JP2021021263A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】押し付け動作を検出する作業機械を提供する。【解決手段】下部走行体と、前記下部走行体に旋回機構を介して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リフティングマグネットと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記リフティングマグネットを押し付ける方向の負荷を検出する負荷検出部を有する、作業機械。【選択図】図２

Description

本開示は、アタッチメントを備えた作業機械に関する。

鋼材等の物体を運搬したり移動したりするための作業機械として、リフティングマグネットを備えた作業機械が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１５６７０８号公報

ところで、リフティングマグネットを備えた作業機械は、例えば、鉄屑等の物体をダンプトラックに積み込む作業を行う。この際、ダンプトラックに積み込んだ物体にリフティングマグネットを押し付け、物体を潰すことで、物体の体積を低減してダンプトラックへの積み込み量を増やす動作が行われることがある。

しかしながら、このような押し付け動作の際、押し付け過ぎるとアタッチメント等の機械が過負荷となって、故障の原因、寿命の低下のおそれがあった。

そこで、本発明は、押し付け動作を検出する作業機械を提供することを目的とする。

実施形態の一態様の作業機械は、下部走行体と、前記下部走行体に旋回機構を介して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リフティングマグネットと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記リフティングマグネットを押し付ける方向の負荷を検出する負荷検出部を有する。

本発明によれば、押し付け動作を検出する作業機械を提供することができる。

本実施形態に係る作業機械の側面図である。 図１に示す作業機械に搭載される駆動系の構成例を示すブロック図である。 作業機械のアタッチメントにおける押し付け検知に関するパラメータを説明する模式図。 作業機械のアタッチメントにおける物体の重量の算出に関するパラメータを説明する模式図。 メイン画面の構成例を示す図である。

図１は、本実施形態に係る作業機械１００の側面図である。作業機械１００の下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。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リフティングマグネット６が取り付けられている。ブーム４及びアーム５はアタッチメントの一例である作業アタッチメントを構成している。そして、ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、リフティングマグネット６はリフティングマグネットシリンダ９で駆動される。

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、リフティングマグネット６にはリフティングマグネット角度センサＳ３が取り付けられている。上部旋回体３には、コントローラ３０、表示装置４０、空間認識装置８０、機体傾斜センサＳ４及び旋回角速度センサＳ５が取り付けられている。

ブーム角度センサＳ１は、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度であるブーム角度を検出するように構成されている。ブーム角度センサＳ１は、例えば、ブームフートピン回りのブーム４の回転角度を検出する回転角度センサ、ブームシリンダ７のストローク量（ブームストローク量）を検出するシリンダストロークセンサ、又は、ブーム４の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等であってもよく、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせであってもよい。ブーム４に対するアーム５の回動角度であるアーム角度を検出するアーム角度センサＳ２、及び、アーム５に対するリフティングマグネット６の回動角度であるリフティングマグネット角度を検出するリフティングマグネット角度センサＳ３についても同様である。

機体傾斜センサＳ４は水平面に対する上部旋回体３の傾斜（機体傾斜角度）を検出するように構成されている。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は上部旋回体３の前後軸及び左右軸回りの傾斜角度を検出する加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、互いに直交して作業機械１００の旋回軸上の一点である機械中心点を通る。

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出する。本実施形態では、ジャイロセンサである。レゾルバ、ロータリエンコーダ等であってもよい。

空間認識装置８０は作業機械１００の周囲を撮像するように構成されている。空間認識装置８０は、例えば、単眼カメラ、ステレオカメラ、距離画像カメラ、赤外線カメラ又はＬＩＤＡＲ等である。図１の例では、空間認識装置８０は、上部旋回体３の上面前端に取り付けられたフロントカメラ８０Ｆ、上部旋回体３の上面後端に取り付けられたバックカメラ８０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左カメラ８０Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右カメラ８０Ｒ（図１では不可視。）を含む。

そして、空間認識装置８０は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮像した画像を表示装置４０に出力する。また、空間認識装置８０は、空間認識装置８０又は作業機械１００から認識された物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。撮像した画像を利用するだけでなく、空間認識装置８０としてミリ波レーダ、超音波センサ、又はレーザレーダ等を利用する場合には、多数の信号（レーザ光等）を物体に発信し、その反射信号を受信することで、反射信号から物体の距離及び方向を検出してもよい。

空間認識装置８０は、作業機械１００の周囲に存在する物体を検知するように構成されている。物体は、例えば、ダンプトラックＤＴ、地形形状（傾斜、穴等）、電線、電柱、人、動物、車両、建設機械、建造物、壁、ヘルメット、安全ベスト、作業服、又は、ヘルメットにおける所定のマーク等である。このようにして、空間認識装置８０は、物体の種類、位置、及び形状等の少なくとも１つを識別できるように構成されていてもよい。例えば、空間認識装置８０は、人と人以外の物体とを区別できるように構成されていてもよい。

ブームシリンダ７にはブームロッド圧センサＳ６ａ、ブームボトム圧センサＳ６ｂ、及び、ブームシリンダストロークセンサＳ７が取り付けられていてもよい。アームシリンダ８にはアームロッド圧センサＳ６ｃ、アームボトム圧センサＳ６ｄ、及び、アームシリンダストロークセンサＳ８が取り付けられていてもよい。リフティングマグネットシリンダ９にはリフティングマグネットロッド圧センサＳ６ｅ、リフティングマグネットボトム圧センサＳ６ｆ、及び、リフティングマグネットシリンダストロークセンサＳ９が取り付けられていてもよい。

