WO2023100620A1 - 作業機械のためのシステム、方法、及び作業機械 - Google Patents

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WO2023100620A1
WO2023100620A1 PCT/JP2022/042062 JP2022042062W WO2023100620A1 WO 2023100620 A1 WO2023100620 A1 WO 2023100620A1 JP 2022042062 W JP2022042062 W JP 2022042062W WO 2023100620 A1 WO2023100620 A1 WO 2023100620A1
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WO
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center
gravity
parameter
gravity position
controller
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PCT/JP2022/042062
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French (fr)
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将也 木村
剛宏 柴田
貴聖 松井
智揮 平山
洋祐 山越
遼平 菊澤
Original Assignee
株式会社小松製作所
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Publication date
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    • E02F9/2004—Control mechanisms, e.g. control levers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/412—Excavators

Definitions

  • the present invention relates to systems, methods, and working machines for working machines.
  • a known technique is to calculate the position of the center of gravity of the entire work machine and determine the possibility of the work machine overturning.
  • a lumped mass point model is used as a calculation model for determining the center-of-gravity position of a hydraulic excavator.
  • the lumped mass model considers the mass to be concentrated at the center of gravity of each excavator component.
  • a hydraulic excavator includes a boom, an arm, a bucket, a revolving body, and a traveling body.
  • the center-of-gravity position of the hydraulic excavator is determined by synthesizing the center-of-gravity position of the boom, the center-of-gravity position of the arm, the center-of-gravity position of the bucket, the center-of-gravity position of the revolving body, and the center-of-gravity position of the traveling body.
  • the excavator bucket may be replaced with another type of attachment.
  • the counterweight of the rotating body may be replaced with one of a different specification.
  • the center-of-gravity position of the component after replacement changes from the center-of-gravity position of the component before replacement. Therefore, it becomes difficult to accurately calculate the position of the center of gravity of the entire work machine.
  • a system is a system for a work machine having multiple components including a first portion.
  • the system includes a storage device, an input device, and a controller.
  • the storage device stores the center-of-gravity position of each of the plurality of components.
  • the input device receives input of a first parameter for determining the center-of-gravity position of the first portion.
  • the controller calculates the center-of-gravity position of the entire work machine based on the center-of-gravity positions of the plurality of components.
  • the controller sets the center-of-gravity position of the first portion using the first parameter when the input device inputs the first parameter.
  • the controller sets the center-of-gravity position of the entire work machine based on the center-of-gravity positions of the plurality of components including the set center-of-gravity position of the first portion.
  • a method is a method for controlling a work machine having a plurality of components including a first portion.
  • the method includes acquiring the center-of-gravity position of each of a plurality of component parts, calculating the center-of-gravity position of the entire work machine based on the center-of-gravity positions of the plurality of component parts, and inputting a first accepting input of a first parameter for determining the position of the center of gravity of the portion; setting the position of the center of gravity of the first portion using the first parameter when the first parameter is input by the input device; setting the center-of-gravity position of the entire work machine based on the center-of-gravity positions of the plurality of components including the center-of-gravity position of the first portion.
  • a work machine includes a plurality of components, a storage device, an input device, and a controller.
  • the plurality of component parts includes a first part.
  • the storage device stores the center-of-gravity position of each of the plurality of components.
  • the input device receives input of a first parameter for determining the center-of-gravity position of the first portion.
  • the controller calculates the center-of-gravity position of the entire work machine based on the center-of-gravity positions of the plurality of components.
  • the controller sets the center-of-gravity position of the first portion using the first parameter when the first parameter is input by the input device.
  • the controller sets the center-of-gravity position of the entire working machine based on the center-of-gravity positions of the plurality of components including the set center-of-gravity position of the first portion.
  • the first parameter of the replaced first portion is input via the input device, thereby setting the center-of-gravity position of the first portion. be. Then, based on the set center-of-gravity position of the first portion, the center-of-gravity position of the entire working machine is calculated. As a result, even after the first component is replaced, the center-of-gravity position of the entire work machine can be calculated with high accuracy.
  • FIG. 1 is a side view of a working machine according to an embodiment;
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a control system for a working machine;
  • FIG. It is a figure which shows the structure of a working machine typically.
  • 4 is a flowchart showing processing for calculating the center-of-gravity position of the entire working machine;
  • FIG. 4 is a diagram showing the positions of the center of gravity of multiple components of the work machine; It is a figure which shows an example of the setting screen of an attachment. It is a figure which shows an example of the setting screen of an arm. It is a figure which shows an example of the setting screen of a boom.
  • FIG. 1 is a side view of a working machine according to an embodiment;
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a control system for a working machine;
  • FIG. It is a figure which shows the structure of a working machine typically.
  • 4 is a flowchart showing processing for calculating the center-of-gravity position of
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a setting screen for a revolving body; It is a figure which shows an example of the setting screen of a moving body. It is a figure which shows an example of specification data. It is a figure which shows the calculation method of the fall margin. It is a figure which shows an example of the screen which shows the possibility of falling. It is a figure which shows an example of the setting screen of the attachment which concerns on a modification. It is a figure which shows an example of the setting screen of a boom and an arm which concerns on a modification.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a setting screen for a revolving body and a traveling body according to a modification;
  • FIG. 1 is a side view of a work machine 1 according to an embodiment.
  • a working machine 1 includes a vehicle body 2 and a working machine 3 .
  • the vehicle body 2 includes a revolving body 4 and a traveling body 5 .
  • the revolving body 4 is rotatably supported with respect to the traveling body 5 .
  • An operator's cab 6 is arranged in the revolving body 4 .
  • a counterweight 7 is attached to the revolving body 4 .
  • the revolving body 4 includes a drive source 11 and a hydraulic pump 12 .
  • the drive source 11 is, for example, an internal combustion engine. However, the drive source 11 may be an electric motor or a hybrid mechanism of an engine and an electric motor.
  • the hydraulic pump 12 is driven by the drive source 11 and discharges hydraulic oil.
  • the work machine 1 has a swing motor 13 . Hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 1224 is supplied to the swing motor 13 . Thereby, the turning motor 13 turns the turning body 4 .
  • Running body 5 includes crawler belts 14 . The work machine 1 travels as the crawler belt 14 rotates.
  • the work machine 3 is attached to the vehicle body 2.
  • the working machine 3 is operable with respect to the vehicle body 2 .
  • Work implement 3 includes boom 15 , arm 16 , and attachment 17 .
  • Boom 15 is rotatably attached to vehicle body 2 via boom pin 18 .
  • Arm 16 is rotatably attached to boom 15 via arm pin 19 .
  • Attachment 17 is rotatably attached to arm 16 via attachment pin 20 .
  • the work machine 3 includes a boom cylinder 21, an arm cylinder 22, and an attachment cylinder 23.
  • the boom cylinder 21, the arm cylinder 22, and the attachment cylinder 23 are hydraulic cylinders, respectively.
  • the boom cylinder 21 , the arm cylinder 22 and the attachment cylinder 23 are driven by hydraulic fluid from the hydraulic pump 12 .
  • the boom 15 is operated by the expansion and contraction of the boom cylinder 21 .
  • the arm 16 operates.
  • the attachment 17 is operated by the extension and contraction of the attachment cylinder 23 .
  • FIG. 2 is a block diagram showing the control system 10 of the work machine 1.
  • the control system 10 includes an operating device 31 , an input device 32 and a display 33 .
  • the operating device 31 , the input device 32 and the display 33 are arranged in the driver's cab 6 .
  • the operation device 31 is a device for operating the working machine 3 , the revolving body 4 , and the traveling body 5 .
  • the operation device 31 receives an operator's operation for driving the working machine 3, the revolving body 4, and the traveling body 5, and outputs an operation signal according to the operation.
  • the operating device 31 includes, for example, levers, pedals, switches, and the like.
  • the input device 32 receives an operator's operation for setting the control of the working machine 1, and outputs an operation signal according to the operation.
  • Input device 32 is, for example, a touch screen.
  • input device 32 may include a lever or switch.
  • the display 33 displays an image according to the command signal input to the display 33 .
  • the display 33 displays a screen for setting the control of the work machine 1 .
  • the control system 10 includes a controller 30 and a storage device 36.
  • Controller 30 is programmed to control work machine 1 based on the acquired data.
  • the controller 30 includes a processor 34 such as a CPU (Central Processing Unit), and a memory 35 such as RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory).
