JPH07268902A - 建設機械のアタッチメント数値データ測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、バケットアタッチメントの形状寸
法に関する数値データを簡単な手法で正確に測定できる
建設機械のアタッチメント数値データ測定方法を提供す
ることを目的とする。 【構成】この発明では、作業機に取り付けられるアタッ
チメントが交換可能な建設機械において、基準となるア
タッチメントの寸法形状に関する数値データを予め記憶
し、基準となるアタッチメントおよび交換用アタッチメ
ントを所定の同じ測定用姿勢にしたときのこれら各アタ
ッチメントの所定部位の測定データの差と、前記記憶し
た数値データとに基づいて交換用アタッチメントの寸法
形状に関する数値データを演算するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はバケットアタッチメン
トを備えたパワーショベルやホイールローダ等の建設機
械において、多種類のバケットアタッチメントを交換す
る際、交換されたバケットアタッチメントの形状寸法に
関する数値データを測定入力可能な建設機械のアタッチ
メント数値データ測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】バケットアタッチメントを備えたパワー
ショベルやホイールローダ等の建設機械においては、任
意の場所を指定した軌跡に沿って自動的に掘削する自動
掘削機能や、作業機が車両に干渉するのを警告防止する
干渉防止機能を具えた機種がある。

【０００３】これらの機能を達成する上では、作業機各
部の車体本体や接地面に対する位置を正確に把握するこ
とが重要であり、そのためには作業機や車体本体の各部
の寸法などの諸データを予め認知し、これらを記憶して
おく必要がある。特に、作業モードによって寸法の大き
く変化するバケットなどの先端アタッチメントは、個々
の寸法、角度などを正確に知っておく必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記諸デー
タを各建設機械のコントローラ内メモリに記憶させるた
めに、従来は必要な寸法、角度などデータをサービスマ
ニュアルなどの資料から得て、これら諸データをスイッ
チ操作などによって前記メモリにインプットするなどの
面倒かつ煩雑な作業を行っていた。

【０００５】また従来、上記資料をアタッチメント交換
現場で入手できない場合は、オペレータが各部寸法を人
手によって測定するようにしており、何らかの簡単な手
法による測定装置が要望されていた。

【０００６】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、バケットアタッチメントの形状寸法に関する
数値データを簡単な手法で正確に測定できる建設機械の
アタッチメント数値データ測定方法を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明では、作業機に
取り付けられるアタッチメントが交換可能な建設機械に
おいて、基準となるアタッチメントの寸法形状に関する
数値データを予め記憶し、基準となるアタッチメントお
よび交換用アタッチメントを所定の同じ測定用姿勢にし
たときのこれら各アタッチメントの所定部位の測定デー
タの差と、前記記憶した数値データとに基づいて交換用
アタッチメントの寸法形状に関する数値データを演算す
るようにしている。

【０００８】

【作用】かかる発明によれば、アタッチメントとして基
準となる基準となるアタッチメントを設定し、該基準と
なるアタッチメントの各部の寸法形状に関する数値デー
タを予め設定登録しておく。

【０００９】また、アタッチメント交換に際し、基準と
なるアタッチメントおよび交換用アタッチメントを所定
の同じ測定用姿勢にし、該測定用姿勢にしたときのこれ
ら各アタッチメントの所定部位の測定データの差を求め
る。そして、これらの差データと前記登録記憶された数
値データに基づいて交換用アタッチメントの寸法形状に
関する数値データを求める。

【００１０】

【実施例】以下この発明を添付図面に示す実施例に従っ
て詳細に説明する。

【００１１】図２は、この発明を適用する油圧パワーシ
ョベルを示すもので、１はブーム、２はアーム、３はバ
ケット、４はブーム角センサ、５はアーム角センサ、６
はバケット角センサ、７は車体本体である。この油圧シ
ョベルは、バケットアタッチメント３を交換できるもの
とする。

【００１２】図３は、ブーム１の回動中心を原点Ｏとし
たｘｙ座標系に上記パワーショベルの作業機を位置させ
たときの簡略図形を示すもので、Ａはアーム２の回動中
心、Ｂはバケット３の回動中心、Ｃ（Ｘ，Ｙ）はバケッ
ト刃先位置、θBはブーム角、θAはアーム角、θBKはバ
ケット角、φは刃先角、δは対地角、Ｌ1はブーム長、
Ｌ2はアーム長、Ｌ3はバケットリスト半径である。

