JP2018145753A - 作業機械の操作支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運搬機械の制限積載量に対してより精度よく積込作業を行なうことが可能となる作業機械の操作支援装置を提供する。【解決手段】車体と、作業対象物の積込作業に使用可能な作業フロント装置と、前記作業フロント装置の姿勢を、前記作業フロント装置の前記車体に対する前後方向の距離として検出する姿勢検出装置と、前記作業フロント装置を用いた積込作業における前記作業対象物の積込重量を計測可能な重量演算装置と、前記姿勢検出装置で検出した前記作業フロント装置の前記車体に対する前後方向の距離に応じて前記作業対象物の積込重量の計測精度を判定する重量計測精度判定装置と、前記重量演算装置の演算結果と、前記重量計測精度判定装置の判定結果とを報知する報知装置とを備えた。【選択図】 図３

Description

本発明は、作業機械の操作支援装置に関する。

油圧ショベルのような作業機械が掘削した土砂等をダンプトラックのような運搬機械に積み込む場合、作業効率の観点から運搬機械の制限積載量にできるだけ近い重量の土砂等を積込むことが望まれる。

ショベルローダ（油圧ショベル）等の積荷を自動的に秤量、積算、表示できる装置を提供することを目的に、ショベルローダ等において、ショベルアームの枢着点に設けた仰俯角検出器と、リフト用油圧シリンダに設けた支持力検出器とから仰俯角と支持力を検知し、アームの角度に応じた条件を予め記憶させた演算器に入力して積荷荷重を秤量し、積み込まれるダンプトラック等に過積がないようにした積込機械の作業制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５７−２１６３７号公報

上述した積込機械の作業制御装置により、作業機械を操作するオペレータは、自動的に秤量、積算、表示された油圧ショベル等の積荷をダンプトラック等に積み込むことができる。この場合、オペレータは作業制御装置の表示を基に熟練と経験により決めた重量の積荷（ダンプトラックの制限積載量を超えない重量の積荷）をダンプトラックに積み込む。

しかしながら、上述した積込機械の作業制御装置の積荷荷重の秤量表示は、以下の理由により誤差を有している。
（１）ショベルアームである作業フロント装置は多関節型であり、各関節に仰俯角検出器を設けている。仰俯角検出器の計測誤差が積算された仰俯角の値と支持力の値とを用いて積荷荷重の演算が行われるので、算出された秤量の値と実際の作業具等に収納された土砂等の重量の値には差（誤差）が生じている。
（２）積荷荷重の秤量の演算において、作業フロント装置の姿勢の違い（具体的には、作業フロント装置の枢着点からバケット等の作業具までの前後方向の距離の違い）によって、演算結果の誤差が異なる。これは、作業フロント装置が最大に伸展した状態での秤量の場合と、それ以外の状態での秤量の場合とでは、演算内容に作業フロント装置の揺動中心まわりのモーメント要素が含まれることから生じる。

このような誤差情報は、オペレータに通知されていないので、積込機械の作業制御装置の表示した油圧ショベル等の積荷重量を基に積込作業を行なうと、運搬機械の制限積載量に対して、演算誤差等を起因とした秤量の過不足が生じてしまう虞がある。上述したような、作業フロント装置の姿勢の違いによる誤差等は、一般に明示されていないので、誤差の高い特別な姿勢で作業が行なわれると、オペレータの意識しない秤量の過不足が生じてしまう可能性が高まる。そして、運搬機械の過積みの最悪の場合には、積込作業のやり直しが必要になるなど作業効率を低下させる可能性があった。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、運搬機械の制限積載量に対してより精度よく積込作業を行なうことが可能となる作業機械の操作支援装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、車体と、作業対象物の積込作業に使用可能な作業フロント装置と、前記作業フロント装置の姿勢を、前記作業フロント装置の前記車体に対する前後方向の距離として検出する姿勢検出装置と、前記作業フロント装置を用いた積込作業における前記作業対象物の積込重量を計測可能な重量演算装置と、前記姿勢検出装置で検出した前記作業フロント装置の前記車体に対する前後方向の距離に応じて前記作業対象物の積込重量の計測精度を判定する重量計測精度判定装置と、前記重量演算装置の演算結果と、前記重量計測精度判定装置の判定結果とを報知する報知装置とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、オペレータが積込重量と作業フロント装置の姿勢に応じた計測精度を同時に把握可能になるので、運搬機械の制限積載量に対してより精度よく積込作業を行なうことが容易になる。このことにより、作業効率の向上と生産性の向上とが図れる。

本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を備えた油圧ショベルの制御回路を示す概略図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態の制御システムの構成を示す概略図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する制御システムの作用の一部を説明する作業フロントの側面概略図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する制御システムの作用の他の部を説明する作業フロントの側面概略図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する制御システムの作用の更に他の部を説明する作業フロントの側面概略図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する重量計測精度判定部の処理内容を示すフローチャート図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する重量計測精度マップの一例を示す表図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する表示装置の表示画面を示す概略図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態の制御システムの構成を示す概略図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態を構成する姿勢範囲設定部に設定されている姿勢範囲マップの一例を示す表図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態を構成する姿勢判定部の処理内容を示すフローチャート図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態を構成する表示装置の表示画面を示す概略図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態を備えた油圧ショベルの制御回路を示す概略図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態の制御システムの構成を示す概略図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態を構成する積算重量演算部と積算精度演算部の処理内容を示すフローチャート図である。 本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態を構成する表示装置の表示画面を示す概略図である。

