JP2008037562A - 作業機械における荷重誤差補正装置および荷重誤差補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】前記誤差補正をするにあたり、ブーム、アーム、バケットの各重量および重心位置を求めるための未知数を少なくして、未知数を求めるために行うブームやアームの変姿作業を簡易かつ容易にできる作業機を提供する。
【解決手段】荷重誤差の補正方法を、第一姿勢、第二姿勢、第三姿勢の各姿勢で測定された無負荷状態での吊り荷重である荷重誤差ΔＷＧに基づいて、ブーム４の重量誤差ΔＷｂｍとアーム５の重量誤差ΔＷａｍを導いくことで、求める未知数を少なくしたため、従来よりも少ない三姿勢での測定により実行することができるようにした。
【選択図】図７

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械には、ブーム、アーム、バケットを装着した作業アタッチメントに変更が有った場合に、該変更に基づいて作業アタッチメントの荷重誤差を補正する装置および方法の技術分野に属するものである。

一般に、吊り作業をする作業機械として油圧ショベルが例示されるが、該油圧ショベルにおいては、基端部が機体本体に揺動自在に軸支されたブーム、該ブームの先端部に基端部が揺動自在に軸支されたアーム（スティック）、該アームの先端部に揺動自在に軸支された作業具としてのバケットから構成されたフロントアタッチメントが設けられるが、このようなフロントアタッチメントの作業の一つとして、重量のある吊り荷を吊り上げて別の場所に移動させる所謂吊り作業をすることがある。このような吊り作業において、ブームとアームが直線に近い姿勢で、かつバケットが地面に近い姿勢になると、機体本体には大きなモーメントが働き、機体が不安定になる惧れがある。
そこで、予め登録されるブーム、アーム等の重量や重心位置を基準にして吊り荷の吊り荷重を演算し、過負荷であることを認識すると警報を出力したり、ブーム、アーム等の作業アームの作業範囲を規制することで安全作業ができるようにしたものがある。
ところでユーザーの中には、作業に応じてバケットを交換したりブーム、アーム、バケットを補強したりして仕様変更するような場合があり、このような場合、仕様変更の前後で重量や重心位置が変わるため、吊り荷重を演算するにあたり、前記登録されている重量や重心位置を仕様変更に対応して補正することが好ましい。

そこでこのような補正をするため、仕様変更前後においての吊り荷のない無負荷状態で得られたフロントアタッチメント単体の吊り荷重を算出し、この差（誤差）から実際の吊り荷重の誤差を補正するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−７３０７８号公報

しかしながら前記誤差補正をするものは、ブーム、アーム、バケットの各重量および重心位置を求めるための未知数が多いため、前記変更後の重量等を算出するには少なくともブームやアームを四つの異なる姿勢にいちいち変姿させる必要があった。この結果、荷重誤差を算出するための作業が面倒かつ煩雑で準備に時間が掛かるといった問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、機体に揺動自在に軸支されるブーム、および該ブームに揺動自在に軸支されるアーム、アームに揺動自在に軸支される作業具を備えた作業アタッチメントの先端部に吊り荷を吊持したときの吊り荷重を演算する演算手段を備えた作業機械において、前記演算手段に、作業アタッチメントに変更が有った場合に該変更に基づいて作業アタッチメントの荷重誤差を演算して補正する荷重誤差補正手段を設けるにあたり、該荷重誤差補正手段は、無荷重状態での作業アタッチメントの変更前後の荷重の差値を、予め設定される複数の基準姿勢にしたもので算出して演算し、これら演算した差値を平均化した値を誤差補正値とするように設定されていることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正装置である。
請求項２は、請求項１において、複数の基準姿勢は、アーム姿勢が水平、垂直、そしてこれを二等分する傾斜姿勢であることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正装置である。
請求項３は、機体に揺動自在に軸支されるブーム、および該ブームに揺動自在に軸支されるアーム、アームに揺動自在に軸支される作業具を備えた作業アタッチメントの先端部に吊り荷を吊持したときの吊り荷重を演算する演算手段を備えた作業機械において、前記演算手段に、作業アタッチメントに変更が有った場合に該変更に基づいて作業アタッチメントの荷重誤差を演算し荷重誤差として補正するにあたり、該荷重誤差としての補正は、無荷重状態での作業アタッチメントの変更前後の荷重の差値を、予め設定される複数の基準姿勢にしたもので算出して演算し、これら演算した差値を平均化した値を誤差補正値とするものであることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正方法である。

