(57)【要約】【課題】センサ故障によるショベルの信頼性の低下を抑制することが可能なショベルを提供する。【解決手段】本体に、ブーム、アーム、及びバケットを含むアタッチメントが取り付けられている。ブームシリンダがブームを駆動する。アームシリンダがアームを駆動する。バケットシリンダがバケットを駆動する。姿勢センサが、ブームの姿勢及びアームの姿勢を検知する。傾きセンサが、重力方向に対する本体の傾きを検知する。処理装置が、バケットの姿勢を検知するセンサの情報を用いることなく、姿勢センサの測定値を用いてバケットを含むアタッチメントの姿勢に関わる姿勢情報を計算により求める。【選択図】図２
2019167731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に取り付けられたブーム、アーム、及びバケットを含むアタッチメントと、
前記ブームを駆動するブームシリンダと、
前記アームを駆動するアームシリンダと、
前記バケットを駆動するバケットシリンダと、
前記ブームの姿勢及び前記アームの姿勢を検知する姿勢センサと、
重力方向に対する前記本体の傾きを検知する傾きセンサと、
前記バケットの姿勢を検知するセンサの情報を用いることなく、前記姿勢センサの測定値を用いて前記バケットを含む前記アタッチメントの姿勢に関わる姿勢情報を計算により求める処理を実行する処理装置と
を有するショベル。
【請求項２】
前記処理装置は、さらに、求められた前記姿勢情報に応じた処理を実行する請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記姿勢センサは、前記ブームシリンダの伸縮長及び前記アームシリンダの伸縮長を検知するストロークセンサ、または、ある基準線に対する前記ブームの角度及び前記アームの角度を検知する角度センサであり、前記バケットシリンダにはストロークセンサが取り付けられておらず、前記バケットの角度を検知する角度センサも取り付けられていない請求項１または２に記載のショベル。
【請求項４】
前記処理装置は、前記姿勢情報に基づいて、ショベルの転倒の危険性の度合いを求める請求項１乃至３のいずれか１項に記載のショベル。
【請求項５】
前記処理装置は、前記ブーム、前記アーム、及び前記バケットのそれぞれの２方向への並進運動、及び回転運動に関する連立方程式を解くことにより、前記姿勢情報を求める請求項１乃至４のいずれか１項に記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧ショベルの姿勢、運動を把握するためには本体（上部旋回体）、ブーム、アーム、バケット、またはそれらを駆動する油圧シリンダに、それぞれ姿勢、速度、加速度のいずれかを測定可能な、または推定可能なセンサを設置していた（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１２−５２４１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ショベルのアタッチメント最先端のバケットまたはバケットシリンダに設置するセンサは、アタッチメントの先端に発生する衝撃のために故障しやすい。このセンサの故障により、ショベルの信頼性が低下してしまう。本発明の目的は、センサ故障によるショベルの信頼性の低下を抑制することが可能なショベルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によると、
本体に取り付けられたブーム、アーム、及びバケットを含むアタッチメントと、
前記ブームを駆動するブームシリンダと、
前記アームを駆動するアームシリンダと、
前記バケットを駆動するバケットシリンダと、
前記ブームの姿勢及び前記アームの姿勢を検知する姿勢センサと、
重力方向に対する前記本体の傾きを検知する傾きセンサと、
前記バケットの姿勢を検知するセンサの情報を用いることなく、前記姿勢センサの測定値を用いて前記バケットを含む前記アタッチメントの姿勢に関わる姿勢情報を計算により求める処理を実行する処理装置と
を有するショベル。
【発明の効果】
【０００６】
バケットの姿勢を検知するセンサを用いないため、ショベルの信頼性の低下を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施例によるショベルの側面図である。
【図２】図２は、アタッチメントの詳細な構造を示す側面図である。
