JP2017166232A

JP2017166232A - ショベル

Info

Publication number: JP2017166232A
Application number: JP2016053005A
Authority: JP
Inventors: 正樹小川; Masaki Ogawa; ライ申; Rai Shin
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: JP6866070B2

Abstract

【課題】多様な客先現場においても、アタッチメントによる作業量をより高精度に導き出すショベルを提供すること。【解決手段】ショベル５０は、下部走行体１と、下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられるアタッチメントと、アタッチメントに取り付けられる歪みセンサＳ４と、アタッチメントの姿勢を検出する姿勢センサＳ１〜Ｓ３と、歪みセンサＳ４が検出したアタッチメントの歪みと、姿勢センサＳ１〜Ｓ３が検出したアタッチメントの姿勢とに基づいてアタッチメントが持ち上げている物の重量を導き出すコントローラ３０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、アタッチメントを備えたショベルに関する。

ダンプトラックへ物を積み込む作業を行う油圧ショベルの作業量モニタ装置が知られている（特許文献１参照。）。この作業量モニタ装置は、ブームシリンダのボトム側の作動油の圧力（ブームボトム圧）とロッド側の作動油の圧力（ブームロッド圧）とに基づいてブーム、アーム、及び、土砂が入ったバケットで構成される掘削アタッチメントを支える力を導き出す。また、ブーム角度、アーム角度、及びバケット角度とブーム、アーム、及び空のバケットのそれぞれの重量とに基づいて掘削アタッチメントのブーム支持ピン周りのモーメントを導き出す。そして、支える力とブーム支持ピン周りのモーメントとのつり合いからバケット内の土砂の重量を導き出す。

特開２００２−２８５５８９号公報

しかしながら、上述の作業量モニタ装置は、ブームボトム圧及びブームロッド圧に基づいて掘削アタッチメントを支える力を導き出すため、バケットが上下動し、安定して水平移動しない場合、圧力検出値にサージ圧等が発生し、バケット内の土砂の重量を高精度に導き出すことができないおそれがある。熟練操作者が掘削・積み込み動作を行う際には、旋回中にブームを上げ下げする操作も行っており、この点は無視できない。

上述に鑑み、多様な客先現場においても、アタッチメントによる作業量をより高精度に導き出すショベルを提供することが望まれる。

本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記アタッチメントに取り付けられる歪みセンサと、前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢センサと、前記歪みセンサが検出した前記アタッチメントの歪みと、前記姿勢センサが検出した前記アタッチメントの姿勢とに基づいて前記アタッチメントが持ち上げている物の重量を導き出す制御装置と、を有する。

上述の手段により、多様な客先現場においても、アタッチメントによる作業量をより高精度に導き出すショベルが提供される。

本発明の実施例に係るショベルの側面図である。図１のショベルに搭載される駆動系の構成例を示す図である。掘削・積み込み動作を説明する図である。コントローラの構成例を示す図である。重量導出処理の流れを示すフローチャートである。ブームに取り付けられた歪みセンサの配置を示す図である。ブームに取り付けられた歪みセンサの配置を示す図である。重量導出処理の別の流れを示すフローチャートである。掘削アタッチメントに作用するねじり荷重を説明する図である。図１のショベルが接続される通信ネットワークの概略図である。

最初に、図１を参照し、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベル（掘削機）５０について説明する。なお、図１は、本実施例に係るショベルの側面図である。ショベル５０の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられる。

アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成する作業要素としてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。

ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３を集合的に「姿勢センサ」と称する。

ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度を検出する。ブーム角度センサＳ１は、例えば、水平面に対するブーム４の傾斜を検出することで上部旋回体３に対するブーム４の回動角度を検出する加速度センサである。

アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度を検出する。アーム角度センサＳ２は、例えば、水平面に対するアーム５の傾斜を検出することでブーム４に対するアーム５の回動角度を検出する加速度センサである。

バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度を検出する。バケット角度センサＳ３は、例えば、水平面に対するバケット６の傾斜を検出することでアーム５に対するバケット６の回動角度を検出する加速度センサである。ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ等であってもよい。

歪みセンサＳ４は、アタッチメントの歪みを検出する。本実施例では、歪みセンサＳ４はブーム４の表面に取り付けられてブーム４の伸張又は圧縮による歪みを検出する１軸歪みゲージである。但し、歪みセンサＳ４は、３軸歪みゲージであってもよく、アタッチメントの複数箇所に取り付けられる複数の１軸歪みゲージであってもよく、複数の３軸歪みゲージであってもよく、１又は複数の１軸歪みゲージと１又は複数の３軸歪みゲージの組み合わせであってもよい。

上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、エンジン１１等の動力源及び車体傾斜センサＳ５が搭載される。キャビン１０内には、コントローラ３０、入力装置Ｄ１、音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、記憶装置Ｄ４、及びエンジンコントローラＤ６が設けられ、キャビン１０の外には通信装置Ｄ５が設けられている。