【００１３】ここで、以下の実施例においては、バケッ
トアタッチメント交換の際、図４に示すように、リスト
半径Ｌ3、刃先角φ、ランドセル角ψの３つの形状パラ
メータを測定し、該測定したデータを登録記憶するもの
とする。ランドセル角ψはバケットとアームの連結２点
Ａ，Ｂを結ぶ線分と、点Ｂと刃先を結ぶ線分との成す角
として定義される。

【００１４】上記３つの形状パラメータのうちリスト半
径Ｌ3を演算するためには、バケット刃先位置Ｃ（Ｘ，
Ｙ）が必要となり、また刃先角φ、ランドセル角ψを演
算するためには対地角δが必要となる。

【００１５】バケット刃先位置Ｃ（Ｘ，Ｙ）は、周知の
ように、上記各作業機角度θB、θA、θBK及び各作業機
長さＬ1〜Ｌ3が判れば、以下のようにその値を決定する
ことができる。

【００１６】 Ｃ（Ｘ，Ｙ）＝ｆ1（θB，θA，θBK，Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3） …（１） また、対地角δは、各作業機角度θB、θA、θBKと刃先
角φが判れば、以下のようにその値を知ることができ
る。

【００１７】 δ＝ｆ2（θB，θA，θBK，φ） …（２） 図１は、この発明の実施例についてその制御系の構成を
示すもので、ブーム角センサ４、アーム角センサ５及び
バケット角センサ６の各検出出力θB，θA，θBKはコン
トローラ２０に入力されている。

【００１８】コントローラ２０はデータメモリ２１を有
し、このデータメモリ２１には各種の形状、大きさを有
するバケットアタッチメントの基準となるバケットに関
する上記３つの形状パラメータ値（リスト半径Ｌ3c、刃
先角φc、ランドセル角ψc）がそれぞれ予め記憶されて
いる。

【００１９】コントローラ２０には上記（１）及び
（２）式に対応する演算処理手順が予め記憶されてお
り、上記各角度センサ４〜６の検出出力を用いてバケッ
ト刃先位置Ｃ（Ｘ，Ｙ）又は対地角δを演算する。な
お、この場合はバケット交換を想定しているので、上記
（１）式においてブーム長Ｌ1、アーム長Ｌ2は固定と
し、バケットリスト半径Ｌ3はデータメモリ２１に記憶
されている基準値Ｌ3cを用いるものとする。

【００２０】また、上記（２）式で用いる刃先角φとし
ては、データメモリ２１に記憶されている基準値φcを
用いるものとする。

【００２１】データ教示指令入力部３０は、リスト半径
測定用の２つのスイッチ３１，３２、刃先角測定用の２
つのスイッチ３３，３４、ランドセル角測定用の２つの
スイッチ３５，３６を具えている。基準ＳＷ側の３つの
スイッチは、アタッチメント交換前に投入されるべきも
ので、また交換ＳＷ側の３つのスイッチはアタッチメン
ト交換後に投入されるものである。

【００２２】以下、バケットアタッチメントの交換の
際、交換されたバケットの各形状データを求める際の手
順について説明する。

【００２３】まず、形状データのうちリスト半径を求め
る際の手順について、図５および図６を用いて説明す
る。

【００２４】最初に、基準となるバケットを、図６
（ａ）に示すように、リスト半径測定用姿勢にする。す
なわち、バケット上面が鉛直方向に一致するようし、か
つその刃先が地面（水平面を想定している）に当接する
ようにする。この姿勢にする際には、バケットとアーム
を連結する２点Ａ，ＢのうちＢ点に重り４０をロープで
吊り下げることにより、鉛直方向を知るようにすればよ
い。

【００２５】次に、オペレータは基準となるバケットを
上記リスト半径測定用姿勢にした状態で、データ教示指
令入力部３０のリスト半径用基準となるＳＷ３１を投入
する（ステップ１００）。

【００２６】コントローラ２０は、リスト半径用基準と
なるＳＷ３１の投入を検知すると（ステップ１１０）、
バケット刃先のｙ方向（高さ方向）の位置Ｙcを演算す
る（ステップ１２０）。該演算された高さ位置Ｙcは、
基準となるバケットが正確に測定用姿勢に位置されてい
れば、０位置のはずである。