【図３】図３は、実施例によるショベルのブロック図である。
【図４】図４は、ショベルのアタッチメントが直線動作を行っているときの概略図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、ショベルの空中動作時に発生する振動の一例を説明する図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、シリンダによる振動抑制を説明する図である。
【図７】図７は、ショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１〜図３を参照して、実施例によるショベルについて説明する。
図１は、実施例によるショベルの側面図である。下部走行体４０に、本体（上部旋回体）１０が旋回可能に搭載されている。本体１０にブーム１１、アーム１２、及びバケット１３を含むアタッチメントが取り付けられている。ブームシリンダ２１がブーム１１を上下方向に駆動する。アームシリンダ２２がアーム１２を開閉方向に駆動する。バケットシリンダ２３がリンク機構１４を介してバケット１３を開閉方向に駆動する。
【０００９】
下部走行体４０に対する本体１０の旋回軸の方向をｙ軸方向、ブーム１１を上下に揺動する支点となる回転軸の方向をｚ軸方向、ｙｚ面に直交する方向をｘ軸方向とし、本体１０に対して固定されたｘｙｚ直交座標系を定義する。ブーム１１、アーム１２、及びバケット１３はｘｙ面内で駆動される。
【００１０】
本体１０に６軸センサ３０が搭載されている。６軸センサ３０は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の３軸方向の加速度、及びｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸のまわりの角速度を検出する。６軸センサは、重力方向に対する本体１０の傾きを検知する傾きセンサとしての機能を含む。ブームシリンダ２１及びアームシリンダ２２に、それぞれストロークセンサ３１、３２が搭載されている。ストロークセンサ３１、３２は、それぞれブームシリンダ２１及びアームシリンダ２２の伸縮長を検出する。バケットシリンダ２３にはストロークセンサが搭載されていない。
【００１１】
本体１０に処理装置５０が搭載されている。処理装置５０は、各種センサの測定結果に基づいてアタッチメントの姿勢を計算により求める機能を有する。
【００１２】
図２は、アタッチメントの詳細な構造を示す側面図である。ブーム１１が、第１接続点１５において本体１０に接続されている。ブーム１１の先端の第２接続点１６においてアーム１２がブーム１１に接続されている。アーム１２の先端の第３接続点１７において、バケット１３がアーム１２に接続されている。
【００１３】
ブームシリンダ２１のシリンダ側取付け部が本体１０のブームシリンダ接続点２１Ｂに接続され、ピストンロッド側取付部がブーム１１のブームシリンダ接続点２１Ｒに接続されている。アームシリンダ２２のシリンダ側取付部がブーム１１のアームシリンダ接続点２２Ｂに接続され、ピストンロッド側取付部がアーム１２のアームシリンダ接続点２２Ｒに接続されている。バケットシリンダ２３のシリンダ側取付部がアーム１２のバケットシリンダ接続点２３Ｂに接続され、ピストンロッド側取付部がリンク機構１４の１つのリンクを介してバケット１３のリンク接続点１４Ｂに接続されている。リンク機構１４の他のリンクがアーム１２のリンク接続点１４Ａに接続されている。
【００１４】
図３は、実施例によるショベルのブロック図である。処理装置５０が、センサ測定値取得部５１、演算部５２、対応処理部５３、及び記憶部５５を含む。これら各部は、ハードウェア的にはコンピュータの中央処理ユニット（ＣＰＵ）をはじめとする素子や機械装置で実現することができ、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現することができる。図２に示した各部は、ハードウェア及びソフトウェアの連携によって実現され、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって種々の態様で実現することができる。
【００１５】
ブームシリンダ２１の圧力センサ３５が、ブームシリンダ２１のボトム側及びロッド側の圧力を測定する。アームシリンダ２２の圧力センサ３６が、アームシリンダ２２のボトム側及びロッド側の圧力を測定する。バケットシリンダ２３の圧力センサ３７が、バケットシリンダ２３のボトム側及びロッド側の圧力を測定する。