以下、作業機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、作業フロント装置を備えた作業機械全般に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。

図１は本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態備えた油圧ショベルを示す側面図である。
作業機械である油圧ショベル１００は、左右の走行体を備えた下部車体１１と、下部車体１１上に旋回可能に取付けられた上部旋回体１２とを有し、上部旋回体１２の前部には作業フロント装置１０１が上下揺動自在に取付けられている。

作業フロント装置１０１は、上部旋回体１２に対して上下揺動自在に取付けられたブーム１４と、ブーム１４の先端側に上下揺動自在に取付けられたアーム１５と、アーム１５の先端側に上下揺動自在に取付けられた作業具１０２と、上部旋回体１２とブーム１４とに端部をそれぞれ連結され、ブーム１４を上下方向に揺動させるブームシリンダ１６と、ブーム１４とアーム１５とに端部をそれぞれ連結され、アーム１５を上下方向に揺動させるアームシリンダ１７と、アーム１４と作業具１０２とに端部をそれぞれ連結され、作業具１０２を上下方向に揺動させる作業具シリンダ１８とを備えている。

また、作業フロント装置１０１の姿勢を検出するために、ブーム１４に設けられたブーム傾斜センサ３１と、アーム１５に設けられたアーム傾斜センサ３２と、作業具１０２に設けられた作業具傾斜センサ３３とを備えている。本実施の形態においては作業具１０２をバケットとした場合を例示しているが、作業機械の作業内容に応じて、マグネットやグラップルなど作業対象物を運搬可能な任意の作業具に交換可能である。

また、上部旋回体１２の前部にはオペレータが乗り込む運転室１３が配置されている。

図２は本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を備えた油圧ショベルの制御回路を示す概略図である。
図２において、制御回路は、図示しないエンジンにより駆動されるメインポンプ２２と、作動油タンク２３と、メインポンプ２２から圧油が供給され、油圧ショベル１００のブーム１４（図１参照）を駆動するブームシリンダ１６と、同様に油圧ショベルのアーム１５（図１参照）を駆動するアームシリンダ１７と、同様に油圧ショベルの作業具１０２（図１参照）を駆動する作業具シリンダ１８と、メインポンプ２２からからブームシリンダ１６に供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御するブーム制御弁２４ａと、メインポンプ２２からからアームシリンダ１７に供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御するアーム制御弁２４ｂと、メインポンプ２２からから作業具シリンダ１８に供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御する作業具制御弁２４ｃと、ブーム１４の動作指令を出力するブーム操作レバー５０と、アーム１５の動作指令を出力するアーム操作レバー５１と、作業具１０２の動作指令を出力する作業具操作レバー５２と、各操作レバー５０、５１、５２からの操作信号を取込み、それぞれの制御弁２４ａ、２４ｂ，２４ｃの操作部へ電流信号を出力するメインコントローラ２００と、重量計測コントローラ２１０とを備えている。

ブーム制御弁２４ａとアーム制御弁２４ｂと作業具制御弁２４ｃとは、それぞれ、管路を介してブームシリンダ１６、アームシリンダ１７、作業具シリンダ１８のボトム側油室１６ａ、１７ａ、１８ａあるいはロッド側油室１６ｂ、１７ｂ、１８ｂに接続され、メインコントローラ２００からの電流信号による各制御弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃの切換位置に応じて、メインポンプ２２の吐出油は上述した各シリンダの油室に供給される。

ブームシリンダ１６のボトム側油室１６ａには、その圧力を検出するブームボトム圧力センサ３４が設けられ、ロッド側油室１６ｂにはその圧力を検出するブームロッド圧力センサ３５が設けられている。これら圧力センサ３４、３５の検出した計測信号は重量計測コントローラ２１０に入力されている。

重量計測コントローラ２１０には、上述したブーム傾斜センサ３１とアーム傾斜センサ３２と作業具傾斜センサ３３とが検出した計測信号と、運転室１３に設けられた重量演算スイッチ４１からの信号とが入力されている。また、重量計測コントローラ２１０は、これらの入力信号に応じて積載重量と誤差を演算し、表示装置３０４へ演算結果を出力する。重量計測コントローラ２１０の動作については後述する。

ブームシリンダ１６のボトム側油室１６ａへ圧油が供給された場合には、ブーム１４は上部旋回体１２に対して上方向に揺動駆動され、ロッド側油室１６ｂへ圧油が供給された場合には、ブーム１４は上部旋回体１２に対して下方向に揺動駆動される。また、アームシリンダ１７のボトム側油室１７ａへ圧油が供給された場合には、アーム１５はブーム１４に対して下方向に揺動駆動され、ロッド側油室１７ｂへ圧油が供給された場合には、アーム１５はブーム１４に対して上方向に揺動駆動される。更に、作業具シリンダ１８のボトム側油室１８ａへ圧油が供給された場合には、作業具１０２はアーム１５に対して下方向に回動駆動され、ロッド側油室１８ｂへ圧油が供給された場合には、作業具１０２はアーム１５に対して上方向に回動駆動される。

次に重量計測コントローラ２１０の構成について図３を用いて説明する。図３は本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態の制御システムの構成を示す概略図である。図３において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