請求項１または３の発明とすることにより、誤差補正をするために求める未知数が少ないため、荷重誤差を算出するための作業を、少なく短時間で行うことができる。
請求項２の発明とすることにより、簡易に演算することができる

次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３と、該上部旋回体３の前部に設けたフロントアタッチメントからなるが、該フロントアタッチメントは、上部旋回体３に基端部が支軸４ａを介して前後揺動自在に軸支されるブーム４と、該ブーム４の先端部に基端部が支軸５ａを介して揺動自在に軸支されるアーム５と、該アーム５の先端部に支軸６ａを介して揺動自在に軸支されるバケット（作業具）６とを用いて構成されている。尚、図１においてＣは操縦室となるキャブである。

そしてバケット６は、後述するバケットシリンダ７のロッド先端がリンク８の作動支軸８ａを介して連結され、バケットシリンダ７の伸縮作動に基づき支軸６ａを揺動支点として揺動することになるが、本実施の形態では、前記作動支軸８ａに吊り荷Ｈを係脱自在に係止するための吊り具（吊りフック）９が設けられている。

ところで、上部旋回体３とブーム４とのあいだには、ブーム４を上下揺動させるべく伸縮するブームシリンダ１０を備え、ブーム４とアーム５とのあいだには、アーム５を揺動させるべく伸縮するアームシリンダ１１を備え、さらにアーム５とバケット６とのあいだには、バケット６を揺動させるべく伸縮するバケットシリンダ７を備えている。因みに、作業モードを吊り作業モードにした場合、バケットシリンダ７は、バケット６がアーム５に最も近接した姿勢（図１の姿勢）にロック保持されて伸縮しない設定になっている。

また、後述するように吊り荷Ｈの荷重を測定するために、ブームシリンダ１０にはロッド側油室の油圧検知をするロッド圧センサ１０ａ、ボトム側油室の油圧検知をするボトム圧センサ１０ｂが取り付けられ、さらにブーム支軸４ａには上部旋回体３に対するブーム４の回動角度（ブーム角度：正確な演算をするには水平方向Ｘであることか好ましい）αを検知するためのブーム角度センサ１２が取り付けられ、アーム支軸５ａにはブーム４に対するアーム５の回動角度（アーム角度）βを検知するためのアーム角度センサ１３が取り付けられている。

１４はコントローラであって、該コントローラ１４は、前記ブーム角度センサ１２、アーム角度センサ１３、ロッド圧センサ１０ａ、ボトム圧センサ１０ｂから出力された検知角度、圧力の信号を入力し、該検知信号を入力したコントローラ１４は、前記入力した検知信号に基づいてキャブＣに備えたモニタ１５に後述するような表示を実行するよう制御している。また図２における１６は後述する荷重誤差の補正タスクを制御するようコントローラ１４に信号を出力するための補正スイッチであり、１７は後述するように補正演算タスクが制御されブーム４等が適当な姿勢になった状態で適宜測定をするよう信号を出力する測定スイッチである。尚、コントローラ１４は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ（図示せず）等の各種電子電気機器を用いて構成されており、またメモリには、標準（工場出荷時に装備される標準のフロントアタッチメント）のブーム４、アーム５の部材座標（ブーム４、アーム５の長尺方向の長さ等のデータ）、重量、重心位置のデータが書き換え可能な状態で記憶されている。

そして、コントローラ１４は、前記ブーム角度センサ１２、アーム角度センサ１３等の検知信号に基づいて前記吊り荷Ｈの荷重を演算するように設定されているが、吊り荷重の演算制御について、図３に示すフローチャート図、図４に示す演算姿勢に基づいて次に説明する。