【００１６】
旋回モータ６０が下部走行体４０に対して本体１０を旋回させる。油圧回路６１が、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びバケットシリンダ２３に作動油を供給する。警報発出装置６２が、処理装置５０からの指令により警報を発出する。
【００１７】
センサ測定値取得部５１が、６軸センサ３０、ブームシリンダ２１のストロークセンサ３１、アームシリンダ２２のストロークセンサ３２、圧力センサ３５、３６、３７の測定値を取得する。記憶部５５に、アタッチメントの形状データ５６及びアタッチメントの重量データ５７が記憶されている。
【００１８】
アタッチメントの形状データ５６には、本体１０の形状に関するデータ、ブーム１１の形状に関するデータ、アーム１２の形状に関するデータ、バケット１３の形状に関するデータが含まれる。本体１０の形状に関するデータは、第１接続点１５とブームシリンダ接続点２１Ｂとの位置関係を規定する情報を含む。ブーム１１の形状に関するデータは、第１接続点１５、第２接続点１６、ブームシリンダ接続点２１Ｒ、アームシリンダ接続点２２Ｂ、及びブーム１１の重心１１Ｃの位置関係を規定する情報を含む。アーム１２の形状に関するデータは、第２接続点１６、第３接続点１７、リンク接続点１４Ａ、アームシリンダ接続点２２Ｒ、バケットシリンダ接続点２３Ｂ、及びアーム１２の重心１２Ｃの位置関係を規定する情報を含む。バケット１３の形状に関するデータは、第３接続点１７、リンク接続点１４Ｂ、及びバケット１３の重心１３Ｃの位置関係を規定する情報を含む。
【００１９】
アタッチメントの重量データ５７には、ブーム１１、アーム１２、及びバケット１３の重量に関するデータが含まれる。
【００２０】
演算部５２は、センサ測定値取得部５１で取得された各種センサの測定値、アタッチメントの形状データ５６、及びアタッチメントの重量データ５７を用いて、アタッチメントの姿勢を計算により求める。演算部５２が行う計算の詳細については、後に図２を参照して説明する。
【００２１】
対応処理部５３は、演算部５２の計算結果に応じた処理を実行する。例えば、対応処理部５３は、計算結果に応じて旋回モータ６０、油圧回路６１を制御する。さらに、対応処理部５３は、計算結果に応じて警報発出装置６２から警報を発出させる。対応処理部５３が実行する処理については、後に詳しく説明する。
【００２２】
次に、図２を参照して演算部５２（図３）が実行する計算により、アタッチメントの姿勢に関わる姿勢情報を求める方法について説明する。
【００２３】
まず、ブーム１１に作用する力について説明する。第１接続点１５に本体１０から反力Ｆ０１が加わる。ブームシリンダ接続点２１Ｒにブームシリンダ２１が発生する推力Ｆ０２が加わる。アームシリンダ接続点２２Ｂにアームシリンダ２２が発生する推力Ｆ０３が加わる。第２接続点１６にアーム１２から反力Ｆ０４が加わる。ブーム１１の重心１１Ｃに重力Ｆ０５が加わる。
【００２４】
次に、アーム１２に作用する力について説明する。第２接続点１６にブーム１１から反力Ｆ１１が加わる。アームシリンダ接続点２２Ｒにアームシリンダ２２が発生する推力Ｆ１２が加わる。バケットシリンダ接続点２３Ｂにバケットシリンダ２３が発生する推力Ｆ１３が加わる。第３接続点１７にバケット１３から反力Ｆ１４が加わる。リンク接続点１４Ａにリンク機構１４を通してバケットシリンダ２３の推力による力Ｆ１５が加わる。アーム１２の重心１２Ｃに重力Ｆ１６が加わる。
【００２５】
次に、バケット１３に作用する力について説明する。第３接続点１７にアーム１２から反力Ｆ２１が加わる。リンク接続点１４Ｂに、リンク機構１４を通してバケットシリンダ２３が発生する推力によって力Ｆ２２が加わる。バケット１３の重心１３Ｃに、重力Ｆ２３が加わる。
【００２６】
ブーム１１、及びアーム１２が静止しているとき、ブーム１１に作用する力の和、及びアーム１２に作用する力の和が共に０になるため、以下の式が成立する。
【数１】
2019167731.tif 000003
【数２】
2019167731.tif 000004
【００２７】
バケット１３が空中に静止している状態では、バケット１３に反力Ｆ２１、力Ｆ２２及び重力Ｆ２５以外の力は加わらない。このため、バケット１３が空中に静止しているとき、以下の式が成立する。
