(57)【要約】油圧ショベルにおいて、運搬物の移送中に荷重演算手段によりバケット内部の運搬物重量を周期的に演算し、平均値演算手段により運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算し（Ｍ６）、さらに標準偏差演算手段により当該平均値に基づいて所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する（Ｍ７）。そして、荷重真値判定手段により、運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する（Ｍ１０，Ｍ１１）。
2003033829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運搬物をバケットで掬い前記運搬物を他の場所に移送する油圧ショベルの作業量検出装置であって、
前記運搬物の他の場所への移送開始を検出する移送開始検出手段と、
前記運搬物の他の場所への移送終了を検出する移送終了検出手段と、
前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、
前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、
前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、
前記運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段と、
を備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出装置。
【請求項２】
運搬物をバケットで掬い前記運搬物を運搬車両に移送する油圧ショベルの作業量検出装置であって、
前記運搬車両の位置を教示する教示手段と、
前記運搬車両が前記教示手段により教示された位置にあることを検出する運搬車両検出手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送開始を検出する移送開始検出手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送終了を検出する移送終了検出手段と、
前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、
前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、
前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段と、
を備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出装置。
【請求項３】
前記移送開始検出手段は、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出手段は、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする、請求項１または２記載の油圧ショベルの作業量検出装置。
【請求項４】
運搬物をバケットで掬い前記運搬物を他の場所に移送する油圧ショベルの作業量検出方法であって、
前記運搬物の他の場所への移送開始を検出する移送開始検出工程と、
前記運搬物の他の場所への移送終了を検出する移送終了検出工程と、
前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算工程と、
前記荷重演算工程において周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算工程と、
前記平均値演算工程において演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算工程と、
前記運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算工程において演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定工程と、
からなることを特徴とする油圧ショベルの作業量検出方法。
【請求項５】
前記移送開始検出工程では、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出工程では、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする、請求項４記載の油圧ショベルの作業量検出方法。
【請求項６】
運搬物をバケットで掬い前記運搬物を他の場所に移送する油圧ショベルの作業量検出結果表示装置であって、
前記運搬物の他の場所への移送開始を検出する移送開始検出手段と、
前記運搬物の他の場所への移送終了を検出する移送終了検出手段と、
前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、
前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、
前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、
前記運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段と、
少なくとも前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の所定期間に亘る積算値を表示する重量表示手段と、
を備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置。
【請求項７】
