特開 2022-157266 演算装置および演算方法

(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】P2022157266

(43)【公開日】2022-10-14

(54)【発明の名称】演算装置および演算方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20221006BHJP

   G01G 19/10 20060101ALI20221006BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 M

G01G19/10 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021061390

(22)【出願日】2021-03-31

(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】清水 実

(72)【発明者】

【氏名】山脇 翔太

(72)【発明者】

【氏名】小山 幹

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003AB04

2D003AC09

2D003BA02

2D003BA07

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB04

(57)【要約】

【課題】作業機の運搬する荷の重量を精度よく算出できる演算装置を提供する。
【解決手段】油圧ショベル１００は、車体と、車体に支持されたブームボトムピン５ａと、ブームボトムピン５ａにより車体に回転可能に連結されたブーム３ａと、ブーム３ａの先端に取り付けられたブームトップピン５ｂと、ブームトップピン５ｂによりブーム３ａに回転可能に連結されたアーム３ｂと、アーム３ｂの先端に取り付けられたアームトップピン５ｃと、アームトップピン５ｃによりアーム３ｂに回転可能に連結されたバケット３ｃとを備えている。演算装置は、ブームボトムピン５ａまわりのモーメントの釣り合い式、ブームトップピン５ｂまわりのモーメントの釣り合い式、アームトップピン５ｃまわりのモーメントの釣り合い式のうちのいずれか２つの釣り合い式から、作業機３の運搬する荷の重量を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機を備える作業機械の、前記作業機の運搬する荷の重量を算出する演算装置であって、
前記作業機械は、
車体と、
前記車体に支持されたブームボトムピンと、
前記ブームボトムピンにより前記車体に回転可能に連結されたブームと、
前記ブームの先端に取り付けられたブームトップピンと、
前記ブームトップピンにより前記ブームに回転可能に連結されたアームと、
前記アームの先端に取り付けられたアームトップピンと、
前記アームトップピンにより前記アームに回転可能に連結されたアタッチメントとを備え、
前記ブームボトムピンまわりのモーメントの釣り合い式、前記ブームトップピンまわりのモーメントの釣り合い式、前記アームトップピンまわりのモーメントの釣り合い式のうちのいずれか２つの釣り合い式から、前記荷の重量を算出する、演算装置。

【請求項2】

前記作業機械は、
前記ブームを前記車体に対して相対回転させる推力を発生するアクチュエータと、
前記車体に対する前記ブームの角度を検知するセンサとを備え、
前記アクチュエータの発生する推力と、前記センサの検知結果とに基づいて、前記ブームボトムピンまわりのモーメントの釣り合い式を立てる、請求項１に記載の演算装置。

【請求項3】

前記作業機械は、
前記アームを前記ブームに対して相対回転させる推力を発生するアクチュエータと、
前記ブームに対する前記アームの角度を検知するセンサとを備え、
前記アクチュエータの発生する推力と、前記センサの検知結果とに基づいて、前記ブームトップピンまわりのモーメントの釣り合い式を立てる、請求項１に記載の演算装置。

【請求項4】

前記作業機械は、
前記アタッチメントを前記アームに対して相対回転させる推力を発生するアクチュエータと、
前記アームに対する前記アタッチメントの角度を検知するセンサとを備え、
前記アクチュエータの発生する推力と、前記センサの検知結果とに基づいて、前記アームトップピンまわりのモーメントの釣り合い式を立てる、請求項１に記載の演算装置。

【請求項5】

前記作業機械は、前記アクチュエータと前記アームとを連結するリンク部材をさらに備え、
前記センサは、前記リンク部材に取り付けられている、請求項４に記載の演算装置。

【請求項6】

前記アタッチメントは、リフティングマグネットである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の演算装置。

【請求項7】

前記いずれか２つの釣り合い式から、前記荷の重心位置を算出する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の演算装置。

【請求項8】

作業機を備える作業機械の、前記作業機の運搬する荷の重量を算出する演算装置であって、
前記作業機械は、
車体と、
前記車体に支持されたブームボトムピンと、
前記ブームボトムピンにより前記車体に回転可能に連結されたブームと、
前記ブームの先端に取り付けられたブームトップピンと、
前記ブームトップピンにより前記ブームに回転可能に連結されたアタッチメントと、
前記ブームに支持され、前記アタッチメントとともに前記ブームに対して回転可能な回動部材とを備え、
前記ブームボトムピンまわりのモーメントの釣り合い式と、前記回動部材の回転中心まわりのモーメントの釣り合い式との２つの釣り合い式から、前記荷の重量を算出する、演算装置。

【請求項9】

前記作業機械は、
前記ブームを前記車体に対して相対回転させる推力を発生するアクチュエータと、
前記車体に対する前記ブームの角度を検知するセンサとを備え、
前記アクチュエータの発生する推力と、前記センサの検知結果とに基づいて、前記ブームボトムピンまわりのモーメントの釣り合い式を立てる、請求項８に記載の演算装置。

【請求項10】

前記作業機械は、
前記アタッチメントを前記ブームに対して相対回転させる推力を発生するアクチュエータと、
前記ブームに対する前記アタッチメントの角度を検知するセンサとを備え、
前記アクチュエータの発生する推力と、前記センサの検知結果とに基づいて、前記回転中心まわりのモーメントの釣り合い式を立てる、請求項８に記載の演算装置。

【請求項11】

前記２つの釣り合い式から、前記荷の重心位置を算出する、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の演算装置。

【請求項12】

作業機を備える作業機械の、前記作業機の運搬する荷の重量を算出する演算装置であって、
前記作業機械は、
車体と、
前記車体に支持されたブームボトムピンと、
前記ブームボトムピンにより前記車体に一端を回転可能に連結されたブームと、
前記ブームの他端に取り付けられたブームトップピンと、
前記ブームトップピンにより前記ブームの他端に一端を回転可能に連結されたアームと、
前記アームの他端に取り付けられたアームトップピンと、
前記アームトップピンにより前記アームの他端に一端を回転可能に連結されたアタッチメントと、
前記ブームを駆動して回転動作させるブーム油圧シリンダと、
前記アームを駆動して回転動作させるアーム油圧シリンダと、
前記アタッチメントを駆動して回転動作させるアタッチメント油圧シリンダと、
前記ブーム油圧シリンダに取り付けられ前記ブーム油圧シリンダの作動油圧力情報を出力するブーム圧力センサと、前記アーム油圧シリンダに取り付けられ前記アーム油圧シリンダの作動油圧力情報を出力するアーム圧力センサと、前記アタッチメント油圧シリンダに取り付けられ前記アタッチメント油圧シリンダの作動油圧力情報を出力するアタッチメント圧力センサと、のうちの少なくとも２つのセンサを含む、圧力センサと、
前記車体に対する前記ブームの位置を得るためのブーム情報を出力するブーム位置センサと、前記ブームに対する前記アームの位置を得るためのアーム情報を出力するアーム位置センサと、前記アームに対する前記アタッチメントの位置を得るためのアタッチメント情報を出力するアタッチメント位置センサと、を備え、
前記荷の運搬における、前記ブーム油圧シリンダの前記作動油圧力情報と前記ブーム情報とから生成される第一の関係式と、前記アーム油圧シリンダの前記作動油圧力情報と前記アーム情報とから生成される第二の関係式と、前記アタッチメント油圧シリンダの前記作動油圧力情報と前記アタッチメント情報とから生成される第三の関係式と、のうちのいずれか２つの関係式から、前記荷の重量を算出し、
前記圧力センサは、前記２つの関係式に対応する２つのセンサを少なくとも含む、演算装置。

【請求項13】

前記ブーム位置センサは、前記車体に対する前記ブームの角度を検知するセンサであり、
前記アーム位置センサは、前記ブームに対する前記アームの角度を検知するセンサであり、
前記アタッチメント位置センサは、前記アームに対する前記アタッチメントの角度を検知するセンサである、請求項１２に記載の演算装置。

【請求項14】

前記第一の関係式は、前記荷の運搬の際の、前記ブームボトムピンまわりのモーメントの釣り合い式であり、
前記第二の関係式は、前記荷の運搬の際の、前記ブームトップピンまわりのモーメントの釣り合い式であり、
前記第三の関係式は、前記荷の運搬の際の、前記アームトップピンまわりのモーメントの釣り合い式である、請求項１２または請求項１３に記載の演算装置。

【請求項15】

作業機を備える作業機械の、前記作業機の運搬する荷の重量を算出する演算方法であって、
前記作業機は、第１回転中心を軸として回動するブームと、第２回転中心を軸として回動するアームと、第３回転中心を軸として回動するアタッチメントと、を部材として有し、
前記部材について、前記第１回転中心、前記第２回転中心および前記第３回転中心のうちのいずれか２つの回転中心回りの運動の回転式を立式することと、
前記部材の各々の重量および重心位置を取得することと、
前記荷の運搬時における前記部材の位置を取得することと、
前記関係式の前記運動に対応する推力を取得することと、
前記部材の前記重心位置と前記位置とから、前記荷の運搬時における前記部材の各々の重心位置と、対応する前記第１回転中心、前記第２回転中心および前記第３回転中心のそれぞれとの水平方向距離を演算することと、
前記関係式と、前記取得された情報と、前記演算された情報とにより、前記作業機の運搬する前記荷の重量を演算することと、を備える、演算方法。

【請求項16】

前記部材の前記位置を、前記部材の姿勢を示す角度から取得する、請求項１５に記載の演算方法。

【請求項17】

前記関係式は、前記運動の回転中心まわりのモーメントの釣り合い式である、請求項１５または請求項１６に記載の演算方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機の運搬する荷の重量を算出する演算装置および演算方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特開平１０－２４５８７４号公報（特許文献１）には、バケットを備えた油圧ショベルにおいて、バケット支持軸回りの力の釣り合い条件からバケット内の積荷重量を算出する演算装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－２４５８７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記文献には、バケット積荷の重心位置を実験的に求めることが記載されている。しかしながら、バケット積荷の重心位置は必ずしも一定ではない。そのため、実験的に求めた重心位置を用いて積荷重量を算出する技術では、積荷重量の精度を高くすることが困難であった。

