(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】
(24)【登録日】2022-09-01
(45)【発行日】2022-09-09
(54)【発明の名称】建設機械
(51)【国際特許分類】
E02F 9/26 20060101AFI20220902BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20220902BHJP
【ＦＩ】
E02F9/26 A
E02F9/20 M
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018160527
(22)【出願日】2018-08-29
(65)【公開番号】P2020033747
(43)【公開日】2020-03-05
【審査請求日】2021-07-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002457
【氏名又は名称】弁理士法人広和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宇治 克将
【審査官】石川 信也
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／０７２８７７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／１７３９２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０８４１６１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ９／２６
Ｅ０２Ｆ ９／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
自走可能な下部走行体と、前記下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられ互いに連結された複数の可動部と、前記各可動部にそれぞれ搭載され互いに直交する３つの座標軸の角速度を検出可能な複数の同一仕様の慣性センサと、前記各慣性センサのセンサ出力を用いて前記各可動部の動作姿勢を演算するコントローラと、前記下部走行体を走行させるための走行操作圧を検出する走行操作圧センサと、前記上部旋回体を旋回させるための旋回操作圧を検出する旋回操作圧センサとを備えた建設機械において、前記複数の慣性センサは、前記複数の可動部を動作させたときに互いに異なる座標軸で回転するように前記複数の可動部にそれぞれ搭載されており、
前記コントローラは、
前記走行操作圧と前記旋回操作圧とが予め設定されたそれぞれの操作圧閾値以下となっている状態で前記複数の可動部を動作させた場合に、前記複数の慣性センサから出力された前記センサ出力に基づき前記各慣性センサが前記複数の可動部のうちいずれの可動部に搭載されているかを判定し、その判定結果に基づいて前記各可動部と前記各慣性センサとの対応関係を設定することを特徴とする建設機械。
【請求項2】
情報を表示するための表示装置を備え、前記表示装置は、前記コントローラにより設定された前記各慣性センサの設定情報を表示することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
【請求項3】
前記各慣性センサの搭載箇所の設定を開始するときに操作される開始操作装置を備え、前記コントローラは、前記開始操作装置が操作されたときに前記各慣性センサの搭載箇所を設定することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
【請求項4】
前記複数の可動部は、前記上部旋回体に俯仰の動作が可能に連結されたブームと、前記ブームの先端側に連結されたアームと、前記アームの先端側に連結された作業具とからなり、前記複数の慣性センサは、前記ブームに搭載され前記３つの座標軸のうち第１軸を判定用座標軸とする第１慣性センサと、前記アームに搭載され前記３つの座標軸のうち第２軸を判定用座標軸とする第２慣性センサと、前記作業具に搭載され前記３つの座標軸のうち第３軸を判定用座標軸とする第３慣性センサとにより構成され、
前記コントローラは、前記複数の可動部を動作させた場合に、前記第１軸の角速度が第１軸用判定閾値以上となったときには前記第１慣性センサをブーム用慣性センサと判定し、前記第２軸の角速度が第２軸用判定閾値以上となったときには前記第２慣性センサをアーム用慣性センサと判定し、前記第３軸の角速度が第３軸用判定閾値以上となったときには前記第３慣性センサを作業具用慣性センサと判定することを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば作業姿勢を演算するための複数のセンサを備えた油圧ショベル等の建設機械に関する。
【背景技術】
【0002】
建設機械を代表する油圧ショベルは、自走可能な下部走行体と、下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、上部旋回体に俯仰の動作が可能に設けられた作業装置とにより構成されている。作業装置は、上部旋回体に連結されたブームと、ブームの先端側に連結されたアームと、アームの先端側に連結されたバケットとを含んで構成されている。そして、油圧ショベルは、ブーム、アーム、およびバケットを作動することにより、掘削作業を行う。
【0003】
