JP7522520B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械に関する。

建設機械に搭載されたコントローラとして、メカガバナ駆動方式のエンジンと電子ガバナ駆動方式のエンジンのいずれについても制御可能なものがある（特許文献１）。

特許第４７００５９６号公報

例えば油圧ショベルのフロント作業機には、標準的なモノブームタイプ、ブームが中折れするツーピースブームタイプ、アームが左右にオフセット移動するオフセットタイプ等、機構の異なる様々なタイプがある。加えて、フロント作業機には、標準仕様、ロングアーム仕様等、用途に応じてアーム長等の仕様の異なるものも存在する。更には、バケット等のアタッチメントの種類も多岐にわたる。このように、建設機械のフロント作業機には、タイプ、仕様、アタッチメントにそれぞれバリエーションがあり、タイプ、仕様、アタッチメントの組み合わせは多種多様である。

ここで、建設機械には様々な機能が搭載され得る。例えば油圧ショベルには、フロント作業機で吊り荷を吊り上げる際に、吊り荷により車体にかかるモーメント荷重が所定値を超える場合に警告する又はフロント作業機の動作を制限する機能（以下、「ＭＬ制御」と略記する）が搭載される場合がある。また、車体その他の障害物との干渉を抑制するようにフロント作業機の動作を制限する機能（以下、「干渉防止制御」と略記する）が搭載される場合もある。設定された目標面を超えて掘削しないように、フロント作業機の爪先の現在位置をモニタに表示したりフロント作業機の動作を制限したりするマシンガイダンスやマシンコントロールの機能を搭載する油圧ショベルもある。これらの機能には、例えばアームの先端といったフロント作業機の所定部位の位置情報（以下、適宜「フロント位置」と略記する）が必要である。

ただ、フロント作業機には、前述した通り様々なタイプがあり、フロント作業機のタイプによってフロント位置の演算式が異なる。また、フロント作業機の仕様や装着するアタッチメントによって、フロント位置の演算式に適用するパラメータも異なる。こうしたフロント位置の演算に用いるパラメータは、フロント作業機のタイプ、仕様及びアタッチメントの組み合わせ毎に個別に用意される。そのため、フロント位置を演算するコントローラについては、記憶するパラメータが装着するフロント作業機によって異なるものを建設機械毎に用意しているのが実情である。

そこで、駆動方式の異なるエンジンを同一のコントローラで制御する特許文献１の方式を適用し、設定を切り換えることにより同一のコントローラでバリエーションの異なるフロント作業機についてフロント位置を演算できるようにすることが考えられる。

しかし、特許文献１において選択するエンジンのバリエーションはメカガバナ駆動方式と電子ガバナ方式の二択であるところ、フロント作業機のバリエーションはフロント作業機のタイプ、仕様及びアタッチメントの組み合わせにより多岐にわたる。フロント位置を演算するためのパラメータ等の切り換えに特許文献１の方式を単純に適用しても、フロント作業機のバリエーションの数だけパラメータのデータセットを要し、パラメータ管理にも労力を要する。また、例えばフロント作業機の標準仕様のブーム長に変更が生じた場合、標準仕様のブームが採用されているフロント作業機の全てのバリエーションのパラメータについてブーム長を変更する必要がある。仮に一部のバリエーションについてパラメータの変更漏れが生じると、そのバリエーションのフロント作業機を搭載した建設機械においてフロント位置の演算に誤差が生じ得る。

本発明の目的は、フロント作業機の多種多様なバリエーションに対応してフロント位置を演算でき、フロント位置の演算に用いるパラメータの管理を容易化することができる建設機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、走行体と前記走行体の上部に設けられた旋回体とから構成された車体と、前記車体を構成する前記旋回体に取り付けられブーム及びアームとアタッチメントとで構成されたフロント作業機と、前記フロント作業機の姿勢を検出するセンサと、前記フロント作業機の所定部位の位置をフロント位置として演算するコントローラとを備えた建設機械において、前記コントローラは、前記フロント位置の演算に用いるデータを記憶したメモリを備え、前記メモリには、前記フロント作業機のタイプで分類され前記フロント作業機のフロント位置を演算するための複数の基礎演算式と、前記フロント作業機の異同によらず共通し前記車体の寸法に関係した共通パラメータと、前記フロント作業機のタイプ及び仕様で分類され前記ブームの寸法及び前記アームの寸法に関係したフロント別のパラメータと、前記フロント作業機を構成する前記アタッチメントで分類され前記アタッチメントの寸法に関係したアタッチメント別のパラメータとが前記データとして予め記憶され、前記コントローラは、前記フロント作業機のタイプの設定に応じた前記基礎演算式と、前記共通パラメータと、前記フロント作業機のタイプ及び仕様の設定に応じた前記フロント別のパラメータと、前記アタッチメントの設定に応じた前記アタッチメント別のパラメータとを前記メモリから読み込み、前記メモリから読み込んだ前記共通パラメータと、前記フロント別のパラメータと、前記アタッチメント別のパラメータとを、前記メモリから読み込んだ前記基礎演算式に適用してフロント位置を演算する関数を定義し、前記センサの出力に基づいて、前記関数により前記フロント作業機の前記フロント位置を演算する建設機械を提供する。

