特許 6855247 作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6855247

(24)【登録日】2021年3月19日

(45)【発行日】2021年4月7日

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20210329BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/26 B

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-574290(P2016-574290)

(86)(22)【出願日】2016年11月9日

(86)【国際出願番号】JP2016083219

(87)【国際公開番号】WO2018087834

(87)【国際公開日】20180517

【審査請求日】2019年10月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西村 峰鷹

(72)【発明者】

【氏名】島野 佑基

(72)【発明者】

【氏名】園田 拓也

【審査官】 東 芳隆

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００６／０９８２１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１１−５０８１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０６５４１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１０７８９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０３８７４８０７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３７３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１５８０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５８４４４６５（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ３／００−３／９６、９／００−９／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブームと、
前記ブームの先端に取り付けられたアームと、
前記アームの先端に取り付けられたバケットと、
前記ブームを駆動するブームシリンダと、
前記ブームシリンダの伸縮の加速度を検知する検知部と、
前記ブームシリンダの負荷に基づいて前記バケット内の荷重値を演算し、演算により得られた前記荷重値を、前記検知部により検知された前記ブームシリンダの伸縮の前記加速度に基づいて補正するコントローラとを備えた、作業機械。

【請求項2】

前記コントローラは、前記加速度に基づく補正に加えて、演算により得られた前記荷重値を、前記バケットの荷重値に対する前記バケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正し、
前記関係データは、前記バケットの荷重値が大きいほど、前記バケットの荷重値の誤差が小さくなる関係を有している、請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記関係データにおいて、前記バケットの荷重値に対する前記バケットの荷重値の誤差の大きさの関係は２次関数によって表される、請求項２に記載の作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械に関するものである。

【背景技術】

【0002】

バケット内の荷重は、作業機械の仕事量を知るうえで重要である。バケット内の荷重値を演算する技術は、たとえば特開２０１０−８９６３３号公報（特許文献１）に開示されている。

【0003】

この公報においては、荷の現在荷重値が、作業機械の姿勢と、ブームシリンダに作用する圧力とから演算により取得される。この現在荷重値を積算することにより積算荷重値が演算される。この積算荷重値が目標荷重値に達するとき、その状態がオペレータに報知される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−８９６３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら上記公報に記載の荷重値の演算方法によれば、バケット内の荷重値を正確に取得できない場合があった。このためバケット荷重の計測時における計測精度の向上が求められていた。

【0006】

本発明の目的は、荷重計測時の計測精度を向上させることが可能な作業機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の作業機械は、ブームと、アームと、バケットと、ブームシリンダと、検知部と、コントローラとを備えている。アームは、ブームの先端に取り付けられている。バケットは、アームの先端に取り付けられている。ブームシリンダは、ブームを駆動する。検知部は、ブームシリンダの伸縮の加速度を検知する。コントローラは、ブームシリンダの負荷に基づいてバケット内の荷重値を演算し、演算により得られた荷重値を、検知部により検知されたブームシリンダの伸縮の加速度に基づいて補正する。

【0008】

本発明の作業機械によれば、ブームシリンダの伸縮の加速度に基づいてバケット内の荷重値が補正される。これにより、ブーム、アーム、バケットなどの動作に基づく作業機の慣性による誤差を荷重値から取り除くことができる。このため、荷重計測時の計測精度を向上することができる。

【0009】

上記の作業機械において、コントローラは、上記加速度に基づく補正に加えて、演算により得られた荷重値を、バケットの荷重値に対するバケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正する。

【0010】

これにより、上記モーメントの釣り合いのモデルが実際の作業機の構成および状態と異なる場合に、そのモデルと実際の作業機との相違に基づく誤差を補正することが可能となる。

【0011】

上記の作業機械において、関係データは、バケットの荷重値が大きいほど、バケットの荷重値の誤差が小さくなる関係を有している。

【0012】

これにより、関係データにおける荷重値と誤差との関係を、バケットの荷重値が大きくなるほど、その荷重値に対する荷重値の誤差が相対的に小さくなるという実情に即した関係とすることができる。これにより計算モデルとの相違に基づく誤差を適切に補正することができる。

【0013】

上記の作業機械において、上記関係データにおいて、バケットの荷重値に対するバケットの荷重値の誤差の大きさの関係は２次関数によって表される。

【0014】

これにより、関係データにおける荷重値と誤差との関係を、簡易に実情に即した関係とすることができる。

【0015】

本発明の作業機械の制御方法は、ブームと、アームと、バケットと、上記ブームを駆動するブームシリンダとを備えた作業機械の制御方法である。本発明の作業機械の制御方法において、ブームシリンダの負荷に基づいてバケット内の荷重値が演算される。演算により得られた荷重値は、ブームシリンダの伸縮の加速度に基づいて補正される。

