特許 7374763 作業機械、計量方法、および作業機械を含むシステム

(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】2023-10-27

(45)【発行日】2023-11-07

(54)【発明の名称】作業機械、計量方法、および作業機械を含むシステム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20231030BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20231030BHJP

   G01G 19/10 20060101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 M

E02F9/26 A

G01G19/10 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019238196

(22)【出願日】2019-12-27

(65)【公開番号】P2021105320

(43)【公開日】2021-07-26

【審査請求日】2022-11-09

(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】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山脇 翔太

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－０９９７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０８５７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５２２６４９６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２６

Ｇ０１Ｇ １９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バケットと、
前記バケット内の荷重に関連するパラメータが時間に対して変動する周期を決定し、前記パラメータのピークから次のピークまでの期間における複数の時刻における前記荷重を平均して平均荷重を算出する、コントローラと、を備える、作業機械。

【請求項2】

前記コントローラは、前記バケット内の瞬時荷重を算出し、前記瞬時荷重に関連するパラメータの前記周期を決定する、請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記コントローラは、前記周期を複数決定し、複数の前記周期毎に算出された複数の前記平均荷重をさらに平均する、請求項１または請求項２に記載の作業機械。

【請求項4】

前記バケットを昇降するブームと、
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シリンダ圧力を検知するシリンダ圧力検知部とをさらに備え、
前記コントローラは、前記シリンダ圧力検知部により検知された前記シリンダ圧力を前記パラメータとして用いる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項5】

前記バケットを昇降するブームを備え、
前記コントローラは、前記ブームの角速度を前記パラメータとして用いる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項6】

前記バケットを昇降するブームを備え、
前記コントローラは、前記ブームの上昇中に、前記荷重を算出する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項7】

前記作業機械は、装輪車両であり、
前記コントローラは、前記装輪車両の走行中に、前記荷重を算出する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項8】

車体フレームと、
前記車体フレームに取り付けられた走行輪とをさらに備え、
前記バケットは前記車体フレームの前方に配設されている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の作業機械。

【請求項9】

バケットを備える作業機械の、前記バケット内の荷を計量する計量方法であって、
前記バケット内の荷重に関連するパラメータが時間に対して変動する周期を決定するステップと、
前記パラメータのピークから次のピークまでの期間における複数の時刻における前記荷重を平均して平均荷重を算出するステップと、を備える、計量方法。

【請求項10】

バケットを有する作業機械と、
前記バケット内の荷重に関連するパラメータが時間に対して変動する周期を決定し、前記パラメータのピークから次のピークまでの期間における複数の時刻における前記荷重を平均して平均荷重を算出する、コントローラと、を備える、作業機械を含むシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械、計量方法、および作業機械を含むシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（特開２００１－９９７０１号公報）には、ホイールローダにおいて、積荷積載部に積載された荷の重量を計測する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－９９７０１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、ブームを上昇させる油圧シリンダの油圧を所定サンプリング時間にわたってサンプリングし、このサンプリングを複数回繰り返し、ブーム角と、サンプリングした油圧のサンプリング時間における平均値とに基づいて積荷積載部に積載されたサンプリング重量を求め、複数回のサンプリングごとのサンプリング重量を平均して積載重量を算出する、と記載されている。

【0005】

上記文献に記載の手法では、複数回のサンプリングごとのサンプリング重量にバラツキが生じるため、このバラツキを解消して積載重量を精度よく算出するためには長時間平均を取る必要があった。

【0006】

本開示では、バケット内の荷を短時間で精度よく計量できる、作業機械、計量方法、および作業機械を含むシステムが提案される。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のある局面に従うと、バケットと、コントローラとを備える作業機械が提供される。コントローラは、バケット内の荷重に関連するパラメータが時間に対して変動する周期を決定する。コントローラは、周期内の複数の時刻における荷重を平均して、平均荷重を算出する。

【0008】

本開示のある局面に従うと、バケットを備える作業機械の、バケット内の荷を計量する計量方法が提供される。計量方法は、バケット内の荷重に関連するパラメータが時間に対して変動する周期を決定するステップと、周期内の複数の時刻における荷重を平均して平均荷重を算出するステップと、を備えている。

【0009】

本開示のある局面に従うと、バケットを有する作業機械と、コントローラとを備える、作業機械を含むシステムが提供される。コントローラは、バケット内の荷重に関連するパラメータが時間に対して変動する周期を決定する。コントローラは、周期内の複数の時刻における荷重を平均して、平均荷重を算出する。

【発明の効果】

【0010】

本開示に従えば、バケット内の荷を短時間で精度よく計量することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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の側面図である。

【図2】実施形態に従うホイールローダを含む全体システムの構成を示す概略ブロック図である。

【図3】第１処理装置内の機能ブロックを示す図である。

【図4】瞬時荷重ごとのブーム角度とブーム圧力との関係の一例を示すグラフである。

【図5】あるブーム角度における、ブーム圧力と瞬時荷重との関係を示すグラフである。

【図6】ホイールローダの掘削動作の例を示す模式図である。

【図7】実施形態に基づくバケット内の荷を計量する計量方法を示すフロー図である。

【図8】時間に対するブーム圧力の変動を示すグラフである。

【図9】ホイールローダを含むシステムの概略図である。

【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】

＜全体構成＞
実施形態においては、作業機械の一例としてホイールローダ１について説明する。図１は、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１の側面図である。