まず、コントローラ１４は、電源が投入されると前記メモリからブーム４、アーム５およびバケット６の部材座標、重量、重心位置データを読み込む（ステップＳ１）。因みに、ブームの重量には、アームシリンダ１１、ブーム角度センサ１２の重量等、各種部材の重量を含むものとし、また、アーム５の重量には、バケット６、バケットシリンダ７、リンク８等、各種部材の重量を含むものとする。
次いで、コントローラ１４は、ブーム角度センサ１２の信号からブーム角度α、アーム角度センサ１３の信号からアーム角度β、ロッド圧センサ１０ａからロッド圧、ボトム圧センサ１０ｂからボトム圧を読み込み、さらに補正スイッチ１６、測定スイッチ１７を読み込む（ステップＳ２）。

続いて、コントローラ１４は、補正スイッチ１６からＯＮ信号が入力されたか否かを判断する（ステップＳ３）。該ステップＳ３の判断で「ＹＥＳ」の判断、つまり補正スイッチ１６が操作されたと判断した場合に、コントローラ１４は、後述する補正演算タスク（ステップＳ６）を実行することになり、補正演算タスクの処理が終了すると前述したステップＳ２の処理に移行する。一方、ステップＳ３の判断で「ＮＯ」の判断、つまり補正スイッチ１６が操作されなかったと判断した場合、コントローラ１４は、後述する吊り荷重演算タスク（ステップＳ４）の制御を出力して吊り荷Ｈの吊り荷重ＷＧを求める。

さらに、該吊り荷重演算タスクの処理が終了するとモーメントリミッタの演算タスク（ステップＳ５）を実行する。モーメントリミッタの演算タスクでは、例えば、吊り荷重演算タスクで求めた吊り荷重に基づいて油圧ショベル１に過負荷が掛かっているか否か、さらに作業範囲を規制する処理等の判断がされ、この判断の結果、過負荷である、または規制範囲を超えそうであると判断された場合、警報を鳴らす等の警告処理がなされる。そしてモーメントリミッタの演算タスクの処理が終了するとステップＳ２の処理に移行する。

ここで、前記ステップ４における吊り荷重演算タスクの演算手順を、図４に示す図に基づいて説明する。
図４において、点Ｏはブーム支軸４ａの軸芯であり、点Ａはアーム支軸５ａの軸芯である。また、点Ｂはブーム４の重心（ブーム４に設けられるアームシリンダ１１等の各種部材の重量に基づいて求められる重心）位置を示すブーム部重心であり、点Ｃはアーム５とバケット６との重量を加算した重量に基づいて求められるアーム５の重心（アーム５とバケット６に設けられるバケットシリンダ７やリンク８等の各種部材の重量に基づいて求められる重心）位置を示すアーム部重心である。さらに点Ｄ、点Ｅはそれぞれブームシリンダ１０のブーム４側支軸の軸芯、上部旋回体３側の支軸となる機体側シリンダ軸の軸芯であり、また点Ｆはブームシリンダ１０の重心位置を示すシリンダ重心である。さらにまた、点Ｇは吊り具９に吊り荷Ｈを吊持した場合の吊り荷Ｈの作用点を示す吊り荷作用点である。因みに、前記部材の重心位置、作用点は、例えば、部材を油圧ショベル１に取り付ける前に計測することで値を知ることができる。

また、図示しないが、演算式において頭文字に「Ｌ」のついた３文字からなる記号は、「Ｌ」に続く文字に該当する２点間の長さを示すものであり、例えば、ＬＯＡはブーム軸Ｏからアーム軸Ａまでの長さである。

さらに、前記ブーム角度αはブーム軸Ｏにおける水平方向（Ｘ軸方向）と直線ＯＡとのブーム４の回転角度（ブーム角度）であり、アーム角度βはアーム軸Ａにおける直線ＡＯと直線ＡＧとのなすアーム５の回転角度（アーム角度）であり、これら角度α、βは、ブーム角度センサ１２、アーム角度センサ１３から求められる。また、αＡＢはブーム軸Ｏにおける直線ＯＢと直線ＯＡとのなす角度であり、αＸＥはブーム軸ＯにおけるＸ軸と直線ＯＥのなす角度であり、αＢＤはブーム軸Ｏにおける直線ＯＤと直線ＯＢとのなす角度であり、βＣＧはアーム軸Ａにおける直線ＡＣと直線ＡＧとのなす角度であるが、これらの角度αＡＢ、αＸＥ、αＢＤ、βＣＧは、ブーム等の揺動により変動しない固定値であり、計測すること等により求まる。