本発明によれば、フロント作業機の多種多様なバリエーションに対応してフロント位置を演算でき、フロント位置の演算に用いるパラメータの管理を容易化することができる。

本発明の一実施形態に係る建設機械の全体構造を表す左側面図である。 本発明の一実施形態に係る建設機械の全体構造を表す平面図である。 図１に示した建設機械に搭載されたコントローラの機能を模式的に例示した図 図３に示したコントローラにおいてフロント位置の演算に用いるパラメータのデータ構造を表す模式図 図３に示したコントローラによるフロント位置の演算手順を表すフローチャート 図４において標準仕様のモノブームタイプの作業腕にアタッチメントとして標準バケットを装着したフロント作業機を設定した場合のパラメータの選択イメージを表す模式図 図３において標準仕様のモノブームタイプの作業腕にアタッチメントとして標準バケットを装着したフロント作業機を設定した場合のフロント位置演算機能のイメージを表す模式図 図４においてロングアーム仕様のオフセットタイプの作業腕にアタッチメントとして補強バケットを装着したフロント作業機を設定した場合のパラメータの選択イメージを表す模式図 図３においてロングアーム仕様のオフセットタイプの作業腕にアタッチメントとして補強バケットを装着したフロント作業機を設定した場合のフロント位置演算機能のイメージを表す模式図 比較例に係るフロント位置の演算に用いるパラメータのデータ構造を表す模式図 比較例に係るフロント位置の演算機能を模式的に例示した図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

－建設機械－
図１は本発明の一実施形態に係る建設機械の全体構造を表す左側面図、図２は平面図である。以降、運転席に着いた作業者の前側（図２中の左側）、後側（同右側）、左側（同下側）、右側（同上側）を建設機械（厳密には旋回体）の前、後、左、右とし、それぞれ単に前側、後側、左側、右側と記載する。なお、図２においては、繁雑防止のためフロント作業機３を図示省略してある。クレーン等の他の建設機械も発明の適用対象となり得るが、図１及び図２では発明を適用する建設機械の代表例として油圧ショベルを図示している。図及び図２に示した油圧ショベルは、車体及びフロント作業機３を含んで構成されている。車体は、走行体１と旋回体２とから構成されている。

－走行体－
走行体１は、油圧ショベルの自力走行を可能とする基礎構造体であり、ホイール式の走行体でも良いが本実施形態ではクローラ式の走行体を採用した構成を例示する。走行体１は、トラックフレーム４、アイドラ５、走行モータ６、スプロケット７及び履帯（クローラ）８等を備えている。トラックフレーム４は、センタフレーム４ａ、及びセンタフレーム４ａに連結した平行な左右一対のサイドフレーム４ｂにより、上方から見てＨ型に形成されている。左右のサイドフレーム４ｂの前後の一端側にはアイドラ５が、他端側にはスプロケット７がそれぞれ回転自在に支持されている。スプロケット７の回転軸には、走行モータ６の出力軸が連結されている。走行モータ６は油圧モータである。アイドラ５とスプロケット７の間には、環状の履帯８が掛け回されていて、履帯８をスプロケット７で駆動することによって走行体１が自走する。サイドフレーム４ｂの上下部には、履帯８の内周部を支持する複数の転輪９が回転自在に支持されている。

－旋回体－
旋回体２は、走行体１の上部に旋回可能に設けられており、旋回フレーム１０、運転室１１、カウンタウェイト１２、機械室（エンジン室）１３等を含んで構成されている。旋回フレーム１０は、旋回体２のベースフレームであり、旋回輪１４を介してトラックフレーム４のセンタフレーム４ａの上部に設けられている。旋回フレーム１０には、旋回輪１４の付近に旋回モータ（不図示）が搭載されており、旋回モータの出力軸が旋回輪１４に設けた歯車と噛み合うことで、走行体１に対して旋回体２が旋回する。旋回モータには電動モータを用いることもできるが、本実施形態では油圧モータが用いてある。

旋回フレーム１０の前部には、フロント作業機３の左右方向の一方側（本例では左側）に位置するように運転室１１が設置されている。旋回フレーム１０における運転室１１の後側には、ボンネットカバー１３ａに覆われた機械室１３が設置されている。旋回フレーム１０の後端には、カウンタウェイト１２が取り付けられている。機械室１３には、原動機、原動機で駆動される油圧ポンプ、油圧ポンプから油圧アクチュエータ（後述するブームシリンダ２５等）への圧油を制御するコントロールバルブ等の油圧制御装置、熱交換器類、タンク類、各種配管や配線等が収容されている。原動機には電動機を用いることもあるが、本例ではエンジン（内燃機関）が用いてある。

