(57)【要約】【課題】作業アームに重心位置および重量データが未知のアタッチメントを装着した場合でも、それらを容易に補正できるアタッチメントデータ補正方法を提供する。【解決手段】バケットシリンダ5aの圧力を抜いてマグネット重心をアタッチメント取付ピンａの真下に位置させる。ブームシリンダ3aの圧力から演算した保持力によるモーメントと、マグネット５を除く作業アームＢのモーメントとの誤差が、マグネット重量によるモーメントと等しいことから、マグネット重量を演算する。マグネット座標系におけるマグネット重心角を演算するとともに、マグネット５の対地角を９０°に設定して、バケットシリンダ5aの圧力から演算した保持力によるアタッチメント取付ピンａ回りのモーメントＭbkと、マグネット重量とによって、アタッチメント取付ピンａからマグネット重心までの水平距離を演算する。【選択図】図１
2007178362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体に、基端側シリンダにより上下方向に回動される作業アームの基端が基端回動支軸により連結され、作業アームの先端に、先端側シリンダにより回動されるアタッチメントがアタッチメント回動支軸により連結され、基端側シリンダおよび先端側シリンダの圧力はそれぞれ圧力センサにより検出され、作業アームの姿勢および作業アームに対するアタッチメント角がそれぞれの角度センサにより検出される作業機械にあって、
先端側シリンダの圧力を抜いて、基端側シリンダの圧力から演算した保持力による基端回動支軸回りのモーメントと、アタッチメントを除く作業アームの各部材の重心位置、重量データおよび検出角度から演算した基端回動支軸回りのモーメントとの誤差が、アタッチメント重量による基端回動支軸回りのモーメントと等しいことから、アタッチメント重量およびアタッチメント重心の角度を演算し、
アタッチメントの対地角を９０°に設定して、先端側シリンダの圧力から演算した保持力によるアタッチメント回動支軸回りのモーメントと、アタッチメント重量とから、アタッチメント回動支軸からアタッチメント重心までの水平距離を演算し、
アタッチメント重心の角度と水平距離とからアタッチメント重心位置を求め、アタッチメント重量およびアタッチメント重心位置を補正する
ことを特徴とする作業機械におけるアタッチメントデータ補正方法。
【請求項２】
アタッチメントは、平面状の作業面を有するマグネットである
ことを特徴とする請求項１記載の作業機械におけるアタッチメントデータ補正方法。
【請求項３】
作業アームの先端にアタッチメント回動支軸によりアタッチメントが連結され、先端側シリンダに中間連結軸により先端リンクおよび中間リンクのそれぞれの一端が連結され、中間リンクの他端はリンク回動支軸により作業アームの先端近傍にリンク回動支軸により連結され、先端リンクの他端はリンク連結軸によりアタッチメントに連結され、リンク回動支軸に角度センサが設けられた作業機械にあって、
機体およびアタッチメントの作業面を水平なフラット面に接地させ、
アタッチメント回動支軸とリンク連結軸との間のピン間距離を入力し、
アタッチメント座標系の水平軸に対するアタッチメント回動支軸とリンク連結軸とを結ぶ線の傾き角を演算し、
中間リンクのリンク回動支軸に設けられた角度センサにより作業アームの先端部に対する中間リンクのリンク角を検出し、
リンク角および傾き角から作業アームの先端部に対してアタッチメント座標軸がなすアタッチメント角を演算し、リンク角とアタッチメント角との関係を補正する
ことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械におけるアタッチメントデータ補正方法。
【請求項４】
機体と、
この機体に回動自在に取付けられた作業アームと、
この作業アームの先端に回動自在に連結されて荷を保持することが可能なアタッメントと、
作業アームの姿勢および作業アームに対するアタッチメント角をそれぞれ検出する角度センサと、
作業アームを上下方向に回動する基端側シリンダと、
アタッチメントに接続されたリンクを介してアタッチメントを回動する先端側シリンダと、
基端側シリンダおよび先端側シリンダの圧力をそれぞれ検出する圧力センサと、
各圧力センサおよび各角度センサの検出データと作業アームの各部材の重心位置および重量データとを用いて、請求項１乃至３のいずれかに記載されたアタッチメントデータ補正方法によりアタッチメント重心位置および重量を補正するコントローラと
を具備した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、交換可能なアタッチメントを有する作業機械におけるアタッチメントデータ補正方法および作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
