特許 7396784 ショベル

(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】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】ショベル

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20231205BHJP

【ＦＩ】

E02F9/26 B

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2018014987

(22)【出願日】2018-01-31

(65)【公開番号】P2019132038

(43)【公開日】2019-08-08

【審査請求日】2020-12-16

【審判番号】

【審判請求日】2022-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】小野寺 将

【合議体】

【審判長】前川 慎喜

【審判官】有家 秀郎

【審判官】西田 秀彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１０９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７９９６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

E02F9/26

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行体と、
旋回自在に前記走行体に搭載される旋回体と、
前記旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム、及び、バケットを含むアタッチメントと、
前記ブーム、前記アーム、及び、前記バケットのうちの何れか１つのリンク部の動作を規定する回転軸の近傍に設けられ、加速度センサ及び角速度センサを含む第１の慣性センサと、
前記リンク部又は前記リンク部と連動する部材に取り付けられ、前記回転軸と直交する平面部を有するブラケットと、を備え、
前記第１の慣性センサは、前記ブラケットの平面部に取り付けられ、自己の基準座標系の原点が前記回転軸の上に位置するように配置される、
ショベル。

【請求項2】

前記ブラケットは、前記平面部を支持する脚部を有し、
前記平面部は、前記回転軸を軸心として前記回転軸に沿って延びるように設けられるピン部であって、前記リンク部と一体として前記回転軸周りに回転する前記ピン部の前記回転軸に沿う方向の一端面から離隔されるように配置され、
前記脚部は、前記平面部から前記リンク部又は前記ピン部に向けて延び出すように設けられ、前記リンク部又は前記ピン部に連結される、
請求項１に記載のショベル。

【請求項3】

前記ブラケットは、複数の前記脚部を有し、複数の前記脚部が前記リンク部に連結されることによって、前記ピン部を跨ぐように配置される、
請求項２に記載のショベル。

【請求項4】

前記ブラケットは、前記ピン部に連結される複数の前記脚部を有する、
請求項２に記載のショベル。

【請求項5】

前記第１の慣性センサは、側面視で、前記回転軸と重なるように配置される、
請求項１乃至４の何れか一項に記載のショベル。

【請求項6】

前記加速度センサ及び前記角速度センサの出力に基づき、前記アタッチメントの姿勢を測定する測定部を更に備える、
請求項１乃至５の何れか一項に記載のショベル。

【請求項7】

前記測定部は、前記加速度センサの検出値を補正せずに利用して、前記アタッチメントの姿勢を演算し、前記角速度センサの出力を利用して、演算した前記アタッチメントの姿勢を補正することによって、前記アタッチメントの姿勢を測定する、
請求項６に記載のショベル。

【請求項8】

前記第１の慣性センサは、前記旋回体と前記ブームとの連結部に設けられ、前記ブームの動作を規定する前記回転軸、前記ブームと前記アームとの連結部に設けられ、前記アームの動作を規定する前記回転軸、又は、前記アームと前記バケットとの連結部に設けられ、前記バケットの動作を規定する前記回転軸の近傍に配置される、
請求項１乃至７の何れか一項に記載のショベル。

【請求項9】

前記第１の慣性センサは、前記バケットと前記アームとの間に取り付けられ、前記バケットと連動するバケットリンクの前記回転軸に配置される、
請求項１乃至７の何れか一項に記載のショベル。

