特開 2022-139733 作業機械および作業機械の傾斜度合い算出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022139733

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】作業機械および作業機械の傾斜度合い算出方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/24 20060101AFI20220915BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

E02F9/24 B

E02F9/20 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021040240

(22)【出願日】2021-03-12

(71)【出願人】

【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】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡島 一道

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB02

2D003AB03

2D003BA07

2D003BB05

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB03

2D003DB04

2D015GA02

2D015GA03

2D015GB03

(57)【要約】

【課題】耐久性を求められる作業機械の水平面に対する傾斜度合いを精度よく判定可能な作業機械を提供する。
【解決手段】作業機械は、車体と、作業機と、コントローラ１００とを備える。車体は、作業機が取り付けられたフレームと、運転室と、フレームの異なる位置に設置され、かつ運転室を支持する複数の液体封入式マウント３４とを含む。複数の液体封入式マウント３４のうちの少なくとも１つは、封入された液体の液圧を検出するセンサ３４９を有する。コントローラは、センサ３４９による検出の結果に基づいて、水平面に対する作業機械の傾斜度合いを算出する。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械であって、
車体と、
作業機と、
コントローラとを備え、
前記車体は、前記作業機が取り付けられたフレームと、運転室と、前記フレームの異なる位置に設置され、かつ前記運転室を支持する複数の液体封入式マウントとを含み、
前記複数の液体封入式マウントのうちの少なくとも１つは、封入された液体の液圧を検出するセンサを有し、
前記コントローラは、前記センサによる前記検出の結果に基づいて、水平面に対する前記作業機械の傾斜度合いを算出する、作業機械。

【請求項2】

前記傾斜度合いは、傾斜角度である、請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

報知装置をさらに備え、
前記コントローラは、
前記傾斜角度に基づいて、前記作業機械の転倒の可能性を判定し、
前記判定の結果に基づく報知を前記報知装置に実行させる、請求項２に記載の作業機械。

【請求項4】

前記コントローラは、
前記センサによる検出の結果に基づいて、前記作業機械の加速度の大きさおよび向きをさらに算出し、
前記傾斜角度と、前記加速度の大きさおよび向きとに基づいて、前記作業機械の転倒の可能性を判定する、請求項３に記載の作業機械。

【請求項5】

前記コントローラは、
前記傾斜角度と、前記加速度の大きさおよび向きに基づいて、前記作業機械の重心位置をさらに算出し、
前記重心位置に基づいて、前記作業機械の転倒の可能性を判定する、請求項４に記載の作業機械。

【請求項6】

前記コントローラは、
前記重心位置に基づき、前記転倒の可能性を示す指標値をさらに算出し、
前記指標値が閾値を超えた場合、前記報知装置に警告の報知を実行させる、請求項５に記載の作業機械。

【請求項7】

前記コントローラは、前記指標値が閾値を超えた場合、前記作業機の動作を制限する、請求項６に記載の作業機械。

【請求項8】

前記作業機械は、少なくとも３つの前記液体封入式マウントを含み、
前記コントローラは、
前記３つの液体封入式マウントの前記液圧に基づき、前記液体封入式マウントの基準値からの変位量を前記液体封入式マウント毎に算出し、
３つの前記変位量に基づき、前記傾斜角度を算出する、請求項３から７のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項9】

前記作業機械は、油圧ショベルであり、
前記車体は、走行体と、前記走行体に旋回可能に支持された旋回体とを含み、
前記旋回体は、前記フレームと、前記運転室と、前記複数の液体封入式マウントとを有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項10】

作業機械の傾斜度合い算出方法であって、
前記作業機械の車体は、作業機が取り付けられたフレームと、運転室と、前記フレームの異なる位置に設置され、かつ前記運転室を支持する複数の液体封入式マウントとを含み、
前記複数の液体封入式マウントのうちの少なくとも１つに封入された液体の液圧を検出するステップと、
前記作業機械のコントローラが、前記検出の結果に基づいて、水平面に対する前記作業機械の傾斜度合いを算出するステップとを備える、作業機械の傾斜度合い算出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械および作業機械の傾斜度合い算出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、作業機を備えた作業機械が知られている。たとえば、特開平７－２０７７１１号公報（特許文献１）には、このような作業機械として、転倒防止装置を備えた油圧ショベルが開示されている。当該転倒防止装置のコントローラには、ブーム角検出手段、アーム角検出手段、旋回角検出手段、および傾斜角検出手段からの各検出信号が入力される。コントローラは、ブームおよびアームの回動作動と、上部旋回体の旋回作動とに応じて、転倒のおそれの生じる前に、警報の発生と、ブームおよびアームの作動停止と、旋回の作動停止とを行う。当該傾斜角検出手段として、機体の水平面に対する傾斜角度を検出する傾斜角センサが利用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７－２０７７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、傾斜角センサで作業機械の機体の水平面の傾斜角を検出する。それゆえ、特許文献１の傾斜角センサには、高精度であること、および耐久性が求められる。

