JP2022156425A - 作業機械及び搬送物重量計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく搬送物の重量を算出する作業機械及び搬送物重量計測システムを提供する。【解決手段】搬送物を搬送するアタッチメントと、実積込み時の重量と空搬送時の重量とに基づいて、前記搬送物の重量を算出する重量算出部を備える作業機械であって、前記空搬送時の重量を設定する処理を開始させるゼロリセット動作モードスイッチを備える、作業機械。【選択図】図３

Description

本開示は、作業機械及び搬送物重量計測システムに関する。

例えば、空荷時のバケット重量と掘削後におけるバケット重量とから、バケットの土量重量を算出するショベルが知られている（特許文献１参照）。

特公平６－８９５５０号公報

ところで、土砂等の搬送物の重量を計測する作業機械において、作業機械の作業開始時や、計測された搬送物の重量と実際の搬送物の重量との誤差が大きい場合、オペレータが搬送物の重量を計測するシステムを容易に調整できることが求められている。

そこで、上記課題に鑑み、精度よく搬送物の重量を算出する作業機械及び搬送物重量計測システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、搬送物を搬送するアタッチメントと、実積込み時の重量と空搬送時の重量とに基づいて、前記搬送物の重量を算出する重量算出部を備える作業機械であって、前記空搬送時の重量を設定する処理を開始させるゼロリセット動作モードスイッチを備える、作業機械が提供される。

上述の実施形態によれば、精度よく搬送物の重量を算出する作業機械及び搬送物重量計測システムを提供することができる。

本実施形態に係る掘削機としてのショベルの側面図である。 重量算出部の処理を説明するブロック線図である。 本実施形態に係るショベルの重量算出部の補正方法を説明するフローチャートである。 作業現場の様子の一例を示す図である。 作業現場の様子の一例を示す図である。 ブーム上げ動作におけるブームの高さとブーム上げ速度の一例を示すグラフである。 リセット開始前の表示画面の一例。 リセット処理時の表示画面の一例。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

［ショベルの概要］
最初に、図１を参照して、本実施形態に係るショベル１００の概要について説明する。

図１は、本実施形態に係る作業機械の一例である掘削機としてのショベル１００の側面図である。

本実施形態に係るショベル１００は、下部走行体１と、旋回機構２を介して旋回自在に下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、アタッチメント（作業機）を構成するブーム４、アーム５、及び、バケット６と、キャビン１０を備える。

下部走行体１は、左右一対のクローラが走行油圧モータ（図示せず）でそれぞれ油圧駆動されることにより、ショベル１００を走行させる。つまり、一対の走行油圧モータは、被駆動部としての下部走行体１（クローラ）を駆動する。

上部旋回体３は、旋回油圧モータ（図示せず）で駆動されることにより、下部走行体１に対して旋回する。つまり、旋回油圧モータは、被駆動部としての上部旋回体３を駆動する旋回駆動部であり、上部旋回体３の向きを変化させることができる。

尚、上部旋回体３は、旋回油圧モータの代わりに、電動機（以下、「旋回用電動機」）により電気駆動されてもよい。つまり、旋回用電動機は、旋回油圧モータと同様、被駆動部としての上部旋回体３を駆動する旋回駆動部であり、上部旋回体３の向きを変化させることができる。

ブーム４は、上部旋回体３の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム４の先端には、アーム５が上下回動可能に枢着され、アーム５の先端には、エンドアタッチメントとしてのバケット６が上下回動可能に枢着される。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。

尚、バケット６は、エンドアタッチメントの一例であり、アーム５の先端には、作業内容等に応じて、バケット６の代わりに、他のエンドアタッチメント、例えば、法面用バケット、浚渫用バケット、ブレーカ、リフティングマグネット、又はグラップル等が取り付けられてもよい。

バケットシリンダ９のロッド側端部とバケット６とは、バケットリンク６ａによって連結されている。具体的には、バケットリンク６ａの上端側は、バケットシリンダトップピン６ｂを介してバケットシリンダ９のロッド側端部及びアームリンク６ｃに回動可能に連結されている。バケットリンク６ａの下端側は、バケットピン６ｄを介してバケット６の後面にあるブラケットに回動可能に連結されている。また、バケットリンク６ａには、クレーン作業用のフックが収納可能に且つ回動可能に取り付けられてもよい。

フックは、掘削作業時には、主にバケットリンク６ａで構成されるフック収納部に収納される。バケット６の動作を妨げることがないようにするためである。一方、クレーン作業時にはフック収納部からその先端が突出するように構成される。

