JP3787046B2 - 油圧ショベルの作業量モニタ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルの作業量モニタ装置、特に、鉱山等においてダンプトラックへ鉱物や土砂を積み込む作業を行う油圧ショベルの作業量モニタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉱山で稼動する油圧ショベルの作業形態の一例を示す図１に示す。
【０００３】
同図において、５は油圧ショベル１の上部旋回体２に取り付けられるブーム、６はバケットを回転させるバケットシリンダ、７はアーム、８はアーム７を回転するアームシリンダ、９はバケット、１０は上部旋回体２を左右方向に回転させる旋回装置、１２はブーム５を上下動させるブームシリンダである。
【０００４】
図示するように、ダンプトラック３が油圧ショベル１の前に停止すると、油圧ショベル１は図示しない掘削場所から鉱物または土砂を掬い、旋回してバケット９をダンプトラック３のベッセル４の上にもっていき、鉱物または土砂をベッセル４に積み込む。その後、さらに鉱物または土砂を積み込むために、油圧ショベル１は掘削場所へと旋回する。油圧ショベル１は、この作業を何度か繰り返し、ダンプトラック３のべッセル４に所定量の鉱物や土砂を積み込む。積込む作業が終了すると、ダンプトラック３は所定の場所に鉱物または土砂を運搬する。
【０００５】
このような作業において、鉱山管理者は鉱物または土砂の生産量を管理するために油圧ショベルがダンプトラックヘ積み込む量を計測する必要がある。
【０００６】
従来、油圧ショベルがダンプトラックへ積み込んだ鉱物または土砂を計測するために、油圧ショベルのオペレータは、鉱物または土砂をダンプトラックに積込む直前に、その都度、計測用ボタンを押して、そのタイミングで鉱物または土砂の重量を計測していた。
【０００７】
また、特開平６−１０３７８号公報には、油圧ショベルが、バケットをダンプする手前で土砂の重量を計測する方法が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術の油圧ショベルのように、オペレータが鉱物または土砂をダンプトラックに積込む直前に、その都度、計測用ボタンを押して鉱物または土砂の重量を計測するのは、オペレータにとって負担であった。
【０００９】
また、上記の特開平６−１０３７８号公報に示されるものでは、単にバケットがダンプする手前で重量計測を行うもので、掘削してダンプトラックに積込む所定の作業以外のときに発生するバケットダンプ操作を誤って検出する可能性があった。
【００１０】
本発明の目的は、積込み作業中に、その都度ボタンを押す等してオペレータに負担をかけるようなことがなく、鉱物または土砂の運搬物の重量を計測する地点を自動的に判別するとともに、作業を誤りなく検出することのできる油圧ショベルの作業量モニタ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために次のような手段を採用した。
【００１２】
第１の手段は、運搬物を掬い旋回して他の場所に移送する油圧ショベルの作業量モニタ装置において、前記運搬物を掬い運搬する旋回操作中のバケット内部の荷重と前記運搬物を放土した後の旋回操作中におけるバケット内部の荷重とを演算する荷重演算手段と、前記２つの旋回操作中の前記荷重の荷重差が所定値以上あって、バケットダンプ操作が旋回方向の所定の角度範囲で実行されたとき荷重計測指令を出力するバケットダンプ操作検出手段と、前記荷重計測指令が出力されたとき前記バケットダンプ操作直前の荷重を移送された運搬物の荷重として計測する荷重計測手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１３】
第２の手段は、第１の手段において、前記バケットダンプ操作検出手段における前記バケットダンプ操作は、所定時間以上持続したバケットダンプ操作であることを特徴とする。
【００１４】
第３の手段は、第１の手段ないし第２の手段のいずれか１つの手段において、前記角度範囲を指定する教示手段を設けたことを特徴とする。
【００１５】
第４の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記計測された荷重および前記計測された荷重の積算荷重を表示する表示手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１乃至図１１を用いて説明する。
【００１７】
図２は本実施形態に係る油圧ショベルの作業量モニタ装置の構成を示すブロック図である。なお、図１に示す部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００１８】
同図において、１２１はブームシリンダ１２のボトム室、１２２はブームシリンダ１２のロッド室、１２３はボトム室１２１の圧油の圧力を計測する圧力センサ、１２４はロッド室１２２の圧油の圧力を計測する圧力センサ、１４は油圧ショベル１の油圧ポンプ、１５は作動油タンク、１６は油圧ポンプ１４とブームシリンダ１２の間に介在するコントロール弁である。
【００１９】
１７はバケット操作レバー、１８は旋回操作レバーであり、１７１はバケット９をダンプ方向に操作したときのパイロット圧力を検出する圧力スイッチ、１８１は油圧ショベル１を左旋回に操作したときのパイロット圧を検出する圧力スイッチ、１８２は右旋回の操作をしたときのパイロット圧力を検出する圧力スイッチである。
【００２０】
なお、各圧力スイッチ１７１，１８１，１８２は圧力センサでも代用できる。その場合は、後述する荷重計測装置本体１９内部に操作レバー１７，１８の操作を検出するための圧力の閾値を設定して、計測した圧力と比較して操作の有無を判断する。また、圧力スイッチや圧力センサに限らず、旋回操作やバケットダンプ操作を電気レバーで操作している場合は、電気信号を用いてもよい。さらに、旋回角度やバケットの回転角度を検出するセンサを取り付けてその出力を右旋回信号、左旋回信号およびバケットダンプ信号として利用してもよい。
【００２１】
また、バケットシリンダ６のストロークを計測するストロークセンサの出力をバケットダンプ信号として用いてもよい。
【００２２】
１９は入力される各種の入力データに基づいてバケット９が掬った鉱物等を演算して計測する荷重計測装置本体、２０はブーム５の根元にあるピンに対するブーム５の回転角度を計測する回転角度センサ、２１はブーム５の先端にあるピンに対するアーム７の回転角度を計測する回転角度センサ、２２は油圧ショベル１の旋回装置１０の回転角度を計測する回転角度センサ、２３は油圧ショベル１がダンプトラック３に積込む旋回角度を教示する放土位置教示ボタンである。なお、各回転角度センサ２０，２１，２２は図１に示す位置に設置される。
【００２３】
さらに、荷重計測装置本体１９には、圧力スイッチ１８２の右旋回信号Ｓ１、圧力スイッチ１８１の左旋回信号Ｓ２、圧力スイッチ１７１のバケットダンプ信号Ｓ３，圧力センサ１２３からの圧力信号Ｓ４、圧力センサ１２４からの圧力信号Ｓ５、ブーム５の回転角度センサ２０からの角度信号Ｓ６、アーム７の回転角度センサ２１からの角度信号Ｓ７、旋回装置１０の回転角度センサ２２からの角度信号Ｓ８、放土位置教示ボタン２３からの教示位置信号Ｓ９の各信号が入力され、作業判定と重量の演算に供される。
【００２４】
荷重計測装置本体１９によって演算された重量などのデータは、油圧ショベル１の運転室内に設置された表示装置２４に出力される。
【００２５】
図３は、図２に示す荷重計測装置本体１９のハードウエア構成を示すブロック図である。
【００２６】
荷重計測装置本体１９は、主としてコンピュータによって構成され、１９１はＡ／Ｄ変換器を備え、各種信号を入力する入力インターフェース、１９２は種々の演算、制御を実行する中央処理ユニット（ＣＰＵ）、１９３は時刻信号や一定周期のパルス信号を出力するタイマ、１９４は演算結果が格納されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、１９５はＣＰＵ１９２の各種の処理プログラム等が格納されるリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、１９６は表示装置２４に各種データを出力する出力インターフェースである。
