JP2022149915A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】建設機械において、吊り具から吊り荷底面までの距離を容易に測定できるようにする。【解決手段】作業機の位置と姿勢を計測する第１計測装置と、吊り具に作用する荷重を計測する第２計測装置と、コントローラとを備え、コントローラは、吊り具により荷を吊り上げるとき、第２計測装置により計測した荷重に基づいて荷が地面から離れたかどうかを判定し、荷が地面から離れたと判定したとき、その時点での第１計測装置により計測した作業機の位置と姿勢と、予め設定した荷の直下の現況面の地形情報とに基づいて、吊り具から現況面までの第１距離を演算し、第１距離を吊り具から荷の底面までの第２距離として設定する。【選択図】図３

Description

本発明は、荷吊り作業を行うことができる建設機械に関する。

例えば油圧ショベルのような建設機械においては、オペレータが操作レバーを操作することで、バケットなどのアタッチメントを含む作業機が駆動される。このような建設機械において、例えば特許文献１に記載のように、バケットの背面に吊り具を取り付け、吊り具を利用して吊り荷作業を行えるようにしたものがある。

また、油圧ショベルのような建設機械において、所定深さの溝や所定勾配の法面などを掘削する場合、オペレータが作業機の動作を目視するだけで目標とする形状通りに正確に掘削されているか否かを判断することは困難である。このため、例えば特許文献２に記載のように、作業機の先端に位置するバケットの位置情報を表示装置に表示して、オペレータを補助する技術がある。

特開２００５－８２２６５号公報 特許第５５５５１９０号公報

特許文献１のような油圧ショベルにより吊り荷作業を行う際、側溝の底部など荷降ろし位置がオペレータの着座位置から目視確認ができない場合がある。荷降ろし位置を目視確認ができない状態で荷を降ろすと、荷が地面に勢いよく着地して破損したり、慎重に操作しすぎて作業効率が落ちる可能性がある。このため、特許文献２の技術を応用して吊り荷の位置を表示装置に表示することが考えられる。

しかしながら、吊り荷の位置を表示装置に表示する場合、吊り具から吊り荷底面までの距離を測定する必要がある。通常、吊り作業に使用するワイヤロープは伸縮するため、荷を吊った状態にしなければ正確に吊り具から吊り荷底面までの距離を測定することができない。荷を吊った状態で荷降ろし位置を測定すると、荷が揺れることがある上、吊り具の真下に荷が吊られるため、スケール等で吊り具から吊り荷底面までの距離を測定することは困難である。

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、吊り具から吊り荷底面までの距離を容易に測定することができる建設機械を提供するものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、ブーム、アーム及びバケットを有する多関節型の作業機と、前記バケットに取り付けられた吊り具と、前記作業機の位置と姿勢を計測する第１計測装置と、前記吊り具に作用する荷重を計測する第２計測装置と、コントローラとを備えた建設機械において、前記コントローラは、前記吊り具により荷を吊り上げるとき、前記第２計測装置により計測した荷重に基づいて前記荷が地面から離れたかどうかを判定し、前記荷が地面から離れたと判定したとき、その時点での前記第１計測装置により計測した前記作業機の位置と姿勢と、予め設定した前記荷の直下の現況面の地形情報とに基づいて、前記吊り具から前記現況面までの第１距離を演算し、前記第１距離を前記吊り具から前記荷の底面までの第２距離として設定するものとする。

本発明によれば、荷を吊った状態において、吊り具から吊り荷底面までの距離を容易に測定することができる。また、その測定結果に基づいて荷の底面から直下の荷降ろし位置までの距離を通知することができる。

本発明を油圧ショベルに適用した場合の本発明の第１の実施形態における油圧ショベルの側面図である。 本発明の第１の実施形態における油圧ショベルに搭載される油圧システムと制御システムを示す図である。 車体コントローラの機能を示すブロック図である。 車体コントローラにおける現況面設定部、位置姿勢演算部、荷重演算部、地切り判定部、吊り荷距離演算部の各機能の詳細を示すフローチャートである。 吊り具で荷を吊った後、油圧ショベルを荷降ろし位置まで移動させ、荷降ろしをするときの通知装置の表示例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における油圧ショベルに搭載される油圧システムと制御システムを示す図である。 第２の実施形態の車体コントローラの機能を示すブロック図である。 第２の実施形態における吊り荷距離演算部と速度制限制御部を含む車体コントローラの機能を示すフローチャートである。 速度制限制御部によるブーム下げ速度制限制御の詳細を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
＜建設機械＞
図１は、本発明を油圧ショベルに適用した場合の本発明の第１の実施形態における油圧ショベルの側面図である。

図１において、油圧ショベル１は、多関節型のフロント作業機（以下単に作業機という）１Ａと，車体１Ｂとで構成されている。車体１Ｂは，下部走行体１０と、下部走行体１０に旋回可能に搭載された上部旋回体２０とを備え、作業機１Ａは上部旋回体２０の前部に上下方向に回動可能に取り付けられている。