【0005】

本開示では、作業機の運搬する荷の重量を精度よく算出できる演算装置が提案される。

【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、作業機を備える作業機械における、作業機の運搬する荷の重量を算出する演算装置が提案される。作業機械は、車体と、車体に支持されたブームボトムピンと、ブームボトムピンにより車体に回転可能に連結されたブームと、ブームの先端に取り付けられたブームトップピンと、ブームトップピンによりブームに回転可能に連結されたアームと、アームの先端に取り付けられたアームトップピンと、アームトップピンによりアームに回転可能に連結されたアタッチメントとを備えている。演算装置は、ブームボトムピンまわりのモーメントの釣り合い式、ブームトップピンまわりのモーメントの釣り合い式、アームトップピンまわりのモーメントの釣り合い式のうちのいずれか２つの釣り合い式から、荷の重量を算出する。

【0007】

本開示のある局面に従うと、作業機を備える作業機械における、作業機の運搬する荷の重量を算出する演算装置が提案される。作業機械は、車体と、車体に支持されたブームボトムピンと、ブームボトムピンにより車体に回転可能に連結されたブームと、ブームの先端に取り付けられたブームトップピンと、ブームトップピンによりブームに回転可能に連結されたアタッチメントと、ブームに支持され、アタッチメントとともにブームに対して回転可能な回動部材とを備えている。演算装置は、ブームボトムピンまわりのモーメントの釣り合い式と、回動部材の回転中心まわりのモーメントの釣り合い式との２つの釣り合い式から、荷の重量を算出する。

【0008】

本開示のある局面に従うと、作業機を備える作業機械の、前記作業機の運搬する荷の重量を算出する演算装置が提案される。作業機械は、車体と、車体に支持されたブームボトムピンと、ブームボトムピンにより車体に一端を回転可能に連結されたブームと、ブームの他端に取り付けられたブームトップピンと、ブームトップピンによりブームの他端に一端を回転可能に連結されたアームと、アームの他端に取り付けられたアームトップピンと、アームトップピンによりアームの他端に一端を回転可能に連結されたアタッチメントと、ブームを駆動して回転動作させるブーム油圧シリンダと、アームを駆動して回転動作させるアーム油圧シリンダと、アタッチメントを駆動して回転動作させるアタッチメント油圧シリンダと、圧力センサと、位置センサとを備えている。圧力センサは、ブーム油圧シリンダに取り付けられブーム油圧シリンダの作動油圧力情報を出力するブーム圧力センサと、アーム油圧シリンダに取り付けられアーム油圧シリンダの作動油圧力情報を出力するアーム圧力センサと、アタッチメント油圧シリンダに取り付けられアタッチメント油圧シリンダの作動油圧力情報を出力するアタッチメント圧力センサと、のうちの少なくとも２つのセンサを含んでいる。位置センサは、車体に対するブームの位置を得るためのブーム情報を出力するブーム位置センサと、ブームに対するアームの位置を得るためのアーム情報を出力するアーム位置センサと、アームに対するアタッチメントの位置を得るためのアタッチメント情報を出力するアタッチメント位置センサと、を含んでいる。演算装置は、荷の運搬における、ブーム油圧シリンダの作動油圧力情報とブーム情報とから生成される第一の関係式と、アーム油圧シリンダの作動油圧力情報とアーム情報とから生成される第二の関係式と、アタッチメント油圧シリンダの作動油圧力情報とアタッチメント情報とから生成される第三の関係式と、のうちのいずれか２つの関係式から、荷の重量を算出する。圧力センサは、上記の２つの関係式に対応する２つのセンサを少なくとも含んでいる。

【0009】

本開示のある局面に従うと、作業機を備える作業機械の、作業機の運搬する荷の重量を算出する演算方法が提案される。作業機は、第１回転中心を軸として回動するブームと、第２回転中心を軸として回動するアームと、第３回転中心を軸として回動するアタッチメントと、を部材として有している。演算方法は、以下の処理を備えている。第１の処理は、上記の部材について、第１回転中心、第２回転中心および第３回転中心のうちのいずれか２つの回転中心回りの運動の回転式を立式することである。第２の処理は、部材の各々の重量および重心位置を取得することである。第３の処理は、荷の運搬時における部材の位置を取得することである。第４の処理は、関係式の運動に対応する推力を取得することである。第５の処理は、部材の重心位置と部材の位置とから、荷の運搬時における部材の各々の重心位置と、対応する第１回転中心、第２回転中心および第３回転中心のそれぞれとの水平方向距離を演算することである。第６の処理は、関係式と、取得された情報と、演算された情報とにより、作業機の運搬する荷の重量を演算することである。

【発明の効果】

【0010】

本開示に係る演算装置および演算方法によれば、作業機の運搬する荷の重量を精度よく算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の第一実施形態に基づく作業機械の構成を概略的に示す図である。

【図2】図１に示される作業機械のシステムの概略構成を示すブロック図である。

【図3】図２に示されるコントローラ内の機能ブロックを示す図である。

【図4】ブームボトムピンまわりのモーメントの釣り合いを示す模式図である。

【図5】アームトップピンまわりのモーメントの釣り合いを示す模式図である。

【図6】ブームトップピンまわりのモーメントの釣り合いを示す模式図である。

【図7】第三実施形態に基づく作業機械の構成を概略的に示す図である。

【図8】第四実施形態に基づく作業機械の構成を概略的に示す図である。

【図9】第四実施形態のコントローラ内の機能ブロックを示す図である。

【図10】支持ピンまわりのモーメントの釣り合いを示す模式図である。

【図11】本開示の演算方法のフローチャートを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0013】

［第一実施形態］
＜作業機械の構成＞
図１は、本開示の第一実施形態に基づく作業機械の一例としての油圧ショベル１００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１００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、油圧ショベル１００の車体が構成されている。

【0014】

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１００が自走する。

【0015】

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（キャブ）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。

【0016】

エンジンルーム２ｃおよびカウンタウェイト２ｄの各々は、運転室２ａに対して旋回体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。

【0017】

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、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、バケットシリンダ４ｃなどを有している。ブーム３ａの基端部（一端）は、ブームボトムピン５ａにより旋回体２に回転可能に連結されている。アーム３ｂの基端部（一端）は、ブームトップピン５ｂによりブーム３ａの先端部（他端）に回転可能に連結されている。バケット３ｃ（の一端）は、アームトップピン５ｃによりアーム３ｂの先端部（他端）に回転可能に連結されている。

【0018】

本実施形態においては、作業機３を基準として、油圧ショベル１００の各部の位置関係について説明する。

【0019】

作業機３のブーム３ａは、旋回体２に対して、ブームボトムピン５ａを中心に回転移動する。旋回体２に対して回動するブーム３ａの特定の部分、たとえばブーム３ａの先端部が移動する軌跡は円弧状であり、その円弧を含む平面が特定される。油圧ショベル１００を平面視した場合に、当該平面は直線として表される。この直線の延びる方向が、油圧ショベル１００の車体の前後方向、または旋回体２の前後方向であり、以下では単に前後方向ともいう。油圧ショベル１００の車体の左右方向（車幅方向）、または旋回体２の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向であり、以下では単に左右方向ともいう。油圧ショベル１００の車体の上下方向、または旋回体２の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向であり、以下では単に上下方向ともいう。

【0020】

前後方向において、車体から作業機３が突き出している側が前方向であり、前方向と反対方向が後方向である。前方向を視て左右方向の右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

【0021】

前後方向とは、運転室２ａ内の運転席２ｂに着座したオペレータの前後方向である。左右方向とは、運転席２ｂに着座したオペレータの左右方向である。上下方向とは、運転席２ｂに着座したオペレータの上下方向である。運転席２ｂに着座したオペレータに正対する方向が前方向であり、運転席２ｂに着座したオペレータの背後方向が後方向である。運転席２ｂに着座したオペレータが正面に正対したときの右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。運転席２ｂに着座したオペレータの足元側が下側、頭上側が上側である。

【0022】

ブーム３ａは、ブームシリンダ（ブーム油圧シリンダ）４ａにより駆動可能である。この駆動により、ブーム３ａは、ブームボトムピン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（アーム油圧シリンダ）４ｂにより駆動可能である。この駆動により、アーム３ｂは、ブームトップピン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（アタッチメント）３ｃは、バケットシリンダ（アタッチメント油圧シリンダ）４ｃにより駆動可能である。この駆動によりバケット３ｃは、アームトップピン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。

【0023】

ブームボトムピン５ａは、油圧ショベル１００の車体に支持されている。ブームボトムピン５ａは、旋回体２のフレームの一対の縦板（図示せず）に支持されている。ブームトップピン５ｂは、ブーム３ａの先端に取り付けられている。アームトップピン５ｃは、アーム３ｂの先端に取り付けられている。ブームボトムピン５ａ、ブームトップピン５ｂおよびアームトップピン５ｃは、いずれも左右方向に延びている。ブームボトムピン５ａはブームフートピンとも呼ばれる。

【0024】

作業機３は、バケットリンク３ｄを有している。バケットリンク３ｄは、第１リンク部材３ｄａと、第２リンク部材３ｄｂとを有している。第１リンク部材３ｄａの先端と第２リンク部材３ｄｂの先端とは、バケットシリンダトップピン３ｄｃを介して、相対回転可能に連結されている。バケットシリンダトップピン３ｄｃは、バケットシリンダ４ｃの先端に連結されている。したがって第１リンク部材３ｄａおよび第２リンク部材３ｄｂは、バケットシリンダ４ｃにピン連結されている。

