(57)【要約】【課題】計測荷重を正確に積算できる計測荷重の積算方法を提供する。【解決手段】作業機械の作業アームの先端部に装着したマグネットに吸着したスクラップなどの荷の吸着中は、荷重計測スイッチを押す毎に、そのとき計測演算した荷の荷重Ｗを、更新演算してモニタ上に表示するが、積算はしない。また、荷をマグネットから釈放したとき、最後にモニタに表示した荷重Ｗを積算するとともに、荷重積算値Ｗtotalの表示を更新する。【選択図】図１
2008020301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の作業アームに装着された電磁石に吸着した荷の荷重を計測演算し、
荷を電磁石に吸着しているときは、荷重計測スイッチを操作する毎に、そのとき計測演算した荷重で更新をして表示器に表示し、
荷を電磁石から釈放したとき、最後に表示器に表示された荷重を積算し、荷重積算値を更新する
ことを特徴とする計測荷重の積算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測荷重の積算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロント作業アームの先端部に装着された電磁石に吸着したスクラップなどの荷重を計測演算する機能を備えた作業機械は、荷を吸着中は、フロント作業アームの各種部材データ、角度センサにて検出した角度、およびブームシリンダおよびバケットシリンダの圧力から荷重を算出する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の作業機械は、荷を吸着した状態で荷重計測スイッチを押すと、算出した荷重を積算する。荷の吸着状態で１回積算操作を行うと、荷を釈放するまで、荷重計測スイッチは無効となる。表示器には、吸着中のスクラップなどの荷重、および積算した荷重を表示する。
【特許文献１】特開２００６‐７８３４８号公報（第５‐７頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ブームシリンダなどがストロークエンド付近にある場合などでは、ブームシリンダなどの正確な保持圧を計測することが困難であるため、フロント作業アームの姿勢によっては、スクラップなどの荷重に対し、計算した荷重がずれてしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、計測荷重を正確に積算できる計測荷重の積算方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載された発明は、作業機械の作業アームに装着された電磁石に吸着した荷の荷重を計測演算し、荷を電磁石に吸着しているときは、荷重計測スイッチを操作する毎に、そのとき計測演算した荷重で更新をして表示器に表示し、荷を電磁石から釈放したとき、最後に表示器に表示された荷重を積算し、荷重積算値を更新する計測荷重の積算方法である。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載された発明によれば、荷重計測スイッチを操作すると、そのとき演算した荷重を表示器に表示するのみで、荷を釈放するまで荷重を積算しないので、誤差が生じる姿勢で荷重計測スイッチを操作しても積算値が変化することを防止でき、計測荷重を正確に積算できる。すなわち、荷重計測スイッチを操作するごとに、表示器に表示される荷重を更新するので、計測演算結果を確認してから荷の釈放時に積算することができる。また、荷を釈放すると、最後に表示器に表示された荷重が自動的に積算されるので、新たに積算するためのスイッチを設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を、図１乃至図３に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図２は、油圧ショベルをベースマシンとするマグネット仕様の作業機械Ａを示し、下部走行体１に機体としての上部旋回体２が水平旋回自在に設けられ、この上部旋回体２に作業アームＢが上下方向揺動自在に取付けられている。