作業機１Ａは、ブーム３１と、ブーム３１を駆動するブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端に回動可能に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回動可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するバケットシリンダ３６と、アーム３３とバケット３５とバケットシリンダ３６に軸支され、バケットシリンダ３６の伸縮動作をバケット３５の回動動作に変換するバケットリンク機構３８などで構成されている。バケット３５の先端には交換可能な消耗部材である爪３７が取り付けられている。また、バケット３５のバケットリンク機構３８との軸支部分（ピン結合部分）にはバケットリンク機構３８に格納可能な吊り具３９が取り付けられ、図示するように吊り具３９を取り出し、吊り具３９に吊り荷用のワイヤロープを掛け、油圧ショベル１によって荷を吊ることができる。

下部走行体１０は、一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図では左側のみを示す）、各クローラ１１ａ，１１ｂをそれぞれ駆動する一対の走行油圧モータ１３ａ，１３ｂ（図では左側のみを示す）及びそれらの減速機構などで構成されている。

上部旋回体２０は、旋回フレーム２１を備え、旋回フレーム２１上に、オペレータが搭乗して種々の操作を行うキャブ２４、下部走行体１０に対して上部旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる旋回油圧モータ２３及び旋回装置２５が搭載されている。また、旋回フレーム２１上には、原動機としてのディーゼルエンジン（以下単にエンジンという）２２、エンジン２２によって駆動される油圧ポンプ４０、油圧ポンプ４０から吐出された圧油を走行油圧モータ１３ａ，１３ｂ、旋回油圧モータ２３、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６を含む複数の油圧アクチュエータに供給する油路に配置されたコントロールバルブユニット４１（図２参照）が搭載されている。

上部旋回体２０の旋回フレーム２１、ブーム３１、アーム３３、バケットリンク機構３８には、それぞれ、加速度及び角速度を検出するIMU（Inertial Measurement Unit、慣性計測装置）５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが設置されている。また、上部旋回体２０には２本のGNSSアンテナ５１ａ，５１ｂ（図では左側のみを示す）と、ＧＮＳＳ受信機５１ｃが設置されている。GNSSアンテナ５１ａ，５１ｂのそれぞれで受信した衛星信号はGNSS受信機５１ｃに送られ、GNSSアンテナ５１ａ，５１ｂの３次元位置座標の算出や上部旋回体２０の方位角の算出などの演算が実行される。GNSS受信機５１ｃにおいて、GNSSアンテナ５１ａ，５１ｂの３次元位置座標はグローバル座標系の値として演算される。GNSSアンテナ５１ａ，５１ｂとGNSS受信機５１ｃをまとめてGNSSシステム５１と呼ぶことがある。

＜油圧システム及び制御システム＞
図２は、本実施の形態における油圧ショベルに搭載される油圧システムと制御システムを示す図である。

＜＜油圧システム＞＞
図２において、本実施の形態における油圧システムは、上述したエンジン２２及び油圧ポンプ４０と、この油圧ポンプ２からの圧油（作動油）により駆動される上述したブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６，旋回モータ２３，走行油圧モータ１３ａ，１３ｂを含む複数のアクチュエータと、上述したコントロールバルブユニット４１を備えている。コントロールバルブユニット４１は、複数の油圧アクチュエータ３２，３４，４６，２３，１３ａ，１３ｂのそれぞれに供給される圧油の流量及び方向を制御するブーム流量制御弁４１ａ、アーム流量制御弁４１ｂ、バケット流量制御弁４１ｃ、旋回流量制御弁４１ｄ、走行流量制御弁４１ｅ，４１ｆを含む複数の流量制御弁を備えている。また、油圧システムは、オペレータの操作に応じた操作信号（操作圧）を生成して複数の流量制御弁４１ａ～４１ｆを切り換えるブーム操作装置４２、アーム操作装置４３、バケット操作装置４４、旋回操作装置４５、左走行操作装置４６ａ、右走行操作装置４６ｂを含む複数の操作装置を備えている。

油圧ポンプ４０はレギュレータ４０ａを備えた可変容量型であり、コントロールバルブユニット４１は複数の操作装置の操作圧の最大圧力を選択してポンプ制御圧を生成し、レギュレータ４０ａはそのポンプ制御圧に基づいて複数の操作装置の操作量に応じて油圧ポンプ４０の吐出流量を制御する。

＜＜制御システム＞＞
本実施の形態における油圧ショベルの制御システムは、上述したIMU５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ及びGNSSシステム５１と、車体コントローラ６０と、ブームシリンダ３２のボトム側の配管に取り付けられ、ブームシリンダ３２のボトム室の圧力を検出する圧力センサ６６と、キャブ２４内に設置された入力装置６５及び通知装置６７とを備えている。

車体コントローラ６０は、IMU５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄによって検出された加速度及び角速度の信号と、GNSS受信機５１ｃにおいて算出されたGNSSアンテナ５１ａ，５１ｂの３次元位置座標及び上部旋回体２０の方位角の信号を入力し、それらの信号と、記憶装置に保存した作業機１Ａ及び上部旋回体２０の各部の寸法に基づいて、油圧ショベル１の位置と姿勢、すなわち作業機１Ａ及び上部旋回体２０の位置と姿勢を例えばグローバル座標系の値として演算する。また、その油圧ショベル１の位置と姿勢情報に基づいて、後述する距離等の演算を例えばグローバル座標系で行う。