【0025】

第１リンク部材３ｄａの基端は、第１リンクピン３ｄｄによりアーム３ｂに回転可能に連結されている。第２リンク部材３ｄｂの基端は、第２リンクピン３ｄｅによりバケット３ｃの根元部分のブラケットに回転可能に連結されている。

【0026】

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内の作動油の圧力（ボトム圧）を検出することができる。圧力センサ６ａ，６ｂは、ヘッド圧とボトム圧とからなる作動油圧力情報を後述のコントローラ１０に出力する。

【0027】

アームシリンダ４ｂのヘッド側には、圧力センサ６ｃが取り付けられている。圧力センサ６ｃは、アームシリンダ４ｂのシリンダヘッド側油室内の作動油の圧力（ヘッド圧）を検出することができる。アームシリンダ４ｂのボトム側には、圧力センサ６ｄが取り付けられている。圧力センサ６ｄは、アームシリンダ４ｂのシリンダボトム側油室内の作動油の圧力（ボトム圧）を検出することができる。圧力センサ６ｃ，６ｄは、ヘッド圧とボトム圧とからなる作動油圧力情報を後述のコントローラ１０に出力する。

【0028】

バケットシリンダ４ｃのヘッド側には、圧力センサ６ｅが取り付けられている。圧力センサ６ｅは、バケットシリンダ４ｃのシリンダヘッド側油室内の作動油の圧力（ヘッド圧）を検出することができる。バケットシリンダ４ｃのボトム側には、圧力センサ６ｆが取り付けられている。圧力センサ６ｆは、バケットシリンダ４ｃシリンダボトム側油室内の作動油の圧力（ボトム圧）を検出することができる。圧力センサ６ｅ，６ｆは、ヘッド圧とボトム圧とからなる作動油圧力情報を後述のコントローラ１０に出力する。

【0029】

ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃには、それぞれの位置および姿勢の情報を得るための位置センサが設けられている。位置センサは、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃのそれぞれの位置を得るためのブーム情報、アーム情報およびアタッチメント情報を、後述のコントローラ１０に出力する。

【0030】

ブームシリンダ４ａには、位置センサとして、ストロークセンサ７ａが取り付けられている。ストロークセンサ７ａは、ブームシリンダ４ａにおけるシリンダａａに対するシリンダロッド４ａｂの変位量をブーム情報として検出する。アームシリンダ４ｂには、位置センサとして、ストロークセンサ７ｂが取り付けられている。ストロークセンサ７ｂは、アームシリンダ４ｂにおけるシリンダロッドの変位量をアーム情報として検出する。バケットシリンダ４ｃには、位置センサとして、ストロークセンサ７ｃが取り付けられている。ストロークセンサ７ｃは、バケットシリンダ４ｃにおけるシリンダロッドの変位量をアタッチメント情報として検出する。

【0031】

位置センサは、角度センサであってもよい。ブームボトムピン５ａの周囲には、角度センサ９ａが取り付けられている。ブームトップピン５ｂの周囲には、角度センサ９ｂが取り付けられている。アームトップピン５ｃの周囲には、角度センサ９ｃが取り付けられている。角度センサ９ａ，９ｂ，９ｃは、ポテンショメータであってもよく、ロータリーエンコーダであってもよい。角度センサ９ａ，９ｂ，９ｃは、ブーム３ａなどの回転角情報（ブーム情報、アーム情報およびアタッチメント情報）を、後述のコントローラ１０に出力する。

【0032】

図１に示されるように、側方視において、ブームボトムピン５ａとブームトップピン５ｂとを通る直線（図１中に二点鎖線で図示）と、上下方向に延びる直線（図１中に破線で図示）とのなす角度を、ブーム角θｂとする。ブーム角θｂは、通常、鋭角である。ブーム角θｂは、旋回体２に対するブーム３ａの角度を表す。ブーム角θｂは、ストロークセンサ７ａの検出結果から算出することができ、また角度センサ９ａの測定値から算出することができる。

【0033】

側方視において、ブームボトムピン５ａとブームトップピン５ｂとを通る直線と、ブームトップピン５ｂとアームトップピン５ｃとを通る直線（図１中に二点鎖線で図示）とのなす角度を、アーム角θａとする。アーム角θａは、側方視でアーム３ｂが回動する領域におけるブーム３ａに対するアーム３ｂの角度を表す。アーム角θａは、ストロークセンサ７ｂの検出結果から算出することができ、また角度センサ９ｂの測定値から算出することができる。

【0034】

側方視において、ブームトップピン５ｂとアームトップピン５ｃとを通る直線と、アームトップピン５ｃとバケット３ｃの刃先とを通る直線（図１中に二点鎖線で図示）とのなす角度を、バケット角θｋとする。バケット角θｋは、側方視でバケット３ｃが回動する領域におけるアーム３ｂに対するバケット３ｃの角度を表す。バケット角θｋは、ストロークセンサ７ｃの検出結果から算出することができ、また角度センサ９ｃの測定値から算出することができる。

【0035】

位置センサは、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）であってもよい。旋回体２、ブーム３ａ、アーム３ｂおよび第１リンク部材３ｄａのそれぞれには、ＩＭＵ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが取り付けられている。ＩＭＵ８ａは、前後方向、左右方向および上下方向における旋回体２の加速度と、前後方向、左右方向および上下方向まわりの旋回体２の角速度とを計測する。ＩＭＵ８ｂ，８ｃ，８ｄのそれぞれは、前後方向、左右方向および上下方向におけるブーム３ａ、アーム３ｂ、第１リンク部材３ｄａの加速度と、前後方向、左右方向および上下方向まわりのブーム３ａ、アーム３ｂ、第１リンク部材３ｄａの角速度とを計測する。

【0036】

旋回体２に取り付けられたＩＭＵ８ａで測定された加速度とブーム３ａに取り付けられたＩＭＵ８ｂで測定された加速度との差分に基づいて、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度（ブームシリンダ４ａの伸縮速度の変化量）を取得することができる。ブーム角θｂ、アーム角θａ、バケット角θｋは、それぞれＩＭＵ８ｂ，８ｃ，８ｄの検出結果から算出されてもよい。

【0037】

位置センサとして、各油圧シリンダのストロークセンサ、ブーム３ａなどの各リンクの角度センサ、およびＩＭＵを挙げたが、位置センサは六軸加速度センサであってもよい。位置センサは上記センサのいくつかを併用するものであってもよい。位置センサは上記センサに加え、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：衛星測位システム）を併用するものであってもよい。

【0038】

＜作業機械のシステムの概略構成＞
次に、作業機械のシステムの概略構成について図２を用いて説明する。図２は、図１に示される作業機械のシステムの概略構成を示すブロック図である。

【0039】

図２に示されるように、本実施形態におけるシステムは、作業機３の運搬する荷Ｌ（図１）の重量である積荷重量を決定するためのシステムである。本実施形態におけるシステムは、図１に示す作業機械の一例としての油圧ショベル１００と、図２に示されるコントローラ１０とを含んでいる。コントローラ１０は、油圧ショベル１００に搭載されていてもよい。コントローラ１０は、油圧ショベル１００の外部に設置されていてもよい。コントローラ１０は、油圧ショベル１００の作業現場に配置されてもよく、油圧ショベル１００の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。

【0040】

エンジン３１は、たとえばディーゼルエンジンである。エンジン３１への燃料の噴射量がコントローラ１０によって制御されることにより、エンジン３１の出力が制御される。

【0041】

油圧ポンプ３３は、エンジン３１に連結されている。エンジン３１の回転駆動力が油圧ポンプ３３に伝達されることにより、油圧ポンプ３３が駆動される。油圧ポンプ３３は、たとえば斜板を有し、斜板の傾転角が変更されることにより吐出容量を変化させる可変容量型の油圧ポンプである。油圧ポンプ３３から吐出された油の一部は、作動油として方向制御弁３４に供給される。油圧ポンプ３３から吐出された油の一部は、減圧弁によって一定の圧力に減圧されて、パイロット油として使用される。

【0042】

方向制御弁３４は、たとえばロッド状のスプールを動かして作動油が流れる方向を切り換えるスプール方式の弁である。スプールが軸方向に移動することにより、アクチュエータ４０に対する作動油の供給量が調整される。方向制御弁３４には、スプールの移動距離（スプールストローク）を検出するスプールストロークセンサが設けられる。

【0043】

アクチュエータ４０への油圧の供給および排出が制御されることにより、作業機３の動作、旋回体２の旋回、および走行体１の走行動作が制御される。上記アクチュエータ４０は、図１に示されるブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、バケットシリンダ４ｃ、走行モータ、図示しない旋回モータなどを含んでいる。

【0044】

なお、本例においては、アクチュエータ４０を作動するために、そのアクチュエータ４０に供給される油は作動油と称される。また、方向制御弁３４を作動するためにその方向制御弁３４に供給される油はパイロット油と称される。また、パイロット油の圧力はパイロット油圧と称される。

【0045】

油圧ポンプ３３は、上記のように作動油とパイロット油との両方を送出するものであってもよい。油圧ポンプ３３は、作動油を送出する油圧ポンプ（メイン油圧ポンプ）と、パイロット油を送出する油圧ポンプ（パイロット油圧ポンプ）とを別々に有してもよい。

【0046】

操作装置２５は、運転室２ａ内に配置されている。操作装置２５は、オペレータにより操作される。操作装置２５は、作業機３を駆動するオペレータ操作を受け付ける。また操作装置２５は、旋回体２を旋回させるオペレータ操作を受け付ける。操作装置２５は、オペレータ操作に応じた操作信号を出力する。