【００２７】次に、バケットを所望のものに交換し（ス
テップ１３０）、該交換したバケットの姿勢を、図６
（ｂ）に示すように、その上面が鉛直方向に一致し、か
つその刃先が地面に当接する、前記リスト半径測定用姿
勢にする。図６（ｂ）の場合は、基準となるバケットよ
りリスト半径が長いバケットに交換する場合を想定して
おり（交換バケットのリスト半径；Ｌ3r）、図６（ｂ）
に破線で示すものが基準となるバケットである。次に、
オペレータは交換バケットを上記リスト半径測定用姿勢
にした状態で、データ教示指令入力部３０のリスト半径
用交換ＳＷ３２を投入する（ステップ１４０）。

【００２８】コントローラ２０は、該スイッチ３２の投
入を検知すると（ステップ１５０）、前記と同様にして
バケット刃先の高さ位置Ｙrを演算する。ここで、バケ
ットはそのリスト半径が長いものに交換されたが、コン
トローラ２０において行う前述の（１）式の演算におい
ては、そのリスト半径値Ｌ3は基準となるバケットのリ
スト半径値Ｌ3cのままである。したがって、この際の演
算で求まるバケット刃先の高さ位置Ｙrは地表面から、
交換バケットのリスト半径Ｌ3rと基準となるバケットの
リスト半径Ｌ3cの差ΔＬ3（＝（Ｌ3r−Ｌ3c））だけ上
昇した位置となる。

【００２９】すなわち、 Ｙr＝Ｙc＋（Ｌ3r−Ｌ3c） …（３） の関係式が成立し、 この式から、求めたい交換バケットのリスト半径Ｌ3rは Ｌ3r＝Ｌ3c＋（ＹrーＹc） …（４） となる。

【００３０】したがって、コントローラ２０では、先の
（１）式に従ってバケット刃先の高さＹrを求めた後、
先の（４）式を用いて交換バケットのリスト半径Ｌ3rを
求める（ステップ１６０、１７０）。そして、このよう
にして求めたリスト半径Ｌ3rを登録記憶し、該記憶した
リスト半径Ｌ3rを、その後の自動掘削時の軌跡演算や干
渉防止の際のバケット位置計算に用いるようにする。

【００３１】このような処理をバケットが交換される度
に実行する（ステップ１８０）。

【００３２】なお、上記説明のように、ステップ１００
〜１２０の手順を実施して基準となるバケットのバケッ
ト刃先の高さ位置Ｙcをその都度求めるようにしたほう
が、作業エリアの傾斜や凹凸などの条件を相殺して交換
バケットのリスト半径を正確に求めることができるが、
上記値Ｙcを予め所定値（上記測定姿勢の場合は例えば
０）に設定登録しておき、ステップ１００〜１２０の手
順を省略するようにしてもよい。

【００３３】また、上記実施例では、バケット刃先位置
を演算してバケットのリスト半径を求めるようにした
が、アーム先端のｙ座標を演算することによりバケット
のリスト半径を求めるようにしてもよく、さらにはバケ
ットに関する所定の部位の位置で有れば他の任意の位置
を採用することができる。

【００３４】次に、バケットの形状データのうち刃先角
を求める際の手順について、図７および図８を用いて説
明する。

【００３５】まず、基準となるバケット（刃先角φc）
を、図８（ａ）に示すような、刃先角測定用姿勢にす
る。すなわち、この刃先角測定用姿勢においてはバケッ
ト底面を地表面に完全に接触させるようにする。次に、
オペレータは基準となるバケットを上記刃先角測定用姿
勢にした状態で、データ教示指令入力部３０の刃先角用
基準となるＳＷ３３を投入する（ステップ２００）。

【００３６】コントローラ２０は、刃先角基準となる用
ＳＷ３３の投入を検知すると（ステップ２１０）、この
状態における対地角δcを前記（２）式に従って演算す
る（ステップ２２０）。該演算された対地角δcは、基
準となるバケットが正確に測定用姿勢に位置されていれ
ば、０゜のはずである。

【００３７】次に、バケットを所望のものに交換し（ス
テップ２３０）、該交換したバケットの姿勢を、図８
（ｂ）に示すように、バケット底面が地表面に完全に接
触されている刃先角測定用姿勢にする。この場合、交換
するバケットの刃先角をφrとする。

【００３８】図８（ｂ）の場合は、基準となるバケット
より刃先角が小さいバケットに交換する場合を想定して
おり、図８（ｂ）に破線で示すものが基準となるバケッ
トである。

【００３９】次に、オペレータは交換するバケットを上
記刃先角測定用姿勢にした状態で、データ教示指令入力
部３０の刃先角用交換ＳＷ３４を投入する（ステップ２
４０）。