【数３】
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【００２８】
バケット１３が空中に静止しているか否かの判定には、公知のアルゴリズムを用いることができる。
【００２９】
次に、第１接続点１５を中心としたブーム１１に作用するトルクについて説明する。ブーム１１には、推力Ｆ０２、推力Ｆ０３、反力Ｆ０４、及び重力Ｆ０５に起因するトルクＴ０２、Ｔ０３、Ｔ０４、Ｔ０５が作用する。ブーム１１が静止しているとき、ブーム１１に作用するトルクの和は０であるため、以下の式が成立する。
【数４】
2019167731.tif 000006
【００３０】
次に、バケットシリンダ接続点２３Ｂを中心としたアーム１２に作用するトルクについて説明する。アーム１２には、反力Ｆ１１、推力Ｆ１２、反力Ｆ１４、力Ｆ１５、及び重力Ｆ１６に起因するトルクＴ１１、Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ１５、及びＴ１６が作用する。アーム１２が静止しているとき、アーム１２に作用するトルクの和は０であるため、以下の式が成立する。
【数５】
2019167731.tif 000007
【００３１】
次に、第３接続点１７を中心としたバケット１３に作用するトルクについて説明する。バケット１３には、力Ｆ２２及び重力Ｆ２３に起因するトルクＴ２２及びＴ２３が作用する。バケット１３が静止しているとき、バケット１３に作用するトルクの和は０であるため、以下の式が成立する。
【数６】
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【００３２】
式（１）〜（３）は、ｘ成分及びｙ成分に分解することができる。このため、式（１）〜（６）により、９元連立方程式が得られる。次に、９元連立方程式の各変数について検討する。
【００３３】
本体１０に取り付けられた６軸センサ３０の測定結果から、水平面に対するｘｙｚ直交座標系の傾きを求めることができる。また、本体１０、ブーム１１、アーム１２、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２の相互の取り付け部の位置関係はアタッチメントの形状データ５６から取得することができる。ブームシリンダ２１の伸縮長及びアームシリンダ２２の伸縮長を、ストロークセンサ３１、３２によって測定することができるため、本体１０、ブーム１１、及びアーム１２の相対位置関係（姿勢）を求めることができる。
【００３４】
推力Ｆ０２の大きさは、ブームシリンダ２１の圧力センサ３５の測定値と、ボトム側の断面積、及びロッド側の断面積から計算により求めることができる。同様に、推力Ｆ０３、Ｆ１２、Ｆ１３の大きさも、計算により求めることができる。
【００３５】
式（１）の推力Ｆ０２、Ｆ０３の大きさは計算により求めることができ、向きは、本体１０、ブーム１１、及びアーム１２の相対位置関係から求めることができる。重力Ｆ０５の大きさはアタッチメントの重量データ５７から取得することができ、ｘｙｚ直交座標系における重力Ｆ０５の向きは、ｘｙｚ直交座標系の水平面に対する傾き、及びアタッチメントの姿勢から求めることができる。このため、式（１）の未知数は、反力Ｆ０１のｘ成分とｙ成分、Ｆ０４のｘ成分とｙ成分との４個である。
【００３６】
式（２）の反力Ｆ１１の大きさは反力Ｆ０４の大きさと等しく、その向きは反力Ｆ０４の向きと反対である。推力Ｆ１２の大きさは推力Ｆ０３の大きさと等しく、その向きは推力Ｆ０３の向きと反対である。重力Ｆ１６の大きさはアタッチメントの重量データ５７から取得することができ、向きは計算により求めることができる。推力Ｆ１３の大きさは計算により求めることができ、向きはバケットシリンダ２３の伸縮長Ｌの関数として表すことができる。力Ｆ１５の大きさ及び向きは、推力Ｆ１３の大きさ及びバケットシリンダ２３の伸縮長Ｌの関数として表すことができる。このため、式（２）の新たな未知数は、反力Ｆ１４のｘ成分とｙ成分、及びバケットシリンダ２３の伸縮長Ｌの３個である。
【００３７】
式（３）の反力Ｆ２１の大きさは反力Ｆ１４の大きさと等しく、その向きは反力Ｆ１４の向きと反対である。力Ｆ２２は、推力Ｆ１３の大きさ及びバケットシリンダ２３の伸縮長Ｌの関数として表すことができる。重力Ｆ２３のｘｙｚ座標系における向きは、バケットシリンダ２３の伸縮長Ｌの関数として表すことができる。このため、式（３）の新たな未知数は、重力Ｆ２３の大きさの１個である。
