JPH09105155A - 建設機械の姿勢安定度算出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より緻密な演算により転倒モーメントと安定
モーメントを演算し、より正確な建設機械の姿勢安定度
を算出する装置を提供すること 【解決手段】 ブームシリンダ４のボトム圧力と、ブー
ムシリンダ４が旋回体２の旋回面となす角度と、フロン
ト機構３の総重量と、走行体１の重量および重心位置情
報と、旋回体２の重量および重心位置情報と、転倒支点
位置情報と、支軸５の位置情報と、ブームシリンダ４の
端部位置情報と、ブームシリンダ４のピストン面積情報
とにより、フロント機構３の重心位置を演算し、この重
心位置に基づいてフロント機構３による転倒支点まわり
の転倒モーメントを演算し、走行体１と旋回体２からな
る本体による転倒支点まわりの安定モーメントを演算
し、転倒モーメントと安定モーメントを比較して姿勢安
定度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベルや油圧ク
レーン等の建設機械の姿勢の安定度を算出する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば油圧ショベルを例に説明する。油
圧ショベルは、図２に示す通り、走行体１、旋回体２お
よびフロント機構３を有し、フロント機構３の先端に取
り付けられた作業部材、例えばバケット１０等の操作に
よって各種の作業を行うことができる。この時、フロン
ト機構３を水平方向に長く延ばしたり、フロント機構３
の先端部に取り付けられた作業部材等が重い場合には、
油圧ショベル本体の姿勢の安定度が悪くなる。

【０００３】特公平４−６３９３４号公報の装置では、
油圧ショベル本体の転倒モーメントと安定モーメントを
演算し、それらの演算結果を比較し、安定度が悪くなっ
た場合はオペレータに余裕度をもって警報を発して知ら
せ、これにより未然に油圧ショベル本体の転倒を防止し
ている。しかしながら、特公平４−６３９３４号公報の
装置では、転倒モーメントと安定モーメントの演算にお
いて、すなわち姿勢の安定度の算出において、ブームや
アームや作業部材等のすべての構成要素の長さ、重量、
重心位置を予め設定しておかなければならず、多機種、
特殊アタッチメントへの対応が困難となる問題が生じ
る。さらに、ユーザがアタッチメントの交換を行った場
合の対応も困難となる。また、フロント機構の姿勢を検
出するためにブームとアームの連結点等に角度検出器も
必要とする。しかし、油圧ショベルを運搬する場合、過
積載対策としてユーザがフロント機構を分解して運搬
し、運搬後ユーザが組み立て直す場合があり、この時、
角度検出器の破損、接続不良と言った問題が発生するこ
ともある。

【０００４】特開平６−４２０１４号公報の装置はこれ
らの問題を次のようにして解決している。ブームシリン
ダの負荷圧力とブームの角度とに対応するブームの持ち
上げ可能モーメントの複数の値を予め第１の記憶部に記
憶するとともに、油圧ショベル本体の転倒支点に応じた
安定モーメントを第２の記憶部に予め記憶しておき、ブ
ームシリンダの負荷圧力の検出値とブームの角度の検出
値とに基づいて第１の記憶部からブームの持ち上げ可能
モーメントを求め、このモーメントから油圧ショベルに
作用する転倒モーメントを導き出し、この転倒モーメン
トを第２の記憶部の安定モーメントと比較し油圧ショベ
ルの姿勢の安定度を算出している。そして、その比較値
が油圧ショベルを転倒させる恐れのある値に近づいた場
合はオペレータに余裕度をもって警報を発して知らせ、
未然に油圧ショベルの転倒を防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この特開平６
−４２０１４の装置は、転倒モーメントをブームの支軸
まわりのモーメントで近似しているため、より正確な転
倒モーメントを導き出していない。特に、ブームの支軸
と転倒モーメントの転倒支点との水平距離が大きくなっ
た場合、転倒モーメントを実際より大きく評価してしま
う。

