JP2021152275A

JP2021152275A - Working machine

Info

Publication number: JP2021152275A
Application number: JP2020052802A
Authority: JP
Inventors: 勝道伊東; Masamichi Ito; 晃司塩飽; Koji Shiwaku
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: JP7195289B2

Abstract

To provide a working machine allowing information of parameter on its driven members when exchanging the driven members configuring the working machine.SOLUTION: A bucket 10 will be rotated by a cylinder 13 around a pin 10a as a center when exchanging the buckets 10 of a working device 3. Formula (Tc=Fw×Lw) shall be established between a moment Tc created with thrust Fb of the cylinder 13, force Fw of dead weight of the bucket 10 to a position of the center of gravity, and a moment arm length Lw by the Fw, and Formula (LW=L cog*cos(θ cog+γ)) shall be established between a distance Lcog from an original point O to the position of the center of gravity, an angle θ cog between a line from the original point O to a tip of a bucket nail and a line from the original point to the position of the center of gravity, and a bucket rotation angle γ. L cog and θ cog are obtained through previously inputting Fw, sequentially measuring γ by sequentially calculating Lw while rotation of the bucket 10, and determining a position of the center of gravity of the bucket 10 by determining γ where Lw becomes the maximum.SELECTED DRAWING: Figure 12

Description

本発明は、作業装置を備えた作業機械に関する。 The present invention relates to a work machine provided with a work device.

この種の作業機械、例えば油圧ショベルは、クローラにより走行可能な下部走行体上に旋回可能に上部旋回体を設け、上部旋回体の前部に多関節型の作業装置を設けてなる。作業装置は上部旋回体から片持ち梁的に前方に張り出した状態で作業内容に応じて姿勢変化するため、それに伴って車両の重心も絶えず変化する。無理な操作を行うと作業機械のバランスが崩れて転倒する可能性があることから、作業中のオペレータは常に車体の安定性に気を配り、転倒の可能性が生じた場合には即座に安定方向への操作を行う必要がある。 This type of work machine, for example, a hydraulic excavator, is provided with an upper swing body that can be swiveled on a lower traveling body that can be traveled by a crawler, and an articulated work device is provided at the front portion of the upper swivel body. Since the work device changes its posture according to the work content in a state where it projects forward like a cantilever from the upper swing body, the center of gravity of the vehicle also changes constantly. If an unreasonable operation is performed, the work machine may become unbalanced and fall, so the operator during work always pays attention to the stability of the vehicle body and immediately stabilizes when there is a possibility of falling. It is necessary to operate in the direction.

このような作業中のオペレータの負担を軽減するために、例えば特許文献１に記載の油圧ショベルは、ＺＭＰ（Zero Moment Point）を用いた車体の安定性評価に基づきオペレータへの報知を行っている。ＺＭＰは車体の動力学的な重心位置であり、油圧ショベルの接地点から求めた支持多角形の周縁の警告領域内にＺＭＰが含まれるときに、転倒の可能性ありとして転倒警告を発している。 In order to reduce the burden on the operator during such work, for example, the hydraulic excavator described in Patent Document 1 notifies the operator based on the stability evaluation of the vehicle body using ZMP (Zero Moment Point). .. ZMP is the position of the dynamic center of gravity of the vehicle body, and when ZMP is included in the warning area on the periphery of the support polygon obtained from the grounding point of the hydraulic excavator, it issues a fall warning as a possibility of falling. ..

一方、特許文献２には、メインブームの先端に俯仰動可能にジブを連結し、ジブの先端に俯仰動可能にアームを連結し、アームの先端に作業内容に応じて複数種類の作業具を任意に連結可能とした解体作業機が開示されている。作業具の重量や重心位置に応じて車体の安定性、ひいては許容できるジブの俯仰角度が相違することを鑑みて、作業具のパラメータとして重量及び重心位置を入力装置に入力して俯仰角度の上限角度を求め、作業中に俯仰角度が上限角度を超えたときには、ジブの俯仰動を制限することで車体の安定性を確保している。 On the other hand, in Patent Document 2, a jib is connected to the tip of the main boom so that it can be moved up and down, an arm is connected to the tip of the jib so that it can be moved up and down, and a plurality of types of work tools are attached to the tip of the arm according to the work content. A dismantling work machine that can be arbitrarily connected is disclosed. Considering that the stability of the vehicle body and the allowable elevation angle of the jib differ depending on the weight of the work tool and the position of the center of gravity, the weight and the position of the center of gravity are input to the input device as the parameters of the work tool, and the upper limit of the depression / elevation angle is reached. When the angle is calculated and the depression / elevation angle exceeds the upper limit angle during work, the stability of the vehicle body is ensured by limiting the depression / elevation movement of the jib.

国際公開第２０１１/１４８９４６号International Publication No. 2011/148946 特開２０１６−１６９４７３号JP 2016-169473

特許文献１の技術では、ＺＭＰを演算するための情報の一つとして油圧ショベルの各部の重量や重心位置等のパラメータを要し、作業装置を構成する被駆動部材であるブーム、アーム、作業具等が作業内容に応じて交換された場合には、交換後の被駆動部材のパラメータに更新する必要が生じる。その対策として、例えば特許文献２の技術のように各パラメータを入力装置により入力することが考えられるが、入力すべきパラメータの情報を得るには、単体の被駆動部材の重量や重心位置を実際に測定する必要があり、被駆動部材が重量物であることと相俟って測定作業に手間と時間を要する。このため、それらの測定作業を含めた全体としての被駆動部材の交換作業についても非常に煩雑になるという問題があった。 In the technique of Patent Document 1, parameters such as the weight and the position of the center of gravity of each part of the hydraulic excavator are required as one of the information for calculating ZMP, and the boom, arm, and work tool which are driven members constituting the work device. When such items are replaced according to the work content, it is necessary to update the parameters of the driven member after the replacement. As a countermeasure, it is conceivable to input each parameter by an input device as in the technique of Patent Document 2, but in order to obtain information on the parameter to be input, the weight and the position of the center of gravity of a single driven member are actually obtained. In addition to the fact that the driven member is a heavy object, it takes time and effort to perform the measurement work. For this reason, there is a problem that the replacement work of the driven member as a whole including the measurement work becomes very complicated.

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、作業装置を構成する被駆動部材を交換する際に、その被駆動部材に関するパラメータの情報を簡単な手順により取得でき、全体としての被駆動部材の交換作業を容易かつ迅速に実施することができる作業機械を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to simplify information on parameters related to the driven member when the driven member constituting the working device is replaced. It is an object of the present invention to provide a work machine which can be acquired by a procedure and can easily and quickly carry out replacement work of a driven member as a whole.

上記の目的を達成するため、本発明の作業機械は、複数の被駆動部材を互いに回動軸を介して連結し、前記各被駆動部材をアクチュエータの駆動により回動可能として多関節型の作業装置を構成し、前記作業装置を車体に設けてなる作業機械において、前記各被駆動部材の内の何れか一つを重心位置の推定対象として定め、前記推定対象の被駆動部材を駆動するアクチュエータの負荷を検出する負荷検出装置と、前記推定対象の被駆動部材の前記回動軸を中心とした回動角を検出する回動角検出装置と、前記回動軸を中心として前記推定対象の被駆動部材を回動させる重心位置推定動作の実行中において、前記負荷検出装置により検出された負荷に基づき、前記アクチュエータの推力により前記回動軸を中心として発生するモーメントを演算し、前記重心位置推定動作の実行中において、前記モーメント、及び予め判明している前記推定対象の被駆動部材の重量に基づき、前記回動軸から前記推定対象の重心位置までの水平方向の距離をアーム長として演算し、前記重心位置推定動作の実行中において、前記回動角検出装置により検出される回動角、及び前記アーム長に基づき、前記回動軸を中心とした角度及び前記回動軸からの距離として、前記推定対象の被駆動部材の重心位置を推定するパラメータ演算部とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the working machine of the present invention is an articulated work in which a plurality of driven members are connected to each other via a rotation shaft and each of the driven members can be rotated by driving an actuator. In a work machine that constitutes a device and is provided with the work device on a vehicle body, any one of the driven members is defined as an estimation target of the position of the center of gravity, and an actuator that drives the driven member to be estimated. A load detection device that detects the load of the During the execution of the center of gravity position estimation operation for rotating the driven member, the moment generated around the rotation axis is calculated by the thrust of the actuator based on the load detected by the load detection device, and the center of gravity position is calculated. During the execution of the estimation operation, the horizontal distance from the rotation axis to the position of the center of gravity of the estimation target is calculated as the arm length based on the moment and the weight of the driven member of the estimation target that is known in advance. Then, during the execution of the center of gravity position estimation operation, the angle around the rotation axis and the distance from the rotation axis based on the rotation angle detected by the rotation angle detection device and the arm length. As a result, a parameter calculation unit for estimating the position of the center of gravity of the driven member to be estimated is provided.