重量計測コントローラ２１０には、ブームボトム圧力センサ３４が検出したブームボトム圧力信号３４Ｓと、ブームロッド圧力センサ３５が検出したブームロッド圧力信号３５Ｓと、ブーム傾斜センサ３１が検出したブーム傾斜信号３１Ｓと、アーム傾斜センサ３２が検出したアーム傾斜信号３２Ｓと、作業具傾斜センサ３３が検出した作業具傾斜信号３３Ｓと、重量演算スイッチ４１からの入り信号４１Ｓとが入力されている。重量計測コントローラ２１０は、これらの入力信号を基に作業対象物の重量とその精度とを演算し、表示装置出力信号３０４Ｓとして表示装置３０４へ出力する。

重量計測コントローラ２１０は、作業フロント装置１０１の姿勢を、作業フロント装置１０１の車体に対する前後方向の距離として検出する姿勢検出部３０１と、作業フロント装置１０１により運搬される作業対象物の重量を演算する重量演算部３０２と、作業フロント装置１０１の姿勢に応じて予め設定した重量計測精度（作業フロント装置１０１の車体に対する任意の前後方向の距離における重量計測精度）が記憶されている重量計測精度マップ３１０と、姿勢検出部３０１で検出した姿勢信号（作業フロント装置１０１の車体に対する前後方向の距離）と重量計測精度マップ３１０からの信号とを基に重量の計測精度を判定する重量計測精度判定部３０３と、重量演算部３０２の演算結果と重量計測精度判定部３０３の判定結果とを表示装置３０４へ出力する表示信号出力部３０５とを備えている。なお、重量計測コントローラ２１０は、予め設定された制御周期で一連の演算と入出力とを繰り返し実行する。

次に、姿勢検出部３０１と重量演算部３０２の機能と作用について図４乃至図６を用いて説明する。図４は本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する制御システムの作用の一部を説明する作業フロントの側面概略図、図５は本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する制御システムの作用の他の部を説明する作業フロントの側面概略図、図６は本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する制御システムの作用の更に他の部を説明する作業フロントの側面概略図である。図４乃至図６において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図４に記載のＷは作業対象物の重量を示し、図５に記載のＷ_１は作業フロント装置１０１の自重を示している。図３に戻り、姿勢検出部３０１は入力信号であるブーム傾斜信号３１Ｓとアーム傾斜信号３２Ｓと作業具傾斜信号３３Ｓとから、図４に示すブーム１４、アーム１５、作業具１０２のそれぞれの水平面に対する傾きである∠α、∠β、∠γを算出し、重量演算部３０２へ出力する。

重量演算部３０２では下記手順に従い、重量を演算する。
図４に示すように、ブーム１４の揺動中心と作業対象物の位置の間の水平方向長さをＬとして、ブーム１４の長さをＬboom、アーム１５の長さをＬarm、作業具１０２の長さをＬattとすると、ブームの揺動中心と作業対象物の位置の間の水平方向長さＬは以下の式（１）で定まる。
Ｌ＝Ｌboom・ｃｏｓα＋Ｌarm・ｃｏｓβ＋Ｌatt・ｃｏｓγ・・・・（１）
Ｌboom、Ｌarm、Ｌattは、設計によって決まる既知の値であるため、Ｌは姿勢検出部３０１の検出結果を用いて演算できる。

次に、ブーム１４の揺動中心と作業フロント装置１０１の自重Ｗ_１が作用する位置の間の水平方向長さＬ_１を以下のように算出する。図５に示すように、作業フロント装置１０１を構成する各構造物について、ブーム１４の揺動中心とブーム１４の重心位置の間の水平方向の長さをＬａ、ブーム１４の揺動中心とアーム１５の重心位置の間の水平方向の長さをＬｂ、ブーム１４の揺動中心と作業具１０２の重心位置の間の水平方向の長さをＬｃとして、各構造物の重量をＷａ，Ｗｂ，Ｗｃとすると、Ｗ_１は作業フロント装置１０１の自重であるから、Ｗ_１は以下の式（２）で定まる。
Ｗ_１＝Ｗａ＋Ｗｂ＋Ｗｃ＋……・・・・（２）
Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ、……は、設計によって決まる既知の値であることから、Ｗ_１も既知である。また、各構造物の個々の重心位置も設計により決まる既知の値であることから、Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、……は、姿勢検出部３０１の検出結果と各構造物の個々の重心位置から演算することができる。
各構造物のブーム１４の揺動中心まわりのモーメントの和が、フロント自重Ｗ_１によるブーム１４の揺動中心まわりのモーメントと等しいことから、以下の式（３）と（４）が導かれる。
Ｗ_１・Ｌ_１＝Ｗａ・Ｌａ＋Ｗｂ・Ｌｂ＋Ｗｃ・Ｌｃ＋……・・・・（３）
∴Ｌ_１＝（Ｗａ・Ｌａ＋Ｗｂ・Ｌｂ＋Ｗｃ・Ｌｃ＋……）／Ｗ_１・・・（４）
式（４）より、ブーム１４の揺動中心と作業フロント装置１０１の自重Ｗ_１が作用する位置の間の水平方向長さＬ_１は、姿勢検出部３０１の検出結果と既知の値とで演算できる。