  • the storage device 36 includes a semiconductor memory, hard disk, or the like. Storage device 36 is an example of a recording medium readable by non-transitory controller 30 .
  • the storage device 36 stores programs and data for controlling the work machine 1 .
  • the controller 30 acquires operation signals from the operation device 31 and the input device 32 .
  • the controller 30 controls the working machine 3, the revolving body 4, and the traveling body 5 based on the operation signal.
  • the control system 10 includes a vehicle body position sensor 41.
  • a vehicle body position sensor 41 detects the position of the vehicle body 2 .
  • a vehicle body position sensor 41 is arranged on the revolving body 4 .
  • the vehicle body position sensor 41 is, for example, a position sensor using GNSS (Global Navigation Satellite System).
  • the vehicle body position sensor 41 detects the position of the revolving superstructure 4 in the reference coordinate system.
  • the reference coordinate system has an origin OW (see FIG. 5) outside the work machine 1, and is a coordinate system following the world geodetic system, for example.
  • the controller 30 acquires position data indicating the position of the revolving structure 4 from the vehicle body position sensor 41 .
  • the control system 10 has a vehicle body direction sensor 42 .
  • the vehicle body direction sensor 42 is attached to the revolving body 4 .
  • a vehicle body direction sensor 42 detects the direction of the revolving structure 4 .
  • the vehicle body direction sensor 42 is, for example, an inertial measurement unit (IMU).
  • IMU inertial measurement unit
  • the vehicle body direction sensor 42 detects the yaw angle, roll angle, and pitch angle of the revolving body 4 as the directions of the components.
  • the controller 30 acquires direction data indicating the direction of the revolving structure 4 from the vehicle body direction sensor 42 .
  • the control system 10 includes a turning angle sensor 46 , a boom angle sensor 47 , an arm angle sensor 48 and an attachment angle sensor 49 .
  • the turning angle sensor 46 detects the turning angle of the turning body 4 with respect to the traveling body 5 .
  • the controller 30 calculates the orientation of the traveling structure 5 from the orientation of the revolving structure 4 and the turning angle of the revolving structure 4 .
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the working machine 1.
  • a boom angle sensor 47 detects a boom angle ⁇ 1.
  • a boom angle ⁇ 1 indicates an inclination angle of the boom 15 with respect to the revolving body 4 .
  • An arm angle sensor 48 detects an arm angle ⁇ 2.
  • An arm angle ⁇ 2 indicates the tilt angle of the arm 16 with respect to the boom 15 .
  • An attachment angle sensor 49 detects an attachment angle ⁇ 3.
  • An attachment angle ⁇ 3 indicates the angle of inclination of the attachment 17 with respect to the arm 16 .
  • the attachment angle sensor 49 is, for example, a stroke sensor.
  • An attachment angle sensor 49 detects the stroke amount of the attachment cylinder 23 .
  • the controller 30 calculates the attachment angle ⁇ 3 from the stroke amount.
  • the arm angle sensor 48 and boom angle sensor 47 are, for example, IMUs. Alternatively, the arm angle sensor 48 and the boom angle sensor 47 may be stroke sensors. Attachment angle sensor 49 may be an IMU.
  • the boom angle sensor 47, the arm angle sensor 48, and the attachment angle sensor 49 may be angle sensors that directly detect the boom angle ⁇ 1, the arm angle ⁇ 2, and the attachment angle ⁇ 3, respectively.
  • the controller 30 uses the turning angle sensor 46, the boom angle sensor 47, the arm angle sensor 48, and the attachment angle sensor 49 to determine the turning angle, the boom angle ⁇ 1, the arm angle ⁇ 2, and the attachment angle ⁇ 3. Get data.
  • FIG. 4 is a flow chart showing processing for calculating the center-of-gravity position of the entire work machine 1 .
  • step S1 the controller 30 acquires position data.
  • the controller 30 acquires the position of the revolving superstructure 4 on the reference coordinate system from the position data.
  • step S2 the controller 30 acquires direction data.
  • the controller 30 acquires the orientation of the revolving superstructure 4 from the orientation data.
  • step S3 the controller 30 acquires angle data.
  • the controller 30 acquires the swing angle, the boom angle ⁇ 1, the arm angle ⁇ 2, and the attachment angle ⁇ 3 from the angle data.
  • step S4 the controller 30 acquires dimension data.
  • the dimension data indicates the dimension of each component for calculating the center-of-gravity position of the working machine 1 as a whole.
  • the dimension data includes, for example, boom length L1, arm length L2, and attachment length L3.
  • Boom length L1 is the length between boom pin 18 and arm pin 19 .
  • Arm length L2 is the length between arm pin 19 and attachment pin 20 .
  • the attachment length is the length between the attachment pin 20 and the tip P ⁇ b>1 of the attachment 17 .
  • the dimensional data are stored in the storage device 36 .
  • the controller 30 acquires dimensional data from the storage device 36 .
  • step S5 the controller 30 acquires the center-of-gravity position of the component.
  • FIG. 5 is a diagram showing the positions of the center of gravity of a plurality of components of work machine 1.
  • the storage device 36 stores the center-of-gravity position G1 of the revolving structure 4, the center-of-gravity position G2 of the traveling structure 5, the center-of-gravity position G3 of the boom 15, the center-of-gravity position G4 of the arm 16, and the center-of-gravity position G5 of the attachment 17.
  • the center-of-gravity position G1 of the revolving body 4 is represented by the coordinate system of the revolving body 4 .
  • the coordinate system of the revolving body 4 is a coordinate system fixed to the revolving body 4 and has an origin O1 on the revolving body 4 .
  • the center-of-gravity position G2 of the traveling body 5 is represented by the coordinate system of the traveling body 5 .
  • the coordinate system of the running body 5 is a coordinate system fixed to the running body 5 and has an origin O2 on the running body 5 .
  • the center-of-gravity position G3 of the boom 15 is expressed in the coordinate system of the boom 15.
  • a coordinate system of the boom 15 is a coordinate system fixed to the boom 15 and has an origin O3 at the boom 15 .
  • the center-of-gravity position G4 of the arm 16 is represented by the coordinate system of the arm 16.
  • a coordinate system of the arm 16 is a coordinate system fixed to the arm 16 and has an origin O4 at the arm 16 .
  • a center-of-gravity position G5 of the attachment 17 is represented by the coordinate system of the attachment 17 .
  • a coordinate system of the attachment 17 is a coordinate system fixed to the attachment 17 and has an origin O5 at the attachment 17 .
  • the controller 30 obtains the center-of-gravity positions G1-G5 of each component from the storage device .
  • the controller 30 acquires the weight of the component.
  • the storage device 36 stores the weight of the revolving structure 4 , the weight of the traveling structure 5 , the weight of the boom 15 , the weight of the arm 16 and the weight of the attachment 17 .
  • Controller 30 obtains the weight of each component from storage device 36 .
  • step S7 the controller 30 acquires a coordinate transformation matrix.
  • the controller 30 acquires the transformation matrix of the revolving body 4 , the transformation matrix of the traveling body 5 , the transformation matrix of the boom 15 , the transformation matrix of the arm 16 , and the transformation matrix of the attachment 17 .
  • the transformation matrix of the revolving body 4 is a transformation matrix from the coordinate system of the revolving body 4 to the reference coordinate system.
  • the transformation matrix of the running body 5 is a transformation matrix from the coordinate system of the running body 5 to the coordinate system of the revolving body 4 .
  • the transformation matrix of the boom 15 is a transformation matrix from the coordinate system of the boom 15 to the coordinate system of the revolving structure 4 .
  • a transformation matrix of the arm 16 is a transformation matrix from the coordinate system of the arm 16 to the coordinate system of the boom 15 .
  • a transformation matrix of the attachment 17 is a transformation matrix from the coordinate system of the attachment 17 to the coordinate system of the arm 16 .
  • the transformation matrix of each component changes according to the posture of each component.
  • the storage device 36 stores the positions of the origins O1-O5 of the coordinate system of the rotating body 4, the coordinate system of the traveling body 5, the coordinate system of the boom 15, the coordinate system of the arm 16, and the coordinate system of the attachment 17.
  • the controller 30 calculates the transformation matrix of each component based on the positional relationship of the origins O1-O5 of each coordinate system, the above-described dimension data, position data, direction data, and angle data.
  • step S8 the controller 30 calculates the center-of-gravity position G0 of the work machine 1 as a whole.
  • the controller 30 calculates the center-of-gravity position G0 of the work machine 1 as a whole based on the center-of-gravity positions G1 to G5, the weights, and the transformation matrix of each component.