また、フック収納部には、フックの収納状態を検出する検出装置（図示せず）が設けられていてもよい。例えば、検出装置は、フック収納部内にフックが存在する場合に導通状態となり、フック収納部内にフックが存在しない場合に遮断状態となるスイッチであってもよく、フックが収納されるフック収納部に設けられてもよい。なお、検出装置の検出信号は、後述するコントローラ３０に取り込まれてもよい。

キャビン１０は、オペレータが搭乗する運転室であり、上部旋回体３の前部左側に搭載される。

エンジン１１は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体３の後部に搭載される。具体的には、エンジン１１は、後述するコントローラ３０による直接或いは間接的な制御下で、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ（図示せず）及びパイロットポンプ（図示せず）を駆動する。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。

コントローラ３０は、例えば、キャビン１０内に設けられ、ショベル１００の駆動制御を行う。コントローラ３０は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。例えば、コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性の補助記憶装置と、各種入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。コントローラ３０は、例えば、ＲＯＭや不揮発性の補助記憶装置に格納される各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種機能を実現する。

例えば、コントローラ３０は、オペレータ等の所定操作により予め設定される作業モード等に基づき、目標回転数を設定し、エンジン１１を一定回転させる駆動制御を行う。

また、コントローラ３０は、アタッチメントの搬送物の重量を算出する重量算出部７０（後述する図２参照）を有している。重量算出部７０は、バケット６で土砂等を掘削する際、バケット６内の土砂等の搬送物の重量を算出する。また、フックで吊荷を吊り上げる際、フックで吊り上げられる吊荷（搬送物）の重量を算出する。

表示装置４０は、キャビン１０内の着座したオペレータから視認し易い場所に設けられ、コントローラ３０による制御下で、各種情報画像を表示する。表示装置４０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続されていてもよいし、一対一の専用線を介してコントローラ３０に接続されていてもよい。

入力装置４２は、キャビン１０内の着座したオペレータから手が届く範囲に設けられ、オペレータによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた信号をコントローラ３０に出力する。入力装置４２は、各種情報画像を表示する表示装置４０のディスプレイに実装されるタッチパネル、レバー装置（図示せず）のレバー部の先端に設けられるノブスイッチ、表示装置４０の周囲に設置されるボタンスイッチ、レバー、トグル、回転ダイヤル等を含む。入力装置４２に対する操作内容に対応する信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

また、入力装置４２は、モード切替スイッチ（図示せず）を有する。モード切替スイッチは、ショベル１００の作業モードを切り替えるためのスイッチである。作業モードは、ショベル１００による作業の種別を意味し、例えば、クレーンモード、通常モード等を含む。なお、モード切替スイッチは、表示装置４０の画面上に配置されるタッチパネル上のソフトウェアスイッチであってもよく、表示装置４０の周辺に設置されたハードウェアスイッチであってもよく、キャビン１０内の別の位置に設置されたスイッチであってもよい。

音声出力装置４３は、例えば、キャビン１０内に設けられ、コントローラ３０と接続され、コントローラ３０による制御下で、音声を出力する。音声出力装置４３は、例えば、スピーカやブザー等である。音声出力装置４３は、コントローラ３０からの音声出力指令に応じて各種情報を音声出力する。

記憶装置４７は、例えば、キャビン１０内に設けられ、コントローラ３０による制御下で、各種情報を記憶する。記憶装置４７は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置４７は、ショベル１００の動作中に各種機器が出力する情報を記憶してもよく、ショベル１００の動作が開始される前に各種機器を介して取得する情報を記憶してもよい。

ブーム角度センサＳ１は、ブーム４に取り付けられ、ブーム４の上部旋回体３に対する俯仰角度（以下、「ブーム角度」）、例えば、側面視において、上部旋回体３の旋回平面に対してブーム４の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。ブーム角度センサＳ１は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、６軸センサ、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）等を含んでよい。また、ブーム角度センサＳ１は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、ブーム角度に対応する油圧シリンダ（ブームシリンダ７）のストローク量を検出するシリンダセンサ等を含んでもよい。以下、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３についても同様である。ブーム角度センサＳ１によるブーム角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

アーム角度センサＳ２は、アーム５に取り付けられ、アーム５のブーム４に対する回動角度（以下、「アーム角度」）、例えば、側面視において、ブーム４の両端の支点を結ぶ直線に対してアーム５の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。アーム角度センサＳ２によるアーム角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

バケット角度センサＳ３は、バケット６に取り付けられ、バケット６のアーム５に対する回動角度（以下、「バケット角度」）、例えば、側面視において、アーム５の両端の支点を結ぶ直線に対してバケット６の支点と先端（刃先）とを結ぶ直線が成す角度を検出する。バケット角度センサＳ３によるバケット角度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