ここで、所定深さの穴を掘削したり、所定勾配の法面を掘削したりする場合の補助装置として、ブーム、アーム、およびバケットに設けられた各シリンダのストローク長さを検出するストロークセンサを用いて、バケットの位置情報を表示装置に表示するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ブーム、アーム、バケット、および車体に慣性計測装置（Inertial Measurement Unit）をそれぞれ搭載して、これら慣性計測装置（慣性センサ）の検出値から車体および作業装置の姿勢を演算するものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１２－１７２４３１号公報
【文献】国際公開第２０１５／１７３９２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、車体および作業装置の姿勢を演算するには、各慣性計測装置がブーム、アーム、バケット、および車体のどの位置に取付けられているかを設定する必要がある。この場合、各慣性計測装置を１個ずつ取付けて設定を行う方法があるが、この方法では慣性計測装置の取付け、設定、および取外しという一連の設定作業を慣性計測装置の搭載数分だけ行わなければならず、設定作業の時間および手間がかかる虞がある。
【0006】
また、各慣性計測装置の搭載箇所を予め指定して、それぞれの慣性計測装置が異なる個別のフォーマットで検出値を送信する専用の慣性計測装置とすることで、搭載箇所の設定を不要にすることができる。しかし、各慣性計測装置は、同じ慣性計測装置であるにも拘わらず、それぞれの搭載箇所のデータ送信フォーマットが決められたブーム用、アーム用、バケット用および車体用の慣性計測装置となっているので、搭載箇所の取り違えが発生する虞がある。また、各慣性計測装置が故障した場合に対応するためには、各搭載箇所専用の慣性計測装置を在庫として用意しておかなければならないので、各慣性計測装置の在庫管理および保管のコストが増加する虞がある。
【0007】
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、複数の慣性センサの搭載箇所の設定を簡単に行うことができる建設機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した課題を解決するため、本発明の建設機械は、自走可能な下部走行体と、前記下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられ互いに連結された複数の可動部と、前記各可動部にそれぞれ搭載され互いに直交する３つの座標軸の角速度を検出可能な複数の同一仕様の慣性センサと、前記各慣性センサのセンサ出力を用いて前記各可動部の動作姿勢を演算するコントローラと、前記下部走行体を走行させるための走行操作圧を検出する走行操作圧センサと、前記上部旋回体を旋回させるための旋回操作圧を検出する旋回操作圧センサとを備えている。
【0009】
そして、本発明の特徴は、前記複数の慣性センサは、前記複数の可動部を動作させたときに互いに異なる座標軸で回転するように前記複数の可動部にそれぞれ搭載されており、前記コントローラは、前記走行操作圧と前記旋回操作圧とが予め設定されたそれぞれの操作圧閾値以下となっている状態で前記複数の可動部を動作させた場合に、前記複数の慣性センサから出力された前記センサ出力に基づき前記各慣性センサが前記複数の可動部のうちいずれの可動部に搭載されているかを判定し、その判定結果に基づいて前記各可動部と前記各慣性センサとの対応関係を設定する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、各慣性センサの搭載箇所を簡単に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第１実施形態による油圧ショベルを示す正面図である。
【図2】キャブ内を運転席側からみた斜視図である。
【図3】第１実施形態によるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図7】第１実施形態による各慣性センサの搭載箇所設定処理を示す流れ図である。
【図8】作業装置を作動したときに各慣性センサから出力されるセンサ出力を示す特性線図である。
【図9】各慣性センサの３つの座標軸を示す説明図である。
【図10】慣性センサ設定開始時に表示装置に表示される説明図である。
【図11】各慣性センサの設定中に表示装置に表示される説明図である。
【図12】各慣性センサの設定が終了したときに表示装置に表示される説明図である。
【図13】本発明の第２実施形態によるコントローラの構成を示すブロック図であるである。
【図14】第２実施形態による各慣性センサの搭載箇所設定処理を示す流れ図である。
【図16】変形例によるコントローラの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態による建設機械として油圧ショベルを例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0013】
まず、図１ないし図１２を参照して、第１実施形態による油圧ショベル１について説明する。図１に示す油圧ショベル１は、自走可能な下部走行体２と、下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載された上部旋回体４と、上部旋回体４の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置５とを備えている。下部走行体２および上部旋回体４は、油圧ショベル１の車体を構成している。
【0014】