【0047】

操作装置２５は、第１操作レバー２５Ｒと、第２操作レバー２５Ｌとを有している。第１操作レバー２５Ｒは、たとえば運転席２ｂの右側に配置されている。第２操作レバー２５Ｌは、たとえば運転席２ｂの左側に配置されている。第１操作レバー２５Ｒおよび第２操作レバー２５Ｌでは、前後左右の動作が２軸の動作に対応する。

【0048】

第１操作レバー２５Ｒにより、たとえばブーム３ａおよびバケット３ｃが操作される。第１操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、たとえばブーム３ａの操作に対応し、前後方向の操作に応じてブーム３ａが下降する動作および上昇する動作が実行される。第１操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、たとえばバケット３ｃの操作に対応し、左右方向の操作に応じてバケット３ｃの掘削方向（上向き）およびダンプ方向（下向き）への動作が実行される。

【0049】

第２操作レバー２５Ｌにより、たとえばアーム３ｂおよび旋回体２が操作される。第２操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、たとえば旋回体２の旋回に対応し、前後方向の操作に応じて旋回体２の右旋回動作および左旋回動作が実行される。第２操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、たとえばアーム３ｂの操作に対応し、左右方向の操作に応じてアーム３ｂのダンプ方向（上向き）および掘削方向（下向き）への動作が実行される。

【0050】

油圧ポンプ３３から送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が、操作装置２５に供給される。操作装置２５の操作量に基づいて、パイロット油圧が調整される。

【0051】

操作装置２５と方向制御弁３４とは、パイロット油路４５０を介して接続されている。パイロット油は、パイロット油路４５０を介して方向制御弁３４に供給される。これにより、方向制御弁３４のスプールが軸方向に移動して、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に供給される作動油の流れ方向および流量が調整され、ブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃの上下方向への動作が実行される。

【0052】

パイロット油路４５０には、圧力センサ３６が配置されている。圧力センサ３６は、パイロット油圧を検出する。圧力センサ３６の検出結果は、コントローラ１０に出力される。パイロット油圧の増加量は、操作レバー２５Ｌ，２５Ｒの各々を中立位置から傾倒させる角度によって異なる。圧力センサ３６によるパイロット油圧の検出結果によって、操作装置２５の操作内容を判断することができる。

【0053】

コントローラ１０には、ストロークセンサ７ａ～７ｃ、ＩＭＵ８ａ～８ｄ、角度センサ９ａ～９ｃおよび圧力センサ６ａ～６ｆの検出信号も入力される。

【0054】

コントローラ１０は、ストロークセンサ７ａ～７ｃ、ＩＭＵ８ａ～８ｄ、角度センサ９ａ～９ｃおよび圧力センサ６ａ～６ｆ，３６の各々と有線で電気的に接続されていてもよく、また無線で通信可能とされていてもよい。コントローラ１０は、たとえばコンピュータ、サーバー、携帯端末などであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。

【0055】

上記においては操作装置２５がパイロット油圧方式である場合について説明したが、操作装置２５は電気方式の操作装置であってもよい。操作装置２５が電気方式である場合、第１操作レバー２５Ｒおよび第２操作レバー２５Ｌの各々の操作量は、たとえばポテンショメータにより検出される。ポテンショメータとは、機械的な位置に比例した電気（電圧）出力を得る変位センサである。ポテンショメータの検出結果は、コントローラ１０に出力される。ポテンショメータの検出結果によって、操作装置２５の操作内容を判断することができる。

【0056】

＜コントローラ１０内の機能ブロック＞
次に、コントローラ１０内の機能ブロックについて図３を用いて説明する。図３は、図２に示されるコントローラ１０内の機能ブロックを示す図である。

【0057】

図３に示されるように、ブームシリンダ推力算出部１０ａは、圧力センサ６ａ，６ｂの検知結果を取得する。具体的には、ブームシリンダ推力算出部１０ａは、圧力センサ６ａにより検知されたブームシリンダ４ａのヘッド圧を取得する。ブームシリンダ推力算出部１０ａは、圧力センサ６ｂにより検知されたブームシリンダ４ａのボトム圧を取得する。ブームシリンダ推力算出部１０ａは、ブームシリンダ４ａのヘッド圧とボトム圧とに基づいて、ブームシリンダ推力Ｆboomを算出する。

【0058】

推力とは物体を運動方向におしすすめる力と定義され、ブームシリンダ推力Ｆboomは、ブームシリンダ４ａの発生する、ブーム３ａを車体に対して相対回転させる推力である。ブームシリンダ推力Ｆboomは、ブームシリンダ４ａの延在方向に作用する力である。ブームシリンダ推力算出部１０ａは、算出したブームシリンダ推力Ｆboomを、積荷重量算出部１０ｉへ出力する。

【0059】

アームシリンダ推力算出部１０ｂは、圧力センサ６ｃ，６ｄの検知結果を取得する。具体的には、アームシリンダ推力算出部１０ｂは、圧力センサ６ｃにより検知されたアームシリンダ４ｂのヘッド圧を取得する。アームシリンダ推力算出部１０ｂは、圧力センサ６ｄにより検知されたアームシリンダ４ｂのボトム圧を取得する。アームシリンダ推力算出部１０ｂは、アームシリンダ４ｂのヘッド圧とボトム圧とに基づいて、アームシリンダ推力Ｆarmを算出する。

【0060】

アームシリンダ推力Ｆarmは、アームシリンダ４ｂの発生する、アーム３ｂをブーム３ａに対して相対回転させる推力である。アームシリンダ推力Ｆarmは、アームシリンダ４ｂの延在方向に作用する力である。アームシリンダ推力算出部１０ｂは、算出したアームシリンダ推力Ｆarmを、積荷重量算出部１０ｉへ出力する。

【0061】

バケットシリンダ推力算出部１０ｃは、圧力センサ６ｅ，６ｆの検知結果を取得する。具体的には、バケットシリンダ推力算出部１０ｃは、圧力センサ６ｅにより検知されたバケットシリンダ４ｃのヘッド圧を取得する。バケットシリンダ推力算出部１０ｃは、圧力センサ６ｆにより検知されたバケットシリンダ４ｃのボトム圧を取得する。バケットシリンダ推力算出部１０ｃは、バケットシリンダ４ｃのヘッド圧とボトム圧とに基づいて、バケットシリンダ推力Ｆbucketを算出する。

【0062】

バケットシリンダ推力Ｆbucketは、バケットシリンダ４ｃの発生する、バケット３ｃをアーム３ｂに対して相対回転させる推力である。バケットシリンダ推力Ｆbucketは、バケットシリンダ４ｃの延在方向に作用する力である。バケットシリンダ推力算出部１０ｃは、算出したバケットシリンダ推力Ｆbucketを、積荷重量算出部１０ｉへ出力する。

【0063】

ブーム角算出部１０ｄは、ストロークセンサ７ａ、ＩＭＵ８ｂ、および角度センサ９ａの少なくともいずれか１つのセンサから、ブーム角θｂに関する情報を取得する。ブーム角算出部１０ｄは、取得した情報に基づいて、ブーム角θｂを算出する。ブーム角算出部１０ｄは、算出したブーム角θｂを、重心位置算出部１０ｇへ出力する。

【0064】

アーム角算出部１０ｅは、ストロークセンサ７ｂ、ＩＭＵ８ｃ、および角度センサ９ｂの少なくともいずれか１つのセンサから、アーム角θａに関する情報を取得する。アーム角算出部１０ｅは、取得した情報に基づいて、アーム角θａを算出する。アーム角算出部１０ｅは、算出したアーム角θａを、重心位置算出部１０ｇへ出力する。

【0065】

バケット角算出部１０ｆは、ストロークセンサ７ｃ、ＩＭＵ８ｄ、および角度センサ９ｃの少なくともいずれか１つのセンサから、バケット角θｋに関する情報を取得する。バケット角算出部１０ｆは、取得した情報に基づいて、バケット角θｋを算出する。バケット角算出部１０ｆは、算出したバケット角θｋを、重心位置算出部１０ｇへ出力する。

【0066】

記憶部１０ｊは、作業機３を構成する各部材の寸法、重量および重心の位置などの各種情報を記憶している。これらの各種情報は、コントローラ１０外部の入力部１１から、記憶部１０ｊに入力されてもよい。記憶部１０ｊは、コントローラ１０に含まれず、コントローラ１０の外部に配置されていてもよい。

【0067】

重心位置算出部１０ｇは、作業機３を構成する各部材、たとえばブーム３ａ、ブームシリンダ４ａのシリンダ４ａａ、第１リンク部材３ｄａなど、の重心の、ブームボトムピン５ａに対する相対位置を算出する。重心位置算出部１０ｇは、ブーム角算出部１０ｄで算出されたブーム角θｂと、アーム角算出部１０ｅで算出されたアーム角θａと、バケット角算出部１０ｆで算出されたバケット角θｋと、記憶部１０ｊに記憶されている作業機３を構成する各部材の重心の位置とから、作業機３を構成する各部材の上記相対位置を算出する。

【0068】

重心位置算出部１０ｇは、ブーム角θｂ、アーム角θａおよびバケット角θｋから、ブームボトムピン５ａを基準とするブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃの姿勢を算出する。重心位置算出部１０ｇは、算出された姿勢から作業機３の他の構成部材の状態（姿勢・ストローク）を算出する。重心位置算出部１０ｇは、算出結果と記憶されている各部材の重心位置とから、作業機３を構成する各部材のブームボトムピン５ａを基準とする相対位置を算出する。