さらにまた、Ｗｂｍはブーム４の重量であり、Ｗａｍはアーム５の重量であり、Ｗｂｍ、Ｗａｍの重量は、機体取り付け前に計測することにより求められ、前述のように、これらの値の標準のものは予めメモリに記憶されている。
またさらに、Ｆｂｍは、ブームシリンダ１０の推力であり、ロッド圧センサ１０ａ、ボトム圧センサ１０ｂで検知したロッド圧、ボトム圧に基づいて求めることができる。

そして、これらの値から油圧ショベル１の吊り荷重を求めるための演算式について説明する。
まず、油圧ショベル１に吊り荷Ｈを吊らない無負荷状態のブーム軸Ｏ回りのモーメントＭｂｍＯ、つまりブーム４、アーム５によるブーム軸Ｏ回りのモーメントＭｂｍＯについて、
ＭｂｍＯ＝Ｗｂｍ・ＬＯＢ・ｃｏｓ（α＋αＡＢ）＋Ｗａｍ・｛ＬＯＡ・ｃｏｓα＋ＬＡＣ・ｃｏｓ（π−α−β−βＣＧ）｝ −−−式（１）
が成り立ち、ＭｂｍＯの値を求めることができる。

そして、油圧ショベル１に吊り荷Ｈを吊った状態のブームシリンダ１０の推力Ｆｂｍによるブーム軸Ｏ回りのモーメントＭｂｍａ、つまりブーム４、アーム５、吊り荷Ｈによるブーム軸Ｏ回りのモーメントＭｂｍａは、
Ｍｂｍａ＝Ｆｂｍ・ＬＯＦ −−−式（２）
と表すことができる。因みに、ＬＯＦは未知数であるが、計測可能なＬＯＤ、ＬＤＥ、ＬＯＥを基に以下の式（３）、式（４）、式（５）から演算することが可能であり、演算したＬＯＦの値を式（２）に代入してＭｂｍａの値を求めることができる。

ＬＯＦ＝ＬＯＤ・ｃｏｓγ −−−式（３）
γ＝ｃｏｓ^−１｛ＬＯＤ^２＋ＬＤＥ^２−ＬＯＥ^２／２・ＬＯＤ^２・ＬＤＥ^２ −−−式（４）
ＬＤＥ＝｛ＬＯＤ^２＋ＬＯＥ^２−２・ＬＯＤ・ＬＯＥ・ｃｏｓ（α＋αＡＢ＋αＢＤ＋αＸＥ）｝^１／２ −−−式（５）

続いて、吊り荷Ｈの吊り荷重ＷＧとブーム軸Ｏ回りとのモーメントＭｇの関係は、
Ｍｇ＝ＷＧ｛ＬＯＡ・ｃｏｓα＋ＬＡＧ・ｃｏｓ（π−α−β）｝ −−−式（６）
と表すことができる。

また、吊り荷重ＷＧのモーメントＭｇは、ブーム４、アーム５、吊り荷ＨのモーメントＭｂｍａとブーム４、アーム５のモーメントＭｂｍＯとの差として以下の式（７）が成り立つ。
Ｍｇ＝Ｍｂｍａ−ＭｂｍＯ −−−式（７）

これらの式（６）、式（７）より
ＷＧ＝（Ｍｂｍａ−ＭｂｍＯ）／｛ＬＯＡ・ｃｏｓα＋ＬＡＧ・ｃｏｓ（π−α−β）｝ −−−式（８）
が成り立つ。

そして、該式（８）に、式（２）〜式（５）で求めたＭｂｍａの値と、式（１）で求めたＭｂｍＯの値とを代入して吊り荷重ＷＧを求めて演算を終了する。

ところで、前記ステップＳ６に示した補正演算タスクの制御について、図５に示すフローチャート図に基づいて説明する。因みに、本実施の形態の補正演算タスクは、油圧ショベル１を三つの姿勢に変姿させ、それぞれの姿勢で検知または求めた値に基づいて荷重誤差を補正するものである。