【００１０】
作業アームＢは、上部旋回体２の図示されないブラケットにブーム３の基端フート部が、基端回動支軸としての基端取付ピン3oにより上下方向回動自在に連結され、このブーム３の先端部にスティック４が回動自在に取付けられたフロント作業装置である。
【００１１】
この作業アームＢのスティック４の先端部に、平面状の作業面としての吸着面を有する電磁石としてのマグネット５が回動自在に連結されている。
【００１２】
ブーム３は、基端側シリンダとしてのブームシリンダ3aにより上下方向に回動され、スティック４は、スティックシリンダ4aにより回動され、マグネット５は、先端側シリンダとしてのバケットシリンダ5aおよび先端リンク5bにより回動される。バケットシリンダ5aと先端リンク5bとの連結部には、スティック４に基端部を軸支された中間リンク5cの先端部が接続されている。
【００１３】
この作業アームＢは、マグネット５に吸着した鉄屑などのスクラップすなわち荷Ｓの荷重Ｗ1をコントローラ６により演算しながらダンプトラックなどの運搬車へ荷Ｓを積載作業する機能を備えている。コントローラ６は、中央処理装置（ＣＰＵ）および記憶装置（各種メモリ）を備え、演算機能を有する。
【００１４】
この作業アームＢにおいて、ブーム３の基端フート部を軸支する基準の関節部としての基端取付ピン3oには、上部旋回体２に対するブーム３の関節角としてのブーム角αを検出するブーム角度センサ７が取付けられ、また、ブーム３の先端部でスティック４を軸支するブーム先端ピンｅには、ブーム３に対するスティック４の関節角としてのスティック角βを検出するスティック角度センサ８が取付けられている。
【００１５】
また、作業アームＢのスティック４の先端に、アタッチメント回動支軸としてのアタッチメント取付ピンａによりマグネット５が回動自在に連結され、バケットシリンダ5aのロッド先端に、中間連結軸としての中間連結ピンｃにより先端リンク5bおよび中間リンク5cのそれぞれの一端が回動自在に連結され、中間リンク5cの他端は、リンク回動支軸としてのリンク取付ピンｂによりスティック４の先端近傍に回動自在に連結され、先端リンク5bの他端は、リンク連結軸としてのリンク連結ピンｄによりマグネット５に回動自在に連結されたリンク構造が設けられている。
【００１６】
リンク取付ピンｂには角度センサとしてのリンク角度センサ９が取付けられている。このリンク角度センサ９は、スティック４に対する中間リンク5cの角度すなわちリンク角φを検出することで、作業アームＢに対するマグネット５の角度（以下、慣習的に「バケット角γ」という）を間接的に検出する。
【００１７】
ブームシリンダ3aのヘッド側には、そのヘッド圧を検出する圧力センサ10aが取付けられ、ブームシリンダ3aのロッド側には、そのロッド圧を検出する圧力センサ10bが取付けられている。同様に、バケットシリンダ5aのヘッド側には、そのヘッド圧を検出する圧力センサ11aが取付けられ、バケットシリンダ5aのロッド側には、そのロッド圧を検出する圧力センサ11bが取付けられている。
【００１８】
作業アームＢの各関節部に設けられたブーム角α、スティック角β、リンク角φを検出する各角度センサ７，８，９、ブームシリンダ3aのヘッド圧およびロッド圧、バケットシリンダ5aのヘッド圧およびロッド圧を検出する各圧力センサ10a，10b，11a，11bは、コントローラ６の入力側に接続され、これらの各センサ７，８，９，10a，10b，11a，11bの検出信号は、コントローラ６に入力される。
【００１９】