前記重量表示手段は、前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の油圧ショベルのエンジンイグニションキーがＯＮからＯＦＦになるまでの期間に亘る積算値を表示することを特徴とする、請求項６記載の油圧ショベルの作業量検出結果表示装置。
【請求項８】
運搬物をバケットで掬い前記運搬物を運搬車両に移送する油圧ショベルの作業量検出結果表示装置であって、
前記運搬車両の位置を教示する教示手段と、
前記運搬車両が前記教示手段により教示された位置にあることを検出する運搬車両検出手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送開始を検出する移送開始検出手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送終了を検出する移送終了検出手段と、
前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、
前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、
前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、
前記運搬物の前記運搬車両への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段と、
少なくとも前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の前記運搬車両検出手段により前記運搬車両が前記教示された位置にあることが検出されている間に亘る積算値を表示する重量表示手段と、
を備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置。
【請求項９】
前記移送開始検出手段は、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出手段は、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする、請求項６または８記載の油圧ショベルの作業量検出結果表示装置。
【請求項１０】
前記重量表示手段は、前記平均値演算手段により演算される運搬物重量の平均値を併せて表示することを特徴とする、請求項６または８記載の油圧ショベルの作業量検出結果表示装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、油圧ショベルの作業量検出装置及び作業量検出方法並びに作業量検出結果表示装置、特に、鉱山においてダンプトラックへ鉱物を積込む作業を行う油圧ショベルの作業量検出装置及び作業量検出方法並びに作業量検出結果表示装置に関する。
背景技術
鉱山等で稼動する油圧ショベルは、ダンプトラックが油圧ショベルの前に停止すると、バケットで掘削場所から鉱物または土砂を掬い、旋回体を旋回させてバケットをダンプトラックのベッセルの上に持って行き、放土して鉱物または土砂をベッセルに積込む。その後、さらに鉱物または土砂を積込むために、油圧ショベルは掘削場所へと旋回体を旋回させる。この作業を何度か繰り返し、油圧ショベルは、ダンプトラックのベッセルに所定量の鉱物や土砂を積込む作業を行う。そして、積込作業が終了すると、ダンプトラックは所定の場所に鉱物または土砂を運搬する。
このような作業において、鉱山管理者は鉱物または土砂の生産量を管理するために油圧ショベルがダンプトラックへ積込む量を計測する必要がある。この場合、ダンプトラック側に積載荷重計が搭載されていればよいが、積載荷重計を備えていないダンプトラックも多く、またベッセルの容積から積込んだ量を推定しようとしても、ベッセルの容積はダンプトラックの種類によって異なり、ダンプトラックへ積込む量をダンプトラック側で計測することは容易ではない。
そこで、従来、油圧ショベルがダンプトラックへ積込んだ鉱物または土砂の量を計測するために、油圧ショベルのオペレータが鉱物または土砂をダンプトラックに積込む直前のタイミングで計測ボタンを操作し、油圧ショベル側で鉱物または土砂の重量を計測していた。
また、バケット内の鉱物または土砂の重量を自動的に計測することも考えられており、例えば、特開平６−１０３７８号公報には、バケット操作またはバケット回動前のバケット内荷重を積み込んだ量とみなす構成が開示され、特開平７−２５９１３７号公報には、アームの回動速度が一定速度以下かつブームの回動速度が一定速度以上のときのバケット内荷重を積み込んだ量とみなす構成が開示され、特公昭６２−２７４２２３号公報には、バケットが所定の高さ以上に達した時点の前後におけるシリンダの油圧を平均し、その油圧で計算したバケット内荷重を積み込んだ量とみなす構成が開示されている。
しかしながら、上記従来の方法及び上記各公報に開示の構成では、ブームやアームが加減速作動中であるか或いはその他の要因によってバケット内の荷重が安定しないような場合であっても、計測ボタン操作することによりまたは自動的にバケット内荷重が計測されてしまい、ダンプトラックへ積込んだ鉱物または土砂の量が正確に計測されないという問題がある。
また、上記特開平７−２５９１３７号公報や特公昭６２−２７４２２３号公報に開示の構成の場合には、所定の条件（所定回動速度、所定バケット高さ）が成立しないときには計測すらできないという問題もある。
このように、ダンプトラックへ積込んだ鉱物または土砂の量が正確に計測されないことになると、鉱物または土砂の生産量を正確に管理できないことになり好ましいことではない。
発明の開示
本発明の目的は、ダンプトラックへ積込んだ鉱物または土砂の重さを常に正確に計測でき、鉱物または土砂の生産量を正確に管理可能な油圧ショベルの作業量検出装置及び作業量検出方法並びに作業量検出結果表示装置を提供することにある。
