JP3802688B2 - 油圧ショベルの荷重計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルなどの建設機械の荷重計測装置、特に、揚土船上などに設置され運搬されてきた土砂を掬ってホッパなどに移送する油圧ショベルなどの建設機械の荷重計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は揚土船上で稼働する油圧ショベルの作業形態の一例を示す図である。
【０００３】
同図において、１１は油圧ショベル１のブーム、１２はブームシリンダ、１３はバケットである。図示するように、海上で作業する揚土船２は、少なくとも１台の油圧ショベル１と、油圧ショベル１によって土砂が投入されるホッパ４と、投入された土砂を圧送する圧送ポンプ５とから構成される。揚土船２には土砂を運んできたバージ船３が横付けされ、油圧ショベル１はバージ船３から土砂を掬い上げ、旋回してホッパ４に投入する。ホッパ４に所定量の土砂が投入されると、ホッパ４中でセメントと混合され圧送ポンプ５によって埋め立て予定地などに圧送される。この時、ホッパ４に投入されるセメント量に対して適正な土砂量をホッパ４に投入するために、土砂量を計測する必要がある。
【０００４】
従来、油圧ショベルなどの建設機械が掬った荷重を計測するために、オペレータが油圧ショベルのフロント姿勢がある一定姿勢になったときにボタンを押し、そのタイミングで荷重を計算していた。
【０００５】
また、特開平６−１０３７８号公報には、バケットダンプをする手前で荷重の計測を行う方法が開示されている。
【０００６】
【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、フロント姿勢がある一定姿勢になったときにボタンを押してカウントするのではオペレータに負担がかかっていた。
【０００７】
また、上記の特開平６−１０３７８号公報に示されるものでは、単にバケットダンプをする手前で荷重の計測を行うもので、掘削して放土する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ことがある。
【０００８】
本発明の目的は、作業中にボタンを押すなどのオペレータに負担をかけず、荷重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建設機械の荷重計測装置を提供することにある。
【０００９】
【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。
【００１０】
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荷重計測装置において、前記運搬物を掬い上げてから運搬する旋回操作時のブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧を測定する圧力検出手段と、前記旋回操作時間の積分値が所定の値になった時または後のバケットダンプ操作直前の前記差圧を記憶する差圧記憶手段と、前記記憶されたバケットダンプ操作直前の前記差圧に圧力−重量変換係数をかけて前記運搬物の荷重を算出する荷重計測手段とを設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項１に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、油圧ショベルのブーム角度を測定する角度検出手段を設け、前記旋回操作時間の計測開始時点は、前記測定されたブーム角度が所定値以上に達したときに開始することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項１ないしは請求項２のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記旋回操作時間は、一方の旋回方向の旋回操作時間から他方の旋回方向の旋回操作時間を減算して計算されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項１ないしは請求項３のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記差圧記憶手段に記憶されるバケットダンプ操作直前の差圧は、前記圧力検出手段においてバケットダンプ操作直前の所定期間において検出される前記差圧の平均差圧であることを特徴とする。
【００１４】
また、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荷重計測装置において、前記運搬物を運搬する一方の旋回方向の旋回操作、バケットダンプ操作および前記運搬物を運搬しない他方の旋回方向の旋回操作の各操作順序を検出する操作順序検出手段と、前記一方の旋回操作時における前記油圧ショベルのブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧を測定する圧力検出手段と、前記検出された操作順序が所定の操作順序で操作されたとき、前記バケットダンプ操作直前の前記差圧に圧力−重量変換係数をかけて前記運搬物の荷重を算出する荷重計測手段とを設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、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荷重計測装置において、前記運搬物を運搬する一方の旋回方向の旋回操作、バケットダンプ操作および前記運搬物を運搬しない他方の旋回方向の旋回操作の各操作順序を検出する操作順序検出手段と、前記一方の旋回操作時および前記他方の旋回操作時における前記油圧ショベルのブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧をそれぞれ測定する圧力検出手段と、前記検出された操作順序が所定の操作順序で操作され、かつ前記測定されたそれぞれの差圧の圧力差が一定値以上の場合は、前記一方の旋回操作と他方の旋回操作の間における前記バケットダンプ操作直前の差圧に圧力−重量変換係数をかけて前記運搬物の荷重を算出する荷重計測手段とを設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記油圧ショベルのブームが所定角度以上回動した状態で、前記一方の旋回操作時の終了を検出するとともに、前記他方の旋回方向の旋回操作時の開始を検出する旋回操作確認手段を設け、前記荷重計測手段は、前記検出された操作順序が所定の操作順序で操作され、かつ前記測定されたそれぞれの差圧の圧力差が一定値以上であって、しかも前記旋回操作確認手段が前記終了および前記開始を検出した場合に、前記差圧から前記運搬物の荷重を算出することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５ないしは請求項７のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記バケットダンプ操作直前の差圧は、前記圧力検出手段において前記一方の旋回操作時におけるバケットダンプ操作直前の所定期間において検出される前記差圧の平均差圧であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５ないしは請求項８のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記操作順序検出手段は、前記一方の旋回方向の旋回操作および前記他方の旋回方向の旋回操作のそれぞれの操作時間が所定時間継続したときそれぞれの旋回操作が行われたものと判定する操作判定手段を設けたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１ないしは請求項９のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記荷重計測手段に、前記運搬物を掬い旋回して他の場所に移送する作業の作業回数を計測する作業回数計測手段および前記各作業回数毎の荷重を積算する荷重積算手段を設けたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１ないしは請求項１０のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、当該油圧ショベルの荷重計測装置本体から遠隔の場所に配置され前記荷重計測手段によって計測された計測データを受信して処理し表示する管理手段を設けたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１から図１１を用いて説明する。
【００２２】