このコントローラ６は、上記検出信号および作業アームＢの各部材の座標データなどから荷重Ｗ1を演算する機能を有し、このコントローラ６には、演算して求めた荷重などを表示する表示器としてのモニタ12、レバー操作がされたかどうかを判断するためのインプリメントスイッチ14、荷重計測指示用の荷重計測スイッチ15などが接続されている。マグネット５をオン／オフするためのマグネット操作スイッチ（以下、マグネットスイッチという）16は、マグネット５への通電を制御するためのマグネット制御盤17に接続されている。
【００２０】
次に、図３に基づき荷Ｓの荷重Ｗ1を演算する演算理論を説明する。
【００２１】
コントローラ６内の図示していないメモリから作業アームＢの各部材の重心位置および質量データを読み込み、また、角度センサ７，８，９によって検出されたブーム角α、スティック角βおよびリンク角φを読み込む。さらに、リンク角φからアタッチメント角としてのバケット角γを演算する。
【００２２】
さらに、圧力センサ10a，10bによって検出されたブームシリンダ3aのヘッド圧Ｐbmhおよびロッド圧Ｐbmrを読み込むとともに、圧力センサ11a，11bによって検出されたバケットシリンダ5aのヘッド圧Ｐbkhおよびロッド圧Ｐbkrを読み込む。
【００２３】
荷重Ｗ1のみによる基端取付ピン3o回りのモーメントΔＭbmの関係は、
ΔＭbm＝Ｗ1・(Ｌ1＋Ｌ2)    ……（1）
Ｌ1：基端取付ピン3oからアタッチメント取付ピンａまでの水平距離
Ｌ2：アタッチメント取付ピンａから荷重点までの水平距離
【００２４】
一方、荷重Ｗ1とアタッチメント取付ピンａ回りの荷重によるモーメントΔＭbkとの関係は、
ΔＭbk＝Ｗ1・Ｌ2    ……（2）
【００２５】
（1）、（2）式より
Ｗ1・Ｌ1＝ΔＭbm−ΔＭbk    ……（3）
【００２６】
したがって、荷重Ｗ1は、次式で演算される。
【００２７】
Ｗ1＝（ΔＭbm−ΔＭbk）／Ｌ1    ……（4）
【００２８】
（4）式の荷重Ｗ1のみによる基端取付ピン3o回りのモーメントΔＭbmは、基端取付ピン3o回りの荷重有り状態でのモーメントＭbmaと、基端取付ピン3o回りの荷重無し状態でのモーメントＭbmiとの差であるから、次式で与えられる。
【００２９】
ΔＭbm＝Ｍbma−Ｍbmi    ……（5）
【００３０】
（5）式における基端取付ピン3o回りの荷重無し状態でのモーメントＭbmiは、ブーム角α、スティック角β、バケット角γおよび作業アームＢの各可動部材の重心位置および質量（既知の値）から演算される。
【００３１】
（5）式における基端取付ピン3o回りの荷重有り状態でのモーメントＭbmaは、ブームシリンダ3aのヘッド圧Ｐbmhおよびロッド圧Ｐbmrから演算されたブームシリンダ保持力と、ブーム角αより演算されたモーメントアームの長さ（すなわち基端取付ピン3oからブームシリンダ保持力の作用線に下した垂線の長さ）との積から演算される。
【００３２】
同様にして、（4）式のアタッチメント取付ピンａ回りの荷重によるモーメントΔＭbkは、アタッチメント取付ピンａ回りの荷重有り状態でのモーメントＭbkaと、アタッチメント取付ピンａ回りの荷重無し状態でのモーメントＭbkiとの差であるから、次式で与えられる。
【００３３】
ΔＭbk＝Ｍbka−Ｍbki    ……（6）
【００３４】
（6）式におけるアタッチメント取付ピンａ回りの荷重無し状態でのモーメントＭbkiは、バケット角γおよびマグネット５の重心位置および質量から演算される。
【００３５】
（6）式におけるアタッチメント取付ピンａ回りの荷重有り状態でのモーメントＭbkaは、バケットシリンダ5aのヘッド圧Ｐbkhおよびロッド圧Ｐbkrから演算されたバケットシリンダ保持力と、バケット角γおよびリンク5b，5cの寸法から演算されたモーメントアームの長さ（すなわちアタッチメント取付ピンａからバケットシリンダ保持力の作用線に下した垂線の長さ）との積から演算される。
【００３６】
したがって、（5）式および（6）式で演算されたΔＭbm、ΔＭbkを、Ｌ1とともに（4）式に代入すると、荷重Ｗ1が演算される。
【００３７】
次に、図１に示された計測荷重の積算方法の制御フローチャートを説明する。なお、フローチャート中の丸数字は、ステップ番号を示す。
