JP4456199B2 - ブーム式作業車における支持荷重検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本願発明は、例えば高所作業車のようなブーム式作業車において、ジブ先端部に取付けた荷重支持部材（例えばバスケット）に支持される荷重を検出し得るようにした支持荷重検出装置に関するものである。
【従来の技術】
【０００３】
例えば高所作業車のバスケットには、作業員が搭乗したり各種資材が積載されるが、バスケットに支持される荷重がバスケット強度の許容限度を超えると、該バスケットあるいはバスケット取付部分が破損するおそれがある。
【０００４】
ところで、従来の高所作業車の中には、バスケットに積載された積載物の荷重を検出し得るようにしたものがあるが、この従来の支持荷重検出装置では、バスケットの下面に直接ロードセルを設置し、該ロードセルでバスケットを含む合計重量を検出するようにしている。尚、実際の支持荷重（積載物重量）は、ロードセルでの検出値から予め計量しているバスケット重量を減算して求められる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、高所作業車のバスケットは、作業中に他の構造物と干渉する危険性があるが、例えばバスケットが構造物に横方向から干渉すると、該バスケットに横方向からの押圧力が働くようになる。ところが、バスケット下面にロードセルを設けた従来の支持荷重検出装置では、バスケットに横方向からの押圧力が働くと、その下面のロードセルに対して不自然な（こねるような）力が働き、該ロードセルが壊れるという問題があった。又、このように、バスケット下面にロードセルを設けた支持荷重検出装置では、ロードセルの使用個数が１〜２個程度の小個数であれば、積載物の位置によっては正確な荷重が検出できない場合があり、他方、ロードセルの使用個数を３〜４個にすれば荷重検出を比較的正確にできるものの、コストや調整等の面で問題があった。
【０００６】
本願発明は、上記した従来の支持荷重検出装置の問題点に鑑み、ブーム式作業車の作業中に荷重支持部材（例えばバスケット）が他の構造物に干渉しても、支持荷重を検出する検出部に悪影響が生じないようにするとともに、コストや調整等の面でも有利になるようにした支持荷重検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、上記課題を解決するための手段として次の構成を有している。尚、本願発明は、例えば高所作業車のようにブーム先端部側にバスケットのような荷重支持部材を設けたブーム式作業車において、荷重支持部材に支持される荷重を検出するための支持荷重検出装置を対象にしている。
【０００８】
［本願請求項１の発明］
本願請求項１の発明では、ブーム式作業車として、起伏自在なブームと、ブーム先端部にブーム起伏面に沿って起伏自在に設けたジブと、ブームとジブ間に設けたジブ起伏駆動手段と、ジブ先端部にジブ起伏面に沿って起伏自在に設けた荷重支持部材と、荷重支持部材の姿勢を一定に維持する姿勢維持手段とを備えたものを採用している。
【０００９】
ブームは、車両のフレーム上に取付けた旋回台上で起伏自在に取付けられている。該ブームは、一般に伸縮ブームが採用される。又、本願では、上下２つのブームを使用し、下ブームに対して上ブームを屈曲自在に連結した屈曲式ブームを採用することもできる。尚、ブームは、ブーム起伏シリンダによって起伏せしめられる。
【００１０】
ジブは、ブーム先端部に対してジブ起伏駆動手段によりブーム起伏面に沿って起伏され、他方、荷重支持部材は姿勢維持手段によりジブ起伏面に沿って起伏される。ジブ起伏駆動手段としては、この請求項１ではロータリーアクチュエータや、電動モータと減速機によるもの等が使用可能である。
【００１１】
荷重支持部材は、作業員を搭乗させたり各種資材を積載したりするものであり、例えばバスケットが採用可能である。
【００１２】
そして、本願請求項１の発明の支持荷重検出装置では、姿勢維持手段は、ジブ基端部に設けた支軸の回りで回転又は揺動する可動体とジブ先端部に設けた支軸の回りで回転又は揺動する可動体との間を接続手段で接続し且つ該接続手段をブーム側に設けた作動手段で支持することで荷重支持部材の姿勢を一定に維持するように構成している。この姿勢維持手段としては、例えばジブ基端部に設けたスプロケット（上記可動体となる）とジブ先端部に設けたスプロケット（上記可動体となる）との間にチエン（上記接続手段となる）を張設し、そのチエンをチエン駆動シリンダ（上記作動手段となる）で押し引き操作する構成のものを採用できる。尚、この姿勢維持手段は、ブーム起伏シリンダやジブ起伏駆動手段と同調して駆動される。
【００１３】
又、本願請求項１の発明の支持荷重検出装置は、ジブの対地姿勢を検出するジブ角度検出手段と、ジブ起伏駆動手段の出力を検出する出力検出手段と、ジブと荷重支持部材とに関する基準情報を記憶する記憶手段と、ジブ角度検出手段・出力検出手段・記憶手段等からの各種データを用いて荷重支持部材に支持される荷重を演算する荷重演算手段、とを備えている。
【００１４】
ジブの対地角度は、ジブ角度検出手段で常時検出されている。
【００１５】
ジブ起伏駆動手段にロータリーアクチュエータを使用する場合には、その出力検出手段として圧力検出器やトルク検出器を使用し、又、該ジブ起伏駆動手段に電動モータを使用する場合には、その出力検出手段として電流検出器やトルク検出器を使用するとよい。
【００１６】
記憶手段には、ジブ重量、ジブ長さ、ジブ起伏支点からジブ重心までの長さ、荷重支持部材の重量、等のデータを予め基準情報として記憶している。又、この記憶手段に記憶する基準情報のうち、ジブ重量とジブ起伏支点からジブ重心までの長さは、ジブ水平状態でのジブ重量モーメントに置き換えて記憶させておいてもよい。
【００１７】
ところで、このブーム式作業車では、作業時に荷重支持部材上に作業員が搭乗したり資材を積載したりするが、そのときジブ、荷重支持部材、積載荷重の各モーメントが合算されてジブ起伏駆動手段の出力検出手段で検出されるようになっている。
【００１８】
そして、この請求項１の発明の支持荷重検出装置では、荷重演算手段において、出力検出手段からの検出値から演算したジブ起伏出力モーメント、ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶されたジブに関する基準情報から演算したジブ重量モーメント、ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶されたジブに関する基準情報から演算したジブ水平長さ、記憶手段に記憶された基準情報である荷重支持部材の重量、とを用い、
{(ジブ起伏出力モーメント)−(ジブ重量モーメント)}／(ジブ水平長さ)−(荷重支持部材の重量)
なる演算を行って荷重支持部材に支持される荷重を演算するようにしている。尚、この演算式の検証は後述の実施形態の中で説明する。
【００１９】
本願請求項１の支持荷重検出装置では、上記のようにジブ・荷重支持部材・積載物等の荷重（モーメント）をジブ起伏駆動手段の出力検出手段で検出するようにしているが、このようにすると、該荷重検出部を荷重支持部材から離れた位置に設けることができ、従って作業時に荷重支持部材が他の構造物に干渉しても、該荷重検出部（ジブ起伏駆動手段の出力検出手段）に悪影響が発生しない。又、このようにジブ起伏駆動手段の出力検出手段で荷重支持部材上の支持荷重を検出するようにしたものでは、該出力検出手段が１個でよい。さらに、荷重演算手段において、上記演算式を採用すれば、荷重支持部材上の積載物の位置にかかわらず、正確に積載物重量を算出できる。