下部走行体２は、走行動作を行うための油圧モータ２Ａと、前，後方向に巻回して設けられ油圧モータ２Ａによって駆動される履帯２Ｂとを備えている。旋回装置３は、下部走行体２に対して上部旋回体４を旋回動作させるための油圧モータ３Ａを備えている。
【0015】
作業装置５は、上部旋回体４の前側に設けられ互いに連結された複数の可動部を有するフロントアクチュエータ機構である。作業装置５は、複数の可動部として上部旋回体４に俯仰の動作が可能に連結されたブーム５Ａと、ブーム５Ａの先端側に連結されたアーム５Ｂと、アーム５Ｂの先端側に連結された作業具としてのバケット５Ｃとを含んで構成されている。そして、ブーム５Ａ、アーム５Ｂ、およびバケット５Ｃは、それぞれアクチュエータとしてのブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、およびバケットシリンダ５Ｆによって駆動される。作業装置５は、エンジン６によって駆動する油圧ポンプ７から送出される作動油により駆動される。
【0016】
この場合、ブーム５Ａは、ブームシリンダ５Ｄの伸縮動作により上，下方向に回動する。また、アーム５Ｂは、アームシリンダ５Ｅの伸縮動作により前，後方向に回動する。一方、バケット５Ｃは、アーム５Ｂの先端側に回動可能に取付けられたバケット本体５Ｃ１と、バケットシリンダ５Ｆの伸縮動作によりバケット本体５Ｃ１を回動させるバケットリンク５Ｃ２とを含んで構成されている。バケットリンク５Ｃ２は、アーム５Ｂとバケットシリンダ５Ｆとの間およびバケットシリンダ５Ｆとバケット本体５Ｃ１との間を接続している。なお、作業装置５の作業具は、バケット５Ｃに限らず、例えばグラップル等でもよい。
【0017】
キャブ８は、上部旋回体４の左前側に設けられ、内部に運転席８Ａが備えられている。運転席８Ａの前側には、下部走行体２の油圧モータ２Ａを駆動するために前，後方向に操作される走行操作レバー装置９が設けられている。一方、運転席８Ａの左，右両側には、上部旋回体４の旋回動作および作業装置５の作動を行うために左，右方向および前，後方向に操作される左，右の操作レバー装置１０，１１が設けられている。左操作レバー装置１０は、例えば上部旋回体４を旋回動作させるための油圧モータ３Ａおよび作業装置５のアーム５Ｂを回動動作させるためのアームシリンダ５Ｅを制御する。一方、右操作レバー装置１１は、例えば作業装置５のブーム５Ａを回動動作させるためのブームシリンダ５Ｄおよびバケット５Ｃを回動動作させるためのバケットシリンダ５Ｆを制御する。
【0018】
右操作レバー装置１１の後側には、エンジン６を駆動するときに操作されるキースイッチ１２が設けられている。また、運転席８Ａの右前側には、燃料等の残量およびキャブ８内の気温等の油圧ショベル１の状態を示す表示装置１３が設けられている。また、この表示装置１３には、油圧ショベル１の掘削作業を補助するために、後述する各慣性センサ１６～１９のセンサ出力から演算された作業装置５の位置情報が表示される。さらに、表示装置１３には、図１０～図１２に示すように、後述する各慣性センサ１６～１９の搭載箇所を設定するときの設定状態が表示される。
【0019】
走行操作レバー装置９を前，後方向に傾転操作すると、下部走行体２の油圧モータ２Ａに供給される圧油の流量と方向とを制御する方向制御弁（図示せず）に向けてパイロット圧が供給される。方向制御弁にパイロット圧が供給されると、方向制御弁の弁位置が切換えられて油圧ポンプ７からの圧油が油圧モータ２Ａに供給される。これにより、油圧モータ２Ａが作動して油圧ショベル１を走行させることができる。
【0020】
走行操作レバー装置９と方向制御弁との間には、走行操作圧センサ１４が設けられている。この走行操作圧センサ１４は、下部走行体２を走行させるための走行操作圧（パイロット圧）を検出する。即ち、走行操作圧センサ１４は、走行操作レバー装置９が操作されて油圧ショベル１が走行しているか否かを検出する。そして、走行操作圧センサ１４は、走行操作レバー装置９を操作したときのパイロット圧を後述のコントローラ２０に出力する。
【0021】
また、左操作レバー装置１０を前，後方向に傾転操作すると、旋回装置３の油圧モータ３Ａに供給される圧油の流量と方向とを制御する他の方向制御弁（図示せず）に向けてパイロット圧が供給される。他の方向制御弁にパイロット圧が供給されると、他の方向制御弁の弁位置が切換えられて油圧ポンプ７からの圧油が油圧モータ３Ａに供給される。これにより、油圧モータ３Ａが作動して上部旋回体４を旋回動作させることができる。
【0022】
左操作レバー装置１０と他の方向制御弁との間には、旋回操作圧センサ１５が設けられている。この旋回操作圧センサ１５は、上部旋回体４を旋回させるための旋回操作圧（パイロット圧）を検出する。即ち、旋回操作圧センサ１５は、左操作レバー装置１０が操作されて上部旋回体４が旋回動作しているか否かを検出する。そして、旋回操作圧センサ１５は、左操作レバー装置１０を操作したときのパイロット圧を後述のコントローラ２０に出力する。なお、右操作レバー装置１１の操作により上部旋回体４が旋回動作する場合には、右操作レバー装置１１と他の方向制御弁との間に旋回操作圧センサ１５が設けられる。
【0023】
次に、作業装置５に搭載された第１，第２，第３慣性センサ１６，１７，１８と上部旋回体４に搭載された第４慣性センサ１９とについて説明する。なお、第１～第４慣性センサ１６～１９は、同一仕様の慣性センサであるが、説明の便宜のためにブーム５Ａに取付けられるセンサを第１慣性センサ１６とし、アーム５Ｂに取付けられるセンサを第２慣性センサ１７とし、バケット５Ｃに取付けられるセンサを第３慣性センサ１８とし、上部旋回体４に取付けられるセンサを第４慣性センサ１９として説明する。