【0014】

図１に示されるように、ホイールローダ１は、車体フレーム２と、作業機３と、走行装置４と、キャブ５とを備えている。車体フレーム２、キャブ５などからホイールローダ１の車体（作業機械本体）が構成されている。ホイールローダ１の車体には、作業機３および走行装置４が取り付けられている。

【0015】

走行装置４は、ホイールローダ１の車体を走行させるものであり、走行輪４ａ、４ｂを含んでいる。ホイールローダ１は、車体の左右方向の両側に走行用回転体として走行輪４ａ、４ｂを備える装輪車両である。ホイールローダ１は、走行輪４ａ、４ｂが回転駆動されることにより自走可能であり、作業機３を用いて所望の作業を行うことができる。

【0016】

本明細書中において、ホイールローダ１が直進走行する方向を、ホイールローダ１の前後方向という。ホイールローダ１の前後方向において、車体フレーム２に対して作業機３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１の左右方向とは、平坦な地面上にあるホイールローダ１を平面視したときに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１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。

【0017】

車体フレーム２は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとを含んでいる。前フレーム２ａと後フレーム２ｂとにより、アーティキュレート構造の車体フレーム２が構成されている。

【0018】

前フレーム２ａには、作業機３および左右一対の走行輪（前輪）４ａが取り付けられている。作業機３は、車体の前方に配設されており、ホイールローダ１の車体によって支持されている。作業機３は、作業機ポンプ２５（図２参照）からの作動油によって駆動される。作業機ポンプ２５は、エンジン２０により駆動され、吐出する作動油によって作業機３を作動させる油圧ポンプである。作業機３は、ブーム１４と、作業具であるバケット６とを含んでいる。バケット６は、作業機３の先端に配置されている。

【0019】

ブーム１４の基端部は、ブームピン９によって前フレーム２ａに回転自在に取付けられている。バケット６は、ブーム１４の先端に位置するバケットピン１７によって、回転自在にブーム１４に取付けられている。

【0020】

前フレーム２ａとブーム１４とは、一対のブームシリンダ１６により連結されている。ブームシリンダ１６は、油圧シリンダである。ブームシリンダ１６の基端は、前フレーム２ａに取り付けられている。ブームシリンダ１６の先端は、ブーム１４に取り付けられている。ブームシリンダ１６が作業機ポンプ２５（図２参照）からの作動油によって伸縮することによって、ブーム１４が昇降する。ブームシリンダ１６は、ブーム１４を、ブームピン９を中心として上下に回転駆動する。ブーム１４の昇降に伴って、ブーム１４の先端に取り付けられたバケット６も昇降する。

【0021】

作業機３は、バケットシリンダ１９をさらに含んでいる。バケットシリンダ１９は、油圧シリンダであり、作業具であるバケット６を駆動する作業具シリンダである。バケットシリンダ１９が作業機ポンプ２５（図２参照）からの作動油によって伸縮することによって、バケット６が上下に回動する。バケットシリンダ１９は、バケット６を、バケットピン１７を中心として回転駆動する。

【0022】

後フレーム２ｂには、キャブ５および左右一対の走行輪（後輪）４ｂが取り付けられている。キャブ５は、ブーム１４の後方に配置されている。キャブ５は、車体フレーム２上に載置されている。キャブ５内には、オペレータが着座するシートおよび後述する操作装置などが配置されている。

【0023】

図２は、実施形態に従うホイールローダ１を含む全体システムの構成を示す概略ブロック図である。

【0024】

ホイールローダ１は、エンジン２０、動力取り出し部２２、動力伝達機構２３、シリンダ駆動部２４、第一角度検出器２９、第二角度検出器４８、および第１処理装置３０（コントローラ）を備えている。

【0025】

エンジン２０は、たとえばディーゼルエンジンである。エンジン２０は、エンジンフード７（図１）に覆われた収納空間内に収納されている。エンジン２０の出力は、エンジン２０のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより制御される。エンジン２０には、回転センサ３２が設けられている。回転センサ３２は、エンジン２０内部の回転軸の回転数を検出する。回転センサ３２は、回転数を示す検出信号を第１処理装置３０に出力する。

【0026】

動力取り出し部２２は、エンジン２０の出力を、動力伝達機構２３とシリンダ駆動部２４とに振り分ける装置である。動力伝達機構２３は、エンジン２０からの駆動力を前輪４ａおよび後輪４ｂに伝達する機構であり、たとえばトランスミッションである。ホイールローダ１においては、前フレーム２ａに取り付けられた前輪４ａと、後フレーム２ｂに取り付けられた後輪４ｂとの両方が、駆動力を受けてホイールローダ１を走行させる駆動輪を構成している。動力伝達機構２３は、入力軸２１の回転を変速して出力軸２３ａに出力する。

【0027】

シリンダ駆動部２４は、作業機ポンプ２５および制御弁２６を有している。エンジン２０の出力は、動力取り出し部２２を介して、作業機ポンプ２５に伝達される。作業機ポンプ２５から吐出された作動油は、制御弁２６を介して、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９に供給される。