図２は本実施形態に係わる油圧ショベルの荷重計測装置および管理装置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。
【００２３】
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。上述した圧力センサ１２３，１２４は、旋回操作時のブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧を測定する圧力検出手段を構成している。
【００２４】
１７はバケット操作レバー、１８は旋回操作レバーであり、１７１はバケツト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を左旋回に操作を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。
なお、１７１、１８１および１８２は圧力センサでも代用できる。その場合は、荷重計測装置本体１９内部に操作レバーの操作を検出するための圧力の閾値を有し、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動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。また、バケットシリンダ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。
【００２５】
１９は入力される各種の入力データに基づいてバケット１３が掬った土砂を演算して計測する荷重計測装置本体、２０はブーム１１の根元にあるピンの回転角度を計測する回転角度センサ、２１は教示を開始するときの教示開始ボタン、２２はブーム１１のブーム境界角度を教示するためのブーム境界角度教示ボタン、２３は旋回時間を教示するための旋回時間教示ボタンである。
【００２６】
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のバケットダンブ信号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、回転角度センサ２０からの角度センサ信号Ｓ６、教示開始ボタン２１からの教示開始信号Ｓ７、ブーム境界角度教示ボタン２２からの教示指令信号Ｓ８、旋回境界時間教示ボタン２３からの教示指令信号Ｓ９の各信号が入力され、作業判定とその時の荷重を演算し、作業回数の積算を行う。
【００２７】
荷重計測装置本体１９によって演算された荷重や作業回数のデータは無線機２４を介して、例えば、別の場所に設置され無線機２６と管理装置２５を備える管理部所に伝送される。受信されたデータはコンピュータ２７に取り込まれ表示装置２８に出力される。本実施形態では管理装置２５はセメント量を調整する事務所に置かれ、事務所では表示装置２８に表示されるデータに基づいて油圧ショベルによって投入される土砂量や作業回数を把握し投入すべきセメント量などを決める。
【００２８】
図３は、図２に示す荷重計測装置本体１９の構成図である。
【００２９】
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ツト（ＣＰＵ）、１９３は時刻信号を出力するタイマ、１９４は演算、制御の結果など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などが格納されるリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、１９６は荷重計測装置本体１９で演算されたデータを管理装置２５に出力するための出力インターフェースである。なお、ＲＯＭ１９５には、後に詳述するスタートブログラム１９５ａ、作業検出プログラム１９５ｂ、および位置教示プログラム１９５ｃおよび旋回境界時間教示プログラム１９５ｄが格納される。なお、上述したＲＡＭ１９４は、圧力センサ１２３，１２４のそれぞれの測定値から求められるバケットダンプ操作直前の差圧を記憶する差圧記憶手段を構成している。また、上述した中央処理ユニット（ＣＰＵ）１９２は、ＲＡＭ１９４に記憶されたバケットダンプ操作直前の上述の差圧に、圧力−重量変換変数をかけて掘削によってバケット１３に収容された運搬物の重量を算出する荷重計測手段を構成している。
【００３０】
なお、作業検出プログラム１９５ｂとしては、後に詳述するように、作業検出プログラム（１）または作業検出プログラム（２）のいずれか一方を格納して作業検出処理を実行する。また、旋回境界時間教示プログラム１９５ｄは作業検出プログラム（１）を用いた場合に使用される。
【００３１】
図４は、荷重計測装置本体１９の演算処理時に使用され前もって設定されるブーム境界角度αを説明する図である。
【００３２】
ブーム境界角度αは、油圧ショベル１の水平位置から下位方向の所定角度に設定され、後述する教示処理によりブーム角度センサ２０から検出された角度センサ信号Ｓ６に基づいて設定される。荷重計測装置本体１９は、設定されたブーム境界角度αに基づいて油圧ショベル１がバージ船３から土砂を掬い出しホッパ４に投入する作業を検出する。つまり、ブーム境界角度αを上から通過すれば、バケット１３でバージ船３から掬い出しに行く作業、ブーム境界角度αを下から通過してブーム境界角度αを通過すれば、土砂の入ったバケット１３をホッパ４へ移動する作業と判断することができる。
【００３３】
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その内部で演算処理された各種信号の波形を示す図である。
【００３４】
ａは設定されたブーム境界角度αとブーム角度センサ２０によって検出された角度センサ信号Ｓ６とを対比してブーム１１がブーム境界角度αを横切ったときに検出されるブーム境界角度検知信号、△Ｐｒｂは、圧力センサ１２３と圧力センサ１２４のそれぞれの測定値から求められたブームシリンダ１２のボトム室１２１の圧力とロッド室１２２の差圧である。
【００３５】
なお、本実施形態では、ブーム１１のブーム角度センサ２０の出力がブーム境界角度αを通過するとＯＮしてブーム境界角度検知信号ａを出力し、ブーム角度センサ２０の出力が再度ブーム境界を通過し、ブーム境界角度αより少なくなるとＯＦＦになるように設計されている。
【００３６】
また、図示するように、ブーム境界角度検知信号ａがＯＦＦになったときはバケツト１３中には土砂がない状態なので、△Ｐｒｂは小さな値を示す。また、再度、ブーム境界角度検知信号ａが検出されたときは、バケット１３の中には土砂が入っており△Ｐｒｂが大きな値を示す。さらに、ブーム境界角度検知信号ａがＯＮになると、右旋回信号Ｓ１がＯＮして一定時間持続する。これをホッパ４への旋回とみなすことができる。あまりにも短い場合は誤操作であったりホッパ４への旋回作業ではないといえる。次に、バケットダンプ信号Ｓ３がＯＮになると、油圧ショベル１がホッパ４に土砂を投入したことを示す。次に左旋回信号Ｓ２がＯＮして一定時間持続すると、これは、ホッパ４からバージ船３へ旋回していることを示す。この状態ではバケット１３の中は空であるので△Ｐｒｂは小さな値になる。つまり、右旋回信号Ｓ１が検出されているときの圧力△Ｐｒｂと左旋回信号Ｓ３が検出されているとき圧力△Ｐｒｂの差圧△Ｐｗが実際に土砂による圧力変化となるある一定の差圧以上である時の境界角度検知信号がＯＮになってから最初のバケットダンプ操作直前の差圧△Ｐｒｂを取り込む。この差圧△Ｐｒｂに圧力−重量変換係数をかけることよって土砂の荷重を検出することができる。
【００３７】
本実施形態によれば、バケットダンプ位置がそれほど変化せず、また姿勢が変化しないので、補正を荷重計測時にしなくてもよいが、アーム角度センサやバケット角度センサを用いて姿勢を求めて荷重の計算をしてもよい。
【００３８】
次に、荷重計測装置本体１９の位置教示プログラム１９５ｃの処理手順を図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３９】
この位置教示処理は、ブーム境界角度を教示して荷重計測装置本体１９のＲＡＭ１９４に格納するために実行される。
【００４０】
はじめに、教示処理に先だって、油圧ショベル１のオペレータは、バージ船３からホッパ４に土砂の掬い出し作業を開始するためエンジンを始動する（または、専用ボタンを押す）と、図３に示すスタートプログラム１９５ａが実行される。このスタートプログラム１９５ａによって各種パラメータの初期化が行われる。例えば、右旋回操作の検出フラグＳｒや左旋回検出フラグＳｌやバケットダンプ検出フラグＢｄ、ブーム境界角度αを通過したことを示す信号Ｓ４、などのフラグ情報やＳ１、Ｓ２、Ｓ３などの信号の格納メモリ、ブームシリンダ圧力の格納メモリなどが初期化される。この時、ブーム境界角度αや圧力−重量変換係数などは初期化されない。
【００４１】