【００２７】
なお、ＲＯＭ１９５には、後に詳述するスタートプログラム１９５ａ、旋回操作検出プログラム１９５ｂ、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃ、放土検出プログラム１９５ｄ、荷重演算プログラム１９５ｅ、放土位置教示プログラム１５ｆが格納される。
【００２８】
ここで、スタートプログラム１９５ａは、油圧ショベル１のエンジンがかかり荷重計測装置本体１９に電源が入ると一度実行され、以下、旋回操作検出プログラム１９５ｂ、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃ、放土検出プログラム１９５ｄ、荷重演算プログラム１９５ｅ、放土位置教示プログラム１９５ｆによる処理が順番に繰り返し実行される。また、油圧ショベル１のエンジンが止まると、繰り返し実行されていた旋回操作検出プログラム１９５ｂ、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃ、放土検出プログラム１９５ｄ、荷重演算プログラム１９５ｅ、放土位置教Ｆログラム１９５ｆによる処理が終了する。
【００２９】
図４は、図１に示す油圧ショベル１とダンプトラック３を上部から見た図において、荷重計測装置本体１９における演算処理時に使用される旋回装置１０の旋回角度の教示位置θｓｗｒｅｆと放土範囲±αを説明するための図である。
【００３０】
この教示位置θｓｗｒｅｆと放土範囲±αは、ダンプトラック３への積込みを開始する前、またはダンプトラック３と油圧ショベル１の相対的な位置関係が変更となったときに設定される。
【００３１】
ここで、教示位置θｓｗｒｅｆは、後に述べる教示処理により旋回装置１０の回転角度センサ２２で検出する旋回角度信号Ｓ８に基づいて設定される。
【００３２】
また、放土範囲±αは、教示位置θｓｗｒｅｆを中心に左右方向の角度として予め設定され、ダンプトラック３のベッセル４の真ん中を中心にベッセル４の幅をカバーできる角度を放土範囲±αとすることが望ましい。放土範囲は左右均等である必要はなく、場合によっては、教示位置θｓｗｒｅｆを中心に左に＋α、右に別の角度−βに設定してもよい。
【００３３】
荷重計測装置本体１９は、教示されたθｓｗｒｅｆを中心に放土範囲±αまたは＋α、−βに基づいて油圧ショベル１がダンプトラック３への積込み作業を検出する。つまり、範囲±αまたは、＋α、−βの範囲内のバケットダンプが、油圧ショベルがダンプトラック３へ積込むためのバケットダンプと判断できる。
【００３４】
図５は、荷重計測装置本体１９に入力する各種信号の波形および演算処理された各種信号の波形の一例を示す図である。
【００３５】
油圧ショベル１が掘削位置からダンプトラック３のベッセル４へ右旋回していくと、旋回角度信号Ｓ８は、ダンプトラック３のベッセル４上にある教示位置θｓｗｒｅｆ＋αを横切り、ダンプトラックヘの積込み判定範囲に入る。次に、ダンプトラック３に油圧ショベル１が積込みを終了して掘削位置に左旋回して戻るときに、旋回角度信号Ｓ８はもう一度、教示位置θｓｗｒｅｆ＋αを横切り、ダンプトラックへの積込み判定範囲から出る。
【００３６】
Ｗは演算荷重を示し、荷重計測装置本体１９で常に計算されている。演算荷重Ｗとは、バケット９内部の鉱物または土砂の重量を示し、荷重計測装置本体１９に入力されるブームボトム圧信号Ｓ４およびブームロッド圧信号Ｓ５と、ブーム５やアーム７の姿勢を示すブーム角度信号Ｓ６とアーム角度信号Ｓ７とある決められたバケット角度から演算できる。
【００３７】
油圧ショベル１の旋回角度信号Ｓ８が最初に教示位置θｓｗｒｅｆ＋αを横切るときは、オペレータが右旋回操作を行っているので、右旋回信号Ｓ１がＯＮになっている。この右旋回信号Ｓ１がＯＮ中は、油圧ショベル１が掘削位置から鉱物または土砂を掬ってダンプトラック３のベッセル４に向かって旋回しているときなので、演算荷重Ｗは大きい値を示す。また、油圧ショベル１の旋回角度信号Ｓ８が次に教示位置θｓｗｒｅｆ＋αを横切るときは、オベレータが左旋回操作を行っているので、左旋回信号Ｓ２がＯＮになっている。この左旋回信号Ｓ２がＯＮ中は、油圧ショベル１がダンプトラックへの積込みを終了して掘削位置に戻るときなので、演算荷重Ｗは小さい値を示す。
【００３８】
右旋回中の平均化した演算荷重Ｗと左旋回中の平均化した演算荷重Ｗとの差がある一定値以上である場合は、油圧ショベル１がダンプトラック３に鉱物または土砂を積込んだと判断できる。
【００３９】
そして、上記における右旋回信号がＯＦＦからＯＮになったときから、左旋回信号がＯＦＦからＯＮに変化したときまでの間、かつ、旋回角度がθｓｗｒｅｆ±αのときに、油圧ショベル１がダンプトラック３に鉱物または土砂を積込むためのバケットダンプ操作がある。それは、バケットダンプ信号Ｓ３がある一定時間ＯＮのまま持続したときに判断できる。持続時間が短い場含は、誤操作とみなす。
【００４０】
こうして検出したバケットダンプ操作の△Ｔｗ前からの演算荷重を平均化すると、油圧ショベル１がダンプトラック３に積込んだ鉱物または土砂の重量となる。
【００４１】
次に、荷重計測装置本体１９に備えられる各プログラムの実行順序を図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４２】
まず、油圧ショベル１のエンジンがＯＮするとスタートプログラム１９５ａが実行される。このプログラムは、以降実行されるプログラムの中で使用される各種設定値の初期化を行う。次にステップＳ２において、放土位置教示プログラム１９５ｆが実行される。ここでは、ダンプトラック３への放土位置を設定するための放土位置教示ボタンがＯＮであるか否かを判定してＯＮである場合は、教示位置を更新する。続いて、ステップＳ３において、荷重演算プログラムが実行され、時々刻々と変化するＷを各種センサの入力から演算し記憶しておく処理を行う。
【００４３】
次に、ステップ４およびステップ５において、旋回操作検出プログラム１９５ｂおよびバケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃを順番に実行する。ここでは、旋回操作およびバケットダンプ操作が行われたかどうかを判定し、旋回操作検出プログラム１９５ｂでは、旋回中の荷重の積算および平均化を行い、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃでは、バケットダンプ操作したときの旋回角度を取り込む処理を行う。
【００４４】
続いて、ステップＳ６では、旋回操作検出プログラム１９５ｂで検出された旋回の回数が２回以上で、回数が更新されているか否か判定し、更新されている場合は、ステップＳ７の放土検出プログラム１９５ｅに進む。ここでは、油圧ショベル１がダンプトラック３に鉱物または土砂を積込むためのバケットダンプ操作の特定と鉱物または土砂の重量などのデータを表示装置２４に出力する処理を行い、ステップＳ２に戻る。
【００４５】
ステップＳ６において旋回回数が０もしくは旋回回数が更新されていない場合は、何も処理を行わないで、ステップＳ２に戻る。
【００４６】
次に、各プログラムの処理の詳細な手順を図７乃至図１１に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４７】
図７にスタートプログラム１９５ａのフローチャートを示す。
【００４８】
まず、ステップＳ１１において、旋回操作検出プログラム１９５ｂとバケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃと放土検出プログラム１９５ｄで用いる各種パラメータの初期化を行う。ある一定時間持続した旋回操作の回数を示す旋回操作回数ｉと、右旋回中か否かを示す旋回操作フラグＦｓｗと、旋回操作時間を計算するために用いる旋回操作カウンタＣｓｗと、エンジンを始動してからのダンプトラックへ油圧ショベルが積込んだ積算放土量Ｗｂｓと、を０に設定する。続いて、ある一定時間持続したバケットダンプ操作の回数を示すバケットダンプ回数ｊと、バケットダンプ中か否かを示すバケットダンプ操作フラグＦｂｄと、バケットダンプ操作時間を計算するために用いるバケットダンプ操作カウンタＣｂｄを０に設定する。