【0028】

ブームシリンダ１６には、ブームシリンダ１６の油室内の油圧（シリンダ圧力）を検出するための第一油圧検出器２８ａ、２８ｂが取り付けられている。ホイールローダ１は、第一油圧検出器２８ａ、２８ｂを含んでいる。第一油圧検出器２８ａ、２８ｂは、ブームシリンダ１６のシリンダ圧力を検知する、実施形態のシリンダ圧力検知部に相当する。第一油圧検出器２８ａ、２８ｂは、たとえばヘッド圧検出用の圧力センサ２８ａと、ボトム圧検出用の圧力センサ２８ｂとを有している。

【0029】

圧力センサ２８ａは、ブームシリンダ１６のヘッド側（ブームシリンダ１６のピストンロッドが出ている側）に取り付けられている。圧力センサ２８ａは、ブームシリンダ１６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。圧力センサ２８ａは、ブームシリンダ１６のヘッド圧を示す検出信号を第１処理装置３０に出力する。

【0030】

圧力センサ２８ｂは、ブームシリンダ１６のボトム側（ブームシリンダ１６のピストンロッドが出ていない側）に取り付けられている。圧力センサ２８ｂは、ブームシリンダ１６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２８ｂは、ブームシリンダ１６のボトム圧を示す検出信号を第１処理装置３０に出力する。

【0031】

第一角度検出器２９は、たとえば、ブームピン９に取り付けられたポテンショメータである。第一角度検出器２９は、ブーム１４の持ち上がり角度を表すブーム角度を検出する。第一角度検出器２９は、ブーム角度を示す検出信号を第１処理装置３０に出力する。

【0032】

具体的には、図１に示すように、ブーム基準線Ａは、ブームピン９の中心とバケットピン１７の中心とを通る直線である。ブーム角度θ１は、ブームピン９の中心から前方に延びる水平線Ｈと、ブーム基準線Ａとの成す角度である。ブーム基準線Ａが水平である場合をブーム角度θ１＝０°と定義する。ブーム基準線Ａが水平線Ｈよりも上方にある場合にブーム角度θ１を正とする。ブーム基準線Ａが水平線Ｈよりも下方にある場合にブーム角度θ１を負とする。

【0033】

第一角度検出器２９は、ブームシリンダ１６に配置されたストロークセンサであってもよい。第一角度検出器２９は、ホイールローダ１の車体に対するブーム１４の角度を表すブーム角度θ１を検知する、実施形態のブーム角度検知部に相当する。

【0034】

第二角度検出器４８は、たとえばポテンショメータである。第二角度検出器４８は、ブーム１４に対するバケット６の角度を表すバケット角度を検出する。第二角度検出器４８は、バケット角度を示す検出信号を第１処理装置３０に出力する。第二角度検出器４８は、近接スイッチであってもよい。または第二角度検出器４８は、バケットシリンダ１９に配置されたストロークセンサであってもよい。

【0035】

図２に示されるように、ホイールローダ１は、キャブ５内に、操作装置４９を備えている。操作装置４９は、オペレータによって操作される操作部材４９ａと、操作部材４９ａの位置を検出して検出結果を第１処理装置３０に出力する検出センサ４９ｂとを含んでいる。操作装置４９は、車両の前進および後進の切り換え、エンジン２０の目標回転速度の設定、ホイールローダ１の減速力の操作、ブーム１４の上げ動作および下げ動作、動力伝達機構２３における入力軸２１から出力軸２３ａへの変速の制御、バケット６のチルト動作およびダンプ動作、前フレーム２ａの後フレーム２ｂに対する屈曲（アーティキュレート）などを指示するために、オペレータによって操作される。

【0036】

第１処理装置３０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置を含むマイクロコンピュータで構成されている。第１処理装置３０は、エンジン２０、作業機３（ブームシリンダ１６、バケットシリンダ１９など）、動力伝達機構２３、表示部４０などの動作を制御する、ホイールローダ１のコントローラの機能の一部として実現されてもよい。

【0037】

第１処理装置３０には、第一角度検出器２９によって検出されるブーム角度θ１の信号と、第二角度検出器４８によって検出されるバケット角度の信号と、圧力センサ２８ａによって検出されるブームシリンダ１６のヘッド圧の信号と、圧力センサ２８ｂによって検出されるブームシリンダ１６のボトム圧の信号と、が主に入力される。

【0038】

第１処理装置３０は、記憶部３０ｊを有している。記憶部３０ｊは、ホイールローダ１の各種の動作を制御するためのプログラムを格納する。第１処理装置３０は、記憶部３０ｊに格納されているプログラムに基づいて、ホイールローダ１の動作を制御するための各種処理を実行する。記憶部３０ｊは、不揮発性のメモリであり、必要なデータを記憶する領域として設けられている。

【0039】

ホイールローダ１は、表示部４０を備えている。表示部４０は、キャブ５に配置された、オペレータが視認するモニタである。表示部４０は、情報を表示する。表示部４０はたとえば、第１処理装置３０によって算出されたバケット６内の荷の重量に関する情報を表示する。