【００２０】
［本願請求項２の発明］
本願請求項２では、請求項１のブーム式作業車におけるジブ起伏駆動手段として、ブームとジブ間で伸縮自在に設置したジブ起伏シリンダを採用している。又、姿勢維持手段も請求項１と同様のものを採用している。
【００２１】
そして、本願請求項２の支持荷重検出装置は、ジブの対地角度を検出するジブ角度検出手段と、ブームに対するジブの姿勢を検出するブーム・ジブ相対角度検出手段と、ジブ起伏シリンダの出力を検出する出力検出手段と、ジブと荷重支持部材とジブ起伏シリンダとに関する基準情報を記憶する記憶手段と、ジブ角度検出手段・出力検出手段・記憶手段等からの各種データを用いて荷重支持部材に支持される荷重を演算する荷重演算手段、とを備えている。
【００２２】
本願請求項２の支持荷重検出装置では、ジブ起伏用に伸縮式のジブ起伏シリンダを採用しているが、この場合、支持荷重を演算するのに現状でのジブ姿勢とジブ起伏シリンダの位置関係（角度関係）のデータが必要となる。そして、この請求項２の支持荷重検出装置では、荷重演算手段において、ブーム・ジブ相対角度検出手段からの検出値、記憶手段に記憶されたジブ起伏シリンダに関する基準情報とからジブ起伏シリンダのジブ起伏支点回りのモーメントアームを演算しさらに出力検出手段からの検出値を合わせて演算したジブ起伏出力モーメント、ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶されたジブに関する基準情報から演算したジブ重量モーメント、ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶されたジブに関する基準情報から演算したジブ水平長さ、記憶手段に記憶された基準情報である荷重支持部材の重量とを用いて、
{(ジブ起伏出力モーメント)−(ジブ重量モーメント)}／(ジブ水平長さ)−(荷重支持部材の重量)
なる演算を行って荷重支持部材に支持される荷重を演算するようにしている。
【００２３】
この場合も、荷重検出部（ジブ起伏シリンダの出力検出手段）が荷重支持部材から離れた位置にあるので、作業時に荷重支持部材が他の構造物に干渉しても、該荷重検出部（ジブ起伏シリンダの出力検出手段）に悪影響が発生しない。又、この請求項２の場合も、請求項１と同様に１個の出力検出手段でよいし、荷重支持部材上の積載物の位置にかかわらず、正確に積載物重量を算出できる。
【発明の実施の形態】
【００２４】
以下、図１〜図３を参照して本願の実施形態を説明する。この実施形態で使用されるブーム式作業車は、図１及び図２に示すように、車両８上の旋回台９上にブーム２を取付け、該ブーム２の先端部２３にジブ３を取付け、ブーム先端部２３付近とジブ３の適所間にジブ起伏シリンダ５を設け、ジブ５の先端部に荷重支持部材４を取付け、さらに該荷重支持部材４の姿勢を一定に維持する姿勢維持手段６を備えて構成されている。
【００２５】
ブーム２は、この実施形態では、上下２つの伸縮ブーム２１，２２を屈曲自在に連結した屈曲式ブームを採用している。下ブーム２１は旋回台９に対して起伏シリンダ２４で起伏せしめられ、他方、上ブーム２２は下ブーム２１の先端部に対して起伏シリンダ２５で起伏せしめられる。尚、下ブーム２１と上ブーム２２とは、同一鉛直面で起伏せしめられる。
【００２６】
ジブ３は、その基端部を上ブーム２２のトップブーム先端部（以下、単にブーム先端部という）２３に支軸３１で枢着している。この支軸３１は、ブーム先端部２３及びジブ３の基端部に対して回転自在となっている。そして、このジブ３は、ジブ起伏シリンダ５によって上ブーム２２の起伏面に沿って起伏せしめられる。尚、このジブ起伏シリンダ５としては、油圧シリンダは勿論、電動シリンダでもよい。
【００２７】
荷重支持部材４は、この実施形態ではバスケット４１と取付アーム４２とを有している。そして、この荷重支持部材４は、取付アーム４２の基端部をジブ３の先端部の支軸３２に固定している。ジブ先端部の支軸３２は、ジブ３に対して回転自在となっており、該支軸３２に取付アーム４２の基端部を固定することにより、荷重支持部材４全体をジブ３の起伏面に沿って起伏し得るようにしている。又、バスケット４１は取付アーム４２に対して首振り自在に取付けられており、図示しない首振り駆動手段でバスケット４１を水平揺動せしめ得るようにしている。
【００２８】
姿勢維持手段６は、荷重支持部材４のバスケット４１を水平姿勢に維持するためのものであり、この実施形態では、姿勢維持手段６として第１チエン６１と第２チエン６４と該各チエン６１，６４を駆動するチエン駆動手段６８とを有している。第１チエン６１は、ブーム先端部２３からブーム基端側にやや離れた位置に取付けた基側スプロケット６２とジブ基端部側の支軸３１に取付けた先側スプロケット６３間に巻掛けている。第２チエン６４は、ジブ基端部側の支軸３１に取付けた基側スプロケット６５とジブ先端部側の支軸３２に取付けた先側スプロケット６６間に巻掛けている。
【００２９】
尚、この実施形態では、ジブ基端部側の支軸３１に取付けた基側スプロケット６５とジブ先端部側の支軸３２に取付けた先側スプロケット６６とが、それぞれ特許請求範囲中の各可動体に相当し、第２チエン６４が特許請求範囲中の接続手段に相当し、チエン駆動手段６８が特許請求範囲中の作動手段に相当するものである。
【００３０】
第１チエン６１側の先側スプロケット６３と第２チエン６４側の基側スプロケット６５とは、相対回転しない状態で共通の支軸３１に取付けられていて、第１チエン６１と第２チエン６４とが相互に連動するようになっている。チエン駆動手段６８には、油圧シリンダ（以下、チエン駆動シリンダという）が採用されている。このチエン駆動シリンダ６８は、そのチューブがブーム先端部２３側に連結され、ロッド先端部が第１チエン６１側に連結された状態で取付けられている。そして、該チエン駆動シリンダ６８を伸長方向に作動させると、第１チエン６１及び第２チエン６４を図２において左回転方向に駆動させて、ジブ先端部の先側スプロケット６６及び支軸３２を左回転させ、逆にチエン駆動シリンダ６８を縮小方向に作動させると、第１チエン６１及び第２チエン６４を介して、ジブ先端部の先側スプロケット６６及び支軸３２を右回転させるようになっている。このように、ジブ先端部の支軸３２が回動すると、該支軸３２に固定されている取付アーム４２が連動して、荷重支持部材４全体をジブ３に対して起仰又は倒伏させ得るようになっている。尚、チエン駆動シリンダ６８は、荷重支持部材４が水平姿勢からずれたとき（傾斜したとき）に、後述の荷重支持部材角度検出手段４０からの角度検出信号に基いて、荷重支持部材４を水平姿勢に戻す方向に作動するようになっており、いわゆる荷重支持部材４のレベリングシリンダとして機能するものである。
【００３１】
尚、この実施形態では、荷重支持部材４の姿勢は、上ブーム２２の起伏姿勢が変化したときに変動するようになっていて、ジブ３が単独で起伏しても該荷重支持部材４の姿勢は変動しない。従って、チエン駆動シリンダ６８は、上ブーム２２の起伏姿勢の変化に伴って作動するようになっている。
【００３２】
上ブーム２２（図示例ではブーム先端部２３付近）には、該上ブーム２２の対地角度を検出するブーム角度検出手段２０が設けられている。又、ジブ３には、該ジブ３の対地角度を検出するジブ角度検出手段３０が設けられている。さらに、荷重支持部材４のバスケット４１には、該荷重支持部材４の対地角度を検出する荷重支持部材角度検出手段４０が設けられている。これらの角度検出手段２０，３０，４０からの検出信号は、それぞれコントローラに入力されて、例えば次のように各種処理用のデータとして利用される。