【0069】

モーメント距離算出部１０ｈは、ブームボトムピン５ａから、作業機を構成する各部材の重心までの、水平方向における距離を算出する。具体的には、モーメント距離算出部１０ｈは、ブームボトムピン５ａからブーム３ａの重心までの水平方向の距離Ｘboomを算出する。モーメント距離算出部１０ｈは、ブームボトムピン５ａからアーム３ｂの重心までの水平方向の距離Ｘarmを算出する。モーメント距離算出部１０ｈは、ブームボトムピン５ａからバケット３ｃの重心までの水平方向の距離Ｘbucketを算出する。

【0070】

モーメント距離算出部１０ｈは、ブームボトムピン５ａからブームシリンダ４ａのシリンダ部分（シリンダ４ａａ）の重心までの水平方向の距離ＸboomCを算出する。モーメント距離算出部１０ｈは、ブームボトムピン５ａからブームシリンダ４ａのシリンダロッド部分（シリンダロッド４ａｂ）の重心までの水平方向の距離ＸboomCRを算出する。

【0071】

モーメント距離算出部１０ｈは、ブームボトムピン５ａからアームシリンダ４ｂのシリンダ部分の重心までの水平方向の距離ＸarmCを算出する。モーメント距離算出部１０ｈは、ブームボトムピン５ａからアームシリンダ４ｂのシリンダロッド部分の重心までの水平方向の距離ＸarmCRを算出する。

【0072】

また、モーメント距離算出部１０ｈは、ブームボトムピン５ａからブームトップピン５ｂまでの水平方向の距離Ｘboomtopを算出する。モーメント距離算出部１０ｈは、ブームボトムピン５ａからアームトップピン５ｃまでの水平方向の距離Ｘarmtopを算出する。

【0073】

また、モーメント距離算出部１０ｈは、ブームシリンダ４ａの延在方向に直交する方向における、ブームボトムピン５ａからブームシリンダ４ａまでの距離ｈboomを算出する。モーメント距離算出部１０ｈは、アームシリンダ４ｂの延在方向に直交する方向における、ブームトップピン５ｂからアームシリンダ４ｂまでの距離ｈarmを算出する。モーメント距離算出部１０ｈは、バケットシリンダ４ｃの延在方向に直交する方向における、アームトップピン５ｃからバケットシリンダ４ｃまでの距離ｈbucketを算出する。

【0074】

モーメント距離算出部１０ｈは、算出したこれらの距離を、積荷重量算出部１０ｉへ出力する。

【0075】

積荷重量算出部１０ｉは、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重量Ｍpayloadを算出する。重量Ｍpayloadの算出方法は後述する。積荷重量算出部１０ｉは、算出した重量Ｍpayloadをコントローラ１０外の表示部１２に出力する。表示部１２は、たとえば運転室２ａ（図１）内に配置されていてもよく、また油圧ショベル１００から離れた遠隔地に配置されていてもよい。表示部１２は、算出した重量Ｍpayloadを画面に表示する。運転室２ａ内で油圧ショベル１００を操作するオペレータ、遠隔地で油圧ショベル１００を操作するオペレータまたは油圧ショベル１００の動作を監視する監視者などは、表示部１２を見ることにより、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重量Ｍpayloadを認識することができる。

【0076】

なお入力部１１および表示部１２の各々は、コントローラ１０と有線で接続されていてもよく、また無線で接続されていてもよい。

【0077】

＜荷Ｌの重量の算出＞
以下、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重量Ｍpayloadの算出方法の詳細について説明する。荷Ｌの重量Ｍpayloadは、荷Ｌの運搬中における作業機３を構成する３つのリンク（ブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃ）それぞれに関して位置センサからの情報と圧力センサからの情報とからセットアップされた３つの関係式のいずれか２つから算出される。以下、リンクとしてブーム３ａとバケット３ｃとを対象にし、関係式としてモーメントの釣り合い式をセットアップして、荷Ｌの重量Ｍpayloadの算出方法を説明する。

【0078】

図３に示される積荷重量算出部１０ｉは、記憶部１０ｊから、ブームボトムピン５ａまわりのモーメントの釣り合い式を読み出す。図４は、ブームボトムピン５ａまわりのモーメントの釣り合いを示す模式図である。ブームボトムピン５ａまわりのモーメントの釣り合い式は、以下の式（１）により表される。

【0079】

【数1】

【0080】

式（１）の左辺は、ブームシリンダ推力Ｆboomによるモーメントである。式（１）の右辺の第１項において、Ｍpayloadは、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重量である。Ｘpayloadは、ブームボトムピン５ａから、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重心位置までの水平方向の距離である。式（１）の右辺の第１項は、バケット３ｃに積載された荷Ｌによるモーメントである。

【0081】

式（１）の右辺の第２項のＭＸweは、作業機３の自重によるモーメントである。モーメントＭＸweは、以下の式（２）により算出される。

【0082】

【数2】

【0083】

式（２）において、Ｍboomは、ブーム３ａの重量である。ＭboomCは、ブームシリンダ４ａのシリンダ部分の重量である。ＭboomCRは、ブームシリンダ４ａのシリンダロッド部分の重量である。Ｍarmは、アーム３ｂの重量である。ＭarmCは、アームシリンダ４ｂのシリンダ部分の重量である。ＭarmCRは、アームシリンダ４ｂのシリンダロッド部分の重量である。Ｍbucketは、バケット３ｃの重量である。

【0084】

これらの重量Ｍboom、ＭboomC、ＭboomCR、Ｍarm、ＭarmC、ＭarmCRおよびＭbucketの各々は、たとえば、図３に示される入力部１１にて記憶部１０ｊへの入力操作を行なうことにより、記憶部１０ｊに記憶されている。

【0085】

次に、積荷重量算出部１０ｉは、記憶部１０ｊから、アームトップピン５ｃまわりのモーメントの釣り合い式を読み出す。図５は、アームトップピン５ｃまわりのモーメントの釣り合いを示す模式図である。アームトップピン５ｃまわりのモーメントの釣り合い式は、以下の式（３）により表される。

【0086】

【数3】

【0087】

式（３）の左辺は、バケットシリンダ４ｃの推力Ｆbucketによるモーメントである。式（３）の右辺の第１項は、バケット３ｃに積載された荷Ｌによるモーメントである。式（３）の右辺の第２項のＭＸwe_bucketは、バケット３ｃの自重によるモーメントである。

【0088】

式（１）と式（３）との連立方程式から、積荷重量Ｍpayloadを算出するための式として、距離Ｘpayloadに依存しない以下の式（４）を立式することができる。

【0089】

【数4】

【0090】

式（１）には距離Ｘpayloadが含まれており、式（３）にも距離Ｘpayloadが含まれている。これら２つの釣り合い式を連立方程式として解くことで、距離Ｘpayloadを含まない式（４）が導き出される。式（４）に基づいて、積荷重量Ｍpayloadを算出することが可能になる。これにより、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重心位置のずれの影響をなくして、より精度のよい積荷重量Ｍpayloadを算出することができる。

【0091】

式（４）に従って算出された積荷重量Ｍpayloadを式（１）または式（３）に代入することで、距離Ｘpayloadを算出することができる。また、式（１）と式（３）との連立方程式から、距離Ｘpayloadを算出するための式として、積荷重量Ｍpayloadに依存しない以下の式（５）を立式することができる。

【0092】

【数5】

【0093】

算出された距離Ｘpayloadに従って、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重心位置を補正することができる。

【0094】

要約すると、バケット３ｃの運搬する荷Ｌの重量Ｍpayloadを算出する演算方法は、以下の処理を含む。図１１は、本開示の演算方法のフローチャートを示す図である。

【0095】

図１１に示されるステップＳ１で実行される処理は、作業機３の部材について、ブームボトムピン５ａ（第１回転中心）、ブームトップピン５ｂ（第２回転中心）、およびアームトップピン５ｃ（第３回転中心）のうちのいずれか２つの回転中心まわりの運動の関係式を立式することである。本実施形態では、第１回転中心および第３回転中心まわりの運動の関係式が立式される。運動の関係式は、運動の回転中心まわりのモーメントの釣り合い式であってよい。立式は、記憶部１０ｊに記憶される関係式情報を取得するものであってよい。記憶部１０ｊから取得される関係式情報は、上記２つの回転中心まわりの運動の関係式から積荷重量Ｍpayloadについて整理した１つの関係式であってもよい。

【0096】

ステップＳ２で実行される処理は、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃ（アタッチメント）の各部材の重量および重心位置を取得することである。各部材の重心および重心位置の情報は、記憶部１０ｊから取得してよい。

【0097】

ステップＳ３で実行される処理は、荷Ｌの運搬時における各部材の位置を取得することである。各部材の位置は、各部材の姿勢を示す各部材の回転角を取得して、その回転角から演算により取得してもよい。

【0098】

ステップＳ４で実行される処理は、各部材の運動の関係式における、部材の運動に対応する推力を取得することである。本実施形態では、ブーム３ａとバケット３ｃとを動作させる油圧シリンダの作動油圧力を計測して、推力を取得している。推力は、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃ（アタッチメント）の各部材を回動させる油圧シリンダのヘッド圧とボトム圧とから得られてよい。

【0099】

ステップＳ５で実行される処理は、各部材の重心位置と、荷Ｌの運搬時の各部材の位置とから、荷Ｌの運搬時における各部材の重心位置と各部材の回転中心である上記第１回転中心、第２回転中心および第３回転中心のそれぞれとの水平方向の距離（モーメント距離）を演算することである。

【0100】

ステップＳ６で実行される処理は、各部材の運動の関係式に、取得された情報および演算された情報を入力して、作業機３の運搬する荷Ｌの重量（積荷重量Ｍpayload）を演算することである。取得された情報とは、作業機３の各部材の重量および重心位置と、荷Ｌの運搬時の各部材を回動させる油圧シリンダの推力とを指す。演算された情報とは、荷Ｌの運搬時の各部材の重心位置と各部材の回転中心との水平方向の距離を指す。