【００４９】
次に、ステップＳ１２において、旋回操作と判定する持続時間の閾値を示す旋回操作判定閾値Ｔｓｗｒｅｆを所定値（例えば１．０秒）を設定する。続いて、バケットダンプ操作と判定する持続時間の閾値を示すバケットダンプ操作判定閾値Ｔｂｄｒｅｆを所定値（例えば１．５秒）を設定する。次に、旋回中における平均演算荷重の差の閾値を示す放土判定用荷重差Ｗｓｗｒｅｆを所定の値に設定する。そして、ダンプトラックヘの放土判定に係わる旋回角度教示位置θｓｗｒｅｆと放土範囲±αを所定の値に設定し、スタートプログラムを終了する。望ましくは、旋回角度教示位置θｓｗｒｅｆは、前回教示した角度をまず設定しておく。
【００５０】
図８に放土位置教示プログラムのフローチャートを示す。
【００５１】
ステップＳ２１において放土位置教示ボタンがＯＮか否かを判定する。ＯＮである場合は、ステップ２２において、その時の旋回角度θｓｗを取り込み、さらにステップ２３において、そのθｓｗを旋回角度教示位置θｓｗｒｅｆに設定し教示位置の更新を行う。ステップＳ２１において、ＯＮでない場合は、そのままプログラムを終了して次の旋回操作検出プログラム１９５ｂに進む。
【００５２】
図９に旋回操作検出プログラム１９５ｂのフローチャートを示す。
【００５３】
ステップＳ４０１において旋回操作が開始したか否かを判定する。ここでは、旋回信号Ｓ１またはＳ２がＯＦＦからＯＮに変化したときを旋回操作が開始したと判断する。
【００５４】
旋回操作が開始した場合は、ステップＳ４０２において旋回操作フラグＦｓｗ＝１にして、ステップ４０３において、図６のステップＳ２からステップＳ７までの処理を行って１カウントとするプログラムカウンタの現在の値ＮｏｗＣｎｔをｉ番目の旋回操作開始カウンタ値Ｔｓｓｗ［ｉ］に書き込み、ステップＳ４０４に進む。ステップＳ４０１において、旋回操作が開始していない場合、即ち、旋回信号Ｓ１がＯＦＦからＯＮに変化していない場合は、そのままステップＳ４０４に進む。
【００５５】
ステップＳ４０４では、旋回操作フラグＦｓｗが１であるか否かを判定する。
【００５６】
ここでは、旋回中であるかを判定しており、旋回中である場合は、ステップＳ４０５に進み、旋回操作カウンタＣｓｗ＝Ｃｓｗ＋１にする。次に、ステップＳ４０６において、バケット内部の積荷荷重の積算値を計算する。現在進行しているｉ番目の旋回の積算荷重Ｗｓ［ｉ］に現在の演算荷重Ｗを足して積算荷重Ｗｓ［ｉ］を更新する。ステップＳ４０６が完了するとステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０４において、旋回操作フラグＦｓｗが１でない場合は、ステップＳ４０５とステップＳ４０６を実行せずに、ステップＳ４０７に進む。
【００５７】
ステップＳ４０７では、旋回操作が終了したか否かを判定する。ここでは、旋回信号Ｓ１またはＳ２がＯＮからＯＦＦに変化したことで旋回操作が終了したことと判断する。ステップＳ４０７において、旋回操作が終了したと判定された場合は、ステップＳ４０８に進み、現在の旋回回数ｉ番目の旋回操作時間Ｔｓｗ［ｉ］を計算する。
【００５８】
旋回操作時間Ｔｓｗ［ｉ］は、旋回操作カウンタＣｓｗに図６のステップＳ２からステップＳ７までを実行するためのサンプリング時間△Ｔｓ（例えば１０ｍｓ）を乗じた値となる。続いて、ステップＳ４０９においてｉ番目の旋回中におけるバケット内の積荷荷重の平均値を計算する。旋回中におけるバケット内の積荷荷重の平均値Ｗａ［ｉ］は、ｉ番目の旋回中に積算した積算荷重Ｗｓｗ［ｉ］を旋回操作カウンタＣｓｗで割った値に等しくなる。続いて、ステップＳ４１０においてｉ番目の旋回の終了時間を示す旋回操作終了力ウンタＴｅｓｗ［ｉ］にプログラムカウンタの現在値ＮｏｗＣｎｔを代入する。そして、ステップ４１１において、旋回操作フラグＦｓｗを０に設定し、さらにステップ４１２において、旋回操作カウンタＣｓｗを０に書き換えて、ステップＳ４１３に進む。ステップＳ４１３では、今回の旋回操作が誤操作であるか否かを旋回操作時間Ｔｓｗ［ｉ］と旋回操作判定閾値Ｔｓｗｒｅｆを比較して、旋回操作時間Ｔｓｗ［ｉ］が旋回操作判定閾値Ｔｓｗｒｅｆよりも等しいもしくは大きい場合は、ｉ番目の旋回操作は誤操作ではないと判断して、ステップＳ４１４において旋回回数ｉに１を足し旋回回数ｉを更新して、旋回操作検出プログラム１９５ｂを終了して、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃに進む。
【００５９】
ステップＳ４０７において旋回操作が終了していない場合と、ステップＳ４１３において旋回操作が誤操作であると判断された場合は、次のバケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃに進む。
【００６０】
図１０にバケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃのフローチャートを示す。
【００６１】
ステップＳ５０１においてバケットダンプ操作が開始したか否かを判定する。ここでは、バケットダンプ信号Ｓ３がＯＦＦからＯＮに変化したときをバケットダンプ操作が開始したと判断する。バケットダンプ操作が開始した場合は、ステップＳ５０２においてバケットダンプ操作フラグＦｂｄ＝１にして、ステップ５０３において、図６のステップＳ２からステップＳ７までの処理を行って１カウントとするプログラムカウンタの現在の値ＮｏｗＣｎｔを、ｊ番目のバケットダンプ操作開始カウンタ値Ｔｓｂｄ［ｊ］に書き込み、ステップＳ５０４に進む。ステップＳ５０１において、バケットダンプ操作が開始していない場合、即ち、バケットダンプ信号Ｓ３がＯＦＦからＯＮに変化していない場合は、そのままステップＳ５０４に進む。
【００６２】
ステップＳ５０４では、バケットダンプ操作フラグＦｂｄが１であるか否かを判定する。ここでは、バケットダンプ中であるかを判定しており、バケットダンプ中である場合は、ステップＳ５０５に進み、バケットダンプ操作カウンタＣｂｄ＝Ｃｂｄ＋１にする。ステップＳ５０５が完了するとステップＳ５０６に進む。ステップＳ５０４において、バケットダンプ操作フラグＦｂｄが１でない場合は、上記のステップＳ５０５を実行せずに、ステップＳ５０６に進む。
【００６３】
ステップＳ５０６では、バケットダンプ操作が終了したか否かを判定する。ここでは、バケットダンプ信号Ｓ３がＯＮからＯＦＦに変化したことでバケットダンプ操作が終了したことと判断する。ステップＳ５０６において、旋回操作が終了したと判定された場合は、ステップＳ５０７に進み、現在のバケットダンプ回数ｊのバケットダンプ操作時間Ｔｂｄ［ｊ］を計算する。
【００６４】
バケットダンプ操作時間Ｔｂｄ［ｊ］は、バケットダンプ操作カウンタＣｂｄに図６のステップＳ２からステップＳ７までを実行するためのサンプリング時間△Ｔｓ（例えば１０ｍｓ）を乗じた値となる。続いて、ステップＳ５０８においてバケットダンプ操作フラグＦｂｄを０に設定し、ステップ５０９において、バケットダンプ操作カウンタＣｂｄを０に書き換えて、ステップＳ５１０に進む。ステップＳ５１０では、今回のバケットダンプ操作が誤操作であるか否かをバケットダンプ操作時間Ｔｂｄ［ｊ］とバケットダンプ操作判定闘値Ｔｂｄｒｅｆを比較して、バケットダンプ操作時間Ｔｂｄ［ｊ］がバケットダンプ操作判定閾値Ｔｂｄｒｅｆと等しいもしくは大きい場合は、ｊ番目のバケットダンプ操作は誤操作ではないと判断し、ステップＳ５１１においてその時の旋回角度θｓｗをバケットダンプ時の旋回角度Ａｂｄ［ｊ］に代入する。そして、バケットダンプ回数ｊに１を足しバケットダンプ回数ｊを更新して、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｂを終了する。
【００６５】
ステップＳ５０６においてバケットダンプ操作が終了していない場合と、ステップＳ５１０においてバケットダンプ操作が誤操作であると判断された場合は、バケットダンプ操作検出プログラムを終了する。
【００６６】