次に、上述した演算結果とブーム１４の揺動中心まわりのモーメントを基に作業対象物の重量Ｗを以下のように算出する。図６において、ブームシリンダ１６の支持力をＦとして、ブームシリンダ１６の両端（点Ａ，Ｂ）とブーム１４の揺動中心（点Ｃ）によって囲まれる三角形を△ＡＢＣとする。また、△ＡＢＣの各辺の長さをＬ_ＡＢ、Ｌ_ＢＣ、Ｌ_ＣＡ とおくと、Ｌ_ＢＣ、Ｌ_ＣＡは設計により決まる既知である。また、∠ＡＣＢは図４に示す∠αと同様に姿勢検出部３０１の検出結果から演算することができる。これらのことから余弦定理を用いてＬ_ＡＢが以下の式（５）で定まる。
Ｌ_ＡＢ＝√（Ｌ_ＢＣ ^２＋Ｌ_ＣＡ ^２−２Ｌ_ＢＣ・Ｌ_ＣＡ・ｃｏｓ∠ＡＣＢ）・・・（５）
式（５）よりＬ_ＡＢは、姿勢検出部３０１の検出結果と既知の値で演算できる。次に、ブーム１４の揺動中心（点Ｃ）からブームシリンダ１６の両端（点Ａ，Ｂ）である辺Ｌ_ＡＢに対して引いた垂線の長さをｈとすると、△ＡＢＣの面積Ｓは、以下の式（６）で定まる。
Ｓ＝（Ｌ_ＡＢ・ｈ）／２・・・（６）
また、△ＡＢＣの面積Ｓは、∠ＡＣＢとＬ_ＢＣ、Ｌ_ＣＡにより以下の式（７）で定まる。
Ｓ＝（Ｌ_ＣＡ・Ｌ_ＢＣ・ｓｉｎ∠ＡＣＢ）／２・・・（７）
式（６）と式（７）とを整理して以下の式（８）が導かれ、ｈが決まる。
ｈ＝（Ｌ_ＣＡ・Ｌ_ＢＣ・ｓｉｎ∠ＡＣＢ）／Ｌ_ＡＢ・・・（８）
式（５）と式（８）より、ｈは姿勢検出部３０１の検出結果と既知の値とで演算できる。

図３に戻り、ブームボトム圧力センサ３４が検出したブームボトム圧力信号３４ＳをＰ_１ｂと、ブームロッド圧力センサ３５が検出したブームロッド圧力信号３５ＳをＰ_１ｒとして、ブームシリンダ１６のボトム側受圧面積をＡ_ｂ、ロッド側受圧面積をＡ_ｒとする。図６に示すブームシリンダ１６の支持力Ｆは、ブームシリンダ１６伸長方向を正の向きとすると、以下の式（９）で定まる。
Ｆ＝Ｐ_１ｂ・Ａ_ｂ−Ｐ_１ｒ・Ａ_ｒ・・・（９）
支持力Ｆによるブーム１４の揺動中心まわりのモーメントは、重量Ｗ及び作業フロント装置１０１の自重Ｗ_１によるブーム１４の揺動中心まわりのモーメントの和と釣り合っているので、以下の式（１０）と（１１）が定まる。
Ｆ・ｈ＝Ｗ・Ｌ＋Ｗ_１・Ｌ_１・・・（１０）
∴Ｗ＝（Ｆ・ｈ−Ｗ_１・Ｌ_１）／Ｌ・・・（１１）
式（１１）の右辺は、式（１）（２）（４）（８）（９）から演算できる。以上から、ブーム１４の揺動中心のモーメントの釣り合い式から、作業対象物の重量Ｗを演算することができる。

次に、重量計測精度判定部３０３の機能と作用について図７及び図８を用いて説明する。図７は本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する重量計測精度判定部の処理内容を示すフローチャート図、図８は本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する重量計測精度マップの一例を示す表図である。

重量計測精度判定部３０３の処理内容を図７を用いて説明する。
重量計測精度判定部３０３は、重量演算スイッチ４１がＯＮされたか否かを判定する（ステップＳ４０１）。具体的には、入り信号４１Ｓの有無を判定する。重量演算スイッチ４１がＯＮの場合ステップＳ４０２へ進み、それ以外の場合にはＥＮＤへ進みフローは終了する。

重量演算スイッチ４１がＯＮの場合、重量計測精度判定部３０３は、姿勢情報を取得する（ステップＳ４０２）。具体的には、姿勢検出部３０１の検出した作業フロント装置１０１の姿勢信号を受けて重量演算部３０２において演算された作業具１０２の位置情報が取得される。

重量計測精度判定部３０３は、重量計測精度マップを読み込む（ステップＳ４０３）。具体的には、作業フロント装置１０１の姿勢に応じて予め設定した重量計測精度が記憶されている重量計測精度マップ３１０を読み込む。

重量計測精度判定部３０３は、重量計測精度を判定する（ステップＳ４０４）。具体的には、ステップＳ４０２で取得した作業具１０２の位置情報とステップＳ４０３で読み込んだ重量計測精度マップとを照合することで、重量計測精度の判定が行われる。

図８に示す重量計測精度マップの一例において、作業具水平位置は、ブーム１４の揺動中心から作業具１０２までの水平距離を示している（図５におけるＬｃに相当）。また、作業具鉛直位置は、作業具１０２の地平面からの鉛直距離を示している。この鉛直距離は、設計によって決まる既知の値と姿勢検出部３０１の検出結果から容易に演算できる。表内の各数値は、作業具１０２の当該位置における重量計測精度を示している。本実施の形態においては、計測精度の表現を可搬重量に対するフルスケール（％Ｆ．Ｓ）としている。図８の重量計測精度マップの一例では、水平距離が２〜４［ｍ］の姿勢において、最も精度良く重量演算が可能であることを示している。
重量計測精度マップは、例えば、真値が既知である作業対象物を作業具１０２に積載して、作業具の水平位置や鉛直位置を変更させて重量計測することで、作成することができる。