次に、油圧ショベル１の運転室内のオペレータが教示処理をするために教示開始ボタン２１を押すと、その信号Ｓ７は荷重計測装置本体１９に入力され、図３に示す位置教示プログラム１９５ｃが起動される。教示処理は図４に示すように、図示していない操作レバーを操作してブーム１２をバージ船３の方向へ下げていき、バージ船３近くまでバケット１３の先端が来たら図２に示すブーム境界教示ボタンＡ２２を押す。図６のステップ１において、ブーム境界角度教示ボタン２２が押されたか否かが判断され、押されると、ステップ２において、その時のブーム角度センサ２０によって検出された信号Ｓ６が荷重計測装置本体１９に入力され、そのブーム角度をブーム境界角度αとして取り込み記憶する。次いで、ステップ３において、ブーム境界角度αが設定されたので、ブーム境界設定フラグＡｕｐをＯＮにして教示を終了する。
【００４２】
次に、荷重計測装置本体１９に格納される作業検出プログラム１９５ｂとして、作業検出プログラム（１）を用いた場合の処理手順を図７および図８に示すフローチヤートを用いて説明する。
【００４３】
この作業検出処理は入力される各種データを演算処理して油圧ショベルが掬って移送した土砂の荷重と作業回数を計測するために実行される。
【００４４】
はじめに、ステップ１１において、旋回計測時間Ｔｓｗの他、後述する種々のカウント値ｍ、ｉ、ｎが初期化される。次いで、ステップ１２においてブーム境界角度検知信号ａがＯＦＦからＯＮに変化（立ち上がり）したかを判定する。ここではＯＮになったタイミングで、ステップ１３に示すように、旋回計測時間Ｔｓｗの他、カウント値ｍ，ｉを初期化する。次に、ステップ１４において右方向の旋回操作中であるか否かを判定する。操作中である場合は、ステップ１５のように旋回計測時間Ｔｓｗに計測サンブリング時間△Ｔｓを足す。この後、ステップ１６において、予め設定しておいた旋回境界時間Ｔｓｗｒｅｆと比較する。旋回境界時間Ｔｓｗｒｅｆとは、ブーム境界角度検知信号ａがＯＮになってから油圧ショベルが土砂を放土する直前まで旋回している時間である。ここで、Ｔｓｗ≧Ｔｓｗｒｅｆである場合は、ステップ１７に移行し、その時の旋回通過時刻Ｔｐａｓｓをタイマ１９８から取出しＲＡＭ１９４に保存する。ステップ１４において右方向の旋回操作中でなかった場合は、ステップ１８において左方向の旋回操作中であるか否かを判断する。この時、左方向の旋回操作中である場合は、ステップ１９に示すように旋回計測時間Ｔｓｗから計測サンプリング時間△Ｔｓを引く。ステップ１９の処理を設けることによって、例えば、右方向に放土位置があり右方向の旋回途中において何かの理由で左方向に旋回操作され再び右方向に旋回されたた場合に、より正確な旋回計測時間Ｔｓｗを計測することができる。次に、ステップ２０において、バケットダンプ操作があるかを判断する。バケツト操作がある場合は、ステップ２１においてバケット操作開始時刻Ｔｂｃｋｔ（ｍ）としてタイマ１９３から読み出しＲＡＭ１９４に保存する。ここで、ｍはバケット操作数を表し、ステップ２０におけるバケットダンプ操作は、例えば図５のバケットダンプ信号Ｓ３に示すように、本来予定しているバケットダンプ操作（ｍ＝３）以外にも、作業検出上計測すべきでないバケット操作ダンプ操作（ｍ＝１，２）があり得る。次に、ステップ２２でバケツトダンプ操作開始時刻Ｔｂｃｋｔ（ｍ）の直前のブームシリンダ圧力（例えば、Ｔｂｃｋｔ直前の所定時間△Ｔの平均ブームシリンダ圧力ＰＲｒｂｂ）も保存した後、ステップ２３でカウント値ｍに１を足す。次に、ステップ２４において、ブーム境界角度検知信号ａがＯＮからＯＦＦに変化（立ち下がり）したか否かを判断する。変化した場合は、ステップ２５以降の処理を行う。ここでは、ブーム境界角度検知信号ａがＯＦＦからＯＮへ変化した時刻から、ブーム境界角度検知信号ａがＯＦＦからＯＮへ変化した時刻までの経過時間内に発生したバケットダンプ操作が放土のためのバケットダンプ操作であるか否かを判定する。まず、ステップ２５においてステップ２０で計測された各バケット操作回数ｍについて、いずれのバケット操作が放土のためのバケット操作であるかを検索する。ここでｉは放土のためのバケットダンプを検索するための処理に使用されるカウント数を表し、各バケット操作回数ｍについて、ステップ２１において保存したバケットダンブ操作開始時刻Ｔｂｃｋｔ（ｍ）がステップ１７で保存した旋回通過時刻Ｔｐａｓｓと等しいか大きいかを判定する。小さい場合は、所定のバケットダンプ操作とは判断されず、ステップ２６でｉに１を加算して再びステップ２５において判断する。ここで大きければ、例えば、図５のｍ＝３の場合は、バケット１３がホッパ４上にあると判断し放土直前とみなす。そこで、ステップ２７において、ステップ２２で保存したバケットダンプ操作開始時刻直前の所定時間△Ｔの平均ブームシリンダ圧力△ＰＲｒｂｂを演算し、放土毎のバケットダンプ姿勢があまり変化しないので、圧力−重量変換係数ｋをかけた値を荷重とする。また、アーム角度センサやバケットの回転角度もしくはバケットシリンダのストロークセンサなどを用意し、バケツト放土位置での姿勢を計測して荷重を計算してもよい。続いて、ステップ２８において作業カウント値ｎに１を足し、作業回数の積算値として保存する。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、旋回時間をもとにバケットダンプ位置を推測するので、ホッパ上以外でのバケットダンブ操作を放土動作であると誤って判断することがなく、作業の回数の精度を上げることができる。
【００４６】
ここで、前記旋回境界時間（Ｔｓｗｒｅｆ）を設定するために使用される旋回境界時間教示プログラムによる処理手順を図９に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４７】
油圧ショベルのオペレータによって教示開始ボタン２１が操作されると旋回境界時間教示プログラム１９５ｄが実行を開始する。はじめに、ステップ３０において旋回境界時間教示ボタン２３がＯＮか否かを判断する。ＯＮの場合は、ステップ３１においてブーム角度がブーム境界角度αを通過した時刻からバケットをダンプする直前でオペレータが旋回境界時間教示ボタン２３を押されるまでの旋回時間を旋回境界時間（Ｔｓｗｒｅｆ）としてＲＡＭ１９４に保存する。この設定法によれば、簡単な操作で旋回境界時間が自動的の設定され、土砂を掬いだしてからホッパ４に放土する旋回角度が変化しても簡単に旋回境界時間を調整できる。
【００４８】
さらに、土量を演算すると荷重計測装置本体１９は、土量や作業回数を無線機２３、２６を介して管理部所などに設けられる管理装置２５に送信し、送信されたデータは、コンピュータで必要な処理が施され表示装置２８に表示される。表示装置２８には、作業が確定した時刻、土量、作業回数などが表示されるので、掬いだした土量や作業回数を一目で把握できる。
【００４９】
次に、荷重計測装置本体１９に格納される作業検出プログラム１９５ｂとして、作業検出プログラム（２）を用いた場合の処理手順を図１０および図１１に示すフローチヤートを用いて説明する。
この作業検出処理も入力される各種データを演算処理して油圧ショベルが掬って移送した土砂の荷重と作業回数を計測するために実行される。
【００５０】
はじめに、ステップ４１において、後述する種々のカウント値ｈ，ｉ，ｊが初期化される。
【００５１】
次いで、ステップ４２において右旋回操作有りか否かが判定される。ここでは、２秒間の右旋回操作で右旋回操作をしたこととする。そのため、ステップ４３、ステップ４４において、カウント値ｈがあらかじめ設定された値Ｋ１に達したか否かが判定される。ステップ４５に示すように、各カウント値ｈ毎にブームシリンダ１４のボトム室２１の圧力ＰＲｒ（ｔｈ）とロッド室２２の圧力ＰＲｂ（ｔｈ）との差を計算し、△ＰＲｒｂ（ｔｈ）としてデータをＲＡＭ１９４に格納する。カウント値ｈが所定値Ｋ１、即ち２秒間経過すると、Ｓ１６において右旋回検出フラグＳｒを１にする。
【００５２】
次いで、ステップ４７において左旋回有りか否かが判定される。右旋回の場合と同様に、ステップ４８、ステップ４９において、カウント値があらかじめ設定された値Ｋ２に達したか否かが判定される。ステップ５０に示すように、各カウント値ｉ毎にブームシリンダ１４のボトム室２１の圧力ＰＬｒ（ｔｉ）とロッド室２２の圧力ＰＬｂ（ｔｉ）との差を計算し、△ＰＬｒｂ（ｔｉ）としてデータをＲＡＭ１９４に格納する。カウント値ｉが所定値Ｋ２、即ち２秒間経過すると、Ｓ５１において左旋回検出フラグＳｌを１にする。
【００５３】
次に、ステップ５２において、バケット操作有りか否かの判定が行われる。ステップ５３、ステップ５４において、カウント値があらかじめ設定された値Ｋ３に達したか否かが判定される。カウント値ｊが所定値Ｋ３、ここではバケットダンプ動作は、比較的速いので１秒間の操作をバケット操作ありとみなしており、１秒間経過すると、Ｓ５５においてバケツトダンプ操作検出フラグＢｄが１となる。
【００５４】