まず、コントローラ１４は、補正演算タスクに入るとカウンタの設定を行うが、該カウンタは、初期値である「１」に設定される（ステップＳ７）。次いで、コントローラ１４は、ブーム角度α、アーム角度β、ロッド圧、ボトム圧を読み込む（ステップＳ８）。

続いて、コントローラ１５は、現在のカウンタの設定を判断する（ステップＳ９）。前述のようにカウンタが初期値「１」であった場合、設定が「１」であると判断され、油圧ショベル１を所定の第一姿勢に変姿させて各測定をするための第一姿勢演算タスクを実行するように出力し（ステップＳ１０）、第一姿勢演算タスクが終了するとステップ８の処理に移行するようになっている。因みに、本実施の形態のカウンタの設定は１〜４まであり、設定が「２」であると判断された場合、油圧ショベル１を所定の第二姿勢に変姿させて各測定をするための第二姿勢演算タスクを制御するように出力し（ステップＳ１１）、また設定が「３」と判断された場合、所定の第三姿勢で測定を行う第三姿勢演算タスクを制御するように出力され（ステップＳ１２）、それぞれ処理が終了するとステップ８の処理に移行することになる。これに対して、カウンタの設定が「４」と判断された場合には、第一姿勢演算タスク、第二姿勢演算タスク、第三姿勢演算タスクで測定した値に基づいてブーム４とアーム５の重量誤差を演算して荷重誤差を補正するための荷重誤差補正演算タスクの制御が出力されることになり（ステップ１３）、該荷重誤差補正演算タスクが終了するとモニタ１７に荷重誤差の補正が終了した旨を表示し（ステップ１４）、補正演算タスクを終了しステップ２の処理に移行する。

そして、詳細は後述するが、第一、第二、第三姿勢演算タスクでは、処理の途中でカウンタの設定を１増やす処理がなされるように制御されており、各演算タスクの終了後、ステップ８を経てステップ９に移行することになるが、ここでカウンタの設定の判断は、前回ステップ９で判断された設定よりも１大きい設定であるとの判断がなされることになる。この結果、補正演算タスクが実行されると第一姿勢演算タスク、第二姿勢演算タスク、第三姿勢演算タスクの順で処理がなされた後、荷重誤差補正演算タスクの処理をするように制御されている。

ここで、前記第一、第二、第三姿勢演算タスクの処理（ステップ１０、１１、１２）について図６に示すフローチャート図に基づいて説明するが、第二姿勢演算タスク、第三姿勢演算タスクの処理と、第一姿勢演算タスクの処理とは、測定する油圧ショベル１の姿勢が異なるだけであるので、第二、第三姿勢演算タスクの処理の説明は省略する。

第一姿勢演算タスクが実行されると先ずモニタ１５に、無負荷にする旨、第一姿勢に操作する旨の表示がなされる。因みに、本実施の形態の第一姿勢は図７に実線で示すように、アーム５を略垂直に垂下させた状態であり、第二姿勢は図７に二点鎖線で示すように、ブーム４を第一姿勢と同じ姿勢に維持（固定）させたままでアーム５を略水平にした状態であり、さらに第三姿勢は、ブーム４を第一姿勢と同じ姿勢に維持させたままでアーム５が第一姿勢と第二姿勢との揺動方向略中間位置に位置させた姿勢である。
尚、モニタ１５には、第一姿勢に操作する旨の表示と合わせて、第一姿勢にするための操作を、画面表示や音声でアドバイスしても良い、さらに画面上でブーム４、アーム５等の現在の姿勢と、第一姿勢との誤差が視覚で分かるようにしても良い。

次いで、コントローラ１４は、ブーム４、アーム５が第一姿勢になったか否かを判断する（ステップ１６）。尚、所定の姿勢になったかどうかの判断は、前記ブーム角度センサ１３、アーム角度センサ１４からの信号、部材座標データ等により判断することができる。そしてステップ１６で「ＮＯ」、つまり第一姿勢になっていないと判断された場合、ステップ１５の処理に移行され、以降、ステップ１６で「ＹＥＳ」つまり第一姿勢であると判断されるまで、これらのタスクが循環されることになる。一方、ステップ１６で「ＹＥＳ」の判断がなされると、モニタ１５に第一姿勢になった旨、これに続いて測定スイッチ１９の操作を促すためのメッセージを表示する（ステップ１７）。