【０００６】本発明の目的は、上記の問題点を解決する
ため、より緻密な演算により転倒モーメントと安定モー
メントを演算し、より正確な建設機械の姿勢安定度を算
出する装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】実施の形態の図１および
図２に対応づけて本発明を説明する。上記目的を達成す
るために、請求項１の建設機械の姿勢安定度算出装置
は、走行体１と、走行体１に支持され旋回することが可
能な旋回体２と、旋回体２に支軸５により支持され取り
付けられたフロント機構３と、一端が旋回体２に取り付
けられ、もう一方の端がフロント機構３に取り付けら
れ、フロント機構３を旋回体２の旋回面に鉛直な面内に
おいて回動させるように作動する油圧シリンダ４とを設
けた建設機械の姿勢安定度算出装置に適用される。そし
て、油圧シリンダ４の少なくともボトム圧力を検出する
圧力検出手段１０１、１０２と、油圧シリンダ４が旋回
体の旋回面となす角度を検出する角度検出手段１０３
と、記憶手段１２１〜１２４と、演算手段１１１〜１１
９と、比較手段１３１とを備える。記憶手段１２１〜１
２４には、フロント機構３の総重量、走行体１の重量お
よび重心位置情報、旋回体２の重量および重心位置情
報、転倒支点位置情報、支軸５位置情報、油圧シリンダ
４の旋回体側に取り付けられた一端とフロント機構３側
に取り付けられた他の一端の位置情報、および油圧シリ
ンダのピストン面積情報がそれぞれ記憶され、演算手段
１１１〜１１９は、圧力検出手段１０１と角度検出手段
１０３により検出されたそれぞれの値と、記憶手段１２
１〜１２４に記憶されたそれぞれの情報から、フロント
機構３の重心位置を演算し、この重心位置に基づいてフ
ロント機構３による転倒支点まわりの転倒モーメントを
演算し、走行体１と旋回体２からなる本体による転倒支
点まわりの安定モーメントとを演算する。比較手段１３
１は、演算手段１１１〜１１９により求められたフロン
ト機構３による転倒支点まわりの転倒モーメントと、走
行体１と旋回体２からなる本体による転倒支点まわりの
安定モーメントとを比較しその比較結果を出力する。請
求項２の姿勢安定度算出装置は、請求項１の姿勢安定度
算出装置に適用され、本体の水平面に対する傾きを検出
する傾斜検出手段１０５をさらに備え、演算手段１１
５、１１６、１１７、１１９は傾斜検出手段により検出
された値により補正演算をする。請求項３の姿勢安定度
算出装置は、請求項１の姿勢安定度算出装置に適用さ
れ、走行体１と旋回体２の旋回角を検出する旋回角検出
手段１０６をさらに備え、演算手段１１８は旋回角検出
手段１０６により検出された値により補正演算をする。
請求項４の姿勢安定度算出装置は、請求項１の姿勢安定
度算出装置に適用され、支軸５に作用する力を検出する
力検出手段１０４をさらに備え、演算手段１１９は圧力
検出手段１０１、１０２と角度検出手段１０３と力検出
手段１０４のそれぞれの検出値からフロント機構３の総
重量を演算する。

【０００８】なお、本発明の構成を説明している上記課
題を解決するための手段の項では、分かりやすく説明す
るため実施の形態の図に対応づけて説明したが、これに
より本発明が実施の形態に限定されるものではない。

【０００９】

【実施の形態】図１〜図５を用いて実施の形態を説明す
る。なお、図２の油圧ショベルを建設機械の一例として
以下説明する。油圧ショベルは従来の技術で説明したよ
うに、走行体１と、この走行体１に支持された旋回体２
と、旋回体２に支軸５で回動可能に取り付けられたフロ
ント機構３より構成される。フロント機構３はブームシ
リンダ４の作動により支軸５を中心に、旋回体の旋回面
に対する鉛直面内において回動する。ブームシリンダ４
はボトム支軸６で旋回体２に、ロッド支軸７でフロント
機構３に連結している。フロント機構３は、ブーム８お
よびブーム８より先に取り付くもの、例えばアーム９や
バケット１０等すべてを含んだものである。

【００１０】図１は本実施の形態のブロック図である。
図１において、制御装置２００は第１の演算部１１１〜
第９の演算部１１９、第１の記憶部１２１〜第４の記憶
部１２４および比較部１３１からなり、具体的には不図
示のＣＰＵおよびその周辺回路で構成される。ブームシ
リンダボトム圧力センサ１０１は、ブームシリンダ４の
ボトム側油圧配管に取り付けられ、ブームシリンダ４の
ボトム圧力を検出し、その検出値を第１および第９の演
算部１１１、１１９に送る。ブームシリンダロッド圧力
センサ１０２は、ブームシリンダ４のロッド側油圧配管
に取り付けられ、ブームシリンダ４のロッド圧力を検出
し、その検出値を第１および第９の演算部１１１、１１
９に送る。ブームシリンダ角度検出センサ１０３は、ボ
トム支軸６にとりつけられたポテンションメータによ
り、ブームシリンダ４の旋回体２の旋回面に対する垂直
方向の角度を検出し、その検出値を第１および第９の演
算部１１１、１１９に送る。力検出センサ１０４は、支
軸５に取り付けられたピン型ロードセル（ＸＹ２軸検
出）により支軸５に作用する力を検出し、その検出値を
第９の演算部１１９に送る。本体傾斜検出センサ１０５
は、旋回体２内部に取り付けられた傾斜計により本体
（走行体１および旋回体２）のフロント機構３方向の水
平面に対する傾斜角を検出し、その検出値を第５、第
６、第７および第９演算部１１５、１１６、１１７、１
１９に送る。旋回体旋回角検出センサ１０６は、走行体
１と旋回体２の旋回機構に取り付けられたアブソリュー
ト型のエンコーダにより走行体１に対する旋回体２の旋
回角を検出し、その検出値を第８の演算部１１８に送
る。