次に、Ｓ５６において右旋回検出フラグＳｒと左旋回検出フラグＳｌとバケツトダンプ検出フラグＢｄの全てが１であるか否かを判定する。全てのフラグが１であればステップ５７に、そうでない場合はＳ４２に戻る。
【００５５】
ステップ５６においてＹＥＳの場合は、ステップ５７に移行し、信号の発生順番を判定する。即ち、図５に示すような右旋回信号Ｓ１→バケットダンプ信号Ｓ３→左旋回信号Ｓ２の順位でフラグが１になった場合に図１１に示すフローチャートの「Ａ」に移行する。このステップ５７の判定を行うことによって油圧ショベルの土砂を掬い旋回して他の場所に移送する作業を誤りなく検出することができる。
【００５６】
なお、タイマ１９３から読み込んだ各操作の発生時刻がＲＡＭ１９４に格納されているので、それらを比較することで、前記信号の発生順位は容易に行われる。また、発生順番が合致しない場合は、ステップ５８に進み、右旋回検出フラグＳｒと左旋回検出ブラグＳｌとバケットダンプ検出フラグＢｄの全てをゼロにする。また、ステップ５７において、右旋回→バケットダンプ→左旋回の信号の発生順序を判定しているが、左旋回→バケットダンプ→右旋回の信号の発生順序で判定してもよい。その場合は、平均値△ＰＬｒｂと平均値△ＰＲｒｂとの差を求め、この差が所定値Ｐｒｅｆより小さいかを判定する。
【００５７】
発生順位が合致した場合は、ステップ５９において、右旋回または左旋回の操作終了時刻が境界角度検知信号ａがＯＮ中にあるかどうかを判定する。つまり、バケット１３に土砂が入った状態で旋回しているか否かを判定できる。
【００５８】
ステップ５９でＹＥＳの場合は、ステップ６０において、最初の旋回方向とは逆の方向の旋回操作の後に境界角度検知信号ａがＯＦＦになったかを判定する。
【００５９】
ステップ６０でＹＥＳの場合はステップ６１に進み、ステップ４５において右旋回時に検出された△ＰＲｒｂ（ｔｈ）の平均値Σ△ＰＲｒｂ（ｔｈ）／Ｋ１と、ステップ５０において左旋回時に検出された△ＰＬｒｂ（ｔｉ）の平均値Σ△ＰＬｒｂ（ｔｉ）／Ｋ２との差を求め、この差が所定値Ｐｒｅｆより小さいかを判定し、この処理によりバケツト１３中に土砂が入っていない状態で旋回していることを判定して除外することができる。なお、ステップ６３の処理は、作業検出精度は多少落ちるが省略することも可能である。次に、ステップ６４において、バケツトダンプ操作開始時刻Ｔｂｃｋｔ直前の所定時間△Ｔの平均ブームシリンダ圧力ＰＲｒｂｂを求める。ステップ６５において、平均ブームシリンダ圧力ＰＲｒｂｂに所定の圧力−重量変換係数ｋを掛けてバケット１３が１回当たり運搬した土量Ｗ（ｎ）、および土量Ｗ（ｎ）をｎ回運搬して積算された土量ΣＷ（ｎ）を求める。ステップ６６では１サイクルの作業が行われる毎に作業回数をカウントアップする。なお、本実施形態では、バケットダンプ時の油圧ショベル１の放土姿勢があまり変化しないので、補正を土量算出時にしなくてもよいが、アーム角度センサやバケット角度センサを用いて姿勢を求めて荷重の計算をしてもよい。
【００６０】
ステップ５９、ステップ６０、およびステップ６３に該当しないときは、図１０に示すフローチャートの「Ｂ」のステップ５８に戻り、全てのフラグがゼロに設定され、さらにステップ４２に戻る。また、作業検出が一巡する毎に「Ｃ」のステップ４１に戻り作業検出処理が繰り返される。
【００６１】
なお、ステップ５９およびステップ６０は、多少精度が落ちるもののこれらのステップの処理を省略することもできる。
【００６２】
このように、本実施形態によれば、オペレータによる操作やセンサ信号に基づいて比較的簡単な構成で正確に放土する作業を自動的に検出するので、従来技術のように、他の作業を検出することがない。
【００６３】
さらに作業が確定すると荷重計測装置本体１９は、土量や作業回数のデータを無線機２３、２６を介して管理部所等に設けられる管理装置２５に送信し、送信されたデータはコンピュータで必要な処理が施され表示装置２８に表示される。表示装置２８には、作業が確定した時刻、土量、作業回数等が表示されるので、掬い出し揚土量や作業回数を一目で把握できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では、運搬物を掬い出して他の場所に移送する作業を自動的に判定して、運搬物の荷重を計測するようにしたので、従来技術に比べて、荷重計測すべきでない他の作業を誤って検出することがなくなり、移送する積算土量の精度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】揚土船上で稼働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の構成図である。
【図４】図２に示す荷重計測装置本体１９の演算で使用されるブーム境界角度の説明図である。
【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波形および内部で演算処理された各種信号波形を示す図である。
【図６】本実施形態に係わる位置教示プログラム１９５ｃの処理手順を示すフローチヤートである。
【図７】本実施形態に係わる作業検出ブログラム（１）１９５ｂの処理手順を示すフローチヤートである。
【図８】本実施形態に係わる作業検出ブログラム（１）１９５ｂの処理手順を示すフローチヤートである。
【図９】本実施形態に係わる旋回境界時間教示ブログラム１９５ｄの処理手順を示すフローチヤートである。
【図１０】本実施形態に係わる作業検出ブログラム（２）１９５ｂの処理手順を示すフローチヤートである。
【図１１】本実施形態に係わる作業検出ブログラム（２）１９５ｂの処理手順を示すフローチヤートである。
【符号の説明】
１ 油圧ショベル
２ 揚土船
３ バージ船
４ ホッパ
５ 圧送ポンプ
１１ ブーム
１２ ブームシリンダ
１２１ ボトム室
１２２ ロッド室
１２３、１２４ 圧力スイッチ
１３ バケット
１７ バケット操作レバー
１８ 旋回操作レバー
１９ 荷重計測装置本体
１９５ｂ 作業検出プログラム
１９５ｃ 位置教示プログラム
１９５ｄ 旋回境界時間教示ブログラム
２０ ブーム角度センサ
２１ 教示開始ボタン
２２ ブーム境界角度教示ボタン
２３ 旋回境界時間教示ボタン
２４、２６ 無線機
２５ 管理装置
２７ コンピユータ
２８ 表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルなどの建設機械の荷重計測装置、特に、揚土船上などに設置され運搬されてきた土砂を掬ってホッパなどに移送する油圧ショベルなどの建設機械の荷重計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は揚土船上で稼働する油圧ショベルの作業形態の一例を示す図である。
【０００３】
同図において、１１は油圧ショベル１のブーム、１２はブームシリンダ、１３はバケットである。図示するように、海上で作業する揚土船２は、少なくとも１台の油圧ショベル１と、油圧ショベル１によって土砂が投入されるホッパ４と、投入された土砂を圧送する圧送ポンプ５とから構成される。揚土船２には土砂を運んできたバージ船３が横付けされ、油圧ショベル１はバージ船３から土砂を掬い上げ、旋回してホッパ４に投入する。ホッパ４に所定量の土砂が投入されると、ホッパ４中でセメントと混合され圧送ポンプ５によって埋め立て予定地などに圧送される。この時、ホッパ４に投入されるセメント量に対して適正な土砂量をホッパ４に投入するために、土砂量を計測する必要がある。
【０００４】
従来、油圧ショベルなどの建設機械が掬った荷重を計測するために、オペレータが油圧ショベルのフロント姿勢がある一定姿勢になったときにボタンを押し、そのタイミングで荷重を計算していた。
【０００５】
また、特開平６−１０３７８号公報には、バケットダンプをする手前で荷重の計測を行う方法が開示されている。
【０００６】
【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、フロント姿勢がある一定姿勢になったときにボタンを押してカウントするのではオペレータに負担がかかっていた。
【０００７】
また、上記の特開平６−１０３７８号公報に示されるものでは、単にバケットダンプをする手前で荷重の計測を行うもので、掘削して放土する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ことがある。
【０００８】
本発明の目的は、作業中にボタンを押すなどのオペレータに負担をかけず、荷重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建設機械の荷重計測装置を提供することにある。
【０００９】
【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。
【００１０】