車体傾斜センサＳ５は、ショベル５０の車体の傾斜角度を検出する。本実施例では、車体傾斜センサＳ５は、水平面に対する車体の傾斜角度を検出する加速度センサである。車体の傾斜角度は、例えば、ブーム４の上下左右の面に取り付けられた歪みゲージの出力から導き出されてもよい。この場合、車体傾斜センサＳ５は省略されてもよい。

コントローラ３０は、ショベル５０の駆動制御を行う主制御部として機能する制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成されている。コントローラ３０の各種機能は、ＣＰＵが内部メモリに格納されているプログラムを実行することで実現される。

入力装置Ｄ１は、ショベル５０の操作者がコントローラ３０に各種情報を入力するための装置である。入力装置Ｄ１は、例えば、表示装置Ｄ３の表面に設けられるメンブレンスイッチを含む。また、入力装置Ｄ１は、タッチパネル等であってもよい。

音声出力装置Ｄ２は、コントローラ３０からの指令に応じて各種音声情報を出力する。音声出力装置Ｄ２は、例えば、コントローラ３０に接続される車載スピーカである。また、音声出力装置Ｄ２は、ブザー等の警報器であってもよい。

表示装置Ｄ３は、コントローラ３０からの指令に応じて各種情報を含む画面を表示する。表示装置Ｄ３は、例えば、コントローラ３０に接続される車載液晶ディスプレイである。

記憶装置Ｄ４は、各種情報を記憶するための装置である。記憶装置Ｄ４は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。本実施例では、記憶装置Ｄ４は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、歪みセンサＳ４、車体傾斜センサＳ５等の検出値、コントローラ３０の出力値等を記憶する。

通信装置Ｄ５は、コントローラ３０とショベル５０の外部にある装置との無線通信を制御する装置である。

エンジンコントローラＤ６はエンジン１１を制御する装置である。本実施例では、エンジンコントローラＤ６は燃料噴射量等を制御してエンジン１１を所定のエンジン回転数で維持するアイソクロナス制御を実行する。

図２は、ショベル５０に搭載される駆動系の構成例を示す図であり、機械駆動系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御系をそれぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。

ショベル５０の駆動系は、主に、エンジン１１、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、圧力センサ２９、及びコントローラ３０を含む。

エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。また、エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ及びパイロットポンプ１５の入力軸に接続される。

メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、高圧油圧ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給するための装置であり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

パイロットポンプ１５は、パイロットライン２５を介して操作装置２６を含む各種油圧制御機器に作動油を供給するための装置であり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、ショベル５０における油圧系を制御する油圧制御装置である。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れを制御する流量制御弁１７１〜１７６を含む。そして、コントロールバルブ１７は、流量制御弁１７１〜１７６を通じ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左側走行用油圧モータ１Ａ、右側走行用油圧モータ１Ｂ、及び旋回用油圧モータ２Ａのうちの１又は複数のものに対しメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油を選択的に供給する。なお、以下では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左側走行用油圧モータ１Ａ、右側走行用油圧モータ１Ｂ、及び旋回用油圧モータ２Ａを集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。

操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施例では、操作装置２６は、パイロットライン２５を介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。なお、パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量に応じた圧力である。

圧力センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出するための操作内容検出部の一例である。本実施例では、圧力センサ２９は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。なお、操作装置２６の操作内容は、ポテンショメータ等、圧力センサ以外の他のセンサの出力を用いて導き出されてもよい。

センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７１、１７３、及び１７５を通る高圧油圧ラインであり、センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７２、１７４、及び１７６を通る高圧油圧ラインである。

流量制御弁１７１は、メインポンプ１４Ｌ、左側走行用油圧モータ１Ａ、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。また、流量制御弁１７２は、メインポンプ１４Ｒ、右側走行用油圧モータ１Ｂ、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。また、流量制御弁１７３は、メインポンプ１４Ｌ、旋回用油圧モータ２Ａ、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。

流量制御弁１７４は、メインポンプ１４Ｒ、バケットシリンダ９、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。また、流量制御弁１７５は、メインポンプ１４Ｌ、アームシリンダ８、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。また、流量制御弁１７６は、メインポンプ１４Ｒ、ブームシリンダ７、及び作動油タンクの間の作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。

次に、図３を参照しながらショベル５０の動作の一例である掘削・積み込み動作について説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、操作者は、アーム５及びバケット６が開いた状態でバケット６の先端が掘削対象から所望の高さとなるように上部旋回体３を旋回させ且つバケット６を下降させる。上部旋回体３を旋回させる際、及び、ブーム４を下降させる際、操作者は目視でバケット６の位置を確認する。上部旋回体３の旋回、及び、ブーム４の下降は同時に行われることが一般的である。以上の動作をブーム下げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム下げ旋回動作区間と称する。