【００１１】第１の記憶部１２１には、第９の演算部１
１９により演算されたフロント機構３の総重量が記憶さ
れる。第２の記憶部１２２には、予め走行体１および旋
回体２の重量と重心位置が記憶されている。第３の記憶
部１２３には、走行体１に存在する複数の転倒支点位置
が記憶されている。第４の記憶部１２４には、ブームシ
リンダ４のボトム室側ピストン面積およびロッド室側ピ
ストン面積と、支軸５とボトム支軸６とロッド支軸７の
位置関係情報が記憶されている。

【００１２】第１の演算部１１１は、ブームシリンダボ
トム圧力センサ１０１と、ブームシリンダロッド圧力セ
ンサ１０２と、ブームシリンダ角度検出センサ１０３と
で検出されたそれぞれの値と、第４の記憶部１２４から
送られてくるブームシリンダ４のボトム室側ピストン面
積およびロッド室側ピストン面積と、支軸５とボトム支
軸６とロッド支軸７の位置関係情報の値とから、ブーム
シリンダ４によりフロント機構３を押し上げようとする
支軸５まわりのモーメントを演算する。このモーメント
はフロント機構３の重力による支軸５まわりのモーメン
トと釣り合っているため、この値をフロント機構３の重
力による支軸５まわりのモーメントとして第２の演算部
１１２に送出する。

【００１３】第９の演算部１１９は、ブームシリンダボ
トム圧力センサ１０１と、ブームシリンダロッド圧力セ
ンサ１０２と、力検出センサ１０４と、本体傾斜検出セ
ンサ１０５とで検出されたそれぞれの値と、第４の記憶
部１２４から送られてくるブームシリンダ４のボトム室
側ピストン面積およびロッド室側ピストン面積と、支軸
５とボトム支軸６とロッド支軸７の位置関係情報の値と
から、フロント機構３の総重量を演算して第１の記憶部
１２１に送出する。

【００１４】第２の演算部１１２は、第１の記憶部１２
１から送られてくるフロント機構３の総重量の値と、第
１の演算部１１１から送られてくるフロント機構３の重
力による支軸５まわりのモーメントの値から、フロント
機構３の重心位置を演算し第３の演算部１１３に送出す
る。

【００１５】第５の演算部１１５は、第４の記憶部１２
４に記憶された支軸５の位置を本体傾斜検出センサ１０
５で検出された値により補正演算し、第３の演算部１１
３に送出する。

【００１６】第６の演算部１１６は、第２の記憶部１２
２に記憶された走行体１および旋回体２の重心位置を本
体傾斜検出センサ１０５で検出された値により補正演算
し、第４の演算部１１４に送出する。

【００１７】第８の演算部１１８は、第３の記憶部１２
３に記憶された転倒支点位置を旋回体旋回角検出センサ
１０６で検出された値により決定し、第７の演算部１１
７に送出する。

【００１８】第７の演算部１１７は、第８の演算部１１
８から送られてくる旋回体の旋回角の値により決定され
た転倒支点位置を本体傾斜検出センサ１０５で検出され
た値により補正演算し、第３の演算部１１３と第４の演
算部１１４に送出する。

【００１９】第３の演算部１１３は、第１の記憶部１２
１から送られてくるフロント機構３の総重量と、第２の
演算部から送られてくるフロント機構の重心位置と、第
５の演算部から送られてくる本体傾斜角の値により補正
された支軸５の位置と、第７の演算部１１７から送られ
てくる旋回体の旋回角の値と本体傾斜角の値により補正
された転倒支点位置の値から、フロント機構３による転
倒支点まわりの転倒モーメントを演算し、比較部１３１
に送出する。

【００２０】第４の演算部１１４は、第２の記憶部１２
２から送られてくる走行体１および旋回体２の重量と、
第６の演算部１１６から送られてくる本体傾斜角の値に
より補正された走行体１および旋回体２の重心位置と、
第７の演算部１１７から送られてくる旋回体の旋回角の
値と本体傾斜角の値により補正された転倒支点位置の値
から、本体（走行体１および旋回体２）による転倒支点
まわりの安定モーメントを演算し、比較部１３１に送出
する。

【００２１】比較部１３１は、第３の演算部１１３から
送られてくるフロント機構３による転倒支点まわりの転
倒モーメントと、第４の演算部１１４から送られてくる
本体（走行体１および旋回体２）による転倒支点まわり
の安定モーメントの比を取り、安定度を算出し出力す
る。