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荷重計測装置において、前記運搬物を掬い上げてから運搬する旋回操作時のブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧を測定する圧力検出手段と、前記旋回操作時間の積分値が所定の値になった時または後のバケットダンプ操作直前の前記差圧を記憶する差圧記憶手段と、前記記憶されたバケットダンプ操作直前の前記差圧に圧力−重量変換係数をかけて前記運搬物の荷重を算出する荷重計測手段とを設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項１に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、油圧ショベルのブーム角度を測定する角度検出手段を設け、前記旋回操作時間の計測開始時点は、前記測定されたブーム角度が所定値以上に達したときに開始することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項１ないしは請求項２のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記旋回操作時間は、一方の旋回方向の旋回操作時間から他方の旋回方向の旋回操作時間を減算して計算されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項１ないしは請求項３のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記差圧記憶手段に記憶されるバケットダンプ操作直前の差圧は、前記圧力検出手段においてバケットダンプ操作直前の所定期間において検出される前記差圧の平均差圧であることを特徴とする。
【００１４】
また、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荷重計測装置において、前記運搬物を運搬する一方の旋回方向の旋回操作、バケットダンプ操作および前記運搬物を運搬しない他方の旋回方向の旋回操作の各操作順序を検出する操作順序検出手段と、前記一方の旋回操作時における前記油圧ショベルのブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧を測定する圧力検出手段と、前記検出された操作順序が所定の操作順序で操作されたとき、前記バケットダンプ操作直前の前記差圧に圧力−重量変換係数をかけて前記運搬物の荷重を算出する荷重計測手段とを設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、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荷重計測装置において、前記運搬物を運搬する一方の旋回方向の旋回操作、バケットダンプ操作および前記運搬物を運搬しない他方の旋回方向の旋回操作の各操作順序を検出する操作順序検出手段と、前記一方の旋回操作時および前記他方の旋回操作時における前記油圧ショベルのブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧をそれぞれ測定する圧力検出手段と、前記検出された操作順序が所定の操作順序で操作され、かつ前記測定されたそれぞれの差圧の圧力差が一定値以上の場合は、前記一方の旋回操作と他方の旋回操作の間における前記バケットダンプ操作直前の差圧に圧力−重量変換係数をかけて前記運搬物の荷重を算出する荷重計測手段とを設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記油圧ショベルのブームが所定角度以上回動した状態で、前記一方の旋回操作時の終了を検出するとともに、前記他方の旋回方向の旋回操作時の開始を検出する旋回操作確認手段を設け、前記荷重計測手段は、前記検出された操作順序が所定の操作順序で操作され、かつ前記測定されたそれぞれの差圧の圧力差が一定値以上であって、しかも前記旋回操作確認手段が前記終了および前記開始を検出した場合に、前記差圧から前記運搬物の荷重を算出することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５ないしは請求項７のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記バケットダンプ操作直前の差圧は、前記圧力検出手段において前記一方の旋回操作時におけるバケットダンプ操作直前の所定期間において検出される前記差圧の平均差圧であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５ないしは請求項８のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記操作順序検出手段は、前記一方の旋回方向の旋回操作および前記他方の旋回方向の旋回操作のそれぞれの操作時間が所定時間継続したときそれぞれの旋回操作が行われたものと判定する操作判定手段を設けたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１ないしは請求項９のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、前記荷重計測手段に、前記運搬物を掬い旋回して他の場所に移送する作業の作業回数を計測する作業回数計測手段および前記各作業回数毎の荷重を積算する荷重積算手段を設けたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１ないしは請求項１０のいずれか１つの請求項に記載の油圧ショベルの荷重計測装置において、当該油圧ショベルの荷重計測装置本体から遠隔の場所に配置され前記荷重計測手段によって計測された計測データを受信して処理し表示する管理手段を設けたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１から図１１を用いて説明する。
【００２２】
図２は本実施形態に係わる油圧ショベルの荷重計測装置および管理装置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。
【００２３】
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。上述した圧力センサ１２３，１２４は、旋回操作時のブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧を測定する圧力検出手段を構成している。
【００２４】
１７はバケット操作レバー、１８は旋回操作レバーであり、１７１はバケツト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を左旋回に操作を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。
なお、１７１、１８１および１８２は圧力センサでも代用できる。その場合は、荷重計測装置本体１９内部に操作レバーの操作を検出するための圧力の閾値を有し、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動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。また、バケットシリンダ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。
【００２５】
１９は入力される各種の入力データに基づいてバケット１３が掬った土砂を演算して計測する荷重計測装置本体、２０はブーム１１の根元にあるピンの回転角度を計測する回転角度センサ、２１は教示を開始するときの教示開始ボタン、２２はブーム１１のブーム境界角度を教示するためのブーム境界角度教示ボタン、２３は旋回時間を教示するための旋回時間教示ボタンである。
【００２６】
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のバケットダンブ信号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、回転角度センサ２０からの角度センサ信号Ｓ６、教示開始ボタン２１からの教示開始信号Ｓ７、ブーム境界角度教示ボタン２２からの教示指令信号Ｓ８、旋回境界時間教示ボタン２３からの教示指令信号Ｓ９の各信号が入力され、作業判定とその時の荷重を演算し、作業回数の積算を行う。
【００２７】
荷重計測装置本体１９によって演算された荷重や作業回数のデータは無線機２４を介して、例えば、別の場所に設置され無線機２６と管理装置２５を備える管理部所に伝送される。受信されたデータはコンピュータ２７に取り込まれ表示装置２８に出力される。本実施形態では管理装置２５はセメント量を調整する事務所に置かれ、事務所では表示装置２８に表示されるデータに基づいて油圧ショベルによって投入される土砂量や作業回数を把握し投入すべきセメント量などを決める。