IMU５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄと、GNSSアンテナ５１ａ，５１ｂ及びGNSS受信機５１ｃと車体コントローラ６０の上記演算機能（後述する位置姿勢演算部６２）は、作業機１Ａの位置と姿勢を計測する第１計測装置を提供する。

作業機１Ａ及び上部旋回体２０の各部の寸法には、上部旋回体２０の旋回フレーム２１とブーム３１が接続されるピン、ブーム３１とアーム３３が接続されるピン、アーム３３とバケット３５が接続されるピン、バケットリンク機構３８とアーム３３、バケット３５及び吊り具３９が接続される各ピン、及びバケット３５の爪３７の先端のそれぞれの位置間の距離、吊り具３９の基端からフック部までの距離が含まれる。

入力装置６５及び通知装置６７はそれぞれ例えば操作部と表示画面を備えた第１モニタ（表示装置）及び第２モニタ（表示装置）である。入力装置６５及び通知装置６７は１つのモニタで構成してもよい。

車体コントローラ６０で演算された油圧ショベル１の位置と姿勢の情報は通知装置（第２モニタ）６７に表示される。油圧ショベル１の姿勢情報には油圧ショベル１の側面図や正面図のアイコン、各関節部の角度情報、油圧ショベル１の前後左右の傾きなどの情報が含まれる。通知装置（第２モニタ）６７には、予め作成して取り込んだ設計面や簡易的に作成した施工目標面、バケット３５の爪３７の先端と設計面や施工目標面との距離などの情報も数値やインジケータ、図などで表示することができる。油圧ショベル１のオペレータはこれらの情報を基に施工することで、通常の施工時に目印として使用する丁張や水糸などを設置することなく施工を進めることができる。

また、車体コントローラ６０は、圧力センサ６６によって検出されたブームシリンダ３２のボトム室の圧力の信号を入力し、その圧力と第１計測装置により計測した作業機１Ａの位置と姿勢とに基づいて、吊り具３９に作用する荷重を演算する。

圧力センサ６６と車体コントローラ６０の上記演算機能（後述する荷重演算部６３ａ）は、吊り具３９に作用する荷重を計測する第２計測装置を提供する。

ここで、車体コントローラ６０は、吊り具３９により荷を吊り上げるとき、第２計測装置により計測した荷重に基づいて吊り荷が地面から離れたかどうかを判定し、吊り荷が地面から離れたと判定したとき、その時点での第１計測装置により計測した作業機１Ａの位置と姿勢と、予め設定した吊り荷の直下の現況面の地形情報とに基づいて、吊り具３９から現況面までの距離（第１距離）を演算し、この距離を吊り具３９から吊り荷の底面までの距離（第２距離）として設定する。

吊り具３９から現況面までの距離、或いは吊り具３９から吊り荷の底面までの距離とは、たとえば吊り具３９のフック部から現況面或いは吊り荷の底面までの距離を言う。

また、車体コントローラ６０は、第２距離を設定した後、第１計測装置により計測した作業機１Ａの位置と姿勢と、上記吊り荷の直下の現況面の地形情報と、第２距離とに基づいて吊り荷の底面から吊り荷の直下の現況面までの第３距離を演算し、通知装置６７（表示装置）はその第３距離をオペレータに通知する（表示する）。

更に、車体コントローラ６０は、吊り荷の直下の現況面と、作業機１Ａの位置と姿勢と、第２距離と、第３距離のそれぞれの情報を通知装置６７（表示装置）に送信し、通知装置６７（表示装置）は、車体コントローラ６０からの送信情報と、予め設定した建設機械のアイコン情報と、予め設定した吊り荷の寸法に基づいて、吊り荷の直下の現況面と、油圧ショベル１の位置と姿勢と、吊り荷の位置及び形状と、第３距離を表示する。

図３は、車体コントローラ６０の上記制御を実行する機能を示すブロック図である。

図３において、車体コントローラ６０は、現況面設定部６１、位置姿勢演算部６２、荷重演算部６３ａ、地切り判定部６３、吊り荷距離演算部６４の機能を有している。

現況面設定部６１は入力装置６５からの信号に基づいて、入力された現況地形の情報を現況面として設定する。

位置姿勢演算部６２は、IMU５０ａ～５０ｄから送信された加速度及び角速度の信号と、GNSS受信機５１ｃから送信されたGNSSアンテナ５１ａ，５１ｂの３次元位置座標及び上部旋回体２０の方位角の信号と、記憶装置に保存した上部旋回体２０及び作業機１Ａの各部の寸法に基づいて、油圧ショベル１の位置と姿勢（すなわち作業機１Ａ及び上部旋回体２０の位置と姿勢）を演算する。このとき演算される作業機１Ａの位置と姿勢は、作業機１Ａの各接続部の位置やバケット３５の爪３７の先端位置、吊り具３９のフック部の位置（以下単に吊り具３９の位置という）を含む。