操作者は、バケット６の先端が所望の高さに到達したと判断した場合、図３（Ｂ）に示すように、アーム５が地面に対して略垂直になるまでアーム５を閉じる。これにより、所定の深さの土が掘削され、アーム５が地表面に対して略垂直になるまで、バケット６でかき寄せられる。次に、操作者は、図３（Ｃ）に示すように、アーム５及びバケット６を更に閉じ、図３（Ｄ）に示すように、バケット６がアーム５に対して略垂直になるまでバケット６を閉じる。すなわち、バケット６の上縁が略水平となるまでバケット６を閉じ、かき集めた土をバケット６内に収容する。以上の動作を掘削動作と称し、この動作区間を掘削動作区間と称する。

次に、操作者は、バケット６がアーム５に対して略垂直になるまで閉じたと判断した場合、図３（Ｅ）に示すように、バケット６を閉じたままバケット６の底部が地面から所望の高さとなるまでブーム４を上げる。この動作をブーム上げ動作と称し、この動作区間をブーム上げ動作区間と称する。この動作に続いて、或いは同時に、操作者は、上部旋回体３を旋回させ、矢印ＡＲ１で示すようにバケット６を排土位置まで旋回移動する。ブーム上げ動作を含むこの動作をブーム上げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム上げ旋回動作区間と称する。

バケット６の底部が所望の高さとなるまでブーム４を上げるのは、例えば、ダンプトラックの荷台に排土する際にはバケット６を荷台の高さより高く持ち上げないとバケット６が荷台にぶつかってしまうためである。

次に、操作者は、ブーム上げ旋回動作が完了したと判断した場合、図３（Ｆ）に示すようにアーム５及びバケット６を開いて、バケット６内の土を排出する。この動作をダンプ動作と称し、この動作区間をダンプ動作区間と称する。ダンプ動作では、バケット６のみを開いて排土してもよい。

次に、操作者は、ダンプ動作が完了したと判断した場合、図３（Ｇ）に示すように、矢印ＡＲ２で示すように上部旋回体３を旋回させ、バケット６を掘削位置の真上に移動させる。このとき、旋回と同時にブーム４を下げてバケット６を掘削対象から所望の高さのところまで下降させる。この動作は図３（Ａ）にて説明したブーム下げ旋回動作の一部である。操作者は、図３（Ａ）に示すようにバケット６を所望の高さまで下降させ、再び掘削動作以降の動作を行うようにする。

操作者は、上述の「ブーム下げ旋回動作」、「掘削動作」、「ブーム上げ旋回動作」、及び「ダンプ動作」を１サイクルとしてこのサイクルを繰り返し行いながら掘削・積み込みを進めていく。

次に図４を参照し、コントローラ３０に設けられている各種機能について説明する。図４は、コントローラ３０の構成例を示す図である。

コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、歪みセンサＳ４、車体傾斜センサＳ５、入力装置Ｄ１、圧力センサ２９等から情報を受信する。

コントローラ３０は、受信した情報と記憶装置Ｄ４に記憶された情報とに基づいて各種演算を実行し、その演算結果に応じて制御信号を音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、エンジンコントローラＤ６等に出力する。また、コントローラ３０は、通信装置Ｄ５を介して受信した情報、演算結果等を外部に無線送信してもよい。

姿勢導出部３０１は、アタッチメントの姿勢を検出する機能要素である。本実施例では、姿勢導出部３０１は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３で構成される姿勢センサの出力に基づいて掘削アタッチメントの姿勢を導き出す。

重量導出部３０２は、アタッチメントが持ち上げている物の重量（以下、「持ち上げ重量」とする。）を導き出す機能要素である。本実施例では、重量導出部３０２は、所定の導出条件が満たされた場合に、姿勢センサが検出した掘削アタッチメントの姿勢と歪みセンサＳ４が検出した掘削アタッチメントの歪みとに基づいて持ち上げ重量を導き出す。

例えば、重量導出部３０２は、掘削アタッチメントの歪み、掘削アタッチメントの姿勢、掘削アタッチメントの形状、歪みゲージの貼り付け位置等を入力キーとして対応テーブルを参照することで持ち上げ重量を導き出す。対応テーブルは、掘削アタッチメントの姿勢と、掘削アタッチメントの歪みと、持ち上げ重量との対応関係を記憶する参照用テーブルであり、記憶装置Ｄ４に予め記憶されている。対応関係はＦＥＭ解析等に基づいて予め決定されている。例えば、重量導出部３０２は、現在の掘削アタッチメントの姿勢と歪みの組み合わせに最も近い組み合わせを対応テーブルの中から選択し、その選択した組み合わせに関連付けて記憶されている持ち上げ重量の値を現在の持ち上げ重量として導き出す。掘削アタッチメントの歪みは、掘削アタッチメントにおける１又は複数の部位における歪みを意味する。