  • the controller 30 first transforms the position of the center of gravity of each component into the reference coordinate system using the following equations (1) to (5).
  • world P upper world T upper upper P (1)
  • world P under world T upper upper T under under P
  • world P boom world T upper upper T boom boom P
  • world P arm world T upper upper T boom boom T arm P (4)
  • world P attachment world T upper upper T boom boom T arm T attachment attachment P (5)
  • World P upper indicates the center-of-gravity position G1 of the revolving body 4 in the reference coordinate system.
  • Upper P indicates the center-of-gravity position G1 of the revolving body 4 in the coordinate system of the revolving body 4 .
  • world T upper indicates a transformation matrix from the coordinate system of the revolving body 4 to the reference coordinate system.
  • World P under indicates the center-of-gravity position G2 of the traveling body 5 in the reference coordinate system.
  • Upper T under indicates a transformation matrix from the coordinate system of the traveling body 5 to the coordinate system of the revolving body 4 .
  • under P indicates the center-of-gravity position G2 of the running body 5 in the coordinate system of the running body 5 .
  • world P boom indicates the center-of-gravity position G3 of the boom 15 in the reference coordinate system.
  • upper T boom indicates a transformation matrix from the coordinate system of the boom 15 to the coordinate system of the revolving structure 4 .
  • boom P indicates the center-of-gravity position G3 of the boom 15 in the coordinate system of the boom 15 .
  • a world P arm indicates the center-of-gravity position G4 of the arm 16 in the reference coordinate system.
  • boom T arm indicates a transformation matrix from the arm 16 coordinate system to the boom 15 coordinate system.
  • arm P indicates the center-of-gravity position G4 of the arm 16 in the coordinate system of the arm 16;
  • attachment P indicates the center-of-gravity position G5 of the attachment 17 in the reference coordinate system.
  • arm T attachment indicates a transformation matrix from the coordinate system of attachment 17 to the coordinate system of arm 16 .
  • attachment P indicates the center-of-gravity position G5 of the attachment 17 in the coordinate system of the attachment 17;
  • controller 30 calculates the center-of-gravity position G0 of the entire work machine 1 using the following equation (6).
  • world P all ( world P upper mass upper + world P under mass under + world P boom mass boom + world P arm mass arm + world P attachment mass attachment ) / mass all (6)
  • World Pall indicates the center-of-gravity position G0 of the entire work machine 1 in the reference coordinate system.
  • mass upper indicates the weight of the revolving body 4;
  • mass under indicates the weight of the traveling body 5;
  • mass boom indicates the weight of the boom 15;
  • mass arm indicates the weight of the arm 16;
  • mass attachment indicates the weight of the attachment 17;
  • mass all indicates the weight of the working machine 1 as a whole.
  • step S9 the controller 30 determines whether a parameter has been input via the input device 32.
  • the input device 32 receives input of parameters for determining the center-of-gravity position of each component.
  • the controller 30 causes the display 33 to display the setting screens shown in FIGS.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the setting screen 51 of the attachment 17.
  • FIG. A plurality of types of the attachment 17 are displayed on the setting screen 51 of the attachment 17 .
  • a plurality of types of attachments 17 indicates types of attachments 17 having different dimensions and/or weights or functions.
  • the operator uses the input device 32 to select the type of attachment 17 after replacement.
  • the controller 30 acquires the selected type of attachment 17 as a parameter of the center-of-gravity position G5 of the attachment 17 .
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the setting screen 52 of the arm 16.
  • FIG. A plurality of types of arms 16 are displayed on the arm 16 setting screen 52 . Multiple types of arms 16 refer to multiple types of arms 16 with different dimensions and/or weights.
  • the operator uses the input device 32 to select the type of arm 16 after replacement.
  • the controller 30 acquires the selected type of the arm 16 as a parameter of the center-of-gravity position G4 of the arm 16 .
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the setting screen 53 of the boom 15.
  • FIG. A plurality of types of booms 15 are displayed on the setting screen 53 of the boom 15 .
  • Multiple types of booms 15 refer to multiple types of booms 15 with different dimensions and/or weights.
  • the controller 30 acquires the selected type of boom 15 as a parameter of the center-of-gravity position G3 of the boom 15 .
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the setting screen 54 of the revolving body 4.
  • a plurality of types of the counterweight 7 are displayed on the setting screen 54 of the revolving body 4 .
  • a plurality of types of counterweights 7 indicates a plurality of types of counterweights 7 having different dimensions and/or weights.
  • the operator uses the input device 32 to select the type of counterweight 7 after replacement.
  • the controller 30 acquires the selected type of the counterweight 7 as a parameter of the center-of-gravity position G1 of the revolving superstructure 4 .
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the setting screen 55 of the moving object 5.
  • FIG. A plurality of types of crawler belts 14 are displayed on the setting screen 55 of the traveling body 5 .
  • Multiple types of tracks 14 refer to multiple types of tracks 14 that differ in size and/or weight.
  • the controller 30 acquires the selected type of crawler belt 14 as a parameter of the center-of-gravity position G2 of the traveling body 5 .
  • step S10 the controller 30 updates the center-of-gravity position of the component for which the parameter is input.
  • the worker selects the bucket B using the input device 32 on the setting screen 51 of the attachment 17 .
  • the storage device 36 stores specification data for each type of attachment 17 .
  • the specification data 56 includes a plurality of types of attachments 17 and the dimensions and weights of the attachments 17 corresponding to each of the plurality of types.
  • the dimensions of the attachment 17 include, for example, the attachment length L3 mentioned above.
  • the controller 30 updates the dimensional data and weight of the attachment 17 with the dimensions and weight corresponding to the selected type.
  • the controller 30 also updates the center-of-gravity position G5 of the attachment 17 with the updated dimension data and weight of the attachment 17 .
  • the storage device 36 stores the specification data of each of the rotating body 4, the traveling body 5, the boom 15, and the arm 16 for the rotating body 4, the traveling body 5, the boom 15, and the arm 16.
  • the specification data of the revolving body 4 includes a plurality of types of counterweights 7 and the dimensions and weights of the counterweights 7 corresponding to each of the plurality of types.
  • the controller 30 updates the center-of-gravity position G1 of the revolving structure 4 with the dimensional data and weight of the selected counterweight 7.
  • the specification data of the running body 5 includes multiple types of the running body 5 and the dimensions and weights of the running body 5 corresponding to each of the multiple types.
  • controller 30 updates center-of-gravity position G ⁇ b>2 of traveling body 5 with the dimensional data and weight of selected crawler belt 14 .
  • the specification data of the boom 15 includes multiple types of booms 15 and the dimensions and weights of the booms 15 corresponding to each of the multiple types.
  • the controller 30 updates the center-of-gravity position G3 of the boom 15 based on the dimension data and weight of the selected boom 15.
  • the specification data of the arm 16 includes multiple types of the arm 16 and the dimensions and weight of the arm 16 corresponding to each of the multiple types.
  • the controller 30 updates the center-of-gravity position G4 of the arm 16 with the dimension data and weight of the selected arm 16.
  • the controller 30 updates the weight of the component.
  • the controller 30 updates the weights of the components whose parameters have been entered by the input device 32 with the specification data described above.
  • the controller 30 updates the coordinate transformation matrix.
  • the controller 30 updates the transformation matrix of the component whose parameters are input by the input device 32 with the above-described specification data.
  • the process returns to steps S1 to S8, and the controller 30 updates the center-of-gravity position G0 of the entire working machine 1 based on the center-of-gravity positions of the plurality of components including the updated center-of-gravity positions of the components.
  • the input device 32 selects the type of the attachment 17 after replacement, thereby updating the center-of-gravity position G5, the weight, and the conversion matrix of the attachment 17. Then, based on the above-described formulas (1) to (6), the updated center-of-gravity position G5, weight, and conversion matrix of the attachment 17, and the updated center-of-gravity positions G1 to G4, weights, and conversion matrices of the other constituent parts of the working machine By calculating the center-of-gravity position G0 of the entire work machine 1, the center-of-gravity position G0 of the entire work machine 1 is updated.
  • the controller 30 calculates the center-of-gravity position G0 of the work machine 1 as a whole.
  • the controller 30 determines the possibility of the overturn of the work machine 1 based on the center-of-gravity position G ⁇ b>0 of the work machine 1 as a whole.
  • the controller 30 may determine the possibility of overturning of the work machine 1 based on the overturn margin Q.