この目的を達成するために、運搬物をバケットで掬い前記運搬物を他の場所に移送する油圧ショベルの作業量検出装置であって、前記運搬物の他の場所への移送開始を検出する移送開始検出手段と、前記運搬物の他の場所への移送終了を検出する移送終了検出手段と、前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、前記運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段とを備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出装置を提供する。
当該油圧ショベルの作業量検出装置によれば、運搬物の移送中には荷重演算手段によりバケット内部の運搬物重量が周期的に演算されるが、平均値演算手段により運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値が演算され、さらに標準偏差演算手段により当該平均値に基づいて所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差が演算される。そして、荷重真値判定手段により、運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差が選択され、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値が運搬物重量の真値と判定される。
従って、運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間において運搬物重量の標準偏差が最も小さく運搬物重量が安定している期間の運搬物重量が運搬物重量の真値と判定されることになり、油圧ショベルの動作（ブーム作動速度、アーム作動速度、バケット高さ等）に拘わらず、運搬物重量を常に精度よく適正に計測することができる。これにより、運搬物としての鉱物または土砂の生産量を正確に管理することができる。
また、運搬物をバケットで掬い前記運搬物を運搬車両に移送する油圧ショベルの作業量検出装置であって、前記運搬車両の位置を教示する教示手段と、前記運搬車両が前記教示手段により教示された位置にあることを検出する運搬車両検出手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送開始を検出する移送開始検出手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送終了を検出する移送終了検出手段と、前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段とを備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出装置を提供する。
当該油圧ショベルの作業量検出装置によれば、運搬物の運搬車両への移送開始から移送終了までの間において運搬物重量の標準偏差が最も小さく運搬物重量が安定している期間の運搬物重量が運搬物重量の真値と判定されることになり、油圧ショベルの動作（ブーム作動速度、アーム作動速度、バケット高さ等）に拘わらず、運搬物重量が常に精度よく適正に計測されることになるが、教示手段により運搬車両の位置が教示され、運搬車両検出手段により運搬車両が上記教示された位置にあることが検出されるので、運搬物を確実に運搬車両に積載可能となり、運搬車両を用いて運搬物を移動させる場合において、運搬物としての鉱物または土砂の実際の生産量を正確に管理することができる。
また、上記作業量検出装置において、前記移送開始検出手段は、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出手段は、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする油圧ショベルの作業量検出装置を提供する。
これにより、運搬物をバケットで掬い終えた後（掘削終了後）からバケット内の運搬物を放出（放土）するまでの間、即ち移送期間として最大となる期間において運搬物重量の標準偏差を求めることができ、運搬物重量の真値を広い範囲で判定することができる。
また、運搬物をバケットで掬い前記運搬物を他の場所に移送する油圧ショベルの作業量検出方法であって、前記運搬物の他の場所への移送開始を検出する移送開始検出工程と、前記運搬物の他の場所への移送終了を検出する移送終了検出工程と、前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算工程と、前記荷重演算工程において周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算工程と、前記平均値演算工程において演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算工程と、前記運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算工程において演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定工程とからなることを特徴とする油圧ショベルの作業量検出方法を提供する。
当該油圧ショベルの作業量検出方法によれば、運搬物の移送中には荷重演算工程においてバケット内部の運搬物重量が周期的に演算されるが、平均値演算工程において運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値が演算され、さらに標準偏差演算工程において当該平均値に基づいて所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差が演算される。そして、荷重真値判定工程において、運搬物の他の場所への移送開始から移送終了までの間に標準偏差演算工程において演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差が選択され、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値が運搬物重量の真値と判定される。