続いて、コントローラ１４は、測定スイッチ１７からＯＮ信号を受信したか否かを判断する（ステップ１８）。この判断で「ＮＯ」の判断がなされた場合、つまり測定スイッチ１７を操作しなかったと判断された場合、ステップ１７の処理に移行するようになっている。一方ステップ１８でコンローラ１５が「ＹＥＳ」の判断、つまり測定スイッチ１７を操作したと判断すると、吊り荷Ｈを吊らない状態で前述の吊り荷重演算タスクの演算を行って吊り荷重（荷重誤差）ΔＷＧ１を演算し、メモリ等に記憶する制御を実行する（ステップ１９）。荷重誤差ΔＷＧ１は、ブーム４、アーム５の重量が設定されてから変化が無い場合、ゼロになるが、ブーム４、アーム５を補強する等して重量に変化が生じた場合、荷重誤差ΔＷＧ１（点Ｇを作用点として演算された値）が算出される。

これに続いてコントローラ１４は、第一姿勢のブーム角度センサ１２からブーム角度α、アーム角度センサ１３からアーム角度βの信号をメモリ等に記憶するよう制御し（ステップ２０）、さらにカウンタの設定値を１増やす制御をして第一姿勢演算タスクを終了するが、第一演算タスクは、終了するとステップ８の処理に移行するようになっている。

ここで、ステップＳ１３における荷重誤差補正演算タスクの演算手順を、図４に示す図に基づいて説明する。尚、該演算は、無負荷の荷重誤差を基にブーム４とアーム５との重量誤差を導いた上で、荷重誤差を補正するものである。
まず、荷重誤差ΔＷＧによるブーム軸Ｏ回りのモーメント誤差であるΔＭｂｍは、
ΔＭｂｍ＝ΔＷＧ・｛ＬＯＡ・ｃｏｓα＋ＬＡＧ・ｃｏｓ(π−α−β)｝ −−−式（９）
と表すことができる。

また、式（９）のモーメント誤差ΔＭｂｍは、ブーム４の重量変化による重量誤差をΔＷｂｍとし、アーム５の重量変化による重量誤差をΔＷａｍとすると、ブーム４、アーム５の重量変化によるブーム軸Ｏ回りのモーメントの誤差であり、
ΔＭｂｍ＝ΔＷｂｍ・Ｘｂｍ＋ΔＷａｍ・Ｘａｍ −−−式（１０）
と表すことができる。

因みに、Ｘｂｍ、Ｘａｍはそれぞれ、ブーム軸Ｏからブーム重心Ｂに至るＸ軸方向の長さ、ブーム軸Ｏからアーム重心Ｃに至るＸ軸方向の長さであって、次式で表すことができる。
Ｘｂｍ＝ＬＯＢ・ｃｏｓ（α＋αａｂ） −−−式（１１）
Ｘａｍ＝｛ＬＯＡ・ｃｏｓα＋ＬＡＣ・ｃｏｓ（π−α−β−βｃｇ）｝ −−−式（１２）
尚、式（１２）の「βｃｇ」の角度は、微小であり「βｃｇ≒０」であるため、以降、ゼロとして演算する。

ここで、式（９）、式（１０）に、ステップＳ１０、ステップＳ１１、ステップＳ１２で算出されたブーム４およびアーム５の荷重誤差ΔＷ、ブーム角度α、アーム角度βをそれぞれ代入して未知数であるブーム４、アーム５の重量誤差ΔＷｂｍ、ΔＷａｍを演算することになる。

尚、α１、β１、Ｘｂｍ１、Ｘａｍ１、ΔＷＧ１、ΔＭｂｍ１はそれぞれ第一姿勢におけるブーム角度、アーム角度、ブーム軸Ｏからブーム重心Ｂに至るＸ軸方向の長さ、ブーム軸Ｏからアーム重心Ｃに至るＸ軸方向の長さ、モーメント誤差、荷重誤差であり、これらは、第二、第三姿勢における場合において、第一姿勢で符号を「１」とした部分が、「２」または「３」に変わること以外、略同様であるため説明は省略する。