【0024】
第１慣性センサ１６は、互いに直交する３つの座標軸（第１軸Ａ～第３軸Ｃ）の角速度ωa～ωcおよび加速度を検出可能となっている。図９に示すように、第１慣性センサ１６は、互いに直交する第１軸Ａ、第２軸Ｂ、および第３軸Ｃが予め設定されている。この場合、第１慣性センサ１６は、第１軸Ａを回転軸とする角速度ωa、第２軸Ｂを回転軸とする角速度ωb、および第３軸Ｃを回転軸とする角速度ωcを検出し、これら検出値を後述のコントローラ２０に出力する。第２～第４慣性センサ１７～１９についても第１慣性センサ１６と同様である。
【0025】
図１、図４に示すように、第１慣性センサ１６は、例えばブーム５Ａを回動動作させたときに、第１軸Ａから所定の大きさの角速度ωaが検出されるようにブーム５Ａの上面に取付けられている。図１、図５に示すように、第２慣性センサ１７は、例えばアーム５Ｂを回動動作させたときに、第２軸Ｂから所定の大きさの角速度ωbが検出されるようにアーム５Ｂの上面に取付けられている。図１、図６に示すように、第３慣性センサ１８は、例えばバケット５Ｃを回動動作させたときに、第３軸Ｃから所定の大きさの角速度ωcが検出されるようにバケットリンク５Ｃ２に取付けられている。
【0026】
即ち、第１慣性センサ１６～第３慣性センサ１８は、同じ仕様の慣性センサであるが、それぞれ９０°回転および反転させることにより互いに取付向きを異ならせている。なお、ブーム５Ａを回動動作させれば第１慣性センサ１６、第２慣性センサ１７、および第３慣性センサ１８の全てが動作するので、各慣性センサ１６～１８からそれぞれ角速度ωa～ωcが検出されることになる。
【0027】
即ち、第１慣性センサ１６、第２慣性センサ１７、および第３慣性センサ１８は、油圧ショベル１が停車している状態でブーム５Ａに俯仰の動作をさせたときに、搭載箇所を判定するときに用いる判定用座標軸が互いに異なる座標軸となるようにそれぞれの部位に取付けられている。また、第４慣性センサ１９は、例えばキャブ８の下側で上部旋回体４に搭載され、車体の傾きにより角速度ωa～ωcが検出される。
【0028】
コントローラ２０は、例えばマイクロコンピュータからなり、上部旋回体４に設けられている。このコントローラ２０は、第１慣性センサ１６～第４慣性センサ１９のセンサ出力（角速度ωa～ωc）を用いて作業装置５の動作姿勢を演算する。コントローラ２０は、入力側に走行操作圧センサ１４、旋回操作圧センサ１５、および第１～第４慣性センサ１６～１９が接続され、出力側に表示装置１３および他のコントローラ（図示せず）が接続されている。コントローラ２０には、図７に示す各慣性センサ１６～１９の搭載箇所設定処理が格納されている。そして、コントローラ２０は、姿勢演算部２１、搭載箇所判定部２２、および搭載箇所設定部２３を含んで構成されている。
【0029】
姿勢演算部２１は、油圧ショベル１の掘削作業時に第１慣性センサ１６～第４慣性センサ１９から出力されるセンサ出力から車体、ブーム５Ａ、アーム５Ｂ、およびバケット５Ｃの動作姿勢を演算する。姿勢演算部２１で演算された動作姿勢は、表示装置１３に出力される。そして、表示装置１３は、油圧ショベル１の動作姿勢を表示してオペレータによる掘削作業を補助する。
【0030】
この場合、姿勢演算部２１は、第１慣性センサ１６～第４慣性センサ１９がそれぞれどの部位に取付けられているものかを認識する必要がある。そのために、コントローラ２０は、油圧ショベル１の掘削作業前に各慣性センサ１６～１９の搭載箇所を認識するために搭載箇所判定部２２と搭載箇所設定部２３とを備えている。
【0031】
搭載箇所判定部２２は、第１慣性センサ１６～第４慣性センサ１９の搭載箇所を判定する。搭載箇所判定部２２には、走行操作圧センサ１４と旋回操作圧センサ１５とからそれぞれの操作圧Ｐa，Ｐbが入力される。また、搭載箇所判定部２２には、第１慣性センサ１６～第４慣性センサ１９からそれぞれのセンサ出力（角速度ωa～ωc）が入力される。
【0032】
まず、搭載箇所判定部２２は、第１慣性センサ１６～第４慣性センサ１９の搭載箇所を判定する条件として、油圧ショベル１が停止しているか否かを判定する。具体的には、搭載箇所判定部２２は、走行操作圧Ｐaが予め設定された走行操作圧閾値Ｐr以下（Ｐa≦Ｐr）となっているか否かを判定することにより油圧ショベル１が停車しているか走行しているかを判定する。また、搭載箇所判定部２２は、旋回操作圧Ｐbが予め設定された旋回操作圧閾値Ｐt以下（Ｐb≦Ｐt）となっているか否かを判定することにより油圧ショベル１の上部旋回体４が旋回しているか停止しているかを判定する。
【0033】
この場合、走行操作圧閾値Ｐrと旋回操作圧閾値Ｐtとは、油圧ショベル１の振動等の外乱による操作圧検出値の変動から誤判定を避けるために設定されたもので、予め搭載箇所判定部２２に格納（記憶）されている。即ち、走行操作圧閾値Ｐrと旋回操作圧閾値Ｐtとは、油圧ショベル１が停止しているときのノイズによる誤判定を防止するために設定されている。
【0034】
次に、搭載箇所判定部２２は、第１慣性センサ１６～第４慣性センサ１９から出力されたセンサ出力（角速度ωa～ωc）に基づき各慣性センサ１６～１９が上部旋回体４、ブーム５Ａ、アーム５Ｂ、およびバケット５Ｃのうちいずれの部位に搭載されているかを判定する。具体的には、搭載箇所判定部２２は、オペレータが右操作レバー装置１１を操作してブーム５Ａに俯仰の動作（回動動作）をさせたときに、第１慣性センサ１６～第３慣性センサ１８が動作することにより検出される角速度ωa～ωcが各閾値ω1～ω3以上となっているか否かを判定して各慣性センサ１６～１９の搭載箇所を決定する。