下部走行体に上部旋回体が水平旋回自在に連結され、この上部旋回体に作業アームが上下方向揺動自在に取付けられた油圧ショベルをベースマシンとして、作業アームの先端にバケット代替アタッチメントとしてのマグネットが装着されたマグネット仕様機がある。
【０００３】
作業アームは、上部旋回体にブームシリンダにより作動されるブームが上下方向回動自在に取付けられ、このブームの先端部にスティックシリンダにより作動されるスティックが回動自在に取付けられ、このスティックの先端部にバケットシリンダおよびリンク機構により回動されるマグネットが回動自在に取付けられている。
【０００４】
マグネットは、スティックの先端部と、このスティックに取付けられたバケットシリンダにより作動されるリンク機構とにピンにより連結され、このマグネットにより鉄屑などのスクラップすなわち荷を吸着して運搬車への積込みなどの作業を行うものであり、このような積込み作業では、積込み作業処理量を計測するため、荷の荷重を検出することが要求されている。
【０００５】
このような荷の荷重を検出するアタッチメント用荷重計測方法として、マグネットとスティックの先端部およびリンク機構とをそれぞれ連結する２つのピンに、それぞれロードセルを設けて、これらのロードセルにより各ピンにかかる荷重を検出することで、荷の荷重を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この特許文献１に記載された発明は、スクラップなどの荷重がマグネットの中心に位置していることを前提としているため、荷重がマグネットの中心から外れると、荷重計測精度が悪くなる。また、２つのピンの連結部は、常に荷重がかかった状態で揺動するため、ロードセルの耐久性が問題になる。
【０００７】
この特許文献１の発明に対して、本発明の出願人は、特願２００４-２６２９５９号の明細書および図面において、荷位置と関係無く吊り荷重を計測する高い荷重計測精度を確保できるとともに耐久性にも優れた荷重計測方法を提案している。
【０００８】
この提案済みの荷重計測方法は、油圧ショベルにおいてブーム角、スティック角、バケット角、ブームシリンダのボトム圧、ロッド圧およびバケットシリンダのボトム圧、ロッド圧を検出し、コントローラに記憶している作業アームの部材座標データと重量データと前記のセンサの検出データをもとに吊り荷重を演算してモニタに表示するものである。
【特許文献１】特開２００２−２７７３１１号公報（第４−５頁、図１−４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この提案済みの荷重計測方法は、マグネットを他のものと交換した場合は、コントローラに記憶している交換前のマグネットの重心位置および重量データを書き直す必要がある。
【００１０】
フィールドでマグネットなどのアタッチメントを交換することは頻繁にあるが、アタッチメントの重心位置および重量データが入手できないことが多く、その場合は提案済みの荷重計測方法を用いることができなくなる問題がある。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、作業アームに重心位置および重量データが未知のアタッチメントを装着した場合でも、それらを容易に補正できるアタッチメントデータ補正方法、およびこのアタッチメントデータ補正方法の実施に用いる作業機械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】
【００１２】
請求項１記載の発明は、機体に、基端側シリンダにより上下方向に回動される作業アームの基端が基端回動支軸により連結され、作業アームの先端に、先端側シリンダにより回動されるアタッチメントがアタッチメント回動支軸により連結され、基端側シリンダおよび先端側シリンダの圧力はそれぞれ圧力センサにより検出され、作業アームの姿勢および作業アームに対するアタッチメント角がそれぞれの角度センサにより検出される作業機械にあって、先端側シリンダの圧力を抜いて、基端側シリンダの圧力から演算した保持力による基端回動支軸回りのモーメントと、アタッチメントを除く作業アームの各部材の重心位置、重量データおよび検出角度から演算した基端回動支軸回りのモーメントとの誤差が、アタッチメント重量による基端回動支軸回りのモーメントと等しいことから、アタッチメント重量およびアタッチメント重心の角度を演算し、アタッチメントの対地角を９０°に設定して、先端側シリンダの圧力から演算した保持力によるアタッチメント回動支軸回りのモーメントと、アタッチメント重量とから、アタッチメント回動支軸からアタッチメント重心までの水平距離を演算し、アタッチメント重心の角度と水平距離とからアタッチメント重心位置を求め、アタッチメント重量およびアタッチメント重心位置を補正する作業機械におけるアタッチメントデータ補正方法である。