或いは、重量導出部３０２は、掘削アタッチメントの歪みと掘削アタッチメントの姿勢とを予め記憶された計算式に代入することで持ち上げ重量を導き出してもよい。計算式は記憶装置Ｄ４に予め記憶されている。

「所定の導出条件」は、重量導出部３０２が重量を導き出すタイミングを決めるための条件であり、例えば、「バケット６が浮いたこと」（第１の導出条件）及び「ダンプ動作が完了したこと」（第２の導出条件）を含む。「バケット６が浮いたこと」すなわちバケット６が地面から離れたことを第１の導出条件とするのは、バケット６が浮いたときにはバケット６内に土砂等の物が収まっていると推定できるためである。「ダンプ動作が完了したこと」を第２の導出条件とするのは、ダンプ動作が完了したときにはバケット６内が空になっている、或いは、落とせる土砂を落としきったと推定できるためである。

コントローラ３０は、例えば、掘削動作後に旋回操作が行われたと判定した場合に第１の導出条件が満たされたと判定する。旋回操作が行われるときにはバケット６が空中に浮いていると推定できるためである。「掘削動作後」は図３（Ｄ）の動作後にあたり、コントローラ３０は、掘削アタッチメントの姿勢と、ブーム４の上下面に取り付けた歪みゲージが検出した掘削アタッチメントの歪みから、掘削動作後の状態にあるか否かを判定できる。具体的には、コントローラ３０は、掘削動作後に圧力センサ２９の出力に基づいて旋回操作レバーが操作されたと判定した場合に第１の導出条件が満たされたと判定する。コントローラ３０は、ブーム４の両側面のそれぞれに取り付けられた２つの歪みゲージの出力に基づいて旋回操作が行われたか否かを判定してもよい。

或いは、コントローラ３０は、ブーム４が所定の高さ以上に上昇したと判定した場合に第１の導出条件が満たされたと判定してもよい。ブーム４が所定の高さ以上に上昇したときにはバケット６が空中に浮いていると推定できるためである。具体的には、コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１の出力に基づいてブーム４が所定の高さ以上に上昇したと判定した場合に第１の導出条件が満たされたと判定する。

或いは、コントローラ３０は、バケット６が所定角度まで閉じられたと判定した場合に第１の導出条件が満たされたと判定してもよい。バケット６が所定角度まで閉じられたときにはバケット６が空中に浮いていると推定できるためである。具体的には、コントローラ３０は、バケット角度センサＳ３の出力に基づいてバケット６が所定角度まで閉じられたと判定した場合に第１の導出条件が満たされたと判定する。

また、コントローラ３０は、例えば、ダンプ動作中に旋回操作が行われたと判定した場合に第２の導出条件が満たされたと判定する。旋回操作が行われるときにはダンプ動作が完了したと推定できるためである。具体的には、コントローラ３０は、ダンプ動作中に圧力センサ２９の出力に基づいて旋回操作レバーが操作されたと判定した場合に第２の導出条件が満たされたと判定する。

或いは、コントローラ３０は、第１の導出条件が満たされた後に、バケット６が所定角度まで開かれたと判定した場合に第２の導出条件が満たされたと判定してもよい。バケット６が所定角度まで開かれたときにはダンプ動作が完了したと推定できるためである。具体的には、コントローラ３０は、バケット角度センサＳ３の出力に基づいてバケット６が所定角度まで開かれたと判定した場合に第２の導出条件が満たされたと判定する。

重量導出部３０２は、持ち上げ重量を導き出した場合、その導出結果に応じて音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、通信装置Ｄ５、及びエンジンコントローラＤ６の少なくとも１つに制御指令を出力してもよい。例えば、重量導出部３０２は、持ち上げ重量に関する情報を表示装置Ｄ３に表示してもよく、音声出力装置Ｄ２を通じて音声出力してもよい。また、重量導出部３０２は、通信装置Ｄ５を介して持ち上げ重量に関する情報を外部に無線送信してもよい。また、持ち上げ重量が所定値以上の場合に、エンジンコントローラＤ６を介してエンジン１１の出力を増大させてもよい。

姿勢導出部３０１及び重量導出部３０２はショベルの外部にある外部制御装置によって実現されてもよい。外部制御装置は、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置である。この場合、コントローラ３０は、取得した情報を通信装置Ｄ５を通じて外部制御装置に無線送信する。

次に図５を参照し、コントローラ３０が持ち上げ重量を導き出す処理（以下、「重量導出処理」とする。）について説明する。図５は重量導出処理の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、所定の制御周期で繰り返しこの重量導出処理を実行する。