  • FIG. The overturn margin Q is indicated by the difference between the maximum height H1 of the trajectory A1 drawn by the center of gravity position G0 of the entire work machine 1 and the initial height H0 of the center of gravity position when the work machine 1 overturns. The greater the overturn margin Q, the lower the possibility of overturn.
  • the controller 30 may display a warning display on the display 33 according to the fall margin Q. For example, as shown in FIG. 13, the controller 30 may cause the display 33 to display a screen 57 indicating the possibility of falling. On the screen 57 indicating the possibility of overturning, an image 61 of the working machine 1 and areas 62A to 62L obtained by dividing the surroundings of the working machine 1 into a plurality of areas are displayed.
  • the controller 30 calculates the overturn margin Q of the work machine 1 in the direction of each of the areas 62A-62L.
  • the controller 30 displays the areas 62A-62L in different colors according to the fall margin Q.
  • FIG. For example, the areas 62H to 62J where the fall margin Q is equal to or less than the threshold are displayed in a different color from the other areas.
  • the parameters of the components after replacement are input via the input device 32.
  • the position of the center of gravity of the component is updated.
  • the center-of-gravity position G0 of the entire work machine 1 is calculated based on the updated center-of-gravity positions of the components.
  • the center-of-gravity position G0 of the entire work machine 1 can be accurately calculated even after part of the components are replaced.
  • the work machine 1 is not limited to the hydraulic excavator described above, and may be other work machines such as a bulldozer, a wheel loader, or a motor grader.
  • the structure of the working machine 3 is not limited to that of the embodiment described above, and may be modified.
  • the work machine 3 is not limited to the three-axis structure of the boom 15, the arm 16, and the attachment 17, and may have a four-axis or more structure.
  • the work machine 1 may be a remotely controllable vehicle. In that case, part of control system 103 may be located external to work machine 1 .
  • the controller 30 may be arranged outside the work machine 1 .
  • the operating device 31 , the input device 32 and the display 33 may be arranged outside the working machine 1 .
  • the input device 32 and the display 33 may be computers separate from the work machine 1 .
  • input device 32 and display 33 may be included in a computer operated by a service person for work machine 1 .
  • the controller 30 may include a plurality of controllers separate from each other. The processing by the controller 30 described above may be distributed to and executed by a plurality of controllers. Controller 30 may include multiple processors. The processing by the controller 30 described above may be distributed to and executed by a plurality of processors.
  • the processing by the controller 30 is not limited to the above embodiment, and may be modified. A part of the processing described above may be omitted. Alternatively, part of the processing described above may be changed.
  • the work machine 1 in order to calculate the center of gravity position G0 of the entire work machine 1, the work machine 1 is divided into five components: the revolving body 4, the traveling body 5, the boom 15, the arm 16, and the attachment 17. It is However, the number of components is not limited to five and may be less than five or more than five.
  • the controller 30 displays a warning display on the display 33 according to the fall margin Q.
  • the controller 30 may emit a warning sound according to the fall margin Q.
  • the controller 30 calculates the overturn margin Q based on the center-of-gravity position G0 of the work machine 1 as a whole.
  • the controller 30 may simply display the center-of-gravity position G ⁇ b>0 of the entire work machine 1 on the display 33 .
  • the type of component is selected using the input device 32 as a parameter for calculating the position of the center of gravity of the component.
  • the parameter is not limited to the type of component, and may be the position of the center of gravity of each component.
  • the parameters may be the dimensions and weight of each component.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of the setting screen 58 of the attachment 17 according to the modification.