【００２２】このようにして、油圧ショベルの姿勢の安
定度を算出することができる。次に、上記説明した演算
内容について、図３〜図５を用いてさらに詳しく説明す
る。

【００２３】図３はフロント機構３とブームシリンダ４
をモデル化した図である。図３において、座標系ＸＹは
油圧ショベルを中心に考えた座標で、旋回体２が旋回す
る旋回中心軸をＹ軸とし、走行体１の最下面にあり旋回
中心軸と原点Ｏで直交しフロント機構の向いている方向
をＸ軸としたものである。旋回中心軸と旋回面とは互い
に直角の関係にあるので、旋回面と走行体１の最下面す
なわちＸ軸とは平行関係にある。また、座標系Ｘ’Ｙ’
は、座標系ＸＹの原点Ｏと同じ原点を持つ水平面を基準
とした座標である。すなわち、原点Ｏを通りフロント機
構が向いている方向で水平面に平行な軸をＸ’軸、水平
面に鉛直な軸をＹ’としたものである。座標系ＸＹと座
標系Ｘ’Ｙ’との傾きθｔは油圧ショベルが水平面に対
してθｔ傾いていることを示し、図３においてはフロン
ト機構の方向を向いて油圧ショベル本体が水平面に対し
て下向きに傾いていることを示している。ここで、 Ｌｒ：支軸５とロッド支軸７間の距離 Ｓｂ：ブームシリンダ４のボトム室側ピストン面積 Ｓｒ：ブームシリンダ４のロッド室側ピストン面積 Ｐｂ：ブームシリンダ４のボトム圧力 Ｐｒ：ブームシリンダ４のロッド圧力 θｓ：ブームシリンダ４のＸ軸となす角度 θｂ：支軸５とロッド支軸７を結ぶ線がＸ軸となす角度 θｔ：油圧ショベル本体の水平面に対する傾斜角度 θｖ：ブームシリンダ４の推力の向きと支軸５、７を結
ぶ線分Ｌｒに垂直な直線とのなす角度 Ｆ ：ブームシリンダ４の推力 Ｗ ：フロント機構３の総重量 Ｎ ：支軸５に作用する力 ５ ：支軸５の位置 ６ ：ボトム支軸６の位置 ７ ：ロッド支軸７の位置 Ｇ ：フロント機構３の重心位置 Ｒ ：転倒支点位置 である。以下各位置データは、前記座標系とあわせて、
各成分を例えば５ｘ、５ｙ、５ｘ’、５ｙ’、Ｇｘ’、
Ｇｙ’の様に記述し、また、ベクトル量である力データ
を成分で示す際も、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｎｘ’、Ｎｙ’の様に
記述する。

【００２４】水平面を基準とする座標系Ｘ’Ｙ’におい
て、まず、支軸５まわりのモーメントは釣り合っている
ため次の式（１）が得られる。式（１）左辺の第１項は
ブームシリンダ４によりフロント機構３を押し上げよう
として作用するモーメントであり、第２項はフロント機
構３の重力により作用するモーメントである。

【数１】 ｜Ｆ｜・ｃｏｓ（θｖ）・Ｌｒ＋Ｗｙ’・（Ｇｘ’−５ｘ’）＝０・・（１） ここで｜Ｆ｜は、次の式（２）で表され、

【数２】 ｜Ｆ｜＝ｎ・（Ｐｂ・Ｓｂ−Ｐｒ・Ｓｒ） ・・・・・・・・・・・・（２） ｎ：ブームシリンダ４の本数 θｖは、次の式（３）で表される。

【数３】 θｖ＝９０゜＋θｂ−θｓ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３） θｂとθｓには、次の式（４）の関係があり、

【数４】 ｔａｎ（θｓ）＝（Ｌｒ・ｓｉｎ（θｂ）＋（５ｙ−６ｙ））／ （Ｌｒ・ｃｏｓ（θｂ）−（６ｘ−５ｘ）） ・・・（４） また、ロッド支軸７の位置は、支軸５を中心として半径
Ｌｒの円とボトム支軸６を通過し傾きθｓの直線の交点
で、かつ、支軸５とボトム支軸６を通過する直線に対し
正領域、すなわち図３では右上に存在する。したがっ
て、Ｐｂ、Ｐｒ、θｓがそれぞれのセンサにより検出さ
れ、ｎ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｌｒ、支軸５および支軸６の位置
情報が記憶部に記憶されているので、式（１）の第１
項、すなわちブームシリンダ４によりフロント機構３を
押し上げようとする支軸５まわりのモーメントを求める
ことができる。このモーメントはフロント機構３の重力
によるモーメントと釣り合っているため、式（１）左辺
第２項すなわちフロント機構３の重力によるモーメント
を、式（１）より求めることができる（第１の演算部１
１１）。