【0016】

本発明の作業機械の制御方法によれば、ブームシリンダの伸縮の加速度に基づいてバケット内の荷重値が補正される。これにより、ブーム、アーム、バケットなどの動作に基づく作業機の慣性による誤差を荷重値から取り除くことができる。このため、荷重計測時の計測精度を向上することができる。

【0017】

上記の作業機械の制御方法において、上記加速度に基づく補正に加えて、演算により得られた荷重値が、バケットの荷重値に対するバケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正される。

【0018】

これにより、上記モーメントの釣り合いのモデルが実際の作業機の構成および状態と異なる場合に、そのモデルと実際の作業機との相違に基づく誤差を補正することが可能となる。

【発明の効果】

【0019】

以上説明したように本発明によれば、荷重計測時の計測精度を向上させることが可能な作業機械を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施の形態における作業機械の構成を概略的に示す図である。

【図2】作業機に用いられるストロークセンサ付きシリンダの構成を概略的に示す図である。

【図3】図２のシリンダに用いられるストロークセンサの構成を概略的に示す図（Ａ）、およびストロークセンサのセンサ出力である電気信号が周期的に変化する様子を示す図（Ｂ）である。

【図4】モーメントの釣り合いを説明するための作業機の模式図である。

【図5】計算荷重値Ｗの時間変化を示す図（Ａ）、ブームシリンダの伸縮の加速度の時間変化を示す図（Ｂ）、ブームシリンダにおけるＰＰＣ圧の時間変化を示す図（Ｃ）、および計算荷重の振幅と加速度の振幅とから補正後の荷重値を算出する式を概念的に示す図（Ｄ）である。

【図6】バケット内の計算荷重値の時間変化を示す図（Ａ）、およびブームシリンダの伸縮の加速度の時間変化を示す図（Ｂ）である。

【図7】バケット内の荷重値とバケット内における荷重値の誤差との関係を示す図である。

【図8】ブームシリンダの伸縮の加速度に基づく補正のみを行なった場合の計算荷重の結果を示す図（Ａ）、およびブームシリンダの伸縮の加速度に基づく補正と関係データに基づく補正（テーブル補正）とを行なった場合の計算荷重の結果を示す図（Ｂ）である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
まず、本発明の一実施の形態における作業機械の構成について説明する。以下、本発明の思想を適用可能な作業機械の一例として油圧ショベルについて図１を用いて説明する。なお本発明は、油圧ショベル以外に、ブーム、アームおよびバケットを有する作業機械にも適用可能である。

【0022】

以下の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」とは、運転室２ａ内の運転席２ｂに着座したオペレータを基準とした方向である。

【0023】

図１は、本発明の一実施の形態における作業機械の一例としての油圧ショベルの構成を概略的に示す側面図である。図１に示されるように、本実施の形態の油圧ショベル１０は、走行体１と、旋回体２と、作業機３とを主に有している。走行体１と旋回体２とにより作業機械本体が構成されている。

【0024】

走行体１は左右一対の履帯装置１ａを有している。この左右一対の履帯装置１ａの各々は履帯を有している。左右一対の履帯が回転駆動されることにより油圧ショベル１０が自走する。

【0025】

旋回体２は走行体１に対して旋回自在に設置されている。この旋回体２は、運転室２ａと、運転席２ｂと、エンジンルーム２ｃと、カウンタウェイト２ｄとを主に有している。運転室２ａは、旋回体２のたとえば前方左側（車両前側）に配置されている。運転室２ａの内部空間には、オペレータが着座するための運転席２ｂが配置されている。

【0026】

エンジンルーム２ｃおよびカウンタウェイト２ｄの各々は、旋回体２の後方側（車両後側）に配置されている。エンジンルーム２ｃは、エンジンユニット（エンジン、排気処理構造体など）を収納している。エンジンルーム２ｃの上方はエンジンフードにより覆われている。カウンタウェイト２ｄは、エンジンルーム２ｃの後方に配置されている。