－フロント作業機－
フロント作業機３は、旋回体２に取り付けられており、作業腕２１、アタッチメントであるバケット２４、アクチュエータであるブームシリンダ２５、アームシリンダ２６及びバケットシリンダ２７を含む多関節型のフロント作業装置である。

作業腕２１は、ブーム２２及びアーム２３を含んで構成されている。ブーム２２は、旋回体２の前部に上下方向に回動可能に、アーム２３はブーム２２の先端に、それぞれ回動可能に連結されている。バケット２４は、アーム２３の先端に回動可能に装着されている。ブームシリンダ２５は、旋回体２及びブーム２２に両端が連結されている。アームシリンダ２６は、ブーム２２及びアーム２３に両端が連結されている。バケットシリンダ２７は、基端がアーム２３に連結される一方で、先端がリンクを介してアーム２３の先端部及びバケット２４に連結されている。ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６、及びバケットシリンダ２７は、いずれも油圧シリンダである。

フロント作業機３には、フロント作業機３の姿勢（具体的にはフロント作業機３の姿勢に伴って変化する状態量の値）を検出するセンサ３１，３２（図３）が備わっている。例えば、センサ３１は旋回体２に対するブーム２２の角度θｂｍを検出する角度センサであり、センサ３２はブーム２２に対するアーム２３の角度θａｍを検出する角度センサである。センサ３１，３２は、例えばブーム２２やアーム２３の回動支点部に設けられる。

但し、フロント作業機の姿勢を検出するセンサには、この他にも様々なものを用いることができる。例えば、アーム２３に対するバケット２４の角度を検出する角度センサをも用いることができる。図３には、後述するツーピースブームタイプやオフセットタイプのフロント作業機を想定し、ロアブームに対するアッパブームの角度θｂｍ２を検出するセンサ３３や、左右方向のブームの揺動角θｏｓを検出するセンサ３４が併せて図示してある。また、フロント作業機の姿勢を検出するセンサには、角度センサに限らず、ブームシリンダやアームシリンダ等のシリンダストロークを検出するストロークセンサを用いることもできる。

－フロント作業機のバリエーション－
図１及び図２に例示したフロント作業機３は最も一般的な形態であり、「タイプ」はモノブームタイプ、「仕様」は標準仕様、「アタッチメント」は標準型のバケット２４である。

フロント作業機の「タイプ」とは、フロント作業機（具体的には作業腕）の機構についての分類である。図１に例示したモノブームタイプは、作業腕が、単一でかつ一体に形成されたブームと、単一でかつ一体に形成されたアームからなる機構を示す。フロント作業機のタイプには、このモノブームタイプの他にも、例えばツーピースブームタイプやオフセットタイプ等の様々なものが存在する。ツーピースブームタイプは、ブームがロアブームとアッパブームとに分割され、ロアブームに対してアッパブームが回動可能な構造を有し、アッパブームの先端部にアームが取り付けられて使用される機構を示す。オフセットタイプは、アームがブームに対し左右に平行に動作可能な平行リンクを有した機構を示す。

フロント作業機の「仕様」とは、フロント作業機（具体的には作業腕）の構成要素（ブームやアーム）の寸法についての分類である。例えば同じモノブームタイプのフロント作業機でも、図１に例示した標準仕様の他に、ロングアーム仕様等の様々なものが存在する。ロングアーム仕様は、標準仕様に対してアームが長く作業半径が広い仕様である。

アタッチメントは、目的の作業に応じて作業腕に装着される作業具である。アタッチメントにも、図１に例示した標準型のバケット２４の他、補強バケット、グラップル、リフティングマグネット、クラムシェルバケット等の様々なものがある。

そのため、フロント作業機は、「タイプ」、「仕様」、「アタッチメント」が用途等に応じて異なり、「タイプ」、「仕様」、「アタッチメント」の組み合わせにより、フロント作業機には多種多様なバリエーションが存在する。同一車格の油圧ショベルであっても、装着されるフロント作業機のバリエーションは様々である。

－コントローラ－
図３は図１に示した油圧ショベルに搭載されたコントローラの機能を模式的に例示した図、図４はコントローラにおいてフロント位置の演算に用いるパラメータのデータ構造を表す模式図である。

図３に示したように、本実施形態の油圧ショベルには、フロント作業機３の所定部位（例えばアーム２３の先端）の位置データ（フロント位置）に基づく制御機能を備えたコントローラ４０が搭載されている。コントローラ４０は、プロセッサ４１やメモリ４２を有するコンピュータである。プロセッサ４１は、例えばＣＰＵ等の演算処理装置である。メモリ４２は、例えばＨＤＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＳＤといった記憶装置である。