【００２５】式（１）左辺第２項のＷｙ’は、水平面を
基準とする座標系Ｘ’Ｙ’の鉛直方向の成分であるた
め、フロント機構３の総重量Ｗそのものであり、図３に
おける重力Ｗである。この重力ＷはＸ’軸（水平軸）に
垂直な方向を向いている。フロント機構３の総重量Ｗは
後述する第９の演算部で演算され、演算された値が第１
の記憶部１２１に記憶されている。このフロント機構３
の総重量Ｗと上記第１の演算部１１１の結果から、（Ｇ
ｘ’−５ｘ’）すなわちフロント機構３の重心位置を求
めることができる（第２の演算部１１２）。

【００２６】次に、フロント機構３による転倒支点Ｒま
わりのモーメントＭｔは次の式（５）で表され、

【数５】 Ｍｔ＝（Ｇｘ’−Ｒｘ’）・Ｗｙ’ ・・・・・・・・・・・・・・・（５） これを変形すると、

【数６】 Ｍｔ＝｛（Ｇｘ’−５ｘ’）−（Ｒｘ’−５ｘ’）｝・Ｗｙ’ ・・・（６） となる。

【００２７】ここで、本体の傾斜角度すなわち座標系Ｘ
Ｙと座標系Ｘ’Ｙ’のなす角度θｔが小さくて、Ｒｘ＝
Ｒｘ’、５ｘ＝５ｘ’とみなすことができれば、式
（６）は、

【数７】 Ｍｔ＝（（Ｇｘ’−５ｘ’）−（Ｒｘ−５ｘ））・Ｗｙ’ ・・・・・（７） で表される。（Ｇｘ’−５ｘ’）は上記第２の演算部１
１２により求まっており、Ｒｘは第３の記憶部に記憶さ
れており、５ｘは第４の記憶部に記憶されており、Ｗ
ｙ’は上記の通り第１の記憶部に記憶されているので、
式（７）によりフロント機構３による転倒支点Ｒまわり
のモーメントＭｔを求めることができる（第３の演算部
１１３）。このモーメントＭｔは、フロント機構３の重
力による転倒モーメントである。

【００２８】なお、本体の傾斜角度が無視できない場合
は、支軸５および転倒支点Ｒの座標軸ＸＹにおける座標
値を時計回りにθｔ回転させる一次変換により座標軸
Ｘ’Ｙ’における座標値を求めることができ、

【数８】 ５ｘ’＝ｃｏｓ（θｔ）・５ｘ＋ｓｉｎ（θｔ）・５ｙ ・・・・・・（８） となり、θｔが検出されれば支軸５の位置の補正演算が
できる（第５の演算部１１５）。同様にして、

【数９】 Ｒｘ’＝ｃｏｓ（θｔ）・Ｒｘ＋ｓｉｎ（θｔ）・Ｒｙ ・・・・・・（９） となる（第７の演算部１１７）。これらの値を、式
（６）の（Ｒｘ’−５ｘ’）項に代入すると、

【数１０】 Ｍｔ＝｛（Ｇｘ’−５ｘ’）−（ｃｏｓ（θｔ）・（Ｒｘ−５ｘ） ＋ｓｉｎ（θｔ）・（Ｒｙー５ｙ））｝・Ｗｙ’ ・・・・・（１０ ） となる。（Ｇｘ’−５ｘ’）は上記第２の演算部１１２
により求まっており、Ｒｘ、Ｒｙは第３の記憶部に記憶
されており、５ｘ、５ｙは第４の記憶部に記憶されてお
り、Ｗｙ’は上記の通り第１の記憶部に記憶されている
ので、式（１０）により本体の傾斜角度θｔが無視でき
ない場合のフロント機構３による転倒支点Ｒまわりの転
倒モーメントＭｔを求めることができる（第３の演算部
１１３）。

【００２９】次に、第４図に本体（走行体１および旋回
体２）部分をモデル化した図を示す。ここで、 Ｈ ：走行体１の重心位置 Ｊ ：旋回体２の重心位置 Ｉ ：走行体１の総重量 Ｋ ：旋回体２の総重量 である。水平面を基準とする座標系Ｘ’Ｙ’において、
本体（走行体１および旋回体２）による転倒支点Ｒまわ
りの安定モーメントＭａは、次の式（１１）により表さ
れる。