  • the setting screen 58 for the attachment 17 may include an input field 71 for the dimensions of the attachment 17 and an input field 72 for the weight.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of a setting screen 59 for the boom 15 and arm 16 according to the modification.
  • the setting screen 59 for the boom 15 and the arm 16 may include an input field 73 for the dimensions of the boom 15 and an input field 74 for the weight.
  • the setting screen 59 for the boom 15 and the arm 16 may include an input field 75 for the dimensions of the arm 16 and an input field 76 for the weight.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of a setting screen 60 for the revolving body 4 and the traveling body 5 according to the modification.
  • the setting screen 60 for the revolving structure 4 and the traveling structure 5 may include input fields 77A and 77B for the dimensions of the revolving structure 4 and an input field 78 for the weight.
  • the setting screen 60 for the revolving body 4 and the traveling body 5 may include an input field for the dimensions of the counterweight 7 and an input field for the weight.
  • the setting screen 60 for the revolving body 4 and the traveling body 5 may include input fields 79A-79C for the dimensions of the traveling body 5 and an input field 80 for the weight.
  • the setting screen 60 for the revolving body 4 and the traveling body 5 may include an input field for the dimensions of the crawler belt 14 and an input field for the weight.

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Abstract

システムは、第１部分を含む複数の構成部分を有する作業機械のためのシステムである。当該システムは、記憶装置と、入力装置と、コントローラとを備える。記憶装置は、複数の構成部分のそれぞれの重心位置を記憶している。入力装置は、第１部分の重心位置を決定するための第１パラメータの入力を受け付ける。コントローラは、複数の構成部分の重心位置に基づいて、作業機械全体の重心位置を算出する。コントローラは、入力装置によって第１パラメータが入力されたときには、第１パラメータによって、第１部分の重心位置を設定する。コントローラは、設定された第１部分の重心位置を含む複数の構成部分の重心位置に基づいて、作業機械全体の重心位置を設定する。

Description

作業機械のためのシステム、方法、及び作業機械
　本発明は、作業機械のためのシステム、方法、及び作業機械に関する。
　従来、作業機械全体の重心位置を算出して作業機械の転倒の可能性を判別する技術が知られている。例えば、特許文献１では、油圧ショベルの重心位置を求めるための計算モデルとして、集中質点モデルが使用される。集中質点モデルでは、油圧ショベルの各構成部分の重心に質量が集中していると見なされる。油圧ショベルは、ブームと、アームと、バケットと、旋回体と、走行体とを備えている。油圧ショベルの重心位置は、ブームの重心位置と、アームの重心位置と、バケットの重心位置と、旋回体の重心位置と、走行体の重心位置とを合成することで決定される。
特開２０１９－５２４９９号公報
　作業機械は、出荷後に、構成部分の一部が別の部品に交換されることがある。例えば、油圧ショベルのバケットが、別の種類のアタッチメントに交換されることがある。或いは、旋回体のカウンタウェイトが、別の仕様のものに交換されることがある。そのような場合、交換後の構成部分の重心位置は、交換前の構成部品の重心位置から変化する。そのため、作業機械全体の重心位置を精度よく算出することが困難になる。本発明の目的は、作業機械において、構成部分の一部が交換された後でも、作業機械全体の重心位置を精度よく算出することにある。
　本発明の第１の態様に係るシステムは、第１部分を含む複数の構成部分を有する作業機械のためのシステムである。当該システムは、記憶装置と、入力装置と、コントローラとを備える。記憶装置は、複数の構成部分のそれぞれの重心位置を記憶している。入力装置は、第１部分の重心位置を決定するための第１パラメータの入力を受け付ける。コントローラは、複数の構成部分の重心位置に基づいて、作業機械全体の重心位置を算出する。コントローラは、入力装置によって第１パラメータが入力されたときには、第１パラメータによって、第１部分の重心位置を設定する。コントローラは、設定された第１部分の重心位置を含む複数の構成部分の重心位置に基づいて、作業機械全体の重心位置を設定する。
　本発明の第２の態様に係る方法は、第１部分を含む複数の構成部分を有する作業機械を制御するための方法である。当該方法は、複数の構成部分のそれぞれの重心位置を取得することと、複数の構成部分の重心位置に基づいて、作業機械全体の重心位置を算出することと、入力装置を介して、第１部分の重心位置を決定するための第１パラメータの入力を受け付けることと、入力装置によって第１パラメータが入力されたときには、第１パラメータによって、第１部分の重心位置を設定することと、設定された第１部分の重心位置を含む複数の構成部分の重心位置に基づいて、作業機械全体の重心位置を設定すること、を備える。
　本発明の第３の態様に係る作業機械は、複数の構成部分と、記憶装置と、入力装置と、コントローラとを備える。複数の構成部分は、第１部分を含む。記憶装置は、複数の構成部分のそれぞれの重心位置を記憶している。入力装置は、第１部分の重心位置を決定するための第１パラメータの入力を受け付ける。コントローラは、複数の構成部分の重心位置に基づいて、作業機械全体の重心位置を算出する。コントローラは、入力装置によって第１パラメータが入力されたときには、第１パラメータによって、第１部分の重心位置を設定する。コントローラは、設定された第１部分の重心位置を含む複数の構成部分の重心位置に基づいて、作業機械全体の重心位置を設定する。
　本発明によれば、作業機械の第１部分が交換された場合、交換後の第１部分の第１パラメータが、入力装置を介して入力されることで、第１部分の重心位置が設定される。そして、設定された第１部分の重心位置に基づいて、作業機械全体の重心位置が算出される。それにより、第１部品が交換された後でも、作業機械全体の重心位置が精度よく算出される。
実施形態に係る作業機械の側面図である。 作業機械の制御システムの構成を示すブロック図である。 作業機械の構成を模式的に示す図である。 作業機械全体の重心位置を算出するための処理を示すフローチャートである。 作業機械の複数の構成部分の重心位置を示す図である。 アタッチメントの設定画面の一例を示す図である。 アームの設定画面の一例を示す図である。 ブームの設定画面の一例を示す図である。 旋回体の設定画面の一例を示す図である。 走行体の設定画面の一例を示す図である。 仕様データの一例を示す図である。 転倒余裕度の算出方法を示す図である。 転倒の可能性を示す画面の一例を示す図である。 変形例に係るアタッチメントの設定画面の一例を示す図である。 変形例に係るブーム及びアームの設定画面の一例を示す図である。 変形例に係る旋回体及び走行体の設定画面の一例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る作業機械について説明する。図１は、実施形態に係る作業機械１の側面図である。作業機械１は、車体２と作業機３とを備えている。車体２は、旋回体４と走行体５とを含む。旋回体４は、走行体５に対して旋回可能に支持されている。旋回体４には、運転室６が配置されている。旋回体４には、カウンタウェイト７が取り付けられている。
　旋回体４は、駆動源１１と油圧ポンプ１２とを含む。駆動源１１は、例えば内燃エンジンである。ただし、駆動源１１は、電動モータ、或いはエンジンと電動モータとのハイブリッド機構であってもよい。油圧ポンプ１２は、駆動源１１によって駆動され、作動油を吐出する。作業機械１は、旋回モータ１３を備えている。油圧ポンプ１２２４から吐出された作動油は、旋回モータ１３に供給される。それにより、旋回モータ１３は、旋回体４を旋回させる。走行体５は、履帯１４を含む。履帯１４が回転することにより作業機械１が走行する。
　作業機３は、車体２に取り付けられている。作業機３は、車体２に対して動作可能である。作業機３は、ブーム１５と、アーム１６と、アタッチメント１７とを含む。ブーム１５は、ブームピン１８を介して車体２に回転可能に取り付けられている。アーム１６は、アームピン１９を介してブーム１５に回転可能に取り付けられている。アタッチメント１７は、アタッチメントピン２０を介して、アーム１６に回転可能に取り付けられている。
　作業機３は、ブームシリンダ２１と、アームシリンダ２２と、アタッチメントシリンダ２３とを含む。ブームシリンダ２１と、アームシリンダ２２と、アタッチメントシリンダ２３とは、それぞれ油圧シリンダである。ブームシリンダ２１と、アームシリンダ２２と、アタッチメントシリンダ２３とは、油圧ポンプ１２から作動油によって駆動される。ブームシリンダ２１が伸縮することで、ブーム１５が動作する。アームシリンダ２２が伸縮することで、アーム１６が動作する。アタッチメントシリンダ２３が伸縮することで、アタッチメント１７が動作する。