【0005】

本開示は、耐久性を求められる作業機械の水平面に対する傾斜度合いを精度よく判定可能な作業機械および作業機械の傾斜度合い算出方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のある局面に従うと、作業機械は、車体と、作業機と、コントローラとを備える。車体は、作業機が取り付けられたフレームと、運転室と、フレームの異なる位置に設置され、かつ運転室を支持する複数の液体封入式マウントとを含む。複数の液体封入式マウントのうちの少なくとも１つは、封入された液体の液圧を検出するセンサを有する。コントローラは、センサによる検出の結果に基づいて、水平面に対する作業機械の傾斜度合いを算出する。

【0007】

本開示の他の局面に従うと、作業機械の車体は、作業機が取り付けられたフレームと、運転室と、フレームの異なる位置に設置され、かつ運転室を支持する複数の液体封入式マウントとを含む。作業機械の傾斜度合い算出方法は、複数の液体封入式マウントのうちの少なくとも１つに封入された液体の液圧を検出するステップと、作業機械のコントローラが、検出の結果に基づいて、水平面に対する作業機械の傾斜度合いを算出するステップとを備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、作業機械の水平面に対する傾斜度合いを精度よく判定可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】油圧ショベルの構成を概略的に示す側面図である。

【図2】旋回体の構成を説明するための図である。

【図3】液体封入式マウントの要部を表した図である。

【図4】液体封入式マウントの特性を示した図である。

【図5A】油圧ショベルが水平面に位置する状態を表した図である。

【図5B】油圧ショベルが傾斜面に位置している状態を表した図である。

【図6】３つの液体封入式マウントのたわみ量（変位量）の変化を説明するための図である。

【図7】油圧ショベルの転倒を説明するための図である。

【図8】油圧ショベルのハードウェア構成と、油圧ショベルのコントローラの機能的構成とを説明するためのブロック図である。

【図9】コントローラの処理の流れを説明するためのフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について図に基づいて説明する。実施形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0011】

また、以下においては、作業機械として油圧ショベルを例に挙げて説明する。しかしながら、作業機械は、油圧ショベルに限定されず、作業機を有する作業機械であれば特に限定されない。さらに、以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」とは、運転席に着座したオペレータを基準とする用語である。

【0012】

図１は、油圧ショベルの構成を概略的に示す側面図である。

【0013】

図１に示されるように、油圧ショベル１は、作業機２と、車体３とを備える。車体３は、走行体３１と、スイングサークル３２と、旋回体３３と、油圧モータ３５とを含む。

【0014】

走行体３１は左右一対の履帯装置３１１を有している。この左右一対の履帯装置３１１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１が自走する。

【0015】

スイングサークル３２は、油圧モータ３５に接続されている。スイングサークル３２は、油圧モータ３５の回転駆動によって回転する。

【0016】

旋回体３３は、スイングサークル３２を介して、走行体３１に設置されている。旋回体３３は、スイングサークル３２の回転に伴い、走行体３１に対して旋回する。

【0017】

旋回体３３は、作業機２が取り付けられたフレーム３３１と、運転室３３２と、油圧ショベル１の動作を制御するコントローラ（図８参照）とを有している。運転室３３２は、旋回体３３のたとえば前方左側（車両前側）に配置されている。なお、油圧モータ３５は、油圧源から供給される作動油によって駆動する。

【0018】

作業機２は、旋回体３３の前方側であって運転室３３２のたとえば右側にて軸支されている。作業機２は、ブーム２１、アーム２２、バケット２３、ブームシリンダ２１１、アームシリンダ２２１、バケットシリンダ２３１などを有している。

【0019】

ブーム２１は、旋回体３３に取り付けられている。ブーム２１の基端部は、ブームフートピン（図示せず）により旋回体３３に回転可能に連結されている。

【0020】

アーム２２は、ブーム２１の先端に取り付けられている。アーム２２の基端部は、ブーム先端ピン２４２によりブーム２１の先端部に回転可能に連結されている。

【0021】

バケット２３は、アーム２２の先端に取り付けられている。バケット２３は、アーム先端ピン２４３によりアーム２２の先端部に回転可能に連結されている。

【0022】

ブーム２１は、ブームシリンダ２１１により駆動可能である。ブームシリンダ２１１は、油圧源（図示していない油圧ポンプおよび油タンク）から供給される作動油によって駆動する。この駆動により、ブーム２１は、ブームフートピン（図示せず）を中心に旋回体３３に対して上下方向に回動可能である。

【0023】

アーム２２は、アームシリンダ２２１により駆動可能である。この駆動により、アーム２２は、ブーム先端ピン２４２を中心にブーム２１に対して上下方向に回動可能である。

【0024】

バケット２３は、バケットシリンダ２３１により駆動可能である。この駆動によりバケット２３は、アーム先端ピン２４３を中心にアーム２２に対して上下方向に回動可能である。このように作業機２は駆動可能である。