最初に、コントローラ３０の重量導出部３０２はバケット６が浮いたか否かを判定する（ステップＳＴ１）。本実施例では、重量導出部３０２は、掘削動作後に旋回操作が行われた場合にバケット６が浮いたと判定する。重量導出部３０２は、油圧シリンダにおける作動油の圧力に基づいてバケット６が浮いたか否かを判定してもよい。また、重量導出部３０２は、ブーム操作レバーが上げ方向に操作されてから所定時間（例えば２秒間）が経過した後で旋回操作レバーが操作される前にバケット６が浮いたか否かを判定してもよい。旋回が始まると旋回慣性力による歪みがノイズとして作用するためである。

バケット６が浮いていないと判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、重量導出部３０２は、バケット６が浮いたと判定するまでバケット６が浮いたか否かの判定を繰り返す。

バケット６が浮いたと判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、重量導出部３０２は、掘削アタッチメントの姿勢及びブーム４の歪みを取得する（ステップＳＴ２）。本実施例では、重量導出部３０２は、姿勢センサの出力に基づいて姿勢導出部３０１が導き出した掘削アタッチメントの姿勢を取得する。また、歪みセンサＳ４の出力に基づいてブーム４の歪みを取得する。

その後、重量導出部３０２は持ち上げ重量を導き出す（ステップＳＴ３）。本実施例では、掘削アタッチメントの姿勢とブーム４の歪みとを入力キーとして記憶装置Ｄ４に記憶されている対応テーブルを参照することでバケット６内に取り込まれた土砂等の重量を持ち上げ重量として導き出す。

この構成により、コントローラ３０は、例えば、ダンプトラックに積み込まれた土砂等の積み込み重量（＝持ち上げ重量）を掘削・積み込みの１サイクル毎に導き出すことができる。また、サイクル毎の積み込み重量をダンプトラック毎に累算することで１台のダンプトラックに積み込まれた土砂の総積載重量を作業量として導き出すことができる。また、コントローラ３０は所定時間に亘ってサイクル毎の持ち上げ重量を累算することで所定時間当たりの掘削重量を作業量として導き出すことができる。そのため、コントローラ３０は掘削アタッチメントによる作業量をより高精度に導き出すことができる。

本実施例では、コントローラ３０は、バケット６が浮いたと判定した時点の掘削アタッチメントの姿勢と歪みセンサＳ４の出力とに基づいて持ち上げ重量を導き出す。しかしながら、コントローラ３０は、１サイクル中においてバケット６が浮いたと判定した後の複数の時点における掘削アタッチメントの姿勢と歪みセンサＳ４の出力とに基づいて持ち上げ重量を導き出してもよい。この場合、コントローラ３０は、バケット６が浮いたと判定した後の複数の時点において導き出された複数の持ち上げ重量の統計値（平均値、最大値、最小値、中間値等）を最終的な持ち上げ重量として出力してもよい。

また、コントローラ３０は、バケット６が浮いたか否かにかかわらず、掘削アタッチメントの姿勢とブーム４の歪みとを継続的に取得しながら持ち上げ重量を継続的に導き出してもよい。この場合も、コントローラ３０は、バケット６が浮いたと判定した時点の持ち上げ重量、又は、バケット６が浮いたと判定した後の複数の時点における持ち上げ重量の統計値を最終的な持ち上げ重量として出力してもよい。

また、コントローラ３０は、掘削アタッチメントの姿勢の変化に基づき、掘削作業、法面形成作業、床掘り作業といった作業内容を判別してもよい。この場合、コントローラ３０は、識別した作業内容とその後に導き出した作業量とを関連付け、作業内容毎に作業量を導き出してもよい。

次に図６及び図７を参照し、ブーム４における歪みセンサＳ４の取り付け位置について説明する。図６及び図７は何れもブーム４の斜視図であり、ブーム４に取り付けられた歪みセンサの配置を示す。

図６に示す実施例では、歪みセンサＳ４としての歪みゲージＳ４０は、ブーム４の長手方向（掘削アタッチメントの前後方向）におけるブーム４の歪みを検出するように、ブームシリンダボス４ａとブームフート４ｂとの間でブーム４の背側（＋Ｚ側）の表面に取り付けられている。具体的には、歪みゲージＳ４０は、ブーム４の背側の表面の中央部分に取り付けられている。すなわちブーム４の縦中心面（一点鎖線で示す線分を含みブーム４を縦断する面）を横切るように配置されている。但し、歪みゲージＳ４０は、ブーム４の腹側（−Ｚ側）の表面に取り付けられていてもよく、ブームシリンダボス４ａとブームトップ４ｃとの間でブーム４の背側又は腹側の表面に取り付けられていてもよい。また、中央部分以外の部分に取り付けられてもよい。歪みセンサＳ４は、背面又は腹面に貼り付けられる場合であっても、ブーム４の長手方向における引張圧縮応力を算出できるように貼り付けられる。