続いて、旋回操作検出プログラム１９５ｂで計算された旋回回数ｉが２以上で回数が更新されている場合は、放土検出プログラム１９５ｄを実行する。
【００６７】
図１１に放土検出プログラム１９５ｄのフローチャートを示す。
【００６８】
ステップＳ７０１において、旋回操作検出プログラム１９５ｂで計算した１つ前の旋回における積荷荷重の平均ｗａ［ｉ−２］と今回の旋回における積荷荷重の平均ｗａ［ｉ−１］との差が放土作業であるかを判定するための放土判定用荷重差Ｗｓｗｒｅｆと等しいもしくは大きい場合は、ステップＳ７０２に進みダンプトラックへ放土するためのバケットダンプ操作を検出するときに使用するカウンタ値ｋを０に設定する。
【００６９】
次にステップＳ７０３において、旋回操作検出プログラム１９５ｂで取り込んだ１つ前の旋回操作開始カウンタ値Ｔｓｓｗ［ｉ−２］と今回の旋回操作終了カウンタ値Ｔｅｓｗ［ｉ−１］の中にバケットダンプ操作開始カウンタ値Ｔｓｂｄ［ｋ］が有るかを判定する。ある場合は、ステップＳ７０４において、そのｋ番目のバケットダンプがダンプトラックのベッセル上で行ったものであるかを判定する。ここでは、予め教示しておいた旋回角度の教示位置θｓｗｒｅｆを中心に±αの中にｋ番目のバケットダンプ時の旋回角度Ａｂｄ［ｋ］が有るか否かを判定する。ある場合は、ｋ番目のバケットダンプ信号Ｓ３の立上がり時（Ｔｓｂｄ［ｋ］）の一定時間△Ｔｗ前からの平均荷重をダンプトラックに積込んだバケット１杯当たりの放土量Ｗｂとする。続いて、ステップＳ７０６において、積算放土量Ｗｂｓに今回検出した放土量Ｗｂを足して、積算放土量を更新する。次に、ステップＳ７０７で放土量Ｗｂと積算放土量Ｗｂｓを、出力インターフェース１９６を介して表示装置２４に出力する。放土量Ｗｂと積算放土量Ｗｂｓが表示装置２４に出力されると、ステップＳ７１０でバケットダンプ回数ｊを０にして、放土検出プログラム１９５ｅを終了する。
【００７０】
ステップＳ７０３においてｋ番目のバケットダンプ操作開始カウンタ値Ｔｓｂｄ［ｋ］が範囲内にない場合と、ステップＳ７０４においてｋ番目のバケットダンプ時の旋回角度Ａｂｄ［ｋ］が範囲内にない場合は、ステップＳ７０８に進み、カウンタ値ｋを更新し、ステップ７０９の判定によってカウンタ値ｋがバケットダンプ回数ｊより小さい間は、ｋ＋１番目のバケットダンプに関してステップＳ７０３から順番に判定を行う。ステップＳ７０９において、カウンタ値ｋがバケットダンプ回数ｊ以上である場合は、ステップＳ７１０に進みバケットダンプ回数ｊを０に更新して、放土検出プログラム１９５ｅを終了する。
【００７１】
放土検出プログラム１９５ｅが終了すると図６に示すように荷重演算プログラム１９５ｆから処理を再度繰り返す。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態ではダンプトラックへの放土位置を、放土位置教示ボタンを一度だけ押すことで放土範囲を設定し、油圧ショベルがダンプトラックに積込んだ量を自動的に計測するので、積込む度に積込んだ量を計測するためにボタンを押す必要がなくなり、オペレータへの負担が少なくなる。
【００７３】
さらに、放土作業の形態を放土範囲や操作内容や操作中の荷重で判断しているので、誤ってダンプトラックヘの積込み作業以外の作業を検出することがなくなる。
【００７４】
次に、ダンプトラック毎に積込んだ量を計測する方式を用いた実施形態について説明する。
【００７５】
１台のダンプトラックへの積込み作業を始める前に、油圧ショベルのオペレータは、放土位置教示ボタンを押す。このボタン信号Ｓ９を荷重計測装置本体１９が検出すると、荷重計測装置本体１９は、積算放土量Ｗｂｓを０に設定する。こうすることで、表示装置２４に表示する積算放土量Ｗｂｓはダンプトラック毎の積算値を示すことになる。ここで、オペレータが押す放土位置教示ボタンを別のボタンにしてもよい。
【００７６】
また、１台のダンプトラックへ積込みを開始するたびにボタンを押すことで、ダンプトラック１台当たりの積算量を把握することもできる。
【００７７】
この形態では、エンジンを始動してからのダンプトラックへ積込んだ積算量ではなくダンプトラック毎の積算量が表示装置２４に表示されるので、ダンプトラック毎にどの程度積込んだかがわかる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明によれば、２つの旋回操作中の荷重の荷重差が所定値以上あって、かつバケットダンプ操作が旋回方向の所定の角度範囲で実行されたときに荷重計測を行うので、ダンプトラック等へ積込む運搬物のバケット１杯当たりの荷重を自動的かつ高精度に計測することができる。
【００７９】
また、本発明によれば、計測された荷重や積算荷重を表示することができるので、オペレータおよび管理者は容易に油圧ショベルの作業量を容易に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉱山などの作業現場で稼動する油圧ショベルの作業形態の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる油圧ショベルの荷重計測装置および表示装置を示すブロック図である。
【図３】図２に示す荷重計測装置本体１９のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示す油圧ショベル１とダンプトラック３を上部から見た図において、荷重計測装置本体１９における演算処理時に使用される旋回装置１０の旋回角度の教示位置θｓｗｒｅｆと放土範囲±αを説明するための図である。
【図５】図２に示す荷重計測装置本体１９に入力する各種信号の波形および演算処理された各種信号の波形を示す図である。
【図６】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられる各プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられるスタートプログラム１９５ａの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられる放土位置教示プログラム１９５ｆの処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられる旋回操作検出プログラム１９５ｂの処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられるバケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃの処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられる放土検出プログラム１９５ｄの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 油圧ショベル
２ 上部旋回体
３ ダンプトラック
４ ベッセル
５ ブーム
６ バケットシリンダ
７ アーム
８ アームシリンダ
９ バケット
１０ 旋回装置
１２ ブームシリンダ
１２１ ボトム室
１２２ ロッド室
１２３，１２４ 圧力センサ
１６ コントロール弁
１７ バケット操作レバー
１８ 旋回操作レバー
１７１，１８１，１８２ 圧力スイッチ
１９ 荷重計測装置本体
１９５ ＲＯＭ
１９５ａ スタートプログラム
１９５ｂ 旋回操作検出プログラム
１９５ｃ バケットダンプ操作検出プログラム
１９５ｄ 放土検出プログラム
１９５ｅ 荷重演算プログラム
１９５ｆ 放土位置教示プログラム
２０，２１，２２ 回転角度センサ
２３ 放土位置教示ボタン
２４ 表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルの作業量モニタ装置、特に、鉱山等においてダンプトラックへ鉱物や土砂を積み込む作業を行う油圧ショベルの作業量モニタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉱山で稼動する油圧ショベルの作業形態の一例を示す図１に示す。
【０００３】
同図において、５は油圧ショベル１の上部旋回体２に取り付けられるブーム、６はバケットを回転させるバケットシリンダ、７はアーム、８はアーム７を回転するアームシリンダ、９はバケット、１０は上部旋回体２を左右方向に回転させる旋回装置、１２はブーム５を上下動させるブームシリンダである。