本発明の作業機械によれば、作業装置を構成する被駆動部材を交換する際に、その被駆動部材に関するパラメータの情報を簡単な手順により取得でき、全体としての被駆動部材の交換作業を容易かつ迅速に実施することができる。 According to the working machine of the present invention, when the driven member constituting the working device is replaced, the parameter information regarding the driven member can be obtained by a simple procedure, and the replacement work of the driven member as a whole can be facilitated. And it can be carried out quickly.

実施形態に係る油圧ショベルの構成図である。It is a block diagram of the hydraulic excavator which concerns on embodiment. 角度センサによる油圧ショベルの各部の角度検出状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the angle detection state of each part of the hydraulic excavator by the angle sensor. 油圧ショベルの油圧回路の構成を制御コントローラと共に示す油圧回路図である。It is a hydraulic circuit diagram which shows the structure of the hydraulic circuit of a hydraulic excavator together with a control controller. 図３中の電磁弁ユニットの詳細図である。It is a detailed view of the solenoid valve unit in FIG. 油圧ショベルの制御コントローラを中心としたシステム構成を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the system configuration centering on the control controller of a hydraulic excavator. 第１実施形態の制御コントローラの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the control controller of 1st Embodiment. 第１実施形態のパラメータ演算部で実施される制御フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control flow which is carried out by the parameter calculation part of 1st Embodiment. 入力装置の入力画面を示す図である。It is a figure which shows the input screen of an input device. 重心位置推定動作を実行するときの油圧ショベルの姿勢を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the posture of the hydraulic excavator at the time of performing the center of gravity position estimation operation. バケット周りのモーメントの釣り合いを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the balance of the moment around a bucket. モーメントＴｃの演算手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the calculation procedure of the moment Tc. バケットの重心位置の演算手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the calculation procedure of the center of gravity position of a bucket. バケットの回動角度γ及びモーメントの腕の長さＬｗの測定結果をまとめた特性図である。It is a characteristic diagram which summarized the measurement result of the rotation angle γ of the bucket and the arm length Lw of the moment. 第２実施形態の制御コントローラの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the control controller of the 2nd Embodiment. 第２実施形態のパラメータ演算部で実施される制御フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control flow which is carried out by the parameter calculation part of 2nd Embodiment. アームの姿勢が図９より傾いた場合のバケットの重心位置の演算手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the calculation procedure of the center of gravity position of a bucket when the posture of an arm is tilted from FIG. アームが図９の姿勢のときのバケットの回動に応じた重心位置の移動範囲例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the movement range of the center of gravity position according to the rotation of a bucket when the arm is in the posture of FIG. アームが図９の姿勢から約９０°車体方向に回動したときのバケットの回動に応じた重心位置の移動範囲例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the movement range of the center of gravity position according to the rotation of a bucket when the arm is rotated about 90 ° from the posture of FIG. 9 toward the vehicle body.

以下、本発明をフロント作業装置を備えた油圧ショベルに具体化した一実施形態を説明する。なお、以下の説明では、フロント作業装置の先端に作業具としてバケットを備えた油圧ショベルを例示するが、複数の被駆動部材（ブーム、アーム、作業具等）を連結して構成される多関節型の作業装置を有するものであれば、油圧ショベル以外の作業機械への適用も可能である。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a hydraulic excavator provided with a front working device will be described. In the following description, a hydraulic excavator having a bucket as a work tool at the tip of the front work device is illustrated, but an articulated excavator configured by connecting a plurality of driven members (boom, arm, work tool, etc.). As long as it has a type of work device, it can be applied to work machines other than hydraulic excavators.

まず、実施形態の説明に先立ち、本発明が如何なる知見に基づき想到されたかについて述べる。［発明が解決しようとする課題］に記載のように、ＺＭＰを演算するためには油圧ショベルの各部のパラメータを要し、作業装置を構成する被駆動部材であるブーム、アーム或いは作業具等が交換された場合には、交換後の被駆動部材のパラメータに更新する必要がある。ところが特許文献１，２の技術では、そのために単体の被駆動部材のパラメータを実際に測定する必要がある。 First, prior to the description of the embodiment, it will be described based on what kind of knowledge the present invention was conceived. As described in [Problems to be Solved by the Invention], parameters of each part of the hydraulic excavator are required to calculate ZMP, and a boom, an arm, a work tool, etc., which are driven members constituting the work device, are required. When it is replaced, it is necessary to update the parameters of the driven member after the replacement. However, in the techniques of Patent Documents 1 and 2, it is necessary to actually measure the parameters of a single driven member for that purpose.

このような問題点を鑑みて本発明者は、被駆動部材のパラメータ中において重量や外形寸法等に比較して重心位置の測定が特に煩雑なため、その測定作業を省略できれば全体としての被駆動部材の交換作業を簡略化できる点に着目した。そして、作業装置への被駆動部材の組付状態において被駆動部材を回動させる際には、被駆動部材の重量により発生した回動軸を中心とするモーメントに抗して油圧シリンダにより被駆動部材が駆動される。この回動中には被駆動部材側のモーメントと油圧シリンダ側のモーメントとが釣り合った状態に保たれ、油圧シリンダ側のモーメント及び被駆動部材の重量については特定できるため、これらの情報に基づき回動軸を基準とした被駆動部材の重心位置を推定できる。
以上の知見に基づき本実施形態では、被駆動部材としてフロント作業装置のバケットの重心位置を推定対象としており、以下に第１及び第２実施形態として説明する。 In view of these problems, the present inventor is particularly complicated to measure the position of the center of gravity in the parameters of the driven member as compared with the weight and external dimensions. Therefore, if the measurement work can be omitted, the driven member as a whole is driven. We focused on the fact that the replacement work of parts can be simplified. Then, when the driven member is rotated while the driven member is assembled to the working device, the driven member is driven by the hydraulic cylinder against the moment centered on the rotation shaft generated by the weight of the driven member. The member is driven. During this rotation, the moment on the driven member side and the moment on the hydraulic cylinder side are kept in a balanced state, and the moment on the hydraulic cylinder side and the weight of the driven member can be specified. The position of the center of gravity of the driven member can be estimated with respect to the moving axis.
Based on the above findings, in the present embodiment, the position of the center of gravity of the bucket of the front working device is estimated as the driven member, and the first and second embodiments will be described below.

＜第１実施形態＞
＜基本構成＞
図１は実施形態に係る油圧ショベルの構成図、図２は角度センサによる油圧ショベルの各部の角度検出状態を示す説明図である。
図１に示すように、油圧ショベル１は、車体２と多関節型のフロント作業装置３とにより構成されている。車体２は、走行左油圧モータ４ｌ及び走行右油圧モータ４ｒにより走行する下部走行体５と、下部走行体５の上に取り付けられ、旋回油圧モータ６により旋回する上部旋回体７とからなる。 <First Embodiment>
<Basic configuration>
FIG. 1 is a configuration diagram of a hydraulic excavator according to an embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing an angle detection state of each part of the hydraulic excavator by an angle sensor.
As shown in FIG. 1, the hydraulic excavator 1 is composed of a vehicle body 2 and an articulated front working device 3. The vehicle body 2 includes a lower traveling body 5 traveling by a traveling left hydraulic motor 4l and a traveling right hydraulic motor 4r, and an upper rotating body 7 mounted on the lower traveling body 5 and swiveled by a swivel hydraulic motor 6.

フロント作業装置３は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材としてブーム８、アーム９及びバケット１０を連結して構成されている。ブーム８の基端は、上部旋回体７の前部においてブームピン８ａを介して回動可能に支持されている。ブーム８の先端には、アームピン９ａを介してアーム９が回動可能に連結されており、アーム９の先端には、バケットリンク１０ｂのバケットピン１０ａ（本発明の回動軸に相当）を介してバケット１０が回動可能に連結されている。ブーム８はブームシリンダ１１によって駆動され、アーム９はアームシリンダ１２によって駆動され、バケット１０はバケットシリンダ１３によって駆動される。 The front working device 3 is configured by connecting a boom 8, an arm 9, and a bucket 10 as a plurality of driven members that rotate in each of the vertical directions. The base end of the boom 8 is rotatably supported at the front portion of the upper swing body 7 via the boom pin 8a. The arm 9 is rotatably connected to the tip of the boom 8 via an arm pin 9a, and to the tip of the arm 9 via a bucket pin 10a (corresponding to the rotation shaft of the present invention) of the bucket link 10b. The bucket 10 is rotatably connected. The boom 8 is driven by the boom cylinder 11, the arm 9 is driven by the arm cylinder 12, and the bucket 10 is driven by the bucket cylinder 13.