これにより、上記作業量検出装置と同様、運搬物重量を常に精度よく適正に計測でき、運搬物としての鉱物または土砂の生産量を正確に管理することができる。
また、上記作業量検出方法において、前記移送開始検出工程では、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出工程では、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする油圧ショベルの作業量検出方法を提供する。
これにより、上記作業量検出装置と同様、運搬物重量の真値を広い範囲で判定することができる。
また、上記油圧ショベルの作業量検出装置に、少なくとも前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の所定期間に亘る積算値を表示する重量表示手段を備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置を提供する。
これにより、油圧ショベルのオペレータが、所定期間に亘り移送した運搬物の正確な重量を容易に確認することができる。
また、上記作業量検出結果表示装置において、前記重量表示手段は、前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の油圧ショベルのエンジンイグニションキーがＯＮからＯＦＦになるまでの期間に亘る積算値を表示することを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置を提供する。
これにより、油圧ショベルのオペレータ或いは管理者が、移送した運搬物の所定の作業シフト毎の正確な重量を容易に確認することができる。
また、運搬物をバケットで掬い前記運搬物を運搬車両に移送する油圧ショベルの作業量検出結果表示装置であって、前記運搬車両の位置を教示する教示手段と、前記運搬車両が前記教示手段により教示された位置にあることを検出する運搬車両検出手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送開始を検出する移送開始検出手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送終了を検出する移送終了検出手段と、前記移送中に前記バケット内部の運搬物重量を周期的に演算する荷重演算手段と、前記荷重演算手段により周期的に演算される運搬物重量の所定回数前から現在までの平均値を演算する平均値演算手段と、前記平均値演算手段により演算された平均値に基づき所定回数前から現在までの運搬物重量の標準偏差を演算する標準偏差演算手段と、前記運搬物の前記運搬車両への移送開始から移送終了までの間に前記標準偏差演算手段により演算された複数の標準偏差のうち最小の標準偏差を選択し、該最小の標準偏差の演算に用いた平均値を運搬物重量の真値と判定する荷重真値判定手段と、少なくとも前記荷重真値判定手段により判定された運搬物重量の真値の前記運搬車両検出手段により前記運搬車両が前記教示された位置にあることが検出されている間に亘る積算値を表示する重量表示手段とを備えたことを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置を提供する。
これにより、油圧ショベルのオペレータが、移送した運搬物の運搬車両毎の正確な重量、即ち積載量を容易に確認することができ、過積載を防止できる。
また、上記作業量検出結果表示装置において、前記移送開始検出手段は、運搬物をバケットで掬い終えたことにより移送開始を検出し、前記移送終了検出手段は、バケットダンプ操作により移送終了を検出することを特徴とする油圧ショベルの作業量検出結果表示装置を提供する。
これにより、上記作業量検出装置や作業量検出方法と同様に、運搬物重量の真値を広い範囲で判定することができる。
また、上記作業量検出結果表示装置において、前記重量表示手段は、前記平均値演算手段により演算される運搬物重量の平均値を併せて表示する油圧ショベルの作業量検出結果表示装置を提供する。
これにより、油圧ショベルのオペレータが、移送中の運搬物の重量をも容易に確認することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の一実施形態を図１乃至図１０を参照して説明する。
図１は、本発明の装置を備えた油圧ショベル１の作業形態の一例を示す図である。
同図において、符号１１は油圧ショベル１の上部旋回体２に取り付けられるブーム、符号１２はブーム１１を上げ下げするブームシリンダ、符号１３はアーム、符号１４はアーム１３を回転するアームシリンダ、符号１５はバケット、符号１６はバケットを回転させるバケットシリンダである。また、符号１７は上部旋回体２を左右に回転させる旋回装置である。
このように構成された油圧ショベル１は、ダンプトラック３が油圧ショベル１の前に停止すると、図示しない掘削場所から鉱物または土砂を掬い、旋回体２を旋回させてバケット１５を放土範囲、即ちダンプトラック３のベッセル４の上に持って行き、鉱物または土砂をベッセル４に積込む。その後、さらに鉱物または土砂を積込むために、油圧ショベル１は掘削場所へと旋回体２を旋回させる。この作業を何度か繰り返し、油圧ショベル１は、ダンプトラック３のベッセル４に所定の量の鉱物や土砂を積込む作業を行う。そして、積込作業が終了すると、ダンプトラック３は所定の場所に鉱物または土砂を運搬する。
図２は本発明に係る油圧ショベルの作業量検出装置のブロック図である。
同図において、符号１２１はブームシリンダ１２のボトム室、符号１２２はブームシリンダ１２のロッド室、符号１２３はボトム室１２１の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号１２４はロッド室１２２の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号１８は油圧ショベル１の油圧ポンプ、符号１９は作動油タンク、符号１２５は油圧ポンプ１８とブームシリンダ１２の間に介在する切替弁である。