まず第一姿勢における値を代入することになるが、第一姿勢では、アーム５が略垂下姿勢であって「π−α１−β１＝９０°」であるため「ｃｏｓ（π−α１−β１）＝０」になることを考慮して演算すると、
ΔＭｂｍ１＝ΔＷＧ１・ＬＯＡ・ｃｏｓα１ −−−式（１３）
ΔＭｂｍ１＝ΔＷｂｍ・Ｘｂｍ１＋ΔＷａｍ・Ｘａｍ１ −−−式（１４）
Ｘｂｍ１＝ＬＯＢ・ｃｏｓ（α１＋αａｂ） −−−式（１５）
Ｘａｍ１＝（ＬＯＡ・ｃｏｓα１） −−−式（１６）
の式が得られる。

第二姿勢における値を代入する場合、アーム５が略平行姿勢であって、「π−α２−β２＝０°」であるため、「ｃｏｓ（π−α２−β２）＝１」になることを考慮して演算すると、
ΔＭｂｍ２＝ΔＷＧ２・ＬＯＡ・ｃｏｓα２＋ＬＡＧ −−−式（１７）
ΔＭｂｍ２＝ΔＷｂｍ・Ｘｂｍ２＋ΔＷａｍ・Ｘａｍ２ −−−式（１８）
Ｘｂｍ２＝ＬＯＢ・ｃｏｓ（α２＋αａｂ） −−−式（１９）
Ｘａｍ２＝ＬＯＡ・ｃｏｓα２＋ＬＡＣ −−−式（２０）
の式が得られる。

因みに、ブーム４は、前述したように第一姿勢と第二姿勢とで同じ姿勢が維持されているため、Ｘｂｍ１＝Ｘｂｍ２である。
そして、式（１８）から式（１４）を引くと
ΔＭｂｍ２−ΔＭｂｍ１＝ΔＷａｍ（Ｘａｍ２−Ｘａｍ１） −−−式（２１）
の式が得られ、これを整理すると、
ΔＷａｍ＝（ΔＭｂｍ２−ΔＭｂｍ１）／（Ｘａｍ２−Ｘａｍ１） −−−式（２２）
これにより、アーム５の重量誤差ΔＷａｍが求まる。因みに、Ｘａｍ１、Ｘａｍ２は、ブーム角度センサ１２のブーム角度の検知により求めることができ、ΔＭｂｍ１、ΔＭｂｍ２は、適宜姿勢で吊り荷重演算タスクで演算した荷重誤差を式（１３）、式（１７）に代入すれば求めることができる。

前記式（１３）から式（２２）までの手順にしたがって第一姿勢と第三姿勢、第二姿勢と第三姿勢についてそれぞれアーム重量誤差ΔＷａｍを求め、これら複数（三つ）のアーム重量誤差ΔＷａｍを平均してアーム重量平均誤差ΔＷａｍｍを求めることができる。

一方、ブーム重量誤差ΔＷｂｍは、アーム重量平均誤差ΔＷａｍｍを用い、式（１０）を変形すれば、次の式で求めることができる。
ΔＷｂｍ＝(ΔＭｂｍ−ΔＷａｍｍ・Ｘａｍ)／Ｘｂｍ −−−式（２３）
式（２３）から第一姿勢、第二姿勢、第三姿勢についてブーム重量誤差ΔＷｂｍの値を求め、これらブーム重量誤差ΔＷｂｍを平均してブーム重量平均誤差ΔＷｂｍｍを求めることができる。

そして、ブーム重量平均誤差ΔＷｂｍｍ、アーム重量平均誤差ΔＷａｍｍに基づいて、吊り荷重演算タスクのブーム４の重量Ｗｂｍと、アーム５の重量Ｗａｍとを補正することで、荷重誤差ΔＷＧの値を略ゼロに調整した状態で吊り荷Ｈの荷重ＷＧを測定することができる。

叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、荷重誤差の補正方法は、第一姿勢、第二姿勢、第三姿勢の各姿勢で測定された無負荷状態での吊り荷重である荷重誤差ΔＷＧに基づいて、ブーム４の重量誤差ΔＷｂｍとアーム５の重量誤差ΔＷａｍを導いてなされており、求める未知数を少なくしたため、従来よりも少ない三姿勢での測定により実行することができる。この結果、簡易な手続で荷重誤差ΔＷＧの補正をすることができる。しかも前記三姿勢は、ブーム４を固定した状態でアーム５を変姿してなされるので、これによっても荷重誤差ΔＷＧの補正の手続を簡易にすることができる。

また、この方法は、複数の重量誤差ΔＷｂｍ、ΔＷａｍを算出し、これらを平均した重量平均誤差ΔＷａｍｍ、ΔＷｂｍｍを基に荷重誤差を補正しているので、吊り荷Ｈの荷重を精度良く測定することができる。
また、油圧ショベル１の前記姿勢は、水平姿勢、垂下姿勢を含むので、三角関数（特に、ｃｏｓの値）で算出するにあたって算出し易く、またアーム５を操作して姿勢を合わせるための操作が容易なものとしている。

吊り荷を吊った状態の油圧ショベルの側面の概略図である。 コントローラへの入出力を示すブロック図である。 荷重誤差の補正制御を含む吊り荷重測定の制御方法を示すフローチャート図である。 油圧ショベルのモーメントを説明するための説明図である。 補正演算タスクの制御方法を示すフローチャート図である。 第一姿勢演算タスクの制御方法を示すフローチャート図である。 荷重誤差の補正制御を制御するあたり、油圧ショベルの変姿姿勢を示した側面から見た概略図である。

符号の説明

１ 油圧ショベル
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
９ 吊り具
１０ ブームシリンダ
Ｈ 吊り荷
Ｏ ブーム軸
Ａ アーム軸
Ｂ ブーム部重心
Ｃ 吊りアーム部重心
Ｄ ブーム側シリンダ軸
Ｅ 機体側シリンダ軸
Ｆ シリンダ重心
Ｇ 吊り荷作用点
α ブーム角度
β アーム角度
ＷＧ 吊り荷重
ΔＷＧ 荷重誤差
ΔＷａｍ アーム重量誤差
ΔＷｂｍ ブーム重量誤差
ΔＷａｍｍ アーム重量平均誤差
ΔＷｂｍｍ ブーム重量平均誤差

Claims (3)

1. 機体に揺動自在に軸支されるブーム、および該ブームに揺動自在に軸支されるアーム、アームに揺動自在に軸支される作業具を備えた作業アタッチメントの先端部に吊り荷を吊持したときの吊り荷重を演算する演算手段を備えた作業機械において、
   前記演算手段に、作業アタッチメントに変更が有った場合に該変更に基づいて作業アタッチメントの荷重誤差を演算して補正する荷重誤差補正手段を設けるにあたり、
   該荷重誤差補正手段は、
   無荷重状態での作業アタッチメントの変更前後の荷重の差値を、予め設定される複数の基準姿勢にしたもので算出して演算し、これら演算した差値を平均化した値を誤差補正値とするように設定されていることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正装置。
2. 請求項１において、複数の基準姿勢は、アーム姿勢が水平、垂直、そしてこれを二等分する傾斜姿勢であることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正装置。
3. 機体に揺動自在に軸支されるブーム、および該ブームに揺動自在に軸支されるアーム、アームに揺動自在に軸支される作業具を備えた作業アタッチメントの先端部に吊り荷を吊持したときの吊り荷重を演算する演算手段を備えた作業機械において、
   前記演算手段に、作業アタッチメントに変更が有った場合に該変更に基づいて作業アタッチメントの荷重誤差を演算し荷重誤差として補正するにあたり、
   該荷重誤差としての補正は、
   無荷重状態での作業アタッチメントの変更前後の荷重の差値を、予め設定される複数の基準姿勢にしたもので算出して演算し、これら演算した差値を平均化した値を誤差補正値とするものであることを特徴とする作業機械における荷重誤差補正方法。

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