(57)【要約】【課題】作業装置の姿勢や力の方向によらない高精度の力計測が可能で、低コストの作業機械の力計測装置を提供する。【解決手段】回動軸４４を介してアタッチメント２３に取り付けられた第１リンク１６、及び第１リンクの端部とアーム１２の間に架け渡された第２リンク１７を有するリンク機構１８と、リンク機構に回動軸４５を介して取り付けられたアタッチメントシリンダ１５と、回動軸４２に設けられ、互いに直交する２軸方向の力を検出する２軸力検出装置４２ｂと、第１リンクと一体となって回転するように第１リンクに対して固定され、１軸方向の力を検出する１軸力検出装置４４ｂと、アタッチメントの姿勢を検出する角度センサ４０ａ，４１ａ，４２ａと、２軸力検出装置、１軸力検出装置、及び角度センサからの検出値に基づいてアタッチメントに作用する力を演算する演算装置６０とを備える。【選択図】図４
2010249586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、この下部走行体の上部に取り付けられた上部作業体と、この上部作業体に揺動自在に取り付けられた作業装置と、この作業装置の先端に回動軸を介して取り付けられたアタッチメントとを備える作業機械の力計測装置において、
一方側の端部において回動軸を介して前記アタッチメントに取り付けられた第１リンク、この第１リンクの他方側の端部と前記作業装置との間に架け渡された第２リンクを有するリンク機構と、
このリンク機構に回動軸を介して取り付けられ、伸縮することで前記アタッチメントを回動させるアタッチメントシリンダと、
前記作業装置に前記アタッチメントを取り付けるための前記回動軸に設けられ、互いに直交する２軸方向の力を検出する２軸力検出装置と、
前記第１リンクと一体となって回転するように前記第１リンクに対して固定され、１軸方向の力を検出する１軸力検出装置と、
前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、
前記２軸力検出装置、前記１軸力検出装置、及び前記姿勢検出装置からの検出値に基づいて、前記アタッチメントに作用する力の大きさと方向を算出する演算装置とを備えることを特徴とする作業機械の力計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械の力計測装置において、
前記１軸力検出装置は、前記アタッチメントに前記第１リンクを取り付けるための前記回動軸に設けられており、
前記アタッチメントに前記第１リンクを取り付けるための前記回動軸は、前記第１リンクに固定されていることを特徴とする作業機械の力計測装置。
【請求項３】
請求項１記載の作業機械の力計測装置において、
前記１軸力検出装置は、前記第１リンクに取り付けられていることを特徴とする作業機械の力計測装置。
【請求項４】
請求項１記載の作業機械の力計測装置において、
前記姿勢検出装置は、水平面に対する前記アタッチメントの姿勢の絶対角度を検出する傾斜角センサであることを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項１記載の作業機械の力計測装置において、
前記姿勢検出装置は、
水平面に対する前記作業装置の先端部分の姿勢の絶対角度を検出する傾斜角センサと、
前記作業装置に前記アタッチメントを取り付けるための前記回動軸に設けられ、前記作業装置の先端に対する前記アタッチメントの回転角度を検出する角度センサとであることを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項１記載の作業機械の力計測装置において、
前記作業装置は、前記上部作業体に回動軸を介して取り付けられたブームと、このブームに回動軸を介して取り付けられたアームとを有し、
前記アタッチメントは、前記アームに回動自在に取り付けられており、
前記姿勢検出装置は、
前記上部作業体に前記ブームを取り付けるための前記回動軸に設けられ、前記上部作業体に対する前記ブームの回転角度を検出するブーム角度センサと、
前記ブームに前記アームを取り付けるための前記回動軸に設けられ、前記ブームに対する前記アームの回転角度を検出するアーム角度センサと、
前記アームに前記アタッチメントを取り付けるための前記回動軸に設けられ、前記アームに対する前記アタッチメントの回転角度を検出するアタッチメント角度センサとであることを特徴とする作業機械。
【請求項７】
下部走行体と、
この下部走行体の上部に取り付けられた上部作業体と、
この上部作業体に揺動自在に取り付けられた作業装置と、