また、符号１４１はアームシリンダ１４のボトム室、符号１４２はアームシリンダ１４のロッド室、符号１４３はボトム室１４１の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号１４４はロッド室１４２の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号１４５は油圧ポンプ１８とアームシリンダ１４の間に介在する切替弁である。
また、符号１６１はバケットシリンダ１６のボトム室、符号１６２はバケットシリンダ１６のロッド室、符号１６３はボトム室１６１の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号１６４はロッド室１６２の圧油の圧力を計測する圧力センサ、符号１６５は油圧ポンプ１８とバケットシリンダ１６の間に介在する切替弁である。
また、符号２０はバケット操作レバー、符号２１は旋回操作レバーである。バケット操作レバー２０を操作すると、切替弁１６５が切替操作されてバケットシリンダ１６が作動する。
また、符号２０１は、バケット操作レバー２０でバケット１５をダンプする方向に操作することを検出するセンサであり、符号２０２は、旋回操作レバー２１の操作方向（右旋回または左旋回）を検出するセンサである。これらのセンサ２０１、２０２は、バケット操作レバー２０や旋回操作レバー２１が電気レバーである場合には、電圧などを検出するセンサ、油圧パイロット式である場合には、圧力センサまたは圧力スイッチでよい。
符号２７は入力される各種信号に基づいてバケット１５が掬った鉱物または土砂等の積荷（運搬物）の重さを演算する荷重計測装置本体、符号２２はブーム１１の根元の支持ピンに対するブーム１１の回転角度を計測するブーム角度センサ、符号２３はブーム１１の先端にある支持ピンに対するアーム１３の回転角度を計測するアーム角度センサ、符号２５はバケット１５の回転角度を計測するバケット角度センサ、符号２４は旋回体２を旋回させる旋回装置１７の旋回角度を計測する旋回角度センサである。また、符号２８はバケット１５から鉱物や土砂を放土する位置（放土位置）を設定する放土位置教示ボタンであり、符号２９は油圧ショベル１の前部に設けられてダンプトラック３までの距離を検出する測距センサ（運搬車両検出手段）である。
符号２６は荷重計測装置本体２７で計算された鉱物や土砂の重さを表示する表示器（重量表示手段）である。詳しくは、表示器２６は、現在荷重表示部２６ａ、確定荷重表示部２６ｂ、総荷重表示部２６ｃの３つの表示部から構成されている。
荷重計測装置本体２７には、センサ２０１からのバケットダンプ操作信号Ｓ１、センサ２０２からの右旋回信号Ｓ２及び左旋回信号Ｓ３、圧力センサ１２３からのブームボトム圧信号Ｓ４、圧力センサ１２４からのブームロッド圧信号Ｓ５、圧力センサ１４３からのアームボトム圧信号Ｓ６、圧力センサ１４４からのアームロッド圧信号Ｓ７、圧力センサ１６３からのバケットボトム圧信号Ｓ８、圧力センサ１６４からのバケットロッド圧信号Ｓ９、ブーム角度センサ２２からのブーム角度信号Ｓ１０、アーム角度センサ２３からのアーム角度信号Ｓ１１、旋回角度センサ２４からの旋回角度信号Ｓ１２、バケット角度センサ２５からのバケット角度信号Ｓ１３、測距センサ２９からの距離信号Ｓ１４が入力される。そして、当該荷重計測装置本体２７では、これらの信号に基づいてバケット１５内の荷重、即ちバケット１５内の鉱物または土砂の重量の演算が行われ、演算された重量のデータＳ１５が表示器２６に出力される。
図３は、図２に示す本発明に係る荷重計測装置本体２７の構成図である。
荷重計測装置本体２７は主としてコンピュータによって構成され、符号２７１はＡ／Ｄ変換器を備え、各種信号を入力する入力インターフェースであり、符号２７２は種々の演算、制御を実行する中央処理ユニット（ＣＰＵ）、符号２７３は一定周期のパルス信号を出力するタイマ、符号２７４は演算結果が格納されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、符号２７５はＣＰＵ２７２の各種の処理プログラムが格納されているリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、符号２７６は、表示装置２６に各種データを出力する出力インターフェースである。
詳しくは、ＲＯＭ２７５には、荷重演算プログラム２７５ａ、動作判定プログラム２７５ｂ、放土検出プログラム２７５ｃが格納されている。
以下、このように構成された本発明の作用について説明する。
図４及び図５は、動作判定プログラム２７５ｂで用いる本発明に係る放土範囲を示す図である。この放土範囲は、放土位置教示ボタン２８で教示する教示位置を中心に±αの旋回角度で定義される。放土範囲の外側は運搬範囲である。なお、図４は油圧ショベル１に対してダンプトラック３が後ろ向きの場合を示し、図５は横向きの場合を示すが、測距センサ２９からの距離信号Ｓ１４が所定範囲内であれば、ダンプトラック３はその向きに依らず教示位置近傍の適正な位置に停車していると判定される。
図６は、本発明に係る荷重計測装置本体２７に入力するアームボトム圧信号Ｓ６、旋回信号Ｓ２、Ｓ３、バケットダンプ操作信号Ｓ１及び荷重Ｗの一例をタイムチャートで示す図である。
同図に示す例では、右旋回信号Ｓ２がＯＮとなり、油圧ショベル１が掘削位置からダンプトラック３のベッセル４へ右旋回していくと、動作判定プログラム２７５ｂによりブーム１１は運搬範囲から放土範囲に入ったと判定される。そして、バケットダンプ操作信号Ｓ１がＯＮとなり、油圧ショベル１がダンプトラック３に積込みを終了すると、左旋回信号Ｓ３がＯＮとなって油圧ショベル１が掘削位置に左旋回し、ブーム１１は放土範囲から出て運搬範囲に移行したと判定される。なお、油圧ショベル１が積込みを終了した後、そのまま右旋回するようにしてもよい。