図７に戻り、重量計測精度判定部３０３は、重量計測精度を出力する（ステップＳ４０５）。具体的には、ステップＳ４０４の判定結果である重量計測精度を表示信号出力部３０５に対して出力する処理が行なわれる。

次に、表示装置３０４の表示画面について図９を用いて説明する。図９は本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態を構成する表示装置の表示画面を示す概略図である。

図９の表示画面は、重量演算部３０２で演算した作業対象物の重量を表示する重量表示領域６０１と、重量計測精度判定部３０３の判定結果である重量計測精度を表示する重量計測精度表示領域６０２と、重量計測精度判定部３０３で使用した重量計測精度マップ３１０の重量計測精度を表示する重量計測精度マップ表示領域６０３とを備えている。

図９において、表示装置３０４は、重量表示領域６０１に作業対象物の重量を１．０ｔと表示し、重量計測精度表示領域６０２に重量計測精度を５％と表示している。また、重量計測精度マップ表示領域６０３は、横軸に示すブーム１４の揺動中心から作業具１０２までの水平距離を示す横軸おいて、その距離に応じて精度を低、高、中で示すと共に、現在の作業具１０２の位置を作業具マーカ６０４で表示している。なお、本実施の形態において、重量計測精度表示領域６０２の重量計測精度を（〜［％］）と表示する定量表現の場合を例に説明したが、これに限るものではない。（高、中、低）などの定性表現とすることも可能である。

上述した本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態によれば、オペレータが積込重量と作業フロント装置の姿勢に応じた計測精度を同時に把握可能になるので、運搬機械の制限積載量に対してより精度よく積込作業を行なうことが容易になる。このことにより、作業効率の向上と生産性の向上とが図れる。

また、上述した本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施の形態によれば、重量計測精度マップが併せて表示されることから、オペレータがより精度の高い作業フロント装置の姿勢を選択して重量計測を行なうことが可能になる。このことにより、さらなる業務効率の向上が期待できる。

以下、本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図１０は本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態の制御システムの構成を示す概略図、図１１は本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態を構成する姿勢範囲設定部に設定されている姿勢範囲マップの一例を示す表図、図１２は本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態を構成する姿勢判定部の処理内容を示すフローチャート図、図１３は本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態を構成する表示装置の表示画面を示す概略図である。図１０乃至図１３において、図１乃至図９に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態においては、図３に示す第１の実施の形態の重量計測コントローラ２１０の構成に対して、図１０に示すように姿勢範囲設定部３２０と姿勢判定部３２１とが追加構成された点が異なる。

姿勢範囲設定部３２０は、重量計測精度マップ３１０から記憶されている作業フロント装置１０１の姿勢（作業フロント装置１０１の車体に対する前後方向の距離）に応じて予め設定した重量計測精度の信号を入力し、所定の範囲を設定した後に、設定した重量計測精度の信号を姿勢判定部３２１へ出力する。

図１１の表図は姿勢範囲設定部３２０に設定されている姿勢範囲マップの一例を示している。本実施の形態においては、重量計測精度が比較的良好な作業具１０２の水平位置が２〜４［ｍ］の場合を所定範囲内と設定し、それ以外の場合を所定範囲外と設定している。

図１０に戻り、姿勢判定部３２１は、重量演算部３０２において演算された作業フロント装置１０１の姿勢情報（作業具１０２の位置情報）と姿勢範囲設定部３２０で設定した姿勢範囲設定情報とを入力し、これらの情報を照合して作業具１０２の位置が所定範囲外のときには、警告表示のための信号を表示信号出力部３０５へ出力する。

姿勢判定部３２１の処理内容を図１２を用いて説明する。
姿勢判定部３２１は、姿勢情報を取得する（ステップＳ４１１）。具体的には、重量演算部３０２において演算された作業フロント装置１０１の姿勢情報（作業具１０２の位置情報）が取得される。

姿勢判定部３２１は、姿勢範囲設定情報を取得する（ステップＳ４１２）。具体的には、姿勢範囲設定部３２０において設定された姿勢範囲設定情報が取得される。

姿勢判定部３２１は、姿勢が設定範囲内か否かを判定する（ステップＳ４１３）。具体的には、ステップＳ４１１で取得した作業具１０２の位置情報とステップＳ４１２で取得した姿勢範囲設定情報とを照合することで、姿勢範囲の判定が行われる。作業具１０２の実際の水平位置が２〜４［ｍ］の場合は、所定範囲内と判定され、それ以外の場合は、所定範囲外と判定される。所定範囲外の場合はステップＳ４１４へ進み、所定範囲内の場合はＥＮＤへ進みフローは終了する。

姿勢判定部３２１は、姿勢範囲外警告を出力する（ステップＳ４１４）。具体的には、姿勢範囲外の警告を表示するための信号を表示信号出力部３０５へ出力する。その後、ＥＮＤへ進みフローは終了する。