【0025】

図２は、旋回体３３の構成を説明するための図である。

【0026】

図２に示されるとおり、旋回体３３は、上述したように、フレーム３３１と、運転室３３２とを備える。旋回体３３は、複数の液体封入式マウント３４ａ，３４ｂ，…をさらに備える。なお、液体封入式マウントは、「ビスカスマウント」または「防振マウント」とも称される。

【0027】

フレーム３３１は、枠体３３１ａと、左右方向に延びた梁３３１ｂとを備える。

【0028】

運転室３３２は、前面部３３２ａと、後面部３３２ｂと、側面部３３２ｃ（左側のみ図示）と、上面部３３２ｄとを備える。運転室３３２は、各部３３２ａ，３３２ｂ，３３２ｃ、３３２ｄによって囲まれている。運転室３３２には、下端側に床板用ブラケット３３２ｅが設けられている。床板用ブラケット３３２ｅには、運転室３３２の底部をなす床板３３２ｆが取り付けられている。

【0029】

複数の液体封入式マウント３４ａ，３４ｂ，…は、フレーム３３１の異なる位置に設置され、かつ運転室３３２を支持する。本例では、旋回体３３は、４つの液体封入式マウント３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ（図６，図８）を備える。

【0030】

液体封入式マウント３４ａは、フレーム３３１の前部の左側に設置されている。液体封入式マウント３４ｂは、フレーム３３１の後部の左側に設置されている。同様に、液体封入式マウント３４ｃ，３４ｄ（図６）は、それぞれ、フレーム３３１の後部の右側、フレーム３３１の前部の右側に設置されている。

【0031】

液体封入式マウント３４ａ，３４ｄは、枠体３３１ａと運転室３３２の床板３３２ｆとの間に左，右に離間して配置されている。液体封入式マウント３４ｂ，３４ｃは、梁３３１ｂと、床板３３２ｆとの間に左，右に離間して配置されている。

【0032】

このように、４つの液体封入式マウント３４ａ～３４ｄが、運転室３３２の下部の四隅に設置されている。液体封入式マウント３４ａ～３４ｄによって、フレーム３３１の振動が運転室３３２に伝わるのを抑制することができる。

【0033】

図３は、液体封入式マウント３４ａの要部を表した図である。

【0034】

図３に示されているように、液体封入式マウント３４ａは、筐体３４１と、弾性体３４２と、流体室３４３と、抵抗板３４４と、軸３４７と、液圧センサ３４９とを備える。

【0035】

筐体３４１は、上端側に開口部を有する。筐体３４１は、側部に取付口３４８を有する。典型的には、取付口３４８にはネジ溝が切ってある。

【0036】

弾性体３４２は、筐体３４１の開口部を閉塞した状態で、筐体３４１等に固着されている。弾性体３４２は、典型的にはゴムである。

【0037】

軸３４７は、弾性体３４２に固着されている。軸３４７は、軸方向に延びる円柱状に形成されている。軸３４７は、当該軸方向の中間部位が弾性体３４２に固着されることにより、筐体３４１の中心部に配置されている。

【0038】

筐体３４１と、弾性体３４２と、軸３４７とにより、流体室３４３が形成される。流体室３４３には、粘性液体３４５と圧縮空気３４６とが封入されている。粘性液体３４５は、典型的には、シリコンオイルである。

【0039】

抵抗板３４４は、流体室３４３内に封入した粘性液体３４５に常時浸されている。抵抗板３４４は、弾性体３４２が弾性変形するときに、軸３４７とともに粘性液体３４５中を移動することに。当該移動より、軸３４７の移動に対して抵抗力（減衰力）が発生する。

【0040】

液圧センサ３４９は、筐体３４１の取付口３４８に取り付けられている。典型的には、液圧センサ３４９の端部にはネジ溝が形成されている。液圧センサ３４９の端部を筐体３４１の取付口３４８にねじ込むことによって、液圧センサ３４９が筐体３４１に固定される。

【0041】

液圧センサ３４９は、粘性液体３４５の液圧を検出する。液圧センサ３４９は、検出結果を、油圧ショベル１の動作を制御するコントローラ１００（図８）に通知する。液圧センサ３４９は、周期的に液圧を検出し、検出結果をコントローラ１００に周期的に送信する。液圧センサ３４９は、検出結果である電気信号をコントローラ１００に通知する。液圧センサ３４９は、本例では電圧値をコントローラ１００に出力する。

【0042】

以上のように、液体封入式マウント３４ａは、液体封入式マウント３４ａに封入された粘性液体の液圧を検出し、コントローラ１００に出力する液圧センサ３４９を備える。

【0043】

なお、液体封入式マウント３４ｂ，３４ｃ，３４ｄも、液体封入式マウント３４ａと同様の構成を有するため、液体封入式マウント３４ｂ～３４ｄについては、ここでは繰り返し説明しない。なお、以下では、液体封入式マウント３４ａ～３４ｄを区別しない場合には、これらの任意の１つを、「液体封入式マウント３４」とも称する。