【００２８】
図３は、図２に示す荷重計測装置本体１９の構成図である。
【００２９】
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ツト（ＣＰＵ）、１９３は時刻信号を出力するタイマ、１９４は演算、制御の結果など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などが格納されるリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、１９６は荷重計測装置本体１９で演算されたデータを管理装置２５に出力するための出力インターフェースである。なお、ＲＯＭ１９５には、後に詳述するスタートブログラム１９５ａ、作業検出プログラム１９５ｂ、および位置教示プログラム１９５ｃおよび旋回境界時間教示プログラム１９５ｄが格納される。なお、上述したＲＡＭ１９４は、圧力センサ１２３，１２４のそれぞれの測定値から求められるバケットダンプ操作直前の差圧を記憶する差圧記憶手段を構成している。また、上述した中央処理ユニット（ＣＰＵ）１９２は、ＲＡＭ１９４に記憶されたバケットダンプ操作直前の上述の差圧に、圧力−重量変換変数をかけて掘削によってバケット１３に収容された運搬物の重量を算出する荷重計測手段を構成している。
【００３０】
なお、作業検出プログラム１９５ｂとしては、後に詳述するように、作業検出プログラム（１）または作業検出プログラム（２）のいずれか一方を格納して作業検出処理を実行する。また、旋回境界時間教示プログラム１９５ｄは作業検出プログラム（１）を用いた場合に使用される。
【００３１】
図４は、荷重計測装置本体１９の演算処理時に使用され前もって設定されるブーム境界角度αを説明する図である。
【００３２】
ブーム境界角度αは、油圧ショベル１の水平位置から下位方向の所定角度に設定され、後述する教示処理によりブーム角度センサ２０から検出された角度センサ信号Ｓ６に基づいて設定される。荷重計測装置本体１９は、設定されたブーム境界角度αに基づいて油圧ショベル１がバージ船３から土砂を掬い出しホッパ４に投入する作業を検出する。つまり、ブーム境界角度αを上から通過すれば、バケット１３でバージ船３から掬い出しに行く作業、ブーム境界角度αを下から通過してブーム境界角度αを通過すれば、土砂の入ったバケット１３をホッパ４へ移動する作業と判断することができる。
【００３３】
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その内部で演算処理された各種信号の波形を示す図である。
【００３４】
ａは設定されたブーム境界角度αとブーム角度センサ２０によって検出された角度センサ信号Ｓ６とを対比してブーム１１がブーム境界角度αを横切ったときに検出されるブーム境界角度検知信号、△Ｐｒｂは、圧力センサ１２３と圧力センサ１２４のそれぞれの測定値から求められたブームシリンダ１２のボトム室１２１の圧力とロッド室１２２の差圧である。
【００３５】
なお、本実施形態では、ブーム１１のブーム角度センサ２０の出力がブーム境界角度αを通過するとＯＮしてブーム境界角度検知信号ａを出力し、ブーム角度センサ２０の出力が再度ブーム境界を通過し、ブーム境界角度αより少なくなるとＯＦＦになるように設計されている。
【００３６】
また、図示するように、ブーム境界角度検知信号ａがＯＦＦになったときはバケツト１３中には土砂がない状態なので、△Ｐｒｂは小さな値を示す。また、再度、ブーム境界角度検知信号ａが検出されたときは、バケット１３の中には土砂が入っており△Ｐｒｂが大きな値を示す。さらに、ブーム境界角度検知信号ａがＯＮになると、右旋回信号Ｓ１がＯＮして一定時間持続する。これをホッパ４への旋回とみなすことができる。あまりにも短い場合は誤操作であったりホッパ４への旋回作業ではないといえる。次に、バケットダンプ信号Ｓ３がＯＮになると、油圧ショベル１がホッパ４に土砂を投入したことを示す。次に左旋回信号Ｓ２がＯＮして一定時間持続すると、これは、ホッパ４からバージ船３へ旋回していることを示す。この状態ではバケット１３の中は空であるので△Ｐｒｂは小さな値になる。つまり、右旋回信号Ｓ１が検出されているときの圧力△Ｐｒｂと左旋回信号Ｓ３が検出されているとき圧力△Ｐｒｂの差圧△Ｐｗが実際に土砂による圧力変化となるある一定の差圧以上である時の境界角度検知信号がＯＮになってから最初のバケットダンプ操作直前の差圧△Ｐｒｂを取り込む。この差圧△Ｐｒｂに圧力−重量変換係数をかけることよって土砂の荷重を検出することができる。
【００３７】
本実施形態によれば、バケットダンプ位置がそれほど変化せず、また姿勢が変化しないので、補正を荷重計測時にしなくてもよいが、アーム角度センサやバケット角度センサを用いて姿勢を求めて荷重の計算をしてもよい。
【００３８】
次に、荷重計測装置本体１９の位置教示プログラム１９５ｃの処理手順を図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３９】
この位置教示処理は、ブーム境界角度を教示して荷重計測装置本体１９のＲＡＭ１９４に格納するために実行される。
【００４０】
はじめに、教示処理に先だって、油圧ショベル１のオペレータは、バージ船３からホッパ４に土砂の掬い出し作業を開始するためエンジンを始動する（または、専用ボタンを押す）と、図３に示すスタートプログラム１９５ａが実行される。このスタートプログラム１９５ａによって各種パラメータの初期化が行われる。例えば、右旋回操作の検出フラグＳｒや左旋回検出フラグＳｌやバケットダンプ検出フラグＢｄ、ブーム境界角度αを通過したことを示す信号Ｓ４、などのフラグ情報やＳ１、Ｓ２、Ｓ３などの信号の格納メモリ、ブームシリンダ圧力の格納メモリなどが初期化される。この時、ブーム境界角度αや圧力−重量変換係数などは初期化されない。
【００４１】
次に、油圧ショベル１の運転室内のオペレータが教示処理をするために教示開始ボタン２１を押すと、その信号Ｓ７は荷重計測装置本体１９に入力され、図３に示す位置教示プログラム１９５ｃが起動される。教示処理は図４に示すように、図示していない操作レバーを操作してブーム１２をバージ船３の方向へ下げていき、バージ船３近くまでバケット１３の先端が来たら図２に示すブーム境界教示ボタンＡ２２を押す。図６のステップ１において、ブーム境界角度教示ボタン２２が押されたか否かが判断され、押されると、ステップ２において、その時のブーム角度センサ２０によって検出された信号Ｓ６が荷重計測装置本体１９に入力され、そのブーム角度をブーム境界角度αとして取り込み記憶する。次いで、ステップ３において、ブーム境界角度αが設定されたので、ブーム境界設定フラグＡｕｐをＯＮにして教示を終了する。
【００４２】
次に、荷重計測装置本体１９に格納される作業検出プログラム１９５ｂとして、作業検出プログラム（１）を用いた場合の処理手順を図７および図８に示すフローチヤートを用いて説明する。
【００４３】
この作業検出処理は入力される各種データを演算処理して油圧ショベルが掬って移送した土砂の荷重と作業回数を計測するために実行される。
【００４４】
はじめに、ステップ１１において、旋回計測時間Ｔｓｗの他、後述する種々のカウント値ｍ、ｉ、ｎが初期化される。次いで、ステップ１２においてブーム境界角度検知信号ａがＯＦＦからＯＮに変化（立ち上がり）したかを判定する。ここではＯＮになったタイミングで、ステップ１３に示すように、旋回計測時間Ｔｓｗの他、カウント値ｍ，ｉを初期化する。次に、ステップ１４において右方向の旋回操作中であるか否かを判定する。操作中である場合は、ステップ１５のように旋回計測時間Ｔｓｗに計測サンブリング時間△Ｔｓを足す。この後、ステップ１６において、予め設定しておいた旋回境界時間Ｔｓｗｒｅｆと比較する。旋回境界時間Ｔｓｗｒｅｆとは、ブーム境界角度検知信号ａがＯＮになってから油圧ショベルが土砂を放土する直前まで旋回している時間である。ここで、Ｔｓｗ≧Ｔｓｗｒｅｆである場合は、ステップ１７に移行し、その時の旋回通過時刻Ｔｐａｓｓをタイマ１９８から取出しＲＡＭ１９４に保存する。ステップ１４において右方向の旋回操作中でなかった場合は、ステップ１８において左方向の旋回操作中であるか否かを判断する。この時、左方向の旋回操作中である場合は、ステップ１９に示すように旋回計測時間Ｔｓｗから計測サンプリング時間△Ｔｓを引く。ステップ１９の処理を設けることによって、例えば、右方向に放土位置があり右方向の旋回途中において何かの理由で左方向に旋回操作され再び右方向に旋回されたた場合に、より正確な旋回計測時間Ｔｓｗを計測することができる。次に、ステップ２０において、バケットダンプ操作があるかを判断する。