【００３８】
トルクの釣り合いの式（４）、（５）、（６）には、新たな未知数は現れない。なお、バケット１３の重心１３Ｃの位置は、バケット１３内に土砂を抱えていても、空の状態のバケット１３の重心１３Ｃの位置とほぼ同じであると近似することができる。
【００３９】
このため、式（１）〜式（６）からなる９元連立方程式の未知数は８個になる。従って、この連立方程式を解くことにより、バケットシリンダ２３の伸縮長Ｌを求めることができる。さらに、バケット１３に加わる重力Ｆ２３の大きさ、反力Ｆ０１、Ｆ０４、Ｆ１１、Ｆ１４、Ｆ２１の大きさと向きとを求めることができる。
【００４０】
次に、上記実施例による方法でアタッチメントの姿勢情報を計算によって求めることにより得られる優れた効果について説明する。
【００４１】
上記実施例による方法では、バケットシリンダ２３にストロークセンサを搭載することなく、バケットシリンダ２３の伸縮長Ｌを計算によって求めることができる。バケットシリンダ２３の伸縮長Ｌが決定すると、バケット１３の姿勢を求めることができる。特に、バケットシリンダ２３には、ブームシリンダ２１及びアームシリンダ２２に比べて作業中に大きな衝撃が加わる。このため、バケットシリンダ２３にストロークセンサを搭載すると、ストロークセンサの故障によりショベルの信頼性が低下する。実施例では、バケットシリンダ２３にストロークセンサを搭載しないため、ストロークセンサの故障に起因するショベルの信頼性の低下を抑制することができる。
【００４２】
第１接続点１５においてブーム１１から本体１０に加わる反力と、ブームシリンダ接続点２１Ｂにおいてブームシリンダ２１から本体１０に加わる推力とを合成した力によって、本体１０の転倒の危険性の度合いを推測することができる。本願の発明者が行った評価実験によると、ショベルの転倒の危険性が高まった状態では、バケットシリンダ２３の伸縮長Ｌ及びバケットシリンダ２３の推力が、反力Ｆ０１に大きく影響することによって、転倒の危険性に大きな影響を与えることがわかった。実施例による方法で計算によって求めたバケットシリンダ２３の伸縮長Ｌは、ショベルの転倒の危険性の度合いを推定するために有効な尺度となる。
【００４３】
次に、対応処理部５３（図３）の処理について説明する。対応処理部５３は、演算部５２によって求められたバケットシリンダ２３の伸縮長Ｌに基づいて、ショベルの転倒の危険性の度合いを算出する。ショベルの転倒の危険性の度合いが一定の基準を超えると、転倒の危険性を低下させる方向に、対応処理部５３が旋回モータ６０及び油圧回路６１の動作を制御する。さらに、ショベルの転倒の危険性の度合いが一定の基準を超えると、対応処理部５３が警報発出装置６２から警報を発出させる。
【００４４】
このように、対応処理部５３が旋回モータ６０及び油圧回路６１の動作を制御することにより、ショベルの挙動の安定化を図ることができる。さらに、警報に気付いたオペレータが転倒を回避する操作を行うことにより、転倒を未然に防止することが可能になる。
【００４５】
次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、ブーム１１、アーム１２、及びバケット１３の３リンクの釣合方程式を利用してアタッチメントの姿勢情報を計算により求めたが、釣合方程式に代えてニュートン・オイラー方程式を用いてもよい。ニュートン・オイラー方程式を用いると、アタッチメントが静止している状態に限らず、ブーム１１、アーム１２、及びバケット１３がそれぞれ駆動されている状態においてもアタッチメントの姿勢情報を計算により求めることができる。このように、処理装置は、ブーム１１、アーム１２、及びバケット１３のそれぞれの２方向（ｘ方向及びｙ方向）への並進運動、及び回転運動に関する連立方程式を解くことにより、アタッチメントの姿勢情報を求める。
【００４６】
上記実施例では、ブームシリンダ２１のストロークセンサ３１を、ブーム１１の姿勢を検知するための姿勢センサとして用い、アームシリンダ２２のストロークセンサ３２を、アーム１２の姿勢を検知するための姿勢センサとして用いた。ストロークセンサ３１、３２に代えて、ある基準線に対するブーム１１の角度及びアーム１２の角度を測定する角度センサを用いてもよい。例えば、ブーム１１の角度の基準線は本体１０に固定され、アーム１２の角度の基準線はブーム１１に固定される。その他に、姿勢センサとして、角速度センサ、角加速度センサ等を用いてもよい。