【００３３】
まず、ブーム角度検出手段２０で検出されるブーム角度データとジブ角度検出手段３０で検出されるジブ角度データとは、上ブーム（トップブーム）２２とジブ３間の相対角度を計算するのに利用できる。そして、上ブーム２２とジブ３間の相対角度が計算できれば、ジブ起伏シリンダ５のブームへの取付位置及び該ジブ起伏シリンダ５のジブへの取付位置の各記憶値とで、ジブ起伏シリンダ５とジブ３との位置関係を演算でき、それによってジブ起伏シリンダ５のモーメントアーム（図２のＲJ）を求めることができる。尚、この実施形態では、ブーム角度検出手段２０とジブ角度検出手段３０とで、本願請求項２のブーム・ジブ相対角度検出手段を構成しているが、他の実施形態では該ブーム・ジブ相対角度検出手段として、支軸３１回りにおいて１つの角度検出手段でブーム先端部２３とジブ３基端部との間の相対角度を検出するようにしたものを採用してもよい。
【００３４】
又、ジブ角度検出手段３０は、ジブ３の対地角度を検出するものであるが、このジブ角度検出手段３０で検出されたジブ角度データは、ジブ３の水平長さＬ2及びジブ起伏支点（支軸３１）からジブ重心Ｊ0までの水平長さＬJを求めるのに利用できる。
【００３５】
荷重支持部材角度検出手段４０は、バスケット４１の対地角度を検出するものであるが、この荷重支持部材角度検出手段４０で検出された荷重支持部材角度データは、荷重支持部材４の重心Ｂ0から取付アーム４２の起伏支点（支軸３２）までの水平長さＬBを求めるのに利用できる。尚、この荷重支持部材角度検出手段４０は、荷重支持部材４が水平姿勢からずれたとき（傾斜したとき）に、その荷重支持部材角度を検出して、姿勢維持手段６のチエン駆動シリンダ６８に対して荷重支持部材４を水平にする方向に作動させる作用を有している。従って、該荷重支持部材４が常に水平姿勢に維持されることを前提にすると、荷重支持部材４の重心Ｂ0から取付アーム４２の起伏支点（支軸３２）までの水平長さＬBは一定となり、該水平長さＬBを求める演算式を省略することができる。このことは、後述するように図３に示す荷重演算手段１２に対して、荷重支持部材角度検出手段４０からの角度検出信号を入力しなくてもよいことになる。又、このように、荷重支持部材４が常に水平姿勢に維持されることを前提にすると、上記ジブ角度検出手段３０は、ジブ先端部の支軸３２回りにおいて、取付アーム４２に対する相対角度を検出することによってジブ３の角度を検出するようにすることもできる。又、他の実施形態では、ジブ角度検出手段３０として、旋回台９と下ブーム２１との相対角度、下ブーム２１と上ブーム２２との相対角度、及び上ブーム２２とジブ３との相対角度をそれぞれ検出し、それらを演算して算出するようにしたものも採用できる。
【００３６】
ジブ起伏シリンダ５のロッド先端部には、該ジブ起伏シリンダ５の出力を検出する出力検出手段５０が設けられている。このジブ起伏シリンダ用の出力検出手段５０には、ジブ３の重量ＷJ、荷重支持部材４の重量ＷB、積載物１０の重量Ｗ等から発生する各モーメントが作用する。尚、この出力検出手段５０は、圧力検出によるものであっても、取付ピンの歪検出によるものであってもよいことは勿論である。
【００３７】
この実施形態のブーム式作業車には、荷重支持部材４で支持される積載物１０の重量Ｗを検出するための支持荷重検出装置が設けられている。この実施形態では、支持荷重検出装置として、図３に示すように各種部材の基準データを記憶している記憶手段１１と、後述の各種演算処理を行う荷重演算手段１２とを有している。
【００３８】
記憶手段１１には、ジブ３の重量ＷJ、ジブ３の実質長さ（例えば支軸３１と支軸３２間の実質長さ）、ジブ起伏支点（支軸３１）からジブ重心Ｊ0までの実質長さ、荷重支持部材４の重量ＷB、荷重支持部材４の重心Ｂ0から荷重支持部材４の起伏支点までの長さＬB、ジブ起伏シリンダ５の上ブーム２２への取付位置及びジブ起伏シリンダ５のジブ３への取付位置、等の基準データ（不変データ）をそれぞれ記憶させている。又、他の実施形態では、記憶手段１１に記憶する基準情報のうち、ジブ３の重量ＷJとジブ起伏支点からジブ重心Ｊ0までの長さは、ジブ水平状態でのジブ重量モーメントに置き換えて記憶させておいてもよい。
【００３９】
荷重演算手段１２には、ブーム角度検出手段２０、ジブ角度検出手段３０、荷重支持部材角度検出手段４０、ジブ起伏シリンダ（ジブ起伏駆動手段）出力検出手段５０からのそれぞれ現状での検出データが入力されるとともに、記憶手段１１で記憶されている各記憶値が入力される。
【００４０】
そして、荷重演算手段１２では、次の各演算を行う。まず、ブーム・ジブ相対角度検出手段（この実施形態ではブーム角度検出手段２０とジブ角度検出手段３０が担当する）からの検出値と、ジブ起伏シリンダ５の上ブーム２２及びジブ３への各取付位置の記憶値とで現状でのジブ３の姿勢とジブ起伏シリンダ５の位置関係を演算し、図２においてジブ起伏シリンダ５のモーメントアームＲJを算出する。又、ジブ角度検出手段３０と記憶手段１１の記憶値（ジブ長さデータと、ジブ起伏支点からジブ重心までの長さデータ）を用いてそれぞれ現状でのジブ水平長さＬ1とジブ起伏支点３１からジブ重心Ｊ0までの水平長さＬJを演算する。そして、それらの演算値（モーメントアームＲJ、ジブ水平長さＬ1、ジブ起伏支点からジブ重心までの水平長さＬJ）とジブ起伏シリンダ５の出力検出手段５０からの検出値ＦJと記憶手段１１の記憶値（ジブ３の重量ＷJ、荷重支持部材４の重量ＷB）とを用いて荷重支持部材４に支持される積載物１０の荷重Ｗを演算するようになっている。即ち、この荷重演算手段１２では、次の算式を用いて積載物１０の重量Ｗを演算するようになっている。
Ｗ＝（ＦJ・ＲJ−ＷJ・ＬJ）／Ｌ1−ＷB・・・・算式(1)
但し、Ｗは積載物１０の重量、ＦJ・ＲJはジブ起伏出力モーメント、ＷJ・ＬJはジブ重量モーメント、Ｌ1はジブ３の水平長さ、ＷBは荷重支持部材４の重量である。
【００４１】
上記算式(1)により積載物重量が計算できることは、次の算式によって検証できる。尚、次の算式において、ＦTはチエン張力に見合うチエン駆動シリンダ６８の出力値、Ｒはスプロケット６３の半径Ｌ2は荷重支持部材４に積載された積載物１０の重心Ｗ0から荷重支持部材４の起伏支点（支軸３２）までの水平長さである。
まず、ジブ起伏支点回りのモーメントの釣り合いに関連して、
ＦT・Ｒ＋ＦJ・ＲJ＝ＷJ・ＬJ＋Ｗ(Ｌ1＋Ｌ2)＋ＷB(Ｌ1＋ＬB)・・・・算式(2)
ＦT・Ｒ＝Ｗ・Ｌ2＋ＷB・ＬB・・・・算式(3)
とが成り立つ。
即ち、図２の釣り合い状態において、ＦT・Ｒであるチエン駆動シリンダ６８の出力モーメントとＦJ・ＲJであるジブ起伏シリンダ５のジブ起伏出力モーメントとの合計出力モーメントと、ＷJ・ＬJであるジブ３の重量モーメントとＷ(Ｌ1＋Ｌ2)である積載物１０の重量モーメントとＷB(Ｌ1＋ＬB)であるバスケット４１の重量モーメントとの合計重量モーメントとが等しいことから、上記算式(2)が成り立つ一方、ＦT・Ｒであるチエン駆動シリンダ６８の出力モーメント（第１チエン６１と第２チエン６４とを介して取付アーム４２の起伏支点（支軸３２）回りに作用する）と、Ｗ・Ｌ2である取付アーム起伏支点（支軸３２）回りでの積載物１０の重量モーメントとＷB・ＬBである取付アーム起伏支点（支軸３２）回りでのバスケット４１の重量モーメントとの合計重量モーメントとが等しいことから、上記算式(3)が成り立つ。
又、算式(2)と算式(3)から、
ＦJ・ＲJ＝ＷJ・ＬJ＋(Ｗ＋ＷB)Ｌ1・・・・算式(4)
を導ける。
そして、この算式(4)から上記算式(1)を導き出せる。
【００４２】