この作業装置の先端に回動軸を介して取り付けられたアタッチメントと、
このアタッチメントに回動軸を介して取り付けられた第１リンク、この第１リンクと前記作業装置の間に架け渡された第２リンクを有するリンク機構と、
このリンク機構に回動軸を介して取り付けられ、伸縮することで前記アタッチメントを回動させるアタッチメントシリンダと、
前記作業装置に前記アタッチメントを取り付けるための前記回動軸に設けられ、互いに直交する２軸方向の力を検出する２軸力検出装置と、
前記第１リンクと一体となって回転するように前記第１リンクに対して固定され、１軸方向の力を検出する１軸力検出装置と、
前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、
前記２軸力検出装置、前記１軸力検出装置、及び前記姿勢検出装置からの検出値に基づいて、前記アタッチメントに作用する力の大きさと方向を算出する演算装置とを備えることを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械と、そのアタッチメントに作用する力を計測する作業機械の力計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物解体工事、廃棄物解体工事、土木建設工事等に使用される作業機械として、下部走行体の上部に上部作業体を取り付け、この上部作業体に多関節型の作業装置（作業フロント）を上下揺動自在に取り付けたものが知られている。このような作業機械には、ブーム及びアームを有する作業装置を上下揺動自在に上部作業体に連結し、アームの先端にアタッチメント（例えば、グラップル、バケット、ブレーカ、クラッシャ等）を装着したものがある。
【０００３】
ところで、このようなアタッチメントを用いて作業を行う場合には、積載量の変化、慣性力の発生、構造物との接触等に伴って、アタッチメントに加わる力が変化する。このような条件の下、操作者や作業管理者に作業状態、作業処理量等を通知したり、作業機械の制御を行うために、アタッチメントに加わる力を正確に計測することが求められている。
【０００４】
このような要求に対し、例えば、アームとアタッチメントを連結するピン（アーム側ピン）と、リンクとアタッチメントを連結するピン（リンク側ピン）のそれぞれに、互いに直交する２軸方向の力を検出できる２軸力検出装置を設け、この２軸力検出装置で２つのピンにかかる荷重の大きさと方向を検出することによりアタッチメント積載物の荷重検出を図ったものがある（特開２００２−２７７３１１号公報等参照）。
【０００５】
また、作業装置の先端部（アームの先端部）とアタッチメントとの間に介在板を設け、この介在板とアタッチメントを連結するピンに２軸力検出装置を設け、介在板において２軸力検出装置に対する遠近方向に長穴を設け、この長穴に嵌合体を摺動可能に嵌合させ、この嵌合体とアタッチメントとの連結部に１軸方向の力を検出できる１軸力検出装置を設け、２軸力検出装置と１軸力検出装置を利用してアタッチメント積載物の荷重検出を図ったものがある（特開２００６−１１２８２７号公報等参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７７３１１号公報
【特許文献２】特開２００６−１１２８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００２−２７７３１１号公報に記載されている前者の技術は、上記のように２つの２軸力検出装置を準備する必要があるため、製造コストや計測精度が課題となる。さらに、２つの２軸力検出装置が出力する４軸分の検出信号を処理する必要があるため、４つの検出信号（すなわち４チャンネル分の検出信号）を増幅可能な増幅器を用意するコストも課題となる。
【０００８】
一方、特開２００６−１１２８２７号公報に記載されている後者の技術では、作業装置（アーム）の先端に新たな機構部材である介在板や嵌合体等を設ける必要がある。そのため、これら部材によるコストの増加や、作業装置先端の重量増加に伴う作業能力の低下等が課題となる。
【０００９】