【0027】

作業機３は、旋回体２の前方側であって運転室２ａのたとえば右側にて軸支されている。作業機３は、たとえばブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃ、油圧シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃなどを有している。ブーム３ａの基端部は、ブームフートピン５ａにより旋回体２に回転可能に連結されている。またアーム３ｂの基端部は、ブーム先端ピン５ｂによりブーム３ａの先端部に回転可能に連結されている。バケット３ｃは、ピン５ｃによりアーム３ｂの先端部に回転可能に連結されている。

【0028】

ブーム３ａは、ブームシリンダ４ａにより駆動可能である。この駆動により、ブーム３ａは、ブームフートピン５ａを中心に旋回体２に対して上下方向に回動可能である。アーム３ｂは、アームシリンダ４ｂにより駆動可能である。この駆動により、アーム３ｂは、ブーム先端ピン５ｂを中心にブーム３ａに対して上下方向に回動可能である。バケット３ｃは、バケットシリンダ４ｃにより駆動可能である。この駆動によりバケット３ｃは、ピン５ｃを中心にアーム３ｂに対して上下方向に回動可能である。このように作業機３は駆動可能である。

【0029】

ブームシリンダ４ａのヘッド側には、圧力センサ６ａが取り付けられている。圧力センサ６ａは、ブームシリンダ４ａのシリンダヘッド側油室４０Ａ（図２）内の作動油の圧力（ヘッド圧）を検出することができる。ブームシリンダ４ａのボトム側には、圧力センサ６ｂが取り付けられている。圧力センサ６ｂは、ブームシリンダ４ａのシリンダボトム側油室４０Ｂ（図２）内の作動油の圧力（ボトム圧）を検出することができる。

【0030】

ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂおよびバケットシリンダ４ｃのそれぞれには、ストロークセンサ（検知部）７ａ、７ｂ、７ｃが取り付けられている。

【0031】

次に、上記ストロークセンサ付きのシリンダについて図２および図３を用いて、ブームシリンダ４ａを例に挙げて説明する。

【0032】

図２は、作業機に用いられるストロークセンサ付きシリンダの構成を概略的に示す図である。図３（Ａ）は、図２のシリンダに用いられるストロークセンサの構成を概略的に示す図である。図３（Ｂ）は、ストロークセンサのセンサ出力である電気信号が周期的に変化する様子を示す図である。

【0033】

図２に示されるように、ブームシリンダ４ａは、シリンダチューブ４ａａと、シリンダロッド４ａｂと、ピストン４ａｃとを主に有している。ピストン４ａｃは、シリンダロッド４ａｂの一方端部に取り付けられている。ピストン４ａｃは、シリンダチューブ４ａａ内に挿入されている。シリンダロッド４ａｂはシリンダチューブ４ａａに対して相対的に移動可能である。これによりピストン４ａｃは、シリンダチューブ４ａａの内壁に対して摺動自在である。

【0034】

シリンダヘッド４ａｄとピストン４ａｃとシリンダチューブ４ａａの内壁とによって画成された室が、シリンダヘッド側油室４０Ａを構成している。ピストン４ａｃに対してシリンダヘッド側油室４０Ａとは反対側の油室がシリンダボトム側油室４０Ｂを構成している。

【0035】

シリンダヘッド側油室４０Ａに作動油が供給され、シリンダボトム側油室４０Ｂから作動油が排出されることによって、シリンダロッド４ａｂが縮退する。また、シリンダヘッド側油室４０Ａから作動油が排出され、シリンダボトム側油室４０Ｂに作動油が供給されることによって、シリンダロッド４ａｂが伸張する。これにより、シリンダロッド４ａｂは図中左右方向に直動する。

【0036】

ストロークセンサ７ａは、たとえばシリンダチューブ４ａａの外部であって、シリンダヘッド４ａｄに隣接した位置に配置されている。ストロークセンサ７ａは、ケース１４の内部に配置されている。

【0037】

ストロークセンサ７ａは、回転ローラ１１と、回転中心軸１２と、回転センサ部１３とを有している。回転ローラ１１は、回転ローラ１１の外周面がシリンダロッド４ａｂの表面に接触するように配置されている。回転ローラ１１は、シリンダロッド４ａｂの直動に応じて回転中心軸１２を中心として回転自在である。回転センサ部１３は、回転ローラ１１の回転量（回転角度）を検出可能に構成されている。

【0038】

図３（Ａ）に示されるように、回転センサ部１３は、磁石１３ａと、ホールＩＣ（Integrated Circuit）１３ｂとを有している。磁石１３ａは、回転ローラ１１と一体に回転するように回転ローラ１１に取り付けられている。