　図２は、作業機械１の制御システム１０を示すブロック図である。図２に示すように、制御システム１０は、操作装置３１と、入力装置３２と、ディスプレイ３３とを備える。操作装置３１と、入力装置３２と、ディスプレイ３３とは、運転室６に配置されている。操作装置３１は、作業機３、旋回体４、及び走行体５を操作するための装置である。操作装置３１は、作業機３、旋回体４、及び走行体５を駆動するためのオペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。操作装置３１は、例えば、レバー、ペダル、スイッチ等を含む。
　入力装置３２は、作業機械１の制御の設定を行うためのオペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。入力装置３２は、例えばタッチスクリーンである。或いは、入力装置３２は、レバー、或いはスイッチを含んでもよい。ディスプレイ３３は、ディスプレイ３３に入力される指令信号に応じた画像を表示する。ディスプレイ３３は、作業機械１の制御の設定を行うための画面を表示する。
　制御システム１０は、コントローラ３０と記憶装置３６とを含む。コントローラ３０は、取得したデータに基づいて作業機械１を制御するようにプログラムされている。コントローラ３０は、CPU（Central Processing Unit）などのプロセッサ３４と、RAM（Random Access Memory）、及びROM（Read Only Memory）などのメモリ３５とを含む。記憶装置３６は、半導体メモリ、或いはハードディスクなどを含む。記憶装置３６は、非一時的な（non-transitory）コントローラ３０で読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置３６は、作業機械１を制御するためのプログラムとデータとを記憶している。コントローラ３０は、操作装置３１及び入力装置３２から操作信号を取得する。コントローラ３０は、操作信号に基づいて、作業機３と旋回体４と走行体５とを制御する。
　制御システム１０は、車体位置センサ４１を備えている。車体位置センサ４１は、車体２の位置を検出する。車体位置センサ４１は、旋回体４に配置されている。車体位置センサ４１は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)を用いた位置センサである。車体位置センサ４１は、基準座標系における旋回体４の位置を検出する。基準座標系は、作業機械１の外部に原点ＯＷ（図５参照）を有しており、例えば世界測地系に従う座標系である。コントローラ３０は、車体位置センサ４１から、旋回体４の位置を示す位置データを取得する。
　制御システム１０は、車体方向センサ４２を備えている。車体方向センサ４２は、旋回体４に取り付けられている。車体方向センサ４２は、旋回体４の向きを検出する。
　車体方向センサ４２は、例えば、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit：IMU）である。車体方向センサ４２は、旋回体４のヨー角とロール角とピッチ角とを、構成部分の向きとして検出する。コントローラ３０は、車体方向センサ４２から、旋回体４の向きを示す方向データを取得する。
　制御システム１０は、旋回角度センサ４６と、ブーム角度センサ４７と、アーム角度センサ４８と、アタッチメント角度センサ４９とを含む。旋回角度センサ４６は、走行体５に対する旋回体４の旋回角度を検出する。コントローラ３０は、旋回体４の向きと、旋回体４の旋回角度とから、走行体５の向きを算出する。
　図３は、作業機械１の構成を模式的に示す図である。ブーム角度センサ４７は、ブーム角θ１を検出する。ブーム角θ１は、旋回体４に対するブーム１５の傾斜角を示す。アーム角度センサ４８は、アーム角θ２を検出する。アーム角θ２は、ブーム１５に対するアーム１６の傾斜角を示す。アタッチメント角度センサ４９は、アタッチメント角θ３を検出する。アタッチメント角θ３は、アーム１６に対するアタッチメント１７の傾斜角を示す。
　アタッチメント角度センサ４９は、例えばストロークセンサである。アタッチメント角度センサ４９は、アタッチメントシリンダ２３のストローク量を検出する。コントローラ３０は、ストローク量から、アタッチメント角θ３を算出する。アーム角度センサ４８と、ブーム角度センサ４７とは、例えばIMUである。或いは、アーム角度センサ４８と、ブーム角度センサ４７とは、ストロークセンサであってもよい。アタッチメント角度センサ４９は、IMUであってもよい。
　或いは、ブーム角度センサ４７と、アーム角度センサ４８と、アタッチメント角度センサ４９とは、それぞれ、ブーム角θ１と、アーム角θ２と、アタッチメント角θ３とを直接的に検出する角度センサであってもよい。コントローラ３０は、旋回角度センサ４６と、ブーム角度センサ４７と、アーム角度センサ４８と、アタッチメント角度センサ４９とから、旋回角度と、ブーム角θ１と、アーム角θ２と、アタッチメント角θ３とを示す角度データを取得する。
　次に、作業機械１全体の重心位置を算出するためにコントローラ３０によって実行される処理について説明する。本実施形態では、作業機械１が複数の構成部分に分けられ、各構成部分の重心位置と重量とから、作業機械１全体の重心位置が求められる。図４は、作業機械１全体の重心位置を算出するための処理を示すフローチャートである。
　図４に示すように、ステップＳ１では、コントローラ３０は、位置データを取得する。コントローラ３０は、位置データにより、基準座標系での旋回体４の位置を取得する。ステップＳ２では、コントローラ３０は、方向データを取得する。コントローラ３０は、方向データにより、旋回体４の向きを取得する。ステップＳ３では、コントローラ３０は、角度データを取得する。コントローラ３０は、角度データにより、旋回角度と、ブーム角θ１と、アーム角θ２と、アタッチメント角θ３とを取得する。
　ステップＳ４では、コントローラ３０は、寸法データを取得する。寸法データは、作業機械１全体の重心位置を算出するための各構成部分の寸法を示す。図３に示すように、寸法データは、例えば、ブーム長さＬ１と、アーム長さＬ２と、アタッチメント長さＬ３とを含む。ブーム長さＬ１は、ブームピン１８とアームピン１９との間の長さである。アーム長さＬ２は、アームピン１９とアタッチメントピン２０との間の長さである。アタッチメント長さは、アタッチメントピン２０とアタッチメント１７の先端Ｐ１との間の長さである。寸法データは、記憶装置３６に記憶されている。コントローラ３０は、記憶装置３６から寸法データを取得する。
　ステップＳ５では、コントローラ３０は、構成部分の重心位置を取得する。図５は、作業機械１の複数の構成部分の重心位置を示す図である。記憶装置３６は、旋回体４の重心位置Ｇ１と、走行体５の重心位置Ｇ２と、ブーム１５の重心位置Ｇ３と、アーム１６の重心位置Ｇ４と、アタッチメント１７の重心位置Ｇ５とを記憶している。
　旋回体４の重心位置Ｇ１は、旋回体４の座標系で表される。旋回体４の座標系は、旋回体４に固定された座標系であり、旋回体４に原点Ｏ１を有する。走行体５の重心位置Ｇ２は、走行体５の座標系で表される。走行体５の座標系は、走行体５に固定された座標系であり、走行体５に原点Ｏ２を有する。
　ブーム１５の重心位置Ｇ３は、ブーム１５の座標系で表される。ブーム１５の座標系は、ブーム１５に固定された座標系であり、ブーム１５に原点Ｏ３を有する。アーム１６の重心位置Ｇ４は、アーム１６の座標系で表される。アーム１６の座標系は、アーム１６に固定された座標系であり、アーム１６に原点Ｏ４を有する。アタッチメント１７の重心位置Ｇ５は、アタッチメント１７の座標系で表される。アタッチメント１７の座標系は、アタッチメント１７に固定された座標系であり、アタッチメント１７に原点Ｏ５を有する。コントローラ３０は、記憶装置３６から、各構成部分の重心位置Ｇ１－Ｇ５を取得する。
　ステップＳ６では、コントローラ３０は、構成部分の重量を取得する。記憶装置３６は、旋回体４の重量と、走行体５の重量と、ブーム１５の重量と、アーム１６の重量と、アタッチメント１７の重量とを記憶している。コントローラ３０は、記憶装置３６から、各構成部分の重量を取得する。
　ステップＳ７では、コントローラ３０は、座標の変換行列を取得する。コントローラ３０は、旋回体４の変換行列と、走行体５の変換行列と、ブーム１５の変換行列と、アーム１６の変換行列と、アタッチメント１７の変換行列とを取得する。旋回体４の変換行列は、旋回体４の座標系から基準座標系への変換行列である。走行体５の変換行列は、走行体５の座標系から旋回体４の座標系への変換行列である。ブーム１５の変換行列は、ブーム１５の座標系から旋回体４の座標系への変換行列である。アーム１６の変換行列は、アーム１６の座標系からブーム１５の座標系への変換行列である。アタッチメント１７の変換行列は、アタッチメント１７の座標系からアーム１６の座標系への変換行列である。
　各構成部分の変換行列は、各構成部分の姿勢に応じて変化する。記憶装置３６は、旋回体４の座標系と、走行体５の座標系と、ブーム１５の座標系と、アーム１６の座標系と、アタッチメント１７の座標系とのそれぞれの原点Ｏ１－Ｏ５の位置関係を記憶している。コントローラ３０は、各座標系の原点Ｏ１－Ｏ５の位置関係と、上述した寸法データと、位置データと、方向データと、角度データとに基づいて、各構成部分の変換行列を算出する。
　ステップＳ８では、コントローラ３０は、作業機械１全体の重心位置Ｇ０を算出する。コントローラ３０は、各構成部分の重心位置Ｇ１－Ｇ５と重量と変換行列とに基づいて、作業機械１全体の重心位置Ｇ０を算出する。詳細には、コントローラ３０は、まず、以下の式（１）～（５）により、各構成部分の重心位置を基準座標系に変換する。
world P upper= world T upper upper P    (1)
world Punder = world T upper upper T under under P    (2)
world Pboom = world T upper upper T boom boom P    (3)
world Parm = world T upper upper T boom boom T arm arm P    (4)
world Pattachment = world T upper upper Tboom boom T arm arm T attachment attachment P    (5)