【００３８】
（ステップ１）
マグネット５による作業モードすなわちマグネットモードか、バケットなどによる他の作業モードかを判定する。
【００３９】
（ステップ２）
他の作業モードの場合は、計測状態＝０とする。この計測状態＝０は、積算機能待機中であり、吸着開始から荷重計測スイッチ15を押すまで、リアルタイムで荷Ｓの荷重を更新し、モニタ12に表示する状態である。
【００４０】
（ステップ３）
マグネットモードの場合は、荷Ｓがマグネット５に吸着中か否かを判定する。
【００４１】
（ステップ４）
荷Ｓがマグネット５に吸着中の場合は、計測状態＝０または１か、計測状態＝２かを判定する。計測状態＝１は、積算要求待ち状態、すなわち荷重計測スイッチ15の操作待ち状態であり、荷重計測スイッチ15が１回押されると、荷重表示を更新する。また、計測状態＝２は、荷重計測スイッチ15のオフ待ち状態である。
【００４２】
（ステップ５）
計測状態＝０または１の場合は、計測状態＝１か否かを判定する。
【００４３】
（ステップ６）
計測状態＝０のときは、吸着開始から荷重計測スイッチ15が押されるまでリアルタイムで荷重Ｓを更新表示する積算機能待機フローに進み、先ず、インプリメントスイッチ14がオフか否かを判定する。
【００４４】
このインプリメントスイッチ14は、作業用操作レバー（左右ジョイスティック）および走行ペダルにより手動操作されるパイロット弁のパイロット２次圧の有無を検知する圧力スイッチであり、荷重計測の精度を上げるために、フロント作業中および走行中は荷重計測をしないので、インプリメントスイッチ14がオフであることを確認する。
【００４５】
（ステップ７）
インプリメントスイッチがオフのときは、荷重計測スイッチ15が押されたか否かを判定する。吸着後、この荷重計測スイッチ15が押されると、リアルタイムで更新された荷重表示値が固定される。
【００４６】
（ステップ８）
ステップ５に戻って、計測状態＝１のときは、荷重計測スイッチ15が１回押されると荷重表示が更新される積算要求待ちフローに進み、先ず、インプリメントスイッチ14がオフか否かを判定する。
【００４７】
（ステップ９）
インプリメントスイッチがオフのときは、計測状態＝１で、荷重計測スイッチ15のオン操作による積算要求待ち状態であるので、荷重計測スイッチ15が押されたか否かを判定する。
【００４８】
（ステップ１０）
ステップ７、９で荷重計測スイッチ15が押されているときは、計測状態＝２とし、荷重計測スイッチ15のオフ待ち状態とする。
【００４９】
（ステップ１１）
計測状態＝２では、モニタ12に内蔵されたモニタブザーを0.5秒間だけ作動させる。
【００５０】
（ステップ１２）
マグネット５に吸着された荷Ｓの荷重Ｗを計算する。Ｗ＝Ｗ1−Ｗ0である。Ｗ1は、荷重計算値であり、Ｗ0は、ゼロ点補正値である。
【００５１】
（ステップ１３）
ステップ４で計測状態＝２の場合は、荷重計測スイッチ15がオフされるまで待つフローに進み、荷重計測スイッチ15がオフであるか否かを判定する。
【００５２】
（ステップ１４）
荷重計測スイッチ15がオフの場合は、計測状態＝１とし、積算要求待ち状態とする。
【００５３】
（ステップ１５）
ステップ３で、荷Ｓがマグネット５から釈放されているときは、計測状態＝１であるか否かを判定する。
【００５４】
（ステップ１６）
計測状態＝１のときは、吸着後にマグネット５から荷Ｓが釈放されたときの荷重を積算する荷重積算フローに進み、最後にモニタ12に表示された荷重Ｗを、それまでの積算値Ｗtotalに加えて積算し、その新たな荷重積算値Ｗtotalに更新するとともに、その新たな荷重積算値Ｗtotalを表示する。Ｗtotal＝Ｗtotal＋Ｗ
【００５５】
（ステップ１７）
計測状態＝０とし、吸着開始から荷重計測スイッチ15を押すまで、リアルタイムで荷Ｓの荷重を更新し、モニタ12に表示する。
【００５６】
（ステップ１８）