図１，２に示すように、ブーム８、アーム９、バケット１０の回動角度α，β，γを測定可能なように、ブームピン８ａにブーム角度センサ１４、アームピン９ａにアーム角度センサ１５、バケットピン１０ａにバケット角度センサ１６が取付けられている。上部旋回体７には、基準面Ｆ（例えば水平面）に対する上部旋回体７の傾斜角θを検出する車体傾斜角センサ１７が取付けられている。なお、角度センサ１４〜１６はそれぞれ基準面Ｆに対する角度センサに代替可能である。上部旋回体７と下部走行体５との相対角度を測定可能なように、旋回中心軸には旋回角度センサ１８が取付けられている。これらのセンサ１４〜１８はフロント作業装置３の姿勢を検出することから、以下の説明では、姿勢検出装置１９と総称する場合もある。 As shown in FIGS. 1 and 2, the boom angle sensor 14 is attached to the boom pin 8a, the arm angle sensor 15 is attached to the arm pin 9a, and the bucket is capable of measuring the rotation angles α, β, and γ of the boom 8, arm 9, and bucket 10. The bucket angle sensor 16 is attached to the pin 10a. A vehicle body tilt angle sensor 17 that detects the tilt angle θ of the upper swivel body 7 with respect to the reference surface F (for example, a horizontal plane) is attached to the upper swivel body 7. The angle sensors 14 to 16 can be replaced with angle sensors with respect to the reference plane F, respectively. A swivel angle sensor 18 is attached to the swivel center axis so that the relative angle between the upper swivel body 7 and the lower traveling body 5 can be measured. Since these sensors 14 to 18 detect the posture of the front working device 3, they may be collectively referred to as the posture detecting device 19 in the following description.

＜油圧回路＞
図３は油圧ショベル１の油圧回路の構成を制御コントローラと共に示す油圧回路図である。
図１〜３に示すように、上部旋回体７に設けられた運転室２１内には、油圧ショベル１の制御を司る制御コントローラ２０が設置されている。制御コントローラ２０には、走行左油圧モータ４ｌ（下部走行体５）を操作するための走行左レバー２２ａを有する左モータ操作装置２２と、走行右油圧モータ４ｒ（下部走行体５）を操作するための走行右レバー２３ａを有する右モータ操作装置２３と、アームシリンダ１２（アーム９）及び旋回油圧モータ６（上部旋回体７）を操作するための操作左レバー２４ａを有するアーム・旋回操作装置２４と、ブームシリンダ１１（ブーム８）及びバケットシリンダ１３（バケット１０）を操作するための操作右レバー２５ａを有するブーム・バケット操作装置２５とが接続されている。 <Flood control circuit>
FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram showing the configuration of the hydraulic circuit of the hydraulic excavator 1 together with the control controller.
As shown in FIGS. 1 to 3, a control controller 20 for controlling the hydraulic excavator 1 is installed in the driver's cab 21 provided in the upper swing body 7. The control controller 20 is for operating the left motor operating device 22 having the traveling left lever 22a for operating the traveling left hydraulic motor 4l (lower traveling body 5) and the traveling right hydraulic motor 4r (lower traveling body 5). A right motor operating device 23 having a traveling right lever 23a, and an arm / turning operating device 24 having an operation left lever 24a for operating the arm cylinder 12 (arm 9) and the swivel hydraulic motor 6 (upper swivel body 7). , A boom / bucket operating device 25 having an operating right lever 25a for operating the boom cylinder 11 (boom 8) and the bucket cylinder 13 (bucket 10) is connected.

各レバー２２ａ〜２５ａに対するレバー操作に応じて、それぞれ対応する操作装置２２〜２５から制御コントローラ２０に操作信号が入力される。これらの操作装置２２〜２５はフロント作業装置３の操作状態を検出することから、以下の説明では、操作装置２６と総称する場合もある。 An operation signal is input to the control controller 20 from the corresponding operating devices 22 to 25 in response to the lever operation for each of the levers 22a to 25a. Since these operating devices 22 to 25 detect the operating state of the front working device 3, they may be collectively referred to as the operating device 26 in the following description.

上部旋回体７に搭載された原動機であるエンジン２７は、油圧ポンプ２８，２９とパイロットポンプ３０とを駆動する。油圧ポンプ２８，２９はレギュレータ２８ａ，２９ａによって容量が制御される可変容量型ポンプであり、パイロットポンプ３０は固定容量型ポンプである。油圧ポンプ２８，２９及びパイロットポンプ３０はタンク３１より圧油を吸引する。レギュレータ２８ａ，２９ａの詳細構成は省略するが、制御コントローラ２０から入力される制御信号に応じてレギュレータ２８ａ，２９ａが駆動され、油圧ポンプ２８，２９の吐出流量が制御される。 The engine 27, which is a prime mover mounted on the upper swing body 7, drives the hydraulic pumps 28 and 29 and the pilot pump 30. The hydraulic pumps 28 and 29 are variable displacement pumps whose capacities are controlled by regulators 28a and 29a, and the pilot pump 30 is a fixed capacitance pump. The hydraulic pumps 28 and 29 and the pilot pump 30 suck pressure oil from the tank 31. Although the detailed configuration of the regulators 28a and 29a is omitted, the regulators 28a and 29a are driven according to the control signal input from the control controller 20, and the discharge flow rates of the hydraulic pumps 28 and 29 are controlled.

油圧ポンプ２８，２９から吐出された圧油は流量制御弁３２〜３７に供給され、後述する電磁弁ユニット４３の各電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂから入力されるパイロット圧により各流量制御弁３２〜３７がそれぞれ切り換えられる。この切換に応じて、油圧ポンプ２８，２９からの圧油が走行左油圧モータ４ｌ及び走行右油圧モータ４ｒに供給されると、各油圧モータ４ｌ，４ｒの回転に伴って下部走行体５が走行する。また、圧油がブームシリンダ１１、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３に供給されると、各シリンダ１１〜１３の伸縮に伴ってブーム８、アーム９、バケット１０がそれぞれ回動してバケット１０の位置及び姿勢が変化する。また、圧油が旋回油圧モータ６に供給されると、旋回油圧モータ６の回転に伴って下部走行体５に対して上部旋回体７が旋回する。 The pressure oil discharged from the hydraulic pumps 28 and 29 is supplied to the flow control valves 32 to 37, and each flow rate is controlled by the pilot pressure input from the electromagnetic proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b of the solenoid valve unit 43 described later. The valves 32 to 37 are switched respectively. When the pressure oil from the hydraulic pumps 28 and 29 is supplied to the traveling left hydraulic motor 4l and the traveling right hydraulic motor 4r in response to this switching, the lower traveling body 5 travels as the hydraulic motors 4l and 4r rotate. do. Further, when pressure oil is supplied to the boom cylinder 11, the arm cylinder 12, and the bucket cylinder 13, the boom 8, arm 9, and bucket 10 rotate as the cylinders 11 to 13 expand and contract, respectively, and the position of the bucket 10 is reached. And the posture changes. Further, when the pressure oil is supplied to the swivel hydraulic motor 6, the upper swivel body 7 swivels with respect to the lower traveling body 5 as the swivel hydraulic motor 6 rotates.

ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、バケットシリンダ１３には、それぞれボトム室及びロッド室の圧力を検出する圧力センサ３８ａ,３８ｂ〜４０ａ,４０ｂが備えられ、各圧力センサ３８ａ,３８ｂ〜４０ａ,４０ｂからの検出信号が制御コントローラ２０に入力される。これらの圧力センサ３８ａ,３８ｂ〜４０ａ,４０ｂはフロント作業装置３の負荷状態を検出することから、以下の説明では、負荷検出装置４１と総称する場合もある。 The boom cylinder 11, arm cylinder 12, and bucket cylinder 13 are provided with pressure sensors 38a, 38b to 40a, 40b for detecting the pressure in the bottom chamber and the rod chamber, respectively, from the pressure sensors 38a, 38b to 40a, 40b, respectively. The detection signal is input to the control controller 20. Since these pressure sensors 38a, 38b to 40a, 40b detect the load state of the front work device 3, they may be collectively referred to as the load detection device 41 in the following description.

図４は図３中の電磁弁ユニット４３の詳細図である。同図では、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３の流量制御弁３２〜３４に対応する電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂを抜粋して示しており、説明及び図示は省略するが、走行油圧モータ４ｌ，４ｒ及び旋回油圧モータ６に対応する電磁比例弁についても同一構成である。 FIG. 4 is a detailed view of the solenoid valve unit 43 in FIG. In the figure, the electromagnetic proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b corresponding to the flow control valves 32 to 34 of the boom cylinder 11, the arm cylinder 12, and the bucket cylinder 13 are excerpted, and description and illustration are omitted. The electromagnetic proportional valves corresponding to the traveling hydraulic motors 4l and 4r and the swing hydraulic motor 6 have the same configuration.