【０００４】
図示するように、ダンプトラック３が油圧ショベル１の前に停止すると、油圧ショベル１は図示しない掘削場所から鉱物または土砂を掬い、旋回してバケット９をダンプトラック３のベッセル４の上にもっていき、鉱物または土砂をベッセル４に積み込む。その後、さらに鉱物または土砂を積み込むために、油圧ショベル１は掘削場所へと旋回する。油圧ショベル１は、この作業を何度か繰り返し、ダンプトラック３のべッセル４に所定量の鉱物や土砂を積み込む。積込む作業が終了すると、ダンプトラック３は所定の場所に鉱物または土砂を運搬する。
【０００５】
このような作業において、鉱山管理者は鉱物または土砂の生産量を管理するために油圧ショベルがダンプトラックヘ積み込む量を計測する必要がある。
【０００６】
従来、油圧ショベルがダンプトラックへ積み込んだ鉱物または土砂を計測するために、油圧ショベルのオペレータは、鉱物または土砂をダンプトラックに積込む直前に、その都度、計測用ボタンを押して、そのタイミングで鉱物または土砂の重量を計測していた。
【０００７】
また、特開平６−１０３７８号公報には、油圧ショベルが、バケットをダンプする手前で土砂の重量を計測する方法が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術の油圧ショベルのように、オペレータが鉱物または土砂をダンプトラックに積込む直前に、その都度、計測用ボタンを押して鉱物または土砂の重量を計測するのは、オペレータにとって負担であった。
【０００９】
また、上記の特開平６−１０３７８号公報に示されるものでは、単にバケットがダンプする手前で重量計測を行うもので、掘削してダンプトラックに積込む所定の作業以外のときに発生するバケットダンプ操作を誤って検出する可能性があった。
【００１０】
本発明の目的は、積込み作業中に、その都度ボタンを押す等してオペレータに負担をかけるようなことがなく、鉱物または土砂の運搬物の重量を計測する地点を自動的に判別するとともに、作業を誤りなく検出することのできる油圧ショベルの作業量モニタ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために次のような手段を採用した。
【００１２】
第１の手段は、運搬物を掬い旋回して他の場所に移送する油圧ショベルの作業量モニタ装置において、前記運搬物を掬い運搬する旋回操作中のバケット内部の荷重と前記運搬物を放土した後の旋回操作中におけるバケット内部の荷重とを演算する荷重演算手段と、前記２つの旋回操作中の前記荷重の荷重差が所定値以上あって、バケットダンプ操作が旋回方向の所定の角度範囲で実行されたとき荷重計測指令を出力するバケットダンプ操作検出手段と、前記荷重計測指令が出力されたとき前記バケットダンプ操作直前の荷重を移送された運搬物の荷重として計測する荷重計測手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１３】
第２の手段は、第１の手段において、前記バケットダンプ操作検出手段における前記バケットダンプ操作は、所定時間以上持続したバケットダンプ操作であることを特徴とする。
【００１４】
第３の手段は、第１の手段ないし第２の手段のいずれか１つの手段において、前記角度範囲を指定する教示手段を設けたことを特徴とする。
【００１５】
第４の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記計測された荷重および前記計測された荷重の積算荷重を表示する表示手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１乃至図１１を用いて説明する。
【００１７】
図２は本実施形態に係る油圧ショベルの作業量モニタ装置の構成を示すブロック図である。なお、図１に示す部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００１８】
同図において、１２１はブームシリンダ１２のボトム室、１２２はブームシリンダ１２のロッド室、１２３はボトム室１２１の圧油の圧力を計測する圧力センサ、１２４はロッド室１２２の圧油の圧力を計測する圧力センサ、１４は油圧ショベル１の油圧ポンプ、１５は作動油タンク、１６は油圧ポンプ１４とブームシリンダ１２の間に介在するコントロール弁である。
【００１９】
１７はバケット操作レバー、１８は旋回操作レバーであり、１７１はバケット９をダンプ方向に操作したときのパイロット圧力を検出する圧力スイッチ、１８１は油圧ショベル１を左旋回に操作したときのパイロット圧を検出する圧力スイッチ、１８２は右旋回の操作をしたときのパイロット圧力を検出する圧力スイッチである。
【００２０】
なお、各圧力スイッチ１７１，１８１，１８２は圧力センサでも代用できる。その場合は、後述する荷重計測装置本体１９内部に操作レバー１７，１８の操作を検出するための圧力の閾値を設定して、計測した圧力と比較して操作の有無を判断する。また、圧力スイッチや圧力センサに限らず、旋回操作やバケットダンプ操作を電気レバーで操作している場合は、電気信号を用いてもよい。さらに、旋回角度やバケットの回転角度を検出するセンサを取り付けてその出力を右旋回信号、左旋回信号およびバケットダンプ信号として利用してもよい。
【００２１】
また、バケットシリンダ６のストロークを計測するストロークセンサの出力をバケットダンプ信号として用いてもよい。
【００２２】
１９は入力される各種の入力データに基づいてバケット９が掬った鉱物等を演算して計測する荷重計測装置本体、２０はブーム５の根元にあるピンに対するブーム５の回転角度を計測する回転角度センサ、２１はブーム５の先端にあるピンに対するアーム７の回転角度を計測する回転角度センサ、２２は油圧ショベル１の旋回装置１０の回転角度を計測する回転角度センサ、２３は油圧ショベル１がダンプトラック３に積込む旋回角度を教示する放土位置教示ボタンである。なお、各回転角度センサ２０，２１，２２は図１に示す位置に設置される。
【００２３】
さらに、荷重計測装置本体１９には、圧力スイッチ１８２の右旋回信号Ｓ１、圧力スイッチ１８１の左旋回信号Ｓ２、圧力スイッチ１７１のバケットダンプ信号Ｓ３，圧力センサ１２３からの圧力信号Ｓ４、圧力センサ１２４からの圧力信号Ｓ５、ブーム５の回転角度センサ２０からの角度信号Ｓ６、アーム７の回転角度センサ２１からの角度信号Ｓ７、旋回装置１０の回転角度センサ２２からの角度信号Ｓ８、放土位置教示ボタン２３からの教示位置信号Ｓ９の各信号が入力され、作業判定と重量の演算に供される。
【００２４】
荷重計測装置本体１９によって演算された重量などのデータは、油圧ショベル１の運転室内に設置された表示装置２４に出力される。
【００２５】
図３は、図２に示す荷重計測装置本体１９のハードウエア構成を示すブロック図である。
【００２６】
荷重計測装置本体１９は、主としてコンピュータによって構成され、１９１はＡ／Ｄ変換器を備え、各種信号を入力する入力インターフェース、１９２は種々の演算、制御を実行する中央処理ユニット（ＣＰＵ）、１９３は時刻信号や一定周期のパルス信号を出力するタイマ、１９４は演算結果が格納されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、１９５はＣＰＵ１９２の各種の処理プログラム等が格納されるリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、１９６は表示装置２４に各種データを出力する出力インターフェースである。
【００２７】
なお、ＲＯＭ１９５には、後に詳述するスタートプログラム１９５ａ、旋回操作検出プログラム１９５ｂ、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃ、放土検出プログラム１９５ｄ、荷重演算プログラム１９５ｅ、放土位置教示プログラム１５ｆが格納される。
【００２８】