ところで、積載物１０の重心Ｗ0から荷重支持部材４の起伏支点（支軸３２）までの水平長さＬ2は、未知数であり且つ変動するものであるが、この荷重演算手段１２による演算式（算式(1)）によると、荷重支持部材４上での積載物１０の位置に関係なく、ジブ起伏シリンダ５に設けた出力検出手段５０の出力値ＦJを求めることにより、該積載物１０の重量Ｗを正確に演算することができる。
【００４３】
このように、この実施形態の支持荷重検出装置によれば、ジブ起伏シリンダ５の出力検出手段５０を利用して積載物重量Ｗを求めることができる。又、この出力検出手段５０は、荷重支持部材４（バスケット４１）から離れた位置にあるので、もしバスケット４１が他の構造物に干渉しても出力検出手段５０に対して何ら悪影響（例えば破損）が発生しない。さらに、この荷重演算手段１２による上記算式(1)によれば、ジブ起伏シリンダ５の出力検出手段５０を利用したものであっても、荷重支持部材４上の積載物１０の重心位置あるいはバスケット４１の首振り位置にかかわりなく、該積載物重量Ｗを正確に算出できる。又、荷重検出のための出力検出手段として、ジブ起伏シリンダ５の１個の出力検出手段５０のみを使用しているので、コストや調整等の面でも有利になる。
【００４４】
尚、図３に示すように、荷重演算手段１２で算出された積載物１０の重量Ｗは、出力手段１３により、例えば表示器に数値で表示させたり、あるいは該重量Ｗが許容値を超えると警報を発するようにするとよい。
【００４５】
尚、上記実施形態では、本願請求項２に対応して、ジブ起伏シリンダ５を用いた場合について説明したが、本願請求項１に使用されるジブ起伏駆動手段５としては、上記ジブ起伏シリンダ５にかえてロータリーアクチュエータや電動モータ（減速機つき）を採用することができる。そして、この場合は、油圧あるいはトルクを検出することにより、荷重演算手段１２においてモーメントアームＲＪを算出することなく実施できる。
【００４６】
又、姿勢維持手段６における支軸３１と支軸３２間の接続構造は、チエンにかえてロープ、ベルトは勿論のこと、平行リンクを採用することもできる。
【００４７】
さらに、上記実施形態では、ブーム式作業車として、バスケット４１を備えた高所作業車を例にとって説明したが、バスケットのかわりにマニピュレータを備えたものやその他に適用できることは勿論である。
【００４８】
又、上記実施形態の支持荷重検出装置では、記憶手段１１で記憶させた基準データの記憶値を荷重演算手段１２に送って演算するようにしているが、該記憶手段１１は荷重演算手段１２に一体的に組み込んで、基準データを該荷重演算手段１２に保持させるようにしたものでもよい。又、他の実施形態では、上記基準データは、荷重演算手段１２で実行される演算式に定数として組み込んでおくこともできる。尚、これらの場合は、荷重演算手段１２での演算は一括して実行される。
【００４９】
さらに、上記実施形態では、ジブ重量モーメントは、記憶手段１１に記憶させたジブ重量ＷJとジブ起伏支点からのジブ重心までの長さとジブ角度検出手段３０からの検出値とを用いて算出するようにしているが、他の実施形態では、予め記憶手段１１にジブ水平状態でのジブ重量モーメントを記憶させておき、そのジブ水平状態でのジブ重量モーメントとジブ角度検出手段３０からの検出値とで現状のジブ重量モーメントを算出するようにしてもよい。
【００５０】
又、上記演算式は、各種データを数値に変換したものを用いて実行させてもよく、あるいは出力値（例えば出力検出手段の電圧値）をそのまま用いて演算するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００５１】
本願請求項１及び２の各発明の支持荷重検出装置によれば、上記説明から理解できるように、積載物重量Ｗを求めるための検出手段として、ジブ起伏駆動手段（ジブ起伏シリンダ）５の出力検出手段５０（荷重支持部材４から離れた位置にある）を利用しているので、作業時においてもし荷重支持部材４が他の構造物に干渉しても（例えば横方向からの圧力が加わっても）、出力検出手段５０に対して何ら悪影響が発生せず、従って該出力検出手段５０を保護できる（壊れない）という効果がある。又、積載物重量Ｗを求めるために付加される検出手段は、上記出力検出手段５０の１個でよいので、コスト面で有利となるとともに、複数個の場合のような調整が不要となるという効果がある。
【００５２】
さらに、荷重演算手段１２において、
{(ジブ起伏出力モーメント)−(ジブ重量モーメント)}／(ジブ水平長さ)−(荷重支持部材の重量)
という演算を行うことで、積載物重量Ｗを求めることができるので、ジブ起伏駆動手段５の出力検出手段５０を利用したものであっても、荷重支持部材４上の積載物１０の重心位置あるいはバスケットの首振り角度にかかわりなく、該積載物重量Ｗを正確に且つ簡単な演算（少ない演算回数）で算出できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願実施形態の支持荷重検出装置を備えたブーム式作業車の側面図である。
【図２】 図１のブーム式作業車の一部拡大図である。
【図３】 本願実施形態の支持荷重検出装置のブロック図である。
【符号の説明】
１はブーム式作業車、２はブーム、３はジブ、４は荷重支持部材、５はジブ起伏駆動手段（ジブ起伏シリンダ）、６は姿勢維持手段、１０は積載物、１１は記憶手段、１２は荷重演算手段、２０はブーム角度検出手段、２１は下ブーム、２２は上ブーム、２３はブーム先端部、３０はジブ角度検出手段、３１，３２は支軸、４０は荷重支持部材角度検出手段、４１はバスケット、５０はジブ起伏駆動手段の出力検出手段、６１は第１チエン、６４は第２チエン（接続手段）、６５は基側スプロケット（可動体）、６６は先側スプロケット（可動体）、６８はチエン駆動シリンダ（作動手段）である。
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本願発明は、例えば高所作業車のようなブーム式作業車において、ジブ先端部に取付けた荷重支持部材（例えばバスケット）に支持される荷重を検出し得るようにした支持荷重検出装置に関するものである。
【従来の技術】
【０００３】
例えば高所作業車のバスケットには、作業員が搭乗したり各種資材が積載されるが、バスケットに支持される荷重がバスケット強度の許容限度を超えると、該バスケットあるいはバスケット取付部分が破損するおそれがある。
【０００４】
ところで、従来の高所作業車の中には、バスケットに積載された積載物の荷重を検出し得るようにしたものがあるが、この従来の支持荷重検出装置では、バスケットの下面に直接ロードセルを設置し、該ロードセルでバスケットを含む合計重量を検出するようにしている。尚、実際の支持荷重（積載物重量）は、ロードセルでの検出値から予め計量しているバスケット重量を減算して求められる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、高所作業車のバスケットは、作業中に他の構造物と干渉する危険性があるが、例えばバスケットが構造物に横方向から干渉すると、該バスケットに横方向からの押圧力が働くようになる。ところが、バスケット下面にロードセルを設けた従来の支持荷重検出装置では、バスケットに横方向からの押圧力が働くと、その下面のロードセルに対して不自然な（こねるような）力が働き、該ロードセルが壊れるという問題があった。又、このように、バスケット下面にロードセルを設けた支持荷重検出装置では、ロードセルの使用個数が１〜２個程度の小個数であれば、積載物の位置によっては正確な荷重が検出できない場合があり、他方、ロードセルの使用個数を３〜４個にすれば荷重検出を比較的正確にできるものの、コストや調整等の面で問題があった。
