ΔＭbm1、ブーム重心Ｘ軸座標位置Ｘbm1、スティック重心Ｘ軸座標位置Ｘst1を求める。ステップb7で、カウンタに１を足す。

カウンタ＝２になると、図４の補正演算タスクのステップa3でカウンタが判断され、第２姿勢演算タスクa5に入る。

図６の第２姿勢演算タスクに入ると、ステップc1で、モニタに「無負荷状態で第２姿勢にする」ことをモニタ表示する。次に、ステップc2で、作業アームＢが第２姿勢になったか否かを判定する。作業アームＢが第２姿勢になると、ステップc3で、モニタに「第２姿勢になったこと」を表示し、続いて「測定スイッチをオンにすること」を表示する。

ステップc4で、測定スイッチ13がオンになったことを検出すると、ステップc5で、上記の吊り荷重演算用の(8)式を用いて無負荷状態における吊り荷重誤差ΔＷg2を求める。次に、ステップc6で、下記の(13)、(15)、(16)式を用いて、第２姿勢における吊り荷重誤差ΔＷg2により発生するブーム取付けピンＯ回りのモーメント誤差ΔＭbm2、ブーム重心Ｘ軸座標位置Ｘbm2、スティック重心Ｘ軸座標位置Ｘst2を求める。

次にステップc7で、上記のΔＭbm1、Ｘbm1、Ｘst1、ΔＭbm2、Ｘbm2、Ｘst2を用いて、下記の(18)、(19)式によりブーム３およびスティック４の重量誤差（重量補正値）ΔＷbm、ΔＷstを求め、ステップc8で、カウンタに１を足す。

・ブーム３、スティック４の重量補正の演算式
スティック４を垂直にした第１姿勢および第２姿勢において、無負荷状態での吊り荷重誤差ΔＷg1，ΔＷg2をもとにブーム３とスティック４の重量誤差を導く。なお、式中の添数字1は第１姿勢、添数字2は第２姿勢、添数字3は第３姿勢、添数字4は第４姿勢を表わす。

第１姿勢における吊り荷重誤差をΔＷg1とすると、この吊り荷重誤差ΔＷg1により発生するブーム取付けピンＯ回りのモーメント誤差ΔＭbm1は、
ΔＭbm1＝ΔＷg1・Ｌoa・cosα1……(9)

一方、ブーム３の重量誤差をΔＷbm、スティック４の重量誤差をΔＷstとすると、これらの重量誤差によるブーム取付けピンＯ回りのモーメント誤差ΔＭbm1は次式で与えられる。

ΔＭbm1＝ΔＷbm・Ｘbm1＋ΔＷst・Ｘst1……(10)

Ｘbm1＝Ｌob・cos(α1＋αab)……(11)

Ｘst1＝Ｌoa・cosα1……(12)

第２姿勢についても同様に、
ΔＭbm2＝ΔＷg2・Ｌoa・cosα2……(13)

ΔＭbm2＝ΔＷbm・Ｘbm2＋ΔＷst・Ｘst2……(14)

Ｘbm2＝Ｌob・cos(α2＋αab)……(15)

Ｘst2＝Ｌoa・cosα2……(16)

(10)式×Ｘst2−(14)式×Ｘst1とすると、次式が得られる。

ΔＭbm1・Ｘst2−ΔＭbm2・Ｘst1＝ΔＷbm・(Ｘbm1・Ｘst2−Ｘbm2・Ｘst1)……(17)
(17)式を整理するとブーム３の重量誤差ΔＷbmの演算式が得られる。

ΔＷbm＝(ΔＭbm1・Ｘst2−ΔＭbm2・Ｘst1)／(Ｘbm1・Ｘst2−Ｘbm2・Ｘst1)……(18)
同様に、(10)式×Ｘbm2−(14)式×Ｘbm1とすると、次のスティック４の重量誤差ΔＷstの演算式が得られる。

ΔＷst＝(ΔＭbm1・Ｘbm2−ΔＭbm2・Ｘbm1)／(Ｘbm2・Ｘst1−Ｘbm1・Ｘst2)……(19)
よって、第１姿勢および第２姿勢の吊り荷重誤差ΔＷg1、ΔＷg2、ブーム角α1、α2、スティック角β1、β2をもとに、(9)式、(11)式、(12)式、(13)式、(15)式、(16)式を演算でき、さらに、(18)、(19)式からブーム重量誤差ΔＷbmとスティック重量誤差ΔＷstを演算できるので、これらのΔＷbmおよびΔＷstを、ブーム重量補正値およびスティック重量補正値として、ブーム重量およびスティック重量を補正する。