ブームロッド圧センサＳ６ａはブームシリンダ７のロッド側油室の圧力（以下、「ブームロッド圧」とする。）を検出し、ブームボトム圧センサＳ６ｂはブームシリンダ７のボトム側油室の圧力（以下、「ブームボトム圧」とする。）を検出する。アームロッド圧センサＳ６ｃはアームシリンダ８のロッド側油室の圧力（以下、「アームロッド圧」とする。）を検出し、アームボトム圧センサＳ６ｄはアームシリンダ８のボトム側油室の圧力（以下、「アームボトム圧」とする。）を検出する。リフティングマグネットロッド圧センサＳ６ｅはリフティングマグネットシリンダ９のロッド側油室の圧力（以下、「リフティングマグネットロッド圧」とする。）を検出し、リフティングマグネットボトム圧センサＳ６ｆはリフティングマグネットシリンダ９のボトム側油室の圧力（以下、「リフティングマグネットボトム圧」とする。）を検出する。

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ且つエンジン１１等の動力源が搭載されている。

ここで、作業機械１００は、リフティングマグネット６で吸着した鋼材等の物体をダンプトラックＤＴの荷台の上まで搬送する。そして、リフティングマグネット６の吸着力を解除することにより、物体をダンプトラックＤＴの荷台に積載する。さらに、ダンプトラックＤＴの荷台に積載された物体をリフティングマグネット６で叩く（押し付ける）ことにより、物体を潰して、ダンプトラックＤＴの積載量を増やす動作を行う。

図２は、作業機械１００に搭載される駆動系の構成例を示す図である。図２において、機械的動力伝達系は二重線、作動油ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気制御系は一点鎖線、電気駆動系は太点線でそれぞれ示される。

作業機械１００の駆動系は、主に、エンジン１１、メインポンプ１４、油圧ポンプ１４Ｇ、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、コントローラ３０及びエンジン制御装置７４で構成されている。

エンジン１１は、作業機械１００の動力源であり、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。エンジン１１の出力軸は、オルタネータ１１ａ、メインポンプ１４、油圧ポンプ１４Ｇ及びパイロットポンプ１５の入力軸のそれぞれに接続されている。

メインポンプ１４は、作動油ライン１６を介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１４ａは、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１４ａは、コントローラ３０からの制御信号等に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４の吐出量を制御する。

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。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、作業機械１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、リフティングマグネットシリンダ９、左側走行用油圧モータ１Ｌ、右側走行用油圧モータ１Ｒ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１４が吐出する作動油を選択的に供給する。なお、以下の説明では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、リフティングマグネットシリンダ９、左側走行用油圧モータ１Ｌ、右側走行用油圧モータ１Ｒ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。本実施形態では、操作装置２６は、パイロットポンプ１５からの作動油をコントロールバルブ１７内にある対応する流量制御弁のパイロットポートに供給してパイロット圧を生成する。具体的には、操作装置２６は、旋回操作及びアーム操作のための左操作レバー、ブーム操作及びリフティングマグネット操作のための右操作レバー、走行ペダル、並びに、走行レバー（何れも図示せず。）等を含む。パイロット圧は、操作装置２６の操作内容（例えば操作方向及び操作量を含む。）に応じて変化する。

操作圧センサ２９は、操作装置２６が生成するパイロット圧を検出する。本実施形態では、操作圧センサ２９は、操作装置２６が生成したパイロット圧を検出し、その検出値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、操作圧センサ２９の出力に基づいて操作装置２６のそれぞれの操作内容を把握する。

コントローラ３０は、各種演算を実行する制御装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、揮発性記憶装置及び不揮発性記憶装置等を備えたマイクロコンピュータである。コントローラ３０は、例えば、各種機能に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出して揮発性記憶装置にロードし、それらプログラムのそれぞれに対応する処理をＣＰＵに実行させる。

油圧ポンプ１４Ｇは作動油ライン１６ａを介して作動油を油圧モータ６０に供給する。本実施形態では、油圧ポンプ１４Ｇは固定容量型油圧ポンプであり、切換弁６１を通じて油圧モータ６０に作動油を供給する。

切換弁６１は、油圧ポンプ１４Ｇが吐出する作動油の流れを切り換えるように構成されている。本実施形態では、切換弁６１はコントローラ３０からの制御指令に応じて弁位置が切り換わる電磁弁である。切換弁６１は、油圧ポンプ１４Ｇと油圧モータ６０との間を連通させる第１弁位置と、油圧ポンプ１４Ｇと油圧モータ６０との間を遮断する第２弁位置とを有する。

コントローラ３０は、モード切換スイッチ６２が操作されて作業機械１００の動作モードがリフティングマグネットモードに切り換えられると、切換弁６１に対して制御信号を出力して切換弁６１を第１弁位置に切り換える。また、コントローラ３０は、モード切換スイッチ６２が操作されて作業機械１００の動作モードがリフティングマグネットモード以外に切り換えられると、切換弁６１に対して制御信号を出力して切換弁６１を第２弁位置に切り換える。図２は、切換弁６１が第２弁位置にある状態を示す。

モード切換スイッチ６２は、作業機械１００の動作モードを切り換えるスイッチである。本実施形態では、キャビン１０内に設置されるロッカスイッチである。操作者はモード切換スイッチ６２を操作してショベルモードとリフティングマグネットモードとを二者択一的に切り換える。ショベルモードは作業機械１００を掘削機（ショベル）として作動させるときの動作モードであり、例えばリフティングマグネット６の代わりにバケットがアーム５の先端に取り付けられているときに選択される。リフティングマグネットモードは作業機械１００をリフティングマグネット付き作業機械として作動させるときのモードであり、リフティングマグネット６がアーム５の先端に取り付けられているときに選択される。なお、コントローラ３０は各種センサの出力に基づいて作業機械１００の動作モードを自動的に切り換えてもよい。