各流量制御弁３２〜３４の油圧駆動部３２ａ,３２ｂ〜３４ａ,３４ｂには、それぞれパイロットライン４７ａ,４７ｂ〜４９ａ,４９ｂを介して電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂが接続され、各電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂにはポンプライン５０を経てパイロットポンプ３０からの圧油が供給されている。 Electromagnetic proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b are connected to the hydraulic drive units 32a, 32b to 34a, 34b of the flow control valves 32 to 34 via pilot lines 47a, 47b to 49a, 49b, respectively. Pressure oil from the pilot pump 30 is supplied to the proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b via the pump line 50.

電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂには制御コントローラ２０が電気的に接続され、操作装置２２〜２５からの操作信号に対応する制御信号が制御コントローラ２０から入力されて、各電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂがそれぞれ切り換えられる。そして、各電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂの切換に応じて、パイロットポンプ３０からの圧油が減圧されてパイロット圧として対応する流量制御弁３２〜３７に入力され、上記のように各油圧アクチュエータ４ｌ，４ｒ，６，１１〜１３の駆動により油圧ショベル１が稼働する。 The control controller 20 is electrically connected to the electromagnetic proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b, and the control signal corresponding to the operation signal from the operating devices 22 to 25 is input from the control controller 20, and each electromagnetic proportional valve 44a , 44b to 46a, 46b are switched respectively. Then, the pressure oil from the pilot pump 30 is depressurized and input to the corresponding flow control valves 32 to 37 as the pilot pressure according to the switching of the electromagnetic proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b, and as described above, each of them. The hydraulic excavator 1 is operated by driving the hydraulic actuators 4l, 4r, 6, 11-13.

このように制御コントローラ２０からの制御信号に応じて電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂが開度制御されるため、操作装置２６に対するレバー操作が行われない場合であっても、制御コントローラ２０が電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂの駆動、ひいては各油圧アクチュエータ４ｌ，４ｒ，６，１１〜１３の駆動を強制的に実行可能となっている。 Since the electromagnetic proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b are controlled in opening degree in response to the control signal from the control controller 20 in this way, the control controller 20 is used even when the lever is not operated on the operating device 26. Is capable of forcibly driving the electromagnetic proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b, and by extension, driving the hydraulic actuators 4l, 4r, 6, 11 to 13.

図２に示すように、ポンプライン５０には電磁切換弁として構成されたロック弁５１が介装され、運転室２１内に配置された図示しないゲートロックレバーの位置検出器が電気的に接続されている。ゲートロックレバーはロック位置とアンロック位置との間で切り換えられ、それに応じたポジション信号がロック弁５１に入力され、ゲートロックレバーのロック位置ではロック弁５１が閉弁してポンプライン５０を遮断し、アンロック位置ではロック弁５１が開弁してポンプライン５０を開通させる。これによりオペレーションは、ゲートロックレバーをロック位置に切り換えることにより、操作装置２６に対する意図しないレバー操作を無効化して走行、旋回、掘削等の動作を禁止することができる。 As shown in FIG. 2, a lock valve 51 configured as an electromagnetic switching valve is interposed in the pump line 50, and a position detector of a gate lock lever (not shown) arranged in the cab 21 is electrically connected. ing. The gate lock lever is switched between the lock position and the unlock position, and the corresponding position signal is input to the lock valve 51. At the lock position of the gate lock lever, the lock valve 51 closes and shuts off the pump line 50. Then, at the unlocked position, the lock valve 51 opens to open the pump line 50. As a result, the operation can invalidate the unintended lever operation on the operating device 26 and prohibit operations such as traveling, turning, and excavation by switching the gate lock lever to the locked position.

＜システム構成＞
図５は油圧ショベル１の制御コントローラ２０を中心としたシステム構成を示す制御ブロック図である。
制御コントローラ２０は、入力部５３と、プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）５４と、記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）５５及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５６と、出力部５７とを有している。入力部５３は、姿勢検出装置１９を構成する各センサ１４〜１８からの検出信号、操作装置２６を構成する各操作装置２２〜２５からの操作信号、及び負荷検出装置４１を構成する各センサ３８ａ,３８ｂ〜４０ａ,４０ｂからの検出信号をそれぞれ入力し、ＣＰＵ５４が演算可能なように変換する。 <System configuration>
FIG. 5 is a control block diagram showing a system configuration centered on the control controller 20 of the hydraulic excavator 1.
The control controller 20 includes an input unit 53, a central processing unit (CPU) 54 which is a processor, a read-only memory (ROM) 55 and a random access memory (RAM) 56 which are storage devices, and an output unit 57. ing. The input unit 53 includes detection signals from the sensors 14 to 18 constituting the attitude detection device 19, operation signals from the operation devices 22 to 25 constituting the operation device 26, and sensors 38a constituting the load detection device 41. The detection signals from 38b to 40a and 40b are input and converted so that the CPU 54 can calculate.

ＲＯＭ５５は、後述するフローチャートに係る処理を含めた制御内容を実行するための制御プログラム、及びフローチャートの実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり、ＣＰＵ５４は、ＲＯＭ５５に記憶された制御プログラムに従って入力部５３及びメモリ５５，５６から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力部５７は、ＣＰＵ５４での演算結果に応じた制御信号を作成し、その信号を電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂや表示装置５８（例えば液晶ディスプレイ）に出力する。これにより各油圧アクチュエータ４ｌ，４ｒ，６，１１〜１３を駆動制御したり、後述する被駆動部材のパラメータ（バケット１０の重心位置）を演算するために必要なフロント作業装置３の動作（以下、重心位置推定動作と称する）を表示装置５８の画面上に表示させたりする。 The ROM 55 is a recording medium in which a control program for executing control contents including processing related to a flowchart described later and various information necessary for executing the flowchart are stored, and the CPU 54 is a control stored in the ROM 55. A predetermined arithmetic process is performed on the signals taken in from the input unit 53 and the memories 55 and 56 according to the program. The output unit 57 creates a control signal according to the calculation result of the CPU 54, and outputs the signal to the electromagnetic proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b and the display device 58 (for example, a liquid crystal display). As a result, the operation of the front working device 3 (hereinafter referred to as “the position of the center of gravity of the bucket 10) required for driving and controlling each of the hydraulic actuators 4l, 4r, 6, 11 to 13 and calculating the parameters (center of gravity position of the bucket 10) of the driven member to be described later). The operation of estimating the position of the center of gravity) is displayed on the screen of the display device 58.

図６は制御コントローラ２０の機能ブロック図である。
制御コントローラ２０は、電磁比例弁制御部６０と、表示制御部６１と、パラメータ設定部６２、車体安定性演算部６３とを備えている。パラメータ設定部６２はパラメータ演算部６２ａとパラメータ記憶部６２ｂとを備えている。
電磁比例弁制御部６０は、操作装置２６がレバー操作されたときに、操作量及び操作方向に応じた制御信号を電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂに出力する。 FIG. 6 is a functional block diagram of the control controller 20.
The control controller 20 includes an electromagnetic proportional valve control unit 60, a display control unit 61, a parameter setting unit 62, and a vehicle body stability calculation unit 63. The parameter setting unit 62 includes a parameter calculation unit 62a and a parameter storage unit 62b.
When the operating device 26 is operated by the lever, the electromagnetic proportional valve control unit 60 outputs a control signal according to the operation amount and the operation direction to the electromagnetic proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b.

表示制御部６１は、パラメータ演算部６２ａから出力される作業装置姿勢及び作業動作内容に基づき表示装置５８を制御する部分である。表示制御部６１には、フロント作業装置３の画像及びアイコンを含む表示関連データが多数格納されている表示ＲＯＭが備えられており、表示制御部６１が、入力情報に含まれるフラグに基づいて所定のプログラムを読み出すとともに、表示装置５８における表示制御をする。 The display control unit 61 is a part that controls the display device 58 based on the work device posture and work operation contents output from the parameter calculation unit 62a. The display control unit 61 is provided with a display ROM in which a large number of display-related data including images and icons of the front work device 3 are stored, and the display control unit 61 is predetermined based on a flag included in the input information. The program is read and the display control on the display device 58 is performed.