【0039】

磁石１３ａは、回転ローラ１１の回転角度に応じて、Ｎ極、Ｓ極が交互に入れ替わるように構成されている。磁石１３ａは、回転ローラ１１の一回転を一周期として、ホールＩＣ１３ｂで検出される磁力（磁束密度）が周期的に変動するように構成されている。

【0040】

ホールＩＣ１３ｂは、磁石１３ａによって生成される磁力（磁束密度）を電気信号として検出する磁力センサである。ホールＩＣ１３ｂは、回転中心軸１２の軸方向に沿って、磁石１３ａから離れた位置に設けられている。

【0041】

図３（Ｂ）に示されるように、回転ローラ１１が回転し、それに応じて磁石１３ａが回転すると、回転角度に応じて、ホールＩＣ１３ｂを透過する磁力（磁束密度）が周期的に変化し、センサ出力である電気信号（電圧）が周期的に変化する。このホールＩＣ１３ｂから出力される電圧の大きさから回転ローラ１１の回転角度を計測することができる。

【0042】

また、ホールＩＣ１３ｂから出力される電気信号（電圧）の１周期が繰り返される数をカウントすることで、回転ローラ１１の回転数を計測することができる。そして、回転ローラ１１の回転角度と、回転ローラ１１の回転数とに基づいて、ブームシリンダ４ａのシリンダロッド４ａｂの変位量（ストローク長）が計測される。

【0043】

アームシリンダ４ｂおよびバケットシリンダ４ｃの各々は、ブームシリンダ４ａと同様のストロークセンサ付きシリンダの構成を有している。

【0044】

図１に示されるように、ブームシリンダ４ａにおける上記シリンダロッド４ａｂの変位量からブーム角Ａ１を算出することができる。またアームシリンダ４ｂにおけるシリンダロッドの変位量からアーム角Ａ２を算出することができる。またバケットシリンダ４ｃにおけるシリンダロッドの変位量からバケット角Ａ３を算出することができる。さらにブームシリンダ４ａにおける変位量を時間で２回微分することによりブームシリンダ４ａの伸縮の加速度αを算出することができる。

【0045】

ストロークセンサ７ａ、７ｂ、７ｃと、圧力センサ６ａ、６ｂとの各々は、コントローラ８の演算装置８ａに電気的に接続されている。これにより、上記のブームシリンダ４ａのヘッド圧およびボトム圧と、ブーム角Ａ１と、アーム角Ａ２と、バケット角Ａ３と、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度αとが、コントローラ８内の演算装置８ａに送信可能である。

【0046】

なお、ブーム角Ａ１と、アーム角Ａ２と、バケット角Ａ３と、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度αとは、ストロークセンサ７ａ、７ｂ、７ｃから演算装置８ａに送られた電気信号（ホールＩＣ１３ｂで検出された電気信号）により演算装置８ａにて算出されてもよい。

【0047】

コントローラ８は、演算装置８ａだけでなく、記憶部８ｂを有していてもよい。記憶部８ｂには、後述するバケットの真の荷重値に対する前記バケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データ（荷重補正テーブル）、ブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃの重量、形状などを記憶していてもよい。またこの関係データなどは、記憶部８ｂに当初から記憶されていてもよく、またオペレータの操作により作業機械１０の外部から記憶部８ｂに取り込まれてもよい。

【0048】

このコントローラ８（演算装置８ａ）は、ブームシリンダ４ａの負荷に基づいてバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能を有している。具体的には、コントローラ８（演算装置８ａ）は、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃのモーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能を有している。またコントローラ８（演算装置８ａ）は、演算により得られた上記現在の荷重値を、ストロークセンサ７ａにより検知されたブームシリンダ４ａの伸縮の加速度に基づいて補正する機能を有している。

【0049】

なおブームシリンダ４ａの負荷とは、ブームシリンダ４ａのヘッド圧およびボトム圧から得られる、いわゆる軸力である。また現在の荷重値の補正に用いられるブームシリンダ４ａの伸縮の加速度は、作業機３の揺動による慣性によって生じるブームシリンダ４ａの伸縮の加速度である。この揺動は、ブーム３ａを作動させたときの通常の動作に基づくブームシリンダ４ａの伸縮そのものではなく、作業機３の作動に伴って副次的に生じる作業機３の揺れのことである。

【0050】

またコントローラ８（演算装置８ａ）は、上記関係データに基づいて、演算により得られた荷重値を補正する機能を有している。具体的には、コントローラ８（演算装置８ａ）は、演算により得られた荷重値を、バケットの真の荷重値ＷＲに対するバケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正する機能を有している。