【0044】

図４は、液体封入式マウント３４の特性を示した図である。

【0045】

図４に示されているように、液体封入式マウント３４に加わる荷重に対して、粘性液体３４５の液圧と、弾性体３４２のたわみ量（変形量）とが比例している。荷重が増加すると、粘性液体３４５の液圧が上昇する。また、荷重が増加すると、弾性体３４２の撓み量が増加する。

【0046】

液圧を変数ｐ、たわみ量を関数ｆ（ｐ）とすると、液圧とたわみ量との間には、ｆ（ｐ）＝ａ×ｐ＋ｂの関係が成立する。なお、ａ，ｂは、係数である。このように、液圧が分ると、弾性体３４２のたわみ量がわかる。

【0047】

油圧ショベル１のコントローラ１００は、このような粘性液体３４５の液圧と弾性体３４２のたわみ量との関係に基づき、液圧センサ３４９によって検出された粘性液体３４５の液圧（検出結果）から、弾性体３４２のたわみ量を算出する。

【0048】

次に、弾性体３４２のたわみ量を用いた油圧ショベル１の傾斜角度の算出について説明する。

【0049】

図５Ａは、油圧ショベル１が水平面Ｈに位置する状態を表した図である。図５Ｂは、油圧ショベル１が傾斜面ＳＬに位置している状態を表した図である。図５Ｂでは、傾斜面ＳＬの水平面Ｈに対する傾斜角度は、θである。以下では、油圧ショベル１が、図５Ａの状態から図５Ｂの状態に遷移した場合を例に挙げて説明する。

【0050】

なお、以下では、４つの液体封入式マウント３４ａ～３４ｄのうち、３つの液体封入式マウント３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを用いて、油圧ショベル１の傾斜角度θを算出する場合を例に挙げて説明する。傾斜角度θは、油圧ショベル１の「傾斜度合い」を表す指標の一例である。

【0051】

図６は、３つの液体封入式マウント３４ｂ～３４ｄのたわみ量（変位量）の変化を説明するための図である。以下では、ＸＹＺ座標系（以下、「グローバル座標系」とも称する）とともに、油圧ショベル１内において設定されたｘｙｚ座標系（以下、「ローカル座標系」とも称する）を用いて説明する。

【0052】

図６に示されているように、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、油圧ショベル１が図５Ａの状態にあるときの、４つの液体封入式マウント３４ａ～３４ｄの弾性体３４２の上端面の位置を模式的に表している。なお、本例では説明の便宜上、点Ｄをローカル座標系の原点（０，０，０）としている。以下では、ｘｙｚ座標系における点Ａ，Ｂ，Ｃの座標を、それぞれ、（ｘ１，０，０）、（ｘ１，ｙ１，０）、（０，ｙ１，０）とする。点Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’は、油圧ショベル１が図５Ｂの状態にあるときの、３つの液体封入式マウント３４ｂ～３４ｄの弾性体３４２の上端面の位置を模式的に表している。

【0053】

予め定められた制御周期Ｔｃ（１回の制御周期内）において油圧ショベル１が図５Ａの状態から図５Ｂの状態に遷移すると、液体封入式マウント３４ｂの弾性体３４２の上端面の位置は、点Ｂから点Ｂ’に変化する。同様に、液体封入式マウント３４ｃの弾性体３４２の上端面の位置は、点Ｃから点Ｃ’に変化する。液体封入式マウント３４ｄの弾性体３４２の上端面の位置は、点Ｄから点Ｄ’に変化する。

【0054】

このように、弾性体３４２の上端面の３つの点で構成される三角形は、三角形ＢＣＤから三角形Ｂ’Ｃ’Ｄ’に変化する。すなわち、３つの点で構成される三角形（以下、「着目三角形」とも称する）の各頂点座標は変化する。ローカル座標系における点Ｂ’，Ｃ’,Ｄ’の座標は、ｚ軸方向に変化し、それぞれ、たとえば（ｘ１，ｙ１，ｚｂ）、（０，ｙ１，ｚｃ）、（０，０，ｚｄ）となる。

【0055】

コントローラ１００は、三角形Ｂ’Ｃ’Ｄ’の三角形ＢＣＤ（ｘｙ平面）に対する傾斜角度を算出する。本例では、三角形ＢＣＤはグローバル座標系のＸＹ平面に対して平行である。三角形ＢＣＤの水平面Ｈに対する傾斜角度は０度である。よって、結果的に、コントローラ１００は、三角形Ｂ’Ｃ’Ｄ’の水平面Ｈに対する傾斜角度を算出することになる。具体的には、コントローラ１００は、三角形Ｂ’Ｃ’Ｄ’の法線ベクトルの向きに基づき、油圧ショベル１の水平面に対する傾斜角度θを算出する。