リフティングマグネットモードが選択された場合、切換弁６１は第１弁位置に設定され、油圧ポンプ１４Ｇが吐出する作動油を油圧モータ６０に流入させる。一方、リフティングマグネットモード以外の動作モードが選択された場合、切換弁６１は第２弁位置に設定され、油圧ポンプ１４Ｇが吐出する作動油を油圧モータ６０に流入させることなく作動油タンクに流出させる。

油圧モータ６０の回転軸は発電機６３の回転軸に機械的に連結されている。発電機６３は、リフティングマグネット６を励磁するための電力を生成する。本実施形態では、発電機６３は電力制御装置６４からの制御指令に応じて動作する交流発電機である。

電力制御装置６４はリフティングマグネット６を励磁するための電力の供給・遮断を制御する。本実施形態では、電力制御装置６４は、コントローラ３０からの発電開始指令・発電停止指令に応じて発電機６３による交流電力の発電の開始・停止を制御する。また、電力制御装置６４は発電機６３が発電した交流電力を直流電力に変換してリフティングマグネット６に供給する。また、電力制御装置６４はリフティングマグネット６に印加される電圧の大きさ、及び、リフティングマグネット６を流れる電流の大きさを制御できる。

コントローラ３０は、リフティングマグネットスイッチ６５がオン操作されてオン状態になると電力制御装置６４に対して吸着指令を出力する。吸着指令を受けた電力制御装置６４は、発電機６３が発電した交流電力を直流電力に変換してリフティングマグネット６に供給し、リフティングマグネット６を励磁する。励磁されたリフティングマグネット６は物体（磁性体）を吸着可能な吸着状態となる。

また、コントローラ３０は、リフティングマグネットスイッチ６５がオフ操作されてオフ状態になると電力制御装置６４に対して釈放指令を出力する。釈放指令を受けた電力制御装置６４は、発電機６３による発電を中止させ、吸着状態にあるリフティングマグネット６を非吸着状態（釈放状態）にする。リフティングマグネット６の釈放状態は、リフティングマグネット６への電力供給が中止されてリフティングマグネット６が発生させていた電磁力が消失した状態を意味する。

リフティングマグネットスイッチ６５は、リフティングマグネット６の吸着・釈放を切り換えるスイッチである。本実施形態では、リフティングマグネットスイッチ６５は、左操作レバー２６Ｌの頂部に設けられる押しボタンスイッチとしての弱励磁ボタン６５Ａ及び強励磁ボタン６５Ｂと、右操作レバー２６Ｒの頂部に設けられる押しボタンスイッチとしての釈放ボタン６５Ｃとを含む。

弱励磁ボタン６５Ａは、リフティングマグネット６に所定の電圧を印加してリフティングマグネット６を吸着状態（弱吸着状態）にするための入力装置の一例である。所定の電圧は、例えば、磁力調節ダイヤル６６を通じて設定される電圧である。

強励磁ボタン６５Ｂは、リフティングマグネット６に許容最大電圧を印加してリフティングマグネット６を吸着状態（強吸着状態）にするための入力装置の一例である。

釈放ボタン６５Ｃは、リフティングマグネット６を釈放状態にするための入力装置の一例である。

磁力調節ダイヤル６６は、リフティングマグネット６の磁力（吸着力）を調節するためのダイヤルである。本実施形態では、磁力調節ダイヤル６６はキャビン１０内に設置され、弱励磁ボタン６５Ａが押されたときのリフティングマグネット６の磁力（吸着力）を４段階で切り換えできるように構成されている。具体的には、磁力調節ダイヤル６６は、第１レベルから第４レベルの４段階でリフティングマグネット６の磁力（吸着力）を切り換えできるように構成されている。図２は、磁力調節ダイヤル６６で第３レベルが選択された状態を示す。

リフティングマグネット６は、磁力調節ダイヤル６６で設定されたレベルの磁力（吸着力）を発生させるように制御される。磁力調節ダイヤル６６は、磁力（吸着力）のレベルを示すデータをコントローラ３０に対して出力する。

この構成により、操作者は、左手で左操作レバー２６Ｌを操作し且つ右手で右操作レバー２６Ｒを操作して作業アタッチメントを動作させながら、指でリフティングマグネット６による物体（磁性体）の吸着及び釈放を実行できる。典型的には、操作者は、物体（例えば鉄屑等）にリフティングマグネット６を接触させた状態で弱励磁ボタン６５Ａを押して鉄屑をリフティングマグネット６に吸着させる。その後、操作者は、ブーム４を緩やかに上昇させ、鉄屑を吸着したリフティングマグネット６を持ち上げた後で、強励磁ボタン６５Ｂを押してリフティングマグネット６の磁力（吸着力）を増大させる。アタッチメント操作（ブーム操作、アーム操作及びバケット操作の少なくとも１つを含む操作）又は旋回操作による鉄屑の運搬中において、鉄屑がリフティングマグネット６から落ちるのを防止するためである。

また、操作者は、磁力調節ダイヤル６６でリフティングマグネット６の磁力（吸着力）を調節することで、物体の仕分けを行うことができる。操作者は、例えば、比較的弱いレベルの磁力（吸着力）を用いてスクラップの山から比較的軽い物体を選択的に持ち上げて移動させることで、比較的軽い物体と比較的重い物体とを仕分けることができる。操作者は、比較的弱いレベルの磁力（吸着力）を用いることで、比較的重い物体を持ち上げてしまうのを防止できるためである。

作業機械１００は、弱励磁ボタン６５Ａ又は強励磁ボタン６５Ｂが押されたときに、動作モードを自動的に速度制限モードに切り換えるように構成されていてもよい。速度制限モードは、例えば、リフティングマグネットモードにおいて、旋回速度及びアタッチメントの駆動速度が制限される動作モードである。