マグネット５に吸着された荷Ｓの荷重Ｗを計算する。Ｗ＝Ｗ1−Ｗ0
【００５７】
（ステップ１９）
ステップ１５で計測状態＝１でない場合は、荷重計測スイッチ15が押されているか否かを判定する。
【００５８】
（ステップ２０）
荷重計測スイッチ15が押されているオン状態である場合は、そのオン状態が３秒未満か否かを判定する。
【００５９】
（ステップ２１）
荷重計測スイッチ15のオン状態が３秒未満の場合は、荷Ｓの釈放中に、荷重計測スイッチ15が１回押されると、ゼロ点補正を記憶するフローに進み、先ず、インプリメントスイッチ14がオフか否かを判定する。
【００６０】
（ステップ２２）
インプリメントスイッチ14がオフのときは、Ｗ0＝Ｗ1とする。すなわち、釈放中の荷重Ｗ＝０の補正をする。
【００６１】
（ステップ２３）
この場合は、モニタ12に内蔵されたモニタブザーを0.5秒間だけ作動させる。
【００６２】
（ステップ２４）
ステップ20で、荷重計測スイッチ15のオン状態が３秒以上の場合は、荷重積算値Ｗtotalをクリアするフローに進み、荷重積算値Ｗtotal＝０とする。
【００６３】
（ステップ２５）
この場合は、モニタブザーを２秒間連続作動させる。
【００６４】
このように、作業機械Ａの作業アームＢの先端部に装着されたマグネット５に吸着されたスクラップなどの荷Ｓの荷重Ｗは、荷Ｓの吸着中は、ステップ４〜１４に示されるように、荷重計測スイッチ15を押す毎に（オン・オフ操作毎に）、そのとき計測演算された荷Ｓの荷重Ｗが、更新演算されてモニタ12上に表示されるが、積算はされない。また、荷Ｓをマグネット５から釈放したとき、ステップ１６に示されるように、最後にモニタ12に表示された荷重Ｗが積算されるとともに、荷重積算値Ｗtotalの表示が更新される。
【００６５】
次に、この実施の形態の作用効果を説明する。
【００６６】
上記の演算方法を用いて、作業機械Ａの作業アームＢの先端部に装着されたマグネット５に吸着された荷Ｓの荷重Ｗが計測演算され、モニタ12上に表示される。このモニタ12上に表示された荷Ｓの荷重Ｗは、荷重計測スイッチ15を押す毎に（オン・オフ操作毎に）、そのとき計測演算した荷重で更新されモニタ12上に表示されるが、積算はされず、荷Ｓをマグネット５から釈放したとき、最後にモニタ12に表示された荷重Ｗが積算され、荷重積算値Ｗtotalが更新される。
【００６７】
すなわち、荷重計測スイッチ15を押すと、そのとき演算した荷重をモニタ12に表示するのみで、荷Ｓを釈放するまで荷重Ｗを積算しないので、例えばブームシリンダ3aやバケットシリンダ5aがストロークエンド位置にある姿勢のような、誤差が生じる作業アーム姿勢で荷重計測スイッチ15を押してしまっても、積算値が変化することを防止でき、例えば荷重計測スイッチ15を複数回押してみるなどして、正確な計測演算結果を確認してから、マグネット５を釈放動作させることで、計測荷重を正確に積算できる。
【００６８】
また、荷Ｓを釈放すると、最後にモニタ12に表示された荷重Ｗが自動的に積算されるので、新たに積算するためのスイッチを設ける必要がない。
【００６９】
本発明は、油圧ショベル、ローダなどの作業機械に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る計測荷重の積算方法の一実施の形態を示すフローチャートである。
【図２】同上積算方法が実施される作業機械および制御ブロックを示す構成図である。
【図３】同上積算方法における荷演算理論を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
Ａ    作業機械
Ｂ    作業アーム
Ｓ    荷
５    電磁石としてのマグネット
12    表示器としてのモニタ
15    荷重計測スイッチ
【図１】
2008020301.tif 000003
【図２】
2008020301.tif 000004
【図３】
2008020301.tif 000005