コントローラ４０の制御機能により制御される対象は、例えば運転室１１に設けたモニタやスピーカ等に代表されるオペレータへの通知出力装置やフロント作業機３等である。コントローラ４０によるフロント作業機３の制御は、フロント作業機３のアクチュエータ（ブームシリンダ２５等）を駆動する圧油を制御するコントロールバルブへのパイロット圧を制御する電磁減圧弁に指令することにより行われる。図３の例では、フロント位置に基づくコントローラ４０の制御機能として、ＭＬ制御機能Ｆ１と干渉防止制御機能Ｆ２を例示している。ＭＬ制御機能Ｆ１と干渉防止制御機能Ｆ２の制御対象としては、運転室１１に設けたモニタ３５を例示している。

ＭＬ制御機能とは、フロント作業機に設けたフックに吊り荷を下げ、モーメントリミッタ（moment limiter）を作動させてクレーン作業が行える油圧ショベルにおいて、クレーン作業時に実行される機能である。ＭＬ制御機能の下では、例えば、車体重心から吊り荷位置が離れてモーメント荷重が過度に大きくなる、又はアームダンプ動作に伴ってバケットにフックが干渉することを避けるべく、フロント作業機の姿勢が制限される。また、フロント作業機の姿勢の制限に代えて又は加えて、モーメント荷重が一定値を超えている旨のアラームが運転室の通知出力装置（例えばモニタやスピーカ）に出力される場合もある。図３に示したＭＬ制御機能Ｆ１では、運転室１１に設けたモニタ３５をフロント位置に基づき制御する構成を例示している。但し、モニタ３５は通知出力装置の一例であり、スピーカ等の他の通知出力装置にアラーム出力を指令する構成としても良いし、アラーム出力に代えて又は加えて、ＭＬ制御機能Ｆ１によりフロント作業機３が制御される構成としても良い。

干渉防止制御機能は、運転室その他の障害物と干渉しないようにフロント作業機の動作領域を制限する制御機能である。また、フロント作業機の動作領域の制限に代えて又は加えて、フロント作業機と動作禁止領域との位置関係に応じて運転室の通知出力装置（例えばモニタやスピーカ）にアラームが出力される場合もある。図３に示した干渉防止制御機能Ｆ２では、フロント位置に基づきモニタ３５を制御する構成を例示しているが、ＭＬ制御機能Ｆ１と同様、他の通知出力装置やフロント作業機３を制御対象とする構成としても良い。

その他、例えば目標面を超えて掘削しないようにフロント作業機の掘削領域を制限するマシンコントロールも、フロント位置に基づく制御機能として例示できる。掘削目標面に対するバケットの現在位置を運転室のモニタにリアルタイム表示するマシンガイダンス機能等も、モニタを制御対象とする、フロント位置に基づく制御機能として例示できる。

－フロント位置演算機能－
コントローラ４０には、ＭＬ制御機能Ｆ１や干渉防止制御機能Ｆ２といった制御機能に用いる基礎情報であるフロント位置として、フロント作業機３の所定部位の位置をリアルタイムに演算するフロント位置演算機能Ｆ３が備わっている。この意味において、コントローラ４０はフロント位置演算装置を構成する。フロント位置演算機能Ｆ３で演算するフロント位置の設定は変更可能であり、例えばバケット２４の爪先の位置、アーム２３の先端の位置、またポイントではなくアタッチメントの可動範囲等の範囲を設定する場合もある。

図３には、フロント位置演算機能Ｆ３を模式化した例を表してある。フロント位置演算機能Ｆ３には、判定機能Ｆ３１、選別機能Ｆ３２、選択機能Ｆ３３、関数定義機能Ｆ３４が含まれる。

判定機能Ｆ３１は、外部設定器５０（後述）から入力されたデータに基づいて、フロント位置の演算に必要な、基礎演算式Ａ、共通パラメータＢ、第１パラメータＣ、第２パラメータＤ及びセンサ出力を判定する機能である。

選択機能Ｆ３３は、判定機能Ｆ３１で判定されたフロント作業機３のタイプに応じてフロント位置の演算に用いる基礎演算式Ａを選択する機能である。

関数定義機能Ｆ３４は、判定機能Ｆ３１で判定された基礎演算式Ａ、共通パラメータＢ、第１パラメータＣ、第２パラメータＤを、選択された基礎演算式Ａに適用して、センサ出力を変数とするフロント位置の関数を定義（作成）する機能である。

選別機能Ｆ３２は、判定機能Ｆ３１で判定されたフロント作業機３のタイプに応じてフロント位置の演算に用いるセンサ出力を選別するフィルタ機能である。例えば、図３の例では、油圧ショベルの運転中にセンサ３１－３４から出力される信号が逐次コントローラ４０に入力される。選別機能Ｆ３２では、これらセンサ出力のうちフロント位置の演算に用いられるもののみが選別され、フロント位置のリアルタイム演算に用いられる。