さらに、実際の作業を鑑みると、アタッチメントを用いた作業中には、重力のみならず、慣性力や構造物との接触力等が発生するため、アタッチメントに加わる力の方向は時々刻々と変化する。そのため、力計測装置はあらゆる方向の力を計測可能である必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、作業装置の姿勢や力の方向によらない高精度の力計測が可能で、低コストの作業機械の力計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために、下部走行体と、この下部走行体の上部に取り付けられた上部作業体と、この上部作業体に揺動自在に取り付けられた作業装置と、この作業装置の先端に回動軸を介して取り付けられたアタッチメントとを備える作業機械の力計測装置において、一方側の端部において回動軸を介して前記アタッチメントに取り付けられた第１リンク、この第１リンクの他方側の端部と前記作業装置との間に架け渡された第２リンクを有するリンク機構と、このリンク機構に回動軸を介して取り付けられ、伸縮することで前記アタッチメントを回動させるアタッチメントシリンダと、前記作業装置に前記アタッチメントを取り付けるための前記回動軸に設けられ、互いに直交する２軸方向の力を検出する２軸力検出装置と、前記第１リンクと一体となって回転するように前記第１リンクに対して固定され、１軸方向の力を検出する１軸力検出装置と、前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、前記２軸力検出装置、前記１軸力検出装置、及び前記姿勢検出装置からの検出値に基づいて、前記アタッチメントに作用する力を演算する演算装置とを備えるものとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２つの力検出装置のうち一方を１軸力検出装置とすることができ、また、その場合に新たな機構部材を追加することもないので、低コストで高精度の力計測が可能な作業機械の力計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施の形態である力計測装置を備えた作業機械の概略図である。  
この図に示す作業機械１は、地面と接して走行する下部走行体２と、作業装置６が取り付けられた上部作業体３を主に備えている。
【００１５】
下部走行体２は、いわゆるクローラ式のものであり、地面に接する履体２０１と、履体を駆動する駆動輪２０２と、履体によって回転される従動輪２０３と、これらを支持する構造物２０４等で構成されている。なお、下部走行体２は、複数の車輪を備えたいわゆるホイール式で構成しても勿論良い。
【００１６】
上部作業体３は、下部走行体２の上部に取り付けられている。本実施の形態の作業機械１は油圧ショベルであり、上部作業体３は下部走行体２と旋回装置（図示せず）を介して旋回可能に連結されているが、旋回装置を介することなく下部走行体２に取り付けても良い。
【００１７】
作業装置（作業フロント）６は、上部作業体３に揺動自在に取り付けられている。作業装置６の先端（後述のアーム１２の先端）には、回動軸４２を介して回動自在にアタッチメント２３が取り付けられている。本実施の形態における作業装置６は、回動軸４０を介して上部作業体３に回動自在に取り付けられたブーム１０と、回動軸４１を介してブーム１０に回動自在に取り付けられたアーム１２を有しており、アーム１２の先端には回動軸（アーム側ピン）４２を介してアタッチメント２３が取り付けられている。
【００１８】
アタッチメント２３には回動軸（リンク側ピン）４４を介してリンク機構１８が取り付けられており、リンク機構１８には回動軸４５を介してアタッチメントシリンダ１５のロッド側の端部が取り付けられている。アタッチメントシリンダ１５は油圧シリンダであり、伸縮することでアタッチメント２３を回動軸４２を中心に回動させる。図１に示した作業機械１には、アタッチメント２３として、バケットが取り付けられているが、この他にも、グラップル、カッタ、ブレーカ、マグネット等の作業具を作業に応じて取付けても良い。
【００１９】
図２は図１の作業機械におけるアタッチメント２３周辺部の詳細図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。
【００２０】
この図に示すリンク機構１８は、アタッチメントシリンダ１５におけるロッド側の先端部とアタッチメント２３の間に架け渡された第１リンク１６と、アタッチメントシリンダ１５におけるロッド側の先端部とアーム１２の間に架け渡された第２リンク１７を有している。
【００２１】
第１リンク１６は、一方側の端部において回動軸４４を介してアタッチメント２３と回動可能に取り付けられており、他方側の端部において回動軸４５を介してアタッチメントシリンダ１５と回動可能に取り付けられている。また、第２リンク１７は、一方側の端部において回動軸４６を介してアーム１２と回動可能に取り付けられており、他方側の端部において回動軸４５を介してアタッチメントシリンダ１５と回動可能に取り付けられている。
【００２２】