【0101】

［第二実施形態］
第一実施形態では、ブームボトムピン５ａまわりのモーメントの釣り合い式と、アームトップピン５ｃまわりのモーメントの釣り合い式との２つの釣り合い式から、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重量Ｍpayloadを算出する例について説明した。この例に限られず、コントローラ１０は、ブームボトムピン５ａまわりのモーメントの釣り合い式、ブームトップピン５ｂまわりのモーメントの釣り合い式、アームトップピン５ｃまわりのモーメントの釣り合い式のうちのいずれか２つの釣り合い式から、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重量Ｍpayloadを算出することができる。第二実施形態では、ブームボトムピン５ａまわりのモーメントの釣り合い式と、ブームトップピン５ｂまわりのモーメントの釣り合い式との２つの釣り合い式から、重量Ｍpayloadを算出する例について説明する。

【0102】

第二実施形態における油圧ショベル１００の構成、システム構成、およびコントローラ１０内の機能ブロックは、図１から図３を参照して第一実施形態で説明した通りである。

【0103】

第二実施形態においては、積荷重量算出部１０ｉは、記憶部１０ｊから、ブームトップピン５ｂまわりのモーメントの釣り合い式を読み出す。図６は、ブームトップピン５ｂまわりのモーメントの釣り合いを示す模式図である。ブームトップピン５ｂまわりのモーメントの釣り合い式は、以下の式（６）により表される。

【0104】

【数6】

【0105】

式（６）の左辺は、アームシリンダ推力Ｆarmによるモーメントである。式（６）の右辺の第１項は、バケット３ｃに積載された荷Ｌによるモーメントである。式（６）の右辺の第２項のＭＸwe_armは、ブームトップピン５ｂよりも作業機３の先端側の作業機３の自重によるモーメントである。モーメントＭＸwe_armは、式（２）と同様の釣り合い式により算出される。

【0106】

式（１）と式（６）との連立方程式から、積荷重量Ｍpayloadを算出するための式として、距離Ｘpayloadに依存しない以下の式（７）を立式することができる。

【0107】

【数7】

【0108】

式（１）には距離Ｘpayloadが含まれており、式（６）にも距離Ｘpayloadが含まれている。これら２つの釣り合い式を連立方程式として解くことで、距離Ｘpayloadを含まない式（７）が導き出される。式（７）に基づいて、積荷重量Ｍpayloadを算出することが可能になる。これにより、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重心位置のずれの影響をなくして、より精度のよい積荷重量Ｍpayloadを算出することができる。

【0109】

式（７）に従って算出された積荷重量Ｍpayloadを式（１）または式（６）に代入することで、距離Ｘpayloadを算出することができる。また、式（１）と式（６）との連立方程式から、距離Ｘpayloadを算出するための式として、積荷重量Ｍpayloadに依存しない式を立式することができる。算出された距離Ｘpayloadに従って、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重心位置を補正することができる。

【0110】

第一および第二実施形態の説明では、バケット３ｃに積載された荷Ｌの重量である積荷重量Ｍpayloadを算出する例について説明した。この例に限られず、たとえば吊りフックが第２リンクピン３ｄｅに取り付けられて荷Ｌを吊り上げおよび吊り下げることが可能なアームクレーン仕様の油圧ショベル１００に、実施形態の思想を適用することで、吊り荷の重量を精度よく算出することが可能である。

【0111】

第一および第二実施形態に示される油圧ショベル１００においては、作業機３の３つのリンク（ブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃ）のそれぞれが位置センサ９ａ，９ｂ，９ｃ、および対応する圧力センサ６ａ，６ｂ，６ｃを備えるが、この構成に限定されるものではない。圧力センサは、積荷重量Ｍpayloadの算出に使用される２つの関係式の対象となるリンクのみが具備してもよい。

【0112】

［第三実施形態］
第一および第二実施形態では、作業機３の先端のアタッチメントとしてバケット３ｃを備える油圧ショベル１００について説明した。アタッチメントはバケット３ｃに限られず、作業の種類に応じて、アタッチメントが、グラップル、リフティングマグネットなどに付け替えられることがある。第三実施形態では、アタッチメントとしてリフティングマグネット１０３を備える油圧ショベル１００について説明する。

【0113】

図７は、第三実施形態に基づく作業機械の一例としての油圧ショベル１００の構成を概略的に示す側面図である。第三実施形態に基づく油圧ショベル１００は、図１に示される第一実施形態の油圧ショベル１００とほぼ同一の構成を備えており、バケット３ｃに替えてリフティングマグネット１０３を作業機３の先端に備える点で異なっている。

【0114】

リフティングマグネット１０３は、本体部１０５と、支持部１０４とを有している。本体部１０５は、磁力を発生する磁石である。本体部１０５はたとえば、電磁石である。本体部１０５は、磁力によって、磁性体を保持して運搬することができる。支持部１０４は、本体部１０５を支持する。支持部１０４は、アームトップピン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。第２リンク部材３ｄｂの基端は、第２リンクピン３ｄｅにより支持部１０４の根元部分のブラケットに回転可能に連結されている。

【0115】

リフティングマグネット１０３を備える油圧ショベル１００においては、作業機３の運搬する荷Ｌ、すなわち本体部１０５に吸着保持される磁性体の、本体部１０５に対する相対位置および磁性体の姿勢を一定にするのが難しい。そのため、磁性体の重心位置がずれやすい。図７に示されるように、ブームボトムピン５ａまわりのモーメントの釣り合い式と、アームトップピン５ｃまわりのモーメントの釣り合い式との２つの釣り合い式から、荷Ｌの重心位置のずれに依存しない荷Ｌの重量を算出するための式を立式することにより、リフティングマグネット１０３に保持された荷Ｌの重心位置のずれの影響をなくして、より精度のよい荷Ｌの重量を算出することができる。

【0116】

第一から第三実施形態に示される油圧ショベル１００においては、走行体１に対する旋回体２の旋回中に、荷Ｌの重量を算出することで、より精度よく荷Ｌの重量を算出することができる。

【0117】

［第四実施形態］
第一から第三実施形態では、作業機械が油圧ショベル１００である例について説明した。油圧ショベル１００に限られず、多リンク機構の作業機３を備え作業機３が荷Ｌを運搬する作業機械に、実施形態の思想を適用することで、作業機３の運搬する荷Ｌの重量を精度よく算出することが可能である。たとえば作業機械は、ホイールローダ、バックホーローダ、スキッドステアローダなどであってもよい。

【0118】

図８は、第四実施形態に基づく作業機械の一例としてのホイールローダ２００の構成を概略的に示す側面図である。図８に示されるように、ホイールローダ２００は、車体フレーム２０２と、作業機２０３と、走行装置２０４と、キャブ２０５とを有している。

【0119】

車体フレーム２０２およびキャブ２０５から、ホイールローダ２００の車体が構成されている。キャブ２０５内には、オペレータが着座するシートおよび操作装置などが配置されている。ホイールローダ２００の車体には、作業機２０３および走行装置２０４が取り付けられている。作業機２０３は車体の前方に配置されており、車体の最後端にはカウンタウエイト２０６が設けられている。

【0120】

車体フレーム２０２は、前フレーム２１１と後フレーム２１２とを含んでいる。前フレーム２１１と後フレーム２１２とには、ステアリングシリンダ２１３が取り付けられている。ステアリングシリンダ２１３は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ２１３はステアリングポンプ（図示せず）からの作動油で伸縮する。ステアリングシリンダ２１３の伸縮により、前フレーム２１１と後フレーム２１２とは互いに左右方向に揺動可能である。これにより、ホイールローダ２００の進行方向が左右に変更可能である。

【0121】

第四実施形態において、ホイールローダ２００が直進走行する方向を、ホイールローダ２００の前後方向という。ホイールローダ２００の前後方向において、車体フレーム２０２に対して作業機２０３が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。ホイールローダ２００の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。ホイールローダ２００の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

【0122】

走行装置２０４は、走行輪２０４ａ，２０４ｂを含んでいる。走行輪２０４ａ，２０４ｂの各々は車輪であり、ゴムよりなるタイヤを有している。走行輪（前輪）２０４ａは、前フレーム２１１に回転可能に取り付けられている。走行輪（後輪）２０４ｂは、後フレーム２１２に回転可能に取り付けられている。ホイールローダ２００は、走行輪２０４ａ，２０４ｂが回転駆動されることにより自走可能である。

【0123】

作業機２０３は、掘削などの作業を行うためのものである。作業機２０３は、前フレーム２１１に取り付けられている。作業機２０３は、バケット２１４と、ブーム２１５と、ベルクランク２１６と、チルトロッド２１７と、ブームシリンダ２１８と、バケットシリンダ２１９とを含んでいる。

【0124】

ブーム２１５の基端部は、ブームボトムピン２２１によって前フレーム２１１に回転自在に取付けられている。これによりブーム２１５は車体に回転可能に取り付けられている。バケット２１４は、ブームトップピン２２２によってブーム２１５の先端に回転自在に取付けられている。ブームボトムピン２２１は、ホイールローダ２００の車体に支持されている。ブームトップピン２２２は、ブーム２１５の先端に取り付けられている。ブームボトムピン２２１とブームトップピン２２２とは、左右方向に延びている。

【0125】

ブームシリンダ２１８はブーム２１５を駆動する。ブームシリンダ２１８の一端は、車体の前フレーム２１１にピン２２３によって回転可能に取り付けられている。これによりブームシリンダ２１８は、車体に回転可能に取り付けられている。ブームシリンダ２１８の他端は、ブーム２１５にピン２２４によって回転可能に取り付けられている。

【0126】

ブームシリンダ２１８はたとえば油圧シリンダである。ブームシリンダ２１８は、作業機ポンプ（図示せず）からの作動油によって伸縮する。これによりブーム２１５が駆動し、ブーム２１５の先端に取り付けられたバケット２１４が昇降する。