　world P upperは、基準座標系での旋回体４の重心位置Ｇ１を示す。upper Pは、旋回体４の座標系での旋回体４の重心位置Ｇ１を示す。world T upperは、旋回体４の座標系から基準座標系への変換行列を示す。
　world Punderは、基準座標系での走行体５の重心位置Ｇ２を示す。upper T underは、走行体５の座標系から旋回体４の座標系への変換行列を示す。under Pは、走行体５の座標系での走行体５の重心位置Ｇ２を示す。
　world Pboomは、基準座標系でのブーム１５の重心位置Ｇ３を示す。upper T boomは、ブーム１５の座標系から旋回体４の座標系への変換行列を示す。boom Pは、ブーム１５の座標系でのブーム１５の重心位置Ｇ３を示す。
　world Parmは、基準座標系でのアーム１６の重心位置Ｇ４を示す。boom T armは、アーム１６の座標系からブーム１５の座標系への変換行列を示す。arm Pは、アーム１６の座標系でのアーム１６の重心位置Ｇ４を示す。
　world Pattachmentは、基準座標系でのアタッチメント１７の重心位置Ｇ５を示す。arm T attachmentは、アタッチメント１７の座標系からアーム１６の座標系への変換行列を示す。attachment Pは、アタッチメント１７の座標系でのアタッチメント１７の重心位置Ｇ５を示す。
　次にコントローラ３０は、以下の式（６）により、作業機械１全体の重心位置Ｇ０を算出する。
world Pall = (world P upper ・ mass upper + world P under ・ mass under + world P boom ・ mass boom + world P arm ・ mass arm + world P attachment ・ mass attachment ) / mass all    (6)
　world Pall は、基準座標系での作業機械１全体の重心位置Ｇ０を示す。mass upper は、旋回体４の重量を示す。mass underは、走行体５の重量を示す。massboomは、ブーム１５の重量を示す。mass armは、アーム１６の重量を示す。mass attachmentは、アタッチメント１７の重量を示す。massallは、作業機械１全体の重量を示す。
　ステップＳ９では、コントローラ３０は、入力装置３２を介したパラメータの入力があったかを判定する。入力装置３２は、各構成部分の重心位置を決定するためのパラメータの入力を受け付ける。詳細には、コントローラ３０は、図６から図１０に示す設定画面をディスプレイ３３に表示させる。
　図６は、アタッチメント１７の設定画面５１の一例を示す図である。アタッチメント１７の設定画面５１では、アタッチメント１７の複数の種類が表示される。アタッチメント１７の複数の種類は、寸法、及び／又は、重量、或いは機能の異なるアタッチメント１７の種類を示す。アタッチメント１７が交換された場合、作業者は、入力装置３２を用いて、交換後のアタッチメント１７の種類を選択する。コントローラ３０は、選択されたアタッチメント１７の種類を、アタッチメント１７の重心位置Ｇ５のパラメータとして取得する。
　図７は、アーム１６の設定画面５２の一例を示す図である。アーム１６の設定画面５２では、アーム１６の複数の種類が表示される。アーム１６の複数の種類は、寸法、及び／又は、重量の異なるアーム１６の複数の種類を示す。アーム１６が交換された場合、作業者は、入力装置３２を用いて、交換後のアーム１６の種類を選択する。コントローラ３０は、選択されたアーム１６の種類を、アーム１６の重心位置Ｇ４のパラメータとして取得する。
　図８は、ブーム１５の設定画面５３の一例を示す図である。ブーム１５の設定画面５３では、ブーム１５の複数の種類が表示される。ブーム１５の複数の種類は、寸法、及び／又は、重量の異なるブーム１５の複数の種類を示す。ブーム１５が交換された場合、作業者は、入力装置３２を用いて、交換後のブーム１５の種類を選択する。コントローラ３０は、選択されたブーム１５の種類を、ブーム１５の重心位置Ｇ３のパラメータとして取得する。
　図９は、旋回体４の設定画面５４の一例を示す図である。旋回体４の設定画面５４では、カウンタウェイト７の複数の種類が表示される。カウンタウェイト７の複数の種類は、寸法、及び／又は、重量の異なるカウンタウェイト７の複数の種類を示す。カウンタウェイト７が交換された場合、作業者は、入力装置３２を用いて、交換後のカウンタウェイト７の種類を選択する。コントローラ３０は、選択されたカウンタウェイト７の種類を、旋回体４の重心位置Ｇ１のパラメータとして取得する。
　図１０は、走行体５の設定画面５５の一例を示す図である。走行体５の設定画面５５では、履帯１４の複数の種類が表示される。履帯１４の複数の種類は、寸法、及び／又は、重量の異なる履帯１４の複数の種類を示す。履帯１４が交換された場合、作業者は、入力装置３２を用いて、交換後の履帯１４の種類を選択する。コントローラ３０は、選択された履帯１４の種類を、走行体５の重心位置Ｇ２のパラメータとして取得する。
　入力装置３２によって、いずれかの構成部分の重心位置のパラメータが入力されたときには、処理はステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、コントローラ３０は、パラメータが入力された構成部分の重心位置を更新する。
　例えば、アタッチメント１７がバケットＡからバケットＢに交換された場合、作業者は、アタッチメント１７の設定画面５１において、入力装置３２を用いてバケットＢを選択する。
　記憶装置３６は、アタッチメント１７の各種類の仕様データを記憶している。図１１に示すように、仕様データ５６は、アタッチメント１７の複数の種類と、複数の種類のそれぞれに対応するアタッチメント１７の寸法と重量とを含む。アタッチメント１７の寸法は、例えば上述したアタッチメント長さＬ３を含む。コントローラ３０は、選択された種類に対応する寸法と重量とによって、アタッチメント１７の寸法データと重量とを更新する。また、コントローラ３０は、更新されたアタッチメント１７の寸法データと重量とによって、アタッチメント１７の重心位置Ｇ５を更新する。
　旋回体４、走行体５、ブーム１５、アーム１６についても同様に、記憶装置３６は、旋回体４、走行体５、ブーム１５、アーム１６のそれぞれについて、仕様データを記憶している。旋回体４の仕様データは、カウンタウェイト７の複数の種類と、複数の種類のそれぞれに対応するカウンタウェイト７の寸法と重量とを含む。入力装置３２によってカウンタウェイト７の種類が選択されると、コントローラ３０は、選択されたカウンタウェイト７の寸法データと重量とによって、旋回体４の重心位置Ｇ１を更新する。
　走行体５の仕様データは、走行体５の複数の種類と、複数の種類のそれぞれに対応する走行体５の寸法と重量とを含む。入力装置３２によって履帯１４の種類が選択されると、コントローラ３０は、選択された履帯１４の寸法データと重量とによって、走行体５の重心位置Ｇ２を更新する。
　ブーム１５の仕様データは、ブーム１５の複数の種類と、複数の種類のそれぞれに対応するブーム１５の寸法と重量とを含む。入力装置３２によってブーム１５の種類が選択されると、コントローラ３０は、選択されたブーム１５の寸法データと重量とによって、ブーム１５の重心位置Ｇ３を更新する。
　アーム１６の仕様データは、アーム１６の複数の種類と、複数の種類のそれぞれに対応するアーム１６の寸法と重量とを含む。入力装置３２によってアーム１６の種類が選択されると、コントローラ３０は、選択されたアーム１６の寸法データと重量とによって、アーム１６の重心位置Ｇ４を更新する。
　ステップＳ１１では、コントローラ３０は、構成部分の重量を更新する。コントローラ３０は、入力装置３２によってパラメータが入力された構成部分の重量を、上述した仕様データによって更新する。ステップＳ１２では、コントローラ３０は、座標の変換行列を更新する。コントローラ３０は、入力装置３２によってパラメータが入力された構成部分の変換行列を、上述した仕様データによって更新する。そして、処理は、ステップＳ１～Ｓ８に戻り、コントローラ３０は、更新された構成部分の重心位置を含む複数の構成部分の重心位置に基づいて、作業機械１全体の重心位置Ｇ０を更新する。
　例えば、アタッチメント１７が交換された場合には、入力装置３２によって交換後のアタッチメント１７の種類が選択されることで、アタッチメント１７の重心位置Ｇ５と重量と変換行列とが更新される。そして、上述した式（１）～（６）により、更新されたアタッチメント１７の重心位置Ｇ５と重量と変換行列と、他の構成部分の重心位置Ｇ１－Ｇ４と重量と変換行列とによって、作業機械１全体の重心位置Ｇ０を算出することで、作業機械１全体の重心位置Ｇ０が更新される。
　なお、以上の説明では、説明の容易のために、作業機械１、及び、各構成部分の幅方向の寸法については、説明を省略している。ただし、重心位置の算出において、作業機械１、及び、各構成部分の幅方向の寸法が考慮されてもよい。
　以上のように、コントローラ３０は、作業機械１全体の重心位置Ｇ０を算出する。コントローラ３０は、作業機械１全体の重心位置Ｇ０に基づいて、作業機械１の転倒の可能性を判別する。例えば、図１２に示すように、コントローラ３０は、転倒余裕度Ｑに基づいて、作業機械１の転倒の可能性を判別してもよい。転倒余裕度Ｑは、作業機械１が転倒する際に、作業機械１全体の重心位置Ｇ０が描く軌跡Ａ１の最大高さＨ１と、重心位置の初期高さＨ０との差で示される。転倒余裕度Ｑが大きいほど、転倒の可能性が低い。
　コントローラ３０は、転倒余裕度Ｑに応じて、警告表示をディスプレイ３３に表示させてもよい。例えば、図１３に示すように、コントローラ３０は、転倒の可能性を示す画面５７をディスプレイ３３に表示させてもよい。転倒の可能性を示す画面５７では、作業機械１の画像６１と供に、作業機械１の周囲を複数に分割したエリア６２Ａ－６２Ｌが表示される。
　コントローラ３０は、各エリア６２Ａ－６２Ｌの方向への作業機械１の転倒余裕度Ｑを算出する。コントローラ３０は、転倒余裕度Ｑに応じて、各エリア６２Ａ－６２Ｌを異なる色で表示する。例えば、転倒余裕度Ｑが閾値以下となったエリア６２Ｈ－６２Ｊを他のエリアと異なる色で表示する。