なお、本実施の形態では、第１リンク１６と第２リンク１７の２つのリンクによってリンク機構１８を構成したが、この他にも、例えば、アタッチメントシリンダ１５のロッド側の先端部と回動軸４５の間に第３リンクを架け渡し、さらにアタッチメントシリンダ１５のロッド側の先端部とアーム１２の間に第４リンクを架け渡すことで、４つのリンク（すなわち、第１リンク〜第４リンク）によってリンク機構１８を構成しても良い。さらに、４つより多くのリンクによってリンク機構１８を構成しても良い。
【００２３】
ここで図１に戻る。図１に示す作業機械１は、アタッチメント２３の姿勢を検出する姿勢検出装置として、ブーム角度センサ４０ａと、アーム角度センサ４１ａと、アタッチメント角度センサ４２ａを有している。ブーム角度センサ４０ａは、上部作業体３に対するブーム１０の回転角度（相対角度）を検出するもので、上部作業体３とブーム１０の回動軸４０に設けられている。アーム角度センサ４１ａは、ブーム１０に対するアーム１２の回転角度（相対角度）を検出するもので、ブーム１０とアーム１２の回動軸４１に設けられている。アタッチメント角度センサ４２ａは、アーム１２に対するアタッチメント２３の回転角度（相対角度）を検出するもので、アーム１２とアタッチメント２３の回動軸４２に設けられている。本実施の形態では、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、及びアタッチメント角度センサ４２ａの検出値に基づいて、演算装置６０（後述の図３参照）が水平面に対するアタッチメント２３の姿勢の絶対角度θ（対地角度）（図４参照）を算出している。
【００２４】
ここで、回動軸４２及び回動軸４４について詳述する。  
回動軸（アーム側ピン）４２には、互いに直交する２軸方向の力を検出する２軸力検出装置４２ｂが設けられており、回動軸４２はいわゆるピン型ロードセルとして機能している。ピン型ロードセルとは、円筒状のピン（回動軸４２，４４）における力検出方向に対応する面にひずみ検出手段（例えば、ひずみゲージや、ひずみセンサ等）を取り付けて構成したもので、そのひずみ検出手段に発生するひずみを計測することでピン（回動軸４２，４４）に加わるせん断力の大きさを検出するものである。回動軸４２では、上記のように互いに直交する２軸方向の力を検出するため、少なくとも互いに直交する２面にそれぞれひずみ検出手段を取り付ける必要がある。しかし、２軸力検出装置４２ｂの計測精度を向上させる場合にはさらに多くのひずみ検出手段を取り付けてもよい。なお、本実施の形態の回動軸４２は、アタッチメント２３と一体となって回転するようにアタッチメント２３に対して固定されているが、アーム１２と一体となって回転するようにアーム１２に対して固定しても良い。
【００２５】
回動軸（リンク側ピン）４４には、１軸方向の力を検出する１軸力検出装置４４ｂが設けられており、回動軸４４も回動軸４２同様にピン型ロードセルとして機能している。本実施の形態で１軸力検出装置４４ｂが検出する力の方向は、回動軸４４と回動軸４５を結んだ線分の方向（以下において、「第１リンク１６の長手方向」と称することがある）である。そのため、１軸力検出装置４４ｂは、第１リンクの姿勢に関わらず、第１リンク１６の長手方向の力を常に検出可能なように構成する必要がある。そこで、本実施の形態では、１軸力検出装置４４ｂが設けられた回動軸４４を第１リンク１６に対して固定している。このように回動軸４４を第１リンク１６に対して固定すると、１軸力検出装置４４ｂは第１リンク１６と一体となって回転するので、力検出方向を第１リンクの長手方向と常に一致させることができる。なお、回動軸４４を第１リンク１６に固定する具体的な方法としては、例えば、回動軸４４及び第１リンク１６を貫通する貫通孔を設け、その貫通孔にピンを嵌合するものがある。
【００２６】
図３は本発明の第１の実施の形態である力計測装置の概略構成図である。
【００２７】
この図に示す力計測装置は、２軸力検出装置４２ｂと、１軸力検出装置４４ｂと、ブーム角度センサ４０ａと、アーム角度センサ４１ａと、アタッチメント角度センサ４２ａと、増幅器６４と、演算装置６０と、表示装置６１を備えている。
【００２８】
増幅器６４は、２軸力検出装置４２ｂから出力される２軸方向分の検出信号４２ｂｘ，４２ｂｙ（後述の図４における力Ｆａｘ’および力Ｆａｙ’の検出信号に対応）と、１軸力検出装置４４ｂから出力される１軸方向分の検出信号４４ｂｘ（後述の図４における力Ｆｌの検出信号に対応）を増幅するもので、２軸力検出装置４２ｂ及び１軸力検出装置４４ｂと接続されている。増幅器６４で増幅された検出信号４２ｂｘ，４２ｂｙ，４４ｂｘは、演算装置６０に出力される。