【0127】

ベルクランク２１６は、支持ピン２２９によってブーム２１５に回転自在に支持されている。ベルクランク２１６は、支持ピン２２９の一方側に位置する第１端部と、支持ピン２２９に対して第１端部と反対側に位置する第２端部とを有している。ベルクランク２１６の第１端部はチルトロッド２１７を介在してバケット２１４に接続されている。ベルクランク２１６の第２端部はバケットシリンダ２１９を介在して車体の前フレーム２１１に接続されている。

【0128】

チルトロッド２１７の一端はベルクランク２１６の第１端部にピン２２７によって回転可能に取り付けられている。チルトロッド２１７の他端はバケット２１４にピン２２８によって回転可能に取り付けられている。

【0129】

バケットシリンダ２１９は、ブーム２１５に対してバケット２１４を駆動する。バケットシリンダ２１９の一端は車体の前フレーム２１１にピン２２５によって回転可能に取り付けられている。バケットシリンダ２１９の他端はベルクランク２１６の第２端部にピン２２６によって回転可能に取り付けられている。

【0130】

バケットシリンダ２１９はたとえば油圧シリンダである。バケットシリンダ２１９は、作業機ポンプ（図示せず）からの作動油によって伸縮する。バケットシリンダ２１９の伸縮によりベルクランク２１６が駆動し、ベルクランク２１６がブーム２１５に対して回転する。ベルクランク２１６の回転がチルトロッド２１７を介してバケット２１４に伝達されることで、バケット２１４が駆動し、バケット２１４がブーム２１５に対して上下に回動する。ベルクランク２１６は、バケット２１４とともにブーム２１５に対して回転可能な、実施形態の回動部材に相当する。

【0131】

ホイールローダ２００は、ブームシリンダ２１８の推力Ｆboomに関する情報を検知するセンサと、バケットシリンダ２１９の推力Ｆbucketに関する情報を検知するセンサとをさらに有している。

【0132】

ブームシリンダ２１８の推力Ｆboomに関する情報を検知するセンサは、たとえば圧力センサ２３１ｂ，２３１ｈである。圧力センサ２３１ｂ，２３１ｈの各々は、ブームシリンダ２１８のシリンダ圧力を検知する。圧力センサ２３１ｂは、ブームシリンダ２１８のボトム圧を検知する。圧力センサ２３１ｈは、ブームシリンダ２１８のヘッド圧を検知する。

【0133】

ヘッド圧とは油圧シリンダのピストンに対してシリンダーロッド側の圧力を意味し、ボトム圧とはピストンに対してチューブ側の圧力を意味する。

【0134】

バケットシリンダ２１９の推力Ｆbucketに関する情報を検知するセンサは、たとえば圧力センサ２３２ｂ，２３２ｈである。圧力センサ２３２ｂ，２３２ｈの各々は、バケットシリンダ２１９のシリンダ圧力を検知する。圧力センサ２３２ｂは、バケットシリンダ２１９のボトム圧を検知する。圧力センサ２３２ｈは、バケットシリンダ２１９のヘッド圧を検知する。

【0135】

ホイールローダ２００は、作業機２０３の姿勢に関する情報を検知するセンサをさらに有している。作業機２０３の姿勢に関する情報を検知するセンサは、たとえばブーム角度に関する情報を検知する第１センサと、ブームに対するバケット角度に関する情報を検知する第２センサとを含む。

【0136】

作業機２０３の姿勢に関する情報は、距離ｈboomおよび距離ｈbucket（図１０）を含む。距離ｈboomは、ブームボトムピン２２１とピン２２３との間の距離であって、ブームシリンダ２１８の延びる方向に直交する方向の距離である。距離ｈbucketは、支持ピン２２９とピン２２６との間の距離であって、バケットシリンダ２１９の延びる方向に直交する方向の距離である。

【0137】

ブーム角度は、車体の前フレーム２１１に対するブーム２１５の角度である。バケット角度は、ブーム２１５に対するバケット２１４の角度である。

【0138】

ブーム角度に関する情報を検知する第１センサは、たとえばポテンショメータ２３３である。ポテンショメータ２３３は、ブームボトムピン２２１と同心となるように取り付けられている。ブーム角度に関する情報を検知する第１センサとして、ポテンショメータ２３３に代えて、ブームシリンダ２１８のストロークセンサ２３５が用いられてもよい。

【0139】

またブーム角度に関する情報を検知する第１センサとして、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２３７が用いられてもよい。ＩＭＵ２３７は、たとえばブーム２１５に取り付けられている。

【0140】

バケット角度に関する情報を検知する第２センサは、たとえばポテンショメータ２３４である。ポテンショメータ２３４は、支持ピン２２９と同心となるように取り付けられている。バケット角度に関する情報を検知する第２センサとして、ポテンショメータ２３４に代えて、バケットシリンダ２１９のストロークセンサ２３６が用いられてもよい。

【0141】

またバケット角度に関する情報を検知する第２センサとして、ＩＭＵ２３８が用いられてもよい。ＩＭＵ２３８は、たとえばチルトロッド２１７に取り付けられている。

【0142】

上記のポテンショメータ２３３，２３４、ストロークセンサ２３５，２３６、およびＩＭＵ２３７，２３８は、作業機２０３の重心ＧＣ１の位置に関する情報を検知するセンサとして用いられてもよい。作業機２０３の重心ＧＣ１の位置に関する情報とは、距離Ｘweである。

【0143】

距離Ｘweは、重心ＧＣ１とブームボトムピン２２１との間の距離であって、ホイールローダ２００の前後方向に沿う距離である。距離Ｘweは、ホイールローダ２００が水平な地面に載置されている状態においては、重心ＧＣ１とブームボトムピン２２１との間の水平方向に沿う距離である。

【0144】

また上記のポテンショメータ２３３，２３４、ストロークセンサ２３５，２３６、およびＩＭＵ２３７，２３８は、バケット２１４内の積荷の重心ＧＣ２の位置に関する情報を検知するセンサとして用いられてもよい。バケット２１４内の積荷の重心ＧＣ２の位置に関する情報とは、距離Ｘpayloadである。

【0145】

距離Ｘpayloadは、重心ＧＣ２とブームボトムピン２２１との間の距離であって、ホイールローダ２００の前後方向に沿う距離である。Ｘpayloadは、ホイールローダ２００が水平な地面に載置されている状態においては、重心ＧＣ２とブームボトムピン２２１との間の水平方向に沿う距離である。

【0146】

図９は、第四実施形態のコントローラ２５０内の機能ブロックを示す図である。本実施形態におけるシステムは、作業機２０３の運搬する荷の重量である積荷重量を決定するためのシステムである。本実施形態におけるシステムは、図８に示す作業機械の一例としてのホイールローダ２００と、図９に示されるコントローラ２５０とを含んでいる。コントローラ２５０は、ホイールローダ２００に搭載されていてもよい。コントローラ２５０は、ホイールローダ２００の外部に設置されていてもよい。コントローラ２５０は、ホイールローダ２００の作業現場に配置されてもよく、ホイールローダ２００の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。

【0147】

図９に示されるように、ブームシリンダ推力算出部２５０ａは、圧力センサ２３１ｂ，２３１ｈの検知結果を取得する。具体的には、ブームシリンダ推力算出部２５０ａは、圧力センサ２３１ｈにより検知されたブームシリンダ２１８のヘッド圧を取得する。ブームシリンダ推力算出部２５０ａは、圧力センサ２３１ｂにより検知されたブームシリンダ２１８のボトム圧を取得する。ブームシリンダ推力算出部２５０ａは、ブームシリンダ２１８のヘッド圧とボトム圧とに基づいて、ブームシリンダ推力Ｆboomを算出する。

【0148】

推力とは物体を運動方向におしすすめる力と定義され、ブームシリンダ推力Ｆboomは、ブームシリンダ２１８の発生する、ブーム２１５を車体に対して相対回転させる推力である。ブームシリンダ推力算出部２５０ａは、算出したブームシリンダ推力Ｆboomを、積荷重量算出部２５０ｉへ出力する。

【0149】

バケットシリンダ推力算出部２５０ｃは、圧力センサ２３２ｂ，２３２ｈの検知結果を取得する。具体的には、バケットシリンダ推力算出部２５０ｃは、圧力センサ２３２ｈにより検知されたバケットシリンダ２１９のヘッド圧を取得する。バケットシリンダ推力算出部２５０ｃは、圧力センサ２３２ｂにより検知されたバケットシリンダ２１９のボトム圧を取得する。バケットシリンダ推力算出部２５０ｃは、バケットシリンダ２１９のヘッド圧とボトム圧とに基づいて、バケットシリンダ推力Ｆbucketを算出する。

【0150】

バケットシリンダ推力Ｆbucketは、バケットシリンダ２１９の発生する、バケット２１４をブーム２１５に対して相対回転させる推力である。バケットシリンダ推力算出部２５０ｃは、算出したバケットシリンダ推力Ｆbucketを、積荷重量算出部２５０ｉへ出力する。

【0151】

ブーム角算出部２５０ｄは、ストロークセンサ２３５、ＩＭＵ２３７、およびポテンショメータ２３３の少なくともいずれか１つのセンサから、ブーム角度に関する情報を取得する。ブーム角算出部２５０ｄは、取得した情報に基づいて、ブーム角度を算出する。ブーム角算出部２５０ｄは、算出したブーム角度を、重心位置算出部２５０ｇへ出力する。