次に、本実施の形態における表示装置３０４Ａの表示画面について図１３を用いて説明する。
図１３の表示画面と図９に示す第１の実施の形態における表示画面との相違点は、姿勢範囲外警告ランプ６１０が設けられた点と、重量計測精度マップ表示領域６１３において、姿勢範囲設定部３２０において設定された姿勢範囲設定情報を表示（設定された範囲内は明るく表示し、それ以外は暗く表示）している点である。

図１２の処理フローにおいて、ステップＳ４１４の処理により姿勢範囲外の警告を表示するための信号が出力された場合には、姿勢範囲外警告ランプ６１０が点灯し、当該姿勢では所望の重量計測精度が得られないことが、オペレータに報知される。

重量計測精度マップ表示領域６１３に姿勢範囲設定情報が表示されているので、姿勢範囲外警告ランプ６１０が点灯した場合、オペレータは、どのような姿勢に変更すれば良好な精度が得られるのか（姿勢範囲外警告ランプ６１０を消灯させられるのか）を容易に把握できる。

オペレータが姿勢範囲外警告ランプ６１０を点灯させないように作業フロント装置１０１を操作することで、重量計測精度を所望の範囲内とすることができる。このことにより、作業の生産性が向上する。なお、姿勢範囲外の警告は、姿勢範囲外警告ランプ６１０に限るものではない。警報などオペレータに報知可能なあらゆる手段で行なっても良い。

上述した本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述した本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施の形態によれば、現在の作業フロント装置１０１の姿勢で所望の重量計測精度が得られるか否かを、オペレータが容易に把握可能となる。このことにより、オペレータが姿勢範囲外警告ランプ６１０を点灯させないように作業フロント装置１０１を操作することで、重量計測精度を所望の範囲内とすることができる。この結果、作業の生産性が向上する。

以下、本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図１４は本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態を備えた油圧ショベルの制御回路を示す概略図、図１５は本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態の制御システムの構成を示す概略図、図１６は本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態を構成する積算重量演算部と積算精度演算部の処理内容を示すフローチャート図、図１７は本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態を構成する表示装置の表示画面を示す概略図である。
図１４乃至図１７において、図１乃至図１３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態においては、図２に示す第１の実施の形態の油圧ショベルの制御回路の構成に対して、図１４に示すように積算確定スイッチ４２と積算リセットスイッチ４３とを備え、積算確定スイッチ４２からの積算確定信号４２Ｓと積算リセットスイッチ４３からの積算リセット信号４３Ｓとが重量計測コントローラ２１０に入力されるように構成した点が異なる。

本実施の形態の特徴は、例えば、作業機械が、何度かに分けて作業対象物を運搬して、重量計測後に１台のダンプトラックも積込む場合、作業機械が運搬した作業対象物の重量と誤差を積算できるようにした点である。このことにより、１台のダンプトラックの積載重量と誤差が容易に把握できる。具体的には、図３に示す第１の実施の形態の重量計測コントローラ２１０の構成に対して、図１５に示すように積算重量演算部３３０と積算精度演算部３３１と積算重量及び精度記憶部３３２とが付加されて構成されている。

積算重量演算部３３０は、積算確定スイッチ４２からの積算確定信号４２Ｓと重量演算部３０２からの演算結果である作業対象物の重量と積算重量及び精度記憶部３３２に記憶されている積算重量とを入力し、積算確定信号４２ＳがＯＮのときに、作業対象物の重量と積算重量とを加算する処理を行い、その演算結果を表示信号出力部３０５と積算精度演算部３３１と積算重量及び精度記憶部３３２へ出力する。

積算精度演算部３３１は、積算確定スイッチ４２からの積算確定信号４２Ｓと積算重量演算部３３０からの積算重量と重量計測精度判定部３０３からの演算結果である作業対象物の重量計測精度と積算荷重及び精度記憶部３３２に記憶されている積算精度とを入力し、積算確定信号４２ＳがＯＮのときに、作業対象物の計測精度と積算精度とを更新演算する処理を行い、その演算結果を表示信号出力部３０５と積算重量及び精度記憶部３３２へ出力する。

積算重量及び精度記憶部３３２は、積算リセットスイッチ４３からの積算リセット信号４３Ｓと積算重量演算部３３０からの積算重量と積算精度演算部３３１からの積算精度とを入力し、積算リセット信号４３ＳがＯＮでないときに、入力した積算重量と積算精度とを記憶し、記憶した各値を積算重量演算部３３０と積算精度演算部３３１へ出力する。積算リセット信号４３ＳがＯＮのときに、記憶した積算重量と積算精度とをゼロにリセットする。

積算精度演算部３３１の演算方法について、本実施の形態においては二乗和平方根を用いているが、これに限るものではない。例えば、単純和としても良い。本実施の形態においては、１回目の計測結果をＡ±ａ［ｔ］、１回目の計測結果をＢ±ｂ［ｔ］、３回目の計測結果をＣ±ｃ［ｔ］とすると、合計３回の積算精度である±ｐ［％］は、以下の式（１２）で定まる。
ｐ＝［√（ａ^２＋ｂ^２＋ｃ^２）］・１００／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）・・・（１２）
次に、積算重量演算部３３０と積算精度演算部３３１と積算重量及び精度記憶部３３２の処理内容を図１６を用いて説明する。
積算重量及び精度記憶部３３２は、積算リセットスイッチ４３がＯＮされたか否かを判定する（ステップＳ４２１）。具体的には、リセット信号４３Ｓの有無を判定する。積算リセットスイッチ４３がＯＮの場合ステップＳ４２２へ進み、それ以外の場合にはステップＳ４２３へ進む。