【0035】
従って、搭載箇所判定部２２には、各慣性センサ１６～１９の第１軸Ａの角速度ωaに対応する第１軸用判定閾値ω1と、各慣性センサ１６～１９の第２軸Ｂの角速度ωbに対応する第２軸用判定閾値ω2と、各慣性センサ１６～１９の第３軸Ｃの角速度ωcに対応する第３軸用判定閾値ω3とが格納されている。これら閾値ω1～ω3は、振動等の外乱による検出値の誤判定を避けるために、実験およびシミュレーション等により設定されている。
【0036】
そして、搭載箇所判定部２２は、第１軸Ａの角速度ωaが第１軸用判定閾値ω1以上（ωa≧ω1）となっている慣性センサをブーム５Ａに搭載されたブーム用慣性センサであると判定する。また、搭載箇所判定部２２は、第２軸Ｂの角速度ωbが第２軸用判定閾値ω2以上（ωb≧ω2）となっている慣性センサをアーム５Ｂに搭載されたアーム用慣性センサであると判定する。一方、搭載箇所判定部２２は、第３軸Ｃの角速度ωcが第３軸用判定閾値ω3以上（ωc≧ω3）となっている慣性センサをバケット５Ｃに搭載されたバケット用慣性センサであると判定する。
【0037】
なお、各搭載箇所に対応する検出軸を第１軸Ａから第３軸Ｃのうちいずれの軸とするかは、各慣性センサ１６～１８の取付向きが決まっている場合には予め搭載箇所判定部２２に格納されていてもよいし、オペレータ等により任意に設定してもよい。そして、搭載箇所判定部２２は、第１慣性センサ１６～第３慣性センサ１８の搭載箇所を判定して後述の搭載箇所設定部２３で設定した後に、残った未設定の第４慣性センサ１９を車体用慣性センサとして判定する。
【0038】
搭載箇所設定部２３は、搭載箇所判定部２２の判定結果に基づいてブーム５Ａ、アーム５Ｂ、バケット５Ｃ、および車体（上部旋回体４）と各慣性センサ１６～１９との対応関係を設定する。これにより、コントローラ２０は、同一仕様の第１慣性センサ１６～第４慣性センサ１９をそれぞれどの位置に搭載（取付）したかを、ブーム５Ａを作動させるだけで一度に設定することができる。
【0039】
第１実施形態による油圧ショベル１は、上述の如き構成を有するもので、以下その動作について説明する。
【0040】
まず、オペレータは、キャブ８に乗込んで運転席８Ａに着座する。この状態で、オペレータは、走行操作レバー装置９を操作することにより、下部走行体２を走行させることができる。一方、左，右の操作レバー装置１０，１１を操作することにより、上部旋回体４の旋回動作および作業装置５によって土砂の掘削作業等を行うことができる。
【0041】
また、オペレータは、掘削作業の補助として、表示装置１３に表示されるバケット５Ｃの先端位置を確認することができる。この場合、バケット５Ｃの先端位置は、コントローラ２０の姿勢演算部２１がブーム５Ａ、アーム５Ｂ、バケット５Ｃ、および上部旋回体４に搭載された各慣性センサ１６～１９のセンサ出力（角速度ωa～ωc）から動作姿勢を演算している。
【0042】
ところで、コントローラ２０の姿勢演算部２１は、動作姿勢を演算する場合に各慣性センサ１６～１９がどの位置に搭載されているものかを認識する必要がある。そこで、各慣性センサを１個ずつ取付けて設定を行う方法があるが、この方法では慣性センサの取付け、設定、および取外しという一連の設定作業を慣性センサの搭載数分だけ行わなければならず、設定作業の時間および手間がかかる虞がある。また、各慣性センサを搭載箇所が指定された専用の慣性センサとすることで、搭載箇所の設定を不要にすることができる。しかし、各慣性センサの搭載箇所の取り違えが発生する虞がある。また、各慣性センサが故障した場合に対応するためには、各搭載箇所専用の慣性センサを在庫として用意しておかなければならないので、各慣性センサの在庫管理および保管のコストが増加する虞がある。
【0043】
そこで、本実施形態では、油圧ショベル１の掘削作業前に、例えばブーム５Ａを回動動作させるだけで一度に各慣性センサ１６～１９の搭載箇所を設定することができるようにしている。具体的には、ブーム５Ａに搭載された第１慣性センサ１６は、例えばブーム５Ａを回動動作させたときに、第１軸Ａの角速度ωaが第１軸用判定閾値ω1以上となるようにブーム５Ａに搭載されている。一方、アーム５Ｂに搭載された第２慣性センサ１７は、例えばブーム５Ａを回動動作させたときに、第２軸Ｂの角速度ωbが第２軸用判定閾値ω2以上となるようにアーム５Ｂに搭載されている。
【0044】
また、バケット５Ｃに搭載された第３慣性センサ１８は、例えばブーム５Ａを回動動作させたときに、第３軸Ｃの角速度ωcが第３軸用判定閾値ω3以上となるようにバケット５Ｃに搭載されている。即ち、各慣性センサ１６～１８は、それぞれ異なる検出軸で所定の大きさの角速度を検出するようにそれぞれの部位に取付けられている。
【0045】
【0046】
まず、ステップ１では、走行、旋回の操作圧が閾値以下か否かを判定する。即ち、コントローラ２０の搭載箇所判定部２２は、走行操作圧センサ１４から出力された走行操作圧Ｐaが走行操作圧閾値Ｐr以下（Ｐa≦Ｐr）となっているか否かを判定することにより、油圧ショベル１の停車状態を判定する。また、搭載箇所判定部２２は、旋回操作圧センサ１５から出力された旋回操作圧Ｐbが旋回操作圧閾値Ｐt以下（Ｐb≦Ｐt）となっているか否かを判定することにより、上部旋回体４が旋回動作していない（非旋回状態）ことを判定する。
【0047】
そして、ステップ１で「ＹＥＳ」、即ち油圧ショベル１が停車および停止状態であると判定された場合には、ステップ２に進む。一方、ステップ１で「ＮＯ」、即ち油圧ショベル１が走行または旋回動作していると判定された場合には、油圧ショベル１の停車および停止状態となるまで監視する。