パラメータ演算部６２ａは、後述する制御フローにて、姿勢検出装置１９で検出された作業装置姿勢と負荷検出装置４１で検出された負荷を基にバケット１０の重心位置を演算する。パラメータ演算部６２ａは演算した結果をパラメータ記憶部６２ｂに出力し、バケット１０のパラメータを記憶させる。
パラメータ記憶部６２ｂは、さらに、入力装置６４で入力されたパラメータについても記憶するように備えられている。 The parameter calculation unit 62a calculates the position of the center of gravity of the bucket 10 based on the work device posture detected by the posture detection device 19 and the load detected by the load detection device 41 in the control flow described later. The parameter calculation unit 62a outputs the calculation result to the parameter storage unit 62b, and stores the parameters of the bucket 10.
The parameter storage unit 62b is further provided to store the parameters input by the input device 64.

車体安定性演算部６３は、姿勢検出装置１９を構成する各センサ１４〜１８からのフロント作業装置３の姿勢情報とパラメータ記憶部６２ｂに記憶されているパラメータを基に、例えば車体２のＺＭＰを演算する。ＺＭＰについては周知であるため詳細は説明しないが、ＺＭＰと油圧ショベル１の地表に対する接地点から求めた多角形との比較に基づき車体２の姿勢の安定度を判定するものであり、車体安定性演算部６３は判定結果をオペレータに伝達できるように表示制御部６１に出力する。 The vehicle body stability calculation unit 63 calculates, for example, the ZMP of the vehicle body 2 based on the posture information of the front work device 3 from the sensors 14 to 18 constituting the attitude detection device 19 and the parameters stored in the parameter storage unit 62b. Calculate. Since ZMP is well known, details will not be described, but the stability of the posture of the vehicle body 2 is determined based on the comparison between the ZMP and the polygon obtained from the ground contact point of the hydraulic excavator 1 with respect to the ground surface. The calculation unit 63 outputs the determination result to the display control unit 61 so that the determination result can be transmitted to the operator.

＜パラメータ演算の制御フロー＞
図７はパラメータ演算部６２ａで実施される制御フローを示すフローチャート、図８は入力装置の入力画面を示す図である。
図７の制御フローは、図８で示す入力装置６４の入力画面で、バケット１０の重心位置を演算するために必要なパラメータである重量、寸法Ａ、角度Ｂを入力した後、パラメータ演算モードへ移行する移行ボタン６４ａをタップすることで実施される。 <Control flow of parameter calculation>
FIG. 7 is a flowchart showing a control flow executed by the parameter calculation unit 62a, and FIG. 8 is a diagram showing an input screen of the input device.
In the control flow of FIG. 7, the parameters necessary for calculating the position of the center of gravity of the bucket 10 are input on the input screen of the input device 64 shown in FIG. 8, the weight, the dimension A, and the angle B are input, and then the parameter calculation mode is entered. It is carried out by tapping the transition button 64a to migrate.

Ｓ４００では、重心位置を演算するためのフロント作業装置３の姿勢及び重心位置推定動作の内容を、表示制御部６１を介して表示装置５８に表示させる（本発明のガイダンス実行部に相当）。図９に示すように、このときのフロント作業装置３の姿勢は、ブーム８及びアーム９を連結するアームピン９ａと、アーム９及びバケット１０を連結するバケットピン１０ａとを結ぶ直線Ｌが重力方向と垂直となるような姿勢である。このときバケットシリンダ１３は最縮長となっており、重心位置推定動作の内容は、このバケットシリンダ１３を伸長方向に動作させてバケットピン１０ａを中心としてバケット１０を下方に回動させるものである。重心位置推定動作の速度は、後述するＳ４２０で重心位置を演算する際の慣性負荷の影響を軽減するために、緩慢な動作で実施するようにガイダンスする。なお、バケット１０の回動方向は下方に限るものではなく、逆にバケットピン１０ａを中心として上方に回動させてもよい。 In S400, the posture of the front working device 3 for calculating the position of the center of gravity and the content of the operation of estimating the position of the center of gravity are displayed on the display device 58 via the display control unit 61 (corresponding to the guidance execution unit of the present invention). As shown in FIG. 9, the posture of the front working device 3 at this time is such that the straight line L connecting the arm pin 9a connecting the boom 8 and the arm 9 and the bucket pin 10a connecting the arm 9 and the bucket 10 is in the direction of gravity. The posture is vertical. At this time, the bucket cylinder 13 has the maximum contraction length, and the content of the center of gravity position estimation operation is to operate the bucket cylinder 13 in the extension direction to rotate the bucket 10 downward about the bucket pin 10a. .. The speed of the center-of-gravity position estimation operation is instructed to be performed in a slow motion in order to reduce the influence of the inertial load when calculating the center-of-gravity position in S420 described later. The rotation direction of the bucket 10 is not limited to the downward direction, and conversely, the bucket 10 may be rotated upward with the bucket pin 10a as the center.

Ｓ４００でオペレータの操作がなされ、重心位置推定動作が実施されている間、姿勢検出装置１９と負荷検出装置４１で検出値を測定し続ける。
Ｓ４１０では、重心位置推定動作が完了したかどうかを判定する。判定基準は、オペレータの操作が終了していること、及び次のＳ４２０で演算するための測定データの測定が完了したことである。Ｓ４１０の判定がＮＯ（否定）のときにはＳ４００へ戻り、再度測定を実施する。Ｓ４１０の判定がＹＥＳ（肯定）になるとＳ４２０へ進む。 While the operator is operated in S400 and the center of gravity position estimation operation is being performed, the posture detection device 19 and the load detection device 41 continue to measure the detected values.
In S410, it is determined whether or not the center of gravity position estimation operation is completed. The determination criteria are that the operator's operation has been completed and that the measurement of the measurement data for calculation in the next S420 has been completed. When the determination of S410 is NO (negative), the process returns to S400 and the measurement is performed again. If the determination in S410 is YES (affirmative), the process proceeds to S420.

Ｓ４２０では、Ｓ４００で測定した結果から重心位置を演算する。具体的な演算内容は図１０〜１３を用いて後述する。
Ｓ４３０では、演算結果であるバケット１０の重心位置をパラメータ記憶部６２ｂへ記憶し、パラメータ演算モードを終了する。 In S420, the position of the center of gravity is calculated from the result measured in S400. The specific calculation contents will be described later with reference to FIGS. 10 to 13.
In S430, the position of the center of gravity of the bucket 10 which is the calculation result is stored in the parameter storage unit 62b, and the parameter calculation mode is terminated.

＜重心位置の演算手順＞
次いで、図７のＳ４２０で実行されるバケット１０の重心位置の演算手順について説明する。
図１０はバケット１０周りのモーメントの釣り合いを示す説明図である。ブーム８及びアーム９を連結するアームピン９ａと、アーム９及びバケット１０を連結するバケットピン１０ａとを結ぶ直線ＬをＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な鉛直方向をＺ軸とし、バケットピン１０ａの軸線を原点Ｏとして定める。 <Calculation procedure of the position of the center of gravity>
Next, the calculation procedure of the position of the center of gravity of the bucket 10 executed in S420 of FIG. 7 will be described.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the balance of moments around the bucket 10. The X-axis is the straight line L connecting the arm pin 9a connecting the boom 8 and the arm 9 and the bucket pin 10a connecting the arm 9 and the bucket 10, the vertical direction perpendicular to the X-axis is the Z-axis, and the axis of the bucket pin 10a. Is defined as the origin O.

バケットシリンダ１３の推力Ｆｂによって発生する原点Ｏ周りのモーメントをＴｃ、バケット１０の重心位置に作用するバケット１０の自重による力をＦｗ（本発明の推定対象の被駆動部材の重量に相当）、原点Ｏ周りのＦｗによって発生するモーメントの腕の長さをＬｗ（本発明のアーム長に相当）とすると、次式(1)のような関係式が成り立つ。 The moment around the origin O generated by the thrust Fb of the bucket cylinder 13 is Tc, the force due to the weight of the bucket 10 acting on the position of the center of gravity of the bucket 10 is Fw (corresponding to the weight of the driven member to be estimated by the present invention), and the origin. Assuming that the arm length of the moment generated by Fw around O is Lw (corresponding to the arm length of the present invention), the relational expression as in the following equation (1) holds.

Ｔｃ＝Ｆｗ×Ｌｗ……(1)
ここで、Ｔｃは、図１１に基づき後述する手順で取得でき、Ｆｗは、図８で入力される項目の重量値から演算できる。すなわち、これらの結果からＬｗを演算することができる。
図１１にＴｃの演算方法について示す。Ｔｃは、バケットシリンダ１３の推力Ｆｂによって生じる点ＣまわりのモーメントＴｂと、姿勢検出装置１９から取得されるバケット１０の回動角度γを変数とするリンクの変換比Ｒ（γ）を乗算して求められる。 Tc = Fw × Lw …… (1)
Here, Tc can be obtained by a procedure described later based on FIG. 11, and Fw can be calculated from the weight value of the item input in FIG. That is, Lw can be calculated from these results.
FIG. 11 shows a method of calculating Tc. Tc is obtained by multiplying the moment Tb around the point C generated by the thrust Fb of the bucket cylinder 13 by the conversion ratio R (γ) of the link whose variable is the rotation angle γ of the bucket 10 acquired from the attitude detection device 19. Desired.