【００４７】
油圧ポンプの圧力、バケットシリンダ圧、操作レバーのパイロット圧、バケットスプール開口情報等からバケットシリンダ２３への作動油の流量を求め、この流量を積分することによってバケットシリンダ２３の伸縮長Ｌを求めることができる。この方法を、積分法ということとする。上記実施例による方法で求められたバケットシリンダ２３の伸縮長Ｌに基づいて、積分法によって求められた伸縮長Ｌを校正することにより、積分法により求められる伸縮長Ｌの精度を高めることができる。上記実施例による方法と、積分法とを併用することにより、バケット１３が空中に静止しているときに限らず、バケットシリンダ２３の伸縮長Ｌを常時求めることが可能になる。
【００４８】
次に、図４を参照して、計算により求めたアタッチメントの姿勢情報に応じた処理の他の例について説明する。
【００４９】
図４は、ショベルのアタッチメントが直線動作を行っているときの概略図である。ショベルは、１つの操作レバーの１つの制御軸まわりの操作を行うことにより、水平面に対するバケット１３の姿勢を維持したまま、第３接続点１７を直線的に移動させる機能を持つ。図４において、アタッチメントは、太い実線、破線、及び細い実線で示されたように姿勢を変化させながら移動する。第３接続点１７が直線的に移動し、かつバケット１３の姿勢が維持されるため、バケット１３の先端１３Ｔも直線的に移動する。
【００５０】
第３接続点１７を直線的に移動させる操作が行われると、対応処理部５３（図３）は油圧回路６１（図３）を制御することにより、第３接続点１７が直線的に移動するように、ブームシリンダ２１及びアームシリンダ２２を動作させる。さらに、対応処理部５３（図３）は油圧回路６１を制御することにより、積分法によって求まるバケット１３の姿勢が維持されるように、バケットシリンダ２３を動作させる。
【００５１】
上記実施例による方法を用いることにより、バケット１３の姿勢を直接検知するセンサを用いることなく、バケット１３の姿勢を維持しつつアタッチメントを動作させることができる。
【００５２】
次に、図５Ａ〜図７を参照して他の実施例について説明する。以下、上記図１〜図３に示した実施例の構成と共通の構成については説明を省略する。まず、本実施例により解決しようとする課題について説明する。
【００５３】
ショベルにおいて、バケット１３（図１）が地面に接触していない動作（以下、空中動作という）中に、アタッチメントの慣性モーメントが、ショベルの本体１０及び下部走行体４０（図１）に振動を誘発する場合がある。以下、本体１０及び下部走行体４０をまとめて車体という。例えばバケット１３から土砂を排出する際には、バケット１３及びアーム１２（図１）を開きながら、ブーム１１（図１）を下げる動作が発生する。このときのアタッチメントは、ショベルの車体を前方向に傾けるように作用し、車体の振動を誘発する。場合によっては、車体が転倒する可能性もある。なおこの問題あるいは現象を当業者の一般的な認識として捉えてはならない。
【００５４】
図５Ａ及び図５Ｂは、ショベルの空中動作時に発生する振動の一例を説明する図である。ここでは空中動作の一例として排出動作を説明する。図５Ａでは、バケット１３及びアーム１２が閉じており、ブーム１１が上がった状態となっており、バケット１３には土砂などの積載物７０が収容されている。図５Ｂに示すように、排出動作では、バケット１３及びアーム１２が大きく開かれ、積載物７０が排出される。このときアタッチメントの慣性モーメントの変化が、ショベルの車体を図中矢印Ａに示すピッチング方向に振動させるように作用する。
【００５５】
図６Ａ及び図６Ｂは、シリンダによる振動抑制を説明する図である。図６Ａは、クッション機能が発揮されない状態を示す。一般的には、ある操作軸（例えばブーム１１）に対応するシリンダ（例えばブームシリンダ２１）は、無操作時において、ロッド室及びボトム室はいずれも油圧回路６１と切り離されている。従って、ブームシリンダ２１はリジットな状態であり、アタッチメントの振動は、ダイレクトに車体側に伝達する。
【００５６】