この配置により、歪みセンサＳ４は、例えば、掘削アタッチメントで土砂等を持ち上げるときのブーム４の背側及び腹側の金属板の伸縮による歪みを検出できる。また、掘削アタッチメント（ブーム４）に作用する持ち上げ荷重に起因する引張圧縮応力による歪みを検出できる。また、歪みセンサＳ４は、ブーム４の表面ではなく、背側又は腹側の内部に貼り付けられていてもよい。この構成は、ショベルのような掘削作業を行う機械であっても、歪みセンサＳ４の損傷を防止できる。

図７に示す実施例では、歪みセンサＳ４は８個の歪みゲージＳ４１〜Ｓ４８で構成されている。図７の破線は隠れ線を表す。歪みゲージＳ４１及び歪みゲージＳ４２は３軸歪みゲージである。歪みゲージＳ４３〜Ｓ４８は１軸歪みゲージである。歪みゲージＳ４１〜Ｓ４４は、ブームシリンダボス４ａとブームフート４ｂとの間でブーム４の背側（＋Ｚ側）、腹側（−Ｚ側）、左側（−Ｙ側）、右側（＋Ｙ側）の表面に取り付けられている。歪みゲージＳ４５〜Ｓ４８は、ブームシリンダボス４ａとブームトップ４ｃとの間でブーム４の背側（＋Ｚ側）、腹側（−Ｚ側）、左側（−Ｙ側）、右側（＋Ｙ側）の表面に取り付けられている。歪みゲージＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４５、Ｓ４６はブーム４の縦中心面を横切るように配置されている。歪みゲージＳ４３、Ｓ４４、Ｓ４７、Ｓ４８は、ブーム４の左側又は右側の表面の中央部分に、ブーム４の長手方向における引張圧縮応力を算出できるように、貼り付けられている。すなわちブーム４の横中心面（二点鎖線で示す線分を含みブーム４を横断する面）を横切るように配置されている。また、歪みゲージＳ４１〜Ｓ４４は一点鎖線で示す仮想平面としての後方基準断面Ｒ１を横切るように配置され、歪みゲージＳ４５〜Ｓ４８は一点鎖線で示す仮想平面としての前方基準断面Ｒ２上を横切るように配置されている。後方基準断面Ｒ１及び前方基準断面Ｒ２は図６の一点鎖線で表される線分及び図７の二点鎖線で表される線分のそれぞれに垂直である。

また、図７の実施例では、８個の歪みゲージの全てがブーム４の表面に取り付けられているが、歪みゲージは８個未満でも９個以上であってもよく、ブーム４の表面以外の位置に取り付けられてもよい。例えば、全ての歪みゲージがアーム５の表面に取り付けられてもよい。また、ブーム４の表面及びアーム５の表面に分散して取り付けられてもよい。また、歪みゲージは、ブーム４、アーム５等の作業要素の表面ではなく、作業要素の内部に貼り付けられていてもよい。

図７の実施例は、８個の歪みゲージＳ４１〜Ｓ４８を用いるため、１個の歪みゲージを用いる図６の実施例よりも掘削アタッチメントの歪み状態を高精度に検出できる。そのため、掘削アタッチメントが動作中であっても掘削アタッチメントの歪み状態を高精度に検出できる。

次に図８を参照し、重量導出処理の別の一例について説明する。図８は重量導出処理の別の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、所定の制御周期で繰り返しこの重量導出処理を実行する。

最初に、コントローラ３０の重量導出部３０２はバケット６が浮いたか否かを判定する（ステップＳＴ１）。本実施例では、重量導出部３０２は、掘削動作後に旋回操作が行われた場合にバケット６が浮いたと判定する。

その後、重量導出部３０２は持ち上げ重量（ダンプ前重量）を導き出す（ステップＳＴ３）。本実施例では、掘削アタッチメントの姿勢とブーム４の歪みとを入力キーとして記憶装置Ｄ４に記憶されている対応テーブルを参照することでバケット６内に取り込まれた土砂等の重量を持ち上げ重量（ダンプ前重量）として導き出す。

その後、重量導出部３０２はダンプ動作が完了したか否かを判定する（ステップＳＴ４）。本実施例では、重量導出部３０２は、ダンプ動作中に旋回操作が行われた場合にダンプ動作が完了したと判定する。重量導出部３０２は、油圧シリンダにおける作動油の圧力、姿勢センサの出力等に基づいてダンプ動作が完了したか否かを判定してもよい。また、重量導出部３０２は、ショベルに搭載されたカメラが撮像した画像に基づいて掘削アタッチメントがダンプトラックの方向を向いていると判定した場合にダンプ動作の開始を検出してもよい。また、その画像に基づいてバケット６がダンプトラックの真上に位置していると判定した場合にダンプ動作の開始を検出してもよい。その上で、圧力センサ２９の出力に基づいてバケット操作レバーが開き方向に操作されたと判定した場合、或いは、バケット角度センサの出力に基づいてバケット６が開かれたと判定した場合にダンプ動作が完了したと判定してもよい。