荷重演算部６３ａは、圧力センサ６６から送信されたブームシリンダ３２のボトム側の圧力の信号と、位置姿勢演算部６２で演算された作業機１Ａの位置と姿勢とに基づいて吊り具３９に作用する荷重（以下吊り荷荷重という）を演算する。

地切り判定部６３は、荷重演算部６３ａにおいて演算された吊り荷荷重に基づいて、地切りされたか（荷が地面から離れたか）否かを判定する。荷の揺れが無い場合、地切りの瞬間に吊り荷荷重は最大となる。地切り判定部６３は、この吊り荷荷重の変化を監視することで地切りを判定する。

吊り荷距離演算部６４は、地切り判定部６３で地切りと判定されたとき、その時点で位置姿勢演算部６２において演算された油圧ショベル１の位置と姿勢、特に吊り具３９の位置と、現況面設定部６１に設定された吊り荷の直下の現況面の地形情報とに基づいて、吊り具３９から現況面までの距離（第１距離）を演算し、この距離を吊り具３９から吊り荷底面までの距離（第２距離）として保存し設定する。

現況面設定部６１で設定される現況面、位置姿勢演算部６２で演算される油圧ショベルの位置と姿勢、吊り荷距離演算部６４で演算される吊り具３９から吊り荷底面までの距離の情報は、通知装置６７に送信され、通知装置６７は油圧ショベル１のオペレータにそれらの情報を表示或いは音声で随時提供する。

また、吊り荷距離演算部６４は、吊り具３９から吊り荷底面までの距離（第２距離）とを設定した後、すなわち荷の吊り上げ時に荷が地面から離れた後（地切り後）、作業機１Ａの位置と姿勢と、吊り荷の直下の現況面の地形情報と、吊り具３９から吊り荷の底面までの距離（第２距離）とに基づいて吊り荷の底面から吊り荷の直下の現況面までの距離（第３距離）を演算し、通知装置６７はその距離（第３距離）をオペレータに通知する。

また、吊り荷距離演算部６４は、吊り荷の直下の現況面と、作業機１Ａの位置と姿勢と、吊り具３９から吊り荷の底面までの距離（第２距離）と、吊り荷の底面から吊り荷の直下の現況面までの距離（第３距離）の情報を通知装置６７に送信し、通知装置６７は、それらの送信情報と、予め設定した建設機械のアイコン情報と、予め設定した吊り荷の寸法に基づいて、吊り荷の直下の現況面と、油圧ショベル１の位置と姿勢と、吊り荷の位置及び形状と、吊り荷の底面から吊り荷の直下の現況面までの距離（第３距離）を表示する。

図４は、車体コントローラ６０における現況面設定部６１、位置姿勢演算部６２、荷重演算部６３ａ、地切り判定部６３、吊り荷距離演算部６４の上述した各機能の詳細を示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、吊り荷距離演算部６４は計測モードが有効であるかを判定する。吊り荷距離演算部６４は、オペレータが入力装置６５を用いて計測モードを設定した場合は、計測モードは有効であると判定し、計測モードが設定されていない場合は、計測モードは有効でないと判定する。計測モードが有効でないと判定した場合（ステップＳ１でNoの場合）はステップＳ９に進み、吊り荷距離演算部６４は、吊り具３９から荷の底面までの距離（第２距離）が設定されているかを判定する。第２距離が設定されていない場合（ステップＳ９でNoの場合）はステップＳ１０に進み、吊り荷距離演算部６４は計測モード設定指示情報を通知装置６７に送信し、計測モード設定指示情報をオペレータに通知する。計測モード設定指示情報はオペレータに入力装置６５を用いて計測モードの設定を指示する情報であり、例えば通知装置６７に計測モード設定指示情報を表示させる。計測モード設定指示情報の表示は、例えば通知装置６７（第２モニタ）に文字列や図を表示することで行うことができる。計測モード設定指示情報は通知装置６７に備えられるスピーカを作動させ、音声で通知しても良い。ステップＳ１において、吊り荷距離演算部６４が計測モードは有効であると判定し、条件成立した場合（ステップＳ１でYesの場合）は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、吊り荷距離演算部６４は現況面の設定が必要であるかを判定する。別の作業等で既に現況面が設定されている場合は、現況面の設定は不要であると判定する。また、同一の複数の荷を吊って移動する吊り荷作業で、２個目の荷を吊る場合は、１個目の荷を吊る作業で既に現況面が設定されているので、現況面の設定は不要であると判定する。現況面の設定が不要であると判定した場合（ステップＳ２でNoの場合）はステップＳ５に進み、吊り荷距離演算部６４は計荷吊り開始指示情報を通知装置６７に送信し、計測モード設定指示情報をオペレータに通知する。荷吊り開始指示情報はオペレータに作業機１Ａを持ち上げて荷を吊り始めるよう指示する情報であり、通知装置６７は荷吊り開始指示情報を例えば文字列や図で表示する。通知装置６７は荷吊り開始指示情報を音声で通知しても良い。