【0056】

このように、コントローラ１００は、運転室３３２の隅の３つの液体封入式マウント３４の液圧を相対的に比較することにより、油圧ショベル１の傾斜角度を算出する。それゆえ、油圧ショベル１の水平面Ｈに対する傾斜角度θの計測誤差が小さく、かつ傾斜角度θの算出の際に外乱の影響を受けにくい。このため、従来は必要であったセンサのキャリブレーションも不要となる。

【0057】

詳しくは、運転室３３２は、液体封入式マウント３４を介して旋回体３３に設置されている。旋回体３３は、スイングサークル３２を介して走行体３１に設置されている。走行体３１の傾きに応じて旋回体３３が傾く。旋回体３３の傾きに応じて運転室３３２が傾く。運転室３３２の傾きに応じて、各液体封入式マウント３４の液圧が変わる。

【0058】

したがって、上述したように、各液体封入式マウント３４の粘性液体３４５の液圧に基づき、油圧ショベル１の傾斜角度θを求めることができる。特に、作業機２の姿勢、バケット２３の積み荷、油路（図示せず）における油の状態、車体の追加オプションの状態が変わっても、旋回体３３が傾かないと運転室３３２は傾かないため、精度の高い傾斜角度θの算出を行なうことができる。

【0059】

図６における点Ｐ１は、油圧ショベル１が図５Ａの状態にあるときの三角形ＢＣＤの重心位置を示している。点Ｐ２は、油圧ショベル１が図５Ｂの状態にあるときの三角形Ｂ’Ｃ’Ｄ’の重心位置を示している。油圧ショベル１が図５Ａの状態から図５Ｂの状態に遷移することにより、着目三角形の重心位置（以下、「着目三角形の重心位置Ｐ」とも称する）は、点Ｐ１から点Ｐ２に移動する。コントローラ１００は、点Ｐ１から点Ｐ２への重心移動の加速度の大きさと向きとを算出する。

【0060】

詳細については後述するが、コントローラ１００は、算出された油圧ショベル１の水平面Ｈに対する傾斜角度θと、上記着目三角形の重心位置Ｐの移動の加速度の大きさおよび向きとを用いて、油圧ショベル１の転倒の可能性を判定する。なお、着目三角形の重心位置Ｐは、ローカル座標系での位置である。

【0061】

図７は、油圧ショベル１の転倒を説明するための図である。

【0062】

図７に示されているように、直線９０１は、右側の履帯装置３１１のうち傾斜面ＳＬに接地する箇所のうちのＹ軸負方向端部の仮想線（Ｘ軸方向の直線）を示している。なお、直線９０１は、図７が油圧ショベル１を正面視した図であるため、点として表記されている。平面９０２は、水平面Ｈに直交する仮想面である。直線９０１は、平面９０２上の線である。

【0063】

図５Ｂと同様に、油圧ショベル１は傾斜面ＳＬに位置している。このときの油圧ショベル１の重心位置（以下「作業機械の重心位置Ｑ」とも称する）を、位置Ｑ１とする。この状態において、オペレータが、たとえば、旋回体３３を時計回り方向（図７のＹ軸負方向）に旋回させ、かつ作業機２を上昇させて、作業機械の重心位置Ｑが位置Ｑ１から位置Ｑ２に移動したとする。なお、作業機械の重心位置Ｑは、ＸＹＺ座標系での位置である。

【0064】

この場合、作業機械の重心位置Ｑは、平面９０２に対して位置Ｑ１とは反対側の位置Ｑ２に移動する。このため、直線９０１を回転軸として、油圧ショベル１は、矢印９０３の方向に転倒してしまう。

【0065】

このような事態の発生を防ぐため、油圧ショベル１は、油圧ショベル１の転倒の可能性（危険度、兆候）を事前に判定し、オペレータに対して油圧ショベル１の転倒の可能性を報知する。以下、油圧ショベル１の転倒の可能性判定について、より詳しく説明する。

【0066】

図８は、油圧ショベル１のハードウェア構成と、油圧ショベル１のコントローラ１００の機能的構成とを説明するためのブロック図である。

【0067】

図８に示されているように、油圧ショベル１は、４つの液体封入式マウント３４ａ～３４ｄと、コントローラ１００と、報知装置４００とを備える。

【0068】

液体封入式マウント３４ａ～３４ｄは、液圧センサ３４９を有する。液圧センサ３４９は、上述したように、粘性液体３４５の液圧を検出し、かつ、検出結果をコントローラ１００に通知する。

【0069】

報知装置４００は、ランプ４０１と、ブザー４０２と、振動装置４０３と、モニタ装置４０４とを含む。振動装置４０３は、たとえば、操作レバー等の操作装置に組み込まれている。報知装置４００は、ランプ４０１と、ブザー４０２と、振動装置４０３と、モニタ装置４０４とのうち、少なくとも１つを備えていればよい。

【0070】

コントローラ１００は、油圧ショベル１の全体的な動作を制御する。コントローラ１００は、車体３に設置されている。典型的には、コントローラ１００は、運転室３３２内に設置されている。