【0048】
ステップ２では、センサ出力が閾値以上となった慣性センサがあるか否かを判定する。この場合、図１０に示すようなブーム５Ａの操作を促す表示を確認したオペレータは、右操作レバー装置１１を操作してブーム５Ａに回動動作をさせる。搭載箇所判定部２２は、第１慣性センサ１６～第３慣性センサ１８のセンサ出力（角速度ωa～ωc）のうち閾値ω1～ω3以上となっているものがあるか否かを判定する。そして、ステップ２で「ＹＥＳ」、即ち閾値ω1～ω3以上の検出値を出力している慣性センサがあると判定された場合には、ステップ３に進む。一方、閾値ω1～ω3以上の検出値を出力している慣性センサがないと判定された場合には、ステップ１に戻る。
【0049】
ステップ３では、閾値以上となった検出軸は第１軸か否かを判定する。即ち、搭載箇所判定部２２は、第１軸用判定閾値ω1以上を検出している第１軸Ａの角速度ωa（ω1≦ωa）があるか否かを判定する。そして、ステップ３で「ＹＥＳ」、即ち第１軸Ａの角速度ωaが第１軸用判定閾値ω1以上となっていると判定された場合には、ステップ４に進む。一方、ステップ３で「ＮＯ」、即ち第１軸Ａの角速度ωaが第１軸用判定閾値ω1未満であると判定された場合には、ステップ５に進む。
【0050】
ステップ４では、対応する慣性センサをブーム用に設定する。即ち、コントローラ２０の搭載箇所設定部２３は、第１軸Ａの角速度ωaが第１軸用判定閾値ω1以上を検出している第１慣性センサ１６をブーム５Ａに搭載されたブーム用慣性センサとして設定する。
【0051】
次のステップ５では、閾値以上となった検出軸は第２軸か否かを判定する。即ち、搭載箇所判定部２２は、第２軸用判定閾値ω2以上を検出している第２軸Ｂの角速度ωb（ω2≦ωb）があるか否かを判定する。そして、ステップ５で「ＹＥＳ」、即ち第２軸Ｂの角速度ωbが第２軸用判定閾値ω2以上となっていると判定された場合には、ステップ６に進む。一方、ステップ５で「ＮＯ」、即ち第２軸Ｂの角速度ωbが第２軸用判定閾値ω2未満であると判定された場合には、ステップ７に進む。
【0052】
ステップ６では、対応する慣性センサをアーム用に設定する。即ち、コントローラ２０の搭載箇所設定部２３は、第２軸Ｂの角速度ωbが第２軸用判定閾値ω2以上を検出している第２慣性センサ１７をアーム５Ｂに搭載されたアーム用慣性センサとして設定する。
【0053】
次のステップ７では、閾値以上となった検出軸は第３軸か否かを判定する。即ち、搭載箇所判定部２２は、第３軸用判定閾値ω3以上を検出している第３軸Ｃの角速度ωc（ω3≦ωc）があるか否かを判定する。そして、ステップ７で「ＹＥＳ」、即ち第３軸Ｃの角速度ωcが第３軸用判定閾値ω3以上となっていると判定された場合には、ステップ８に進む。一方、ステップ７で「ＮＯ」、即ち第３軸Ｃの角速度ωｃが第３軸用判定閾値ω3未満であると判定された場合には、ステップ９に進む。
【0054】
ステップ８では、対応する慣性センサをバケット用に設定する。即ち、コントローラ２０の搭載箇所設定部２３は、第３軸Ｃの角速度ωcが第３軸用判定閾値ω3以上を検出している第３慣性センサ１８をバケット５Ｃに搭載されたバケット用慣性センサとして設定する。
【0055】
次のステップ９では、未設定の慣性センサは１個のみか否かを判定する。即ち、搭載箇所判定部２２は、搭載箇所設定部２３が第１慣性センサ１６をブーム用に設定し、第２慣性センサ１７をアーム用に設定し、第３慣性センサ１８をバケット用に設定したか否かを判定する。そして、ステップ９で「ＹＥＳ」、即ち未設定の慣性センサが１個のみであると判定された場合には、ステップ１０に進む。一方、ステップ１０で「ＮＯ」、即ち未設定の慣性センサが２個以上あると判定された場合には、ステップ１に戻る。
【0056】
なお、ステップ３～ステップ９までの間には、図１１に示すように、各慣性センサ１６～１９の設定状況が表示装置１３に表示される。これにより、未設定となっている慣性センサ１６～１９を認識することができるので、例えば故障して設定不能な慣性センサを特定することができる。
【0057】
ステップ１０では、未設定の慣性センサを車体用に設定する。即ち、コントローラ２０の搭載箇所設定部２３は、第１慣性センサ１６～第４慣性センサ１９のうち最後に残った第４慣性センサ１９を上部旋回体４に搭載された車体用慣性センサとして設定する。この場合、表示装置１３には、第１慣性センサ１６～第４慣性センサ１９の設定が完了したことが表示される。
【0058】
次に、搭載箇所設定処理を行う場合にブーム５Ａを回動させたときの第１慣性センサ１６～第３慣性センサ１８から出力されるセンサ出力（角速度ωa～ωc）について、図８を参照して説明する。
【0059】
まず、オペレータがブーム５Ａを下向きに回動させると、図４～図６に示すように、第１慣性センサ１６～第３慣性センサ１８は、それぞれ矢示Ｄ方向に動作する。この場合、第１慣性センサ１６から出力されるセンサ出力は、第１軸Ａの角速度ωaが第１軸用判定閾値ω1以上の値を検出する。一方、第１慣性センサ１６から出力される第２軸Ｂの角速度ωbは、第２軸用判定閾値ω2未満の値を検出し、第３軸Ｃの角速度ωcは、第３軸用判定閾値ω3未満の値を検出する。
【0060】
また、第２慣性センサ１７から出力されるセンサ出力は、第２軸Ｂの角速度ωbが第２軸用判定閾値ω2以上の値を検出する。一方、第２慣性センサ１７から出力される第１軸Ａの角速度ωaは、第１軸用判定閾値ω1未満の値を検出し、第３軸Ｃの角速度ωcは、第３軸用判定閾値ω3未満の値を検出する。
【0061】