【請求項10】

前記旋回体に取り付けられ、前記旋回体の旋回軸の近傍に設けられた第２の慣性センサを更に備える、
請求項１乃至９の何れか一項に記載のショベル。

【請求項11】

前記第２の慣性センサは、平面視で、前記走行体と前記旋回体とを旋回可能に連結するスイングサークルに含まれるように配置される、
請求項１０に記載のショベル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ショベルに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、加速度センサ等の慣性測定原理に基づく慣性センサを利用してショベル等の作業機械のリンク機構の姿勢（例えば、ブームとアームとの間の結合部等の角度）を測定する方法が知られている（特許文献１等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１２－５２４１９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１等に開示されるように、加速度センサを利用してブーム、アーム、及び、バケットを含むショベルのアタッチメントの姿勢を測定する場合、アタッチメント動作時の動加速度の影響を受けて、正確な姿勢を測定できない可能性がある。そのため、例えば、角速度センサの出力や動加速度の理論値を用いて加速度センサの出力による測定結果を補正することが考えられるが、補正の精度によっては、実際のアタッチメントの姿勢との間に想定以上の誤差が生じてしまう可能性がある。また、あるリンクに取り付けられた加速度センサを利用して当該リンクの姿勢を測定する際に、加速度センサの出力に対して他のリンクの動作が影響してしまう。そのため、ショベルのアタッチメントのような他リンク機構では、例えば、アームの姿勢を測定する場合に、上記補正を行ったとしても、ブームの動作に関連する補正の際の誤差が重畳されるため、測定精度が更に低下してしまう可能性がある。

【0005】

そこで、上記課題に鑑み、慣性センサを利用して、より精度よくアタッチメントの姿勢を測定することが可能なショベルを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、
走行体と、
旋回自在に前記走行体に搭載される旋回体と、
前記旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム、及び、バケットを含むアタッチメントと、
前記ブーム、前記アーム、及び、前記バケットのうちの何れか１つのリンク部の動作を規定する回転軸の近傍に設けられ、加速度センサ及び角速度センサを含む第１の慣性センサと、
前記リンク部又は前記リンク部と連動する部材に取り付けられ、前記回転軸と直交する平面部を有するブラケットと、を備え、
前記第１の慣性センサは、前記ブラケットの前記平面部に取り付けられ、自己の基準座標系の原点が前記動作軸の上に位置するように配置される、
ショベルが提供される。

【発明の効果】

【0008】

上述の実施形態によれば、慣性センサを利用して、より精度よくアタッチメントの姿勢を測定することが可能なショベルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ショベルの側面図である。

【図2】ショベルの構成の一例を示すブロック図である。

【図3】ＩＭＵの取り付け位置の一例を示す図である。

【図4】ＩＭＵと回転軸との位置関係を説明する図である。

【図5A】ＩＭＵの取り付け構造を説明する図である。

【図5B】ＩＭＵの取り付け構造を説明する図である。

【図5C】ＩＭＵの取り付け構造を説明する図である。

【図5D】ＩＭＵの取り付け構造を説明する図である。

【図6】ＩＭＵの取り付け位置の他の例を示す図である。

【図7】ショベルの構成の他の例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

【0011】

［ショベルの概要］

【0012】

まず、図１を参照して、本実施形態に係るショベル５００の概要について説明をする。

【0013】

図１は、本実施形態に係るショベル５００の側面図である。

【0014】

本実施形態に係るショベル５００は、下部走行体１と、旋回機構２を介して旋回自在に下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、アタッチメント（作業装置）としてのブーム４、アーム５、及びバケット６と、オペレータが搭乗するキャビン１０を備える。以下、ショベル５００の前方は、ショベル５００を上部旋回体３の旋回軸に沿って真上から平面視（以下、単に「平面視」と称する）で見たときに、上部旋回体３に対するアタッチメントの延出方向（以下、単に「アタッチメントの延出方向」と称する）に対応する。また、ショベル５００の左方及び右方は、それぞれ、ショベル５００を平面視で見たときに、キャビン１０内のオペレータの左方及び右方に対応する。

【0015】

下部走行体１（走行体の一例）は、例えば、左右一対のクローラを含み、それぞれのクローラが走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ（図２参照）で油圧駆動されることにより、ショベル５００を走行させる。

【0016】

上部旋回体３（旋回体の一例）は、旋回油圧モータ２１（図２参照）で駆動されることにより、下部走行体１に対して旋回する。

【0017】

ブーム４は、上部旋回体３の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム４の先端には、アーム５が上下回動可能に枢着され、アーム５の先端には、バケット６が上下回動可能に枢着される。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。