【0040】

＜第１処理装置３０内の機能ブロック＞
図２に示される第１処理装置３０は、ブーム圧力、すなわち、圧力センサ２８ａにより検出されたヘッド圧と圧力センサ２８ｂにより検出されたボトム圧との差圧を算出する機能を有する。第１処理装置３０は、ブーム圧力およびブーム角度θ１に基づいて、バケット６内の瞬時荷重を算出する機能を有する。また第１処理装置３０は、瞬時荷重を平均することにより、バケット６内の荷の重量を算出する機能を有する。以下、上記機能を有する第１処理装置３０の機能ブロックについて説明する。

【0041】

図３は、第１処理装置３０内の機能ブロックを示す図である。図３に示されるように、第１処理装置３０は、圧力取得部３０ａと、角度取得部３０ｂと、瞬時荷重算出部３０ｃと、周期決定部３０ｄと、平均荷重算出部３０ｅと、荷重出力部３０ｆと、記憶部３０ｊとを主に有している。

【0042】

圧力取得部３０ａは、圧力センサ２８ａから、ブームシリンダ１６のヘッド圧を示す検出信号の出力を受ける。圧力取得部３０ａは、圧力センサ２８ｂから、ブームシリンダ１６のボトム圧を示す検出信号の出力を受ける。圧力取得部３０ａは、取得したブームシリンダ１６のヘッド圧およびボトム圧を示す信号を、周期決定部３０ｄへ出力する。また圧力取得部３０ａは、ブームシリンダ１６のヘッド圧とボトム圧との差圧（ブーム圧力）を算出する。圧力取得部３０ａは、その算出したブーム圧力の信号を、瞬時荷重算出部３０ｃへ出力する。

【0043】

角度取得部３０ｂは、第一角度検出器２９から、ブーム角度θ１を示す検出信号の出力を受ける。角度取得部３０ｂは、取得したブーム角度θ１を示す信号を、瞬時荷重算出部３０ｃへ出力する。

【0044】

瞬時荷重算出部３０ｃは、角度取得部３０ｂから出力されたブーム角度θ１を示す信号と、圧力取得部３０ａから出力されたブーム圧力を示す信号とに基づいて、バケット６内の瞬時荷重を算出する。瞬時荷重算出部３０ｃにおける瞬時荷重の算出方法は、図４および図５を用いて後に詳細に説明する。瞬時荷重算出部３０ｃにおいて算出されたバケット６内の瞬時荷重を示す信号は、周期決定部３０ｄへ出力され、また平均荷重算出部３０ｅへ出力される。

【0045】

周期決定部３０ｄは、瞬時荷重算出部３０ｃにおいて算出された瞬時荷重、または、圧力取得部３０ａにおいて算出されたブーム圧力の、時間に対する変動を特定する。周期決定部３０ｄは、当該特定した変動に基づいて、時間に対する変動の周期を決定する。

【0046】

たとえば周期決定部３０ｄは、横軸を時間、縦軸をブーム圧力とするグラフに、各時刻において算出されたブーム圧力をプロットする。周期決定部３０ｄは、ブーム圧力の時間に対する推移から、ブーム圧力が時間に対して変動する周期を決定する。たとえば、ブーム圧力が減衰振動する波形を示す場合に、その波形の極大値から次の極大値までの期間を、ブーム圧力の変動の周期とすることができる。

【0047】

周期決定部３０ｄは、このようにして決定した周期を、平均荷重算出部３０ｅへ出力する。

【0048】

平均荷重算出部３０ｅは、周期決定部３０ｄにおいて決定された周期内の、複数の時刻における瞬時荷重を平均して、平均荷重を算出する。平均荷重算出部３０ｅは、算出した平均荷重を、記憶部３０ｊおよび荷重出力部３０ｆへ出力する。

【0049】

記憶部３０ｊは、平均荷重算出部３０ｅから出力された平均荷重を記憶する。荷重出力部３０ｆは、平均荷重算出部３０ｅから出力された平均荷重を、表示部４０に出力する。表示部４０は、平均荷重を画面などに表示する。

【0050】

＜瞬時荷重の算出方法＞
次に、瞬時荷重の算出方法の一例について説明する。

【0051】

図４は、瞬時荷重ごとのブーム角度θ１とブーム圧力Ｐτとの関係の一例を示すグラフである。図４のグラフにおける横軸はブーム角度θ１、縦軸はブーム圧力Ｐτである。図４において、カーブＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれ、バケット６が空、１／２積載、満杯積載の場合を示している。予め計測された２個以上の瞬時荷重におけるブーム角度θ１とブーム圧力Ｐτとの関係のグラフに基づき、図４に示すように、ブーム角度θ１ごとの瞬時荷重とブーム圧力Ｐτとの関係のグラフを求めることができる。

【0052】

ある時刻におけるブーム角度θ１とブーム圧力Ｐτとが判明すると、その時刻での瞬時荷重を求めることができる。たとえば、図４に示されるように、ある時刻ｍｋにおいてブーム角度θ１＝θｋ、ブーム圧力Ｐτ＝Ｐτｋであったとすると、図５からその時刻ｍｋにおける瞬時荷重ＷＮを求めることが可能となる。図５は、ブーム角度θ１＝θｋにおける、ブーム圧力Ｐτと荷重Ｗとの関係を示すグラフである。図５のグラフにおける横軸はブーム圧力Ｐτ、縦軸は荷重Ｗである。