－フロント位置演算用のデータ－
メモリ４２には、フロント位置の演算に用いるデータが予め記憶されている。メモリ４２に記憶されたフロント位置演算用のデータには、複数の基礎演算式Ａ、共通パラメータＢ、複数の第１パラメータＣ、及び複数の第２パラメータＤが含まれる。共通パラメータＢ、第１パラメータＣ、第２パラメータＤのうち少なくとも所定の第１パラメータＣが基礎演算式Ａに適用されることにより、センサ出力を変数とするフロント位置の関数が定義される。定義される関数は、図１に示した油圧ショベル（又はこれと同一のフロント作業機を装着した同一車格の油圧ショベル）に適用されてフロント位置の演算に用いられる。

基礎演算式Ａ、共通パラメータＢ、第１パラメータＣ、及び第２パラメータＤは、外部設定器５０（図３）をコントローラ４０に接続し、外部設定器５０によりフロント作業機３のタイプ、仕様、アタッチメントを設定することにより設定される。図４に示した共通パラメータＢ、第１パラメータＣ、第２パラメータＤは全て、例えば表計算ソフトの１つのファイルの１シートにまとめられている。

・基礎演算式
基礎演算式Ａは、目的のフロント位置の関数のベース式であり、前述したフロント作業機３のタイプで分類され、フロント作業機３のフロント位置を演算するための式であり、フロント作業機３のタイプ毎に作成されて設定されている。基礎演算式Ａをベースとして定義される関数で演算されるフロント位置は、予め設定された部位（例えばバケット２４の爪先）の位置である。基礎演算式Ａは、センサ出力を変数とする関数であり、共通パラメータＢ、第１パラメータＣ、第２パラメータＤのうち少なくとも第１パラメータＣを要素に含んでいる。説明用に単純な例を挙げると、図１に示したような油圧ショベルのモノブームタイプのフロント作業機のアーム先端の位置として、ローカル座標系の座標（Ｘ，Ｙ）を求める基礎演算式Ａは、次のように設定できる。

Ｘ＝Ｌ１・ｓｉｎθｂｍ＋Ｌ２・ｓｉｎ（θｂｍ＋θａｍ）
Ｙ＝Ｌ１・ｃｏｓθｂｍ＋Ｌ２・ｃｏｓ（θｂｍ＋θａｍ）
ここで言う、ローカル座標系とは、例えばフロント作業機３の動作平面に沿って設定され、ブーム２２の回動中心を原点としてＸ軸を前方に、Ｙ軸を上方に延ばした直交座標系であるとする。Ｌ１は、ブーム長（ブーム２２とアーム２３の回動中心間の距離）であるとする。Ｌ２は、アーム長（アーム２３とバケット２４の回動中心間の距離）であるとする。θｂｍは、センサ３１で検出されたブーム２２の角度であり、ブーム２２及びアーム２３の回動中心を通る直線とＹ軸との挟角であるとする。θａｍは、センサ３２で検出されたアーム２３の角度であり、ブーム２２及びアーム２３の回動中心を通る直線とアーム２３及びバケット２４の回動中心を通る直線との挟角であるとする。この例においては、関数Ｘ，Ｙが基礎演算式Ａ、Ｌ１，Ｌ２が基礎演算式Ａに適用されるパラメータ、θｂｍ，θａｍが変数である。

このような基礎演算式Ａが、演算目的とするフロント位置について、モノブームタイプやツーピースブームタイプ、オフセットタイプといったフロント作業機のタイプ毎に予め作成されてメモリ４２に記憶されている。

・共通パラメータ
共通パラメータＢは、フロント作業機の異同（タイプ、仕様、アタッチメントが異なるか同じであるか）によらず値が共通するパラメータである。フロント作業機のバリエーションによらず同一車格の油圧ショベルで共通する車体（走行体１や旋回体２）に関する寸法データ（「クローラ底面長」つまり履帯８の接地部の前後長さ等）が、共通パラメータＢの典型例である。フロント作業機の構成要素の寸法データであっても、全てのバリエーションのフロント作業機で値が共通するものがある場合には、共通パラメータＢとなり得る。演算目的とするフロント位置によってフロント位置の関数に適用される共通パラメータＢは異なる場合があり、複数種の共通パラメータＢが適用される場合もあれば、１種のみの共通パラメータＢが適用される場合もあり得る。フロント位置の関数に共通パラメータＢが含まれない場合もあり得る。

・第１パラメータ
第１パラメータＣは、前述したフロント作業機のタイプ及び仕様で分類されて設定されたフロント別のパラメータであり、ブームの寸法及びアームの寸法に関係するパラメータである。モノブームタイプのフロント作業機の例で言えば、ブーム長、アーム長等の値である。演算目的とするフロント位置によって、基礎演算式Ａに適用される第１パラメータＣは異なる場合がある。また、基礎演算式Ａには、複数種の第１パラメータＣが適用される場合が想定されるが、１種のみの第１パラメータＣが適用される可能性もある。図４の例においては、第１パラメータＣが更に、仕様の違いに関係なく同一タイプのフロント作業機で共通するフロントタイプ別のパラメータＣ１と、同一タイプのフロント作業機でも仕様の違いにより異なるフロント仕様別のパラメータＣ２とに分類されている。このような第１パラメータＣが、フロント作業機のタイプや仕様で分類されて予め設定されてメモリ４２に記憶されている。