【0051】

次に、本実施の形態における作業機械において、バケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗを演算する方法について図４を用いて説明する。

【0052】

図４は、モーメントの釣り合いを説明するための作業機の模式図である。図４に示されるように、本実施の形態においては、ブームフートピン５ａ回りの各モーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗが検出される。ここで、ブームフートピン５ａ回りの各モーメントの釣り合いは以下の式（１）により表される。

【0053】

Ｍboomcyl＝Ｍboom＋Ｍarm＋Ｍbucket＋Ｗ×Ｌ ・・・ 式（１）
式（１）において、Ｍboomcylは、ブームシリンダ４ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｍboomは、ブーム３ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｍarmは、アーム３ｂのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｍbucketは、バケット３ｃのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｗは、バケット３ｃ内の現在の荷重値である。Ｌは、ブームフートピン５ａからピン５ｃ（バケット３ｃがアーム３ｂに支持される部分）までの水平方向の距離である。

【0054】

Ｍboomcylは、ブームシリンダ４ａの負荷（ヘッド圧およびボトム圧）から算出される。

【0055】

Ｍboomは、ブーム３ａの重心Ｃ１およびブームフートピン５ａの間の距離ｒ１と、ブーム３ａの重量Ｍ１との積（ｒ１×Ｍ１）により算出される。ブーム３ａの重心Ｃ１の位置は、ブーム角Ａ１などから算出される。ブーム３ａの重量Ｍ１などは、記憶部８ｂに記憶されている。

【0056】

Ｍarmは、アーム３ｂの重心Ｃ２およびブームフートピン５ａの間の距離ｒ２と、アーム３ｂの重量Ｍ２との積（ｒ２×Ｍ２）により算出される。アーム３ｂの重心Ｃ２の位置は、アーム角Ａ２などから算出される。アーム３ｂの重量Ｍ２などは、記憶部８ｂに記憶されている。

【0057】

Ｍbucketは、バケット３ｃの重心Ｃ３およびブームフートピン５ａの間の距離ｒ３と、バケット３ｃの重量Ｍ３との積（ｒ３×Ｍ３）により算出される。バケットの重心Ｃ３の位置は、バケット角Ａ３などから算出される。バケット３ｃの重量Ｍ３などは、記憶部８ｂに記憶されている。

【0058】

図１および図４に示されるように、バケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗの算出において、ストロークセンサ７ａ、７ｂ、７ｃの各々により各シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃの変位量が検出される。各シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃの変位量に基づいてコントローラ８などによりブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３が算出される。これらのブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３に基づいてコントローラ８などにより重心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の各位置が算出される。

【0059】

重心Ｃ１とブーム３ａの重量Ｍ１との積から、ブーム３ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭboomが算出される。また重心Ｃ２の位置とアーム３ｂの重量Ｍ２との積から、アーム３ｂのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭarmが算出される。また重心Ｃ３の位置とバケット３ｃの重量Ｍ３との積から、バケット３ｃのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭbucketが算出される。

【0060】

一方、圧力センサ６ａによりブームシリンダ４ａのヘッド圧が検出される。圧力センサ６ｂによりブームシリンダ４ａのボトム圧が検出される。このブームシリンダ４ａのヘッド圧とボトム圧とに基づいてブームシリンダ４ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭboomcylがコントローラ８などにより算出される。

【0061】

また上記において算出されたブーム角Ａ１、アーム角Ａ２、ブーム３ａの長さ、およびアーム３ｂの長さに基づいて、ブームフートピン５ａからピン５ｃまでの水平方向の距離Ｌがコントローラ８などにより算出される。

【0062】

上記により算出された各モーメントＭboomcyl、Ｍboom、Ｍarm、Ｍbucketおよび距離Ｌを上式（１）に代入することにより、バケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗがコントローラ８などにより算出される。

【0063】

上記のように荷重値Ｗは各シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃの変位量、ヘッド圧、ボトム圧などを用いて算出される。このため、作業機３の動作時には作業機３の慣性力により荷重値Ｗの測定値に誤差が生じる。具体的には、上記により測定された荷重値Ｗは、真の荷重値ＷＲだけでなく、作業機３の慣性による誤差Ｅ１をも含んでいる。

【0064】

上記に鑑みて本発明者が鋭意検討した結果、本発明者は、上記の作業機３の慣性による誤差Ｅ１をブームシリンダ４ａの伸縮の加速度αの変動により検出できることを見出した。そこで次に、作業機３の慣性による誤差Ｅ１をブームシリンダ４ａの伸縮の加速度αの変動により検出できることについて図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を用いて説明する。