機体傾斜センサＳ４は、水平面に対する機体（上部旋回体３或いは下部走行体１）の傾斜状態を検出する。機体傾斜センサＳ４は、例えば、上部旋回体３に取り付けられ、ショベル１００（即ち、上部旋回体３）の前後方向及び左右方向の２軸回りの傾斜角度（以下、「前後傾斜角」及び「左右傾斜角」）を検出する。機体傾斜センサＳ４は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、６軸センサ、ＩＭＵ等を含んでよい。機体傾斜センサＳ４による傾斜角度（前後傾斜角及び左右傾斜角）に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

旋回状態センサＳ５は、上部旋回体３の旋回状態に関する検出情報を出力する。旋回状態センサＳ５は、例えば、上部旋回体３の旋回角速度及び旋回角度を検出する。旋回状態センサＳ５は、例えば、ジャイロセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ等を含んでよい。旋回状態センサＳ５による上部旋回体３の旋回角度や旋回角速度に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

空間認識装置としての撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の周辺を撮像する。撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の前方を撮像するカメラＳ６Ｆ、ショベル１００の左方を撮像するカメラＳ６Ｌ、ショベル１００の右方を撮像するカメラＳ６Ｒ、及び、ショベル１００の後方を撮像するカメラＳ６Ｂを含む。

カメラＳ６Ｆは、例えば、キャビン１０の天井、即ち、キャビン１０の内部に取り付けられている。また、カメラＳ６Ｆは、キャビン１０の屋根、ブーム４の側面等、キャビン１０の外部に取り付けられていてもよい。カメラＳ６Ｌは、上部旋回体３の上面左端に取り付けられ、カメラＳ６Ｒは、上部旋回体３の上面右端に取り付けられ、カメラＳ６Ｂは、上部旋回体３の上面後端に取り付けられている。

撮像装置Ｓ６（カメラＳ６Ｆ，Ｓ６Ｂ，Ｓ６Ｌ，Ｓ６Ｒ）は、それぞれ、例えば、非常に広い画角を有する単眼の広角カメラである。また、撮像装置Ｓ６は、ステレオカメラや距離画像カメラ等であってもよい。撮像装置Ｓ６による撮像画像は、表示装置４０を介してコントローラ３０に取り込まれる。

空間認識装置としての撮像装置Ｓ６は、物体検知装置として機能してもよい。この場合、撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の周囲に存在する物体を検知してよい。検知対象の物体には、例えば、人、動物、車両（ダンプトラックＤＴの荷台のあおり等を含む。）、建設機械、建造物、穴等が含まれうる。また、撮像装置Ｓ６は、撮像装置Ｓ６又はショベル１００から認識された物体までの距離を算出してもよい。物体検知装置としての撮像装置Ｓ６には、例えば、ステレオカメラ、距離画像センサ等が含まれうる。そして、空間認識装置は、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、空間認識装置は、空間認識装置又はショベル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。また、撮像装置Ｓ６に加えて、空間認識装置として、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、ＬＩＤＡＲ、赤外線センサ等の他の物体検知装置が設けられてもよい。空間認識装置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。

尚、撮像装置Ｓ６は、直接、コントローラ３０と通信可能に接続されてもよい。

ブームシリンダ７にはブームロッド圧センサＳ７Ｒ及びブームボトム圧センサＳ７Ｂが取り付けられている。アームシリンダ８にはアームロッド圧センサＳ８Ｒ及びアームボトム圧センサＳ８Ｂが取り付けられている。バケットシリンダ９にはバケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂが取り付けられている。ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、アームロッド圧センサＳ８Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、バケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂは、集合的に「シリンダ圧センサ」とも称される。

ブームロッド圧センサＳ７Ｒ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Ｓ７Ｂ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Ｓ８Ｒ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Ｓ８Ｂ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。バケットロッド圧センサＳ９Ｒはバケットシリンダ９のロッド側油室の圧力（以下、「バケットロッド圧」とする。）を検出し、バケットボトム圧センサＳ９Ｂはバケットシリンダ９のボトム側油室の圧力（以下、「バケットボトム圧」とする。）を検出する。

測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の位置及び向きを測定する。測位装置Ｐ１は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）コンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを検出し、上部旋回体３の位置及び向きに対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。また、測位装置Ｐ１の機能のうちの上部旋回体３の向きを検出する機能は、上部旋回体３に取り付けられた方位センサにより代替されてもよい。