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の作業機械におけるアタッチメントデータ補正方法におけるアタッチメントを、平面状の作業面を有するマグネットとしたものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の作業機械におけるアタッチメントデータ補正方法において、作業アームの先端にアタッチメント回動支軸によりアタッチメントが連結され、先端側シリンダに中間連結軸により先端リンクおよび中間リンクのそれぞれの一端が連結され、中間リンクの他端はリンク回動支軸により作業アームの先端近傍にリンク回動支軸により連結され、先端リンクの他端はリンク連結軸によりアタッチメントに連結され、リンク回動支軸に角度センサが設けられた作業機械にあって、機体およびアタッチメントの作業面を水平なフラット面に接地させ、アタッチメント回動支軸とリンク連結軸との間のピン間距離を入力し、アタッチメント座標系の水平軸に対するアタッチメント回動支軸とリンク連結軸とを結ぶ線の傾き角を演算し、中間リンクのリンク回動支軸に設けられた角度センサにより作業アームの先端部に対する中間リンクのリンク角を検出し、リンク角および傾き角から作業アームの先端部に対してアタッチメント座標軸がなすアタッチメント角を演算し、リンク角とアタッチメント角との関係を補正するものである。
【００１５】
請求項４記載の発明は、機体と、この機体に回動自在に取付けられた作業アームと、この作業アームの先端に回動自在に連結されて荷を保持することが可能なアタッメントと、作業アームの姿勢および作業アームに対するアタッチメント角をそれぞれ検出する角度センサと、作業アームを上下方向に回動する基端側シリンダと、アタッチメントに接続されたリンクを介してアタッチメントを回動する先端側シリンダと、基端側シリンダおよび先端側シリンダの圧力をそれぞれ検出する圧力センサと、各圧力センサおよび各角度センサの検出データと作業アームの各部材の重心位置および重量データとを用いて、請求項１乃至３のいずれかに記載されたアタッチメントデータ補正方法によりアタッチメント重量および重心位置を補正するコントローラとを具備した作業機械である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、先端側シリンダの圧力を抜いてアタッチメント重心をアタッチメント回動支軸の真下に位置させることで、基端側シリンダの圧力から演算した保持力による基端回動支軸回りのモーメントと、アタッチメントを除く作業アームの各部材の重心位置、重量データおよび検出角度から演算した基端回動支軸回りのモーメントとの誤差が、アタッチメント重量による基端回動支軸回りのモーメントと等しいことから、アタッチメント重量を容易に演算できる。また、アタッチメント座標系におけるアタッチメント重心の角度を演算するとともに、アタッチメントの対地角を９０°に設定して、先端側シリンダの圧力から演算した保持力によるアタッチメント回動支軸回りのモーメントと、アタッチメント重量とから、アタッチメント回動支軸からアタッチメント重心までの水平距離を演算することで、アタッチメント重心位置を容易に求めて補正できる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、現場での簡単な操作により、未知のマグネット重心位置および重量データを補正できる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、アタッチメントの交換を容易にするためにアタッチメント回動支軸位置を避けて、それと異なるリンク回動支軸に設けられた角度センサによりアタッチメント角を間接的に検出できるようにした場合においても、機体およびアタッチメントの作業面を水平面に接地させ、アタッチメント回動支軸とリンク連結軸との間のピン間距離を入力し、アタッチメント回動支軸とリンク連結軸とを結ぶ線のアタッチメント座標系の水平軸に対する傾き角を演算し、リンク回動支軸の角度センサにより中間リンクのリンク角を検出し、リンク角および傾き角からアタッチメント角を演算して、リンク角とアタッチメント角との関係を補正できるので、この補正を前提としてアタッチメントを容易に交換にできる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、重心位置および重量データが未知のアタッチメントを使用した場合でも、現場での簡単な較正操作でアタッチメント重心位置および重量データを補正でき、正確な荷重計測が可能な作業機械を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図１乃至図１０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。
【００２１】
図１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にフロント作業装置としての作業アームＢが上下方向揺動自在に取付けられている。