ここで、スタートプログラム１９５ａは、油圧ショベル１のエンジンがかかり荷重計測装置本体１９に電源が入ると一度実行され、以下、旋回操作検出プログラム１９５ｂ、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃ、放土検出プログラム１９５ｄ、荷重演算プログラム１９５ｅ、放土位置教示プログラム１９５ｆによる処理が順番に繰り返し実行される。また、油圧ショベル１のエンジンが止まると、繰り返し実行されていた旋回操作検出プログラム１９５ｂ、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃ、放土検出プログラム１９５ｄ、荷重演算プログラム１９５ｅ、放土位置教Ｆログラム１９５ｆによる処理が終了する。
【００２９】
図４は、図１に示す油圧ショベル１とダンプトラック３を上部から見た図において、荷重計測装置本体１９における演算処理時に使用される旋回装置１０の旋回角度の教示位置θｓｗｒｅｆと放土範囲±αを説明するための図である。
【００３０】
この教示位置θｓｗｒｅｆと放土範囲±αは、ダンプトラック３への積込みを開始する前、またはダンプトラック３と油圧ショベル１の相対的な位置関係が変更となったときに設定される。
【００３１】
ここで、教示位置θｓｗｒｅｆは、後に述べる教示処理により旋回装置１０の回転角度センサ２２で検出する旋回角度信号Ｓ８に基づいて設定される。
【００３２】
また、放土範囲±αは、教示位置θｓｗｒｅｆを中心に左右方向の角度として予め設定され、ダンプトラック３のベッセル４の真ん中を中心にベッセル４の幅をカバーできる角度を放土範囲±αとすることが望ましい。放土範囲は左右均等である必要はなく、場合によっては、教示位置θｓｗｒｅｆを中心に左に＋α、右に別の角度−βに設定してもよい。
【００３３】
荷重計測装置本体１９は、教示されたθｓｗｒｅｆを中心に放土範囲±αまたは＋α、−βに基づいて油圧ショベル１がダンプトラック３への積込み作業を検出する。つまり、範囲±αまたは、＋α、−βの範囲内のバケットダンプが、油圧ショベルがダンプトラック３へ積込むためのバケットダンプと判断できる。
【００３４】
図５は、荷重計測装置本体１９に入力する各種信号の波形および演算処理された各種信号の波形の一例を示す図である。
【００３５】
油圧ショベル１が掘削位置からダンプトラック３のベッセル４へ右旋回していくと、旋回角度信号Ｓ８は、ダンプトラック３のベッセル４上にある教示位置θｓｗｒｅｆ＋αを横切り、ダンプトラックヘの積込み判定範囲に入る。次に、ダンプトラック３に油圧ショベル１が積込みを終了して掘削位置に左旋回して戻るときに、旋回角度信号Ｓ８はもう一度、教示位置θｓｗｒｅｆ＋αを横切り、ダンプトラックへの積込み判定範囲から出る。
【００３６】
Ｗは演算荷重を示し、荷重計測装置本体１９で常に計算されている。演算荷重Ｗとは、バケット９内部の鉱物または土砂の重量を示し、荷重計測装置本体１９に入力されるブームボトム圧信号Ｓ４およびブームロッド圧信号Ｓ５と、ブーム５やアーム７の姿勢を示すブーム角度信号Ｓ６とアーム角度信号Ｓ７とある決められたバケット角度から演算できる。
【００３７】
油圧ショベル１の旋回角度信号Ｓ８が最初に教示位置θｓｗｒｅｆ＋αを横切るときは、オペレータが右旋回操作を行っているので、右旋回信号Ｓ１がＯＮになっている。この右旋回信号Ｓ１がＯＮ中は、油圧ショベル１が掘削位置から鉱物または土砂を掬ってダンプトラック３のベッセル４に向かって旋回しているときなので、演算荷重Ｗは大きい値を示す。また、油圧ショベル１の旋回角度信号Ｓ８が次に教示位置θｓｗｒｅｆ＋αを横切るときは、オベレータが左旋回操作を行っているので、左旋回信号Ｓ２がＯＮになっている。この左旋回信号Ｓ２がＯＮ中は、油圧ショベル１がダンプトラックへの積込みを終了して掘削位置に戻るときなので、演算荷重Ｗは小さい値を示す。
【００３８】
右旋回中の平均化した演算荷重Ｗと左旋回中の平均化した演算荷重Ｗとの差がある一定値以上である場合は、油圧ショベル１がダンプトラック３に鉱物または土砂を積込んだと判断できる。
【００３９】
そして、上記における右旋回信号がＯＦＦからＯＮになったときから、左旋回信号がＯＦＦからＯＮに変化したときまでの間、かつ、旋回角度がθｓｗｒｅｆ±αのときに、油圧ショベル１がダンプトラック３に鉱物または土砂を積込むためのバケットダンプ操作がある。それは、バケットダンプ信号Ｓ３がある一定時間ＯＮのまま持続したときに判断できる。持続時間が短い場含は、誤操作とみなす。
【００４０】
こうして検出したバケットダンプ操作の△Ｔｗ前からの演算荷重を平均化すると、油圧ショベル１がダンプトラック３に積込んだ鉱物または土砂の重量となる。
【００４１】
次に、荷重計測装置本体１９に備えられる各プログラムの実行順序を図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４２】
まず、油圧ショベル１のエンジンがＯＮするとスタートプログラム１９５ａが実行される。このプログラムは、以降実行されるプログラムの中で使用される各種設定値の初期化を行う。次にステップＳ２において、放土位置教示プログラム１９５ｆが実行される。ここでは、ダンプトラック３への放土位置を設定するための放土位置教示ボタンがＯＮであるか否かを判定してＯＮである場合は、教示位置を更新する。続いて、ステップＳ３において、荷重演算プログラムが実行され、時々刻々と変化するＷを各種センサの入力から演算し記憶しておく処理を行う。
【００４３】
次に、ステップ４およびステップ５において、旋回操作検出プログラム１９５ｂおよびバケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃを順番に実行する。ここでは、旋回操作およびバケットダンプ操作が行われたかどうかを判定し、旋回操作検出プログラム１９５ｂでは、旋回中の荷重の積算および平均化を行い、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃでは、バケットダンプ操作したときの旋回角度を取り込む処理を行う。
【００４４】
続いて、ステップＳ６では、旋回操作検出プログラム１９５ｂで検出された旋回の回数が２回以上で、回数が更新されているか否か判定し、更新されている場合は、ステップＳ７の放土検出プログラム１９５ｅに進む。ここでは、油圧ショベル１がダンプトラック３に鉱物または土砂を積込むためのバケットダンプ操作の特定と鉱物または土砂の重量などのデータを表示装置２４に出力する処理を行い、ステップＳ２に戻る。
【００４５】
ステップＳ６において旋回回数が０もしくは旋回回数が更新されていない場合は、何も処理を行わないで、ステップＳ２に戻る。
【００４６】
次に、各プログラムの処理の詳細な手順を図７乃至図１１に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４７】
図７にスタートプログラム１９５ａのフローチャートを示す。
【００４８】
まず、ステップＳ１１において、旋回操作検出プログラム１９５ｂとバケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃと放土検出プログラム１９５ｄで用いる各種パラメータの初期化を行う。ある一定時間持続した旋回操作の回数を示す旋回操作回数ｉと、右旋回中か否かを示す旋回操作フラグＦｓｗと、旋回操作時間を計算するために用いる旋回操作カウンタＣｓｗと、エンジンを始動してからのダンプトラックへ油圧ショベルが積込んだ積算放土量Ｗｂｓと、を０に設定する。続いて、ある一定時間持続したバケットダンプ操作の回数を示すバケットダンプ回数ｊと、バケットダンプ中か否かを示すバケットダンプ操作フラグＦｂｄと、バケットダンプ操作時間を計算するために用いるバケットダンプ操作カウンタＣｂｄを０に設定する。
【００４９】
次に、ステップＳ１２において、旋回操作と判定する持続時間の閾値を示す旋回操作判定閾値Ｔｓｗｒｅｆを所定値（例えば１．０秒）を設定する。続いて、バケットダンプ操作と判定する持続時間の閾値を示すバケットダンプ操作判定閾値Ｔｂｄｒｅｆを所定値（例えば１．５秒）を設定する。次に、旋回中における平均演算荷重の差の閾値を示す放土判定用荷重差Ｗｓｗｒｅｆを所定の値に設定する。そして、ダンプトラックヘの放土判定に係わる旋回角度教示位置θｓｗｒｅｆと放土範囲±αを所定の値に設定し、スタートプログラムを終了する。望ましくは、旋回角度教示位置θｓｗｒｅｆは、前回教示した角度をまず設定しておく。