・第２パラメータ
第２パラメータＤは、フロント作業機を構成するアタッチメントで分類されて設定されたアタッチメント別のパラメータであり、アタッチメントの寸法に関係するパラメータである。図１に示したバケット２４の例で言えば、バケットブラケット長、バケットブラケット角等の値である。演算目的とするフロント位置によって、基礎演算式Ａに適用される第２パラメータＤは異なる場合がある。また、基礎演算式Ａには、複数種の第２パラメータＤが適用される場合もあるし、１種のみの第２パラメータＤが適用される場合もある。目的のフロント位置が例えばアーム２３の所定部位であってアタッチメントのパラメータが関係しない場合には、基礎演算式Ａに第２パラメータＤが適用されないこともある。

－フロント位置の関数の設定－
図５はコントローラ４０によるフロント位置の演算手順を表すフローチャートである。コントローラ４０によるフロント位置演算機能Ｆ３は、プロセッサ４１により実行される。フロント位置演算機能Ｆ３は、フロント位置の関数を定義する手順と、定義した関数に従ってセンサ出力を基にリアルタイムにフロント位置を演算する手順とに大別される。フロント位置の関数を定義する手順は、油圧ショベルの運転開始時にコントローラ４０に通電される都度、若しくは油圧ショベルの運用開始前（例えば工場出荷前）に実行される。リアルタイムにフロント位置を演算する手順は、運用中に所定のサイクルタイム（例えば０．１ｓ）で繰り返し実行される。図５のフローチャートは、フロント位置の関数を定義する手順を表している。

フロント位置を求める関数を定義するためには、フロント作業機３のタイプ、仕様、アタッチメントの設定が必要である。フロント作業機３のタイプ、仕様、アタッチメントの設定は、例えば外部設定器５０をコントローラ４０に接続し、外部設定器５０で入力操作することにより行う。設定されたタイプ、仕様、アタッチメントのデータは、メモリ４２に記憶される。

図５の手順を開始すると、プロセッサ４１は、まず外部設定器５０で設定されたフロント作業機３のタイプ、仕様、アタッチメントのデータをメモリ４２から読み込む（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理は、図３の模式図に示したフロント位置演算機能Ｆ３では、判定機能Ｆ３１の内容に相当する。

フロント作業機３のタイプ、仕様、アタッチメントのデータを読み込んだら、プロセッサ４１は、フロント作業機３のタイプの設定に応じた基礎演算式Ａをメモリ４２から読み込む（ステップＳ２）。例えばフロント作業機３のタイプとしてモノブームタイプが設定された場合、モノブームタイプ用の基礎演算式Ａをメモリ４２から例えばＲＡＭにロードする。ステップＳ２の処理は、図３の模式図に示したフロント位置演算機能Ｆ３では、判定機能Ｆ３１及び選択機能Ｆ３３の内容に相当する。

また、プロセッサ４１は、必要な共通パラメータＢ、フロント作業機３のタイプ及び仕様の設定に応じた第１パラメータＣ、及びアタッチメントの設定に応じた第２パラメータＤの各値をメモリ４２から読み込む（ステップＳ３－Ｓ５）。ステップＳ３においては、演算目的とするフロント位置、設定されたタイプ、仕様、アタッチメントによって、フロント位置の演算に必要な共通パラメータＢが読み込まれる。演算目的とするフロント位置によって、フロント位置の演算に必要な第２パラメータＤがない場合には、ステップＳ５の手順も省略され得る。ステップＳ２－Ｓ５の実行順序は適宜入れ換えることができ、また並行して実行されるようにしても良い。図３の模式図に示したフロント位置演算機能Ｆ３では、ステップＳ３－Ｓ５の処理は、判定機能Ｆ３１及び関数定義機能Ｆ３４の内容に相当する。

次に、プロセッサ４１は、ステップＳ３－Ｓ５で読み込んだ共通パラメータＢ、第１パラメータＣ及び第２パラメータＤの各値を、ステップＳ２で読み込んだ基礎演算式Ａに適用し、目的のフロント位置を演算する関数を定義する（ステップＳ６）。図３の模式図に示したフロント位置演算機能Ｆ３では、ステップＳ６の処理は、関数定義機能Ｆ３４の内容に相当する。