【0071】

コントローラ１００は、傾斜角度算出部１１０と、加速度算出部１２０と、作業機械重心算出部１３０と、判定部１４０とを備える。傾斜角度算出部１１０は、たわみ量算出部１１１と、頂点座標算出部１１２と、平面特定部１１３と、法線ベクトル算出部１１４とを含む。加速度算出部１２０は、平面重心算出部１２１と、移動量算出部１２２とを含む。

【0072】

傾斜角度算出部１１０は、油圧ショベル１の水平面Ｈに対する傾斜角度θを算出する。傾斜角度算出部１１０は、制御周期Ｔｃ毎に、当該傾斜角度を算出する。以下、傾斜角度算出部１１０における処理について説明する。

【0073】

たわみ量算出部１１１は、４つの液圧センサ３４９のうち、予め指定された３つの液圧センサ３４９の検出結果に基づいて、３つの液体封入式マウント３４の弾性体３４２のたわみ量を算出する。図６の例では、たわみ量算出部１１１は、液体封入式マウント３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの各弾性体３４２のたわみ量を算出する。たわみ量算出部１１１は、上述した粘性液体３４５の液圧と弾性体３４２のたわみ量との関係（図４）参照に基づき、各弾性体３４２のたわみ量を算出する。

【0074】

頂点座標算出部１１２は、３つの弾性体３４２のたわみ量に基づき、上述した着目三角形（図６参照）のローカル座標系における３つの頂点の座標を算出する。

【0075】

平面特定部１１３は、算出された３つ頂点の座標に基づき、ローカル座標系において当該３つの座標を含む平面を特定する。法線ベクトル算出部１１４は、平面特定部１１３によって特定された平面の法線ベクトルを算出する。

【0076】

傾斜角度算出部１１０は、算出された法線ベクトルに基づき、油圧ショベル１の水平面Ｈに対する傾斜角度を算出する。傾斜角度算出部１１０は、算出された傾斜角度の情報を、作業機械重心算出部１３０に送る。傾斜角度算出部１１０は、頂点座標算出部１１２によって算出された３つの頂点の座標の情報を、加速度算出部１２０に送る。

【0077】

加速度算出部１２０は、上述した着目三角形（図６参照）の重心移動の加速度の大きさと向きとを算出する。加速度算出部１２０は、周期的（上述した制御周期Ｔｃ毎に）に、当該着目三角形の重心移動の加速度の大きさと向きとを算出する。

【0078】

平面重心算出部１２１は、３つの頂点の座標に基づいて、着目三角形の重心位置Ｐを周期的に算出する。移動量算出部１２２は、平面重心算出部１２１の算出結果に基づき、上記着目三角形の重心位置Ｐの移動量（変化量）を周期的に算出する。

【0079】

加速度算出部１２０は、移動量算出部１２２によって算出された移動量と、平面重心算出部１２１によって算出された着目三角形の重心位置Ｐとに基づき、当該着目三角形の重心位置Ｐの移動の加速度の大きさと向きとを周期的に算出する。加速度算出部１２０は、算出された加速度の大きさと向きとの情報を、作業機械重心算出部１３０に送る。

【0080】

作業機械重心算出部１３０は、傾斜角度θと、加速度の大きさと向きとに基づいて、作業機械の重心位置Ｑ（図７参照）を周期的に算出する。作業機械重心算出部１３０は、算出された作業機械の重心位置Ｑの情報を、判定部１４０に送る。

【0081】

判定部１４０は、作業機械の重心位置Ｑに基づいて、油圧ショベル１の転倒の可能性を判定する。判定部１４０は、判定の結果に基づく報知を報知装置４００に実行させる。詳しくは、判定部１４０は、作業機械の重心位置Ｑに基づき、転倒の可能性を示す指標値を算出する。判定部１４０は、指標値が予め定められた閾値を超えたか否かを判断する。判定部１４０は、指標値が閾値を超えたと判断した場合、オペレータに対して警告を報知するために、所定の信号（指令）を報知装置４００に送る。

【0082】

指標値は、算出された作業機械の重心位置Ｑと、予め定められた基準重心位置（デフォルトの重心位置）との差分として表される。指標値は、主として、上記差分のうち、上述したＸＹＺ座標系におけるＸＹ平面（水平面Ｈ）に平行な成分を用いることができる。

【0083】

なお、基準重心位置は、油圧ショベル１が水平面Ｈに位置するときの重心位置である。また、デ基準重心位置は、旋回体３３が旋回していないときの重心位置である。また、基準重心位置が、作業機２が所定の位置にあるときの重心位置である。

【0084】

報知装置４００は、警告を報知するための信号をコントローラ１００から受信すると、オペレータに対して、警告を報知する。たとえば、ランプ４０１が点滅する。ブザー４０２が鳴動する。振動装置４０３が振動する。モニタ装置４０４が画面に警告画面を表示する。