現況面の設定が必要であると判定した場合（ステップＳ２でYesの場合）はステップＳ３に進み、吊り荷距離演算部６４は現況面設定指示情報を通知装置６７に送信し、現況面設定指示情報をオペレータに通知する。現況面設定指示情報はオペレータに入力装置６５を用いて現況面の設定をオペレータに指示する情報であり、通知装置６７は現況面設定指示情報を例えば文字列や図で表示する。通知装置６７は現況面設定指示情報を音声で通知しても良い。

現況面の設定方法としては、ステレオカメラや測距レーダなどで吊り荷周辺の現況地形を取得して現況面として設定しても良いし、ドローンのような無人航空機（UAV：Unmanned Aerial Vehicle）を使用して取得した現況地形を外部から取り込んで現況面として設定しても良い。

ステップＳ４において、吊り荷距離演算部６４は、現況面の設定が完了したかを判定する。条件を満たさない場合（ステップＳ４でNoの場合）は、条件成立まで待機状態となる。条件成立した場合（ステップＳ４でYesの場合）は、ステップＳ５に進み、吊り荷距離演算部６４は計荷吊り開始指示情報を通知装置６７に送信し、計荷吊り開始指示情報をオペレータに通知する。

ステップＳ６において、荷重演算部６３ａは、ブームシリンダ３２のボトム側の圧力を検出する圧力センサ６６の圧力情報と、位置姿勢演算部６２で演算された作業機１Ａの位置と姿勢情報とに基づいて吊り荷荷重を演算し、地切り判定部６３は、その吊り荷荷重が最大値になったかどうかを判定する。吊り荷荷重が最大値になったかどうかは、吊り荷荷重の変化量を計測し、変化量が０または０に近い判定閾値以内になることで判定すれば良い。すなわち、荷を吊り始めると徐々に荷重が大きくなっていくため、ある一定の変化量が計測される。荷が地面から離れたときから荷重は吊り荷の重量となるため、吊り荷荷重の変化量が０になる。振動などの影響を回避する目的で、一定期間内の平均変化量を基に０に近い荷重変化量の判定閾値を設定して判定することにより、正確に吊り荷荷重が最大値になったことを判定することができる。

ステップＳ６で条件を満たさない場合（ステップＳ６でNoの場合）は、条件成立まで荷吊り開始指示情報を表示して待機状態となる。条件成立した場合（ステップＳ６でYesの場合）はステップＳ７に進み、吊り荷距離演算部６４は、その時点での作業機１Ａの位置と姿勢と、ステップＳＳ４で設定した現況面の地形情報に含まれる荷の直下の現況面の地形情報とに基づいて、吊り具３９から現況面までの距離を、吊り具３９から吊り荷底面までの距離（第２距離）として演算し設定する。設定完了後はステップＳ８に進み、吊り荷距離演算部６４は計測完了情報を通知装置６７に送信し、計測完了情報を例えば表示でオペレータに通知し、計測モードを終了する。計測完了情報は音声で通知してもよい。

通知装置６７に計測完了情報が表示されると、オペレータは計測モードが終了したことを認識し、吊り荷作業の次の操作に移ることができる。

次いで、ステップＳ９に進み、吊り荷距離演算部６４は、吊り具３９から吊り荷底面までの距離（第２距離）が設定されているかを判定する。ステップＳ８からステップＳ９に進んだ場合は、吊り具３９から吊り荷底面までの距離が設定されている場合であり、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、吊り荷距離演算部６４は、設定された吊り具３９から吊り荷底面までの距離（第２距離）と、作業機１Ａの位置と姿勢と、ステップＳＳ４で設定した現況面の地形情報に含まれる荷降ろし位置の現況面の地形情報とに基づいて、吊り荷底面から吊り荷直下の現況面までの距離（第３距離）を算出する。

次いでステップＳ１２に進み、算出した吊り荷底面から吊り荷直下の現況面までの距離（第３距離）の情報を通知装置６７に送信し、その距離情報を例えば表示でオペレータに通知する。計測完了情報は音声で通知してもよい。

これによりオペレータは、荷が地面から離れた後、荷を更に吊り上げるときや、荷降ろし位置で荷を下ろすときに、直感的に吊り荷底面と吊り荷直下の現況面との距離を把握することができる。

図５は、吊り具３９で荷を吊った後、油圧ショベルを荷降ろし位置まで移動させ、荷降ろしをするときの通知装置６７の表示例を示す図である。説明のため、吊り具３９から吊り荷Ｓの底面までの距離がＨ２（＝Ｈ１）で示され（Ｈ１は荷を吊り上げるときの吊り具３９から現況面までの距離（第１距離））、吊り荷Ｓの底面から吊り荷Ｓの直下の現況面までの距離（第３距離）がＨ３で示されている。

図示の例は、油圧ショベル１が位置する地面Ｅ１より荷降ろし位置の地面Ｅ２が下方にある場合であり、油圧ショベル１及び吊り荷Ｓが黒色のシルエットで示されている。また、吊り荷Ｓの底面から吊り荷Ｓの直下の現況面までの距離（第３距離）Ｈ３が図と数値（１．０２ｍ）で示され、下向きの矢印が荷降ろし作業であることを示している。