荷重Ｗは、バケット１５内の鉱物または土砂の重さを示している。荷重Ｗは、荷重演算プログラム２７５ａによって一定周期で演算され、この荷重Ｗの計算方法は、例えば、次のようなものである（荷重演算手段、荷重演算工程）。
荷重計測装置本体２７に入力されるブームボトム圧信号Ｓ４及びブームロッド圧信号Ｓ５またはアームボトム圧信号Ｓ６及びアームロッド圧信号Ｓ７から、ブーム１１、アーム１３及び鉱物または土砂が入ったバケット１５を支える力が求まる。一方、ブーム角度信号Ｓ１０、アーム角度信号Ｓ１１及びバケット角度信号Ｓ１３から算出したブーム１１、アーム１３及びバケット１５の重心位置が求まり、これら各重心位置と既知であるブーム１１、アーム１３及び空のバケット１５の重量からブーム１１根元の支持ピン周りのモーメントが求まる。そして、上記支える力とブーム１１根元の支持ピン周りのモーメントの釣り合いから、バケット１５内部の鉱物または土砂の重量が計算される。当該重量は旋回中には旋回速度に応じた遠心力により補正される。なお、この計算方法は、特公平４−４４９３０号公報に記載の計算方式により周知のものである。
図６においては、右旋回中はブーム１１が掘削位置から鉱物または土砂を掬ってダンプトラック３のベッセル４に向かって旋回しているときなので、荷重Ｗは大きい値を示す。また、左旋回中はブーム１１がダンプトラック３への積込みを終了して掘削位置に戻るときなので、荷重Ｗは小さい値を示す。
図７乃至図９は、本発明に係る荷重演算プログラム２７５ａ、動作判定プログラム２７５ｂ、放土検出プログラム２７５ｃの制御ルーチンを示すフローチャートであり、以下当該フローチャートに沿って説明する。
図７のステップＭ１では、先ず、図６に示すアームボトム圧信号Ｓ６に基づき、アームボトム圧が所定圧力Ｐ１以上から所定圧力Ｐ１以下になったか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、掘削が終了したと判断し、ステップＭ２において掘削終了フラグをＯＮにした後ステップＭ３に進む。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、掘削中かそれ以外の作業と判断し、そのままステップＭ３に進む。
ステップＭ３では、逆にアームボトム圧が所定圧力Ｐ２以下から所定圧力Ｐ２以上になったか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、掘削が開始されたと判断し、ステップＭ４において掘削終了フラグをＯＦＦにした後ステップＭ５に進む。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、掘削中かそれ以外の作業と判断し、そのままステップＭ５に進む。
ステップＭ５では、掘削終了フラグがＯＮであるか否かを判別する（移送開始検出手段、移送開始検出工程）。判別結果が真（Ｙｅｓ）でＯＮの場合、即ちアームボトム圧が所定圧力Ｐ１以上から所定圧力Ｐ１以下になった場合には、掘削が終了していると判断でき、この場合には、ステップＭ６において、過去ｎ個（所定回数）の平均荷重Ｗａｖｅを上記荷重Ｗを基に計算する（平均値演算手段、平均値演算工程）。続いて、ステップＭ７において、平均荷重Ｗａｖｅと現在の荷重Ｗを基に次式（１）より標準偏差σを計算する（標準偏差演算手段、標準偏差演算工程）。
σ＝（１／（ｎ−１）Σ（Ｗｉ−Ｗａｖｅ）２）１／２  …（１）
ここに、Ｗｉは過去ｎ個（ｉ＝１〜ｎ）の荷重Ｗの各計算値を示す。
つまり、荷重Ｗが算出される毎に当該新たな荷重Ｗを更新するようにしながら、順次繰り返し複数算出する。この標準偏差σの算出は、鉱物または土砂の移送が終了してバケットダンプ操作がされるまで、即ちバケットダンプ操作信号Ｓ１が検出されて積荷が放土されるまでの移送期間として最大の期間に亘り継続される（図６参照）。
ステップＭ８では、前回算出した標準偏差σｎｏｗを前回より前の標準偏差σｐｒｅｖに代入し、ステップＭ９では、上記ステップＭ７で計算した標準偏差σを新たに今回の標準偏差σｎｏｗとする。
ステップＭ１０では、前回までの標準偏差σｐｒｅｖと今回の標準偏差σｎｏｗとを比較し、最小標準偏差σｍｉｎを判別する（荷重真値判定手段、荷重真値判定工程）。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、標準偏差σｎｏｗの方が小さく、即ち標準偏差σｎｏｗが最小標準偏差σｍｉｎと判定された場合には、ステップＭ１１において、当該標準偏差σｎｏｗの計算に用いた平均荷重Ｗａｖｅを真荷重Ｗｔｒｕｅとして格納する。判別結果が偽（Ｎｏ）で、標準偏差σｐｒｅｖの方が小さい場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
なお、ステップＭ５の判別結果が偽（Ｎｏ）でＯＦＦの場合には、掘削が終了していない状況と判断でき、この場合には、標準偏差σｎｏｗを最大値にして当該ルーチンを抜ける。
測距センサ２９からの距離信号Ｓ１４が所定範囲内にあれば、ダンプトラック３が適正位置にあり、ベッセル４への積み込みが可能と判定される。そして、この場合には、図８のステップＭ２１において、バケットダンプ操作がなされて放土が開始されたか否かをバケットダンプ操作信号Ｓ１に基づき判別する。なお、バケットダンプ操作信号Ｓ１の検出は、バケット操作レバー２０が油圧パイロット式である場合には、圧力信号が一定値以上になったか否かで行い、バケット操作レバー２０が電気レバーである場合には、電圧信号が一定値以上になったか否かで行う（移送終了検出手段、移送終了検出工程）。