【数１１】 Ｍａ＝（Ｒｘ’−Ｈｘ’）・Ｉｙ’＋（Ｒｘ’−Ｊｘ’）・Ｋｙ’・・（１１ ） Ｉｙ’、Ｋｙ’は重力を表しているので、Ｉ＝Ｉｙ’、
Ｋ＝Ｋｙ’である。ここで、本体の傾斜角度が小さく、
Ｒｘ＝Ｒｘ’、Ｈｘ＝Ｈｘ’、Ｊｘ＝Ｊｘ’とみなすこ
とができれば、式（１１）は

【数１２】 Ｍａ＝（Ｒｘ−Ｈｘ）・Ｉｙ’＋（Ｒｘ−Ｊｘ）・Ｋｙ’ ・・・・・（１２ ） で表され、Ｒｘは第３の記憶部、Ｈｘ、Ｊｘ、Ｉ（＝Ｉ
ｙ’）、Ｋ（＝Ｋｙ’）は第２の記憶部に記憶されてい
るので、式（１２）より本体（走行体１および旋回体
２）による転倒支点Ｒまわりの安定モーメントＭａを求
めることができる（第４の演算部１１４）。

【００３０】なお、本体の傾斜角度が無視できない場合
は、上記第５の演算部１１５と同様にして、

【数１３】 Ｈｘ’＝ｃｏｓ（θｔ）・Ｈｘ＋ｓｉｎ（θｔ）・Ｈｙ ・・・・・（１３）

【数１４】 Ｊｘ’＝ｃｏｓ（θｔ）・Ｊｘ＋ｓｉｎ（θｔ）・Ｊｙ ・・・・・（１４） となる（第６の演算部１１６）。Ｒｘ’は式（９）の通
りであるので、これらの式を式（１１）に代入し、第３
の記憶部に記憶されているＲｘ、第２の記憶部に記憶さ
れているＨｘ、Ｊｘ、Ｉ（＝Ｉｙ’）、Ｋ（＝Ｋｙ’）
とから、本体の傾斜角度θｔが無視できない場合の、本
体による転倒支点ＲまわりのモーメントＭａを求めるこ
とができる（第４の演算部１１４）。

【００３１】次に、図５に走行体１と転倒支点の関係を
示す。走行体１は、走行体フレーム１ｃと左右のクロー
ラ１ａおよび１ｂで構成され、走行体１が走行面と接す
る面は点ａ、ｂ、ｃ、ｄを結ぶ四角形である。そのた
め、フロント機構３の方向によって転倒する方向は、旋
回中心Ｏと点ｅを結ぶ方向、旋回中心Ｏと点ｆを結ぶ方
向、旋回中心Ｏと点ｇを結ぶ方向、旋回中心Ｏと点ｈを
結ぶ方向の４方向のいずれしか取り得ず、転倒支点はそ
れぞれｅ、ｆ、ｇ、ｈで代表することができる。したが
って、フロント機構３の方向により転倒支点および転倒
支点までの距離を下記の通りに決定し（第８の演算部１
１６）、その値を上記転倒モーメントおよび安定モーメ
ントを求める式に代入して、フロント機構３の各位置に
おける転倒モーメントおよび安定モーメントを演算す
る。ここで、 θｈ１：フロント機構３方向が旋回中心Ｏと点ａを結ぶ
線に一致する時の旋回角 θｈ２：フロント機構３方向が旋回中心Ｏと点ｂを結ぶ
線に一致する時の旋回角 θｈ３：フロント機構３方向が旋回中心Ｏと点ｃを結ぶ
線に一致する時の旋回角 θｈ４：フロント機構３方向が旋回中心Ｏと点ｄを結ぶ
線に一致する時の旋回角 と定義し、転倒支点Ｒの位置および転倒支点までの距離
Ｒｘを、旋回角θｈが ０ ≦ θｈ ＜ θｈ１ の時、転倒支点は点ｅ
Ｒｘ＝Ｒｌ θｈ１ ≦ θｈ ＜ θｈ２ の時、転倒支点は点ｆ
Ｒｘ＝Ｒｍｉｎ θｈ２ ≦ θｈ ＜ θｈ３ の時、転倒支点は点ｇ
Ｒｘ＝Ｒｌ θｈ３ ≦ θｈ ＜ θｈ４ の時、転倒支点は点ｈ
Ｒｘ＝Ｒｍｉｎ θｈ４ ≦ θｈ ＜ ３６０゜の時、転倒支点は点ｅ
Ｒｘ＝Ｒｌ とする。したがって、転倒支点Ｒの情報、すなわちｅ、
ｆ、ｇ、ｈ、Ｒｌ、Ｒｍｉｎの情報が記憶部（第３の記
憶部１２３）に記憶されているので、旋回体２の旋回角
が検出できれば、転倒支点Ｒを求めることができる（第
８の演算部１１８）。また、走行体の形状が正方形に近
く、θｈにより転倒支点Ｒと旋回中心Ｏの距離の変化が
小さい場合など、θｈにより転倒支点位置を補正しなく
てもよい場合は、全てのθｈで転倒支点Ｒと旋回中心Ｏ
の距離が最小値となるＲｍｉｎを演算に使用してもよ
い。