Ｔｃ＝Ｔｂ×Ｒ（θγ）……(2)
Ｔｂは、ＦｂのＢＣに垂直な成分とＢＣの長さを乗算することで求められる。

Tc = Tb × R (θγ) …… (2)
Tb is obtained by multiplying the component perpendicular to BC of Fb by the length of BC.

ここで、Ｆｂは、バケットシリンダ１３に取り付けられた圧力センサ４０ａ及び圧力センサ４０ｂ（本発明の負荷検出装置に相当）によって検出されたボトム室の圧力及びロッド室の圧力からシリンダの受圧面積を乗じることで取得できる。 Here, Fb is multiplied by the pressure receiving area of the cylinder from the pressure in the bottom chamber and the pressure in the rod chamber detected by the pressure sensor 40a and the pressure sensor 40b (corresponding to the load detection device of the present invention) attached to the bucket cylinder 13. You can get it by.

以上の手順でＬｗを演算した後、図１２に示す方法にてバケット１０の重心位置を演算できる。
原点Ｏからバケット重心位置までの距離をＬｃｏｇ（本発明の回動軸からの距離に相当）、原点Ｏとバケット爪先とを結ぶ線分と、原点Ｏとバケット重心位置とを結ぶ線分のなす角をθｃｏｇ（本発明の回動軸を中心とした角度に相当）とすると、次式(10)のような関係式が成り立つ。 After calculating Lw by the above procedure, the position of the center of gravity of the bucket 10 can be calculated by the method shown in FIG.
The distance from the origin O to the bucket center of gravity is Lcog (corresponding to the distance from the rotation axis of the present invention), the line segment connecting the origin O and the bucket tip and the line segment connecting the origin O and the bucket center of gravity are formed. Assuming that the angle is θcog (corresponding to the angle centered on the rotation axis of the present invention), the relational expression as shown in the following equation (10) holds.

Ｌ_Ｗ＝Ｌ_cog・cos(θ_cog＋γ)……(4)
式(4)より、バケット１０の姿勢を変えながらγ及びＬｗを測定すると、図１３に記載のような余弦波の関係が得られる。この回動角度γを検出するバケット角度センサ１６が本発明の回動角検出装置に相当する。この余弦波の特性から、特徴点としてＬｗが最大となるγ’を探すことで重心位置を決めるパラメータであるＬｃｏｇとθｃｏｇを演算できる。 L _W = L _cog・ cos (θ _cog ＋ γ) …… (4)
From the equation (4), when γ and Lw are measured while changing the posture of the bucket 10, the relationship of the cosine wave as shown in FIG. 13 can be obtained. The bucket angle sensor 16 that detects the rotation angle γ corresponds to the rotation angle detection device of the present invention. From the characteristics of this cosine wave, Lcog and θcog, which are parameters that determine the position of the center of gravity, can be calculated by searching for γ', which maximizes Lw, as a feature point.

このように本実施形態の油圧ショベル１によれば、フロント作業装置３のバケット１０を交換した際に、重心位置に比較して測定が容易なバケット１０の重量や外形寸法のパラメータを入力装置６４に入力した上で、表示装置５８によるガイダンスに従って重心位置推定動作を実行するだけで、自動的にバケット１０の重心位置を演算できる。このため、バケット１０を取り替える際の測定作業を含めた全体としてのバケット１０の交換作業を容易かつ迅速に実施することができる。 As described above, according to the hydraulic excavator 1 of the present embodiment, when the bucket 10 of the front work device 3 is replaced, the weight and external dimension parameters of the bucket 10 which are easy to measure as compared with the position of the center of gravity are input to the input device 64. The center of gravity position of the bucket 10 can be automatically calculated by simply executing the center of gravity position estimation operation according to the guidance provided by the display device 58. Therefore, the replacement work of the bucket 10 as a whole including the measurement work when replacing the bucket 10 can be easily and quickly performed.

結果として車体安定性演算部６３では、装着されたバケット１０に則したパラメータに基づき、例えば車体２のＺＭＰ等の安定性に関する演算処理を実行して、その情報を表示装置５８によりオペレータに提示することができる。
また、パラメータ演算部６２ａで演算されたバケット１０の重心位置をパラメータ記憶部６２ｂに記憶するため、次回以降の作業時にはパラメータ記憶部６２ｂに記憶されたバケット１０の重心位置を読み出してＺＭＰ等の演算処理に利用することができる。よって、重心位置の演算処理のために必要なパラメータ入力や重心位置推定動作等を実行することなく、作業を開始することができる。 As a result, the vehicle body stability calculation unit 63 executes arithmetic processing related to stability such as ZMP of the vehicle body 2 based on the parameters according to the mounted bucket 10, and presents the information to the operator by the display device 58. be able to.
Further, since the position of the center of gravity of the bucket 10 calculated by the parameter calculation unit 62a is stored in the parameter storage unit 62b, the position of the center of gravity of the bucket 10 stored in the parameter storage unit 62b is read out during the next and subsequent work, and an operation such as ZMP is performed. It can be used for processing. Therefore, the work can be started without executing the parameter input and the center of gravity position estimation operation required for the calculation process of the center of gravity position.

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について図１４，１５を用いて説明する。なお、図１〜５に基づき説明した構成については第１実施形態と同様であるため、同一の部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。 <Second Embodiment>
Next, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 14 and 15. Since the configurations described with reference to FIGS. 1 to 5 are the same as those of the first embodiment, the same member numbers will be assigned and the description will be omitted, and the differences will be mainly described.

図１４は制御コントローラ２０の機能ブロック図である。
第１実施形態と異なり、パラメータ演算部６２ａは電磁比例弁４４ａ,４４ｂ〜４６ａ,４６ｂを制御できるように構成されており、パラメータ演算部６２ａの出力が電磁比例弁制御部６０に入力される。さらに車体安定性演算部６３は油圧アクチュエータ４ｌ，４ｒ，６，１１〜１３の動作を制限可能なように、その出力が電磁比例弁制御部６０に入力されるようになっている。車体２の姿勢が不安定になっていると推測されたときには、パラメータ演算部６２ａにより油圧アクチュエータ４ｌ，４ｒ，６，１１〜１３の動作が制限されて、車体２の安定化が図られる。 FIG. 14 is a functional block diagram of the control controller 20.
Unlike the first embodiment, the parameter calculation unit 62a is configured to be able to control the electromagnetic proportional valves 44a, 44b to 46a, 46b, and the output of the parameter calculation unit 62a is input to the electromagnetic proportional valve control unit 60. Further, the vehicle body stability calculation unit 63 is adapted to input its output to the electromagnetic proportional valve control unit 60 so that the operations of the hydraulic actuators 4l, 4r, 6, 11 to 13 can be restricted. When it is presumed that the posture of the vehicle body 2 is unstable, the operation of the hydraulic actuators 4l, 4r, 6, 11 to 13 is restricted by the parameter calculation unit 62a, and the vehicle body 2 is stabilized.

図１５はパラメータ演算部６２ａで実施される制御フローを示すフローチャートである。
Ｓ５００では、重心位置を演算するための重心位置推定動作の開始指示入力待ち状態となる。動作開始指示の入力手段としては、図８の入力画面にタップできるボタンを追加する（不図示）。これは一例であり、動作開始指示の入力手段は、特定のレバー操作を入力する等でもよい。 FIG. 15 is a flowchart showing a control flow executed by the parameter calculation unit 62a.
In S500, the state waits for the start instruction input of the center of gravity position estimation operation for calculating the center of gravity position. As an operation start instruction input means, a tappable button is added to the input screen of FIG. 8 (not shown). This is an example, and the input means for the operation start instruction may be inputting a specific lever operation or the like.

Ｓ５１０では、動作開始指示が入力されたかどうかを判定する。Ｓ５１０でＮＯの場合、Ｓ５００に戻り、ＹＥＳの場合Ｓ５２０に進む。
Ｓ５２０では、重心位置推定動作を開始して、バケットシリンダ１３を伸長駆動するため電磁比例弁４６ａを駆動させる。
Ｓ５２０で動作が完了すると、Ｓ５３０に進み、重心位置を演算する。
Ｓ５４０では、演算結果をパラメータ記憶部６２ｂへ記憶する。 In S510, it is determined whether or not the operation start instruction is input. If NO in S510, the process returns to S500, and if YES, the process proceeds to S520.
In S520, the center of gravity position estimation operation is started, and the electromagnetic proportional valve 46a is driven to extend and drive the bucket cylinder 13.
When the operation is completed in S520, the process proceeds to S530 and the position of the center of gravity is calculated.
In S540, the calculation result is stored in the parameter storage unit 62b.