通信装置Ｔ１は、基地局を末端とする移動体通信網、衛星通信網、インターネット網等を含む所定のネットワークを通じて外部機器と通信を行う。通信装置Ｔ１は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、４Ｇ（4th Generation）、５Ｇ（5th Generation）等の移動体通信規格に対応する移動体通信モジュールや、衛星通信網に接続するための衛星通信モジュール等である。

［重量算出部］
コントローラ３０は、バケット６で搬送される土砂等の搬送物の重量を算出する重量算出部７０を有している。重量算出部７０は、入力情報と、所定の演算式に基づいて、アタッチメントの搬送物の重量を算出する。また、バケット６内に搬送物がない状態での搬送作業（空荷搬送作業）を行うことにより、重量算出部７０で算出される重量のゼロ点を調整するゼロリセットが行われる。

［重量算出方法］
次に、図２を用いて、ブームシリンダ７の推力に基づいて、アタッチメントの搬送物（土砂、吊荷等）の重量を算出する重量算出部７０における搬送物の重量を算出する方法について説明する。

図２は、重量算出部７０の処理を説明するブロック線図である。重量算出部７０は、トルク算出部７１と、慣性力算出部７２と、遠心力算出部７３と、静止時トルク算出部７４と、重量換算部７５と、補正部７６と、を有している。

トルク算出部７１は、ブーム４のフートピン回りのトルク（検出トルク）を算出する。ブームシリンダ７の作動油の圧力（ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ）に基づいて算出される。

慣性力算出部７２は、慣性力によるブーム４のフートピン回りのトルク（慣性項トルク）を算出する。慣性項トルクは、ブーム４のフートピン周りの角加速度とブーム４の慣性モーメントに基づいて算出される。ブーム４のフートピン周りの角加速度や慣性モーメントは姿勢センサの出力に基づいて算出される。

遠心力算出部７３は、コリオリ及び遠心力によるブーム４のフートピン回りのトルク（遠心項トルク）を算出する。遠心項トルクは、ブーム４のフートピン周りの角速度とブーム４の重量に基づいて算出される。ブーム４のフートピン周りの角速度は姿勢センサの出力に基づいて算出される。ブーム４の重量は既知である。

静止時トルク算出部７４は、トルク算出部７１の検出トルク、慣性力算出部７２の慣性項トルク、遠心力算出部７３の遠心項トルクに基づいて、アタッチメント静止時におけるブーム４のフートピン回りのトルクである静止トルクτ_Ｗを算出する。ここで、ブーム４のフートピン回りのトルクの式を式（１）に示す。なお、式（１）の左辺のτは検出トルクを示し、右辺の第１項は慣性項トルクを示し、右辺の第２項は遠心項トルクを示し、右辺の第３項は静止トルクτ_Ｗを示す。

式（１）に示すように、検出トルクτから慣性項トルク及び遠心項トルクを減算することにより、静止トルクτ_Ｗを算出することができる。これにより、本実施形態では、ブーム等のピン周りの回動動作により生じる影響を補償することができる。

重量換算部７５は、静止トルクτ_Ｗに基づいて、搬送物の重量Ｗ_１を算出する。搬送物重量Ｗ_１は、例えば、静止トルクτ_Ｗからアタッチメントに搬送物が積載されていないときのトルクを引いたトルクを、ブーム４のフートピンから搬送物の重心までの水平距離で割ることで算出することができる。なお、アタッチメントに搬送物が積載されていないときのトルクは、例えば、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３の検出値に基づいて算出されるブーム４、アーム５、バケット６の各重心位置と、ブーム４、アーム５、バケット６の各重量と、に基づいて算出してもよい。また、ブーム４のフートピンから搬送物の重心までの水平距離は、例えば、バケット６内の所定の位置をバケット６に収容された搬送物の重心位置と推定して、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３の検出値に基づいて算出してもよい。

補正部７６には、重量換算部７５で算出された搬送物の重量Ｗ_１が入力される。補正部７６は、重量換算部７５で算出された搬送物の重量Ｗ_１とゼロリセット補正値Ｗ_０とに基づいて、ゼロ点補正された搬送物の重量Ｗ（＝Ｗ_１－Ｗ_０）を算出する。ここで、ゼロリセット補正値Ｗ_０とは、バケット６内に積載物がない状態（空搬送時）で搬送動作をした際に重量換算部７５で算出される見掛け上の搬送物の重量である。重量算出部７０は、重量換算部７５で算出された実積込み時の搬送物の重量Ｗ_１から空搬送時のゼロリセット補正値Ｗ_０を減算することにより、ゼロ点補正された搬送物の重量Ｗ（＝Ｗ_１－Ｗ_０）を算出することができる。