図６Ｂは、クッション機能が発揮される状態を示す。ブームシリンダ２１を伸縮させる方向に振動７１が発生すると、無操作状態であっても、ブームシリンダ２１のボトム室及びロッド室の少なくとも一方の圧力が逃げるように、あるいは作動油が流れるように、油圧回路６１が制御される。これによりブームシリンダ２１がクッションとしての役割を果たし、慣性力や振動を吸収し、車体側への伝達が抑制される。この振動や慣性力はシリンダ内、それに繋がる油路の摩擦等でエネルギー消費される。なお、慣性力のみ考慮するなら、ボトム室から作動油を流出させるだけで十分であるが、一般的にシリンダ内の圧力変化の反動が生ずるため、ロッド室からも作動油を流出させるとよい。
【００５７】
図７は、ショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。なお、図７では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。
【００５８】
エンジン８０の回転が、減速機８１を介してメインポンプ８２に伝達される。エンジン８０及び減速機８１に代えて、電気的な動力源（電動機）を用いてもよいし、エンジンと電動機のハイブリッド構成を用いてもよい。減速機８１の出力軸にメインポンプ８２及びパイロットポンプ８３が接続されており、メインポンプ８２に高圧油圧ライン８４を介してコントロールバルブ８５が接続されている。コントロールバルブ８５は、ショベルにおける油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ８５に、下部走行体４０（図１）を駆動するための油圧モータ８６Ａ及び８６Ｂの他、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２及びバケットシリンダ２３が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ８５は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。
【００５９】
パイロットポンプ８３に、パイロットライン８７を介して操作装置８８が接続されている。操作装置８８は、旋回モータ６０（図３）、下部走行体４０（図１）、ブーム１１、アーム１２及びバケット１３を操作するためのレバーやペダルであり、オペレータによって操作される。具体的には、アタッチメントの各軸（ブーム１１、アーム１２、バケット１３）は、運転席に設けられた操作装置８８の操作に連動して動作する。具体的には、レバーを操作すると、操作に応じて、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、バケットシリンダ２３が伸び縮み動作をし、それに応じてブーム１１、アーム１２、バケット１３が動作する。
【００６０】
操作装置８８に、油圧ライン８９を介してコントロールバルブ８５が接続される。操作装置８８は、パイロットライン８７を通じて供給される油圧（１次側の油圧）をオペレータの操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置８８から出力される２次側の油圧は、油圧ライン８９を通じてコントロールバルブ８５に供給される。
【００６１】
操作入力センサ３８が、各軸に対する操作入力を監視し、操作情報を取得する。例えば操作入力センサ３８は、パイロット圧に基づいて操作情報を取得してもよいし、電気レバーからの情報を、電気的情報に変換してもよい。油圧ライン圧力センサ３９が、高圧油圧ライン８４の圧力を測定する。６軸センサ３０、ブームシリンダのストロークセンサ３１、アームシリンダのストロークセンサ３２、ブームシリンダの圧力センサ３５、アームシリンダの圧力センサ３６、バケットシリンダの圧力センサ３７、操作入力センサ３８、及び油圧ライン圧力センサ３９の出力が、処理装置５０に供給される。
【００６２】
続いて、振動抑制の概要について説明する。このショベルは、アタッチメントの空中動作中に振動が発生しそうな状態になると、処理装置５０の対応処理部５３が自動で補正を実行する。補正によりアタッチメントで振動を吸収し、車体へ伝わる振動を減少させる。補正では、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、バケットシリンダ２３の少なくともひとつ、例えばブームシリンダ２１の内部の油室から油が抜けるような状態（シリンダの油室と油路とを連通状態にする）に移行させる。モーメントの変化で生じるアタッチメントの振動、あるいはモーメントの変化そのものがブームシリンダ２１に伝わり、その結果、ブームシリンダ２１内の油が排出され、これにより振動が減衰する。
【００６３】