バケツト操作がある場合は、ステップ２１においてバケット操作開始時刻Ｔｂｃｋｔ（ｍ）としてタイマ１９３から読み出しＲＡＭ１９４に保存する。ここで、ｍはバケット操作数を表し、ステップ２０におけるバケットダンプ操作は、例えば図５のバケットダンプ信号Ｓ３に示すように、本来予定しているバケットダンプ操作（ｍ＝３）以外にも、作業検出上計測すべきでないバケット操作ダンプ操作（ｍ＝１，２）があり得る。次に、ステップ２２でバケツトダンプ操作開始時刻Ｔｂｃｋｔ（ｍ）の直前のブームシリンダ圧力（例えば、Ｔｂｃｋｔ直前の所定時間△Ｔの平均ブームシリンダ圧力ＰＲｒｂｂ）も保存した後、ステップ２３でカウント値ｍに１を足す。次に、ステップ２４において、ブーム境界角度検知信号ａがＯＮからＯＦＦに変化（立ち下がり）したか否かを判断する。変化した場合は、ステップ２５以降の処理を行う。ここでは、ブーム境界角度検知信号ａがＯＦＦからＯＮへ変化した時刻から、ブーム境界角度検知信号ａがＯＦＦからＯＮへ変化した時刻までの経過時間内に発生したバケットダンプ操作が放土のためのバケットダンプ操作であるか否かを判定する。まず、ステップ２５においてステップ２０で計測された各バケット操作回数ｍについて、いずれのバケット操作が放土のためのバケット操作であるかを検索する。ここでｉは放土のためのバケットダンプを検索するための処理に使用されるカウント数を表し、各バケット操作回数ｍについて、ステップ２１において保存したバケットダンブ操作開始時刻Ｔｂｃｋｔ（ｍ）がステップ１７で保存した旋回通過時刻Ｔｐａｓｓと等しいか大きいかを判定する。小さい場合は、所定のバケットダンプ操作とは判断されず、ステップ２６でｉに１を加算して再びステップ２５において判断する。ここで大きければ、例えば、図５のｍ＝３の場合は、バケット１３がホッパ４上にあると判断し放土直前とみなす。そこで、ステップ２７において、ステップ２２で保存したバケットダンプ操作開始時刻直前の所定時間△Ｔの平均ブームシリンダ圧力△ＰＲｒｂｂを演算し、放土毎のバケットダンプ姿勢があまり変化しないので、圧力−重量変換係数ｋをかけた値を荷重とする。また、アーム角度センサやバケットの回転角度もしくはバケットシリンダのストロークセンサなどを用意し、バケツト放土位置での姿勢を計測して荷重を計算してもよい。続いて、ステップ２８において作業カウント値ｎに１を足し、作業回数の積算値として保存する。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、旋回時間をもとにバケットダンプ位置を推測するので、ホッパ上以外でのバケットダンブ操作を放土動作であると誤って判断することがなく、作業の回数の精度を上げることができる。
【００４６】
ここで、前記旋回境界時間（Ｔｓｗｒｅｆ）を設定するために使用される旋回境界時間教示プログラムによる処理手順を図９に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４７】
油圧ショベルのオペレータによって教示開始ボタン２１が操作されると旋回境界時間教示プログラム１９５ｄが実行を開始する。はじめに、ステップ３０において旋回境界時間教示ボタン２３がＯＮか否かを判断する。ＯＮの場合は、ステップ３１においてブーム角度がブーム境界角度αを通過した時刻からバケットをダンプする直前でオペレータが旋回境界時間教示ボタン２３を押されるまでの旋回時間を旋回境界時間（Ｔｓｗｒｅｆ）としてＲＡＭ１９４に保存する。この設定法によれば、簡単な操作で旋回境界時間が自動的の設定され、土砂を掬いだしてからホッパ４に放土する旋回角度が変化しても簡単に旋回境界時間を調整できる。
【００４８】
さらに、土量を演算すると荷重計測装置本体１９は、土量や作業回数を無線機２３、２６を介して管理部所などに設けられる管理装置２５に送信し、送信されたデータは、コンピュータで必要な処理が施され表示装置２８に表示される。表示装置２８には、作業が確定した時刻、土量、作業回数などが表示されるので、掬いだした土量や作業回数を一目で把握できる。
【００４９】
次に、荷重計測装置本体１９に格納される作業検出プログラム１９５ｂとして、作業検出プログラム（２）を用いた場合の処理手順を図１０および図１１に示すフローチヤートを用いて説明する。
この作業検出処理も入力される各種データを演算処理して油圧ショベルが掬って移送した土砂の荷重と作業回数を計測するために実行される。
【００５０】
はじめに、ステップ４１において、後述する種々のカウント値ｈ，ｉ，ｊが初期化される。
【００５１】
次いで、ステップ４２において右旋回操作有りか否かが判定される。ここでは、２秒間の右旋回操作で右旋回操作をしたこととする。そのため、ステップ４３、ステップ４４において、カウント値ｈがあらかじめ設定された値Ｋ１に達したか否かが判定される。ステップ４５に示すように、各カウント値ｈ毎にブームシリンダ１４のボトム室２１の圧力ＰＲｒ（ｔｈ）とロッド室２２の圧力ＰＲｂ（ｔｈ）との差を計算し、△ＰＲｒｂ（ｔｈ）としてデータをＲＡＭ１９４に格納する。カウント値ｈが所定値Ｋ１、即ち２秒間経過すると、Ｓ１６において右旋回検出フラグＳｒを１にする。
【００５２】
次いで、ステップ４７において左旋回有りか否かが判定される。右旋回の場合と同様に、ステップ４８、ステップ４９において、カウント値があらかじめ設定された値Ｋ２に達したか否かが判定される。ステップ５０に示すように、各カウント値ｉ毎にブームシリンダ１４のボトム室２１の圧力ＰＬｒ（ｔｉ）とロッド室２２の圧力ＰＬｂ（ｔｉ）との差を計算し、△ＰＬｒｂ（ｔｉ）としてデータをＲＡＭ１９４に格納する。カウント値ｉが所定値Ｋ２、即ち２秒間経過すると、Ｓ５１において左旋回検出フラグＳｌを１にする。
【００５３】
次に、ステップ５２において、バケット操作有りか否かの判定が行われる。ステップ５３、ステップ５４において、カウント値があらかじめ設定された値Ｋ３に達したか否かが判定される。カウント値ｊが所定値Ｋ３、ここではバケットダンプ動作は、比較的速いので１秒間の操作をバケット操作ありとみなしており、１秒間経過すると、Ｓ５５においてバケツトダンプ操作検出フラグＢｄが１となる。
【００５４】
次に、Ｓ５６において右旋回検出フラグＳｒと左旋回検出フラグＳｌとバケツトダンプ検出フラグＢｄの全てが１であるか否かを判定する。全てのフラグが１であればステップ５７に、そうでない場合はＳ４２に戻る。
【００５５】
ステップ５６においてＹＥＳの場合は、ステップ５７に移行し、信号の発生順番を判定する。即ち、図５に示すような右旋回信号Ｓ１→バケットダンプ信号Ｓ３→左旋回信号Ｓ２の順位でフラグが１になった場合に図１１に示すフローチャートの「Ａ」に移行する。このステップ５７の判定を行うことによって油圧ショベルの土砂を掬い旋回して他の場所に移送する作業を誤りなく検出することができる。
【００５６】
なお、タイマ１９３から読み込んだ各操作の発生時刻がＲＡＭ１９４に格納されているので、それらを比較することで、前記信号の発生順位は容易に行われる。また、発生順番が合致しない場合は、ステップ５８に進み、右旋回検出フラグＳｒと左旋回検出ブラグＳｌとバケットダンプ検出フラグＢｄの全てをゼロにする。また、ステップ５７において、右旋回→バケットダンプ→左旋回の信号の発生順序を判定しているが、左旋回→バケットダンプ→右旋回の信号の発生順序で判定してもよい。その場合は、平均値△ＰＬｒｂと平均値△ＰＲｒｂとの差を求め、この差が所定値Ｐｒｅｆより小さいかを判定する。
【００５７】
発生順位が合致した場合は、ステップ５９において、右旋回または左旋回の操作終了時刻が境界角度検知信号ａがＯＮ中にあるかどうかを判定する。つまり、バケット１３に土砂が入った状態で旋回しているか否かを判定できる。
【００５８】
ステップ５９でＹＥＳの場合は、ステップ６０において、最初の旋回方向とは逆の方向の旋回操作の後に境界角度検知信号ａがＯＦＦになったかを判定する。
【００５９】
ステップ６０でＹＥＳの場合はステップ６１に進み、ステップ４５において右旋回時に検出された△ＰＲｒｂ（ｔｈ）の平均値Σ△ＰＲｒｂ（ｔｈ）／Ｋ１と、ステップ５０において左旋回時に検出された△ＰＬｒｂ（ｔｉ）の平均値Σ△ＰＬｒｂ（ｔｉ）／Ｋ２との差を求め、この差が所定値Ｐｒｅｆより小さいかを判定し、この処理によりバケツト１３中に土砂が入っていない状態で旋回していることを判定して除外することができる。なお、ステップ６３の処理は、作業検出精度は多少落ちるが省略することも可能である。次に、ステップ６４において、バケツトダンプ操作開始時刻Ｔｂｃｋｔ直前の所定時間△Ｔの平均ブームシリンダ圧力ＰＲｒｂｂを求める。ステップ６５において、平均ブームシリンダ圧力ＰＲｒｂｂに所定の圧力−重量変換係数ｋを掛けてバケット１３が１回当たり運搬した土量Ｗ（ｎ）、および土量Ｗ（ｎ）をｎ回運搬して積算された土量ΣＷ（ｎ）を求める。ステップ６６では１サイクルの作業が行われる毎に作業回数をカウントアップする。なお、本実施形態では、バケットダンプ時の油圧ショベル１の放土姿勢があまり変化しないので、補正を土量算出時にしなくてもよいが、アーム角度センサやバケット角度センサを用いて姿勢を求めて荷重の計算をしてもよい。