【0018】

キャビン１０は、オペレータが搭乗する操縦室であり、上部旋回体３の前部左側に搭載される。キャビン１０には、その内外を区画する透明な窓が設けられ、その少なくとも一部は、開閉可能とされる。また、キャビン１０の操縦席には、オペレータを操縦席に保持するシートベルトが設けられる。

【0019】

［ショベルの構成］
次に、図１に加えて、図２を参照して、ショベル５００の具体的な構成について説明する。

【0020】

図２は、本実施形態に係るショベル５００の構成の一例を示すブロック図である。

【0021】

尚、図中、機械的動力ラインは二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御ラインは細い実線でそれぞれ示される。

【0022】

本実施形態に係るショベル５００の油圧アクチュエータを油圧駆動する油圧駆動系は、エンジン１１と、メインポンプ１４と、コントロールバルブ１７を含む。また、本実施形態に係るショベル５００の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ、旋回油圧モータ２１、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９等の油圧アクチュエータを含む。

【0023】

エンジン１１は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体３の後部に搭載される。具体的には、エンジン１１は、後述するエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ：Engine Control Module）７５による制御の下、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。

【0024】

メインポンプ１４は、例えば、エンジン１１と同様、上部旋回体３の後部に搭載され、高圧油圧ライン１６を通じてコントロールバルブ１７に作動油を供給する。メインポンプ１４は、上述の如く、エンジン１１により駆動される。メインポンプ１４は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、後述するコントローラ３０による制御の下、レギュレータ（不図示）が斜板の角度（傾転角）を制御することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量（吐出圧）を制御することができる。

【0025】

コントロールバルブ１７は、例えば、上部旋回体３の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置２６に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、上述の如く、高圧油圧ライン１６を介してメインポンプ１４と接続され、メインポンプ１４から供給される作動油を、操作装置２６の操作状態に応じて、油圧アクチュエータである走行油圧モータ１Ａ（右用），１Ｂ（左用）、旋回油圧モータ２１、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の油圧制御弁（方向切換弁）を含むバルブユニットである。

【0026】

本実施形態に係るショベル５００の操作系は、パイロットポンプ１５と、操作装置２６を含む。

【0027】

パイロットポンプ１５は、例えば、上部旋回体３の後部に搭載され、パイロットライン２５を介して操作装置２６にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ１５は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、エンジン１１により駆動される。

【0028】

操作装置２６は、レバー２６Ａ，２６Ｂと、ペダル２６Ｃを含む。操作装置２６は、キャビン１０の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種動作要素（下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、バケット６等）の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置２６は、それぞれの動作要素を駆動する油圧アクチュエータ（即ち、走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ、旋回油圧モータ２１、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等）の操作を行うための操作入力手段である。操作装置２６（即ち、レバー２６Ａ，２６Ｂ、及びペダル２６Ｃ）は、油圧ライン２７を介して、コントロールバルブ１７にそれぞれ接続される。これにより、コントロールバルブ１７には、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じたパイロット信号（パイロット圧）が入力される。そのため、コントロールバルブ１７は、操作装置２６における操作状態に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動することができる。また、操作装置２６は、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９に接続される。

【0029】

本実施形態に係るショベル５００の制御系は、コントローラ３０と、圧力センサ２９と、ＥＣＭ７５と、エンジン回転数センサ１１ａと、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）４０，４２，４４を含む。

【0030】

コントローラ３０は、ショベル５００の駆動制御を行う電子制御ユニットである。コントローラ３０は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。例えば、コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、補助記憶装置、Ｉ／Ｏ（Input-Output interface）等を含むマイクロコンピュータで構成され、ＲＯＭや補助記憶装置に格納される各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種機能が実現される。

【0031】

例えば、コントローラ３０は、オペレータ等の所定操作により予め設定される作業モード等に基づき、目標回転数を設定し、ＥＣＭ７５を介して、エンジン１１を一定回転させる駆動制御を行う。

【0032】

また、例えば、コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される、操作装置２６における各種動作要素（即ち、各種油圧アクチュエータ）の操作状態に対応するパイロット圧の検出値等に基づき、コントロールバルブ１７を含む油圧アクチュエータを駆動する油圧回路の制御を行う。