以下、第１実施形態で用いた図１２を参照しつつ、バケット１０の重心位置の演算手順を説明する。
第１実施形態と同様に、上式(4)が成り立つ。
この式(4)を加法定理を用いて分解し、行列表記すると

となる。最小二乗法を用い、式(5)中の

Ｌｗに相当する測定結果の行列をＢ、

ＡＸ＝Ｂ ……(6)

Ｘ＝（Ａ^ＴＡ）⁻¹Ａ^ＴＢ ……(8)

となる。 Hereinafter, the calculation procedure of the position of the center of gravity of the bucket 10 will be described with reference to FIG. 12 used in the first embodiment.
As in the first embodiment, the above equation (4) holds.
When this equation (4) is decomposed using the addition theorem and expressed in a matrix,

Will be. Using the least squares method, in Eq. (5)

The matrix of measurement results corresponding to Lw is B,

AX = B …… (6)

X = (A ^T A) ^-1 A ^T B …… (8)

Will be.

結果として、Ｌｗ及びγからなる複数の測定点に基づき、図１３に示すようなＬｗとγとの関係を表す余弦波が推定され、余弦波からＬｗの最大値と、このＬｗの最大値に対応するγ’とを特徴点として求め、これらのＬｗの最大値とγ’とに基づき、重心位置を決めるパラメータであるＬｃｏｇとθｃｏｇを求めることができる。
そして、重心位置推定動作では図１３に示されたＬｗ及びγからなる特性線の全てを測定する必要はなく、仮に測定点の中にＬｗが最大となるγ’が含まれなくても、推定した余弦波からＬwの最大値及びγ’を求めることができる。 As a result, a cosine wave representing the relationship between Lw and γ as shown in FIG. 13 is estimated based on a plurality of measurement points consisting of Lw and γ, and the maximum value of Lw and the maximum value of this Lw are obtained from the cosine wave. The corresponding γ'can be obtained as a feature point, and the parameters Lcog and θcog that determine the position of the center of gravity can be obtained based on the maximum value of these Lw and γ'.
Then, in the center of gravity position estimation operation, it is not necessary to measure all of the characteristic lines consisting of Lw and γ shown in FIG. 13, and even if the measurement points do not include γ'which maximizes Lw, the estimation is performed. The maximum value of Lw and γ'can be obtained from the cosine wave.

このように本実施形態の油圧ショベル１によれば、第１実施形態と同じく、フロント作業装置３のバケット１０を交換した際に、自動的にバケット１０の重心位置を演算できるため、全体としてのバケット１０の交換作業を容易かつ迅速に実施できる。また、装着されたバケット１０に則したパラメータに基づき車体２のＺＭＰ等の安定性に関する演算処理を実行できると共に、演算したパラメータを記憶して次回以降の作業時に利用することができる。 As described above, according to the hydraulic excavator 1 of the present embodiment, as in the first embodiment, when the bucket 10 of the front working device 3 is replaced, the position of the center of gravity of the bucket 10 can be automatically calculated. The replacement work of the bucket 10 can be carried out easily and quickly. In addition, it is possible to execute arithmetic processing related to the stability of the vehicle body 2 such as ZMP based on the parameters according to the mounted bucket 10, and it is possible to store the calculated parameters and use them in the next and subsequent work.

しかも本実施形態では、重心位置を演算するために必要な重心位置推定動作を自動的に実行するため、オペレータの負担をより軽減することができる。
さらに、車体安定性演算の結果から油圧アクチュエータ４ｌ，４ｒ，６，１１〜１３の動作を制限する構成としているため、車体２の姿勢が不安定なときには油圧アクチュエータ４ｌ，４ｒ，６，１１〜１３の動作が制限され、より安定した作業を行うことができる。 Moreover, in the present embodiment, since the center of gravity position estimation operation required for calculating the center of gravity position is automatically executed, the burden on the operator can be further reduced.
Further, since the operation of the hydraulic actuators 4l, 4r, 6, 11 to 13 is restricted from the result of the vehicle body stability calculation, the hydraulic actuators 4l, 4r, 6, 11 to 13 are configured when the posture of the vehicle body 2 is unstable. The operation of is restricted, and more stable work can be performed.

ところで、上記の第１及び第２実施形態では、図９のようにアーム９を特定の姿勢として重心位置を演算するための重心位置推定動作を実行したが、このアーム９の姿勢に限らない。その場合、アーム９と重力方向の角度に応じて重心位置の演算に補正を加える必要があり、以下、この補正処理について説明する。 By the way, in the first and second embodiments described above, the center of gravity position estimation operation for calculating the center of gravity position with the arm 9 as a specific posture is executed as shown in FIG. 9, but the posture is not limited to this arm 9. In that case, it is necessary to add a correction to the calculation of the position of the center of gravity according to the angle between the arm 9 and the direction of gravity, and this correction process will be described below.

図１６はアーム９の姿勢が図９より傾いた場合のバケット１０の重心位置の演算手順を示す説明図である。地球に対して鉛直上向きをＺ軸とし、Ｚ軸に垂直でバケット１０とアーム９との接続点Ａを通り、且つバケットピン１０ａ及びアームピン９ａに対して垂直をなす方向をＸ軸とおく。Ｘ−Ｚ平面と同じ平面上において、アームピン９ａとバケットピン１０ａとを結ぶ直線をＸ軸に重ねるように、Ｘ軸とＺ軸とを点Ａ周りに回転させたアーム基準の座標系として、Ｘａ軸、Ｚａ軸を定義する。バケット１０の回動角度γはＸａとＡＥの成す角である。
ここで、Ｌｗを演算するためには、次式(11)で示すように、γではなく、Ｘ軸とＡＥがなす角φを用いなければならない。 FIG. 16 is an explanatory diagram showing a calculation procedure of the position of the center of gravity of the bucket 10 when the posture of the arm 9 is tilted from that of FIG. The direction vertically upward with respect to the earth is defined as the Z axis, and the direction perpendicular to the Z axis, passing through the connection point A between the bucket 10 and the arm 9, and perpendicular to the bucket pin 10a and the arm pin 9a is defined as the X axis. Xa is an arm-based coordinate system in which the X-axis and the Z-axis are rotated around the point A so that the straight line connecting the arm pin 9a and the bucket pin 10a overlaps the X-axis on the same plane as the X-Z plane. Define the axis and Za axis. The rotation angle γ of the bucket 10 is the angle formed by Xa and AE.
Here, in order to calculate Lw, as shown in the following equation (11), it is necessary to use the angle φ formed by the X-axis and AE instead of γ.

Ｌw＝Ｌ_cogcos（θ＋φ）……(12)
φはＸ軸に対するバケット１０の回動角度なので、図２に示すように、車体２（上部旋回体７）のピッチ方向の傾き角θ、ブーム角α、アーム角β、バケット角γを用いて、次式(12)のように求められる。このφを用いることでＬｗを求めることができる。 Lw = L _cog cos (θ + φ) …… (12)
Since φ is the rotation angle of the bucket 10 with respect to the X axis, as shown in FIG. 2, the inclination angle θ, the boom angle α, the arm angle β, and the bucket angle γ of the vehicle body 2 (upper swing body 7) in the pitch direction are used. , Is obtained as in the following equation (12). Lw can be obtained by using this φ.

φ＝θ＋α＋β＋γ……(13) φ ＝ θ ＋ α ＋ β ＋ γ …… (13)

また、第１実施形態においては上記のバケット１０の回動角度γの補正に加え、次の点に注意する必要があり、以下に説明する。
図１７はアーム９が図９の姿勢のときのバケット１０の回動に応じた重心位置の移動範囲例を示す説明図であり、図１８はアーム９が図９の姿勢から約９０°車体方向に回動したときのバケット１０の回動に応じた重心位置の移動範囲例を示す説明図である。
第１実施形態では、Ｌｗの最大値を求めることで重心位置を演算している。Ｌｗの最大値は、バケット１０の回動に伴って重心位置がＸ軸の正側で交わる点であり、図１７の例では、Ｌｗが最大となる点（バケット１０の重心位置がＸ軸の正側で交わる点）がバケット重心位置の移動範囲に含まれるため、演算可能である。 Further, in the first embodiment, in addition to the correction of the rotation angle γ of the bucket 10 described above, it is necessary to pay attention to the following points, which will be described below.
FIG. 17 is an explanatory view showing an example of a movement range of the position of the center of gravity according to the rotation of the bucket 10 when the arm 9 is in the posture of FIG. 9, and FIG. 18 is an explanatory view in which the arm 9 is about 90 ° from the posture of FIG. It is explanatory drawing which shows the example of the movement range of the center-of-gravity position according to the rotation of a bucket 10 when it rotates.
In the first embodiment, the position of the center of gravity is calculated by obtaining the maximum value of Lw. The maximum value of Lw is the point where the center of gravity positions intersect on the positive side of the X axis as the bucket 10 rotates. In the example of FIG. 17, the point where Lw is maximum (the center of gravity position of the bucket 10 is the X axis). Since the points that intersect on the positive side) are included in the movement range of the position of the center of gravity of the bucket, calculation is possible.