そして、重量算出部７０は、ブーム上げ動作において、アタッチメントがトリガ高さに達すると、例えば、バケット６の所定点の高さがトリガ高さＨｔに達すると、搬送物の重量Ｗを算出して出力する。ここで、トリガ高さＨｔとは、重量算出部７０が搬送物の重量Ｗを算出して出力するための閾値である。なお、トリガ高さＨｔは、一の高さであってもよく、所定の幅を持たせた高さであってもよい。

＜補正方法＞
次に、重量算出部７０の補正方法について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係るショベル１００の重量算出部７０の補正方法を説明するフローチャートである。なお、現場での作業開始時やオペレータが交代した際に行われる。

ステップＳ１０１において、オペレータは、ゼロリセット動作モードスイッチ４１ｕを操作する。ここで、後述する図６に示すように、表示装置４０の画像表示部には、メイン画面４１Ｖが表示されている。メイン画面４１Ｖには、ソフトウェアボタンとしてのゼロリセット動作モードスイッチ４１ｕが設けられている。オペレータによってゼロリセット動作モードスイッチ４１ｕが操作されると、コントローラ３０は、表示装置４０の画像表示部を後述する図７に示す補正時画面４１Ｖ２に切り替える。そして、コントローラ３０の処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、オペレータはショベル１００を操作して空荷搬送動作を行う。ここで、後述する図７に示すように、表示装置４０の画像表示部には、補正時画面４１Ｖ２が表示されている。補正時画面４１Ｖ２には、現在のゼロリセット補正値Ｗ_０、現在のトリガ高さＨｔ及び空荷搬送動作の残回数が表示される。なお、コントローラ３０は、メッセージ表示領域４１ｍ１（図７参照）に、オペレータに空荷搬送動作を促すメッセージを表示させてもよい。

ここで、空荷搬送動作を説明する前に、搬送物をダンプトラックＤＴに搬送する搬送動作においてショベル１００のオペレータが行う作業について、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、ショベル１００によるダンプトラックＤＴへの土砂等の積み込みが行われている作業現場の様子の一例を示す。具体的には、図４Ａは作業現場の上面図である。図４Ｂは、図４Ａの矢印ＡＲ１で示す方向から作業現場を見たときの図である。図４Ｂでは、明瞭化のため、ショベル１００（バケット６を除く。）の図示が省略されている。また、図４Ａにおいて、実線で描かれたショベル１００は掘削動作が終了したときのショベル１００の状態を表し、破線で描かれたショベル１００は複合動作中のショベル１００の状態を表し、一点鎖線で描かれたショベル１００は排土動作が開始される前のショベル１００の状態を表す。同様に、図４Ｂにおいて、実線で描かれたバケット６Ａは掘削動作が終了したときのバケット６の状態を表し、破線で描かれたバケット６Ｂは複合動作中のバケット６の状態を表し、一点鎖線で描かれたバケット６Ｃは排土動作が開始される前のバケット６の状態を表す。また、図４Ａ及び図４Ｂにおける太い破線は、バケット６の背面にある所定点が描く軌跡を表す。

オペレータは、操作装置（図示せず）を用いて複合操作を行う。本実施形態では、オペレータは、右旋回操作を含む複合操作を行う。具体的には、ショベル１００の姿勢が破線で示すような姿勢になるまで、すなわち、バケット６の背面にある所定点が点Ｐ２に達するまで、ブーム上げ操作及びアーム閉じ操作の少なくとも一方と右旋回操作とを含む複合操作を行う。複合操作にはバケット６の開閉操作が含まれていてもよい。高さＨｄのダンプトラックＤＴの荷台とバケット６とが接触しないようにしながら、バケット６を荷台の上に移動させるためである。

その後、オペレータは、ショベル１００の姿勢が一点鎖線で示すような姿勢になるまで、すなわち、バケット６の背面にある所定点が点Ｐ３に達するまで、アーム開き操作及び右旋回操作を含む複合操作を行う。複合操作には、ブーム４の操作及びバケット６の開閉操作の少なくとも１つが含まれていてもよい。ダンプトラックＤＴの荷台の前側（運転席側）に土砂等を排土できるようにするためである。

図３に戻り、ステップＳ１０２において、オペレータはショベル１００を操作して空荷搬送動作を行う。空荷搬送動作では、オペレータは、掘削動作を行わずバケット６内に搬送物がない状態で、バケット６の背面にある所定点が点Ｐ１から点Ｐ２に達するまで、ブーム上げ操作及びアーム閉じ操作の少なくとも一方と右旋回操作とを含む複合操作を行い、更に、バケット６の背面にある所定点が点Ｐ３に達するまで、アーム開き操作及び右旋回操作を含む複合操作を行う。