【００４０】コントローラ２０は、該スイッチ３４の投
入を検知すると（ステップ２５０）、前記同様にしてこ
の状態での対地角δrを演算する。ここで、バケットは
その刃先角が小さいものに交換されたが、コントローラ
２０において行う前述の（２）式の演算においては、そ
の刃先角値φは基準となるバケットの刃先角値φcのま
まである。

【００４１】したがって、この際の演算で求まる対地角
δrは、基準となるバケットの際の対地角δcに、交換バ
ケットの刃先角φrと基準となるバケットの刃先角φcの
差（φr−φc）だけ加えた角度となる。

【００４２】すなわち、 δr＝δc＋（φr−φc） …（５） の関係式が成立し、 この式から、求めたい交換バケットの刃先角φrは φr＝φc＋（δrーδc） …（６） となる。

【００４３】したがって、コントローラ２０では、バケ
ットの対地角δrを求めた後、先の（２）式を用いて交
換バケットの刃先角φrを求める（ステップ２６０、２
７０）。そして、このようにして求めた刃先角φrを登
録記憶し、該記憶した刃先角φrを、その後の自動掘削
時の軌跡演算や干渉防止の際のバケット位置計算に用い
るようにする。

【００４４】このような処理をバケットが交換される度
に実行する（ステップ２８０）。

【００４５】なお、この図７のフローチャートにおいて
も、先の図５のフローチャートと同様、ステップ２００
〜２２０の手順を省略するようにしてもよい。

【００４６】次に、バケットの形状データのうちランド
セル角ψを求める際の手順について、図９および図１０
を用いて説明する。但し、この際、基準となるバケット
と交換バケットの刃先角φcは一定とし、ランドセル角
ψのみが異なるとする。

【００４７】まず、基準となるバケット（ランドセル角
ψc）を、図１０（ａ）に示すような、ランドセル角測
定用姿勢にする。すなわち、このランドセル角測定用姿
勢においては、バケットとアームを連結する２点Ａ，Ｂ
が鉛直線に一致するようにする。鉛直線を知るために
は、前記同様にして、Ｂ点にロープを介して重りを吊り
下げるようにすればよい。なお、このランドセル角測定
用の姿勢として、バケットの上面が水平になるような姿
勢を採用するようにしてもよい。

【００４８】次に、オペレータは基準となるバケットを
上記ランドセル角測定用姿勢にした状態で、データ教示
指令入力部３０のランドセル角用基準ＳＷ３５を投入す
る（ステップ３００）。

【００４９】コントローラ２０は、ランドセル角用基準
となるＳＷ３５の投入を検知すると（ステップ３１
０）、この状態における対地角δcを前記（２）式に従
って演算する（ステップ３２０）。この（２）式の演算
の際は、勿論基準となるバケットの刃先角値φcを用い
ている。

【００５０】次に、バケットを所望のものに交換し（ス
テップ３３０）、該交換したバケットの姿勢を、図１０
（ｂ）に示すように、２点Ａ，Ｂが鉛直線に一致するラ
ンドセル角測定用姿勢にする。

【００５１】図１０（ｂ）の場合は、基準となるバケッ
トよりランドセル角が小さいバケットに交換する場合を
想定しており、図１０（ｂ）に破線で示すものが基準と
なるバケットである。

【００５２】次に、オペレータは交換バケットを上記ラ
ンドセル角測定用姿勢にした状態で、データ教示指令入
力部３０のランドセル角用交換ＳＷ３６を投入する（ス
テップ３４０）。

【００５３】コントローラ２０は、該スイッチ３６の投
入を検知すると（ステップ３５０）、前記同様にして、
この状態での対地角δrを先の（２）式を用いて演算す
る（ステップ３６０）。ここで、この場合基準となるバ
ケットと交換バケットの刃先角φcは変化してはいない
が、図１０（ａ）（ｂ）を比較すれば判るように、これ
ら両バケットのランドセル角の変化は、バケット角θBK
の変化となって現れる。すなわち、ランドセル角の変化
分（ψr−ψc）はバケット角の変化分（θBK−θBK´）
に対応する。

【００５４】したがって、上記ステップ３６０の演算で
求められる対地角δrは、基準となるバケットの際の対
地角δcに、交換バケットのランドセル角ψrと基準とな
るバケットのランドセル角ψcの差（ψr−ψc）だけ加
えた角度となる。