　以上説明した本実施形態に係る作業機械１の制御システム１０では、作業機械１の構成部分の一部が交換された場合に、交換後の構成部分のパラメータが、入力装置３２を介して入力されることで、当該構成部分の重心位置が更新される。そして、更新された構成部分の重心位置に基づいて、作業機械１全体の重心位置Ｇ０が算出される。それにより、構成部分の一部が交換された後でも、作業機械１全体の重心位置Ｇ０が精度よく算出される。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　作業機械１は、上述した油圧ショベルに限らず、ブルドーザ、ホイールローダ、或いはモータグレーダなどの他の作業機械であってもよい。作業機３の構造は、上述した実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、作業機３は、ブーム１５、アーム１６、及びアタッチメント１７の３軸構造に限らず、４軸以上の構造を有してもよい。
　作業機械１は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、制御システム１０３の一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ３０は、作業機械１の外部に配置されてもよい。操作装置３１、入力装置３２、ディスプレイ３３は、作業機械１の外部に配置されてもよい。入力装置３２とディスプレイ３３とは、作業機械１と別体のコンピュータであってもよい。例えば、入力装置３２とディスプレイ３３とは、作業機械１のサービスマンによって操作されるコンピュータに含まれてもよい。
　コントローラ３０は、互いに別体の複数のコントローラを含んでもよい。上述したコントローラ３０による処理は、複数のコントローラに分散して実行されてもよい。コントローラ３０は、複数のプロセッサを含んでもよい。上述したコントローラ３０による処理は、複数のプロセッサに分散して実行されてもよい。
　コントローラ３０による処理は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。上述した処理の一部が省略されてもよい。或いは、上述した処理の一部が変更されてもよい。例えば、上記の実施形態では、作業機械１全体の重心位置Ｇ０を計算するために、作業機械１が、旋回体４、走行体５、ブーム１５、アーム１６、アタッチメント１７の５つの構成部分に分けられている。しかし、構成部分の数は５つに限らず、５つより少なくてもよく、或いは５つより多くてもよい。
　上記の実施形態では、コントローラ３０は、転倒余裕度Ｑに応じて、警告表示をディスプレイ３３に表示している。しかし、コントローラ３０は、転倒余裕度Ｑに応じて、警告音を発してもよい。上記の実施形態では、コントローラ３０は、作業機械１全体の重心位置Ｇ０に基づいて、転倒余裕度Ｑを算出している。しかし、コントローラ３０は、単に作業機械１全体の重心位置Ｇ０をディスプレイ３３に表示してもよい。
　上記の実施形態では、構成部分の重心位置を算出するためのパラメータとして、構成部分の種類が、入力装置３２を用いて選択されている。しかし、パラメータは、構成部分の種類に限らず、各構成部分の重心位置であってもよい。或いは、パラメータは、各構成部分の寸法及び重量であってもよい。
　例えば、図１４は、変形例に係るアタッチメント１７の設定画面５８の一例を示す図である。図１４に示すように、アタッチメント１７の設定画面５８は、アタッチメント１７の寸法の入力欄７１と重量の入力欄７２とを含んでもよい。
　図１５は、変形例に係るブーム１５及びアーム１６の設定画面５９の一例を示す図である。図１５に示すように、ブーム１５及びアーム１６の設定画面５９は、ブーム１５の寸法の入力欄７３と重量の入力欄７４とを含んでもよい。ブーム１５及びアーム１６の設定画面５９は、アーム１６の寸法の入力欄７５と重量の入力欄７６とを含んでもよい。
　図１６は、変形例に係る旋回体４及び走行体５の設定画面６０の一例を示す図である。図１６に示すように、旋回体４及び走行体５の設定画面６０は、旋回体４の寸法の入力欄７７Ａ，７７Ｂと重量の入力欄７８とを含んでもよい。或いは、旋回体４及び走行体５の設定画面６０は、カウンタウェイト７の寸法の入力欄と重量の入力欄とを含んでもよい。
　図１６に示すように、旋回体４及び走行体５の設定画面６０は、走行体５の寸法の入力欄７９Ａ－７９Ｃと重量の入力欄８０とを含んでもよい。或いは、旋回体４及び走行体５の設定画面６０は、履帯１４の寸法の入力欄と重量の入力欄とを含んでもよい。
　本発明によれば、作業機械において、一部の構成部分が交換された後でも、作業機械全体の重心位置を精度よく算出することができる。
２：車体
３：作業機
４：旋回体
５：走行体
７：カウンタウェイト
１４：履帯
１７：アタッチメント
３６：記憶装置
３２：入力装置
３０：コントローラ
Ｇ０：作業機械全体の重心位置
Ｇ１－Ｇ５：構成部分の重心位置

Claims (16)

  1. 　第１部分を含む複数の構成部分を有する作業機械のためのシステムであって、
    　前記複数の構成部分のそれぞれの重心位置を記憶している記憶装置と、
    　前記第１部分の重心位置を決定するための第１パラメータの入力を受け付ける入力装置と、
    　コントローラと、
    を備え、
    　前記コントローラは、
    　前記複数の構成部分の重心位置に基づいて、前記作業機械全体の重心位置を算出し、
    　前記入力装置によって前記第１パラメータが入力されたときには、前記第１パラメータによって、前記第１部分の重心位置を設定し、
    　設定された前記第１部分の重心位置を含む前記複数の構成部分の重心位置に基づいて、前記作業機械全体の重心位置を設定する、
    システム。
  2. 　前記記憶装置は、前記第１部分の複数の種類と、前記複数の種類のそれぞれに対応する前記第１部分の寸法と重量とを含む仕様データを記憶しており、
    　前記第１パラメータは、前記第１部分の複数の種類から選択される、
    請求項１に記載のシステム。
  3. 　前記第１パラメータは、前記第１部分の寸法と重量とを含む、
    請求項１に記載のシステム。
  4. 　前記第１パラメータは、前記第１部分の重心位置を含む、
    請求項１に記載のシステム。
  5. 　前記複数の構成部分は、第２部分をさらに含み、
    　前記入力装置は、前記第２部分の重心位置を決定するための第２パラメータの入力を受け付け、
    　前記コントローラは、前記入力装置によって前記第２パラメータが入力されたときには、前記第２パラメータによって、前記第２部分の重心位置を設定し、
    　設定された前記第２部分の重心位置を含む前記複数の構成部分の重心位置に基づいて、前記作業機械全体の重心位置を設定する、
    請求項１から４のいずれかに記載のシステム。
  6. 　前記記憶装置は、前記第２部分の複数の種類と、前記複数の種類のそれぞれに対応する前記第２部分の寸法と重量とを含む仕様データを記憶しており、
    　前記第２パラメータは、前記第２部分の複数の種類のいずれかから選択される、
    請求項５に記載のシステム。
  7. 　前記第２パラメータは、前記第２部分の寸法と重量とを含む、
    請求項５に記載のシステム。
  8. 　前記第２パラメータは、前記第２部分の重心位置を含む、
    請求項５に記載のシステム。
  9. 　ディスプレイをさらに備え、
    　前記コントローラは、前記第１パラメータの入力欄を前記ディスプレイに表示させる、
    請求項１から４のいずれかに記載のシステム。
  10. 　ディスプレイをさらに備え、
    　前記コントローラは、前記第２パラメータの入力欄を前記ディスプレイに表示させる、
    請求項５から８のいずれかに記載のシステム。
  11. 　前記作業機械は、
    　　車体と、
    　　交換可能なアタッチメントを含み、前記車体に対して動作可能な作業機と、
    　を有し、
    　前記第１部分は、前記アタッチメントである、
    請求項１から１０に記載のシステム。
  12. 　前記作業機械は、カウンタウェイトを含む旋回体を有し、
    　前記第１部分は、前記旋回体であり、
    　前記第１パラメータは、前記カウンタウェイトの種類、又は、前記カウンタウェイトの寸法及び重量を示す、
    請求項１から１０のいずれかに記載のシステム。
  13. 　前記作業機械は、履帯を含む走行体を有し、
    　前記第１部分は、前記走行体であり、
    　前記第１パラメータは、前記履帯の種類、又は、前記履帯の寸法及び重量を示す、
    請求項１から１０のいずれかに記載のシステム。
  14. 　第１部分を含む複数の構成部分を有する作業機械を制御するための方法であって、
    　前記複数の構成部分のそれぞれの重心位置を取得することと、
    　前記複数の構成部分の重心位置に基づいて、前記作業機械全体の重心位置を算出することと、
    　入力装置を介して、前記第１部分の重心位置を決定するための第１パラメータの入力を受け付けることと、
    　前記入力装置によって前記第１パラメータが入力されたときには、前記第１パラメータによって、前記第１部分の重心位置を設定することと、
    　設定された前記第１部分の重心位置を含む前記複数の構成部分の重心位置に基づいて、前記作業機械全体の重心位置を設定すること、
    を備える方法。
  15. 　前記複数の構成部分は、第２部分をさらに含み、
    　前記入力装置は、前記第２部分の重心位置を決定するための第２パラメータの入力を受け付け、
    　前記入力装置によって前記第２パラメータが入力されたときには、前記第２パラメータによって、前記第２部分の重心位置を設定することと、
    　設定された前記第２部分の重心位置を含む前記複数の構成部分の重心位置に基づいて、前記作業機械全体の重心位置を設定すること、
    をさらに備える請求項１４に記載の方法。
  16. 　作業機械であって、
    　第１部分を含む複数の構成部分と、
    　前記複数の構成部分のそれぞれの重心位置を記憶している記憶装置と、
    　前記第１部分の重心位置を決定するための第１パラメータの入力を受け付ける入力装置と、
    　コントローラと、
    を備え、
    　前記コントローラは、
    　前記複数の構成部分の重心位置に基づいて、前記作業機械全体の重心位置を算出し、
    　前記入力装置によって前記第１パラメータが入力されたときには、前記第１パラメータによって、前記第１部分の重心位置を設定し、
    　設定された前記第１部分の重心位置を含む前記複数の構成部分の重心位置に基づいて、前記作業機械全体の重心位置を設定する、
    作業機械。
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