【０００６】
本願発明は、上記した従来の支持荷重検出装置の問題点に鑑み、ブーム式作業車の作業中に荷重支持部材（例えばバスケット）が他の構造物に干渉しても、支持荷重を検出する検出部に悪影響が生じないようにするとともに、コストや調整等の面でも有利になるようにした支持荷重検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、上記課題を解決するための手段として次の構成を有している。尚、本願発明は、例えば高所作業車のようにブーム先端部側にバスケットのような荷重支持部材を設けたブーム式作業車において、荷重支持部材に支持される荷重を検出するための支持荷重検出装置を対象にしている。
【０００８】
［本願請求項１の発明］
本願請求項１の発明では、ブーム式作業車として、起伏自在なブームと、ブーム先端部にブーム起伏面に沿って起伏自在に設けたジブと、ブームとジブ間に設けたジブ起伏駆動手段と、ジブ先端部にジブ起伏面に沿って起伏自在に設けた荷重支持部材と、荷重支持部材の姿勢を一定に維持する姿勢維持手段とを備えたものを採用している。
【０００９】
ブームは、車両のフレーム上に取付けた旋回台上で起伏自在に取付けられている。該ブームは、一般に伸縮ブームが採用される。又、本願では、上下２つのブームを使用し、下ブームに対して上ブームを屈曲自在に連結した屈曲式ブームを採用することもできる。尚、ブームは、ブーム起伏シリンダによって起伏せしめられる。
【００１０】
ジブは、ブーム先端部に対してジブ起伏駆動手段によりブーム起伏面に沿って起伏され、他方、荷重支持部材は姿勢維持手段によりジブ起伏面に沿って起伏される。ジブ起伏駆動手段としては、この請求項１ではロータリーアクチュエータや、電動モータと減速機によるもの等が使用可能である。
【００１１】
荷重支持部材は、作業員を搭乗させたり各種資材を積載したりするものであり、例えばバスケットが採用可能である。
【００１２】
そして、本願請求項１の発明の支持荷重検出装置では、姿勢維持手段は、ジブ基端部に設けた支軸の回りで回転又は揺動する可動体とジブ先端部に設けた支軸の回りで回転又は揺動する可動体との間を接続手段で接続し且つ該接続手段をブーム側に設けた作動手段で支持することで荷重支持部材の姿勢を一定に維持するように構成している。この姿勢維持手段としては、例えばジブ基端部に設けたスプロケット（上記可動体となる）とジブ先端部に設けたスプロケット（上記可動体となる）との間にチエン（上記接続手段となる）を張設し、そのチエンをチエン駆動シリンダ（上記作動手段となる）で押し引き操作する構成のものを採用できる。尚、この姿勢維持手段は、ブーム起伏シリンダやジブ起伏駆動手段と同調して駆動される。
【００１３】
又、本願請求項１の発明の支持荷重検出装置は、ジブの対地姿勢を検出するジブ角度検出手段と、ジブ起伏駆動手段の出力を検出する出力検出手段と、ジブと荷重支持部材とに関する基準情報を記憶する記憶手段と、ジブ角度検出手段・出力検出手段・記憶手段等からの各種データを用いて荷重支持部材に支持される荷重を演算する荷重演算手段、とを備えている。
【００１４】
ジブの対地角度は、ジブ角度検出手段で常時検出されている。
【００１５】
ジブ起伏駆動手段にロータリーアクチュエータを使用する場合には、その出力検出手段として圧力検出器やトルク検出器を使用し、又、該ジブ起伏駆動手段に電動モータを使用する場合には、その出力検出手段として電流検出器やトルク検出器を使用するとよい。
【００１６】
記憶手段には、ジブ重量、ジブ長さ、ジブ起伏支点からジブ重心までの長さ、荷重支持部材の重量、等のデータを予め基準情報として記憶している。又、この記憶手段に記憶する基準情報のうち、ジブ重量とジブ起伏支点からジブ重心までの長さは、ジブ水平状態でのジブ重量モーメントに置き換えて記憶させておいてもよい。
【００１７】
ところで、このブーム式作業車では、作業時に荷重支持部材上に作業員が搭乗したり資材を積載したりするが、そのときジブ、荷重支持部材、積載荷重の各モーメントが合算されてジブ起伏駆動手段の出力検出手段で検出されるようになっている。
【００１８】
そして、この請求項１の発明の支持荷重検出装置では、荷重演算手段において、出力検出手段からの検出値から演算したジブ起伏出力モーメント、ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶されたジブに関する基準情報から演算したジブ重量モーメント、ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶されたジブに関する基準情報から演算したジブ水平長さ、記憶手段に記憶された基準情報である荷重支持部材の重量、とを用い、
{(ジブ起伏出力モーメント)−(ジブ重量モーメント)}／(ジブ水平長さ)−(荷重支持部材の重量)
なる演算を行って荷重支持部材に支持される荷重を演算するようにしている。尚、この演算式の検証は後述の実施形態の中で説明する。
【００１９】
本願請求項１の支持荷重検出装置では、上記のようにジブ・荷重支持部材・積載物等の荷重（モーメント）をジブ起伏駆動手段の出力検出手段で検出するようにしているが、このようにすると、該荷重検出部を荷重支持部材から離れた位置に設けることができ、従って作業時に荷重支持部材が他の構造物に干渉しても、該荷重検出部（ジブ起伏駆動手段の出力検出手段）に悪影響が発生しない。又、このようにジブ起伏駆動手段の出力検出手段で荷重支持部材上の支持荷重を検出するようにしたものでは、該出力検出手段が１個でよい。さらに、荷重演算手段において、上記演算式を採用すれば、荷重支持部材上の積載物の位置にかかわらず、正確に積載物重量を算出できる。
【００２０】
［本願請求項２の発明］
本願請求項２では、請求項１のブーム式作業車におけるジブ起伏駆動手段として、ブームとジブ間で伸縮自在に設置したジブ起伏シリンダを採用している。又、姿勢維持手段も請求項１と同様のものを採用している。
【００２１】
そして、本願請求項２の支持荷重検出装置は、ジブの対地角度を検出するジブ角度検出手段と、ブームに対するジブの姿勢を検出するブーム・ジブ相対角度検出手段と、ジブ起伏シリンダの出力を検出する出力検出手段と、ジブと荷重支持部材とジブ起伏シリンダとに関する基準情報を記憶する記憶手段と、ジブ角度検出手段・出力検出手段・記憶手段等からの各種データを用いて荷重支持部材に支持される荷重を演算する荷重演算手段、とを備えている。
【００２２】
本願請求項２の支持荷重検出装置では、ジブ起伏用に伸縮式のジブ起伏シリンダを採用しているが、この場合、支持荷重を演算するのに現状でのジブ姿勢とジブ起伏シリンダの位置関係（角度関係）のデータが必要となる。そして、この請求項２の支持荷重検出装置では、荷重演算手段において、ブーム・ジブ相対角度検出手段からの検出値、記憶手段に記憶されたジブ起伏シリンダに関する基準情報とからジブ起伏シリンダのジブ起伏支点回りのモーメントアームを演算しさらに出力検出手段からの検出値を合わせて演算したジブ起伏出力モーメント、ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶されたジブに関する基準情報から演算したジブ重量モーメント、ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶されたジブに関する基準情報から演算したジブ水平長さ、記憶手段に記憶された基準情報である荷重支持部材の重量とを用いて、