ダンプ動作が完了していないと判定した場合（ステップＳＴ４のＮＯ）、重量導出部３０２は、ダンプ動作が完了したと判定するまでダンプ動作が完了したか否かの判定を繰り返す。

ダンプ動作が完了したと判定した場合（ステップＳＴ４のＹＥＳ）、重量導出部３０２は、掘削アタッチメントの姿勢及びブーム４の歪みを取得する（ステップＳＴ５）。本実施例では、重量導出部３０２は、姿勢センサの出力に基づいて姿勢導出部３０１が導き出した掘削アタッチメントの姿勢を取得する。また、歪みセンサＳ４の出力に基づいてブーム４の歪みを取得する。

その後、重量導出部３０２は持ち上げ重量（ダンプ後重量）を導き出す（ステップＳＴ６）。本実施例では、掘削アタッチメントの姿勢とブーム４の歪みとを入力キーとして記憶装置Ｄ４に記憶されている対応テーブルを参照することでダンプ動作後にバケット６内に残っている土砂等の重量を持ち上げ重量（ダンプ後重量）として導き出す。

その後、重量導出部３０２はダンプ前重量とダンプ後重量との差を算出する（ステップＳＴ７）。そして、重量導出部３０２はその差をダンプトラックに積み込まれた土砂等の積み込み重量とする。

この構成により、コントローラ３０は、例えば、ダンプトラックに積み込まれた土砂等の積み込み重量を掘削・積み込みの１サイクル毎に導き出すことができる。また、サイクル毎の積み込み重量を累算することでダンプトラックに積み込まれた土砂の総重量を導き出すことができる。また、ダンプ前重量とダンプ後重量との差を積み込み重量とするため、例えばダンプ動作の完了時にバケット６の内側に張り付いている土砂等の重量が積み込み重量に含まれてしまうのを防止できる。

次に図９を参照し、掘削アタッチメントに作用するねじり荷重について説明する。図９は、鉛直軸に対して角度θだけ傾斜したショベル５０の掘削アタッチメントの正面図である。鉛直下方を向く矢印Ｇ１は、バケット６及びバケット６内に取り込まれた土砂等の重心に作用する重力を示す。バケット６の幅方向を向く矢印Ｇ１ａはその重力の幅方向における成分である横力を示す。

この横力の存在により、ショベル５０の車体が傾斜している場合、アーム５はアーム５とブーム４との連結部を中心として回転しようとし、ブーム４に作用するねじり荷重Ｔ１を発生させてしまう。

図９に示す実施例では、歪みセンサＳ４としての歪みゲージＳ４０は、３軸歪みゲージであり、ブーム４の内部に貼り付けられている。３軸歪みゲージを用いることで、コントローラ３０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の全ての方向における歪みを検出できる。そのため、コントローラ３０は、１箇所に貼られたセンサで、各方向に生じる掘削荷重に基づく曲げ応力を算出できるだけでなく、偏心掘削時に生じるねじり荷重に基づくせん断応力も算出できる。また、３軸歪みゲージを用いずに、図７に示したようにブーム４上で各方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）に対して歪みゲージが貼り付けられていてもよい。

ねじり荷重Ｔ１は、歪みゲージＳ４０の出力によって形成される特定のパターンをもたらす。コントローラ３０は、この特定のパターンを検知することによってねじり荷重Ｔ１が発生していることを検知できる。これにより、部品寿命を精度良く算出できる。

また、３軸歪みゲージをアーム５の表面に取り付けてもよい。この場合、コントローラ３０は、アーム５に作用するねじり荷重によるせん断応力を算出できるので、アーム５の寿命を精度良く算出できる。

次に図１０を参照し、ショベル５０が接続される通信ネットワーク１００について説明する。図１０は、ショベル５０が接続される通信ネットワーク１００を示す概略図である。通信ネットワーク１００は、主に、ショベル５０、基地局２１、サーバ２２、及び通信端末２３で構成される。通信端末２３は、携帯通信端末２３ａ、固定通信端末２３ｂ等を含む。基地局２１、サーバ２２、及び通信端末２３は、それぞれ、インターネットプロトコル等の通信プロトコルを用いて互いに接続され得る。なお、ショベル５０、基地局２１、サーバ２２、及び通信端末２３のそれぞれは１つであってもよく複数であってもよい。また、携帯通信端末２３ａは、ノートパソコン、携帯電話、スマートフォン等を含む。

基地局２１は、ショベル５０が無線送信する情報を受信する固定施設であり、例えば、衛星通信、携帯電話通信、狭域無線通信等を通じてショベル５０との間で情報を送受信する。