【0033】

また、例えば、コントローラ３０（測定部の一例）は、ＩＭＵ４０，４２，４４の出力に基づき、アタッチメントの姿勢を計測（算出）する。具体的には、コントローラ３０は、ブーム４、アーム５、及び、バケット６のそれぞれの姿勢角度、より具体的には、ブーム４の上部旋回体３を基準とする上下方向の俯仰角（以下、「ブーム角度」と称する）、アーム５のブーム４を基準とする上下方向の俯仰角（以下、「アーム角度」と称する）、及び、バケット６のアーム５を基準とする上下方向の俯仰角（以下、「バケット角度」と称する）を算出する。

【0034】

また、例えば、コントローラ３０は、算出されたアタッチメントの姿勢（具体的には、ブーム４、アーム５、及び、バケット６の姿勢角度）に基づき、各種制御を実行する。具体的には、コントローラ３０は、算出したアタッチメントの姿勢からショベル５００の姿勢安定度を把握し、姿勢安定度が相対的に低くなると、ショベル５００の動作を制限してよい。また、コントローラ３０は、算出されたアタッチメントの姿勢に基づき、アタッチメントの動作を予め規定された動作パターンに追従させるように、コントロールバルブ１７の動作を制御し、ショベル５００の自動制御を行ってもよい。また、コントローラ３０は、算出されたアタッチメントの姿勢状態を、キャビン１０内に設けられるディスプレイ（不図示）にＣＧ画像等により表示させ、オペレータに現在の姿勢状態を把握させてもよい。

【0035】

尚、コントローラ３０の機能の一部は、他のコントローラにより実現されてもよい。即ち、コントローラ３０の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。

【0036】

圧力センサ２９は、上述の如く、油圧ライン２８を介して操作装置２６と接続され、操作装置２６の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置２６におけるそれぞれの動作要素（油圧アクチュエータ）の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。圧力センサ２９は、一対一の通信線やＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載ネットワークを通じてコントローラ３０と通信可能に接続され、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に対応するパイロット圧の検出信号は、コントローラ３０に入力される。

【0037】

ＥＣＭ７５は、コントローラ３０から制御指令に基づき、エンジン１１を駆動制御する。例えば、ＥＣＭ７５は、エンジン回転数センサ１１ａから入力される検出信号に対応するエンジン１１の回転数（回転速度）の測定値に基づき、コントローラ３０からの制御指令に対応する目標回転数でエンジン１１が一定回転するように、エンジン１１のトルク指令を生成する。そして、ＥＣＭ７５は、生成したトルク指令に応じたトルクがエンジン１１に発生するような駆動指令を、エンジン１１の燃料噴射装置等の各種アクチュエータに出力する。

【0038】

尚、ＥＣＭ７５の機能は、コントローラ３０に内蔵されてもよい。

【0039】

エンジン回転数センサ１１ａは、エンジン１１の回転数を検出する既知の検出手段である。エンジン回転数センサ１１ａは、一対一の通信線やＣＡＮ等の車載ネットワークを通じてＥＣＭ７５と通信可能に接続され、エンジン１１の回転数に対応する検出信号は、ＥＣＭ７５に取り込まれる。