また、作業機械１００は、弱励磁ボタン６５Ａが押された後で、所定の操作が行われた場合、或いは、所定の状態になった場合、リフティングマグネット６の状態を、強励磁ボタン６５Ｂが押されたときの状態である強吸着状態に自動的に移行させてもよい。所定の操作は、例えば、旋回操作である。所定の状態は、例えば、アタッチメントが所定の姿勢になった状態、具体的には、ブーム角度が所定角度になった状態である。この場合、作業機械１００は、例えば、弱励磁ボタン６５Ａが押されて弱吸着状態となっているリフティングマグネット６がブーム上げ操作に応じて持ち上げられた後で旋回操作が行われたときに、強励磁ボタン６５Ｂが押されなくとも、リフティングマグネット６の状態を強吸着状態に自動的に移行させることができる。

表示装置４０は、各種情報を表示する装置である。本実施形態では、表示装置４０は、運転席が設けられたキャビン１０の右前部のピラー（図示せず。）に固定されている。また、図２に示すように、表示装置４０は、作業機械１００に関する情報を画像表示部４１に表示して操作者に情報を提供できる。また、表示装置４０は、入力装置としてのスイッチパネル４２を含む。操作者はスイッチパネル４２を利用して各種指令をコントローラ３０に対して入力できる。

スイッチパネル４２は、各種スイッチを含むパネルである。本実施形態では、スイッチパネル４２は、ハードウェアボタンとしてのライトスイッチ４２ａ、ワイパースイッチ４２ｂ、及びウインドウォッシャスイッチ４２ｃを含む。ライトスイッチ４２ａは、キャビン１０の外部に取り付けられるライトの点灯・消灯を切り換えるためのスイッチである。ワイパースイッチ４２ｂは、ワイパーの作動・停止を切り換えるためのスイッチである。ウインドウォッシャスイッチ４２ｃは、ウインドウォッシャ液を噴射するためのスイッチである。

表示装置４０は、蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。蓄電池７０はオルタネータ１１ａで発電した電力で充電される。蓄電池７０の電力は、コントローラ３０及び表示装置４０以外の電装品７２等にも供給される。エンジン１１のスタータ１１ｂは蓄電池７０からの電力で駆動されてエンジン１１を始動する。

エンジン制御装置７４は、エンジン１１を制御する。本実施形態では、エンジン制御装置７４は、エンジン１１の状態を示す各種データを収集し、収集したデータをコントローラ３０に送信する。エンジン制御装置７４とコントローラ３０とは別体として構成されているが一体的に構成されていてもよい。例えば、エンジン制御装置７４は、コントローラ３０に統合されてもよい。

エンジン回転数調節ダイヤル７５は、エンジン回転数を調節するためのダイヤルである。本実施形態では、エンジン回転数調節ダイヤル７５はキャビン１０内に設置され、エンジン回転数を４段階で切り換えできるように構成されている。具体的には、エンジン回転数調節ダイヤル７５は、ＳＰモード、Ｈモード、Ａモード及びアイドリングモードの４段階でエンジン回転数を切り換えできるように構成されている。図２は、エンジン回転数調節ダイヤル７５でＨモードが選択された状態を示す。

ＳＰモードは、作業量を優先させたい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数を利用する。Ｈモードは、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、二番目に高いエンジン回転数を利用する。Ａモードは、燃費を優先させながら低騒音で作業機械を稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、三番目に高いエンジン回転数を利用する。アイドリングモードは、エンジンをアイドリング状態で動作させたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数（アイドリング回転数）を利用する。

エンジン１１は、エンジン回転数調節ダイヤル７５で設定された回転数モードに対応するエンジン回転数が維持されるように制御される。エンジン回転数調節ダイヤル７５は、エンジン回転数の設定状態を示すデータをコントローラ３０に対して出力する。

また、コントローラ３０は、目標重量設定部３１と、重量算出部３２と、吸着力制御部３３と、最大積載量設定部３４と、累積重量算出部３５と、残重量算出部３６と、反力算出部３７と、を有している。

目標重量設定部３１は、リフティングマグネット６で吸着する物体の目標重量を取得する。なお、目標重量は、オペレータにより入力されてもよく、後述する残重量算出部３６の残重量に基づいて設定してもよく、予め設定されていてもよい。

重量算出部３２は、リフティングマグネット６に吸着された物体の重量（現重量）を算出する。現重量は、例えば、ブーム４の根元回りのトルクの釣り合いで算出される。具体的には、リフティングマグネット６に吸着された物体によってブームシリンダ７の推力が増加し、ブームシリンダ７の推力から算出されるブーム４の根元回りのトルクも増加する。トルクの増加分と、物体の重量及び物体の重心から計算されるトルクとが、一致する。このように、重量算出部３２は、ブームシリンダ７の推力（ブームロッド圧センサＳ６ａ、ブームボトム圧センサＳ６ｂの測定値）及び物体の重心に基づいて、物体の重量を算出することができる。なお、物体の重心は、例えば、実験的に予め求めてコントローラ３０に記憶させておく。なお、物体の重量の算出方法は、これに限られるものではなく、種々の方法が適用できる。

吸着力制御部３３は、リフティングマグネット６に供給される電流の電流指令値を制御して、リフティングマグネット６の吸着力を制御する。

最大積載量設定部３４は、物体を積み込むダンプトラックＤＴの最大積載量を設定する。なお、最大積載量は、例えば、オペレータにより入力されてもよく、例えば、空間認識装置８０で撮像されたダンプトラックＤＴ画像に基づいてダンプトラックＤＴの車種（サイズ等）を判定し、判定された車種（サイズ等）に基づいて最大積載量を設定してもよい。