【００２９】
演算装置６０は、増幅器６４及び角度センサ４０ａ，４１ａ，４２ａと接続されており、中央処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）及び記憶装置（図示せず）を有している。演算装置６０は、角度センサ４０ａ，４１ａ，４２ａから検出信号に基づいてアタッチメント２３の姿勢を検出しながら、力検出装置４２ｂ，４４ｂからの検出信号４２ｂｘ，４２ｂｙ，４４ｂｘに基づいてアタッチメント２３に加わる力Ｆの大きさと方向を算出する。
【００３０】
表示装置６１は、演算装置６０と接続されており、演算装置６０が算出した力Ｆの大きさと方向を表示するものである。
【００３１】
次に、図４を用いて演算装置６０で行われる具体的な演算方法について説明する。  
図４は、本発明の第１の実施の形態におけるアタッチメント２３に加わる力Ｆと、２軸力検出装置４２ｂで検出される力Ｆａと、１軸力検出装置４４ｂで検出される力Ｆｌとの関係図である。
【００３２】
この図に示すように、まず、基準座標系として、作業機械１の前後方向にＸ軸を、鉛直方向にＹ軸を設定する。また、アタッチメント２３の座標系（アタッチメント座標系）として、回動軸４２と回動軸４４を結ぶ線分の方向にｘ’軸を、このｘ’軸に対して垂直な方向にｙ’軸を設定する。ここで、アタッチメント２３における点Ｐ２３に力Ｆが作用したとき、回動軸４２には力Ｆａが、回動軸４４に力Ｆｌが作用したとする。
【００３３】
このとき、アタッチメント２３に固定されている２軸力検出装置４２ｂは、回動軸４２に作用する力Ｆａを、ｘ’軸方向の力Ｆａｘ’と、ｙ’軸方向の力Ｆａｙ’として検出する。そして、２軸力検出装置４２ｂは、力Ｆａｘ’の検出値を検出信号４２ｂｘとして、力Ｆａｙ’の検出値を検出信号４２ｂｙとして、増幅器６４を介して演算装置６０に出力する。
【００３４】
一方、第１リンク１６に固定されている１軸力検出装置４４ｂは、回動軸４４に作用する力Ｆｌを、第１リンク１６の長手方向に作用する力Ｆｌとして検出する。そして、１軸力検出装置４４ｂは、力Ｆｌの検出値を検出信号４４ｂｘとして増幅器６４を介して演算装置６０に出力する。
【００３５】
ここで、演算装置６０は、アタッチメント角度センサ４２ａの検出値に基づいて、第１リンク１６とｘ’軸のなす角αを算出する。この角度αの具体的な算出方法としては、４つの回動軸４２，４４，４５，４６を頂点とする四角形の各辺の長さ（各辺の長さは各回動軸４２，４４，４５，４６の距離として予め判明している）と、その四角形において回動軸４２が形成する頂点の角度（すなわち、アタッチメント角度センサ４２ａの検出値）を利用してαを算出するものがある。そして、演算装置６０は、アタッチメント２３に作用する力Ｆのｘ’軸方向成分Ｆｘ’およびｙ’軸方向成分Ｆｙ’を、Ｆａｘ’，Ｆａｙ’，Ｆｌ，αを用いて、下記式（１）から算出する。
【００３６】
【数１】
2010249586.tif 000003
【００３７】
また、演算装置６０は、水平面（Ｘ軸）に対するアタッチメント２３の角度θ（Ｘ軸とｘ’軸がなす角）を、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、及びアタッチメント角度センサ４２ａ（姿勢検出装置）の検出値に基づいて算出する。そして、演算装置６０は、アタッチメント２３に加わる力ＦのＸ軸方向成分ＦＸとＹ軸方向成分ＦＹを、上記のθと式（１）から算出されたＦｘ’，Ｆｙ’を用いて、下記式（２）を利用して算出する。これにより、演算装置６０は、アタッチメント２３に作用する力Ｆの大きさと方向を算出することができる。
【００３８】
【数２】
2010249586.tif 000004
【００３９】
次に本実施の形態の作用及び効果について説明する。
【００４０】
本実施の形態におけるアタッチメント２３は、回動軸４２および回動軸４４を介して作業装置６と連結されているため、回動軸４２に作用する力Ｆａと回動軸４４に作用する力Ｆｌの和は、アタッチメント２３に加わる力Ｆとつりあう。また、アタッチメント２３はリンク機構１８を介してアタッチメントシリンダ１５と接続されており、回動軸４４に作用する力Ｆｌによってリンク機構１８の姿勢が決定されている。つまり、本実施の形態における第１リンク１６の長手方向は、回動軸４４に作用する力Ｆｌの方向と常に一致する。
【００４１】