【００３２】次に、第１の記憶部に記憶するフロント機
構３の総重量Ｗを求めるため、図３での力の釣り合いを
考える。ブームシリンダ４の推力Ｆ、フロント機構３の
総重量Ｗ、支軸５に作用する力Ｎは釣り合っているた
め、次の式（１５）が得られる。

【数１５】 Ｆ＋Ｗ＋Ｎ＝０ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１５） Ｗは重量であり水平面を基準とする座標系Ｘ’Ｙ’にお
けるＷｙ’と等しいので座標系Ｘ’Ｙ’で考えると、式
（１６）が得られる。

【数１６】 Ｆｙ’＋Ｗｙ’＋Ｎｙ’＝０ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１６） これより、次の式（１７）が得られる。

【数１７】 Ｗｙ’＝−（Ｆｙ’＋Ｎｙ’） ・・・・・・・・・・・・・・・・（１７） ここで、本体の傾斜角度、すなわち座標系ＸＹと座標系
Ｘ’Ｙ’のなす角θｔが小さく、Ｆｙ＝Ｆｙ’、Ｎｙ＝
Ｎｙ’とみなすことができれば、

【数１８】 Ｆｙ＝｜Ｆ｜・ｓｉｎ（θｓ） ・・・・・・・・・・・・・・・・（１８） であるので、

【数１９】 Ｗｙ’＝−（｜Ｆ｜・ｓｉｎ（θｓ）＋Ｎｙ） ・・・・・・・・・（１９） となる。Ｎｙは、支軸５に取り付けられたピン型ロード
セル（ＸＹ２軸検出）のＹ軸側の出力より得ることがで
き、これにより、フロント機構３の総重量Ｗｙ’を演算
することができる（第９の演算部１１９）。

【００３３】次に、本体の傾斜角度が無視できない場合
は、

【数２０】 Ｆｙ’＝｜Ｆ｜・ｓｉｎ（θｓ−θｔ） ・・・・・・・・・・・・（２０） および、支軸５に作用する力Ｎの座標軸Ｙ’成分を上記
第５の演算部１１５と同様に次式（２０）のとおり求
め、

【数２１】 Ｎｙ’＝ｃｏｓ（θｔ）・Ｎｙ＋ｓｉｎ（θｔ）・Ｎｘ ・・・・・（２１） これらの式を式（１７）に代入して演算することによ
り、フロント機構３の総重量Ｗｙ’を求めることができ
る（第９の演算部１１９）。ここで、Ｎｘはピン型ロー
ドセル（ＸＹ２軸検出）のＸ軸側の出力より得ることが
できる。

【００３４】以上のようにして、本実施の形態の姿勢安
定度算出装置は、ブームシリンダ４のボトム圧力および
ロッド圧力と、ブームシリンダ４が旋回体２の旋回面と
なす角度と、フロント機構３の重量が支軸５に作用する
力と、本体の水平面に対する傾斜角と、旋回体２の旋回
角とをそれぞれのセンサで検出し、検出された値と、記
憶部に記憶されている走行体１の重量および重心位置情
報と、旋回体２の重量および重心位置情報と、転倒支点
位置情報と、支軸５の位置情報と、ブームシリンダ４の
端部位置情報とにより、フロント機構３による走行体１
に転倒支点まわりの正確な転倒モーメントおよび走行体
１と旋回体２からなる本体による転倒支点まわりの正確
な安定モーメントとを演算し、両者を比較して正確な姿
勢安定度を算出する。

【００３５】以上の本実施の形態では、ブームシリンダ
４のボトム圧力とロッド圧力を検出しているが、ロッド
圧力がタンク圧力と近似できる場合はボトム圧力のみの
検出でもよい。また、フロント機構すなわち旋回体の旋
回角により転倒支点位置を決定し、その決定された転倒
支点までの距離のみをモーメントの演算に反映させてい
るが、フロント機構の重心位置や各要素の位置情報も、
旋回角に応じて決定された転倒支点に対応づけて補正演
算することも可能である。また、支軸５に作用する力を
力検出センサ１０４で検出しブームシリンダ４の圧力等
の検出値によりフロント機構の総重量を演算で求めてい
るが、フロント機構の総重量を予め記憶部に記憶してお
いてもよいし、またデータ入力装置を設けオペレータが
入力できるようにしてもよい。