(III)スティック重心位置の補正
図７に第３姿勢演算タスク、図８に第４姿勢演算タスクのフローチャートを示す。図１１に第３姿勢および第４姿勢を示す。第３姿勢および第４姿勢は、ブーム３を固定した状態でスティックシリンダ4aを最縮、最伸にした姿勢である。

図７の第３姿勢演算タスクに入ると、ステップd1で、モニタに「無負荷状態で第３姿勢にする」ことをモニタ表示する。次に、ステップd2で、作業アームＢが第３姿勢になったか否かを判定する。作業アームＢが第３姿勢になると、ステップd3で、モニタに「第３姿勢になったこと」を表示し、続いて「測定スイッチをオンにすること」を表示する。

ステップd4で、測定スイッチ13がオンになったことを検出すると、ステップd5で、上記の吊り荷重演算用の(8)式を用いて無負荷状態における吊り荷重誤差ΔＷg3を求める。次に、ステップd6で、以下の(20)式により第３姿勢におけるブーム取付けピンＯ回りのブームモーメント誤差ΔＭbm3を求める。次にステップd7で、第３姿勢でのブーム角α3、スティック角β3を記憶し、ステップd8で、カウンタに１を足す。

カウンタ＝４になると、図４の補正演算タスクのステップa3でカウンタが判断され、第４姿勢演算タスクa7に入る。

図８の第４姿勢演算タスクに入ると、ステップe1で、モニタに「無負荷状態で第４姿勢にすること」をモニタ表示する。次に、ステップe2で、作業アームＢが第４姿勢になったか否かを判定する。作業アームＢが第４姿勢になると、ステップe3で、モニタに「第４姿勢になったこと」を表示し、続いて「測定スイッチをオンにすること」を表示する。

ステップe4で、測定スイッチ13がオンになったことを検出すると、ステップe5で、上記(8)式の吊り荷重演算式を用いて無負荷状態における吊り荷重誤差ΔＷg4を求める。

次に、ステップe6で、以下の(21)式により第４姿勢におけるブーム取付けピンＯ回りのブームモーメント誤差ΔＭbm4を求め、次にステップe7で、第４姿勢でのブーム角α4、スティック角β4を記憶する。

そして、ステップe8で、上記のΔＭbm3、α3、β3、ΔＭbm4、α4、β4およびステップc7で求められたΔＷstを用いて、下記の(28)式によりスティック４の重心位置誤差Δxcを求め、ステップe9で、カウンタに１を足す。

したがって、図４に示されたステップa3でカウンタ＝５となるので、ステップa8で、モニタに「補正演算終了」を表示する。

・スティック重量位置の補正の演算式
第３姿勢および第４姿勢のブーム重量誤差ΔＷbmとスティック重量誤差ΔＷstによるブーム取付けピンＯ回りのモーメント誤差ΔＭbm3，ΔＭbm4は、次式で与えられる。図１１に演算式の説明図を示す。

ΔＭbm3＝ΔＷbm・Ｘbm3＋ΔＷst・Ｘst3……(20)

ΔＭbm4＝ΔＷbm・Ｘbm4＋ΔＷst・Ｘst4……(21)

ここで、Ｘbm3，Ｘbm4は、第３姿勢および第４姿勢のブーム重心Ｘ軸座標位置であり、Ｘst3，Ｘst4は、第３姿勢および第４姿勢のスティック重心Ｘ軸座標位置である。なお、ブーム３は固定されているので、ブーム重心Ｘ軸座標位置Ｘbm3＝Ｘbm4となる。

このため、(20)式−(21)式とすると、次式が得られる。

Ｘst3−Ｘst4＝(ΔＭbm3−ΔＭbm4)／ΔＷst……(22)

一方、スティック４のスティック取付けピンａを原点としたｘ−ｙ座標系において、スティック４の重心座標を(xc、yc)とし、荷重誤差に影響が大きいスティック重心のＸ軸方向の誤差Δxcのみを考慮すると、スティック重心Ｘ軸座標位置Ｘst3、Ｘst4は次式で与えられる。