【００５０】
図８に放土位置教示プログラムのフローチャートを示す。
【００５１】
ステップＳ２１において放土位置教示ボタンがＯＮか否かを判定する。ＯＮである場合は、ステップ２２において、その時の旋回角度θｓｗを取り込み、さらにステップ２３において、そのθｓｗを旋回角度教示位置θｓｗｒｅｆに設定し教示位置の更新を行う。ステップＳ２１において、ＯＮでない場合は、そのままプログラムを終了して次の旋回操作検出プログラム１９５ｂに進む。
【００５２】
図９に旋回操作検出プログラム１９５ｂのフローチャートを示す。
【００５３】
ステップＳ４０１において旋回操作が開始したか否かを判定する。ここでは、旋回信号Ｓ１またはＳ２がＯＦＦからＯＮに変化したときを旋回操作が開始したと判断する。
【００５４】
旋回操作が開始した場合は、ステップＳ４０２において旋回操作フラグＦｓｗ＝１にして、ステップ４０３において、図６のステップＳ２からステップＳ７までの処理を行って１カウントとするプログラムカウンタの現在の値ＮｏｗＣｎｔをｉ番目の旋回操作開始カウンタ値Ｔｓｓｗ［ｉ］に書き込み、ステップＳ４０４に進む。ステップＳ４０１において、旋回操作が開始していない場合、即ち、旋回信号Ｓ１がＯＦＦからＯＮに変化していない場合は、そのままステップＳ４０４に進む。
【００５５】
ステップＳ４０４では、旋回操作フラグＦｓｗが１であるか否かを判定する。
【００５６】
ここでは、旋回中であるかを判定しており、旋回中である場合は、ステップＳ４０５に進み、旋回操作カウンタＣｓｗ＝Ｃｓｗ＋１にする。次に、ステップＳ４０６において、バケット内部の積荷荷重の積算値を計算する。現在進行しているｉ番目の旋回の積算荷重Ｗｓ［ｉ］に現在の演算荷重Ｗを足して積算荷重Ｗｓ［ｉ］を更新する。ステップＳ４０６が完了するとステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０４において、旋回操作フラグＦｓｗが１でない場合は、ステップＳ４０５とステップＳ４０６を実行せずに、ステップＳ４０７に進む。
【００５７】
ステップＳ４０７では、旋回操作が終了したか否かを判定する。ここでは、旋回信号Ｓ１またはＳ２がＯＮからＯＦＦに変化したことで旋回操作が終了したことと判断する。ステップＳ４０７において、旋回操作が終了したと判定された場合は、ステップＳ４０８に進み、現在の旋回回数ｉ番目の旋回操作時間Ｔｓｗ［ｉ］を計算する。
【００５８】
旋回操作時間Ｔｓｗ［ｉ］は、旋回操作カウンタＣｓｗに図６のステップＳ２からステップＳ７までを実行するためのサンプリング時間△Ｔｓ（例えば１０ｍｓ）を乗じた値となる。続いて、ステップＳ４０９においてｉ番目の旋回中におけるバケット内の積荷荷重の平均値を計算する。旋回中におけるバケット内の積荷荷重の平均値Ｗａ［ｉ］は、ｉ番目の旋回中に積算した積算荷重Ｗｓｗ［ｉ］を旋回操作カウンタＣｓｗで割った値に等しくなる。続いて、ステップＳ４１０においてｉ番目の旋回の終了時間を示す旋回操作終了力ウンタＴｅｓｗ［ｉ］にプログラムカウンタの現在値ＮｏｗＣｎｔを代入する。そして、ステップ４１１において、旋回操作フラグＦｓｗを０に設定し、さらにステップ４１２において、旋回操作カウンタＣｓｗを０に書き換えて、ステップＳ４１３に進む。ステップＳ４１３では、今回の旋回操作が誤操作であるか否かを旋回操作時間Ｔｓｗ［ｉ］と旋回操作判定閾値Ｔｓｗｒｅｆを比較して、旋回操作時間Ｔｓｗ［ｉ］が旋回操作判定閾値Ｔｓｗｒｅｆよりも等しいもしくは大きい場合は、ｉ番目の旋回操作は誤操作ではないと判断して、ステップＳ４１４において旋回回数ｉに１を足し旋回回数ｉを更新して、旋回操作検出プログラム１９５ｂを終了して、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃに進む。
【００５９】
ステップＳ４０７において旋回操作が終了していない場合と、ステップＳ４１３において旋回操作が誤操作であると判断された場合は、次のバケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃに進む。
【００６０】
図１０にバケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃのフローチャートを示す。
【００６１】
ステップＳ５０１においてバケットダンプ操作が開始したか否かを判定する。ここでは、バケットダンプ信号Ｓ３がＯＦＦからＯＮに変化したときをバケットダンプ操作が開始したと判断する。バケットダンプ操作が開始した場合は、ステップＳ５０２においてバケットダンプ操作フラグＦｂｄ＝１にして、ステップ５０３において、図６のステップＳ２からステップＳ７までの処理を行って１カウントとするプログラムカウンタの現在の値ＮｏｗＣｎｔを、ｊ番目のバケットダンプ操作開始カウンタ値Ｔｓｂｄ［ｊ］に書き込み、ステップＳ５０４に進む。ステップＳ５０１において、バケットダンプ操作が開始していない場合、即ち、バケットダンプ信号Ｓ３がＯＦＦからＯＮに変化していない場合は、そのままステップＳ５０４に進む。
【００６２】
ステップＳ５０４では、バケットダンプ操作フラグＦｂｄが１であるか否かを判定する。ここでは、バケットダンプ中であるかを判定しており、バケットダンプ中である場合は、ステップＳ５０５に進み、バケットダンプ操作カウンタＣｂｄ＝Ｃｂｄ＋１にする。ステップＳ５０５が完了するとステップＳ５０６に進む。ステップＳ５０４において、バケットダンプ操作フラグＦｂｄが１でない場合は、上記のステップＳ５０５を実行せずに、ステップＳ５０６に進む。
【００６３】
ステップＳ５０６では、バケットダンプ操作が終了したか否かを判定する。ここでは、バケットダンプ信号Ｓ３がＯＮからＯＦＦに変化したことでバケットダンプ操作が終了したことと判断する。ステップＳ５０６において、旋回操作が終了したと判定された場合は、ステップＳ５０７に進み、現在のバケットダンプ回数ｊのバケットダンプ操作時間Ｔｂｄ［ｊ］を計算する。
【００６４】
バケットダンプ操作時間Ｔｂｄ［ｊ］は、バケットダンプ操作カウンタＣｂｄに図６のステップＳ２からステップＳ７までを実行するためのサンプリング時間△Ｔｓ（例えば１０ｍｓ）を乗じた値となる。続いて、ステップＳ５０８においてバケットダンプ操作フラグＦｂｄを０に設定し、ステップ５０９において、バケットダンプ操作カウンタＣｂｄを０に書き換えて、ステップＳ５１０に進む。ステップＳ５１０では、今回のバケットダンプ操作が誤操作であるか否かをバケットダンプ操作時間Ｔｂｄ［ｊ］とバケットダンプ操作判定闘値Ｔｂｄｒｅｆを比較して、バケットダンプ操作時間Ｔｂｄ［ｊ］がバケットダンプ操作判定閾値Ｔｂｄｒｅｆと等しいもしくは大きい場合は、ｊ番目のバケットダンプ操作は誤操作ではないと判断し、ステップＳ５１１においてその時の旋回角度θｓｗをバケットダンプ時の旋回角度Ａｂｄ［ｊ］に代入する。そして、バケットダンプ回数ｊに１を足しバケットダンプ回数ｊを更新して、バケットダンプ操作検出プログラム１９５ｂを終了する。
【００６５】
ステップＳ５０６においてバケットダンプ操作が終了していない場合と、ステップＳ５１０においてバケットダンプ操作が誤操作であると判断された場合は、バケットダンプ操作検出プログラムを終了する。
【００６６】
続いて、旋回操作検出プログラム１９５ｂで計算された旋回回数ｉが２以上で回数が更新されている場合は、放土検出プログラム１９５ｄを実行する。
【００６７】
図１１に放土検出プログラム１９５ｄのフローチャートを示す。
【００６８】
ステップＳ７０１において、旋回操作検出プログラム１９５ｂで計算した１つ前の旋回における積荷荷重の平均ｗａ［ｉ−２］と今回の旋回における積荷荷重の平均ｗａ［ｉ−１］との差が放土作業であるかを判定するための放土判定用荷重差Ｗｓｗｒｅｆと等しいもしくは大きい場合は、ステップＳ７０２に進みダンプトラックへ放土するためのバケットダンプ操作を検出するときに使用するカウンタ値ｋを０に設定する。
【００６９】