このことを受け、本実施の形態の作業機械の力計測装置は、第１リンク１６に固定された１軸力検出装置４４ｂを備えており、この１軸力検出装置４４ｂは第１リンク１６と一体となって回転する。このように１軸力検出装置４４ｂを設けると、１軸力検出装置４４ｂの力検出方向と第１リンク１６の長手方向を常に一致させることができるので、回動軸４４に１軸力検出装置４４ｂを設けるだけで力Ｆｌを計測することができる。
【００４２】
すなわち、特開２００２−２７７３１１号公報に記載の技術では、２つの回動軸４２及び回動軸４４にそれぞれ２軸力検出装置を取り付ける必要があったが、本実施の形態によれば、回動軸４４側を１軸力検出装置４４ｂとすることができるので、力検出装置に必要なコストを低減することができる。また、これにより、増幅すべき検出信号の数が１つ減少するので、従来よりも価格が低廉な増幅器６４を利用することができ、これによる更なるコスト削減を図ることができる。さらに、演算装置６０において演算処理すべき検出信号の数も同様に減少するので、干渉に伴う誤差が少なくなり、力計測の精度を向上することができる。
【００４３】
また、本実施の形態の力計測装置は、１軸力検出装置４４ｂを利用するに際して、特開２００６−１１２８２７号公報に記載の技術のように付加的な機構部材を必要としない。そのため、当該機構部材によるコストの増加や、作業装置６の先端の重量増加に伴う作業能力低下等といった問題は生じない。また、本実施の形態は、当該機構部材を必要としないため、既存の作業機械に多少の改造を加えるだけで適用可能となることも大きなメリットである。
【００４４】
以上のように、本実施の形態によれば、高精度の力計測が可能で、低コストの作業機械の力計測装置を提供することができる。
【００４５】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。  
本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、回動軸４４に作用する力Ｆｌの計測方法である。第１の実施の形態では、１軸力検出装置４４ｂを備える回動軸４４を第１リンク１６に固定したが、本実施の形態では、第１リンク１６自身に１軸力検出装置を取り付けることにより回動軸４４に作用する力Ｆｌを求めている。
【００４６】
図５は本発明の第２の実施の形態に係るアタッチメント２３周辺部の詳細図である。
【００４７】
この図に示す第１リンク１６には、第１リンク１６の長手方向に作用する圧縮力及び引張力（すなわち、１軸方向に作用する力）を検出する１軸力検出装置１６ｂが取り付けられている。なお、回動軸４２における２軸力検出装置４２ｂについては、第１の実施の形態と同様である。
【００４８】
第１リンク１６に１軸力検出装置１６ｂを取り付ける方法としては、例えば、（I）第１リンク１６に凹部（又は貫通孔）を設け、その凹部（又は貫通孔）の表面に１軸力検出装置１６ｂを取り付けることで、第１リンク１６に内蔵させるものや、（II）第１リンク１６の表面に１軸力検出装置１６ｂを取り付けるものがある。なお、これらの場合、ひずみを伝達し易い板部材等に１軸力検出装置１６ｂを取り付け、その板部材を第１リンク１６に取り付けても良い。また、（II）の場合には、外界から保護するために、１軸力検出装置１６ｂをカバーで覆うことが好ましい。
【００４９】
なお、１軸力検出装置１６ｂは、第１の実施の形態における１軸力検出装置４４ｂと同様に、ひずみゲージ等のひずみ検出手段によって構成すれば良い。
【００５０】
図６は本発明の第２の実施の形態である力計測装置の概略構成図である。  
この図に示す力計測装置は、１軸力検出装置４４ｂの代わりに１軸力検出装置１６ｂが増幅器６４に接続されている点以外は、第１の実施の形態のものと同じである。
【００５１】
２軸力検出装置４２ｂからの検出信号４２ｂｘ、４２ｂｙと、１軸力検出装置１６ｂからの検出信号１６ｂｘは、増幅器６４によって増幅され、演算装置６０に入力されている。演算装置６０では、増幅器６４を介して入力される２軸力検出装置４２ｂと１軸力検出装置１６ｂの検出値および角度センサ４０ａ、４１ａ、４２ａの検出値から、アタッチメント２３に加わる力Ｆの大きさと方向が算出される。このように算出された値は表示装置６１に表示される。
【００５２】
ここで、本実施の形態におけるアタッチメント２３に作用する力Ｆの演算方法について説明する。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、アタッチメント２３と第１リンク１６を連結する回動軸４４に作用する力Ｆｌの方向は、常に第１リンク１６の長手方向と一致する。そのため、１軸力検出装置１６ｂで検出される力は、Ｆｌと等しいとみなすことができる。したがって、演算装置６０は、第１の実施の形態と同様に上記式（１）及び式（２）を用いてアタッチメント２３に作用する力Ｆを算出することができる。