ステップＳ４２１にて積算リセットスイッチ４３がＯＮされた場合、積算重量及び精度記憶部３３２は、記憶値をゼロにリセットする（ステップＳ４２２）。

ステップＳ４２１にて積算リセットスイッチ４３がＯＮされなかった場合、重量計測精度判定部３０３は重量演算スイッチ４１がＯＮされたか否かを判定する（ステップＳ４２３）。具体的には、入り信号４１Ｓの有無を判定する。重量演算スイッチ４１がＯＮの場合ステップＳ４２４へ進み、それ以外の場合にはステップＳ４２９へ進む。

ステップＳ４２３にて重量演算スイッチ４１がＯＮの場合、積算重量演算部３３０と積算精度演算部３３１は、積算重量及び精度記憶部３３２の記憶値（積算重量と積算精度）をそれぞれ読み込む（ステップＳ４２４）。

積算重量演算部３３０と積算精度演算部３３１は、重量演算結果及び受領計測精度判定結果を取得する（ステップＳ４２５）。具体的には、積算重量演算部３３０では重量演算部３０２の演算結果が取得され、積算精度演算部３３１では重量計測精度判定部３０３の判定結果が取得される。

積算重量演算部３３０は積算重量演算を行う（ステップＳ４２６）。具体的には、積算重量演算部３３０において、ステップＳ４２４にて読み込んだ積算重量及び精度記憶部３３２からの積算重量に対して、ステップＳ４２５にて取得した重量演算部３０２からの重量演算結果とを加算する演算処理が行われる。

積算精度演算部３３１は積算精度演算を行う（ステップＳ４２７）。具体的には、積算精度演算部３３１において、ステップＳ４２４にて読み込んだ積算重量及び精度記憶部３３２からの積算精度と、ステップＳ４２５にて取得した重量計測精度判定部３０３の重量計測精度と、ステップＳ４２６の演算結果である積算重量とから、式（１２）を用いて積算精度の更新演算が行われる。

積算重量演算部３３０と積算精度演算部３３１は、積算重量及び精度を出力する（ステップＳ４２８）。具体的には、ステップＳ４２６とステップＳ４２７の演算結果を表示信号出力部３０５へ出力する処理が行なわれる。

積算重量演算部３３０と積算精度演算部３３１は、積算確定スイッチ４２がＯＮされたか否かを判定する（ステップＳ４２９）。具体的には、積算確定信号４２Ｓの有無を判定する。積算確定スイッチ４２がＯＮの場合ステップＳ４３０へ進み、それ以外の場合にはＥＮＤへ進みフローは終了する。

ステップＳ４２９にて積算確定スイッチ４２がＯＮの場合、積算重量及び精度記憶部３３２は積算重量と積算精度を記憶する（ステップＳ４３０）。具体的には、ステップＳ４２６とステップＳ４２７の演算結果（積算重量と積算精度）を積算重量及び精度記憶部３３２に送り、積算重量及び精度記憶部３３２は、これらの値を記憶する。その後、ＥＮＤへ進みフローは終了する。

次に、本実施の形態における表示装置３０４Ｂの表示画面について図１７を用いて説明する。
図１７の表示画面と図９に示す第１の実施の形態における表示画面との相違点は、積算重量演算部３３０で演算した積算重量を表示する積算重量表示領域６２０が設けられた点と、積算精度演算部３３１で演算した積算精度を表示する積算精度表示領域６２１が設けられた点である。

図１７において、表示装置３０４Ｂは、積算重量表示領域６２０に作業対象物の積算重量を３．０ｔと表示し、積算精度表示領域６２１に積算精度を１０％と表示している。その他の表示は本発明の第１の実施の形態と同じである。

ここで、本実施の形態における動作について説明する。例えば、運搬機械であるダンプトラックの制限積載重量が４ｔ±５％であり、すでに何回か作業機械で作業対象物をダンプトラックに積み込んでいて、現在、作業機械が作業対象物を計測しているときの表示装置３０４Ｂの表示画面が図１７であると仮定する。

このとき、オペレータは、表示装置３０４Ｂの表示画面より以下のことを認識できる。
（１）ダンプトラックに積載されている作業対象物の重量（積算重量と積算精度）は、３ｔ±１０％である。
（２）現在、作業機械の作業具で運搬している作業対象物の重量（重量と精度）は１ｔ±５％である。
（３）現在の作業具の姿勢は、高い計測精度が得られるところにある。

これらのことから、現在の作業具で運搬している作業対象物をそのままダンプトラックに積載すると、制限積載重量である４ｔ±５％を超過してしまう可能性のあることが、オペレータに分かる。この結果、オペレータは、作業具の作業対象物をダンプトラックの制限積載重量の許容範囲内まで減量させる操作を行い、その後、作業対象物をダンプトラックに積載する。このことにより、運搬機械の制限積載量に対してより精度よく積込作業を行なうことが容易になる。この結果、作業効率の向上と生産性の向上とが図れる。

上述した本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述した本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施の形態によれば、オペレータは運搬機械１台分の積算重量とその精度を容易に把握可能となるので、作業対象物の重量計測作業を含む作業全体の効率の向上と生産性の向上が図れる。