{(ジブ起伏出力モーメント)−(ジブ重量モーメント)}／(ジブ水平長さ)−(荷重支持部材の重量)
なる演算を行って荷重支持部材に支持される荷重を演算するようにしている。
【００２３】
この場合も、荷重検出部（ジブ起伏シリンダの出力検出手段）が荷重支持部材から離れた位置にあるので、作業時に荷重支持部材が他の構造物に干渉しても、該荷重検出部（ジブ起伏シリンダの出力検出手段）に悪影響が発生しない。又、この請求項２の場合も、請求項１と同様に１個の出力検出手段でよいし、荷重支持部材上の積載物の位置にかかわらず、正確に積載物重量を算出できる。
【発明の実施の形態】
【００２４】
以下、図１〜図３を参照して本願の実施形態を説明する。この実施形態で使用されるブーム式作業車は、図１及び図２に示すように、車両８上の旋回台９上にブーム２を取付け、該ブーム２の先端部２３にジブ３を取付け、ブーム先端部２３付近とジブ３の適所間にジブ起伏シリンダ５を設け、ジブ５の先端部に荷重支持部材４を取付け、さらに該荷重支持部材４の姿勢を一定に維持する姿勢維持手段６を備えて構成されている。
【００２５】
ブーム２は、この実施形態では、上下２つの伸縮ブーム２１，２２を屈曲自在に連結した屈曲式ブームを採用している。下ブーム２１は旋回台９に対して起伏シリンダ２４で起伏せしめられ、他方、上ブーム２２は下ブーム２１の先端部に対して起伏シリンダ２５で起伏せしめられる。尚、下ブーム２１と上ブーム２２とは、同一鉛直面で起伏せしめられる。
【００２６】
ジブ３は、その基端部を上ブーム２２のトップブーム先端部（以下、単にブーム先端部という）２３に支軸３１で枢着している。この支軸３１は、ブーム先端部２３及びジブ３の基端部に対して回転自在となっている。そして、このジブ３は、ジブ起伏シリンダ５によって上ブーム２２の起伏面に沿って起伏せしめられる。尚、このジブ起伏シリンダ５としては、油圧シリンダは勿論、電動シリンダでもよい。
【００２７】
荷重支持部材４は、この実施形態ではバスケット４１と取付アーム４２とを有している。そして、この荷重支持部材４は、取付アーム４２の基端部をジブ３の先端部の支軸３２に固定している。ジブ先端部の支軸３２は、ジブ３に対して回転自在となっており、該支軸３２に取付アーム４２の基端部を固定することにより、荷重支持部材４全体をジブ３の起伏面に沿って起伏し得るようにしている。又、バスケット４１は取付アーム４２に対して首振り自在に取付けられており、図示しない首振り駆動手段でバスケット４１を水平揺動せしめ得るようにしている。
【００２８】
姿勢維持手段６は、荷重支持部材４のバスケット４１を水平姿勢に維持するためのものであり、この実施形態では、姿勢維持手段６として第１チエン６１と第２チエン６４と該各チエン６１，６４を駆動するチエン駆動手段６８とを有している。第１チエン６１は、ブーム先端部２３からブーム基端側にやや離れた位置に取付けた基側スプロケット６２とジブ基端部側の支軸３１に取付けた先側スプロケット６３間に巻掛けている。第２チエン６４は、ジブ基端部側の支軸３１に取付けた基側スプロケット６５とジブ先端部側の支軸３２に取付けた先側スプロケット６６間に巻掛けている。
【００２９】
尚、この実施形態では、ジブ基端部側の支軸３１に取付けた基側スプロケット６５とジブ先端部側の支軸３２に取付けた先側スプロケット６６とが、それぞれ特許請求範囲中の各可動体に相当し、第２チエン６４が特許請求範囲中の接続手段に相当し、チエン駆動手段６８が特許請求範囲中の作動手段に相当するものである。
【００３０】
第１チエン６１側の先側スプロケット６３と第２チエン６４側の基側スプロケット６５とは、相対回転しない状態で共通の支軸３１に取付けられていて、第１チエン６１と第２チエン６４とが相互に連動するようになっている。チエン駆動手段６８には、油圧シリンダ（以下、チエン駆動シリンダという）が採用されている。このチエン駆動シリンダ６８は、そのチューブがブーム先端部２３側に連結され、ロッド先端部が第１チエン６１側に連結された状態で取付けられている。そして、該チエン駆動シリンダ６８を伸長方向に作動させると、第１チエン６１及び第２チエン６４を図２において左回転方向に駆動させて、ジブ先端部の先側スプロケット６６及び支軸３２を左回転させ、逆にチエン駆動シリンダ６８を縮小方向に作動させると、第１チエン６１及び第２チエン６４を介して、ジブ先端部の先側スプロケット６６及び支軸３２を右回転させるようになっている。このように、ジブ先端部の支軸３２が回動すると、該支軸３２に固定されている取付アーム４２が連動して、荷重支持部材４全体をジブ３に対して起仰又は倒伏させ得るようになっている。尚、チエン駆動シリンダ６８は、荷重支持部材４が水平姿勢からずれたとき（傾斜したとき）に、後述の荷重支持部材角度検出手段４０からの角度検出信号に基いて、荷重支持部材４を水平姿勢に戻す方向に作動するようになっており、いわゆる荷重支持部材４のレベリングシリンダとして機能するものである。
【００３１】
尚、この実施形態では、荷重支持部材４の姿勢は、上ブーム２２の起伏姿勢が変化したときに変動するようになっていて、ジブ３が単独で起伏しても該荷重支持部材４の姿勢は変動しない。従って、チエン駆動シリンダ６８は、上ブーム２２の起伏姿勢の変化に伴って作動するようになっている。
【００３２】
上ブーム２２（図示例ではブーム先端部２３付近）には、該上ブーム２２の対地角度を検出するブーム角度検出手段２０が設けられている。又、ジブ３には、該ジブ３の対地角度を検出するジブ角度検出手段３０が設けられている。さらに、荷重支持部材４のバスケット４１には、該荷重支持部材４の対地角度を検出する荷重支持部材角度検出手段４０が設けられている。これらの角度検出手段２０，３０，４０からの検出信号は、それぞれコントローラに入力されて、例えば次のように各種処理用のデータとして利用される。
【００３３】
まず、ブーム角度検出手段２０で検出されるブーム角度データとジブ角度検出手段３０で検出されるジブ角度データとは、上ブーム（トップブーム）２２とジブ３間の相対角度を計算するのに利用できる。そして、上ブーム２２とジブ３間の相対角度が計算できれば、ジブ起伏シリンダ５のブームへの取付位置及び該ジブ起伏シリンダ５のジブへの取付位置の各記憶値とで、ジブ起伏シリンダ５とジブ３との位置関係を演算でき、それによってジブ起伏シリンダ５のモーメントアーム（図２のＲJ）を求めることができる。尚、この実施形態では、ブーム角度検出手段２０とジブ角度検出手段３０とで、本願請求項２のブーム・ジブ相対角度検出手段を構成しているが、他の実施形態では該ブーム・ジブ相対角度検出手段として、支軸３１回りにおいて１つの角度検出手段でブーム先端部２３とジブ３基端部との間の相対角度を検出するようにしたものを採用してもよい。
【００３４】
又、ジブ角度検出手段３０は、ジブ３の対地角度を検出するものであるが、このジブ角度検出手段３０で検出されたジブ角度データは、ジブ３の水平長さＬ2及びジブ起伏支点（支軸３１）からジブ重心Ｊ0までの水平長さＬJを求めるのに利用できる。
【００３５】