【0040】

ＩＭＵ４０，４２，４４（第１の慣性センサ、慣性センサの一例）は、それぞれ、慣性測定原理に基づき、ブーム４、アーム５、及び、バケット６の三次元の加速度及び角速度を検出し、外部に出力する。ＩＭＵ４０，４２，４４は、それぞれ、自己に固定されたローカル直交座標系（以下、単に「ローカル座標系」と称する）の三軸方向（つまり、ｘ軸方向、ｙ軸方向、及び、ｚ軸方向）の加速度を検出する加速度センサ４０ａｓ，４２ａｓ，４４ａｓを含む。また、ＩＭＵ４０，４２，４４は、それぞれ、ローカル座標系の三軸回りの角速度を検出する角速度センサ４０ｇｓ，４２ｇｓ，４４ｇｓを含む。加速度センサ４０ａｓ，４２ａｓ，４４ａｓ及び角速度センサ４０ｇｓ，４２ｇｓ，４４ｇｓは、例えば、シリコンや水晶を材料とするＭＥＭＳ（Micro-Electro Mechanical Systems）素子を中心に構成される。ＩＭＵ４０，４２，４４は、それぞれ、加速度センサ４０ａｓ，４２ａｓ，４４ａｓと角速度センサ４０ｇｓ，４２ｇｓ，４４ｇｓの出力信号をそのまま外部に出力してもよいし、これらの出力に対する軸間補正、温度補正、感度補正等の各種補正が加えられた信号を外部に出力してもよい。以下、後述するＩＭＵ４６（図７参照）についても同様である。ＩＭＵ４０，４２，４４の出力信号は、コントローラ３０に取り込まれる。

【0041】

［ＩＭＵの配置］
次に、図１に加えて、図３、図４、及び、図５（図５Ａ～５Ｄ）を参照して、ＩＭＵ４０，４２，４４の配置（取り付け位置）について説明する。

【0042】

図３は、ＩＭＵ４２の取り付け位置の一例を示す図である。図４は、ＩＭＵ４２とアーム５の回動動作の中心である回転軸５ａとの配置関係を説明する図であり、具体的には、ＩＭＵ４２のローカル座標系と、アーム５の回転軸５ａとの配置関係を示す図である。図５は、ＩＭＵ４０，４２，４４の取り付け構造を説明する図である。具体的には、図５Ａは、ＩＭＵ４２の取り付け構造の一例を示す断面図であり、図５Ｂは、ＩＭＵ４４の取り付け構造の一例を示す断面図であり、図５Ｃ及び図５Ｄは、それぞれ、ＩＭＵ４２の取付用のブラケット４２Ｂの構造の一例及び他の例を示す断面図である。

【0043】

尚、ＩＭＵ４２とアーム５の回転軸５ａとの位置関係を明示するため、図４において、ＩＭＵ４２は、アタッチメントにおける実際の取り付け位置から回転軸５ａに沿う方向に離間された状態が示されている。

【0044】

ブーム４、アーム５、及び、バケット６の加速度及び角速度を検出するＩＭＵ４０，４２，４４は、それぞれ、ブーム４、アーム５、及び、バケット６の回動（俯仰）動作の中心軸である回転軸４ａ，５ａ，６ａの近傍に配置される。例えば、ＩＭＵ４０，４２，４４は、それぞれ、図１及び図３に示すように、側面視で（具体的には、アタッチメントの動作面に鉛直な側方から見て）、回転軸４ａ，５ａ，６ａと重なるように配置される。

【0045】

これにより、ブーム４の回転軸４ａを中心とする回動動作時に、ＩＭＵ４０に発生するブーム４の回動動作に起因する動加速度を、略ゼロに近づくように抑制することができる。また、アーム５の回転軸５ａを中心とする回動動作時に、ＩＭＵ４２に発生するアーム５の回動動作に起因する動加速度を、略ゼロに近づくように抑制することができる。また、バケット６の回転軸６ａを中心とする回動動作時に、ＩＭＵ４４に発生するバケット６の回動動作に起因する動加速度を、略ゼロに近づくように抑制することができる。

【0046】

具体的には、図４に示すように、ＩＭＵ４２は、ローカル座標系の原点Ｏが回転軸５ａ上に位置するように、より具体的には、ローカル座標系の一軸（本例の場合、ｙ軸）が回転軸５ａと一致するように配置される。同様に、ＩＭＵ４０及びＩＭＵ４４についても、それぞれ、ローカル座標系の原点が回転軸４ａ及び回転軸６ａ上に位置するように、より具体的には、ローカル座標系の一軸（ｙ軸）が回転軸４ａ及び回転軸６ａと一致するように配置される。