一方で、図１８の場合、Ｌｗが最大となる点がバケット重心位置の移動範囲に含まれていないため、Ｌｗの最大値を求めてバケット１０の重心位置を演算することができない。そこで、この場合にはＬｗが最大となる点の代わりに、Ｌｗが最小となる点（バケット１０の重心位置がＸ軸の負側で交わる点）、或いはＬｗ＝０となる点を特徴点として抽出することで、バケット１０の重心位置を演算することができる。このように、図９以外のアーム９の姿勢であっても、それを考慮した演算方法を実施することで、第１及第２実施形態と同様にバケット重心位置を演算することができる。 On the other hand, in the case of FIG. 18, since the point where Lw is maximized is not included in the moving range of the bucket center of gravity position, the center of gravity position of the bucket 10 cannot be calculated by obtaining the maximum value of Lw. Therefore, in this case, instead of the point where Lw is maximum, the point where Lw is minimum (the point where the position of the center of gravity of the bucket 10 intersects on the negative side of the X axis) or the point where Lw = 0 is set as a feature point. By extracting, the position of the center of gravity of the bucket 10 can be calculated. As described above, even if the posture of the arm 9 is not shown in FIG. 9, the position of the center of gravity of the bucket can be calculated in the same manner as in the first and second embodiments by implementing the calculation method in consideration of the posture.

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではなく、種々に変更可能である。例えば上記各実施形態では、バケット１０の重心位置を演算したが、同様の考え方でブーム８、アーム９の重心位置も演算できる。すなわち、フロント作業装置３のうち、アーム９を標準よりも長いアームに置き換えた際に本発明を適用してもよい。 Although the description of the embodiment is completed above, the aspect of the present invention is not limited to this embodiment and can be changed in various ways. For example, in each of the above embodiments, the position of the center of gravity of the bucket 10 is calculated, but the position of the center of gravity of the boom 8 and the arm 9 can also be calculated in the same way. That is, the present invention may be applied when the arm 9 of the front working device 3 is replaced with an arm longer than the standard.

また、上記各実施形態では、ブーム８、アーム９、バケット１０の角度を検出する角度センサ１４〜１６を用いたが、角度センサではなくシリンダストロークセンサにより油圧ショベル１の姿勢情報を演算するとしてもよい。また、電気レバー式の油圧ショベル１を例として説明したが、油圧パイロット式の油圧ショベルであれば、油圧パイロットから生成される指令パイロット圧を制御するような構成としてもよい。 Further, in each of the above embodiments, the angle sensors 14 to 16 for detecting the angles of the boom 8, the arm 9, and the bucket 10 are used, but even if the posture information of the hydraulic excavator 1 is calculated by the cylinder stroke sensor instead of the angle sensor. good. Further, although the electric lever type hydraulic excavator 1 has been described as an example, the hydraulic excavator of the hydraulic pilot type may be configured to control the command pilot pressure generated from the hydraulic pilot.

また、上記の制御コントローラ２０に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現してもよい。また、上記の制御コントローラ２０に係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該制御コントローラ２０の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。
また上記各実施形態では、バケット１０の重心位置を演算する際に、測定回数について記述しなかったが、測定誤差の影響を小さくするために複数回測定し、その結果を用いて重心位置を演算してもよい。 Further, each configuration related to the above-mentioned control controller 20, functions and execution processing of each configuration are realized by hardware (for example, designing logic for executing each function with an integrated circuit) in part or all of them. You may. Further, the configuration related to the control controller 20 may be a program (software) that realizes each function related to the configuration of the control controller 20 by being read and executed by an arithmetic processing unit (for example, a CPU). Information related to the program can be stored in, for example, a semiconductor memory (flash memory, SSD, etc.), a magnetic storage device (hard disk drive, etc.), a recording medium (magnetic disk, optical disk, etc.), or the like.
Further, in each of the above embodiments, the number of measurements is not described when calculating the position of the center of gravity of the bucket 10, but the measurement is performed a plurality of times in order to reduce the influence of the measurement error, and the position of the center of gravity is calculated using the result. You may.

１油圧ショベル（作業機械）
２車体
３フロント作業装置
１０被駆動部材（バケット）
１０ａバケットピン（回動軸）
１３バケットシリンダ（アクチュエータ）
４０ａ，４０ｂ圧力センサ（負荷検出装置）
１６バケット角度センサ（回動角検出装置）
６２ａパラメータ演算部
６１表示制御部（ガイダンス実行部）
５８表示装置（ガイダンス実行部）
６０電磁比例弁制御部
６３車体安定性演算部
６３パラメータ記憶部 1 Hydraulic excavator (working machine)
2 Body 3 Front work equipment 10 Driven member (bucket)
10a bucket pin (rotating shaft)
13 Bucket cylinder (actuator)
40a, 40b pressure sensor (load detector)
16 Bucket angle sensor (rotation angle detector)
62a Parameter calculation unit 61 Display control unit (guidance execution unit)
58 Display device (guidance execution unit)
60 Electromagnetic proportional valve control unit 63 Body stability calculation unit 63 Parameter storage unit

Claims

Work in which a plurality of driven members are connected to each other via a rotation shaft to form an articulated work device in which each of the driven members can be rotated by driving an actuator, and the work device is provided on a vehicle body. In the machine
A load detection device that determines the position of the center of gravity of any one of the driven members as an estimation target and detects the load of the actuator that drives the driven member to be estimated.
A rotation angle detection device that detects a rotation angle around the rotation axis of the driven member to be estimated, and a rotation angle detection device.
During the execution of the center of gravity position estimation operation for rotating the driven member to be estimated around the rotation axis, the rotation axis is centered by the thrust of the actuator based on the load detected by the load detection device. During the execution of the center-of-gravity position estimation operation, the position of the center of gravity of the estimation target from the rotation axis is calculated based on the moment and the weight of the driven member to be estimated, which is known in advance. The distance in the horizontal direction up to is calculated as the arm length, and the center of gravity is centered on the rotation axis based on the rotation angle detected by the rotation angle detection device and the arm length during the execution of the center of gravity position estimation operation. A work machine including a parameter calculation unit that estimates the position of the center of gravity of the driven member to be estimated as the angle and the distance from the rotation axis.

The parameter calculation unit sets the maximum value of the arm length as the distance from the rotation axis representing the center of gravity position during the execution of the center of gravity position estimation operation, and when the maximum value of the arm length is calculated. The work machine according to claim 1, wherein the rotation angle detected by the rotation angle detection device is an angle centered on the rotation axis representing the position of the center of gravity.

The parameter calculation unit determines the arm length and the rotation angle based on a plurality of measurement points of the arm length and the rotation angle detected by the rotation angle detection device during the execution of the center of gravity position estimation operation. The cosine wave representing the relationship is estimated, and the maximum value of the arm length obtained from the cosine wave is defined as the distance from the rotation axis representing the position of the center of gravity, and the number of times corresponding to the maximum value of the arm length obtained from the cosine wave. The work machine according to claim 1, wherein the moving angle is an angle centered on the rotation axis representing the position of the center of gravity.

The work machine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a guidance execution unit that guides the operator of the work machine to estimate the position of the center of gravity.

The work machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the parameter calculation unit further drives and controls the actuator to execute the center of gravity position estimation operation.

The ZMP of the work machine is calculated based on the position of the center of gravity estimated by the parameter calculation unit, and the posture of the work machine is stabilized based on the comparison between the ZMP and the polygon obtained from the ground contact point of the work machine with respect to the ground surface. The work machine according to any one of claims 1 to 5, further comprising a vehicle body stability calculation unit for determining a degree.

A parameter storage unit that stores the position of the center of gravity estimated by the parameter calculation unit is further provided.
When the work of the work machine is started, the vehicle body stability calculation unit reads out the position of the center of gravity stored in the parameter storage unit at the time of the previous work of the work machine and performs the ZMP estimation process of the work machine. The work machine according to claim 6, wherein the work machine is to be executed.

6. Or 7, the vehicle body stability calculation unit further drives and controls the actuator of the work machine in a stable direction when it is determined that the posture of the work machine is unstable. The work machine described in.