荷重支持部材角度検出手段４０は、バスケット４１の対地角度を検出するものであるが、この荷重支持部材角度検出手段４０で検出された荷重支持部材角度データは、荷重支持部材４の重心Ｂ0から取付アーム４２の起伏支点（支軸３２）までの水平長さＬBを求めるのに利用できる。尚、この荷重支持部材角度検出手段４０は、荷重支持部材４が水平姿勢からずれたとき（傾斜したとき）に、その荷重支持部材角度を検出して、姿勢維持手段６のチエン駆動シリンダ６８に対して荷重支持部材４を水平にする方向に作動させる作用を有している。従って、該荷重支持部材４が常に水平姿勢に維持されることを前提にすると、荷重支持部材４の重心Ｂ0から取付アーム４２の起伏支点（支軸３２）までの水平長さＬBは一定となり、該水平長さＬBを求める演算式を省略することができる。このことは、後述するように図３に示す荷重演算手段１２に対して、荷重支持部材角度検出手段４０からの角度検出信号を入力しなくてもよいことになる。又、このように、荷重支持部材４が常に水平姿勢に維持されることを前提にすると、上記ジブ角度検出手段３０は、ジブ先端部の支軸３２回りにおいて、取付アーム４２に対する相対角度を検出することによってジブ３の角度を検出するようにすることもできる。又、他の実施形態では、ジブ角度検出手段３０として、旋回台９と下ブーム２１との相対角度、下ブーム２１と上ブーム２２との相対角度、及び上ブーム２２とジブ３との相対角度をそれぞれ検出し、それらを演算して算出するようにしたものも採用できる。
【００３６】
ジブ起伏シリンダ５のロッド先端部には、該ジブ起伏シリンダ５の出力を検出する出力検出手段５０が設けられている。このジブ起伏シリンダ用の出力検出手段５０には、ジブ３の重量ＷJ、荷重支持部材４の重量ＷB、積載物１０の重量Ｗ等から発生する各モーメントが作用する。尚、この出力検出手段５０は、圧力検出によるものであっても、取付ピンの歪検出によるものであってもよいことは勿論である。
【００３７】
この実施形態のブーム式作業車には、荷重支持部材４で支持される積載物１０の重量Ｗを検出するための支持荷重検出装置が設けられている。この実施形態では、支持荷重検出装置として、図３に示すように各種部材の基準データを記憶している記憶手段１１と、後述の各種演算処理を行う荷重演算手段１２とを有している。
【００３８】
記憶手段１１には、ジブ３の重量ＷJ、ジブ３の実質長さ（例えば支軸３１と支軸３２間の実質長さ）、ジブ起伏支点（支軸３１）からジブ重心Ｊ0までの実質長さ、荷重支持部材４の重量ＷB、荷重支持部材４の重心Ｂ0から荷重支持部材４の起伏支点までの長さＬB、ジブ起伏シリンダ５の上ブーム２２への取付位置及びジブ起伏シリンダ５のジブ３への取付位置、等の基準データ（不変データ）をそれぞれ記憶させている。又、他の実施形態では、記憶手段１１に記憶する基準情報のうち、ジブ３の重量ＷJとジブ起伏支点からジブ重心Ｊ0までの長さは、ジブ水平状態でのジブ重量モーメントに置き換えて記憶させておいてもよい。
【００３９】
荷重演算手段１２には、ブーム角度検出手段２０、ジブ角度検出手段３０、荷重支持部材角度検出手段４０、ジブ起伏シリンダ（ジブ起伏駆動手段）出力検出手段５０からのそれぞれ現状での検出データが入力されるとともに、記憶手段１１で記憶されている各記憶値が入力される。
【００４０】
そして、荷重演算手段１２では、次の各演算を行う。まず、ブーム・ジブ相対角度検出手段（この実施形態ではブーム角度検出手段２０とジブ角度検出手段３０が担当する）からの検出値と、ジブ起伏シリンダ５の上ブーム２２及びジブ３への各取付位置の記憶値とで現状でのジブ３の姿勢とジブ起伏シリンダ５の位置関係を演算し、図２においてジブ起伏シリンダ５のモーメントアームＲJを算出する。又、ジブ角度検出手段３０と記憶手段１１の記憶値（ジブ長さデータと、ジブ起伏支点からジブ重心までの長さデータ）を用いてそれぞれ現状でのジブ水平長さＬ1とジブ起伏支点３１からジブ重心Ｊ0までの水平長さＬJを演算する。そして、それらの演算値（モーメントアームＲJ、ジブ水平長さＬ1、ジブ起伏支点からジブ重心までの水平長さＬJ）とジブ起伏シリンダ５の出力検出手段５０からの検出値ＦJと記憶手段１１の記憶値（ジブ３の重量ＷJ、荷重支持部材４の重量ＷB）とを用いて荷重支持部材４に支持される積載物１０の荷重Ｗを演算するようになっている。即ち、この荷重演算手段１２では、次の算式を用いて積載物１０の重量Ｗを演算するようになっている。
Ｗ＝（ＦJ・ＲJ−ＷJ・ＬJ）／Ｌ1−ＷB・・・・算式(1)
但し、Ｗは積載物１０の重量、ＦJ・ＲJはジブ起伏出力モーメント、ＷJ・ＬJはジブ重量モーメント、Ｌ1はジブ３の水平長さ、ＷBは荷重支持部材４の重量である。
【００４１】
上記算式(1)により積載物重量が計算できることは、次の算式によって検証できる。尚、次の算式において、ＦTはチエン張力に見合うチエン駆動シリンダ６８の出力値、Ｒはスプロケット６３の半径Ｌ2は荷重支持部材４に積載された積載物１０の重心Ｗ0から荷重支持部材４の起伏支点（支軸３２）までの水平長さである。
まず、ジブ起伏支点回りのモーメントの釣り合いに関連して、
ＦT・Ｒ＋ＦJ・ＲJ＝ＷJ・ＬJ＋Ｗ(Ｌ1＋Ｌ2)＋ＷB(Ｌ1＋ＬB)・・・・算式(2)
ＦT・Ｒ＝Ｗ・Ｌ2＋ＷB・ＬB・・・・算式(3)
とが成り立つ。
即ち、図２の釣り合い状態において、ＦT・Ｒであるチエン駆動シリンダ６８の出力モーメントとＦJ・ＲJであるジブ起伏シリンダ５のジブ起伏出力モーメントとの合計出力モーメントと、ＷJ・ＬJであるジブ３の重量モーメントとＷ(Ｌ1＋Ｌ2)である積載物１０の重量モーメントとＷB(Ｌ1＋ＬB)であるバスケット４１の重量モーメントとの合計重量モーメントとが等しいことから、上記算式(2)が成り立つ一方、ＦT・Ｒであるチエン駆動シリンダ６８の出力モーメント（第１チエン６１と第２チエン６４とを介して取付アーム４２の起伏支点（支軸３２）回りに作用する）と、Ｗ・Ｌ2である取付アーム起伏支点（支軸３２）回りでの積載物１０の重量モーメントとＷB・ＬBである取付アーム起伏支点（支軸３２）回りでのバスケット４１の重量モーメントとの合計重量モーメントとが等しいことから、上記算式(3)が成り立つ。
又、算式(2)と算式(3)から、
ＦJ・ＲJ＝ＷJ・ＬJ＋(Ｗ＋ＷB)Ｌ1・・・・算式(4)
を導ける。
そして、この算式(4)から上記算式(1)を導き出せる。
【００４２】
ところで、積載物１０の重心Ｗ0から荷重支持部材４の起伏支点（支軸３２）までの水平長さＬ2は、未知数であり且つ変動するものであるが、この荷重演算手段１２による演算式（算式(1)）によると、荷重支持部材４上での積載物１０の位置に関係なく、ジブ起伏シリンダ５に設けた出力検出手段５０の出力値ＦJを求めることにより、該積載物１０の重量Ｗを正確に演算することができる。
【００４３】
このように、この実施形態の支持荷重検出装置によれば、ジブ起伏シリンダ５の出力検出手段５０を利用して積載物重量Ｗを求めることができる。又、この出力検出手段５０は、荷重支持部材４（バスケット４１）から離れた位置にあるので、もしバスケット４１が他の構造物に干渉しても出力検出手段５０に対して何ら悪影響（例えば破損）が発生しない。さらに、この荷重演算手段１２による上記算式(1)によれば、ジブ起伏シリンダ５の出力検出手段５０を利用したものであっても、荷重支持部材４上の積載物１０の重心位置あるいはバスケット４１の首振り位置にかかわりなく、該積載物重量Ｗを正確に算出できる。又、荷重検出のための出力検出手段として、ジブ起伏シリンダ５の１個の出力検出手段５０のみを使用しているので、コストや調整等の面でも有利になる。
【００４４】
尚、図３に示すように、荷重演算手段１２で算出された積載物１０の重量Ｗは、出力手段１３により、例えば表示器に数値で表示させたり、あるいは該重量Ｗが許容値を超えると警報を発するようにするとよい。
【００４５】
尚、上記実施形態では、本願請求項２に対応して、ジブ起伏シリンダ５を用いた場合について説明したが、本願請求項１に使用されるジブ起伏駆動手段５としては、上記ジブ起伏シリンダ５にかえてロータリーアクチュエータや電動モータ（減速機つき）を採用することができる。そして、この場合は、油圧あるいはトルクを検出することにより、荷重演算手段１２においてモーメントアームＲＪを算出することなく実施できる。