累積重量算出部３５は、ダンプトラックＤＴの荷台に積み込まれた物体の累積重量を算出する。

残重量算出部３６は、最大積載量と累積重量との差である残重量を算出する。

反力算出部３７は、リフティングマグネット６を物体に押し付けた際の反力を算出する。

以下、本実施形態に係る作業機械１００の動作の一例に沿って説明する。

まず、コントローラ３０の目標重量設定部３１は、リフティングマグネット６で吸着する物体の目標重量を設定する。また、最大積載量設定部３４は、物体を積み込むダンプトラックＤＴの最大積載量を設定する。

次に、オペレータは、操作装置２６を操作して、リフティングマグネット６を吸着対象の物体の上に移動させる。

次に、オペレータは、弱励磁ボタン６５Ａを操作して、リフティングマグネット６に磁力（吸着力）を発生させる。これにより、物体がリフティングマグネット６に吸着される。この際、コントローラ３０の吸着力制御部３３は、電流指令値として第１電流指令値を指令する。なお、第１電流指令値は、リフティングマグネット６に吸着される物体が目標重量以上となるような十分な電流値が設定される。電力制御装置６４は、電流指令値に基づいて、リフティングマグネット６へ供給される電流を制御する。

次に、オペレータは、操作装置２６を操作して、リフティングマグネット６を所定の高さまで上昇させる。これにより、リフティングマグネット６に吸着された物体が、リフティングマグネット６とともに持ち上げられる。また、コントローラ３０が後述する補償制御を開始するトリガとなる。なお、リフティングマグネット６が所定の高さまで上昇したか否かは、リフティングマグネット６の位置で判断してもよく、アタッチメントの姿勢、アタッチメントの各連結ピンの位置、リフティングマグネット６の上昇を開始してからの経過時間、吸着スイッチの操作状態等に基づいて判断してもよい。

次に、コントローラ３０の重量算出部３２は、リフティングマグネット６に吸着された（吊られた）物体の重量（現重量）を算出する。

次に、コントローラ３０の吸着力制御部３３は、現重量が目標重量より重い場合、リフティングマグネット６へ供給される電流の補償制御を行う。例えば、吸着力制御部３３は、電流指令値を減少させるように調整する。これにより、リフティングマグネット６の磁力（吸着力）が低下し、リフティングマグネット６に吸着された物体の一部が落下する。即ち、リフティングマグネット６に吸着された物体の重量が低下する。

以下、コントローラ３０は、補償制御において、リフティングマグネット６に吸着された物体の重量（現重量）の算出と、電流指令値の調整（減少）を繰り返し、現重量が目標重量となるまで繰り返す。なお、現重量が目標重量となった際の電流指令値を第２電流指令値とする。

次に、コントローラ３０の吸着力制御部３３は、電流指令値を第３電流指令値とする。第３電流指令値は、第２電流指令値よりも大きな電流指令値である。これにより、目標重量となった物体がリフティングマグネット６から脱落することを抑制する。

次に、コントローラ３０は、現重量が目標重量となると、オペレータに報知する。なお、報知方法は、例えば、表示装置４０に表示するものであってもよく、音声によるものであってもよい。

次に、報知されたオペレータは、強励磁ボタン６５Ｂを操作して、リフティングマグネット６を吸着状態（強吸着状態）とする。次に、オペレータは、操作装置２６を操作して、上部旋回体３、作業アタッチメント（ブーム４、アーム５）を動かし、リフティングマグネット６をダンプトラックＤＴの荷台の上まで移動させる。次に、オペレータは、釈放ボタン６５Ｃを操作して、釈放ボタン６５Ｃは、リフティングマグネット６を釈放状態とする。これにより、目標重量の物体がダンプトラックＤＴの荷台に積み込まれる。

なお、累積重量算出部３５は、前回までの累積重量に今回の目標重量を加算して、累積重量を更新する。残重量算出部３６は、更新された累積重量に基づいて、残重量を算出する。

これらの動作を繰り返すことにより、ダンプトラックＤＴの荷台に所望の累積重量の物体を積み込むことができる。

なお、コントローラ３０は、リフティングマグネット６を所定の高さまで上昇させた後、現重量が目標重量となるまでの間（現重量の算出と電流調整を繰り返す間）、上部旋回体３の旋回を禁止または所定の角度範囲内に制限してもよい。これにより、現住量が目標重量となるように調整する際に落下する物体が周囲に散乱することを抑制することができる。

なお、ダンプトラックＤＴへの積み込みの場合を例に説明したが、これに限られるものではなく、積み降ろしの時も同様に所望の目標重量の物体をダンプトラックＤＴから積み下ろすことができる。

図３を用いて更に説明する。図３は、作業機械１００のアタッチメントにおける押し付け検知に関するパラメータを説明する模式図である。なお、以下の説明において、後述するピンＰ１とバケット重心Ｇ３が水平線Ｌ１上に配置されているものとして説明する。

ここで、上部旋回体３とブーム４を連結するピンをＰ１とする。上部旋回体３とブームシリンダ７を連結するピンをＰ２とする。ブーム４とブームシリンダ７を連結するピンをＰ３とする。ブーム４とアームシリンダ８を連結するピンをＰ４とする。アーム５とアームシリンダ８を連結するピンをＰ５とする。ブーム４とアーム５を連結するピンをＰ６とする。アーム５とリフティングマグネット６を連結するピンをＰ７とする。また、ブーム４の重心をＧ１とする。アーム５の重心をＧ２とする。リフティングマグネット６の重心をＧ３とする。また、ピンＰ１とブーム４の重心Ｇ１との距離をＤ１とする。ピンＰ１とアーム５の重心Ｇ２との距離をＤ２とする。ピンＰ１とリフティングマグネット６の重心Ｇ３との距離をＤ３とする。ピンＰ２とピンＰ３を結ぶ直線と、ピンＰ１との距離をＤｃとする。また、ブームシリンダ７のシリンダ圧の検出値をＦｂとする。また、ブーム重量のうち、ピンＰ１とブーム重心Ｇ１を結ぶ直線に対して垂直方向の垂直成分をＷ１ａとする。アーム重量のうち、ピンＰ１とアーム重心Ｇ２を結ぶ直線に対して垂直方向の垂直成分をＷ２ａとする。リフティングマグネット６の重量をＷ３とする。リフティングマグネット６を物体に押し付けた際の反力をＷｒとする。ピンＰ１と反力Ｗｒの力点との距離をＤｒとする。