最後に、プロセッサ４１は、センサ３１－３４から出力されてコントローラ４０に入力される検出信号のうち、ステップＳ６で定義したフロント位置の関数で変数として用いられるセンサ出力を選択し、図５の手順を終了する（ステップＳ７）。図５ではステップＳ７の手順は最後に実行する例を説明したが、選択されるセンサ出力は基礎演算式Ａによるため、フロント作業機３のタイプに応じて定まる。従って、ステップＳ７のセンサ出力選択の手順は、ステップＳ１の後、ステップＳ２－Ｓ６の手順と実行順序を適宜入れ換えても成立する。図３の模式図に示したフロント位置演算機能Ｆ３では、ステップＳ７の処理は、判定機能Ｆ３１及び選別機能Ｆ３２の内容に相当する。

フロント位置の関数の定義後、油圧ショベルの運転中にセンサ３１－３４から随時入力される信号に基づき、定義された関数に従ってフロント位置がリアルタイムに演算される。図３の例では、フロント位置演算機能Ｆ３でリアルタイムに演算されるフロント位置に基づいて、制御機能（ＭＬ制御機能Ｆ１又は干渉防止機能Ｆ２）で制御信号が生成され、コントローラ４０から制御対象の例であるモニタ３５に制御信号が出力される。

－フロント位置の関数の例－
図６は標準仕様のモノブームタイプの作業腕にアタッチメントとして標準バケットを装着したフロント作業機を設定した場合のパラメータの選択イメージを表す模式図、図７はその場合のフロント位置演算機能のイメージを表す模式図である。図６及び図７は図４及び図３に対応している。

この例では、図６に示したように、共通パラメータＢのデータセットの他、第１パラメータＣとして、モノブームタイプに共通するパラメータＣ１のデータセット、標準仕様に対応するパラメータＣ２のデータセットが、設定条件に基づいて選択されている。また、第２パラメータＤについては、標準バケットに対応するパラメータのデータセットが選択されている。この例では、図７のように、モノブームタイプの基礎演算式Ａに図６で選択された共通パラメータＢ、第１パラメータＣ、第２パラメータＤが適用され、フロント位置の関数が定義される。そして、油圧ショベルの運転中、センサ３１，３２で検出された角度θｂｍ，θａｍが選別され、角度θｂｍ，θａｍに基づき、定義された関数からフロント位置が演算される。

図８はロングアーム仕様のオフセットタイプの作業腕にアタッチメントとして補強バケットを装着したフロント作業機を設定した場合のパラメータの選択イメージを表す模式図、図９はその場合のフロント位置演算機能のイメージを表す模式図である。図８及び図９は図４及び図３に対応している。

この例では、図８に示したように、共通パラメータＢのデータセットの他、第１パラメータＣとして、オフセットタイプに共通するパラメータＣ１のデータセット、ロングアーム仕様に対応するパラメータＣ２のデータセットが、設定条件に基づいて選択されている。また、第２パラメータＤについては、補強バケットに対応するパラメータのデータセットが選択されている。この例では、図９のように、オフセットタイプの基礎演算式Ａに図８で選択された共通パラメータＢ、第１パラメータＣ、第２パラメータＤが適用され、フロント位置の関数が定義される。そして、油圧ショベルの運転中、センサ３１，３２，３４で検出された角度θｂｍ，θａｍ，θｏｓが選別され、角度θｂｍ，θａｍ，θｏｓに基づき、定義された関数からフロント位置が演算される。

－比較例－
図１０は比較例に係るフロント位置の演算に用いるパラメータのデータ構造を表す模式図、図１１は比較例に係るフロント位置の演算機能を模式的に例示した図である。フロント作業機には、前述した通り様々なタイプがあり、フロント作業機のタイプによってフロント位置の演算式が異なる。また、フロント作業機のタイプや仕様、更には装着するアタッチメントによって、フロント位置の演算式に適用するパラメータも異なる。図１０に示した比較例では、こうしたフロント作業機のタイプ、仕様及びアタッチメントの組み合わせ毎に、フロント位置の演算に用いるパラメータＸ１，Ｘ２…Ｘｎのデータセット一式が個別に用意されている。例えば同じモノブームタイプで標準仕様の作業腕でも、装着するアタッチメントが標準のバケットから補強バケットに変われば、バケットの仕様が一部異なるのみで多くのデータが共通するデータセット一式が別途用意される。

そのため、比較例では、フロント位置の関数を定義する場合、メモリ（不図示）に記憶されている多数のパラメータＸ１，Ｘ２…Ｘｎから外部設定器による設定に対応するデータセットを選択し読み込むことになる。センサ出力に基づいてフロント位置を演算するための関数の数は、図１１に示したようにパラメータＸ１，Ｘ２…Ｘｎの数ｎに対応して相応の数になる。パラメータＸ１，Ｘ２…Ｘｎは、例えば表計算ソフトのファイル内において各々別シートで作成され、パラメータ管理も繁雑で労力を要する。また、パラメータＸ１，Ｘ２…Ｘｎには他のパラメータと共通するデータも多く含まれているため、フロント作業機の一部の寸法データに変更が生じた場合等には、多くのパラメータについて漏れなく変更する必要がある。変更に漏れが生じると、フロント作業機の一部のバリエーションについてフロント位置の演算精度に影響が生じ得る。