【００４６】
又、姿勢維持手段６における支軸３１と支軸３２間の接続構造は、チエンにかえてロープ、ベルトは勿論のこと、平行リンクを採用することもできる。
【００４７】
さらに、上記実施形態では、ブーム式作業車として、バスケット４１を備えた高所作業車を例にとって説明したが、バスケットのかわりにマニピュレータを備えたものやその他に適用できることは勿論である。
【００４８】
又、上記実施形態の支持荷重検出装置では、記憶手段１１で記憶させた基準データの記憶値を荷重演算手段１２に送って演算するようにしているが、該記憶手段１１は荷重演算手段１２に一体的に組み込んで、基準データを該荷重演算手段１２に保持させるようにしたものでもよい。又、他の実施形態では、上記基準データは、荷重演算手段１２で実行される演算式に定数として組み込んでおくこともできる。尚、これらの場合は、荷重演算手段１２での演算は一括して実行される。
【００４９】
さらに、上記実施形態では、ジブ重量モーメントは、記憶手段１１に記憶させたジブ重量ＷJとジブ起伏支点からのジブ重心までの長さとジブ角度検出手段３０からの検出値とを用いて算出するようにしているが、他の実施形態では、予め記憶手段１１にジブ水平状態でのジブ重量モーメントを記憶させておき、そのジブ水平状態でのジブ重量モーメントとジブ角度検出手段３０からの検出値とで現状のジブ重量モーメントを算出するようにしてもよい。
【００５０】
又、上記演算式は、各種データを数値に変換したものを用いて実行させてもよく、あるいは出力値（例えば出力検出手段の電圧値）をそのまま用いて演算するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００５１】
本願請求項１及び２の各発明の支持荷重検出装置によれば、上記説明から理解できるように、積載物重量Ｗを求めるための検出手段として、ジブ起伏駆動手段（ジブ起伏シリンダ）５の出力検出手段５０（荷重支持部材４から離れた位置にある）を利用しているので、作業時においてもし荷重支持部材４が他の構造物に干渉しても（例えば横方向からの圧力が加わっても）、出力検出手段５０に対して何ら悪影響が発生せず、従って該出力検出手段５０を保護できる（壊れない）という効果がある。又、積載物重量Ｗを求めるために付加される検出手段は、上記出力検出手段５０の１個でよいので、コスト面で有利となるとともに、複数個の場合のような調整が不要となるという効果がある。
【００５２】
さらに、荷重演算手段１２において、
{(ジブ起伏出力モーメント)−(ジブ重量モーメント)}／(ジブ水平長さ)−(荷重支持部材の重量)
という演算を行うことで、積載物重量Ｗを求めることができるので、ジブ起伏駆動手段５の出力検出手段５０を利用したものであっても、荷重支持部材４上の積載物１０の重心位置あるいはバスケットの首振り角度にかかわりなく、該積載物重量Ｗを正確に且つ簡単な演算（少ない演算回数）で算出できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願実施形態の支持荷重検出装置を備えたブーム式作業車の側面図である。
【図２】 図１のブーム式作業車の一部拡大図である。
【図３】 本願実施形態の支持荷重検出装置のブロック図である。
【符号の説明】
１はブーム式作業車、２はブーム、３はジブ、４は荷重支持部材、５はジブ起伏駆動手段（ジブ起伏シリンダ）、６は姿勢維持手段、１０は積載物、１１は記憶手段、１２は荷重演算手段、２０はブーム角度検出手段、２１は下ブーム、２２は上ブーム、２３はブーム先端部、３０はジブ角度検出手段、３１，３２は支軸、４０は荷重支持部材角度検出手段、４１はバスケット、５０はジブ起伏駆動手段の出力検出手段、６１は第１チエン、６４は第２チエン（接続手段）、６５は基側スプロケット（可動体）、６６は先側スプロケット（可動体）、６８はチエン駆動シリンダ（作動手段）である。
Claims (2)
- 起伏自在なブームと、ブーム先端部にブーム起伏面に沿って起伏自在に設けたジブと、ブームとジブ間に設けたジブ起伏駆動手段と、ジブ先端部にジブ起伏面に沿って起伏自在に設けた荷重支持部材と、荷重支持部材の姿勢を一定に維持する姿勢維持手段とを備えたブーム式作業車において、
前記姿勢維持手段は、ジブ基端部に設けた支軸の回りで回転又は揺動する可動体とジブ先端部に設けた支軸の回りで回転又は揺動する可動体との間を接続手段で接続し且つ該接続手段をブーム側に設けた作動手段で支持することで前記荷重支持部材の姿勢を一定に維持するように構成するとともに、
前記ジブの対地角度を検出するジブ角度検出手段と、
前記ジブ起伏駆動手段の出力を検出する出力検出手段と、
前記ジブと前記荷重支持部材とに関する基準情報を記憶する記憶手段と、
前記出力検出手段からの検出値から演算したジブ起伏出力モーメント、前記ジブ角度検出手段からの検出値と前記記憶手段に記憶された前記ジブに関する基準情報から演算したジブ重量モーメント、ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶されたジブに関する基準情報から演算したジブ水平長さ、記憶手段に記憶された基準情報である荷重支持部材の重量、とを用い、
{(ジブ起伏出力モーメント)−(ジブ重量モーメント)}／(ジブ水平長さ)−(荷重支持部材の重量)
なる演算を行って荷重支持部材に支持される荷重を演算する荷重演算手段、
とを備えた、
ことを特徴とするブーム式作業車における支持荷重検出装置。 - 起伏自在なブームと、ブーム先端部にブーム起伏面に沿って起伏自在に設けたジブと、ブームとジブ間で伸縮自在に設置したジブ起伏シリンダと、ジブ先端部にジブ起伏面に沿って起伏自在に設けた荷重支持部材と、荷重支持部材の姿勢を一定に維持する姿勢維持手段とを備えたブーム式作業車において、
前記姿勢維持手段は、ジブ基端部に設けた支軸の回りで回転又は揺動する可動体とジブ先端部に設けた支軸の回りで回転又は揺動する可動体との間を接続手段で接続し且つ該接続手段をブーム側に設けた作動手段で支持することで前記荷重支持部材の姿勢を一定に維持するように構成するとともに、
前記ジブの対地角度を検出するジブ角度検出手段と、
前記ブームに対する前記ジブの角度を検出するブーム・ジブ相対角度検出手段と、
前記ジブ起伏シリンダの出力を検出する出力検出手段と、
前記ジブと前記荷重支持部材と前記ジブ起伏シリンダとに関する基準情報を記憶する記憶手段と、
前記ブーム・ジブ相対角度検出手段からの検出値、前記記憶手段に記憶された前記ジブ起伏シリンダに関する基準情報とからジブ起伏シリンダのジブ起伏支点回りのモーメントアームを演算しさらに前記出力検出手段からの検出値を合わせて演算したジブ起伏出力モーメント、前記ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶された前記ジブに関する基準情報から演算したジブ重量モーメント、ジブ角度検出手段からの検出値と記憶手段に記憶されたジブに関する基準情報から演算したジブ水平長さ、記憶手段に記憶された基準情報である荷重支持部材の重量、とを用い、
{(ジブ起伏出力モーメント)−(ジブ重量モーメント)}／(ジブ水平長さ)−(荷重支持部材の重量)
なる演算を行って荷重支持部材に支持される荷重を演算する荷重演算手段、
とを備えた、
ことを特徴とするブーム式作業車における支持荷重検出装置。
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-
1999
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