Ｘst3＝Ｌoa・cosα3＋(xc＋Δxc)・cos(α3＋β3−π)−yc・sin(α3＋β3−π)…(23)

Ｘst4＝Ｌoa・cosα4＋(xc＋Δxc)・cos(α4＋β4−π)−yc・sin(α4＋β4−π)…(24)

ブーム３は固定していることから、α3＝α4となるとともに、y軸成分（yc）が微小であるので、これを無視すると、(23)、(24)式より、
Ｘst3−Ｘst4＝(xc＋Δxc)・{cos(α3＋β3−π)−cos(α4＋β4−π)}……(25)

(22)式、(25)式より
(ΔＭbm3−ΔＭbm4)／ΔＷst＝(xc＋Δxc)・{cos(α3十β3−π)−cos(α4＋β4−π)}……(26)

xc＋Δxc＝(ΔＭbm3−ΔＭbm4)／〔ΔＷst・{cos(α3＋β3−π)−cos(α4＋β4−π)}〕……(27)

Δxc＝(ΔＭbm3−ΔＭbm4)／〔ΔＷst・{cos(α3＋β3−π)−cos(α4＋β4−π)}〕−xc……(28)

よって、ステップd6、e6で演算されたモーメント誤差ΔＭbm3、ΔＭbm4、(II)で求めたスティック重量誤差ΔＷst、ステップd7、e7で記憶されたブーム角α3＝α4およびスティック角β3，β4、スティック４の重心座標xcを、(28)式に適用することで、スティック重心位置誤差Δxcを演算できるので、このスティック重心位置誤差Δxcをスティック重心位置補正値として、スティック重心位置を補正する。

以上のように、作業アームＢを複数の特定姿勢にして、ブームシリンダの保持力によるモーメントと、作業アームＢの自重によるモーメントから、ブーム３、スティック４の重量誤差ΔＷbm、ΔＷstおよびスティック重心位置誤差Δxcを演算して求める。

そして、これらの重量誤差ΔＷbm、ΔＷst、重心位置誤差Δxcのデータに基づき、ブーム３およびスティック４の部材重量、重心位置を補正して、吊り荷重および作業アームの重量および重心位置から転倒のおそれのあるモーメントとなる範囲への動きを規制するモーメントリミッタ制御、すなわち過負荷の警報処理および作業範囲規制の処理を行う。

(IV)効果
掘削作業に応じて現場でバケット５を交換する場合や、掘削対象によってブーム３、スティック４、バケット５を補強する場合等のブーム３、スティック４、バケット５の重量、重心位置が変化する場合においても、スティック４を垂直姿勢に維持しながらブーム３を回動することにより設定された第１姿勢および第２姿勢と、ブーム３を固定したままスティック４を最伸角度および最縮角度まで回動することにより設定された第３姿勢および第４姿勢とに操作する、現場での簡単な操作によって、ブーム３およびスティック４の重量、スティック４の重心位置のデータを簡単に補正できる。これにより、吊り荷重と実際の吊り荷重との誤差を補正し、モーメントリミッタの荷重精度を確保できるので、過負荷での作業範囲の規制が甘くなった場合に発生するショベルクレーンの転倒を防止できる。

次に、本発明は、図１に示された油圧ショベルを用いたショベルクレーンのみに限定されるものではない。

要するに、機体に、流体圧シリンダにより上下方向に回動される作業アームが取付けピンにより回動自在に取付けられ、作業アームの姿勢を角度センサにより検出するとともに、流体圧シリンダにかかる圧力を圧力センサにより検出して、作業アームの吊り荷重を演算する機能を備えた作業機械であれば、本発明を適用できる。

その場合、変更後の作業アームの重量と重心位置とが未知数であるから、この作業アームを動かして姿勢を変化させ、角度センサにより検出されたデータにより作業アームの各姿勢を正確に把握し、各姿勢における無負荷状態での吊り荷重である吊り荷重誤差と、圧力センサにより検出された流体圧シリンダの保持力による取付けピン回りのモーメントと、作業アームの自重による取付けピン回りのモーメントから、作業アームの部材重量および重心位置の誤差を演算して求め、変更前の作業アームの部材重量および重心位置のデータを補正して、吊り荷重の演算およびモーメントリミッタの制御を行なう。