ステップＭ２１の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、バケットダンプ操作がなされている場合には、ステップＭ２２において、上記ステップＭ１１で格納した現在の真荷重Ｗｔｒｕｅをバケットダンプ操作開始時点の最小標準偏差σｍｉｎにおける平均荷重として取り込む。続いて、ステップＭ２３において、バケットダンプ操作の終了時刻を取り込む。さらに、ステップＭ２４において、バケットダンプ操作判定フラグＦｂをＯＮにし、ステップＭ２５に進む。一方、ステップＭ２１の判別結果が偽（Ｎｏ）で、バケットダンプ操作がなされていないと判定された場合には、何もせずにステップＭ２５に進む。
実際には、図示しないバケットダンプ操作判定処理手段内部において操作開始時の真荷重Ｗｔｒｕｅを取り込み、バケットダンプ操作を終了した時点では、そのときの時刻を取り込んでいるため、これら真荷重Ｗｔｒｕｅとバケットダンプ操作を終了した時刻とが、それぞれステップＭ２２、Ｍ２３で用いる値である。
ステップＭ２５では、旋回角度が運搬範囲から放土範囲に遷移したか否かを判別する。旋回角度が放土範囲に遷移していれば、ステップＭ２６において、そのときの荷重Ｗを荷重Ｗｉｎとして格納する。続いて、ステップＭ２７において、遷移した時刻を格納し、ステップＭ２８において、放土確定フラグＦｄ１をＯＮにする。一方、ステップＭ２５の判別結果が偽（Ｎｏ）で、旋回角度が運搬範囲から放土範囲に遷移していないと判定された場合には、何もせずにステップＭ２９に進む。
ステップＭ２９では、旋回角度が放土範囲から運搬範囲に遷移したか否かを判定する。旋回角度が運搬範囲に遷移していれば、ステップＭ３０において、そのときの荷重Ｗを荷重Ｗｏｕｔとして格納する。続いて、ステップＭ３１において、放土確定フラグＦｄ２をＯＮにして次に進む。一方、ステップＭ２９の判別結果が偽（Ｎｏ）で、旋回角度が放土範囲から運搬範囲に遷移していないと判定された場合には、何もせずにステップＭ３２に進む。
図９のステップＭ３２では、バケット判定フラグＦｂと放土確定フラグＦｄ１及びＦｄ２が全てＯＮであるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、全てのフラグがＯＮである場合には、次にステップＭ３３に進む。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
ステップＭ３３では、フラグがＯＮになった順番を判定する。バケット判定フラグＦｂがＯＮになり、続いて放土確定フラグＦｄ２がＯＮしたという順番であれば、放土範囲内でバケットダンプ操作があった後、旋回角度が運搬範囲に遷移したと判定でき、この場合には次にステップＭ３４に進む。
ステップＭ３４では、実際に鉱物や土砂等の積荷が放土されたか否かを、先に格納した荷重Ｗｉｎと荷重Ｗｏｕｔの差を判定荷重と比較することによって判別する。ここに、判定荷重は値０でもよいし、ある一定荷重以上の荷重Ｗを有効とする場合には、その数値を判定荷重とする。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、積荷が放土されたと判定された場合には、次にステップＭ３５に進む。
ステップＭ３５では、上記ステップＭ２３で格納したバケットダンプ操作の終了時刻と、上記ステップＭ２７で格納した時刻、即ち旋回角度が運搬範囲から放土範囲に遷移した時刻とを比較し、遷移した直後のバケットダンプ操作時に格納した上記真荷重Ｗｔｒｕｅをダンプトラック３のベッセル４に放土した積荷の重量として出力インターフェース２７６に出力する。
出力インターフェース２７６に供給された信号は表示器２６に出力され、放土位置を教示してから次に放土位置を教示するまでの真荷重Ｗｔｒｕｅの積算値が、確定荷重表示部２６ｂに表示される。ここで、ダンプトラック３の位置を測距センサ２９により自動的に判定している場合には、放土位置教示ボタン２８をいちいち押さなくてもよいため、ダンプトラック３の到着を検出してからダンプトラック３が積込位置を離れるまでの真荷重Ｗｔｒｕｅの積算値が、確定荷重表示部２６ｂに表示される。これにより、ダンプトラック３への積載量をオペレータが知ることができ、過積載を防止できる。
なお、表示器２６には上記平均荷重Ｗａｖｅに対応する信号も逐次出力されており、当該平均荷重Ｗａｖｅが現在荷重表示部２６ａに表示される。
また、油圧ショベル１の図示しないエンジンイグニションキーのＯＮからＯＦＦまでの所定の作業シフト毎の真荷重Ｗｔｒｕｅの積算値が、総荷重表示部２６ｃに表示される。真荷重Ｗｔｒｕｅの積算値のデータについては例えば出力インターフェース２７６を介して外部に取り出し可能であり、また、図示しないリセットボタンにより所定の作業シフト毎にリセット可能である。
真荷重Ｗｔｒｕｅを出力した後は、ステップＭ３６において、バケット判定フラグＦｂをＯＦＦとし、ステップＭ３７において、放土確定フラグＦｄ１及びＦｄ２をそれぞれＯＦＦにして当該ルーチンを抜ける。なお、ステップＭ３５において条件が合致しない場合には、ダンプトラック３への放土がなかったものと判断し、そのままステップＭ３６、Ｍ３７を実行して当該ルーチンを抜ける。
このように、本発明では、油圧ショベル１が掘削と放土を自動判別し、掘削終了から放土開始までの広い範囲で最も荷重の標準偏差σが最小標準偏差σｍｉｎと小さく荷重Ｗが最も安定している期間の平均荷重Ｗａｖｅを鉱物または土砂の荷重の真値、即ち真荷重Ｗｔｒｕｅと判定するようにしている。従って、ダンプトラック３へ運搬中の油圧ショベル１の動作（ブーム作動速度、アーム作動速度、バケット高さ等）に影響されることなく、油圧ショベル１がダンプトラック３のベッセル４に放土した鉱物または土砂の荷重Ｗを精度よく計測することができる。これにより、表示器２６に正確な荷重Ｗを表示してオペレータが正確な荷重Ｗを容易に確認できるとともに、真荷重Ｗｔｒｕｅを所定の作業シフト毎に積算することにより、管理者等が鉱物または土砂の生産量を正確に管理することができる。