【0065】

本発明者は、ブーム動作時におけるバケット３ｃ内の荷重値（計算荷重値）を、上記モーメントの釣り合いから求めた。図５（Ａ）は、その結果を示しており、バケット３ｃ内の荷重値の時間変化を示している。また本発明者は、そのブーム動作時におけるブームシリンダの伸縮の加速度も調べた。図５（Ｂ）は、その結果を示しており、その加速度の時間変化を示している。また図５（Ｃ）は、上記のブーム動作時のブームシリンダのＰＰＣ（Pressure Proportional Control）圧の時間変化を示している。

【0066】

図５（Ｃ）に示されるように、ブームシリンダ４ａの動作開始時には、ブームシリンダのＰＰＣ圧が立ち上がる。このブームシリンダ４ａの動作開始時に、図５（Ａ）に示されるように、計算荷重には振幅が生じる。この振幅は、ブームシリンダ４ａのＰＰＣ圧を維持している間には、時間の経過とともに減衰する。

【0067】

この後、図５（Ｃ）に示されるように、ブームシリンダ４ａの動作停止時には、ブームシリンダのＰＰＣ圧が立ち下がる。このブームシリンダ４ａの動作停止時にも、図５（Ａ）に示されるように、計算荷重値の曲線には振幅が生じる。この振幅は、ブームシリンダ４ａのＰＰＣ圧が一定に維持されている間には、時間の経過とともに減衰する。

【0068】

バケット３ｃ内の真の荷重値ＷＲは、時間の経過により変化しない。このため、図５（Ａ）の荷重値の曲線に現れる振幅による変動は誤差である。この誤差である振幅は、ブーム３ａの動作の開始時および停止時に生じている。このため、計算荷重値に生じる誤差（振幅）は、ブーム３ａなどの作業機３の動作時の慣性に基づく誤差であると考えられる。

【0069】

一方、図５（Ｂ）に示されるように、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度にも、図５（Ａ）に示される計算荷重値と同様のタイミングで振幅が生じている。この結果から、本発明者は、ブームシリンダ４ａの加速度の曲線に生じた振幅を検出することにより、作業機３の慣性による誤差を検出できることを見出した。

【0070】

次に、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度の曲線に生じた振幅に基づいて計算荷重値を補正することにより、作業機３の慣性による誤差を計算荷重値から除去する方法について、図５（Ｄ）および図６（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。

【0071】

図５（Ｄ）は、計算荷重の振幅と加速度の振幅とから補正後の荷重値を算出する式を概念的に示す図である。図６（Ａ）は、バケット内の計算荷重値の時間変化を示す図である。図６（Ｂ）は、ブームシリンダの伸縮の加速度の時間変化を示す図である。

【0072】

作業機３の慣性による誤差を計算荷重値から除去するために、回帰分析（最小二乗法）が用いられる。この回帰分析においては、はじめに回帰式が設定される。この回帰式は、たとえば図５（Ｄ）に示された式である。

【0073】

図５（Ｄ）に示されるように、この回帰式は、計算荷重（たとえば図５（Ａ）の振幅の部分ＲＡ）が、加速度の振幅（たとえば図５（Ｂ）の振幅の部分ＲＢ）と係数ｃとの積に補正後の荷重値を足した値にほぼ等しくなるように設定される。具体的には、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度における振幅は、所定の係数ｃを掛けられることにより、計算荷重の振幅に近似される。この計算荷重の振幅に近似された加速度の振幅が、計算荷重から減ぜられることにより、作業機３の慣性による誤差がキャンセルされた補正後の荷重値が算出される。

【0074】

上記回帰式の係数ｃは、計算荷重の測定値と、ブームシリンダの伸縮の加速度の測定値とに基づいて求められる。

【0075】

具体的には、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示されるように、ある時刻ｔ（ｎ）の直前１．０秒間に測定された５点の加速度（たとえばα（ｎ−４）、α（ｎ−３）、α（ｎ−２）、α（ｎ−１）、α（ｎ））から加速度の波形が得られる。またある時刻ｔ（ｎ）の直前１．０秒間に測定された５点の荷重（ｗ（ｎ−４）、ｗ（ｎ−３）、ｗ（ｎ−２）、ｗ（ｎ−１）、ｗ（ｎ））から荷重の波形が得られる。