【0047】

これにより、ブーム４の回転軸４ａを中心とする回動動作時に、ＩＭＵ４０には、ブーム４の回動動作に起因する動加速度が発生しないようにすることができる。また、アーム５の回転軸５ａを中心とする回動動作時に、ＩＭＵ４２には、アーム５の回動動作に起因する動加速度が発生しないようにすることができる。また、バケット６の回転軸６ａを中心とする回動動作時に、ＩＭＵ４４には、バケット６の回動動作に起因する動加速度が発生しないようにすることができる。

【0048】

図５Ａに示すように、ＩＭＵ４０，４２，４４は、それぞれ、回転軸４ａ，５ａ，６ａを構成する部品、つまり、ブーム４、アーム５、バケット６と一体的に回転するブームピン４ｐ、アームピン５ｐ、バケットピン６ｐの一端に、直接、或いは、間接的に取り付けられてよい。本例では、ＩＭＵ４２は、アームピン５ｐに対して、取付用のブラケット４２Ｂを介して、間接的に取り付けられる。

【0049】

ブラケット４２Ｂは、ＩＭＵ４２の取付用の平面である座面４２Ｂａと、座面４２Ｂａから下方に延出し、アームピン５ｐの一端に取り付けられる脚部４２Ｂｂを含む。図５Ａに示すように、ブラケット４２Ｂは、アーム５の回転軸５ａを跨ぐように、アームピン５ｐに取り付けられる。ＩＭＵ４０及びＩＭＵ４４についても、同様の構造のブラケットによって、それぞれ、ブームピン４ｐ及びバケットピン６ｐの一端に取り付けられてよい。

【0050】

また、図５Ｂに示すように、ＩＭＵ４０，４２，４４は、それぞれ、加速度及び角速度の検出対象であるブーム４、アーム５、及び、バケット６の回転軸４ａ，５ａ，６ａに隣接する部分に取り付けられてもよい。本例では、ＩＭＵ４４は、取付用のブラケット４４Ｂを介してバケット６に取り付けられる。

【0051】

ブラケット４４Ｂは、ＩＭＵ４４の取付用の平面である座面４４Ｂａと、座面４４Ｂａから下方に延出し、バケット６のバケットピン６ｐに隣接する部分に取り付けられる脚部４４Ｂｂを含む。図５Ｂに示すように、ブラケット４４Ｂは、バケットピン６ｐを跨ぐように、バケット６に取り付けられる。これにより、座面４４Ｂａは、側面視で、回転軸６ａと重なるため、ＩＭＵ４４を、側面視で、バケットピン６ｐ（回転軸６ａ）と重なるように配置することができる。ＩＭＵ４０及びＩＭＵ４２についても、同様の構造のブラケットによって、それぞれ、ブーム４及びアーム５に取り付けられてよい。

【0052】

このとき、ＩＭＵ４０，４２，４４を取付対象（例えば、上述したブームピン４ｐ、アームピン５ｐ、バケットピン６ｐの一端や、ブーム４、アーム５、バケット６におけるブームピン４ｐ、アームピン５ｐ、バケットピン６ｐに隣接する部分）に取り付けるブラケット（ブラケット４２Ｂ，４４Ｂ等）の構造は任意である。

【0053】

例えば、ＩＭＵ４２の取付用のブラケット４２Ｂは、図５Ｃに示すように、平板状で矩形の座面４２Ｂａと、座面４２Ｂａの各角部のそれぞれから下方に延出される柱状の脚部４２Ｂｂとを有する態様であってよい。この場合、座面４２Ｂａと脚部４２Ｂｂとが、例えば、溶接等により連結されることにより、ブラケット４２Ｂが形成される。また、例えば、ＩＭＵ４２の取付用のブラケット４２Ｂは、図５Ｄに示すように、平板状で矩形の座面４２Ｂａと、座面４２Ｂａの四辺のそれぞれから下方に延出し、下端部に固定用のフランジ面を有する平板状の脚部４２Ｂｂとを有する態様であってもよい。つまり、ブラケット４２Ｂは、取付対象に取り付けられる一端面が開放される略箱形状であってもよい。この場合、ブラケット４２Ｂは、例えば、略十字形状に打ち抜き加工された平板に対して、折り曲げ加工やプレス加工等が施されることより、座面４２Ｂａ及び脚部４２Ｂｂが一体的に形成されてよい。また、ブラケット４２Ｂの脚部４２Ｂｂは、座面４２Ｂａの四辺のうちの対向する二辺からだけ下方に延出される態様であってもよい。つまり、ブラケット４２Ｂの側面は、開放されていてもよい。ＩＭＵ４０やＩＭＵ４４の取付用のブラケットについても、同様の構造が採用されうる。