さらに、測距センサ２９によりダンプトラック３の位置が教示位置近傍の適正な位置にあることを確認して鉱物または土砂のベッセル４への積み込み作業を行うようにしているので、オペレータが放土位置教示ボタン２８をいちいち押すことなく、ダンプトラック３の積載量を計算でき、鉱物または土砂の実際の生産量を容易にして正確に管理することができる。
以上で説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、測距センサ２９を油圧ショベル１の前部に設けるようにしたが、図１０及び図１１に示すように、測距センサ２９１をダンプトラック３の停車位置及び停車姿勢に合わせて地上に設置し、無線送信機２９２から送信した検出信号を油圧ショベル１上に設けた受信機２９３で受信するような構成にしてもよい。
或いは、図１２に示すように、油圧ショベル１とダンプトラック３の双方にＧＰＳユニット２９４、２９５をそれぞれ搭載し、ダンプトラック３に設けた無線送信機２９６から送信した位置検出信号を油圧ショベル１上に設けた受信機２９７で受信して油圧ショベル１とダンプトラック３の相対位置を検知するような構成にしてもよい。この場合には、測距センサと異なり油圧ショベル１とダンプトラック３の相対位置を知ることができるので、例えば図１２中の距離Ｌｘ０及びＬｙ０から求まるＧＰＳユニット２９４、２９５間距離と相対角θｔとに基づいてダンプトラック３が適正位置に停車しているか否かを確認でき、ベッセル４の位置を各コーナ位置情報｛（Ｘｔ１、Ｙｔ１、Ｚｔ１）、（Ｘｔ２、Ｙｔ２、Ｚｔ２）、（Ｘｔ３、Ｙｔ３、Ｚｔ３）、（Ｘｔ４、Ｙｔ４、Ｚｔ４）｝に基づき正確に把握できる。故に、ＧＰＳユニット２９４、２９５を用いる場合には、教示位置を自動的に設定するようにでき、オペレータが放土位置教示ボタン２８を押すことなく、ダンプトラック３の積載量を計算でき、鉱物または土砂の実際の生産量をより容易にして正確に管理することができる。
また、上記実施形態では、バケット操作レバー２０に設けられたセンサ２０１からのバケットダンプ操作信号Ｓ１に基づいてバケットダンプ操作を検出するようにしたが、バケット回動角度を検出する角度センサやバケットシリンダ１６の変位を検出する変位センサを設け、これら角度センサや変位センサからの情報に基づきバケットダンプ操作を検出するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、標準偏差σを求めるようにしたが、荷重Ｗのばらつきが分かればよいのでσ２を求めるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、掘削終了をアームボトム圧信号Ｓ６で判断するようにしているが、バケットボトム圧信号Ｓ８で判断するようにしてもよい。さらに、油圧ショベル１のアームシリンダ１４の取付けが逆の場合には、掘削終了を判断する信号はアームロッド圧信号Ｓ７であり、バケットシリンダ１６の取付けが逆の場合には、掘削終了を判断する信号はバケットロッド圧信号Ｓ９である。
また、上記実施形態では、バックホウ型油圧ショベル１を例に説明したが、本発明はローディングショベル型油圧ショベル１’にも良好に適用可能である。即ち、図１３に示すようなローディングショベル型油圧ショベル１’では、符号１２’がブーム１１’を上げ下げするブームシリンダ、符号１４’がアーム１３’を回転させるアームシリンダ、符号１６’がバケット１５’を回転させるバケットシリンダであるため、ブームシリンダ１２’におけるブームボトム圧及びブームロッド圧、アームシリンダ１４’におけるアームボトム圧及びアームロッド圧を検出し、ブーム角度、アーム角度及びバケット角度を検出することで、上記同様に真荷重Ｗｔｒｕｅを求めることができ、やはり油圧ショベル１がダンプトラック３のベッセル４に放土した鉱物または土砂の荷重Ｗを精度よく計測することがでる。
さらに、上記実施形態では、放土位置教示ボタン２８により、バケット１５から鉱物や土砂を放土する位置（放土範囲）及び運搬範囲を平面的に設定するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、放土範囲及び運搬範囲を立体的に（高さ方向に）設定することができ、これにより、本発明を例えばダンプトラック３のベッセル４の地上からの高さが異なる場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、鉱山等の作業現場で稼動する本発明の装置を備えた油圧ショベルの作業形態の一例を示す図；
図２は、本発明に係る油圧ショベルの作業量検出装置を示すブロック図；
図３は、本発明に係る荷重計測装置本体の構成図；
図４は、本発明に係る放土範囲及び運搬範囲の例を示す図；
図５は、本発明に係る放土範囲及び運搬範囲の他の例を示す図；
図６は、本発明に係る荷重計測装置本体に入力する旋回信号、バケットダンプ操作信号及び荷重Ｗの一例を示すタイムチャート；
図７は、本発明に係る荷重演算プログラム、動作判定プログラムの制御ルーチンを示すフローチャート；
図８は、本発明に係る動作判定プログラム、放土検出プログラムの制御ルーチンを示すフローチャートの一部；
図９は、図８に続く本発明に係る動作判定プログラム、放土検出プログラムの制御ルーチンを示すフローチャートの残部；
図１０は、本発明に係る側距センサを地上に設置した例を示す図；
図１１は、本発明に係る側距センサを地上に設置した他の例を示す図；
図１２は、本発明に係る側距センサの代わりにＧＰＳユニットを用いた例を示す図；及び
図１３は、本発明のローディングショベル型油圧ショベルへの適用例を示す図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2003033829.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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