コントローラ３０は、空荷搬送動作を記憶装置４７に記憶する。例えば、コントローラ３０は、空荷搬送動作におけるバケット６の所定点の最大高さを記憶装置４７に記憶する。また、コントローラ３０は、トリガ高さＨｔにおける重量換算部７５で算出された搬送物の重量Ｗ_１を記憶する。

ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、空荷搬送動作が所定回数行われたか否かを判定する。空荷搬送動作が所定回数行われていない場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０２を繰り返す。オペレータは、表示装置４０に表示された空荷搬送動作の残回数を参照し、空荷搬送動作を繰り返す。空荷搬送動作が所定回数行われた場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、複数回行われた空荷搬送動作時のアタッチメントの動作の軌道に基づいて、トリガ高さＨｔを設定する。

図５は、ブーム上げ動作におけるブーム高さ（バケット高さ）とブーム上げ速度の一例を示すグラフである。横軸は時間を示し、ブーム上げ速度を実線で示し、ブーム高さ（又はバケット高さ）を破線で図示している。

ブーム上げ動作において、ブーム上げ速度が増加する加速区間（ｔ_０～ｔ_１）、ブーム上げ速度が略一定の定速区間（ｔ_１～ｔ_２）、ブーム上げ速度が減少する減速区間（ｔ_２～ｔ_３）を有する。加速区間及び減速区間は、慣性力による影響を受けるため、定速区間で搬送物の重量を検出することが好ましい。

コントローラ３０は、複数回行われた空荷搬送動作におけるバケット６の所定点の最大高さに基づいて、ダンプトラックＤＴの荷台のあおり高さＨｄを設定する。そして、コントローラ３０は、あおり高さＨｄから所定高さ（黒塗り矢印参照）を減算した高さをトリガ高さＨｔとして設定する。なお、減算する所定高さは、予め設定されている値である。これにより、ブーム上げ速度が略一定の定速区間にトリガ高さＨｔを設定することができる。また、コントローラ３０は、空間認識装置によりダンプトラックＤＴの荷台のあおりを検出可能な場合、ダンプトラックＤＴの荷台のあおり高さＨｄを検出した後、あおり高さＨｄに基づきトリガ高さＨｔを設定してもよい。そして、コントローラ３０は、検出したあおり高さＨｄに基づき、バケット６が通過すべき目標軌道を生成してもよい。生成される目標軌道には、空荷搬送動作におけるバケット６の所定点の最大高さが含まれる。通常、ダンプトラックＤＴの荷台のあおり付近では、操作者はバケット６をあおりへ接触させないようにバケット６の速度を減速させる。このため、コントローラ３０は、あおりが検出可能な場合には、あおり高さＨｄに基づきトリガ高さＨｔを設定してもよい。

ステップＳ１０５において、コントローラ３０は、複数回行われた空荷搬送動作に基づいて、ゼロリセット補正値Ｗ_０を設定する。コントローラ３０は、複数回行われた空荷搬送動作時に算出されたトリガ高さＨｔにおける重量換算部７５で算出された搬送物の重量Ｗ_１の平均値をゼロリセット補正値Ｗ_０として設定する。なお、平均値に限られず、中央値であってもよい。

これにより、ゼロリセット補正値Ｗ_０及びトリガ高さＨｔを設定することができる。設定されたゼロリセット補正値Ｗ_０及びトリガ高さＨｔは、補正時画面４１Ｖ２のゼロリセット補正値表示領域４１ｖ及び確定トリガ高さ設定値表示領域４１ｗに表示される。また、重量算出部７０の処理に反映される。

その後、掘削動作をして搬送物をダンプトラックＤＴの荷台に積み込む搬送操作（実積込み）を行う際、重量算出部７０は、ブーム上げ動作において、バケット６の所定点の高さがトリガ高さＨｔとなったときの搬送物の重量Ｗ_１を算出する。そして、重量算出部７０は、ゼロリセット補正値Ｗ_０を補正値として、ゼロ点補正された搬送物の重量Ｗ（＝Ｗ_１－Ｗ_０）を算出することができる。また、重量算出部７０は、所定の制御周期で搬送物の重量Ｗ１を算出し、バケット６の所定点の高さがトリガ高さＨｔとなったときの搬送物の重量Ｗ１をゼロリセット補正値Ｗ_０として採用してもよい。