【0085】

このように報知装置が警報を発するため、オペレータは油圧ショベル１の転倒の可能性を知ることができる。それゆえ、オペレータが転倒回避の操作を行なうことにより、油圧ショベル１の転倒を防ぐことができる。

【0086】

コントローラ１００は、図示しないプロセッサと、各種のプログラムが格納されたメモリとを含む。プロセッサが、当該プログラムを実行することにより、傾斜角度算出部１１０と、加速度算出部１２０と、作業機械重心算出部１３０と、判定部１４０とが実現される。また、傾斜角度算出部１１０と、加速度算出部１２０と、作業機械重心算出部１３０と、判定部１４０における処理の全部または一部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用の演算回路によって実現してもよい。

【0087】

図９は、コントローラ１００の処理の流れを説明するためのフロー図である。なお、以下の処理は、制御周期Ｔｃ毎に実行される。

【0088】

図９に示されているように、ステップＳ１において、コントローラ１００は、複数の液体封入式マウント３４の液圧センサ３４９から検出結果である信号を受信する。ステップＳ２において、コントローラ１００は、３つの液圧センサ３４９から受信した信号に基づいて、油圧ショベル１の水平面Ｈに対する傾斜角度θを算出する。ステップＳ３において、コントローラ１００は、着目三角形の重心位置Ｐの移動に基づき、油圧ショベル１の加速度の大きさおよび向きを算出する。

【0089】

ステップＳ４において、コントローラ１００は、算出された傾斜角度と、算出された加速度の大きさおよび向きとに基づき、作業機械の重心位置Ｑを算出する。ステップＳ５において、コントローラ１００は、作業機械の重心位置Ｑと基準重心位置とに基づき、転倒の可能性を示す指標値を算出する。ステップＳ６において、コントローラ１００は、算出された指標値が予め定められた閾値を超えたか否かを判断する。

【0090】

コントローラ１００は、指標値が閾値を超えたと判断した場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、ステップＳ７において、報知装置４００に警告の報知指示を送る。これにより、報知装置４００は、オペレータに対して警告を報知する。

【0091】

ステップＳ８において、コントローラ１００は、作業機２の動作を制限する。たとえば、コントローラ１００は、オペレータ操作にかかわらず、転倒の可能性がある方向への作業機２の移動を制限する。これにより、油圧ショベル１の転倒の可能性を低減できる。

【0092】

コントローラ１００は、指標値が閾値を超えていないと判断した場合（ステップＳ６においてＮＯ）、処理をステップＳ１に戻す。コントローラ１００は、次の制御周期Ｔｃが到来すると、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。

【0093】

上述した油圧ショベル１の構成の一部を抽出すると以下のとおりである。

【0094】

油圧ショベル１は、作業機２と、走行体３１と、走行体３１に旋回可能に支持された旋回体３３と、コントローラ１００とを備える。旋回体３３は、作業機２が取り付けられたフレーム３３１と、運転室３３２と、フレーム３３１の異なる位置に設置され、かつ運転室３３２を支持する複数の液体封入式マウント３４とを含む。各液体封入式マウント３４は、液体封入式マウント３４内に封入された粘性液体３４５の液圧を検出する液圧センサ３４９を有する。コントローラ１００は、各液圧センサ３４９による検出の結果に基づいて、水平面Ｈに対する油圧ショベル１の傾斜角度θを算出する。このような構成によれば、上述したように、油圧ショベル１の水平面Ｈに対する傾斜角度θを精度よく判定可能となる。

【0095】

油圧ショベル１は、報知装置４００をさらに備える。コントローラ１００は、傾斜角度θに基づいて、油圧ショベル１の転倒の可能性を判定する。コントローラ１００は、判定の結果に基づく報知を報知装置４００に実行させる。このような構成によれば、油圧ショベル１のオペレータは、油圧ショベル１が転倒する可能性があることを知ることができる。

【0096】

コントローラ１００は、各液圧センサ３４９による検出の結果に基づいて、油圧ショベル１の加速度の大きさおよび向きをさらに算出する。コントローラ１００は、傾斜角度θと、加速度の大きさおよび向きとに基づいて、油圧ショベル１の転倒の可能性を判定する。このような構成によれば、傾斜角度θのみを用いる構成比べて、油圧ショベル１の転倒の可能性を精度良く判定できる。

【0097】

コントローラ１００は、傾斜角度θと、加速度の大きさおよび向きに基づいて、作業機械の重心位置Ｑをさらに算出する。コントローラ１００は、作業機械の重心位置Ｑに基づいて、油圧ショベル１の転倒の可能性を判定する。油圧ショベル１の作業機械の重心位置Ｑに基づいて転倒の可能性を判断することにより、精度の高い判定が可能となる。

【0098】

コントローラ１００は、作業機械の重心位置Ｑに基づき、油圧ショベル１の転倒の可能性を示す指標値をさらに算出する。コントローラ１００は、指標値が閾値を超えた場合、報知装置４００に警告の報知を実行させる。