サーバ２２は、ショベル５０が無線送信する情報を保存し且つ管理する装置であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を備えたコンピュータである。具体的には、サーバ２２は、通信ネットワーク１００を通じて、基地局２１が受信した情報を取得・保存し、操作者（管理者）が必要に応じてその保存した情報を参照できるように管理する。

また、サーバ２２は、通信ネットワーク１００を通じてショベル５０の各種設定を行う。具体的には、サーバ２２は、ショベル５０の各種設定に関する値をショベル５０に対して無線送信し、ショベル５０のコントローラ３０に記憶される各種設定に関する値を変更する。

また、サーバ２２は、通信ネットワーク１００を通じて通信端末２３に各種情報を送信する。具体的には、サーバ２２は、所定の条件が満たされた場合に、或いは、通信端末２３からの要求に応じて、ショベル５０に関する情報を通信端末２３に対して送信し、ショベル５０に関する情報を通信端末２３の操作者に伝えるようにする。

通信端末２３は、サーバ２２に保存された情報を参照可能な装置であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース、入力装置、ディスプレイ、スピーカ等を備えたコンピュータである。具体的には、通信端末２３は、通信ネットワーク１００を通じてサーバ２２に接続され、ショベル５０に関する情報を操作者（管理者）が閲覧できるようにする。或いは、通信端末２３は、サーバ２２が送信する、ショベル５０に関する情報を受信し、受信した情報を操作者（管理者）が閲覧できるようにする。

本実施例では、サーバ２２は、ショベル５０が無線送信したショベル５０の作業量に関する情報を管理する。そのため、操作者（管理者）は、通信端末２３を通じてショベル５０の作業量に関する情報を任意のタイミングで受信して閲覧することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１・・・下部走行体１Ａ・・・左側走行用油圧モータ１Ｂ・・・右側走行用油圧モータ２・・・旋回機構２Ａ・・・旋回用油圧モータ３・・・上部旋回体４・・・ブーム４ａ・・・ブームシリンダボス４ｂ・・・ブームフート４ｃ・・・ブームトップ５・・・アーム６・・・バケット７・・・ブームシリンダ８・・・アームシリンダ９・・・バケットシリンダ１０・・・キャビン１１・・・エンジン１４Ｌ、１４Ｒ・・・メインポンプ１５・・・パイロットポンプ１７・・・コントロールバルブ２１・・・基地局２２・・・サーバ２３・・・通信端末２３ａ・・・携帯通信端末２３ｂ・・・固定通信端末２５・・・パイロットライン２６・・・操作装置２９・・・圧力センサ３０・・・コントローラ４０Ｌ、４０Ｒ・・・センターバイパス管路５０・・・ショベル１００・・・通信ネットワーク１７１〜１７６・・・流量制御弁３０１・・・姿勢導出部３０２・・・重量導出部Ｄ１・・・入力装置Ｄ２・・・音声出力装置Ｄ３・・・表示装置Ｄ４・・・記憶装置Ｄ５・・・通信装置Ｄ６・・・エンジンコントローラＳ１・・・ブーム角度センサＳ２・・・アーム角度センサＳ３・・・バケット角度センサＳ４・・・歪みセンサＳ５・・・車体傾斜センサＳ４０〜Ｓ４８・・・歪みゲージ

Claims

下部走行体と、
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記アタッチメントに取り付けられる歪みセンサと、
前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢センサと、
前記歪みセンサが検出した前記アタッチメントの歪みと、前記姿勢センサが検出した前記アタッチメントの姿勢とに基づいて前記アタッチメントが持ち上げている物の重量を導き出す制御装置と、を有する、
ショベル。
前記制御装置は、前記アタッチメントを構成するブームが上昇する際に前記歪みセンサが検出した前記アタッチメントの歪みから前記アタッチメントが持ち上げている物の重量を導き出す、
請求項１に記載のショベル。
前記制御装置は、掘削・積み込みの１サイクル毎に前記アタッチメントが持ち上げている物の重量を導き出し、サイクル毎の重量を累算することで１台のダンプトラックに積み込まれた土砂の総積載重量を導き出す、
請求項１又は２に記載のショベル。
前記歪みセンサは前記アタッチメントの背側の表面の中央部分に取り付けられる歪みゲージを含む、
請求項１乃至３の何れか一項に記載のショベル。
前記歪みセンサは３軸歪みゲージを含む、
請求項１乃至４の何れか一項に記載のショベル。
前記歪みセンサは、前記アタッチメントを構成するブームに対し、ブームシリンダボスとブームフートとの間に取り付けられる歪みゲージを含む、
請求項１乃至５の何れか一項に記載のショベル。
前記３軸歪みゲージの検出値を用いてねじり荷重に起因したせん断応力を算出する、
請求項５に記載のショベル。