【0053】

図４に示されるように、ＰτＡとは、ブーム角度θ１＝θｋにおける、バケット６が空の場合のブーム圧力である。ＰτＣとは、ブーム角角度θ１＝θｋにおける、バケット６が満杯積載の場合のブーム圧力である。図５に示されるＷＡとは、ブーム角度θ１＝θｋにおける、バケット６が空の場合の荷重である。またＷＣとは、ブーム角度θ１＝θｋにおける、バケット６が満杯積載の場合の荷重である。

【0054】

図５に示されるように、ＰτｋがＰτＡとＰτＣとの間に位置する場合、線形補間を行うことにより、時刻ｍｋにおける瞬時荷重ＷＮを決定することができる。または、このような関係を予め記憶した数値テーブルに基づいて、瞬時荷重ＷＮを求めることも可能である。

【0055】

バケット６内の瞬時荷重の算出方法は、図４，５に示される例に限られない。ブーム圧力およびブーム角度θ１に加えて、またはこれらに代えて、バケットシリンダ１９のヘッド圧とボトム圧との差圧、バケット角度、作業機３の寸法などを、バケット６内の瞬時荷重を算出するためのパラメータとして考慮することができる。これらのパラメータを考慮してバケット６内の瞬時荷重を算出することにより、より精度の高い荷重の算出が可能になる。

【0056】

＜掘削動作＞
実施形態のホイールローダ１は、土砂などの掘削対象物１００をバケット６に掬い取る掘削動作と、バケット６内の荷Ｌ（掘削対象物１００）をダンプトラックの荷台（被積込み対象）などの運搬機械に積み込む積込動作とを実行する。ホイールローダ１は、掘削動作と積込動作とを繰り返して、掘削対象物１００を掘削し、ダンプトラックなどの運搬機械に掘削対象物１００を積み込んでいる。図６は、実施形態に基づくホイールローダ１の掘削動作の例を示す模式図である。

【0057】

図６（Ａ）に示されるように、ホイールローダ１は、掘削対象物１００に向かって前進する。この前進工程において、オペレータは、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を操作して、作業機３をブーム１４の先端が低い位置にありバケット６の底面が水平を向いた掘削姿勢にして、ホイールローダ１を掘削対象物１００に向けて前進させる。

【0058】

図６（Ｂ）に示されるように、バケット６の刃先６ａ（図１）が掘削対象物１００に食い込むまで、オペレータはホイールローダ１を前進させる。その後オペレータは、ブームシリンダ１６を操作してバケット６を上昇させるとともに、バケットシリンダ１９を操作してバケット６をチルトバックさせる。この掘削工程により、バケット６内に掘削対象物１００が掬い込まれる。そして、図６（Ｃ）に示される、掬込み完了後のバケット６が所定の高さ以上となった状態、たとえばバケット６が上がりきった状態となり、掘削完了となる。

【0059】

ホイールローダ１の現在の作業工程が掘削工程であり作業機３が掘削作業中であるか、現在の作業工程が掘削工程ではなく作業機が掘削作業中でないかは、たとえば、ホイールローダ１を前後進させるオペレータの操作、作業機３に対するオペレータの操作、および作業機３のシリンダの現在の油圧についての判定条件の組み合わせを用いることにより、判定することができる。

【0060】

＜バケット６内の荷Ｌの計量フロー＞
本実施形態のホイールローダ１は、上記の掘削動作においてバケット６内に積載された荷Ｌの重量を計測し、計測した荷Ｌの重量を出力（表示部４０に表示）する。たとえば、掘削完了後のホイールローダ１の走行中に、バケット６内の荷Ｌの計量が実行されてもよい。たとえば、ブーム１４の上昇中に、バケット６内の荷Ｌの計量が実行されてもよい。ホイールローダ１が走行を停止している間に、ブーム１４を上昇させて計量が行なわれてもよい。

【0061】

図７は、実施形態に基づくバケット６内の荷を計量する計量方法を示すフロー図である。

【0062】

図７に示されるように、まず、ブーム圧力Ｐτが取得される（ステップＳ１）。圧力取得部３０ａは、圧力センサ２８ａから、ブームシリンダ１６のヘッド圧を示す検出信号の出力を受ける。圧力取得部３０ａは、圧力センサ２８ｂから、ブームシリンダ１６のボトム圧を示す検出信号の出力を受ける。圧力取得部３０ａは、ブームシリンダ１６のヘッド圧とボトム圧との差圧（ブーム圧力Ｐτ）を算出する。圧力取得部３０ａは、その算出したブーム圧力Ｐτの信号を、瞬時荷重算出部３０ｃへ出力する。

【0063】

次に、ブーム角度θ１が取得される（ステップＳ２）。角度取得部３０ｂは、第一角度検出器２９から、ブーム角度θ１を示す検出信号の出力を受ける。角度取得部３０ｂは、取得したブーム角度θ１を示す信号を、瞬時荷重算出部３０ｃへ出力する。