【0099】

コントローラ１００は、指標値が閾値を超えた場合、作業機２の動作を制限する。このような構成によれば、油圧ショベル１の転倒の可能性をさらに低減できる。

【0100】

油圧ショベル１は、少なくとも３つの液体封入式マウント３４を含む。コントローラ１００は、３つの液体封入式マウント３４の粘性液体３４５の液圧に基づき、液体封入式マウント３４の基準値からの変位量（たわみ量）を液体封入式マウント３４毎に算出する。コントローラ１００は、３つの変位量に基づき、傾斜角度θを算出する。３つの液体封入式マウント３４の粘性液体３４５の液圧を用いることにより、上述した着目三角形を形成できる。それゆえ、コントローラ１００は、傾斜角度θを算出できる。

【0101】

＜変形例＞
（１）上記においては、コントローラ１００は、３つの液体封入式マウント３４ｂ，３４ｃ、３４ｄの液圧センサ３４９の検出結果を用いて処理を行なった。しかしながら、これに限定されない。コントローラ１００は、４つの液体封入式マウント３４ａ～３４ｄのうちの任意の３つの液体封入式マウント３４の液圧センサ３４９の検出結果を用いればよい。

【0102】

（２）複数の三角形に着目し、各着目三角形の傾斜角度を求め、これらの平均値を傾斜角度θとしてもよい。

【0103】

（３）コントローラ１００は、３つの液圧センサ３４９の検出結果を利用する構成であるため、４つの液体封入式マウント３４のうちの１つは液圧センサ３４９を備えていなくてもよい。

【0104】

（４）上記においては、コントローラ１００の判定部１４０は、指標値と１つの閾値とを比較して、報知装置４００に所定の信号を送るか否かを判断した。しかしながら、これに限定されず、判定部１４０は、複数の閾値（たとえば、Ｔｈ２＞Ｔｈ１）と比較してもよい。この場合、判定部１４０は、指標値が閾値Ｔｈ１を超えると、第１の信号を報知装置４００に送信する。判定部１４０は、指標値が閾値Ｔｈ２を超えると、第２の信号を報知装置４００に送信する。

【0105】

報知装置４００は、第１の信号を受信したときと、第２の信号を受信したときとでは、報知の態様を異ならせる。たとえば、報知装置４００は、第２の信号を受信した場合、第１の信号を受信したときよりも警告の程度を大きくする。このような構成によれば、オペレータは油圧ショベル１の転倒の可能性が大きくなったことを知ることができる。

【0106】

（５）上記において、作業機械は、油圧ショベルである。しかしながら、これに限定されず、作業機を有する作業機械であればよい。たとえば、作業機械は、ブルドーザ、ローダ、あるいはグレーダであってもよい。作業機械は、車体と、作業機と、コントローラ１００とを備える。車体は、作業機が取り付けられたフレームと、運転室と、フレームの異なる位置に設置され、かつ運転室を支持する複数の液体封入式マウント３４とを含む。

【0107】

（６）上記において、液圧センサが複数存在することが前提となっているが、傾斜度合いをみるのであれば、一つの液圧センサでも可能である。一つの液圧センサの液圧標準値を記憶しておき、液圧標準値からの変化をみれば、その圧力センサのゴムマウントが圧縮されているか、引っ張られているかが分かり、傾斜度合いが分かる。コントローラ１００は、コントローラ１００内のメモリに予め記憶された液圧標準値からの液圧の変化に基づき、作業機械の傾斜度合いを算出できる。

【0108】

今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに制限されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許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】

【0109】

１ 油圧ショベル、２ 作業機、３ 車体、２１ ブーム、２２ アーム、２３ バケット、３１ 走行体、３２ スイングサークル、３３ 旋回体、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ 液体封入式マウント、３５ 油圧モータ、１００ コントローラ、１１０ 傾斜角度算出部、１２０ 加速度算出部、１３０ 作業機械重心算出部、１４０ 判定部、２１１ ブームシリンダ、２２１ アームシリンダ、２３１ バケットシリンダ、２４２ ブーム先端ピン、２４３ アーム先端ピン、３１１ 履帯装置、３３１ フレーム、３３１ａ 枠体、３３１ｂ 梁、３３２ 運転室、３３２ａ 前面部、３３２ｂ 後面部、３３２ｃ 側面部、３３２ｄ 上面部、３３２ｅ 床板用ブラケット、３３２ｆ 床板、３４１ 筐体、３４２ 弾性体、３４３ 流体室、３４４ 抵抗板、３４５ 粘性液体、３４６ 圧縮空気、３４７ 軸、３４８ 取付口、３４９ 液圧センサ、４００ 報知装置、９０１ 直線、９０２ 平面、Ｈ 水平面、Ｐ 着目三角形の重心位置、Ｑ 作業機械の重心位置、ＳＬ 傾斜面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】