これによりオペレータは、荷降ろし位置が目視できない位置であっても、表示された吊り荷Ｓの底面と吊り荷Ｓ直下の現況面との距離Ｈ３を基に荷降ろし操作を行うことができる。

なお、図４のフローチャートは、ステップＳ４において設定された現況面の地形情報が、荷を吊り上げる位置の現況面の地形情報と荷降ろし位置の現況面の地形情報の両方含み、ステップＳ１１において、その荷降ろし位置の現況面の地形情報を用いて、吊り荷底面から吊り荷直下の現況面までの距離（第３距離）を算出できるようにした場合のものであるが、荷を吊り上げる位置の現況面の地形情報とは別に、荷降ろし位置の現況面の地形情報を独立して設定できるようにしてもよい。この場合は、図４のステップＳ９とステップＳ１０の間にステップＳ２～ステップＳ４と同様なステップを加え、その後に「荷降ろし開始指示情報を表示」のステップを加えればよい。

以上のように本実施形態によれば、現在荷が置かれている現況面を設定し、荷を吊った際の荷重を検出し、吊り具３９から現況面までの距離を演算し、この距離を吊り具３９から吊り荷の底面までの距離として設定することにより、吊り具３９から吊り荷の底面までの距離を容易に測定することができる。

また、その後、更に荷を吊り上げるときや、荷降ろし位置で荷を吊り降ろすときに、測定した吊り具３９から吊り荷の底面までの距離を用いて荷の底面から荷の直下の現況面までの距離を演算し、通知装置６７（第２モニタ）がその距離を表示でオペレータに通知することによって、オペレータはより直感的に吊り荷底面と吊り荷直下の現況面との距離を把握することができる。

更に、荷降ろし位置で荷を吊り降ろすとき、オペレータは荷降ろし位置が目視できない位置であっても、通知装置６７（第２モニタ）が吊り荷の直下の現況面と、油圧ショベル１の位置と姿勢と、吊り荷の位置及び形状と、吊り荷の底面と吊り荷直下の現況面との距離（第３距離）を表示することによって、オペレータは表示された吊り荷の底面と吊り荷直下の現況面との距離を基に荷降ろし操作を行うことができ、荷が地面に勢いよく着地して破損したり、慎重に操作しすぎて作業効率が落ちることを避けることができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態における油圧ショベルに搭載される油圧システムとその制御システムを示す図である。

図６において、本実施形態の制御システムは、ブーム操作装置４２とコントロールバルブユニット４１間のパイロット油路４２ａ，４２ｂにそれぞれ配置された電磁比例減圧弁４７，４８を備えている。電磁比例減圧弁４７，４８は車体コントローラ６０Ａから出力される指令電流に応じてパイロット油路４２ａ，４２ｂの操作圧を減圧（制限）し、ブームの上げ速度と下げ速度をそれぞれ制限する。

図７は、本実施形態の車体コントローラ６０Ａの機能を示すブロック図である。

車体コントローラ６０Ａは、図３に示した車体コントローラ６０の吊り荷距離演算部６４に代えて吊り荷距離演算部６４Ａを備え、かつ速度制限制御部６８の機能を更に備えている。

吊り荷距離演算部６４Ａは、図３に示した第１の実施形態の吊り荷距離演算部６４の機能に加え、ブーム上げ速度制限制御とブーム下げ速度制限制御の演算を行う機能を有している。速度制限制御部６８は、その演算結果に基づいて電磁比例減圧弁４７，４８を制御する指令電流を生成し、オペレータの操作に対してブーム上げ速度とブーム下げ速度に制限を加える。具体的には、計測モード中にはオペレータの操作に対してブーム上げ速度を制限する制御を行い、計測モード完了後はオペレータの操作に対してブーム下げ速度を制限する制御を行う。

この吊り荷距離演算部６４Ａと速度制限制御部６８の機能により、車体コントローラ６０Ａは、計測モード中に吊り具３９により荷を吊り上げるとき、吊り荷が地面から離れるまでの間、ブーム操作装置４２が生成するブーム上げの操作信号を制限し、ブーム３１の上げ速度を制限する。また、車体コントローラ６０Ａは、計測モードが完了し、吊り具３９により荷を吊り降ろすとき、吊り荷の底面から吊り荷の直下の現況面までの距離がゼロになるまでの間、ブーム操作装置４２が生成するブーム下げの操作信号を制限し、ブームの下げ速度を制限する。