【0076】

このようにして得られた加速度の波形と荷重の波形とが互いに比較されることにより、係数ｃが求められる。この際、上記加速度の波形にどれだけの係数ｃを掛ければ上記荷重の波形に最も近似できるかが演算され、その演算の結果から上記係数としてのｃが得られる。

【0077】

上記係数ｃが得られたら、その係数ｃと、ある時刻ｔ（ｎ）におけるブームシリンダの伸縮の加速度と計算荷重とが図５（Ｄ）に示される式に代入される。これによって、ある時刻ｔ（ｎ）における補正後の荷重値が求められる。

【0078】

上記の回帰分析がたとえば１０ｍ秒ごとに実施される。これにより１０ｍ秒ごとに補正後の荷重値が得られる。このようにして得られた補正後の荷重値が、その時間ごとにプロットされる。これにより、たとえば図５（Ａ）に一点鎖線で示されるような補正後の荷重値の曲線が得られる。この補正後の荷重値においては、作業機３の慣性による誤差（振幅）がキャンセルされている。

【0079】

上記により、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度の曲線に生じた振幅に基づいて計算荷重値を補正することにより、作業機３の慣性による誤差が計算荷重値から除去された補正後の荷重値が得られる。

【0080】

ところで、図５（Ａ）に一点鎖線で示されたような補正後の荷重値の曲線においては、荷重値が依然として一定値（直線）となっておらず、時間の経過により変動している。これは、計算荷重Ｗを算出するための図４に示された計算モデルが、図１に示された実際の作業機３と異なる想定を有することに基づいていると考えられる。

【0081】

具体的には、図４に示される計算モデルは、荷重Ｗがアーム３ｂの先端（つまりピン５ｃ）の位置にあると想定している。一方、図１に示す実際の作業機械１０においては、バケット３ｃの内部に荷重Ｗがある。このため、荷重Ｗの位置において、図４の計算モデルの想定と図１の実際の作業機３とは互いに異なる。

【0082】

また図４に示される計算モデルは、バケット３ｃがアーム３ｂに対して最大巻き込み位置で固定された状態を想定している。一方、図１に示す実際の作業機械１０においては、ブーム３ａおよびアーム３ｂの動作にしたがってバケット３ｃもアーム３ｂに対して回転する。このため、アーム３ｂに対するバケット３ｃの回転位置においても、図４の計算モデルの想定と図１の実際の作業機３とは互いに異なる。

【0083】

また図４に示される計算モデルにおいてはブームシリンダ４ａの摺動抵抗（シリンダ動作時の摩擦）が想定されていない。一方、図１に示す実際の作業機械１０においてはブームシリンダ４ａの摺動抵抗が発生する。このためブームシリンダ４ａの摺動抵抗の有無においても、図４の計算モデルの想定と図１の実際の作業機３とは互いに異なる。

【0084】

上記のように図４の計算モデルが図１に示された実際の作業機３と異なる想定であることに基づく誤差Ｅ２が、補正後の荷重値に含まれていると考えられる。そこで次に、計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２を補正後の荷重値から除去する補正について図７を用いて説明する。

【0085】

図７は、バケット３ｃ内の荷重値とバケット３ｃ内の荷重値の誤差との関係を示す図である。図７に示されるように、バケット３ｃ内の荷重値と荷重値の誤差との関係を示す関係データ１（荷重補正テーブル）は、たとえば上記誤差Ｅ２を補正後の荷重値から取り除く補正に用いられる。

【0086】

関係データ１は、荷重値が大きくなるほど、荷重値の誤差が小さくなる関係を有している。この関係データ１では、荷重値が大きくなるほど、計算荷重値（たとえば補正後の荷重値）に対する補正量（絶対値）が大きくなる。ここで関係データにおける荷重値とは、上記作業機３の慣性による誤差が補正された後においては、補正後の荷重値を意味する。

【0087】

また関係データ１において、バケット３ｃ内の荷重値に対するバケット３ｃ内の荷重値の誤差の大きさの関係はたとえば２次関数によって表される。この場合、荷重値の誤差の大きさは、バケット３ｃ内の荷重値の増加により２次関数的に減少する。

【0088】

この関係データ１を用いた補正においては、上記において作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正が行われた補正後の荷重値から、関係データ１の関係に基づいて荷重誤差が除去されることにより真の荷重値が算出される。

【0089】

本発明者は、計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２を計算荷重値（たとえば補正後の荷重値）から除去するために鋭意検討した結果、上記関係データ１を用いて補正を行えば、上記誤差Ｅ２を適切に除去できることを見出した。