ピンＰ１回りの各モーメントとブームシリンダ７との釣り合いの式は、以下の式（１）で表すことができる。

−ＷｒＤｒ＋Ｗ１ａＤ１＋Ｗ２ａＤ２＋Ｗ３Ｄ３＝ＦｂＤｃ ・・・（１）

式（１）を反力Ｗｒについて展開すると、以下の式（２）で表すことができる。

Ｗｒ＝−（ＦｂＤｃ−（Ｗ１ａＤ１＋Ｗ２ａＤ２＋Ｗ３Ｄ３））／Ｄｒ ・・・（２）

ここで、ブームシリンダ７のシリンダ圧の検出値Ｆｂは、ブームロッド圧センサＳ６ａ、ブームボトム圧センサＳ６ｂにより算出される。距離Ｄｃ、垂直成分の重量Ｗ１ａは、ブーム角度センサＳ１により算出される。垂直成分の重量Ｗ２ａ、距離Ｄ２は、ブーム角度センサＳ１及びアーム角度センサＳ２により算出される。距離Ｄ１、重量Ｗ３は既知の値である。また、距離Ｄ３は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、リフティングマグネット角度センサＳ３により算出される。また、リフティングマグネット６における反力Ｗｒの力点の位置は、予め設定されている。このため、距離Ｄｒは、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、リフティングマグネット角度センサＳ３により算出される。

よって、リフティングマグネット６を物体に押し付けた際の反力（押し付け力）は、ブームシリンダ７のシリンダ圧の検出値（ブームロッド圧センサＳ６ａ、ブームボトム圧センサＳ６ｂの検出値）、ブーム角度（ブーム角度センサＳ１の検出値）、アーム角度（アーム角度センサＳ２の検出値）リフティングマグネット角度（リフティングマグネット角度センサＳ３の検出値）に基づいて算出することができる。

これにより、反力算出部３７は、リフティングマグネット６を物体に押し付けた際の反力を算出することができる。

また、重量算出部３２は、ブームシリンダ７のシリンダ圧の検出値（ブームロッド圧センサＳ６ａ、ブームボトム圧センサＳ６ｂの検出値）、ブーム角度（ブーム角度センサＳ１の検出値）、アーム角度（アーム角度センサＳ２の検出値）リフティングマグネット角度（リフティングマグネット角度センサＳ３の検出値）に基づいて、リフティングマグネット６によってつりさげられている物体の重量を算出することができる。

図４は、作業機械１００のアタッチメントにおける物体の重量の算出に関するパラメータを説明する模式図である。即ち、ピンＰ１回りの各モーメントとブームシリンダ７との釣り合いの式は、以下の式（３）で表すことができる。なお、リフティングマグネット６に吊り下げられた物体の重量をＷｓとする。ピンＰ１とリフティングマグネット６に吊り下げられた物体の重心Ｇｓとの距離をＤｓとする。

ＷｓＤｓ＋Ｗ１ａＤ１＋Ｗ２ａＤ２＋Ｗ３Ｄ３＝ＦｂＤｃ ・・・（３）

式（３）を土砂重量Ｗｓについて展開すると、以下の式（４）で表すことができる。

Ｗｓ＝（ＦｂＤｃ−（Ｗ１ａＤ１＋Ｗ２ａＤ２＋Ｗ３Ｄ３））／Ｄｓ ・・・（４）

これにより、重量算出部３２は、リフティングマグネット６に吊り下げられた物体の重量を算出することができる。

次に、図５を参照し、表示装置４０に表示されるメイン画面４１Ｖの構成例について説明する。図５のメイン画面４１Ｖは、例えば、動作モードがリフティングマグネットモードのときに画像表示部４１に表示される。

メイン画面４１Ｖは、日時表示領域４１ａ、走行モード表示領域４１ｂ、アタッチメント表示領域４１ｃ、燃費表示領域４１ｄ、エンジン制御状態表示領域４１ｅ、エンジン稼働時間表示領域４１ｆ、冷却水温表示領域４１ｇ、燃料残量表示領域４１ｈ、回転数モード表示領域４１ｉ、尿素水残量表示領域４１ｊ、作動油温表示領域４１ｋ、カメラ画像表示領域４１ｍ、現重量表示領域４１ｐ、累積重量表示領域４１ｑ、リセットボタン４１ｒ、残重量表示領域４１ｓ及び目標重量表示領域４１ｔを含む。

走行モード表示領域４１ｂ、アタッチメント表示領域４１ｃ、エンジン制御状態表示領域４１ｅ及び回転数モード表示領域４１ｉは、作業機械１００の設定状態に関する情報である設定状態情報を表示する領域である。燃費表示領域４１ｄ、エンジン稼働時間表示領域４１ｆ、冷却水温表示領域４１ｇ、燃料残量表示領域４１ｈ、尿素水残量表示領域４１ｊ、作動油温表示領域４１ｋ、現重量表示領域４１ｐ及び累積重量表示領域４１ｑは、作業機械１００の稼動状態に関する情報である稼動状態情報を表示する領域である。

具体的には、日時表示領域４１ａは、現在の日時を表示する領域である。走行モード表示領域４１ｂは、現在の走行モードを表示する領域である。アタッチメント表示領域４１ｃは、現在装着されているエンドアタッチメントを表す画像を表示する領域である。図５は、リフティングマグネット６を表す画像が表示された状態を示している。