図８は、上記吊り荷距離演算部６４Ａと速度制限制御部６８を含む車体コントローラ６０Ａの機能を示すフローチャートである。

図８において、図４のフローチャートのステップＳ５の機能はステップＳ５Ａに置き換わり、ステップＳ１２の後にステップＳ１３が追加されている。

ステップＳ２で現況面の設定が不要であると判定した場合（ステップＳ２でNoの場合）、或いはステップＳ４で現況面の設定が完了したと判定した場合（ステップＳ４でYesの場合）は、ステップＳ５Ａに進み、吊り荷距離演算部６４Ａは荷吊り開始指示情報を通知装置６７に送信し、計測モード設定指示情報をオペレータに通知する。また、速度制限制御部６８はブーム上げ速度の制限制御を有効にする。速度制限制御部６８は、ブーム上げ速度の制限制御が有効になると電磁比例減圧弁４７に指令電流を出力し、電磁比例減圧弁４７はブーム上げの操作圧を所定圧以下に制限し、オペレータの操作に対してブーム上げ速度が所定速度以下となるように制限を加える。これによりオペレータがブーム上げ操作を実施した際、操作量の大きさに関わらず、ブームが低速で上がるよう制限され、荷の揺れや反動が起こりにくくなり、荷の荷重の計測精度が向上する。

また、吊り荷距離演算部６４Ａは、ステップＳ１２において、吊り荷底面から吊り荷直下の現況面までの距離（第３距離）の情報を通知装置６７に表示させた後、ステップＳ１３に進み、速度制限制御部６８によるブーム下げ速度の制限制御に移行する。

図９は、速度制限制御部６８によるブーム下げ速度制限制御の詳細を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２１において、速度制限制御部６８は速度制限制御が有効であるかを判定する。オペレータが入力装置６５を用いて速度制限制御を設定した場合は、速度制限制御は有効であると判定される。速度制限制御が設定されていない場合は、速度制限制御は有効でないと判定される。速度制限制御が有効でないと判定された場合（ステップＳ２１でNoの場合）は条件成立まで待機状態となる。速度制限制御が有効であると判定された場合（ステップＳ２１でYesの場合）はステップＳ２３～ステップＳ２６に進み、速度制限制御部６８は吊り荷距離演算部６４Ａが演算した吊り荷底面から吊り荷直下の現況面までの距離（第３距離）に応じてブーム下げ速度の制限制御を行う。

すなわち、図９のステップＳ２３において、速度制限制御部６８は吊り荷の底面から吊り荷直下の現況面までの距離が５００mm以内かを判定する。距離が５００mm以内でないと判定された場合（ステップＳ２３でNoの場合）は条件成立まで待機状態となる。オペレータがブーム下げ操作を実施し、距離が５００mm以内と判定された場合（ステップＳ２３でYesの場合）はステップＳ２４に進み、速度制限制御部６８は電磁比例減圧弁４８に指令電流を出力して操作圧を制限し、オペレータのブーム下げ操作量の大きさに係わらずブーム３１が予め定めた一定の第１速度以下の低速で下がるように制限を加える。

次いでステップＳ２５において、速度制限制御部６８は吊り荷の底面から吊り荷直下の現況面までの距離が１００mm以内かを判定する。距離が１００mm以内でないと判定された場合（ステップＳ２４でNoの場合）は条件成立まで第１速度以下の低速で下がるよう制限する制御を繰り返す。オペレータがブーム下げ操作を継続し、距離が１００mm以内と判定された場合（ステップＳ２５でYesの場合）はステップＳ２６に進み、速度制限制御部６８は電磁比例減圧弁４８に指令電流を出力して操作圧を更に制限し、オペレータのブーム下げ操作量の大きさに係わらずブーム３１が第１速度よりも低い予め定めた一定の第２速度以下の低速で下がるように制限を加える。

これにより吊り荷を地面に置く際に、オペレータの操作によらず荷をゆっくり着地できるようになり、荷が地面に勢いよく着地して破損することを避けることができる。

また、吊り荷底面から吊り荷直下までの距離が大きい位置からブーム下げ操作をした場合にも、制限によりブーム下げ速度が急激に低下することを避けることができ、オペレータの違和感を軽減し、作業効率を向上することができる。

なお、上記実施形態において、ブーム下げ制限制御は、吊り荷底面から吊り荷直下の現況面までの距離に応じて段階的に制限量を変えたが、吊り荷底面から吊り荷直下の現況面までの距離に応じて制限量を連続的に変えてもよい。これによりブーム３１の下げ速度が連続的に低下し、よりスムーズに荷を着地させることができる。

＜その他＞
以上の実施形態では、作業機１Ａの位置と姿勢を計測する第１計測装置をIMU５０ａ～５０ｄとしたが、これに限らず、各部位に取り付けられる傾斜センサや各シリンダに取り付けられるストロークセンサ、各リンク部に取り付けられるポテンショメータなどの回転角センサで構成しても良い。

また、上記の実施形態では、通知装置６７はモニタとしたが、ブザーや音声案内などの方法でオペレータに各種情報を通知するよう構成しても良い。

また、第２の実施形態では、速度制限制御部６８で行う制限制御はブーム上げ及びブーム下げの制限制御としたが、アーム３３又はバケット３５、あるいは複数の部位に対しての制限制御を行ってもよい。

更に、第２の実施形態では、速度制限制御部６８により操作装置が生成する操作信号を制限し、吊り降ろし速度を制限したが、バケットが設定した掘削面より下へは入り込まないように操作信号を制限して掘削領域を制限する制御である領域制限制御を行えるようにした油圧ショベルにおいては、その領域制限制御を利用して吊り荷の吊り降ろし速度を制限するようにしてもよい。