－効果－
（１）それに対し、本実施形態では、フロント作業機のバリエーション間で共通する共通パラメータＢ、フロント作業機のタイプ及び仕様毎の第１パラメータＣ、アタッチメント毎の第２パラメータＤにパラメータの要素を分類した。フロント作業機のフロント位置の関数を定義するために必要なパラメータは、フロント作業機のタイプ等の設定に応じて、共通パラメータＢ、第１パラメータＣ、第２パラメータＤを組み合わせることで設定することができる。従って、フロント作業機のバリエーション毎にパラメータのデータセット一式を用意する必要がない。設定したパラメータをフロント作業機のタイプに応じた基礎演算式Ａに適用することによりフロント位置の関数を定義し、定義した関数を用いて運転中にリアルタイムにフロント位置を演算することができる。

以上のように、本実施形態によれば、フロント作業機の多種多様なバリエーションに対応してフロント位置を演算でき、フロント位置の演算に用いるパラメータの管理もし易くすることができる。また、パラメータの一覧性が大きく改善され、パラメータの設定とフロント位置の演算精度との因果関係も把握し易く、フロント位置の演算精度の向上にも期待できる。

（２）特に、本実施形態の場合、第１パラメータＣが、各々のタイプで仕様によらず共通するパラメータＣ１、各々のタイプで仕様により異なるパラメータＣ２に分類されている。このように第１パラメータＣの単位でも、共通するパラメータＣ１をタイプ毎に抜き出し、パラメータＣ１をパラメータＣ２と組み合わせる形態を採ることで、第１パラメータＣを各タイプの仕様毎に一式用意する必要がなく、パラメータ管理が一層し易い。

但し、上記効果（１）を得る限りにおいては、フロント作業機の各タイプの仕様毎に第１パラメータＣを一式用意する形態としても良い。

１…走行体、２…旋回体、３…フロント作業機、２２…ブーム、２３…アーム、２４…バケット（アタッチメント）、３１－３４…センサ、４０…コントローラ、４２…メモリ、Ａ…基礎演算式、Ｂ…共通パラメータ、Ｃ…第１パラメータ（フロント別のパラメータ）、Ｃ１…フロントタイプ別のパラメータ，Ｃ２…フロント仕様別のパラメータ、Ｄ…第２パラメータ（アタッチメント別のパラメータ）

Claims (3)

1. 走行体と前記走行体の上部に設けられた旋回体とから構成された車体と、前記車体を構成する前記旋回体に取り付けられブーム及びアームとアタッチメントとで構成されたフロント作業機と、前記フロント作業機の姿勢を検出するセンサと、前記フロント作業機の所定部位の位置をフロント位置として演算するコントローラとを備えた建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記フロント位置の演算に用いるデータを記憶したメモリを備え、
   前記メモリには、
   前記フロント作業機のタイプで分類され前記フロント作業機のフロント位置を演算するための複数の基礎演算式と、
   前記フロント作業機の異同によらず共通し前記車体の寸法に関係した共通パラメータと、
   前記フロント作業機のタイプ及び仕様で分類され前記ブームの寸法及び前記アームの寸法に関係したフロント別のパラメータと、
   前記フロント作業機を構成する前記アタッチメントで分類され前記アタッチメントの寸法に関係したアタッチメント別のパラメータと
   が前記データとして予め記憶され、
   前記コントローラは、
   前記フロント作業機のタイプの設定に応じた前記基礎演算式と、前記共通パラメータと、前記フロント作業機のタイプ及び仕様の設定に応じた前記フロント別のパラメータと、前記アタッチメントの設定に応じた前記アタッチメント別のパラメータとを前記メモリから読み込み、
   前記メモリから読み込んだ前記共通パラメータと、前記フロント別のパラメータと、前記アタッチメント別のパラメータとを、前記メモリから読み込んだ前記基礎演算式に適用してフロント位置を演算する関数を定義し、
   前記センサの出力に基づいて、前記関数により前記フロント作業機の前記フロント位置を演算する
   ことを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記フロント作業機のタイプは、前記フロント作業機の機構についての分類であり、
   前記フロント作業機の仕様は、前記フロント作業機の構成要素の寸法についての分類である
   ことを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記メモリに記憶された前記フロント別のパラメータは、タイプが同一のフロント作業機毎に前記仕様の違いに関係なく共通するフロントタイプ別のパラメータと、タイプが同一のフロント作業機毎に前記仕様の違いにより異なるフロント仕様別のパラメータとに分類され、
   前記コントローラは、前記フロント作業機のタイプの設定に応じた前記フロントタイプ別のパラメータ及び仕様の設定に応じた前記フロント仕様別のパラメータを、前記フロント別のパラメータとして前記メモリから読み込む
   ことを特徴とする建設機械。

Images