【0064】

次に、瞬時荷重が算出される（ステップＳ３）。図４を参照して、瞬時荷重算出部３０ｃは、角度取得部３０ｂから出力されたブーム角度θ１における、バケット６が空の場合、バケット６が満杯積載の場合、およびバケット６が１／２積載の場合のブーム圧力Ｐτを求める。図５を参照して、瞬時荷重算出部３０ｃは、バケット６が空の場合の荷重ＷＡ、バケット６が満杯積載の場合の荷重ＷＣ、およびバケット６が１／２積載の場合の瞬時荷重を、適宜線形補間することにより、圧力取得部３０ａから出力されたブーム圧力Ｐτに対応するバケット６内の瞬時荷重Ｗを算出する。

【0065】

次に、瞬時荷重Ｗに関連するパラメータが時間に対して変動する周期が決定される（ステップＳ４）。実施形態における、瞬時荷重Ｗに関連するパラメータとは、瞬時荷重Ｗ自身、またはブーム圧力Ｐτを指す。

【0066】

図８は、時間に対する瞬時荷重の変動を示すグラフである。図８のグラフにおける横軸は時間、縦軸は瞬時荷重Ｗである。周期決定部３０ｄは、各時刻において算出された瞬時荷重Ｗをプロットすることで、図８に示されるグラフを作成する。

【0067】

図８に示されるように、瞬時荷重Ｗは、時間に対して周期的に変動している。瞬時荷重Ｗは、一定周期で揺らぐように変動している。周期決定部３０ｄは、瞬時荷重Ｗが極大となる第１のピーク点ＰＫ１から次に極大となる第２のピーク点ＰＫ２までの時間Ｔ１を、瞬時荷重Ｗの時間に対する変動の周期として決定する。

【0068】

次に、平均荷重が算出される（ステップＳ５）。平均荷重算出部３０ｅは、前のステップＳ４で決定された周期内の、複数の時刻における瞬時荷重Ｗを平均して、平均荷重（図８に示される平均荷重ＡＶ１）を算出する。平均荷重算出部３０ｅは、図８に示される第１のピーク点ＰＫ１から第２のピーク点ＰＫ２までの時間Ｔ１内において算出された瞬時荷重Ｗを平均することにより、平均荷重を算出してもよい。

【0069】

ステップＳ４の処理において、横軸を時間、縦軸をブーム圧力Ｐτとするグラフに、各時刻において算出された瞬時荷重Ｗをプロットして、瞬時荷重Ｗの時間に対する変動の周期を決定してもよい。この場合、ステップＳ５の処理では、その決定された周期内に算出されたブーム圧力Ｐτを平均することにより、平均荷重を算出してもよい。または、図８に示される第１のピーク点ＰＫ１から第２のピーク点ＰＫ２までの時間Ｔ１内に算出されたブーム圧力Ｐτの平均値に対応するバケット６内の荷重値を、図５に示されるグラフを用いた線形補間によって、平均荷重として算出してもよい。

【0070】

次に、荷重暫定値が表示される（ステップＳ６）。平均荷重算出部３０ｅは、ステップＳ５で算出した平均荷重を、荷重暫定値として荷重出力部３０ｆへ出力する。荷重出力部３０ｆは、平均荷重算出部３０ｅから出力された荷重暫定値を、表示部４０に出力する。表示部４０は、荷重暫定値を画面などに表示する。

【0071】

次に、計量が終了したか否かが判断される（ステップＳ７）。図８には、上述した第１のピーク点ＰＫ１および第２のピーク点ＰＫ２に加えて、第３のピーク点ＰＫ３、第４のピーク点ＰＫ４、第５のピーク点ＰＫ５が示されている。ステップＳ７の判断の時点で、第５のピーク点ＰＫ５が見られる時刻を既に経過していれば、５つのピーク点間の時間に対応する４周期分の平均荷重が既に算出されており、この４周期分の平均荷重の算出をもって計量が終了したと判断される。

【0072】

ステップＳ７の判断の時点で第５のピーク点ＰＫ５が見られる時刻を未だ経過していなくても、変動が収束してピーク点が観察されなくなった場合には、計量を終了する判断がなされる。また、ブーム角度θ１が計量に適した範囲から外れる、ブーム１４の上昇が停止するなど、ホイールローダ１の動作が計量に適さないものとなった場合にも、計量を終了する判断がなされる。

【0073】

短時間でバケット６内の荷Ｌの計量を完了できれば、ホイールローダ１による掘削積込動作の生産性を高めることができるので好ましい。平均荷重を４周期分算出しなくても十分な精度の平均荷重が取得できたと判断された場合に、ステップＳ７の判断で計量を終了すると判断してもよい。たとえば、１周期目の平均荷重と２周期目の平均荷重とが、一致するか、厳密に一致はしないが十分に差が小さい場合には、２周期分の平均荷重の算出をもって十分な精度の平均荷重が取得できたと判断して、計量を終了してもよい。またたとえば、１周期のみの平均荷重で荷Ｌの重量を確定させて計量を終了してもよい。

【0074】

ステップＳ７の判断において、計量が未だ終了していないと判断された場合（ステップＳ７においてＮＯ）、ステップＳ１～Ｓ６の処理が繰り返される。

【0075】

２回目のステップＳ４での処理では、第２のピーク点ＰＫ２から第３のピーク点ＰＫ３までの時間Ｔ２が、２つ目の周期として決定される。２回目のステップＳ５での処理では、時間Ｔ２内に算出された瞬時荷重Ｗを平均する、時間Ｔ２内に算出されたブーム圧力Ｐτの平均値に対応する荷重を算出するなどの処理により、時間Ｔ２内における平均荷重（図８に示される平均荷重ＡＶ２）が算出される。さらに、時間Ｔ１内における平均荷重ＡＶ１と、時間Ｔ２内における平均荷重ＡＶ２とを平均して、この時点での荷重暫定値とする。