【００５３】
したがって、本実施の形態においても、２軸力検出装置４２ｂと１軸力検出装置１６ｂによってアタッチメント２３に作用する力Ｆの大きさと方向を求めることができる。また、本実施の形態は、既存部材である第１リンク１６に力検出機能を持たせており、付加的な機構部材を必要としないので、第１の実施の形態と同様の効果を発揮できる。
【００５４】
さらに、本実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、１軸力検出装置１６ｂは第１リンク１６に取り付けられているので、回動軸４４にガタがある場合にもその影響を受けない高精度な力計測が可能である。また、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と異なり、回動軸４４を第１リンク１６に対して固定する必要がないので、市場に流通している従来の作業機械のように回動軸４４をアタッチメント２３に固定することができる。したがって、アタッチメント２３の交換作業が従来と変わることがないので、従来の交換作業に慣れたユーザーに違和感を与えない点もメリットである。
【００５５】
なお、上記の各実施の形態では、アタッチメント２３の姿勢を検出する姿勢検出装置として、角度センサ４０ａ，４１ａ，４２ａを利用する例について説明したが、その他のもので姿勢検出装置を構成しても良い。その具体例としては、例えば、（I）水平面に対するアタッチメント２３の姿勢の絶対角度を検出する傾斜角センサ２３ａ（図２参照）をアタッチメント２３に取り付けるものや、（II）アーム１２の絶対角度を検出する傾斜角センサ１２ａ（図２参照）をアーム１２に取り付けるとともに、作業装置６の先端部分（すなわち、アーム１２）に対するアタッチメント２３の回転角度を検出するアタッチメント角度センサ４２ａを回動軸４２に取り付けるものがある。
【００５６】
また、上記の各実施の形態では、２つのリンク１６，１７から成るリンク機構１８に１軸力検出装置４４ｂ，１６ｂを取り付ける場合について説明したが、２つより多くのリンクから成るリンク機構がアタッチメント２３に連結されている場合には、第１リンク１６と同様に、アタッチメント２３に直接連結されているリンクに１軸力検出装置を取り付ければ良いことは言うまでもない。
【００５７】
ところで、以上の各実施の形態においては、作業機械として油圧ショベルを例に挙げて説明したが、作業装置の先端にアタッチメントを取り付けられる作業機械であれば、本発明は適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態である力計測装置を備えた作業機械の概略図。
【図２】図１の作業機械におけるアタッチメント２３周辺部の詳細図。
【図３】本発明の第１の実施の形態である力計測装置の概略構成図。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるアタッチメント２３に加わる力Ｆと、力検出装置４２ｂ，４４ｂで検出される力の関係図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るアタッチメント２３周辺部の詳細図。
【図６】本発明の第２の実施の形態である力計測装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００５９】
１      作業機械
２      下部走行体
３      上部作業体
６      作業装置
１０    ブーム
１２    アーム
１２ａ  傾斜角センサ
１５    アタッチメントシリンダ
１６    第１リンク
１６ａ  １軸力検出装置
１７    第２リンク
１８    リンク機構
２３    アタッチメント
２３ａ  傾斜角センサ
２３Ｐ  アタッチメント力作用点
４０    回動軸
４０ａ  ブーム角度センサ
４１    回動軸
４１ａ  アーム角度センサ
４２    回動軸（アーム側ピン）
４２ａ  アタッチメント角度センサ
４２ｂ  ２軸力検出装置
４４    回動軸（リンク側ピン）
４４ｂ  １軸力検出装置
４５                回動軸
４６    回動軸
６０    演算装置
６１    表示装置
６４    増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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