【００２２】
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ものである。
【００２３】
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アタッチメントとしてのマグネット（電磁石）５が回動自在に連結されている。
【００２４】
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。
【００２５】
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の吊り荷重Ｗ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。
【００２６】
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。作業アームＢの姿勢、すなわちブーム３およびスティック４の角度は、角度センサ７，８により検出される。
【００２７】
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。
【００２８】
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に対するアタッチメント角としてのマグネット角（以下、慣習的に「バケット角γ」という）を間接的に検出する。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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吊り荷重Ｗを演算する機能を有し、その出力側には、演算して求めた荷重などを表示するモニタなどの表示器12が接続されている。
【００３２】
このコントローラ６の入力側には、データを入力する入力器13、較正処理を起動するための較正スイッチ14、較正姿勢完了後に計測を指示するための計測スイッチ15、マグネット５をオン／オフするためのマグネットスイッチ16が接続されている。マグネットスイッチ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。
【００３３】
次に、本アタッチメントデータ補正方法の演算例を、図２に示されたコントローラの全体の演算フローチャート、図３に示された較正タスクの演算フローチャート、図４乃至図６に示された較正タスクの各較正姿勢での演算フローチャート、および図７乃至図１０に示された各較正姿勢の説明図を参照しながら説明する。なお、フローチャート中の丸数字は、ステップ番号を示す。
【００３４】
コントローラ６の電源が投入されると、図２において、ステップS1で、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重量データを読み込む。
【００３５】
次にステップS2で、較正スイッチ14がONになったか否かを判定する。ONでない場合は、ステップS3でカウンタ＝２であるかを判定し、NOである場合はステップS4で各センサ７，８，９，10a，10b，11a，11bの検出データを読込み、吊り荷重演算タスクS5でマグネット５に吸着された荷Ｓの吊り荷重Ｗの演算を行ない、モーメントリミッタの演算タスクS6で転倒警報処理を行なう。なお、吊り荷重Ｗの演算については、後で説明する。
【００３６】
ステップS2で較正スイッチ14がONになったことを検出すると、ステップS7で演算タスクを切り換えるためのカウンタを１に設定した後、較正タスクS8に入る。
【００３７】
（較正タスク処理）
較正タスクS8のフローチャートを図３に示す。
【００３８】
較正タスクS8に入ると、次にステップS9で各角度センサ７，８，９の検出データ（α，β，φ）を読み込むとともに、各圧力センサ10a，10b，11a，11bの検出データ（Ｐbmh，Ｐbmr，Ｐbkh，Ｐbkr）を読み込む。ステップS10でカウンタを判定する。カウンタが１のときはステップS11の第１姿勢演算タスク、カウンタが２のときはステップS12の第２姿勢演算タスク、カウンタが３のときはステップS13の第３姿勢演算タスクを実行する。カウンタが４のときはステップS14で表示器12に較正処理が完了したことを表示して較正タスクから出る。
【００３９】
（第１姿勢演算タスク）
図４に第１姿勢演算タスクS11のフローチャートを示し、図７および図８に第１姿勢の説明図を示す。
【００４０】
図７および図８に示す第１姿勢は、上部旋回体２などに設けられた水準器により、この上部旋回体２が水平となるように水平なフラット面、例えば水平地面に設置するとともに、マグネット５の作業面をこの水平地面に接地させた姿勢である。
【００４１】
図４において、ステップS15でオペレータに「マグネットを無負荷の状態で第１姿勢にした後に計測スイッチをONにすること」を表示器12に表示して知らせる。