１ 油圧ショベル（建設機械）
１Ａ 作業機
１Ｂ 車体
３１ ブーム
３２ ブームシリンダ
３３ アーム
３４ アームシリンダ
３５ バケット
３６ バケットシリンダ
３９ 吊り具
４０ 油圧ポンプ
４１ａ ブーム流量制御弁
４１ｂ アーム流量制御弁
４１ｃ バケット流量制御弁
４７ 電磁比例減圧弁
４８ 電磁比例減圧弁
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ IMU（第１計測装置）
５１ GNSSシステム（第１計測装置）
６０ 車体コントローラ（コントローラ）
６０Ａ 車体コントローラ（コントローラ）
６１ 現況面設定部
６２ 位置姿勢演算部（第１計測装置）
６３ａ 荷重演算部（第２計測装置）
６３ 地切り判定部
６４ 吊り荷距離演算部
６４Ａ 吊り荷距離演算部
６５ 入力装置（第１モニタ；表示装置）
６６ 圧力センサ（第２計測装置）
６７ 通知装置（第２モニタ；表示装置）
６８ 速度制限制御部
Ｓ 吊り荷
Ｈ１ 第１距離
Ｈ２ 第２距離
Ｈ３ 第３距離

Claims (8)

1. ブーム、アーム及びバケットを有する多関節型の作業機と、前記バケットに取り付けられた吊り具と、前記作業機の位置と姿勢を計測する第１計測装置と、前記吊り具に作用する荷重を計測する第２計測装置と、コントローラとを備えた建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記吊り具により荷を吊り上げるとき、前記第２計測装置により計測した荷重に基づいて前記荷が地面から離れたかどうかを判定し、前記荷が地面から離れたと判定したとき、その時点での前記第１計測装置により計測した前記作業機の位置と姿勢と、予め設定した前記荷の直下の現況面の地形情報とに基づいて、前記吊り具から前記現況面までの第１距離を演算し、前記第１距離を前記吊り具から前記荷の底面までの第２距離として設定することを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   通知装置を更に備え、
   前記コントローラは、
   前記第２距離を設定した後、前記第１計測装置により計測した前記作業機の位置と姿勢と、前記荷の直下の現況面の地形情報と、前記第２距離とに基づいて前記荷の底面から前記荷の直下の現況面までの第３距離を演算し、
   前記通知装置は前記第３距離をオペレータに通知することを特徴とする建設機械。
3. 請求項２に記載の建設機械において、
   前記通知装置は表示装置であり、
   前記表示装置は、前記第３距離を表示することを特徴とする建設機械。
4. 請求項２に記載の建設機械において、
   前記通知装置は表示装置であり、
   前記コントローラは、前記荷の直下の現況面と、前記作業機の位置と姿勢と、前記第２距離と、前記第３距離のそれぞれの情報を前記表示装置に送信し、
   前記表示装置は、前記コントローラからの送信情報と、予め設定した前記建設機械のアイコン情報と、予め設定した吊り荷の寸法とに基づいて、前記荷の直下の現況面と、前記建設機械の位置と姿勢と、前記荷の位置及び形状と、前記第３距離を表示することを特徴とする建設機械。
5. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記コントローラは、前記第２計測装置により計測した荷重が最大になったかどかを判定し、前記荷重が最大になったとき、前記荷が地面から離れたと判定することを特徴とする建設機械。
6. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、前記ブームシリンダに供給される作動油の流量と方向を制御するブーム流量制御弁を含む複数の流量制御弁と、オペレータの操作により操作信号を生成し、前記操作信号により前記ブーム流量制御弁を切り換えて前記ブームシリンダを駆動するブーム操作装置を含む複数の操作装置とを更に備え、
   前記コントローラは、
   前記吊り具により前記荷を吊り上げるとき、前記吊り荷が地面から離れるまでの間、前記ブーム操作装置が生成するブーム上げの操作信号を制限し、前記ブームの上げ速度を制限することを特徴とする建設機械。
7. 請求項２に記載の建設機械において、
   前記ブームを駆動するブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、前記ブームシリンダに供給される作動油の流量と方向を制御するブーム流量制御弁を含む複数の流量制御弁と、オペレータの操作により操作信号を生成し、前記操作信号により前記ブーム流量制御弁を切り換えて前記ブームシリンダを駆動するブーム操作装置を含む複数の操作装置とを更に備え、
   前記コントローラは、
   前記吊り具により前記荷を吊り降ろすとき、前記第３距離がゼロになるまでの間、前記ブーム操作装置が生成するブーム下げの操作信号を制限し、前記ブームの下げ速度を制限することを特徴とする建設機械。
8. 請求項７に記載の建設機械において、
   前記コントローラは、前記ブームの下げ速度を制限する制御を行うとき、前記第３距離に応じて前記ブームの下げ速度が小さくなり、前記第３距離がゼロになるとき前記ブームの下げ速度がゼロになるよう前記ブーム下げの操作信号を制限することを特徴とする建設機械。

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