【0090】

たとえば図７に示す関係データ２のように、真の荷重値の値に関わらず荷重誤差が一定の関係データを用いて補正を行った場合、正確に補正を行うことができなかった。これに対して関係データ１を用いた場合には、図８（Ｂ）において２点鎖線で示すような補正後の荷重値の曲線を得ることができた。

【0091】

この図８（Ｂ）に示す補正後の荷重値の曲線は、図８（Ａ）に示す作業機３の慣性による誤差Ｅ１のみの補正が行われた補正後の荷重値の曲線（１点鎖線で示す曲線）よりも一定値に近づいている。この結果から、図７に示す関係データ１を用いて補正を行うことにより、上記誤差Ｅ２を適切に除去できることがわかった。

【0092】

なお本実施の形態においては、上記の計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正は、作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正後の荷重値に対して行われる場合について説明した。しかし、上記の計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正は、作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正の前に行われてもよい。また上記の計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正は、作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正と同時に行われてもよい。

【0093】

また上記の計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正を行わずに、作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正のみが行われてもよい。また作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正を行わずに、計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正のみが行われてもよい。特にブームシリンダ４ａが動作しない静止時には、計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正のみが行われる。

【0094】

なお上記作業機３の慣性による誤差Ｅ１が補正される前に計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２が補正される場合または計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正のみが行われる場合には、図７における関係データ１における荷重値とは、モーメントの釣り合いから得られる計算荷重値を意味する。

【0095】

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度に基づいてバケット３ｃ内の荷重値Ｗが補正される。これにより、ブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃなどの動作に基づく作業機３の慣性による誤差Ｅ１を荷重値Ｗから取り除くことができる。このため、荷重計測時の計測精度を向上することができる。

【0096】

またコントローラ８は、上記加速度に基づく補正に加えて、演算により得られた荷重値を、バケット３ｃの荷重値に対するバケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正する。これにより、図４に示されるモーメントの釣り合いのモデルが、図１に示される実際の作業機３の構成および状態と異なる想定を有する場合でも、そのモデルと実際の作業機との相違に基づく誤差Ｅ２を補正することが可能となる。

【0097】

また図７に示されるように、関係データ１は、バケット３ｃの荷重値が大きいほど、バケット３ｃの荷重値Ｗの誤差が小さくなる関係を有している。これにより、関係データ１における荷重値と誤差との関係を、バケット３ｃの荷重値が大きくなるほど荷重値に対する荷重値の誤差が相対的に小さくなるという実情に即した関係とすることができる。これにより計算モデルとの相違に基づく誤差を適切に補正することができる。

【0098】

また図７の関係データ１において、バケット３ｃの荷重値に対するバケット３ｃの荷重値の誤差の大きさの関係は２次関数によって表される。これにより、上記関係データ１における荷重値と誤差との関係を、簡易に実情に即した関係とすることができる。

【0099】

なおコントローラ８は、ブームシリンダ４ａの負荷に基づいてバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能を有していればよい。この機能の一例は、図４に示されるように、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃの静力学的なモーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能である。

【0100】

この機能の他の例として、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃの動力学的なモーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能が用いられてもよい。またさらに他の例として、ブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃ、シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃなどの静力学的または動力学的なモーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能が用いられてもよい。またさらに他の例として、作業機３の構成部材の力の釣り合いによりバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能が用いられてもよい。

【0101】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0102】

１ 走行体、１ａ 履帯装置、２ 旋回体、２ａ 運転室、２ｂ 運転席、２ｃ エンジンルーム、２ｄ カウンタウェイト、３ 作業機、３ａ ブーム、３ｂ アーム、３ｃ バケット、４ａ ブームシリンダ、４ａａ シリンダチューブ、４ａｂ シリンダロッド、４ａｃ ピストン、４ａｄ シリンダヘッド、４ｂ アームシリンダ、４ｃ バケットシリンダ、５ａ ブームフートピン、５ｂ ブーム先端ピン、５ｃ ピン、６ａ，６ｂ 圧力センサ、７ａ，７ｂ，７ｃ ストロークセンサ、８ コントローラ、８ａ 演算装置、８ｂ 記憶部、１０ 作業機械、１１ 回転ローラ、１２ 回転中心軸、１３ 回転センサ部、１３ａ 磁石、１３ｂ ホールＩＣ、１４ ケース、４０Ａ シリンダヘッド側油室、４０Ｂ シリンダボトム側油室。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】