【００４２】
ステップS16で計測スイッチ15がONになったか否かを判定する。ONでない場合は、ステップS15に戻る。
【００４３】
計測スイッチ15がONの場合は、ステップS17でオペレータに「マグネットのピン間距離Ｌad(図８のピンａ−ｄ間の距離)を入力すること」を表示器12に表示する。アタッチメント取付ピンａとリンク連結ピンｄとの間のピン間距離Ｌadを、既知の場合はその既定値を、未知の場合は測って、入力器13より入力する。
【００４４】
ステップS18でピン間距離が入力されたことが判定されると、ステップS19で、アタッチメント座標系の水平軸としてのマグネット座標軸Ｚmgに対する、アタッチメント取付ピンａとリンク連結ピンｄとを結ぶ線（ピンａ−ｄ間）の傾き角θを下記のように演算する。
【００４５】
図８において、作業アームＢの先端部に対する中間リンク5cのリンク角φはリンク角度センサ９で検出されている。また、図８に示されるマグネット駆動用のリンク機構のピンａ，ｂ，ｃ，ｄ間の寸法Ｌab、Ｌbc、Ｌcd（これらは不変値）、Ｌad（ステップS17，S18で既知）はデータとして記憶されているので、リンク角φから角度∠badを求めることができる（角度∠bad＝ｆ（φ））。
【００４６】
一方、ブーム角αおよびスティック角βは角度センサ７，８から検出されているので、スティック座標軸Ｘstと、マグネット吸着面に平行のマグネット座標軸Ｚmgとがなす角度∠eazは式次で与えられる。
【００４７】
∠eaz＝α＋β    ……(1)
【００４８】
したがって、リンク取付ピンｂがｅ−ａ線上に位置する場合は、マグネット座標軸Ｚmgとマグネット５のピン間Ｌadとがなす一定の傾き角θは次式で求まる。
【００４９】
θ＝∠bad−∠eaz＝ｆ（φ）−(α＋β)    ……(2)
【００５０】
次に、ステップS20において、上記の(2)式の演算で求めた傾き角θと、角度センサ９で検出されたリンク角φから、このリンク角φより求められた∠badから傾き角θを差し引くことで、マグネット５の吸着面と平行なアタッチメント座標軸としてのマグネット座標軸Ｚmgがスティック座標軸Ｘstに対してなすアタッチメント角としてのバケット角γを演算し（γ＝Ｆ（φ））、リンク角φとバケット角γとの関係により補正関数テーブルを作成してメモリに記憶する。その後、ステップS21でカウンタをカウントアップして第１姿勢演算タスクを出る。
【００５１】
（第２姿勢演算タスク）
図５に第２姿勢演算タスクのフローチャートを示し、図９に第２姿勢の説明図を示す。
【００５２】
前記のステップS21で、第１姿勢演算タスクを出るときカウンタ＝２であるので、図３のフローチャートにおいてステップS10でカウンタが判定され、ステップS12の第２姿勢演算タスクに入る。
【００５３】
図５のフローチャートにおいて、ステップS22でオペレータに「無負荷状態で第２姿勢にした後に計測スイッチをONにすること」を表示器12で指示する。図９は、マグネット５を空中に上げ、エンジンを停止した後、バケットシリンダ5aのへッド側およびロッド側から圧力を抜いた圧抜き姿勢である。
【００５４】
この圧抜き姿勢では、バケットシリンダ5aの保持力がなくなるので、マグネット５の重心は作業アームＢのアタッチメント取付ピンａを通る垂直線上に位置する。
【００５５】
第２姿勢にするためにはエンジンを停止するので、コントローラ６の電源を一度OFFして、再度電源をONにする。電源を再投入すると、図２の開始から始まるが、カウンタ＝２であるので、ステップS3からステップS8の較正タスクに入る。
【００５６】
図３の較正タスクに入ると、ステップS9、S10を経てステップS12の第２姿勢演算タスクに入る。この第２姿勢演算タスクに入ると、ステップS23で計測スイッチ15がONされたか否かを判定する。計測スイッチ15がONされると、ステップS24でアタッチメント重量としてのマグネット重量（自重）Ｗmgを演算する。
【００５７】
マグネット重量Ｗmgは、以下の手順で演算する。
【００５８】
ブームシリンダ3aの圧力センサ10a，10bで検出された圧力からブームシリンダ3aの保持力を演算し、角度センサ７で検出されたブーム角αおよび作業アームＢのシリンダおよびピンなどの部材座標データをもとにブームシリンダ3aの保持力による基端取付ピン3o回りのモーメントＭbm1を求める。
【００５９】
次に作業アームＢの各部材の部材重心位置、重量データ、ブーム角α、スティック角βおよびバケット角γから、マグネット５を除く作業アームＢの各部材の自重による基端取付ピン3o回りのモーメントＭbm2を演算する。
【００６０】
ブームシリンダ3aの保持力による基端取付ピン3o回りのモーメントＭbm1と、マグネット５を除く作業アームＢの自重による基端取付ピン3o回りのモーメントＭbm2との誤差が、マグネット重量Ｗmgによる基端取付ピン3o回りのモーメントと等しいことから、マグネット重量Ｗmgは次式で求まる。