なお補正は、空中動作中に行うため、空中動作中か否かを処理装置５０が判断し、アタッチメントの空中動作で生じる振動が車体側に伝わりにくくなる制御状態に自動的に移行する。なお、常にこの状態であると、その他の作業に影響があるかもしれないので、所定条件でこの制御状態に移行してもよい。
【００６４】
以下、振動抑制及び転倒防止について具体的に説明する。処理装置５０の対応処理部５３は、空中動作に起因する車両の振動が抑制されるように、アタッチメントの動作を補正する。より具体的には対応処理部５３は、ブームシリンダ２１、アームシリンダ２２、バケットシリンダ２３の少なくとも一つを制御対象とし、制御対象のシリンダに作用することにより、アタッチメントの動作を補正する。
【００６５】
より詳しくは、対応処理部５３は、制御対象のシリンダの推力がアタッチメントの状態に応じた上限値（制限推力）を超えないように制御する。この上限値は、アタッチメントの状態から計算あるいは推定されるショベルを倒そうとする力（転倒モーメントと称する）から適切に設定すればよい。転倒モーメントは、例えば、ブーム１１の姿勢（角度）、アーム１２の姿勢（角度）、バケット１３の中の重量、バケット１３の姿勢（角度）などから、理論的に計算することができる。
【００６６】
処理装置５０に、各種センサの検出信号が入力される。バケットシリンダにはストロークセンサセンサが搭載されておらず、バケットシリンダ２３の伸縮長Ｌは、図１〜図３に示した実施例による方法で演算部５２が計算により求める。アタッチメントの状態は、各種センサの検出結果、及び演算部５２が計算により求めたバケットに基づいて決定することができる。
【００６７】
図７では、処理装置５０からコントロールバルブ８５に向かう制御線が描かれているが、これは処理装置５０がコントロールバルブ８５のみを制御対象とすることに限定するものではない。
【００６８】
本実施例によりショベルにおいて、アタッチメントの少なくとも一軸を利用して、アタッチメントの空中動作によって発生する転倒モーメントを吸収することにより、アタッチメントが車体へのピッチング方の振動の伝搬を抑制することができし、ひいては転倒の危険性を低減させることがきる。
【００６９】
上記実施例は例示であり、実施例及び変形例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施例及び変形例の同様の構成による同様の作用効果については実施例及び変形例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例及び変形例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７０】
１０  本体（上部旋回体）
１１  ブーム
１１Ｃ  ブームの重心
１２  アーム
１２Ｃ  アームの重心
１３  バケット
１３Ｃ  バケットの重心
１３Ｔ  バケットの先端
１４  リンク機構
１４Ａ、１４Ｂ  リンク接続点
１５  第１接続点
１６  第２接続点
１７  第３接続点
２１  ブームシリンダ
２１Ｂ、２１Ｒ  ブームシリンダ接続点
２２  アームシリンダ
２２Ｂ、２２Ｒ  アームシリンダ接続点
２３  バケットシリンダ
２３Ｂ  バケットシリンダ接続点
３０  ６軸センサ
３１  ブームシリンダのストロークセンサ
３２  アームシリンダのストロークセンサ
３５  ブームシリンダの圧力センサ
３６  アームシリンダの圧力センサ
３７  バケットシリンダの圧力センサ
４０  下部走行体
５０  処理装置
５１  センサ測定値取得部
５２  演算部
５３  対応処理部
５５  記憶部
５６  アタッチメントの形状データ
５７  アタッチメントの重量データ
６０  旋回モータ
６１  油圧回路
６２  警報発出装置
７０  積載物
７１  振動
８０  エンジン
８１  減速機
８２  メインポンプ
８３  パイロットポンプ
８４  高圧油圧ライン
８５  コントロールバルブ
８６Ａ、８６Ｂ  油圧モータ
８７  パイロットライン
８８  操作装置
８９  油圧ライン
【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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【図７】
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