更に、この構成は、自動制御へ適用されてもよい。この場合、コントローラ３０は、ゼロリセット動作モードスイッチが操作されると、空間認識装置によりダンプトラックＤＴの荷台のあおりを検出し、検出したあおり高さＨｄに基づきバケット６が通過すべき目標軌道を生成する。そして、コントローラ３０は、生成した目標軌道においてトリガ高さＨｔを設定する。その後、コントローラ３０は、自動制御により空荷搬送動作を所定回数繰り返し、ゼロリセット補正値Ｗ_０を設定する。

次に、図６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６のメイン画面４１Ｖは、例えば、ゼロリセット動作モードスイッチ４１ｕを操作する前の状態において、表示装置４０の画像表示部に表示される。

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、目標重量表示領域４１ｔ及びゼロリセット動作モードスイッチ４１ｕ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、ショベル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、ショベル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６は、バケット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（図示せず）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、空間認識装置が撮像した画像を表示する領域である。図６の例では、カメラ画像表示領域４１ｍは、カメラＳ６Ｂ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、ショベル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、バケット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６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、バケット角度センサＳ３及びブームボトム圧センサＳ７Ｂ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バケット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６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の荷台に土砂等の搬送物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に積み込んだ搬送物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、ショベル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の荷台に搬送物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搬送物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搬送物の一部を下ろす作業を行う必要がある。ショベル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搬送物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、入力装置４２、左操作レバー（図示せず）又は右操作レバー（図示せず）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Ｔ１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、空間認識装置が撮像した画像に基づき、バケット６で持ち上げた搬送物がダンプトラック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搬送物がダンプトラックＤＴに積み込まれた搬送物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、バケット６で持ち上げた搬送物がダンプトラック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、バケット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）を超え且つバケット６の開き動作がなされた場合に、搬送物がダンプトラック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。

残重量表示領域４１ｓは、残重量を表示する領域である。図６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、バケット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６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）となるまでバケット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、本実施形態に係るショベル１００によれば、バケット６によって持ち上げられた物体の重量（現重量）を目標重量とすることができる。

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。例えば、現重量が目標重量を超過している際には、その旨のメッセージが表示される。これにより、重量調整が完了する前に積み込み動作を行うことを防止することができる。また、累積重量が最大積載量を超過した場合にもメッセージを表示してもよい。これにより、オペレータに積み降ろし作業を促すことができ、ダンプトラックＤＴの過積載を防止することができる。

ゼロリセット動作モードスイッチ４１ｕは、図３に示すフローを開始させ、補正部７６のゼロリセット補正値Ｗ_０及びトリガ高さＨｔを設定するためのソフトウェアボタンである。

オペレータがゼロリセット動作モードスイッチ４１ｕを操作することにより、補正処理が開始され、表示装置４０の画像表示部に表示される表示画面が図７に示す補正時画面４１Ｖ２に切り替わる。

補正時画面４１Ｖ２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、ゼロリセット補正値表示領域４１ｖ、確定トリガ高さ設定値表示領域４１ｗ及び残回数表示領域４１ｘを含む。

ゼロリセット補正値表示領域４１ｖには、現在のゼロリセット補正値Ｗ_０が表示される。また、図３に示す処理によって、ゼロリセット補正値Ｗ_０が設定された場合（Ｓ１０４）には、設定されたゼロリセット補正値Ｗ_０が表示される。

確定トリガ高さ設定値表示領域４１ｗには、現在の確定トリガ高さＨｔが表示される。また、図３に示す処理によって、トリガ高さＨｔが設定された場合（Ｓ１０５）には、設定されたトリガ高さＨｔが表示される。

残回数表示領域４１ｘには、空荷搬送動作の残回数が表示される。図３に示す処理によって、空荷搬送動作を行うごとに残回数は減少する。なおコントローラ３０は、例えば、ブーム４またはバケット６が所定の高さ以上上げられ、その後、ブーム４またはバケット６が所定の高さ以下まで下げられた際に１回の空荷搬送動作が行われたと判定してもよい。

以上、本実施形態に係るショベル１００によれば、オペレータは、実際の作業環境において空荷搬送動作を複数回行うことにより、ゼロリセット補正値Ｗ_０及びトリガ高さＨｔを設定することができる。

ここで、重量算出部７０で算出される搬送物の重量Ｗは、オペレータの技量、搬送動作時の軌跡、現場でのショベル１００とダンプトラックＤＴとのレイアウト、環境温度等によって、変動が発生するおそれがある。

これに対し、本実施形態に係るショベル１００によれば、実際の作業環境において、空荷搬送動作を複数回実行することにより、ゼロリセット補正値Ｗ_０及びトリガ高さＨｔを設定することができる。これにより、オペレータの技量、搬送動作時の軌跡、現場でのショベル１００とダンプトラックＤＴとのレイアウト、環境温度等に応じて、ゼロリセット補正値Ｗ_０及びトリガ高さＨｔを設定することができるので、重量算出部７０で算出される搬送物の重量Ｗの検出精度を向上させることができる。