これにより、作業機械の作業アームの部品交換や補強などによって作業アームの部材重量、重心位置が変化しても、作業アームを複数の姿勢にして、無負荷状態での吊り荷重誤差と、流体圧シリンダの保持力によるモーメントと、作業アームの自重によるモーメントから、作業アームの部材重量および重心位置を自動的に補正できる。

本発明に係る作業機械における作業アームデータ補正方法の一実施の形態を示す概要図である。 同上補正方法のシステム構成を示すブロック図である。 同上補正方法を制御するコントローラの制御機能を説明するフローチャートである。 同上コントローラの補正演算タスクを示すフローチャートである。 同上コントローラの第１姿勢演算タスクを示すフローチャートである。 同上コントローラの第２姿勢演算タスクを示すフローチャートである。 同上コントローラの第３姿勢演算タスクを示すフローチャートである。 同上コントローラの第４姿勢演算タスクを示すフローチャートである。 同上コントローラによる演算を説明するための説明図である。 補正時の作業アームＢの第１姿勢および第２姿勢を示す説明図である。 補正時の作業アームＢの第３姿勢および第４姿勢を示す説明図である。

符号の説明

Ａ 作業機械としての油圧ショベル
Ｂ 作業アーム
２ 機体としての上部旋回体
３ ブーム
3a 流体圧シリンダとしてのブームシリンダ
４ スティック
７，８ 角度センサとしてのブーム角センサおよびスティック角センサ
9a，9b 圧力センサとしてのボトム圧センサおよびロッド圧センサ

Claims (4)

1. 機体に流体圧シリンダにより上下方向に回動される作業アームが取付けピンにより回動自在に取付けられ、作業アームの姿勢を角度センサにより検出するとともに、流体圧シリンダにかかる圧力を圧力センサにより検出して、作業アームの吊り荷重を演算する機能を備えた作業機械において、
   作業アームを動かして姿勢を変化させ、
   各姿勢における無負荷状態での吊り荷重である吊り荷重誤差と、流体圧シリンダの保持力による取付けピン回りのモーメントと、作業アームの自重による取付けピン回りのモーメントから、作業アームの部材重量および重心位置の誤差を演算し、
   作業アームの部材重量および重心位置のデータを補正する
   ことを特徴とする作業機械における作業アームデータ補正方法。
2. 作業アームは、機体にブーム取付けピンにより回動自在に取付けられブームシリンダにより上下方向に回動されるブームと、ブームの先端に回動可能に取付けられたスティックとを備え、
   スティックを垂直姿勢に維持しながらブームを回動することにより、第１姿勢および第２姿勢を設定し、
   第１姿勢および第２姿勢では、吊り荷重誤差と、ブームシリンダの保持力によるブーム取付けピン回りのモーメントと、作業アームの自重によるブーム取付けピン回りのモーメントから、ブームおよびスティックの重量誤差を演算し、
   ブームを固定したままスティックを回動することにより、第３姿勢および第４姿勢を設定し、
   第３姿勢および第４姿勢では、前記重量誤差と、吊り荷重誤差と、ブームシリンダの保持力によるブーム取付けピン回りのモーメントと、作業アームの自重によるブーム取付けピン回りのモーメントから、スティック重心位置誤差を演算し、
   ブームおよびスティックの重量誤差、スティック重心位置誤差を補正値として、ブームおよびスティックの重量、スティック重心位置のデータを補正する
   ことを特徴とする請求項１記載の作業機械における作業アームデータ補正方法。
3. 作業アームは、スティックの先端部にバケットを介して荷を吊るショベルクレーンである
   ことを特徴とする請求項２記載の作業機械における作業アームデータ補正方法。
4. 機体と、
   この機体に取付けピンにより回動自在に取付けられた作業アームと、
   この作業アームを上下方向に回動する流体圧シリンダと、
   作業アームの姿勢を角度により検出する角度センサと、
   流体圧シリンダにかかる圧力を検出する圧力センサと、
   角度センサにより検出された角度および圧力センサにより検出された圧力より作業アームの吊り荷重を演算するとともに請求項１乃至３のいずれかに記載された作業アームの部材重量および重心位置の誤差を演算してこれらのデータを補正するコントローラと
   を具備したことを特徴とする作業機械。

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