そして、第３慣性センサ１８から出力されるセンサ出力は、第３軸Ｃの角速度ωcが第３軸用判定閾値ω3以上の値を検出する。一方、第１軸の角速度ωaは、第１軸用判定閾値ω1未満の値を検出し、第２軸Ｂの角速度ωbは、第２軸用判定閾値ω2未満の値を検出する。即ち、第１～第３慣性センサ１６～１８は、互いに異なる座標軸を判定用座標軸としている。これにより、コントローラ２０の搭載箇所判定部２２は、その検出軸に対応した慣性センサと搭載箇所とを対応させることができる。
【0062】
かくして、第１実施形態の建設機械（油圧ショベル１）によれば、自走可能な下部走行体２と、前記下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体４と、前記上部旋回体４に設けられ互いに連結された複数の可動部（作業装置５）と、前記各可動部にそれぞれ搭載され互いに直交する３つの座標軸（第１軸Ａ～第３軸Ｃ）の角速度（ωa～ωc）を検出可能な複数の同一仕様の慣性センサ（第１慣性センサ１６～第３慣性センサ１８）と、前記各慣性センサのセンサ出力を用いて前記各可動部の動作姿勢を演算するコントローラ２０と、前記下部走行体２を走行させるための走行操作圧Ｐaを検出する走行操作圧センサ１４と、前記上部旋回体４を旋回させるための旋回操作圧Ｐbを検出する旋回操作圧センサ１５とを備えている。
【0063】
そして、前記複数の慣性センサは、前記複数の可動部を動作させたときに互いに異なる座標軸で回転するように前記複数の可動部にそれぞれ搭載されており、前記コントローラ２０は、前記走行操作圧Ｐaと前記旋回操作圧Ｐbとが予め設定されたそれぞれの操作圧閾値（走行操作圧閾値Ｐr、旋回操作圧閾値Ｐt）以下となっている状態で前記複数の可動部を動作させた場合に、前記複数の慣性センサから出力された前記センサ出力に基づき前記各慣性センサが前記複数の可動部のうちいずれの可動部に搭載されているかを判定し、その判定結果に基づいて前記各可動部と前記各慣性センサとの対応関係を設定する。
【0064】
これにより、複数箇所に搭載された同一仕様の慣性センサをそれぞれどこに搭載したかを簡単に設定することができるので、センサ搭載箇所の設定作業の作業性を向上することができる。また、慣性センサをどの位置にでも搭載することができるので、搭載箇所の取り違えが発生することはなく、また在庫管理等のコストを削減することができる。
【0065】
また、情報を表示するための表示装置１３を備え、前記表示装置１３は、前記コントローラ２０により設定された前記各慣性センサの設定情報を表示する。これにより、オペレータは、各慣性センサ１６～１９の設定状況を認識することができる。
【0066】
また、前記複数の可動部は、前記上部旋回体４に俯仰の動作が可能に連結されたブーム５Ａと、前記ブーム５Ａの先端側に連結されたアーム５Ｂと、前記アーム５Ｂの先端側に連結された作業具（バケット５Ｃ）とからなり、前記複数の慣性センサ１６～１８は、前記ブーム５Ａに搭載され前記３つの座標軸のうち第１軸Ａを判定用座標軸とする第１慣性センサ１６と、前記アーム５Ｂに搭載され前記３つの座標軸のうち第２軸Ｂを判定用座標軸とする第２慣性センサ１７と、前記作業具に搭載され前記３つの座標軸のうち第３軸Ｃを判定用座標軸とする第３慣性センサ１８とにより構成され、前記コントローラ２０は、前記複数の可動部を動作させた場合に、前記第１軸Ａの角速度ωaが第１軸用判定閾値ω1以上となったときには前記第１慣性センサ１６をブーム用慣性センサと判定し、前記第２軸Ｂの角速度ωbが第２軸用判定閾値ω2以上となったときには前記第２慣性センサ１７をアーム用慣性センサと判定し、前記第３軸Ｃの角速度ωcが第３軸用判定閾値ω3以上となったときには前記第３慣性センサ１８を作業具用慣性センサと判定する。
【0067】
これにより、例えばブーム５Ａを回動させるだけで１度に第１慣性センサ１６～第３慣性センサ１８の搭載箇所を設定することができるので、各慣性センサ１６～１８の搭載箇所設定作業の作業性を向上することができる。
【0068】
次に、図１３ないし図１５は、本発明の第２実施形態を示している。第２実施形態の特徴は、搭載箇所設定処理を開始するときに操作される開始操作装置を設けたことにある。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0069】
開始操作装置３１は、各慣性センサ１６～１９の搭載箇所の設定を開始するときに操作される。この開始操作装置３１は、例えばキャブ８内の表示装置１３またはキースイッチ１２の周囲に設けられている。開始操作装置３１は、コントローラ２０の判定モード制御部３２に接続され、オペレータが各慣性センサ１６～１９の搭載箇所を設定するときにＯＮ操作される。
【0070】
判定モード制御部３２は、コントローラ２０に設けられている。この判定モード制御部３２は、開始操作装置３１からＯＮ操作の出力信号を受信することにより、判定（設定）制御処理を開始する。即ち、オペレータが開始操作装置３１をＯＮ操作すると、コントローラ２０が各慣性センサ１６～１９の搭載箇所を判定するための判定モードがＯＦＦからＯＮに切換えられる。また、判定モード制御部３２は、搭載箇所判定部２２の判定処理の進捗情報および操作指示情報を表示装置１３に出力する。
【0071】
次に、コントローラ２０による搭載箇所設定処理について、図１４、図１５を参照して説明する。なお、図１４、図１５に示す搭載箇所設定処理は、例えば開始操作装置３１がＯＮ操作された後、所定の時間（周期）内で繰り返し実行される。
【0072】