燃費表示領域４１ｄは、コントローラ３０によって算出された燃費情報を表示する領域である。燃費表示領域４１ｄは、生涯平均燃費又は区間平均燃費を表示する平均燃費表示領域４１ｄ１、瞬間燃費を表示する瞬間燃費表示領域４１ｄ２を含む。

エンジン制御状態表示領域４１ｅは、エンジン１１の制御状態を表示する領域である。エンジン稼働時間表示領域４１ｆは、エンジン１１の累積稼働時間を表示する領域である。冷却水温表示領域４１ｇは、現在のエンジン冷却水の温度状態を表示する領域である。燃料残量表示領域４１ｈは、燃料タンクに貯蔵されている燃料の残量状態を表示する領域である。回転数モード表示領域４１ｉは、エンジン回転数調節ダイヤル７５によって設定された現在の回転数モードを表示する領域である。尿素水残量表示領域４１ｊは、尿素水タンクに貯蔵されている尿素水の残量状態を表示する領域である。作動油温表示領域４１ｋは、作動油タンク内の作動油の温度状態を表示する領域である。

カメラ画像表示領域４１ｍは、空間認識装置８０が撮像した画像を表示する領域である。図５の例では、カメラ画像表示領域４１ｍは、バックカメラ８０Ｂが撮像したバックカメラ画像を表示している。バックカメラ画像は、作業機械１００の後方の空間を映し出す後方画像であり、カウンタウェイトの画像３ａを含む。

現重量表示領域４１ｐは、リフティングマグネット６が現に持ち上げている物体の重量（現重量）を表示する領域である。図５は、現重量が５５０ｋｇであることを示している。

コントローラ３０は、例えば、作業アタッチメントの姿勢とブームボトム圧と予め登録されている作業アタッチメントの仕様（重量及び重心位置等）とに基づいて現重量を算出する。具体的には、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、リフティングマグネット角度センサＳ３及びブームボトム圧センサＳ６ｂ等の情報取得装置の出力に基づいて現重量を算出する。

累積重量表示領域４１ｑは、所定の期間においてリフティングマグネット６が持ち上げた物体の重量の積算値（以下、「累積重量」とする。）を表示する領域である。図５は、累積重量が９５００ｋｇであることを示している。

所定の期間は、例えば、リセットボタン４１ｒが押されたときに始まる期間である。操作者は、例えば、ダンプトラックＤＴの荷台に鉄屑を積み込む作業を行う場合、積み込み対象のダンプトラックＤＴが入れ替わる度にリセットボタン４１ｒを押して累積重量をリセットする。各ダンプトラックＤＴに積み込んだ鉄屑の総重量を容易に把握できるようにするためである。

この構成により、作業機械１００は、ダンプトラックＤＴの最大積載重量を超えて、ダンプトラックＤＴの荷台に鉄屑が積み込まれてしまうのを防止できる。最大積載重量を超えて鉄屑が積み込まれていることが台貫での重量測定によって検知されると、ダンプトラックＤＴの運転者は、積み込みヤードに戻り、荷台に積み込まれた鉄屑の一部を下ろす作業を行う必要がある。作業機械１００は、このような積載重量の調整作業の発生を防止できる。

所定の期間は、例えば、１日の作業を開始する時刻から１日の作業を終了する時刻までの期間であってもよい。１日の作業によって運搬された鉄屑の総重量を操作者又は管理者が容易に認識できるようにするためである。

リセットボタン４１ｒは、累積重量をリセットするためのソフトウェアボタンである。リセットボタン４１ｒは、スイッチパネル４２、左操作レバー２６Ｌ又は右操作レバー２６Ｒ等に配置されるハードウェアボタンであってもよい。

コントローラ３０は、ダンプトラックＤＴの入れ替わりを自動的に認識して累積重量を自動的にリセットするように構成されていてもよい。この場合、コントローラ３０は、空間認識装置８０が撮像した画像を利用してダンプトラックＤＴの入れ替わりを認識してもよく、通信装置を利用してダンプトラックＤＴの入れ替わりを認識してもよい。

また、コントローラ３０は、空間認識装置８０が撮像した画像に基づき、リフティングマグネット６で持ち上げた鉄屑がダンプトラックＤＴの荷台に積み込まれたことを認識した上で、現重量を積算するように構成されていてもよい。ダンプトラックＤＴの荷台以外の場所に移された鉄屑がダンプトラックＤＴに積み込まれた鉄屑として積算されてしまうのを防止するためである。

コントローラ３０は、作業アタッチメントの姿勢に基づき、リフティングマグネット６で持ち上げた鉄屑がダンプトラックＤＴの荷台に積み込まれたか否かを判定してもよい。具体的には、コントローラ３０は、例えば、リフティングマグネット６の高さが所定値（例えば、ダンプトラックＤＴの荷台の高さ）を超え且つ釈放ボタン６５Ｃが押された場合に、鉄屑がダンプトラックＤＴの荷台に積み込まれたと判定してもよい。

コントローラ３０は、現重量が所定値を超えていると判定した場合に警報を出力するように構成されていてもよい。所定値は、例えば、定格持ち上げ重量に基づく値である。警報は、視覚的警報、聴覚的警報又は触覚的警報であってもよい。この構成により、コントローラ３０は、現重量が所定値を超えていること或いはそのおそれがあることを操作者に伝えることができる。