また、ゼロリセット補正値Ｗ_０及びトリガ高さＨｔを設定する際、オペレータは、ゼロリセット動作モードスイッチ４１ｕを操作し、残回数表示領域４１ｘに表示される残回数に従って空荷搬送動作を複数回実行すればよく、ゼロリセット補正値Ｗ_０及びトリガ高さＨｔの設定作業を容易に行うことができる。

また、本実施形態に係るショベル１００によれば、空荷搬送動作に基づいて、あおり高さＨｄを設定することができる。これにより、オペレータがダンプトラックＤＴのあおり高さＨｄを測定し、コントローラ３０に入力する等の作業を不要とすることができる。

また、本実施形態に係るショベル１００によれば、設定されたあおり高さＨｄから所定値減算することにより、トリガ高さＨｔを自動で設定することができる。これにより、ブーム４の加減速時における慣性力の影響が少ない定速区間にトリガ高さＨｔを設定することができ、重量算出部７０で算出される搬送物の重量Ｗの検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態に係るショベル１００によれば、実際の作業環境に応じて、空荷搬送動作を複数回実行することにより、ゼロリセット補正値Ｗ_０を設定することができる。そして、実積込み作業において、重量算出部７０は、重量換算部７５で算出された搬送物の重量Ｗ_１をゼロリセット補正値Ｗ_０で補正することにより、精度よく搬送物の重量Ｗを算出することができる。

また、本実施形態に係るショベル１００によれば、重量算出部７０による搬送物の重量Ｗの算出精度を向上させたことにより、ダンプトラックＤＴに積み込みされた搬送物の累積重量も精度よく算出することができる。これにより、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の荷台に搬送物が積み込まれてしまうのを防止できる。また、ダンプトラックＤＴの積載重量を最大積載重量に近づけることができるので、ダンプトラックＤＴによる搬送物の運搬効率を高揚させることができる。

以上、ショベル１００の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

搬送物の重量を検出する重量算出部７０は、ショベル１００のコントローラ３０内に設けられるものとして説明したが、これに限られるものではない。コントローラ３０と通信可能に接続された搬送物重量計測システムであってもよい。搬送物重量計測システムは、ショベル１００内に設けられていてもよく、ショベル１００の機外に設けられ、ショベル１００と通信可能に構成されていてもよい。

１００ ショベル
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 バケット（アタッチメント）
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
３０ コントローラ
４０ 表示装置
７０ 重量算出部
７１ トルク算出部
７２ 慣性力算出部
７３ 遠心力算出部
７４ 静止時トルク算出部
７５ 重量換算部
７６ 補正部
４０ 表示装置
４１ｕ ゼロリセット動作モードスイッチ
４１ｖ ゼロリセット補正値表示領域
４１ｗ 確定トリガ高さ設定値表示領域
４１ｘ 残回数表示領域

Claims (8)

1. 搬送物を搬送するアタッチメントと、
   実積込み時の重量と空搬送時の重量とに基づいて、前記搬送物の重量を算出する重量算出部を備える作業機械であって、
   前記空搬送時の重量を設定する処理を開始させるゼロリセット動作モードスイッチを備える、作業機械。
2. 前記重量算出部は、前記アタッチメントがトリガ高さに達すると前記搬送物の重量を算出し、
   前記処理は、前記トリガ高さも設定する、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 前記処理は、
   前記空搬送時の前記アタッチメントの動作の軌道に基づいて、前記トリガ高さを設定する、
   請求項２に記載の作業機械。
4. 前記処理は、
   前記空搬送時の前記重量算出部で算出した重量に基づいて、前記空搬送時の重量を算出する、
   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. 前記ゼロリセット動作モードスイッチは、表示画面に表示される、
   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。
6. 実積込み時の重量と空搬送時の重量とに基づいて、搬送物の重量を算出する重量算出部を備える搬送物重量計測システムであって、
   前記空搬送時の重量を設定する処理を開始させるゼロリセット動作モードスイッチを備える、搬送物重量計測システム。
7. 前記重量算出部は、アタッチメントがトリガ高さに達すると前記搬送物の重量を算出し、
   前記処理は、前記トリガ高さも設定する、
   請求項６に記載の搬送物重量計測システム。
8. 前記処理は、
   前記空搬送時の前記アタッチメントの動作の軌道に基づいて、前記トリガ高さを設定する、
   請求項７に記載の搬送物重量計測システム。

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