次にステップＳ７０３において、旋回操作検出プログラム１９５ｂで取り込んだ１つ前の旋回操作開始カウンタ値Ｔｓｓｗ［ｉ−２］と今回の旋回操作終了カウンタ値Ｔｅｓｗ［ｉ−１］の中にバケットダンプ操作開始カウンタ値Ｔｓｂｄ［ｋ］が有るかを判定する。ある場合は、ステップＳ７０４において、そのｋ番目のバケットダンプがダンプトラックのベッセル上で行ったものであるかを判定する。ここでは、予め教示しておいた旋回角度の教示位置θｓｗｒｅｆを中心に±αの中にｋ番目のバケットダンプ時の旋回角度Ａｂｄ［ｋ］が有るか否かを判定する。ある場合は、ｋ番目のバケットダンプ信号Ｓ３の立上がり時（Ｔｓｂｄ［ｋ］）の一定時間△Ｔｗ前からの平均荷重をダンプトラックに積込んだバケット１杯当たりの放土量Ｗｂとする。続いて、ステップＳ７０６において、積算放土量Ｗｂｓに今回検出した放土量Ｗｂを足して、積算放土量を更新する。次に、ステップＳ７０７で放土量Ｗｂと積算放土量Ｗｂｓを、出力インターフェース１９６を介して表示装置２４に出力する。放土量Ｗｂと積算放土量Ｗｂｓが表示装置２４に出力されると、ステップＳ７１０でバケットダンプ回数ｊを０にして、放土検出プログラム１９５ｅを終了する。
【００７０】
ステップＳ７０３においてｋ番目のバケットダンプ操作開始カウンタ値Ｔｓｂｄ［ｋ］が範囲内にない場合と、ステップＳ７０４においてｋ番目のバケットダンプ時の旋回角度Ａｂｄ［ｋ］が範囲内にない場合は、ステップＳ７０８に進み、カウンタ値ｋを更新し、ステップ７０９の判定によってカウンタ値ｋがバケットダンプ回数ｊより小さい間は、ｋ＋１番目のバケットダンプに関してステップＳ７０３から順番に判定を行う。ステップＳ７０９において、カウンタ値ｋがバケットダンプ回数ｊ以上である場合は、ステップＳ７１０に進みバケットダンプ回数ｊを０に更新して、放土検出プログラム１９５ｅを終了する。
【００７１】
放土検出プログラム１９５ｅが終了すると図６に示すように荷重演算プログラム１９５ｆから処理を再度繰り返す。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態ではダンプトラックへの放土位置を、放土位置教示ボタンを一度だけ押すことで放土範囲を設定し、油圧ショベルがダンプトラックに積込んだ量を自動的に計測するので、積込む度に積込んだ量を計測するためにボタンを押す必要がなくなり、オペレータへの負担が少なくなる。
【００７３】
さらに、放土作業の形態を放土範囲や操作内容や操作中の荷重で判断しているので、誤ってダンプトラックヘの積込み作業以外の作業を検出することがなくなる。
【００７４】
次に、ダンプトラック毎に積込んだ量を計測する方式を用いた実施形態について説明する。
【００７５】
１台のダンプトラックへの積込み作業を始める前に、油圧ショベルのオペレータは、放土位置教示ボタンを押す。このボタン信号Ｓ９を荷重計測装置本体１９が検出すると、荷重計測装置本体１９は、積算放土量Ｗｂｓを０に設定する。こうすることで、表示装置２４に表示する積算放土量Ｗｂｓはダンプトラック毎の積算値を示すことになる。ここで、オペレータが押す放土位置教示ボタンを別のボタンにしてもよい。
【００７６】
また、１台のダンプトラックへ積込みを開始するたびにボタンを押すことで、ダンプトラック１台当たりの積算量を把握することもできる。
【００７７】
この形態では、エンジンを始動してからのダンプトラックへ積込んだ積算量ではなくダンプトラック毎の積算量が表示装置２４に表示されるので、ダンプトラック毎にどの程度積込んだかがわかる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明によれば、２つの旋回操作中の荷重の荷重差が所定値以上あって、かつバケットダンプ操作が旋回方向の所定の角度範囲で実行されたときに荷重計測を行うので、ダンプトラック等へ積込む運搬物のバケット１杯当たりの荷重を自動的かつ高精度に計測することができる。
【００７９】
また、本発明によれば、計測された荷重や積算荷重を表示することができるので、オペレータおよび管理者は容易に油圧ショベルの作業量を容易に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉱山などの作業現場で稼動する油圧ショベルの作業形態の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる油圧ショベルの荷重計測装置および表示装置を示すブロック図である。
【図３】図２に示す荷重計測装置本体１９のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示す油圧ショベル１とダンプトラック３を上部から見た図において、荷重計測装置本体１９における演算処理時に使用される旋回装置１０の旋回角度の教示位置θｓｗｒｅｆと放土範囲±αを説明するための図である。
【図５】図２に示す荷重計測装置本体１９に入力する各種信号の波形および演算処理された各種信号の波形を示す図である。
【図６】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられる各プログラムの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられるスタートプログラム１９５ａの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられる放土位置教示プログラム１９５ｆの処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられる旋回操作検出プログラム１９５ｂの処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられるバケットダンプ操作検出プログラム１９５ｃの処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図２に示す荷重計測装置本体１９に備えられる放土検出プログラム１９５ｄの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 油圧ショベル
２ 上部旋回体
３ ダンプトラック
４ ベッセル
５ ブーム
６ バケットシリンダ
７ アーム
８ アームシリンダ
９ バケット
１０ 旋回装置
１２ ブームシリンダ
１２１ ボトム室
１２２ ロッド室
１２３，１２４ 圧力センサ
１６ コントロール弁
１７ バケット操作レバー
１８ 旋回操作レバー
１７１，１８１，１８２ 圧力スイッチ
１９ 荷重計測装置本体
１９５ ＲＯＭ
１９５ａ スタートプログラム
１９５ｂ 旋回操作検出プログラム
１９５ｃ バケットダンプ操作検出プログラム
１９５ｄ 放土検出プログラム
１９５ｅ 荷重演算プログラム
１９５ｆ 放土位置教示プログラム
２０，２１，２２ 回転角度センサ
２３ 放土位置教示ボタン
２４ 表示装置
Claims (4)
- 運搬物を掬い旋回して他の場所に移送する油圧ショベルの作業量モニタ装置において、
前記運搬物を掬い運搬する旋回操作中のバケット内部の荷重と前記運搬物を放土した後の旋回操作中におけるバケット内部の荷重とを演算する荷重演算手段と、
前記２つの旋回操作中の前記荷重の荷重差が所定値以上あって、バケットダンプ操作が旋回方向の所定の角度範囲で実行されたとき荷重計測指令を出力するバケットダンプ操作検出手段と、
前記荷重計測指令が出力されたとき前記バケットダンプ操作直前の荷重を移送された運搬物の荷重として計測する荷重計測手段と、
を設けたことを特徴とする油圧ショベルの作業量モニタ装置。 - 請求項１において、
前記バケットダンプ操作検出手段における前記バケットダンプ操作は、所定時間以上持続したバケットダンプ操作であることを特徴とする油圧ショベルの作業量モニタ装置。 - 請求項１ないし請求項２のいずれか１つの請求項において、前記角度範囲を指定する教示手段を設けたことを特徴とする油圧ショベルの作業量モニタ装置。
- 請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項において、前記計測された荷重および前記計測された荷重の積算荷重を表示する表示手段を設けたことを特徴とする油圧ショベルの作業量モニタ装置。
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