【００６０】
ステップ５９、ステップ６０、およびステップ６３に該当しないときは、図１０に示すフローチャートの「Ｂ」のステップ５８に戻り、全てのフラグがゼロに設定され、さらにステップ４２に戻る。また、作業検出が一巡する毎に「Ｃ」のステップ４１に戻り作業検出処理が繰り返される。
【００６１】
なお、ステップ５９およびステップ６０は、多少精度が落ちるもののこれらのステップの処理を省略することもできる。
【００６２】
このように、本実施形態によれば、オペレータによる操作やセンサ信号に基づいて比較的簡単な構成で正確に放土する作業を自動的に検出するので、従来技術のように、他の作業を検出することがない。
【００６３】
さらに作業が確定すると荷重計測装置本体１９は、土量や作業回数のデータを無線機２３、２６を介して管理部所等に設けられる管理装置２５に送信し、送信されたデータはコンピュータで必要な処理が施され表示装置２８に表示される。表示装置２８には、作業が確定した時刻、土量、作業回数等が表示されるので、掬い出し揚土量や作業回数を一目で把握できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では、運搬物を掬い出して他の場所に移送する作業を自動的に判定して、運搬物の荷重を計測するようにしたので、従来技術に比べて、荷重計測すべきでない他の作業を誤って検出することがなくなり、移送する積算土量の精度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】揚土船上で稼働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の構成図である。
【図４】図２に示す荷重計測装置本体１９の演算で使用されるブーム境界角度の説明図である。
【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波形および内部で演算処理された各種信号波形を示す図である。
【図６】本実施形態に係わる位置教示プログラム１９５ｃの処理手順を示すフローチヤートである。
【図７】本実施形態に係わる作業検出ブログラム（１）１９５ｂの処理手順を示すフローチヤートである。
【図８】本実施形態に係わる作業検出ブログラム（１）１９５ｂの処理手順を示すフローチヤートである。
【図９】本実施形態に係わる旋回境界時間教示ブログラム１９５ｄの処理手順を示すフローチヤートである。
【図１０】本実施形態に係わる作業検出ブログラム（２）１９５ｂの処理手順を示すフローチヤートである。
【図１１】本実施形態に係わる作業検出ブログラム（２）１９５ｂの処理手順を示すフローチヤートである。
【符号の説明】
１ 油圧ショベル
２ 揚土船
３ バージ船
４ ホッパ
５ 圧送ポンプ
１１ ブーム
１２ ブームシリンダ
１２１ ボトム室
１２２ ロッド室
１２３、１２４ 圧力スイッチ
１３ バケット
１７ バケット操作レバー
１８ 旋回操作レバー
１９ 荷重計測装置本体
１９５ｂ 作業検出プログラム
１９５ｃ 位置教示プログラム
１９５ｄ 旋回境界時間教示ブログラム
２０ ブーム角度センサ
２１ 教示開始ボタン
２２ ブーム境界角度教示ボタン
２３ 旋回境界時間教示ボタン
２４、２６ 無線機
２５ 管理装置
２７ コンピユータ
２８ 表示装置
Claims (11)
- 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荷重計測装置において、
前記運搬物を掬い上げてから運搬する旋回操作時のブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧を測定する圧力検出手段と、前記旋回操作時間の積分値が所定の値になった時または後のバケットダンプ操作直前の前記差圧を記憶する差圧記憶手段と、前記記憶されたバケットダンプ操作直前の前記差圧に圧力−重量変換係数をかけて前記運搬物の荷重を算出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荷重計測装置。 - 請求項１の記載において、
油圧ショベルのブーム角度を測定する角度検出手段を設け、前記旋回操作時間の計測開始時点は、前記測定されたブーム角度が所定値以上に達したときに開始することを特徴とする油圧ショベルの荷重計測装置。 - 請求項１ないし請求項２のいずれか１つの請求項記載において、
前記旋回操作時間は、一方の旋回方向の旋回操作時間から他方の旋回方向の旋回操作時間を減算して計算されることを特徴とする油圧ショベルの荷重計測装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項記載において、
前記差圧記憶手段に記憶されるバケットダンプ操作直前の差圧は、前記圧力検出手段においてバケットダンプ操作直前の所定期間において検出される前記差圧の平均差圧であることを特徴とする油圧ショベルの荷重計測装置。 - 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荷重計測装置において、
前記運搬物を運搬する一方の旋回方向の旋回操作、バケットダンプ操作および前記運搬物を運搬しない他方の旋回方向の旋回操作の各操作順序を検出する操作順序検出手段と、前記一方の旋回操作時における前記油圧ショベルのブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧を測定する圧力検出手段と、前記検出された操作順序が所定の操作順序で操作されたとき、前記バケットダンプ操作直前の前記差圧に圧力−重量変換係数をかけて前記運搬物の荷重を算出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荷重計測装置。 - 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荷重計測装置において、
前記運搬物を運搬する一方の旋回方向の旋回操作、バケットダンプ操作および前記運搬物を運搬しない他方の旋回方向の旋回操作の各操作順序を検出する操作順序検出手段と、前記一方の旋回操作時および前記他方の旋回操作時における前記油圧ショベルのブームシリンダのボトム側の圧力とロッド側の圧力との差圧をそれぞれ測定する圧力検出手段と、前記検出された操作順序が所定の操作順序で操作され、かつ前記測定されたそれぞれの差圧の圧力差が一定値以上の場合は、前記一方の旋回操作と他方の旋回操作の間における前記バケットダンプ操作直前の差圧に圧力−重量変換係数をかけて前記運搬物の荷重を算出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荷重計測装置。 - 請求項６の記載において、
前記油圧ショベルのブームが所定角度以上回動した状態で、前記一方の旋回操作時の終了を検出するとともに、前記他方の旋回方向の旋回操作時の開始を検出する旋回操作確認手段を設け、前記荷重計測手段は、前記検出された操作順序が所定の操作順序で操作され、かつ前記測定されたそれぞれの差圧の圧力差が一定値以上であって、しかも前記旋回操作確認手段が前記終了および前記開始を検出した場合に、前記差圧から前記運搬物の荷重を算出することを特徴とする油圧ショベルの荷重計測装置。 - 請求項５ないし請求項７のいずれか１つの請求項記載において、
前記バケットダンプ操作直前の差圧は、前記圧力検出手段において前記一方の旋回操作時におけるバケットダンプ操作直前の所定期間において検出される前記差圧の平均差圧であることを特徴とする油圧ショベルの荷重計測装置。 - 請求項５ないし請求項８のいずれか１つの請求項記載において、
前記操作順序検出手段は、前記一方の旋回方向の旋回操作および前記他方の旋回方向の旋回操作のそれぞれの操作時間が所定時間継続したときそれぞれの旋回操作が行われたものと判定する操作判定手段を設けたことを特徴とする油圧ショベルの荷重計測装置。 - 請求項１ないし請求項９のいずれか１つの請求項記載において、
前記荷重計測手段に、前記運搬物を掬い旋回して他の場所に移送する作業の作業回数を計測する作業回数計測手段および前記各作業回数毎の荷重を積算する荷重積算手段を設けたことを特徴とする油圧ショベルの荷重計測装置。 - 請求項１ないし請求項１０のいずれか１つの請求項記載において、
当該油圧ショベルの荷重計測装置本体から遠隔の場所に配置され前記荷重計測手段によって計測された計測データを受信して処理し表示する管理手段を設けたことを特徴とする油圧ショベルの荷重計測装置。
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