【００６１】
Ｗmg＝(Ｍbm1−Ｍbm2)／Ｌoa    ……(3)
【００６２】
Ｌoaは、基端取付ピン3oから作業アームＢのアタッチメント取付ピンａまでの水平距離であり、α、βから求められる。
【００６３】
次にステップS25でマグネット５の重心およびアタッチメント取付ピンａを通る直線（垂直線）と、マグネット座標軸Ｘmgとがなすアタッチメント重心の角度すなわちマグネット重心角ζを演算する。図９よりマグネット重心角ζは次式で与えられる。
【００６４】
ζ＝γ−（α＋β）    ……(4)
【００６５】
次にステップS26でカウンタをカウントアップして、第２姿勢演算タスクから出る。
【００６６】
（第３姿勢演算タスク）
第２姿勢演算タスクを抜け出すとカウンタ＝３であるので、図３のステップS9、ステップS10を経てステップS13の第３姿勢演算タスクに入る。図６の第３姿勢演算タスクに入るとステップS27で、オペレータに図１０に示す「無負荷状態で第３姿勢にした後、計測スイッチをONにすること」を表示器12に表示して知らせる。次にステップS28でマグネット５の水平地面に対する角度すなわち対地角ξを演算して表示器12に表示する。対地角ξは次式で求まる。
【００６７】
ξ＝α＋β−γ    ……(5)
【００６８】
オペレータは表示器12に表示された対地角ξを見ながら作業アームＢを操作してマグネット５の対地角ξを９０°に設定した後、計測スイッチ15をONにする。ステップS29で計測スイッチ15がONになったことを判定すると、ステップS30で、バケットシリンダ5aの圧力センサ11a，11bにより検出されたバケットシリンダ5aの圧力から保持力を演算し、この保持力によるアタッチメント取付ピンａ回りのモーメントＭbkを演算する。
【００６９】
次にこの保持力によるアタッチメント取付ピンａ回りのモーメントＭbkと、第２姿勢演算タスクで求めたマグネット重量Ｗmgとから、アタッチメント取付ピンａからマグネット重心までの水平距離Ｘmga（＝Ｍbk／Ｗmg）を演算する。
【００７０】
この水平距離Ｘmgaと、前記マグネット重心角ζとにより、マグネット重心位置の座標が求まるので、この新たなマグネット重心位置の座標を、新たなマグネット重量Ｗmgとともに記憶する。
【００７１】
ステップS32でカウンタをカウントアップし、第３姿勢演算タスクから出る。第３姿勢演算タスクS13から出ると図３のステップS9、ステップS10からステップS14に移り、ステップS14で表示器12に較正処理が終了したことを表示して較正タスクから出る。
【００７２】
図２の較正タスクS8から出るとステップS1に戻り、ステップS2、ステップS3を経て、ステップS4、S5、S6で、前記の較正されたマグネット重心位置および重量データを用いて、次のような吊り荷重の演算およびモーメントリミッタの演算を行なう。
【００７３】
（吊り荷重演算タスク）
次に、図１に基づき吊り荷重演算タスクS5の演算理論を説明する。
【００７４】
吊り荷重Ｗ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＝Ｗ・(Ｌ1＋Ｌ2)    ……（6）
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
【００７５】
一方、吊り荷重Ｗ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＝Ｗ・Ｌ2    ……（7）
【００７６】
（6）、（7）式より
Ｗ・Ｌ1＝ΔＭbm−ΔＭbk    ……（8）
【００７７】
したがって、吊り荷重Ｗは、次式で演算される。
【００７８】
Ｗ＝（ΔＭbm−ΔＭbk）／Ｌ1    ……（9）
【００７９】
（9）式の吊り荷重Ｗ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。
【００８０】
ΔＭbm＝Ｍbma−Ｍbmi    ……（10）
【００８１】
（10）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重量（既知の値）から演算される。
【００８２】
（10）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。
【００８３】
同様にして、（9）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。
【００８４】
ΔＭbk＝Ｍbka−Ｍbki    ……（11）
【００８５】
（11）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の重心位置および重量から演算される。
【００８６】
（11）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。
【００８７】