なお、本発明の実施の形態において、作業具をバケットとした場合を例に説明したがこれに限るものではない。作業対象物を運搬可能なものであれば、あらゆる作業具に適用可能である。

また、重量の演算方法としてブームシリンダ１６の圧力を使用した場合を例に説明したがこれに限るものではなく、他のシリンダの圧力を使用しても良い。

同様に、作業フロント装置１０１の姿勢の検出に各傾斜センサを使用した場合を例に説明したがこれに限るものではなく、例えばポテンショメータを使用しても良い。

さらに、重量計測精度の判定方法については、作業フロント装置１０１の可動範囲における精度情報が参照可能なあらゆる手段が使用可能である。例えば、図８に示す重量計測精度マップではなく、水平距離と計測精度の関係を関数化してコントローラに記憶する方法でも良い。

また、本発明の実施の形態において、計測トリガーとして各種スイッチを用いた場合を例に説明したがこれに限るものではない。例えば、ブーム操作レバー５０、アーム操作レバー５１、作業具操作レバー５２の各操作信号を監視し、何れの操作レバーも操作されていない状況（作業フロント装置１０１が停止した状況）が所定時間継続した場合に、計測結果が表示装置に出力される構成とすることができる。このような構成にすれば、オペレータがスイッチを押下する手間を省略できる。

また、本発明の実施の形態において、重量計測精度マップをコントローラ内に予め設定しておく構成を例に説明したがこれに限るものではない。例えば、重量計測コントローラ２１０に接続する設定器を新たに運転室１３に設け、オペレータが運転室内で適宜マップを修正可能としても良い。このような構成にすれば、各センサの経年劣化などにより計測精度が変化した場合に、重量計測精度マップの変更が容易になる。この結果、長期間にわたって作業効率の向上と生産性の向上とが図れる。

１１：下部車体、１２：上部旋回体、１３：運転室、１４：ブーム、１５：アーム、１６：ブームシリンダ、１７：アームシリンダ、１８：作業具シリンダ、２２：メインポンプ、２３：作動油タンク、３１：ブーム傾斜センサ、３２：アーム傾斜センサ、３３：作業具傾斜センサ、３４：ブームボトム圧力センサ、３５：ブームロッド圧力センサ、４１：重量演算スイッチ、４２：積算確定スイッチ、４３：積算リセットスイッチ、１００：油圧ショベル、１０１：作業フロント装置、２００：メインコントローラ、２１０：重量計測コントローラ、３０１：姿勢検出部、３０２：重量演算部、３０３：重量計測精度判定部、３０４，３０４Ａ，３０４Ｂ：表示装置、３０５：表示信号出力部、３１０：重量計測精度マップ、３２０：姿勢範囲設定部、３２１：姿勢判定部、３３０：積算重量演算部、３３１：積算精度演算部、３３２：積算重量及び精度記憶部、６０１：重量表示領域、６０２：重量計測精度表示領域、６０３：重量計測精度マップ表示領域、６０４：作業具マーカ、６１０：姿勢範囲外警告ランプ、６２０：積算重量表示領域、６２１：積算精度表示領域

Claims (5)

1. 車体と、作業対象物の積込作業に使用可能な作業フロント装置と、
   前記作業フロント装置の姿勢を、前記作業フロント装置の前記車体に対する前後方向の距離として検出する姿勢検出装置と、
   前記作業フロント装置を用いた積込作業における前記作業対象物の積込重量を計測可能な重量演算装置と、
   前記姿勢検出装置で検出した前記作業フロント装置の前記車体に対する前後方向の距離に応じて前記作業対象物の積込重量の計測精度を判定する重量計測精度判定装置と、
   前記重量演算装置の演算結果と、前記重量計測精度判定装置の判定結果とを報知する報知装置とを備えた
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。
2. 請求項１に記載の作業機械の操作支援装置において、
   前記作業フロント装置の前記車体に対する任意の前後方向の距離における重量計測精度を参照可能とする重量計測精度マップを更に備え、
   前記重量計測精度判定装置は、前記姿勢検出装置で検出した前記作業フロント装置の前記車体に対する前後方向の距離と、前記重量計測精度マップの重量計測精度とを照合して前記作業対象物の積込重量の計測精度を判定する
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。
3. 請求項２に記載の作業機械の操作支援装置において、
   前記報知装置は、前記重量演算装置の演算結果と、前記重量計測精度判定装置の判定結果と、前記重量計測精度マップとを併せて報知する
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。
4. 請求項３に記載の作業機械の操作支援装置において、
   前記作業フロント装置の前記車体に対する前後方向の距離に対して、所定の範囲を設定する姿勢範囲設定装置と、
   前記姿勢検出装置で検出した前記作業フロント装置の前後方向の距離が、前記姿勢範囲設定装置により設定された所定の範囲外であるか否かを判定する姿勢判定装置を更に備え、
   前記報知装置が前記姿勢判定装置の判定結果を出力する
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。
5. 請求項１に記載の作業機械の操作支援装置において、
   前記作業フロント装置を用いた積込作業のたびに行なわれた前記重量演算装置の演算結果を積算して前記作業対象物の積算重量を演算する積算重量演算装置と、
   前記積算重量の精度を演算する積算精度演算装置とを更に備え、
   前記積算重量演算装置で演算した前記作業対象物の積算重量と、前記積算精度演算装置で演算した積算精度とを前記報知装置にて報知する
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。

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