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成して
いるので、次のような効果を奏する。請求項１の姿勢安
定度算出装置では、フロント機構の重心位置を演算し、
この重心位置に基づいて転倒支点まわりの転倒モーメン
トを正確に演算し、この正確な転倒モーメントと別途演
算された安定モーメントとを比較しているので正確な姿
勢安定度を算出することができる。請求項２の姿勢安定
度算出装置では、本体の水平面に対する傾斜検出手段を
さらに備え、転倒モーメントと安定モーメントの演算に
おける本体の傾斜による影響を補正しているため、傾斜
地においてもより正確な姿勢安定度を算出することがで
きる。請求項３の姿勢安定度算出装置では、旋回体の旋
回角検出手段をさらに備え、旋回体が向く方向によって
転倒支点が異なっても異なった転倒支点に応じて転倒モ
ーメントと安定モーメントの演算を行うため、旋回体の
どの位置においてもより正確な姿勢安定度を算出するこ
とができる。請求項４の姿勢安定度算出装置では、フロ
ント機構の支軸に作用する力を検出する力検出手段をさ
らに備え、フロント機構の総重量およびフロント機構に
作用する外力を自動的に演算しているため、ユーザーが
フロント機構のアッタチメントを交換してもその都度ア
タッチメント等の重量に関するデータを入力し直す必要
はなく、多機種あるいは特殊なアッタチメントを使用時
でも容易に正確な姿勢安定度を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のブロック図である。

【図２】建設機械の一例の油圧ショベルの側面図であ
る。

【図３】フロント機構とブームシリンダをモデル化した
図である。

【図４】建設機械の本体部分をモデル化した図である。

【図５】走行体と転倒支点の関係図である。

【符号の説明】

１ 走行体 １ａ、１ｂ クローラ １ｃ 走行体フレーム ２ 旋回体 ３ フロント機構 ４ ブームシリンダ ５ 支軸 ６ ボトム支軸 ７ ロッド支軸 ８ ブーム ９ アーム １０ バケット １０１ ブームシリンダボトム圧力センサ １０２ ブームシリンダロッド圧力センサ １０３ ブームシリンダ角度検出センサ １０４ 力検出センサ １０５ 本体傾斜検出センサ １０６ 旋回角検出センサ １１１〜１１９ 演算部 １２１〜１２４ 記憶部 １３１ 比較部 ２００ 制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行体と、 前記走行体に支持され旋回することが可能な旋回体と、 前記旋回体に支軸により支持され取り付けられたフロン
   ト機構と、 一端が前記旋回体に取り付けられ、もう一方の端が前記
   フロント機構に取り付けられ、前記フロント機構を旋回
   体の旋回面に鉛直な面内において回動させるように作動
   する油圧シリンダとを設けた建設機械の姿勢安定度算出
   装置において、 前記油圧シリンダの少なくともボトム圧力を検出する圧
   力検出手段と、 前記油圧シリンダが前記旋回体の旋回面となす角度を検
   出する角度検出手段と、 前記フロント機構の総重量、前記走行体の重量および重
   心位置情報、前記旋回体の重量および重心位置情報、転
   倒支点位置情報と、前記支軸位置情報、前記油圧シリン
   ダの旋回体側に取り付けられた一端とフロント機構側に
   取り付けられた他の一端の位置情報、および前記油圧シ
   リンダのピストン面積情報をそれぞれ記憶する記憶手段
   と、 前記圧力検出手段と前記角度検出手段により検出された
   それぞれの値と前記記憶手段に記憶されたそれぞれの情
   報から、前記フロント機構の重心位置を演算し、この重
   心位置に基づいて前記フロント機構による前記転倒支点
   まわりの転倒モーメントを演算し、さらに前記走行体と
   前記旋回体からなる本体の前記転倒支点まわりの安定モ
   ーメントを演算する演算手段と、 前記演算手段により求められた前記転倒モーメントと前
   記安定モーメントとを比較し、その比較結果を出力する
   比較手段とを備えたことを特徴とする建設機械の姿勢安
   定度算出装置。
2. 【請求項２】 前記本体の水平面に対する傾きを検出す
   る傾斜検出手段をさらに備え、前記演算手段は前記傾斜
   検出手段により検出された値により補正演算をすること
   を特徴とする請求項１記載の建設機械の姿勢安定度算出
   装置。
3. 【請求項３】 前記走行体と前記旋回体の旋回角を検出
   する旋回角検出手段をさらに備え、前記演算手段は前記
   旋回角検出手段により検出された値により補正演算をす
   ることを特徴とする請求項１記載の建設機械の姿勢安定
   度算出装置。
4. 【請求項４】 前記支軸に作用する力を検出する力検出
   手段をさらに備え、前記演算手段は前記圧力検出手段と
   前記角度検出手段と前記力検出手段のそれぞれの検出値
   から前記フロント機構の総重量を演算することを特徴と
   する請求項１記載の建設機械の姿勢安定度算出装置。