【0152】

バケット角算出部２５０ｆは、ストロークセンサ２３６、ＩＭＵ２３８、およびポテンショメータ２３４の少なくともいずれか１つのセンサから、バケット角度に関する情報を取得する。バケット角算出部２５０ｆは、取得した情報に基づいて、バケット角度を算出する。バケット角算出部２５０ｆは、算出したバケット角度を、重心位置算出部２５０ｇへ出力する。

【0153】

記憶部２５０ｊは、作業機２０３を構成する各部材の寸法および重量、および作業機２０３の重心ＧＣ１の位置などの各種情報を記憶している。これらの各種情報は、コントローラ２５０外部の入力部２５１から、記憶部２５０ｊに入力されてもよい。記憶部２５０ｊは、コントローラ２５０に含まれず、コントローラ２５０の外部に配置されていてもよい。

【0154】

重心位置算出部２５０ｇは、作業機２０３の重心ＧＣ１の、ブームボトムピン２２１に対する相対位置を算出する。重心位置算出部２５０ｇは、ブーム角算出部２５０ｄで算出されたブーム角度と、バケット角算出部２５０ｆで算出されたバケット角度と、記憶部１０ｊに記憶されている作業機２０３における重心ＧＣ１の位置とから、作業機２０３の重心ＧＣ１の上記相対位置を算出する。

【0155】

モーメント距離算出部２５０ｈは、ブームボトムピン２２１から、作業機２０３の重心ＧＣ１までの、水平方向における距離を算出する。具体的には、モーメント距離算出部２５０ｈは、ブームボトムピン２２１から作業機２０３の重心ＧＣ１までの水平方向の距離Ｘweを算出する。

【0156】

また、モーメント距離算出部２５０ｈは、ブームボトムピン２２１からバケット２１４の重心ＧＣ３（図１０）までの水平方向の距離Ｘbucketを算出する。モーメント距離算出部２５０ｈは、ブームボトムピン２２１からチルトロッド２１７の重心までの水平方向の距離Ｘtiltrodを算出する。

【0157】

また、モーメント距離算出部２５０ｈは、ブームボトムピン２２１から支持ピン２２９までの水平方向の距離Ｘpinを算出する。

【0158】

また、モーメント距離算出部２５０ｈは、ブームシリンダ２１８の延在方向に直交する方向における、ブームボトムピン２２１からブームシリンダ２１８までの距離ｈboomを算出する。モーメント距離算出部２５０ｈは、バケットシリンダ２１９の延在方向の直交する方向における、支持ピン２２９からバケットシリンダ２１９までの距離ｈbucketを算出する。

【0159】

モーメント距離算出部２５０ｈは、算出したこれらの距離を、積荷重量算出部２５０ｉへ出力する。

【0160】

積荷重量算出部２５０ｉは、バケット２１４に積載された荷の重量Ｍpayloadを算出する。積荷重量算出部２５０ｉは、算出した重量Ｍpayloadをコントローラ２５０外の表示部２５２に出力する。表示部２５２は、たとえばキャブ２０５（図８）内に配置されていてもよく、またホイールローダ２００から離れた遠隔地に配置されていてもよい。表示部２５２は、算出した重量Ｍpayloadを画面に表示する。キャブ２０５内でホイールローダ２００を操作するオペレータ、遠隔地でホイールローダ２００を操作するオペレータまたはホイールローダ２００の動作を監視する監視者などは、表示部２５２を見ることにより、バケット２１４に積載された荷の重量Ｍpayloadを認識することができる。

【0161】

なお入力部２５１および表示部２５２の各々は、コントローラ２５０と有線で接続されていてもよく、また無線で接続されていてもよい。

【0162】

以下、第四実施形態における、バケット２１４に積載された荷の重量Ｍpayloadの算出方法の詳細について説明する。図９に示される積荷重量算出部２５０ｉは、記憶部２５０ｊから、ブームボトムピン２２１まわりのモーメントの釣り合い式を読み出す。ブームボトムピン２２１まわりのモーメントの釣り合い式は、以下の式（８）により表される。

【0163】

【数8】

【0164】

式（８）の左辺は、ブームシリンダ推力Ｆboomによるモーメントである。式（８）において、Ｍpayloadは、バケット２１４に積載された荷の重量である。Ｘpayloadは、ブームボトムピン２２１から、バケット２１４に積載された荷の重心ＧＣ２のまでの水平方向の距離である。式（８）の右辺の第１項は、バケット２１４に積載された荷によるモーメントである。

【0165】

式（８）の右辺の第２項のＭＸweは、作業機２０３の自重によるモーメントである。モーメントＭＸweは、作業機２０３を構成する各部材の重量の和Ｍ１（図８）と、ブームボトムピン２２１から作業機２０３の重心ＧＣ１までの水平方向の距離Ｘweとの積で求められる。

【0166】

次に、積荷重量算出部２５０ｉは、記憶部２５０ｊから、支持ピン２２９まわりのモーメントの釣り合い式を読み出す。図１０は、支持ピン２２９まわりのモーメントの釣り合いを示す模式図である。支持ピン２２９まわりのモーメントの釣り合い式は、以下の式（９）により表される。

【0167】

【数9】

【0168】

式（９）の左辺は、バケットシリンダ推力Ｆbucketによるモーメントである。式（９）の右辺の第１項は、バケット２１４に積載された荷によるモーメントである。式（９）の右辺の第２項のＭＸwe_pinは、支持ピン２２９よりも作業機２０３の先端側の作業機２０３の自重によるモーメントである。モーメントＭＸwe_pinは、以下の式（１０）により算出される。

【0169】

【数10】

【0170】

式（１０）において、Ｍbucketは、バケット２１４の重量である。Ｍtiltrodは、チルトロッド２１７の重量である。これらの重量Ｍbucket、Ｍtiltrodの各々は、たとえば、図９に示される入力部２５１にて記憶部２５０ｊへの入力操作を行うことにより、記憶部２５０ｊに記憶されている。

【0171】

式（８）と式（９）との連立方程式から、積荷重量Ｍpayloadを算出するための式として、距離Ｘpayloadに依存しない以下の式（１１）を立式することができる。

【0172】

【数11】

【0173】

式（８）には距離Ｘpayloadが含まれており、式（９）にも距離Ｘpayloadが含まれている。これら２つの釣り合い式を連立方程式として解くことで、距離Ｘpayloadを含まない式（１１）が導き出される。式（１１）に基づいて、積荷重量Ｍpayloadを算出することが可能になる。これにより、バケット２１４に積載された荷の重心位置のずれの影響をなくして、より精度のよい積荷重量Ｍpayloadを算出することができる。

【0174】

式（１１）に従って算出された積荷重量Ｍpayloadを式（８）または式（９）に代入することで、距離Ｘpayloadを算出することができる。また、式（８）と式（９）との連立方程式から、距離Ｘpayloadを算出するための式として、積荷重量Ｍpayloadに依存しない式を立式することができる。算出された距離Ｘpayloadに従って、バケット２１４に積載された荷の重心位置を補正することができる。

【0175】

第四実施形態に示されるホイールローダ２００においては、バケット２１４に荷を積載した状態でホイールローダ２００が後進する積荷後進中に、荷の重量を算出することで、より精度よく荷の重量を算出することができる。

【0176】

上記実施形態では、コントローラ１０は、荷の重量を算出するための関係式として、作業機が備える複数のリンクの各々に関するモーメントの釣り合い式のうちの２つの釣り合い式を使用した。関係式は、モーメントの釣り合い式に限定されるものではなく、複数のリンクの各々に関する運動方程式であってもよい。運動方程式は、釣り合い式と同様に、圧力センサと位置センサとからの情報によりセットアップしてよい。

【0177】

以上のように実施形態について説明を行ったが、今回開示された実施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】

【0178】

１ 走行体、２ 旋回体、２ａ 運転室、３，２０３ 作業機、３ａ，２１５ ブーム、３ｂ アーム、３ｃ，２１４ バケット（アタッチメント）、３ｄ バケットリンク、３ｄａ 第１リンク部材、３ｄｂ 第２リンク部材、３ｄｃ バケットシリンダトップピン、３ｄｄ 第１リンクピン、３ｄｅ 第２リンクピン、４ａ，２１８ ブームシリンダ（ブーム油圧シリンダ）、４ａａ シリンダ、４ａｂ シリンダロッド、４ｂ アームシリンダ（アーム油圧シリンダ）、４ｃ，２１９ バケットシリンダ（アタッチメント油圧シリンダ）、５ａ，２２１ ブームボトムピン（第１回転中心）、５ｂ，２２２ ブームトップピン（第２回転中心）、５ｃ アームトップピン（第３回転中心）、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ，２３１ｂ，２３１ｈ，２３２ｂ，２３２ｈ 圧力センサ、７ａ，７ｂ，７ｃ，２３５，２３６ ストロークセンサ、９ａ，９ｂ，９ｃ 角度センサ（センサ、位置センサ）、１０，２５０ コントローラ、１０ａ，２５０ａ ブームシリンダ推力算出部、１０ｂ アームシリンダ推力算出部、１０ｃ，２５０ｃ バケットシリンダ推力算出部、１０ｄ，２５０ｄ ブーム角算出部、１０ｅ アーム角算出部、１０ｆ，２５０ｆ バケット角算出部、１０ｇ，２５０ｇ 重心位置算出部、１０ｈ，２５０ｈ モーメント距離算出部、１０ｉ，２５０ｉ 積荷重量算出部、１０ｊ，２５０ｊ 記憶部、１１，２５１ 入力部、１２，２５２ 表示部、４０ アクチュエータ、１００ 油圧ショベル、１０３ リフティングマグネット、１０４ 支持部、１０５ 本体部、２００ ホイールローダ、２０２ 車体フレーム、２０４ 走行装置、２０５ キャブ、２１６ ベルクランク、２１７ チルトロッド、２２９ 支持ピン、２３３，２３４ ポテンショメータ、Ｌ 荷。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】