したがって、（10）式および（11）式で演算されたΔＭbm、ΔＭbkを、Ｌ1とともに（9）式に代入すると、吊り荷重Ｗが演算される。
【００８８】
さらに、モーメントリミッタは、この演算により求められた吊り荷重Ｗと、基端取付ピン3o回りの荷重によるモーメントΔＭbmの限界値とから、逆に作業アームＢの長さを制限する。
【００８９】
前記のような実施の形態によれば、重心位置座標、重量デークが未知のマグネット５を用いる場合でも、現場で簡単な操作で較正してマグネット重心位置および重量データを作成でき、荷重計測を可能にすることができる。
【００９０】
次に、図示された実施の形態の作用効果を説明する。
【００９１】
バケットシリンダ5aの圧力を抜いてマグネット重心をアタッチメント取付ピンａの真下に位置させることで、ブームシリンダ3aの圧力から演算した保持力による基端取付ピン3o回りのモーメントＭbm1と、マグネット５を除く作業アームＢの各部材の重心位置、重量データおよび検出角度から演算した基端取付ピン3o回りのモーメントＭbm2との誤差が、マグネット重量Ｗmgによる基端取付ピン3o回りのモーメントと等しいことから、マグネット重量Ｗmgを容易に演算できる。また、マグネット座標系におけるマグネット重心角ζを演算するとともに、マグネット５の対地角ξを９０°に設定して、バケットシリンダ5aの圧力から演算した保持力によるアタッチメント取付ピンａ回りのモーメントＭbkと、マグネット重量Ｗmgとによって、アタッチメント取付ピンａからマグネット重心までの水平距離Ｘmgaを演算することで、マグネット重心の位置を容易に演算して補正できる。
【００９２】
マグネット５の交換を容易にするために、アタッチメント取付ピンａの位置を避けて、それと異なるリンク取付ピンｂに角度センサ９を設け、この角度センサ９によりバケット角γを間接的に検出できるようにした場合においても、上部旋回体２およびマグネット５の吸着面を水平面に接地させ、アタッチメント取付ピンａとリンク連結ピンｄとの間のピン間距離Ｌadを入力し、アタッチメント取付ピンａとリンク連結ピンｄとを結ぶ線のマグネット座標軸Ｚmgに対する傾き角θを演算し、リンク取付ピンｂの角度センサ９により中間リンク5cのリンク角φを検出し、このリンク角φより求められた∠ｂadから傾き角θを差し引いてバケット角γを演算することで、リンク角φとバケット角γとの関係を補正できるので、この補正を前提としてマグネット５を容易に交換できる。
【００９３】
このようにして、重心位置および重量データが未知のマグネット５を使用した場合でも、現場での簡単な較正操作でマグネット重心位置および重量データを補正でき、正確な荷重計測が可能な作業機械を提供できる。
【００９４】
本発明のアタッチメントは、マグネット５以外の例えばグラップルなどにも適用可能である。なお、グラップルの場合には爪が開閉することで重心位置が変化するので、爪の開閉状態を検出するセンサを設置する。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に関する作業機械におけるアタッチメントデータ補正方法の一実施の形態を示すシステム構成図である。
【図２】同上作業機械に搭載されたコントローラの全体的機能を示す演算フローチャートである。
【図３】同上コントローラによる較正タスクの演算フローチャートである。
【図４】同上コントローラによる第１姿勢演算タスクを示す演算フローチャートである。
【図５】同上コントローラによる第２姿勢演算タスクを示す演算フローチャートである。
【図６】同上コントローラによる第３姿勢演算タスクを示す演算フローチャートである。
【図７】同上第１姿勢演算時の較正姿勢を示す作業機械側面図である。
【図８】同上第１姿勢演算時の較正姿勢を拡大した作業アーム側面図である。
【図９】同上第２姿勢演算時の較正姿勢を示す作業機械側面図である。
【図１０】同上第３姿勢演算時の較正姿勢を示す作業機械側面図である。
【符号の説明】
【００９６】
Ａ    作業機械
Ｂ    作業アーム
２    機体としての上部旋回体
3a    基端側シリンダとしてのブームシリンダ
3o    基端回動支軸としての基端取付ピン
５    アタッチメントとしてのマグネット
5a    先端側シリンダとしてのバケットシリンダ
5b    先端リンク
5c    中間リンク
７，８，９    角度センサ
10a，10b，11a，11b    圧力センサ
ａ    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
ｂ    リンク回動支軸としてのリンク取付ピン
ｃ    中間連結軸としての中間連結ピン
ｄ    リンク連結軸としてのリンク連結ピン
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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