【0076】

３回目のステップＳ４での処理では、第３のピーク点ＰＫ３から第４のピーク点ＰＫ４までの時間Ｔ３が、３つ目の周期として決定される。３回目のステップＳ５での処理では、時間Ｔ３内に算出された瞬時荷重Ｗを平均する、時間Ｔ３内に算出されたブーム圧力Ｐτの平均値に対応する荷重を算出するなどの処理により、時間Ｔ３内における平均荷重（図８に示される平均荷重ＡＶ３）が算出される。さらに、時間Ｔ１内における平均荷重ＡＶ１と、時間Ｔ２内における平均荷重ＡＶ２と、時間Ｔ３内における平均荷重ＡＶ３とを平均して、この時点での荷重暫定値とする。

【0077】

４回目のステップＳ４での処理では、第４のピーク点ＰＫ４から第５のピーク点ＰＫ５までの時間Ｔ４が、４つ目の周期として決定される。４回目のステップＳ５での処理では、時間Ｔ４内に算出された瞬時荷重Ｗを平均する、時間Ｔ４内に算出されたブーム圧力Ｐτの平均値に対応する荷重を算出するなどの処理により、時間Ｔ４内における平均荷重（図８に示される平均荷重ＡＶ４）が算出される。さらに、時間Ｔ１内における平均荷重ＡＶ１と、時間Ｔ２内における平均荷重ＡＶ２と、時間Ｔ３内における平均荷重ＡＶ３と、時間Ｔ４内における平均荷重ＡＶ４とを平均して、この時点での荷重暫定値とする。

【0078】

ステップＳ７の判断において、計量が終了したと判断されると、ステップＳ８に進み、荷重確定値が表示される。荷重出力部３０ｆは、計量が終了したと判断された時点での荷重暫定値を、荷重確定値として、表示部４０に出力する。表示部４０は、荷重確定値を画面などに表示する。

【0079】

表示部４０は、荷重暫定値と荷重確定値とを、異なる表示とすることができる。たとえば表示部４０は、荷重暫定値と荷重確定値とを、異なる色で表示してもよい。たとえば表示部４０は、荷重暫定値を点滅表示し、荷重確定値を連続表示してもよい。

【0080】

＜作用および効果＞
上述した実施形態に係る作業機械の特徴的な構成および作用効果についてまとめて説明すると、以下の通りである。なお、実施形態の構成に参照符号を付すが、これは一例である。

【0081】

図２に示されるように、ホイールローダ１は、第１処理装置３０（コントローラ）を備えている。図３に示されるように、第１処理装置３０は、瞬時荷重算出部３０ｃと、周期決定部３０ｄと、平均荷重算出部３０ｅとを有している。図７に示されるように、瞬時荷重算出部３０ｃは、バケット６内の瞬時荷重を算出する。周期決定部３０ｄは、瞬時荷重に関連するパラメータが時間に対して変動する周期を決定する。平均荷重算出部３０ｅは、周期内の複数の時刻における瞬時荷重を平均して平均荷重を算出する。

【0082】

バケット６内の瞬時荷重を平均して平均荷重を算出する期間を、時間に対して変動するパラメータの周期に対応させることにより、算出する期間毎の平均荷重のバラツキが低減される。平均荷重のバラツキを解消するために長時間平均を取る必要がなく、短時間の処理でバケット６内の荷を精度よく計量することができる。

【0083】

図８に示されるように、周期決定部３０ｄは、瞬時荷重に関連するパラメータのピークから次のピークまでの期間を変動の周期として決定する。平均荷重算出部３０ｅは、パラメータのピークから次のピークまでの期間における瞬時荷重を平均して、平均荷重を算出する。これにより、瞬時荷重に関連するパラメータが時間に対して変動する周期を、容易に決定することができる。

【0084】

図７，８に示されるように、周期決定部３０ｄは、瞬時荷重に関連するパラメータが時間に対して変動する周期を、複数決定する。平均荷重算出部３０ｅは、各々の周期内の複数の時刻における瞬時荷重を平均して複数の平均荷重を算出し、複数の周期毎に算出された複数の平均荷重をさらに平均する。このようにすれば、平均荷重の精度を向上できるので、バケット６内の荷をより精度よく計量することができる。

【0085】

図２，３に示されるように、圧力センサ２８ａ，２８ｂは、ブームシリンダ１６の油室内の作動油の圧力を検出する。図８に示されるように、周期決定部３０ｄは、圧力センサ２８ａ，２８ｂにより検知された圧力を、バケット６内の瞬時荷重に関連する、時間に対して変動するパラメータとして用いる。これにより、周期決定部３０ｄは、ブームシリンダ１６の油室内の油圧が時間に対して変動する周期を、精度よく決定することができる。