ステップ１１では、判定モードＯＮか否かを判定する。即ち、コントローラ２０の判定モード制御部３２は、オペレータにより開始操作装置３１がＯＮ操作されたことを検出したか否かを判定する。そして、ステップ１１で「ＹＥＳ」、即ち判定モードＯＮになっていると判定された場合には、ステップ１２に進む。一方、ステップ１１で「ＮＯ」、即ち判定モードＯＦＦになっていると判定された場合には、搭載箇所設定処理は行わずにエンドとなる。
【0073】
ステップ１２では、ブーム操作指示情報を表示する。即ち、判定モード制御部３２は、判定モードがＯＮとなったことを表示装置１３に出力する。そして、例えば図１０に示すように、オペレータにブーム５Ａを回動動作させることを促す画像情報および文字情報を表示装置１３に表示する。これにより、オペレータは次に操作すべきことを認識することができるので、搭載箇所設定処理を円滑に進めることができる。そして、次のステップ１３～ステップ２２は、第１実施形態の図７に示すステップ１～ステップ１０と同様の制御処理が行われるので、その説明を省略する。
【0074】
ステップ２３では、判定完了情報を表示する。即ち、各慣性センサ１６～１９の搭載箇所の設定が完了した場合には、コントローラ２０の判定モード制御部３２は判定モードをＯＮからＯＦＦに切換え、その信号を表示装置１３に出力する。そして、例えば図１２に示すように、各慣性センサ１６～１９の搭載箇所設定が完了したことを表示装置１３に表示する。なお、オペレータが開始操作装置３１をＯＦＦ操作したり、制御処理が進まずに所定時間経過したりする等で搭載箇所設定処理が途中で中断、中止された場合には、表示装置１３に搭載箇所設定処理が中断、中止されたことを表示してもよい。
【0075】
かくして、このように構成された第２実施形態では、前記各慣性センサ１６～１９の搭載箇所の設定を開始するときに操作される開始操作装置３１を備え、前記コントローラ２０は、前記開始操作装置３１が操作されたときに前記各慣性センサ１６～１９の搭載箇所を設定している。これにより、第２実施形態では、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができると共に、オペレータの意思で各慣性センサ１６～１９の搭載箇所の設定を開始することができる。
【0076】
なお、上述した第２実施形態では、開始操作装置３１をキャブ８内に設けた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１６に示す変形例のように、開始操作装置４１Ａ、判定モード制御部４１Ｂ、および表示装置４１Ｃを備えた携帯端末等の外部端末４１を有線または無線によりコントローラ２０に接続して、搭載箇所設定処理を行ってもよい。また、搭載箇所設定処理は、キャブ８内の開始操作装置３１または外部端末４１のどちらでもできるようにしてもよい。
【0077】
また、上述した第１実施形態では、ブーム５Ａを回動動作させることにより第１慣性センサ１６～第３慣性センサ１８を動作させた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばバケット５Ｃのみを回動動作させて第３慣性センサ１８のみを設定した後に、アーム５Ｂを回動させて第２慣性センサ１７を設定し、その後にブーム５Ａを回動させて第１慣性センサ１６を設定してもよい。このことは、第２実施形態および変形例についても同様である。
【0078】
また、上述した実施形態では、第１慣性センサ１６をブーム５Ａの上面に取付けた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばブーム５Ａの下面または側面に取付けてもよい。このことは、アーム５Ｂに取付けられる第２慣性センサ１７およびバケット５Ｃに取付けられる第３慣性センサ１８についても同様である。
【0079】
また、上述した実施形態では、建設機械として油圧ショベル１を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、例えばホイールローダのような各種の建設機械に適用可能である。
【符号の説明】
【0080】
１ 油圧ショベル（建設機械）
２ 下部走行体
４ 上部旋回体
５ 作業装置
５Ａ ブーム（可動部）
５Ｂ アーム（可動部）
５Ｃ バケット（可動部）
１３，４１Ｃ 表示装置
１４ 走行操作圧センサ
１５ 旋回操作圧センサ
１６ 第１慣性センサ
１７ 第２慣性センサ
１８ 第３慣性センサ
１９ 第４慣性センサ
２０ コントローラ
２１ 姿勢演算部
２２ 搭載箇所判定部
２３ 搭載箇所設定部
３１，４１Ａ 開始操作装置
Ａ 第１軸
Ｂ 第２軸
Ｃ 第３軸
ωa 第１軸の角速度
ωb 第２軸の角速度
ωc 第３軸の角速度
ω1 第１軸用判定閾値
ω2 第２軸用判定閾値
ω3 第３軸用判定閾値
Ｐa 走行操作圧
Ｐb 旋回操作圧
Ｐr 走行操作圧閾値
Ｐt 旋回操作圧閾値
２ 下部走行体
４ 上部旋回体
５ 作業装置
５Ａ ブーム（可動部）
５Ｂ アーム（可動部）
５Ｃ バケット（可動部）
１３，４１Ｃ 表示装置
１４ 走行操作圧センサ
１５ 旋回操作圧センサ
１６ 第１慣性センサ
１７ 第２慣性センサ
１８ 第３慣性センサ
１９ 第４慣性センサ
２０ コントローラ
２１ 姿勢演算部
２２ 搭載箇所判定部
２３ 搭載箇所設定部
３１，４１Ａ 開始操作装置
Ａ 第１軸
Ｂ 第２軸
Ｃ 第３軸
ωa 第１軸の角速度
ωb 第２軸の角速度
ωc 第３軸の角速度
ω1 第１軸用判定閾値
ω2 第２軸用判定閾値
ω3 第３軸用判定閾値
Ｐa 走行操作圧
Ｐb 旋回操作圧
Ｐr 走行操作圧閾値
Ｐt 旋回操作圧閾値
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】