鉄屑等の比較的小さいスクラップを持ち上げ対象とする場合、リフティングマグネット６に吸着するスクラップの体積には限りがあるため、作業機械１００は、現重量を過度に大きくしてしまうことはない。しかし、鉄板又は鉄塊等の比較的大きい物体を持ち上げ対象とする場合、作業機械１００は、作業機械１００の安定度ＳＶが所定値（例えば１．０）を下回るほどの過度に重い物体を持ち上げてしまう場合がある。なお、作業機械１００の安定度ＳＶは、ＳＶ＝（Ｗ２０×Ｌ２０）／（Ｗ１０×Ｌ１０）で表される。Ｗ１０は、（持ち上げられた物体の重量を含む）作業アタッチメントの重量であり、Ｌ１０は、転倒支点から作業アタッチメントの重心までの水平距離である。また、Ｗ２０は、（作業アタッチメントの重量を除く）作業機械１００の機体の重量であり、Ｌ２０は、転倒支点から機体の重心までの水平距離である。

過度に重い物体を持ち上げてしまった場合、コントローラ３０は、ブザーを鳴らし、且つ、現重量が所定値を超えたことを表す画像を表示装置４０に表示させることができる。そのため、操作者が気付かないまま、過度に重い物体が持ち上げられた状態が継続してしまうのを防止できる。その結果、作業機械１００による作業の安全性を高めることができる。

残重量表示領域４１ｓは、残重量を表示する領域である。図５は、累積重量が９５００ｋｇで、且つ、残重量が５００ｋｇであることを示している。すなわち、最大積載量が１００００ｋｇであることを示している。但し、表示装置４０は、残重量を表示させずに最大積載量を表示させてもよいし、残重量とは別に最大積載量を表示させてもよい。

目標重量表示領域４１ｔは、リフティングマグネット６で吸着する物体の目標重量を表示する領域である。なお、目標重量は、残重量を超えない値で設定される。

図５に示す例では、残重量が５００ｋｇであることから、目標重量は５００ｋｇと設定されている。これに対し、現重量は、５５０ｋｇである。このため、コントローラ３０は、現重量が５００ｋｇ（目標重量）となるまでリフティングマグネット６の電流を減少させる制御を行う。これにより、ダンプトラックＤＴの過積載を防止することができる。

以上、本実施形態に係る作業機械１００によれば、リフティングマグネット６によって物体を押し付けた際の反力Ｗｒを検出することができる。これにより、アタッチメントに掛る負荷を検出することができる。

なお、重量算出部３２と反力算出部３７は、個別に設けられているものとして説明したが、これに限られるものではない。重量算出部３２と反力算出部３７は、一体として設けられていてもよい。即ち、重量算出部３２において、算出した重量Ｗｓが負の値となる場合、リフティングマグネット６によって物体を押し付けた状態と判定することができる。また、重量算出部３２で算出した負の値の重量Ｗｓから、反力Ｗｒを求めることができる。

また、メッセージ表示領域４１ｍ１には、メッセージが表示される。コントローラ３０は、リフティングマグネット６による押し付けを検知した際、メッセージ表示領域４１ｍ１にその旨のメッセージ、例えば「押付け過ぎ検知」等を表示させる。これにより、オペレータはリフティングマグネット６による押し付け過ぎを認識することができるので、オペレータに押し付けの抑制を促すことができる。これにより、作業機械１００の寿命の低下を抑制し、故障の発生を抑制することができる。

また、押し付け過ぎを検知した際には、そのログを記録してもよい。これにより、メンテナンス周期の設定や、故障発生時の原因推定に役立てることができる。また、押し付け過ぎを検知した際には、空間認識装置８０（フロントカメラ８０Ｆ）で撮像した画像を保存するようにしてもよい。これにより、リフティングマグネット６で物体を押し付けた際の状態を記録することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。

本実施形態に係る作業機械１００は、エンドアタッチメントとしてリフティングマグネット６を備える作業機械として説明したが、これに限られるものではない。例えば、エンドアタッチメントとしてバケットを備えるショベルにおいて、バケットを路面や盛り土に押し付ける転圧動作の際に適用してもよい。これにより、ショベルの転圧動作時における過負荷を検出することができる。

１００ 作業機械
１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム（アタッチメント）
５ アーム（アタッチメント）
６ リフティングマグネット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ リフティングマグネットシリンダ
３０ コントローラ
３１ 目標重量設定部
３２ 重量算出部
３３ 吸着力制御部
３４ 最大積載量設定部
３５ 累積重量算出部
３６ 残重量算出部
３７ 反力算出部（負荷検出部）
１００ 作業機械
Ｓ１ ブーム角度センサ（姿勢センサ）
Ｓ２ アーム角度センサ（姿勢センサ）
Ｓ３ リフティングマグネット角度センサ（姿勢センサ）
Ｓ４ 機体傾斜センサ（姿勢センサ）
Ｓ５ 旋回角速度センサ（姿勢センサ）
Ｓ６ａ ブームロッド圧センサ（シリンダ圧センサ）
Ｓ６ｂ ブームボトム圧センサ（シリンダ圧センサ）
Ｓ７ ブームシリンダストロークセンサ（姿勢センサ）
Ｓ８ アームシリンダストロークセンサ（姿勢センサ）
Ｓ９ リフティングマグネットシリンダストロークセンサ（姿勢センサ）

Claims (5)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回機構を介して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リフティングマグネットと、
   制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記リフティングマグネットを押し付ける方向の負荷を検出する負荷検出部を有する、作業機械。
2. 前記制御装置は、
   前記リフティングマグネットによって吸着された物体の重量を算出する重量算出部を有する、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 前記負荷検出部は、
   前記アタッチメントを駆動するシリンダのシリンダ圧センサと、
   前記アタッチメントの姿勢を検知する姿勢センサと、に基づいて、前記押し付ける方向の負荷を算出する、
   請求項１または請求項２に記載の作業機械。
4. 前記負荷が閾値を超えると報知する報知部を有する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の作業機械。
5. 空間認識装置を備え、
   前記空間認識装置は、前記負荷が閾値を超えたときの作業状態を記録する、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の作業機械。

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