【0086】

バケット６内の瞬時荷重に関連する、時間に対して変動するパラメータは、上記の圧力に限られない。圧力センサ２８ａ，２８ｂによって検出されるシリンダ圧力と第一角度検出器２９によって検出されるブーム角度θ１とに基づいて算出される瞬時荷重自身を、パラメータとして用いてもよい。ブーム１４の角速度をパラメータとして用いてもよい。ブーム１４の角速度は、第一角度検出器２９によって検出されるブーム角度θ１を時間で微分して算出することができる。または、ブーム１４にＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）に代表される角速度センサを取り付けて、この角速度センサによってブーム１４の角速度を直接検出してもよい。

【0087】

図６に示される掘削完了後のホイールローダ１の走行中または停車中に、ブーム１４が上昇する。バケット６内の瞬時荷重は、ブーム１４の上昇中に算出されてもよい。バケット６内の瞬時荷重の経時的な変化が比較的小さい期間に瞬時荷重を算出することで、より正確な瞬時荷重の算出が可能となる。

【0088】

図６に示される掘削完了後に、ホイールローダ１は、ダンプトラックなどの運搬機械へ向かって、バケット６に荷Ｌを積載した状態で走行する。バケット６内の瞬時荷重は、ホイールローダ１の走行中に算出されてもよい。バケット６内の瞬時荷重の経時的な変化が比較的小さい期間に瞬時荷重を算出することで、より正確な瞬時荷重の算出が可能となる。

【0089】

車体フレーム２と、車体フレーム２に取り付けられた走行輪（前輪４ａ、後輪４ｂ）とを備え、バケット６は車体フレーム２の前方に配設されているホイールローダ１に、上述した計量方法を適用することで、ホイールローダ１のバケット６内の荷Ｌを精度よく計量することができる。

【0090】

これまでの実施形態の説明では、時間に対して変動するパラメータの極大値から次の極大値の期間を変動の周期として決定する例について説明した。パラメータの変動の周期は、他の手法によって決定されてもよい。たとえば、時間に対して変動するパラメータの極大値から極小値までの期間、または極小値から極大値までの期間を決定して、この決定された期間の２倍の時間を、変動の周期として決定してもよい。

【0091】

パラメータの変動の周期を決定するために、変動の極値（ピーク）を必ずしも用いなくてもよい。たとえば、時間に対して変動する瞬時荷重が、荷重暫定値として設定されている荷重値よりも大きくなる時点から、荷重暫定値よりも小さくなる時点を経過して、次に荷重暫定値よりも大きくなる時点までの期間を、変動の周期として決定してもよい。

【0092】

実施形態では、パラメータが変動する周期内の複数の時刻における瞬時荷重を平均して平均荷重を算出した。平均荷重を算出するために平均される複数の瞬時荷重は、特定の時刻に算出されたものであってもよい。たとえば、変動するパラメータが極大となる時刻と次に極小となる時刻とを計測点として、これら２点の計測点において算出された瞬時荷重を平均して、平均荷重を算出してもよい。複数の瞬時荷重の算出は、算出の時間間隔を短くして時間に対して連続的に行なわれてもよく、算出の時間間隔を比較的長くして時間に対して離散的に行なわれてもよい。

【0093】

実施形態では、ホイールローダ１が第１処理装置３０を備えており、ホイールローダ１に搭載されている第１処理装置３０がバケット６内の荷を計量する制御をする例について説明した。バケット６内の荷を計量する制御をするコントローラは、必ずしもホイールローダ１に搭載されていなくてもよい。

【0094】

図９は、ホイールローダ１を含むシステムの概略図である。ホイールローダ１に搭載された第１処理装置３０とは別に設けられた外部のコントローラ１３０が、バケット６内の荷を計量する制御をするシステムを構成してもよい。コントローラ１３０は、ホイールローダ１の作業現場に配置されてもよく、ホイールローダ１の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。

【0095】

実施形態では、ホイールローダ１はキャブ５を備えており、オペレータがキャブ５に搭乗する有人車両である例について説明した。ホイールローダ１は、無人車両であってもよい。ホイールローダ１は、オペレータが搭乗してホイールローダ１を操作するためのキャブを備えていなくてもよい。ホイールローダ１は、搭乗したオペレータによる操縦機能を搭載していなくてもよい。ホイールローダ１は、遠隔操縦専用の作業機械であってもよい。ホイールローダ１の操縦は、遠隔操縦装置からの無線信号により行なわれてもよい。

【0096】

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】

【0097】

１ ホイールローダ、２ 車体フレーム、２ａ 前フレーム、２ｂ 後フレーム、３ 作業機、４ 走行装置、４ａ 前輪、４ｂ 後輪、６ バケット、１４ ブーム、１６ ブームシリンダ、１９ バケットシリンダ、２０ エンジン、２４ シリンダ駆動部、２５ 作業機ポンプ、２６ 制御弁、２８ａ，２８ｂ 第一油圧検出器、２９ 第一角度検出器、３０ 第１処理装置、３０ａ 圧力取得部、３０ｂ 角度取得部、３０ｃ 瞬時荷重算出部、３０ｄ 周期決定部、３０ｅ 平均荷重算出部、３０ｆ 荷重出力部、３０ｊ 記憶部、４０ 表示部、４８ 第二角度検出器、１００ 掘削対象物、２００ ダンプトラック、Ｌ 荷、Ｐ ブーム圧力、ＰＫ１～ＰＫ５ ピーク点。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】