【００５５】すなわち、 δr＝δc＋（θBK´−θBK） δr＝δc＋（ψr−ψc） …（７） の関係式が成立し、この式から、求めたい交換バケット
のランドセル角ψrは ψr＝ψc＋（δrーδc） …（８） となる。

【００５６】したがって、コントローラ２０では、交換
バケットの対地角δrを求めた後、（８）式を用いて交
換バケットのランドセル角ψrを求めるようにする（ス
テップ３７０）。そして、このようにして求めたランド
セル角ψrを登録記憶し、該記憶したランドセル角ψr
を、その後の自動掘削時の軌跡演算や干渉防止の際のバ
ケット位置計算に用いるようにする。

【００５７】このような処理をバケットが交換される度
に実行する（ステップ３８０）。

【００５８】なお、この図９のフローチャートにおいて
も、先の図５または図７のフローチャートと同様、ステ
ップ３００〜３２０の手順を省略するようにしてもよ
い。

【００５９】なお、上記実施例では、バケットアタッチ
メントの形状寸法に関する数値データとして、リスト半
径、刃先角、ランドセル角を測定するようにしたが、バ
ケットに関する他の任意の数値データを測定するように
してもよい。また、バケットアタッチメントに限らず、
ブレーカ、破砕機などのアタッチメント形状に関する数
値データを測定するようにしてもよい。

【００６０】さらに、ブーム、アームを交換可能な油圧
ショベルにおいては、これらブームやアームの長さなど
の数値データを上記した本発明の測定方式を用いて計測
するようにしてもよい。、ところで、上記実施例では、
通常のパワーショベルに本発明を適用するようにした
が、オフセット機構（弓状に曲がっているブームの屈曲
部位より先の部分が紙面に垂直な方向に回転できる機
構）を有するパワーショベル、２ピースブーム型のパワ
ーショベル、さらにはホイールローダに本発明を適用す
るようにしてもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
以下のような優れた効果を奏する。

【００６２】(1)アタッチメントの具体的数値データを
持っていなくてもアタッチメント交換時に交換するアタ
ッチメントの数値データを簡単且つ正確に測定すること
ができる。

【００６３】(2)煩雑な数値入力等の作業が不要であ
り、また数値データの入力ミス等をなくすことができ、
自動掘削や干渉防止などの機能を安全かつ有効に活用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すブロック図。

【図２】パワーショベルの外観的構成を示す図。

【図３】パワーショベルの各種寸法を示す図。

【図４】実施例において測定する各種数値データを示す
図。

【図５】リスト半径を測定するための手順を示すフロー
チャート。

【図６】リスト半径を測定するための姿勢などを示す
図。

【図７】刃先角を測定するための手順を示すフローチャ
ート。

【図８】刃先角を測定するための姿勢などを示す図。

【図９】ランドセル角を測定するための手順を示すフロ
ーチャート。

【図１０】ランドセル角を測定するための姿勢などを示
す図。

【符号の説明】

１…ブーム ２…アーム ３…バケット ４…ブーム角センサ ５…アーム角センサ ６…バケット角センサ ７…車体本体 ２０…コントローラ ２１…データメモリ ３０…データ教示指令入力部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業機に取り付けられるアタッチメントが
   交換可能な建設機械において、 基準となるアタッチメントの寸法形状に関する数値デー
   タを予め記憶し、基準となるアタッチメントおよび交換
   用アタッチメントを所定の同じ測定用姿勢にしたときの
   これら各アタッチメントの所定部位の測定データの差
   と、前記記憶した数値データとに基づいて交換用アタッ
   チメントの寸法形状に関する数値データを演算するよう
   にしたことを特徴とする建設機械のアタッチメント数値
   データ測定方法。
2. 【請求項２】前記アタッチメントはバケットであり、前
   記数値データは、バケットのリスト半径であり、前記測
   定データはバケットの所定部位の高さ位置である請求項
   １記載の建設機械のアタッチメント数値データ測定方
   法。
3. 【請求項３】前記アタッチメントはバケットであり、前
   記数値データはバケットの刃先角であり、前記測定デー
   タはバケットの対地角である請求項１記載の建設機械の
   アタッチメント数値データ測定方法。
4. 【請求項４】前記アタッチメントはバケットであり、前
   記数値データはバケットのランドセル角であり、前記測
   定データはバケットの対地角である請求項１記載の建設
   機械のアタッチメント数値データ測定方法。