【0054】

ＩＭＵ４０，４２，４４を取付対象に取り付けるブラケット（ブラケット４２Ｂ，４４Ｂ等）は、例えば、その脚部が溶接やボルト締結により、取付対象（例えば、上述したブームピン４ｐ、アームピン５ｐ、バケットピン６ｐの一端や、ブーム４、アーム５、バケット６におけるブームピン４ｐ、アームピン５ｐ、バケットピン６ｐに隣接する部分）に取り付けられる。

【0055】

［作用］
次に、上述したＩＭＵ４０，４２，４４の配置による作用を説明する。

【0056】

コントローラ３０は、上述の如く、ＩＭＵ４０，４２，４４の出力信号に基づき、アタッチメントの姿勢に相当するブーム角度θ１、アーム角度θ２、及び、バケット角度θ３を算出する。

【0057】

例えば、コントローラ３０は、ＩＭＵ４２から出力される三軸方向の加速度の検出値からアーム角度θ２を算出する。このとき、ＩＭＵ４２から出力される三軸方向の加速度の検出値には、静加速度（つまり、重力加速度）だけでなく、下部走行体１の移動、上部旋回体３の旋回、ブーム４の回動、及び、アーム５の回動により生じる動加速度が含まれうる。そのため、コントローラ３０は、動加速度の影響を排除するために、ＩＭＵ４２から出力された三軸方向の加速度の検出値に対する各種補正を行ったり、三軸方向の角速度の積分値を補完的に利用したり等の既知の方法を適用することにより、アーム角度θ２を算出する必要がある。

【0058】

ここで、次の式（１）は、下部走行体１の移動や上部旋回体３の旋回がない前提で、ＩＭＵ４２に生じる動加速度Ａｃｃを表している。

【0059】

【数1】

【0060】

尚、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ、ブーム４及びアーム５の回動動作に伴う動加速度項を表し、カッコ内は、その引数（変数）を表している。また、Ｌ１は、ブーム４のリンク長、つまり、回転軸４ａと回転軸５ａとの間の距離を表し、Ｐ２は、アーム５の回転軸５ａとＩＭＵ４２の取付位置との間の距離（具体的には、側面視の距離）を表している。

【0061】

上述の如く、ＩＭＵ４２は、回転軸５ａの近傍に、具体的には、回転軸５ａとそのローカル座標系のｙ軸が一致する態様で配置される。つまり、"Ｐ２＝０"とみなすことができるため、上述したＩＭＵ４２の配置を採用することで、ＩＭＵ４２の加速度の出力信号に、アーム５の回動動作に伴う動加速度の影響が含まれないにすることができる。よって、コントローラ３０は、アーム角度θ２を算出する際に、アーム５の回動動作に伴う動加速度を考慮する必要がないため、算出処理負荷を低減することができると共に、補正や補完等により生じる誤差を低減し、測定精度を向上させることができる。

【0062】

また、ＩＭＵ４０は、回転軸４ａの近傍に、具体的には、回転軸４ａとそのローカル座標系のｙ軸が一致する態様で配置される。そのため、ＩＭＵ４２の場合と同様、ＩＭＵ４０の加速度の出力信号に、ブーム４の回動動作に伴う動加速度の影響が含まれないようにすることができる。よって、コントローラ３０は、ブーム角度θ１を算出する際に、ブーム４の回動動作に伴う動加速度を考慮する必要がないため、算出処理負荷を低減することができると共に、補正や補完等により生じる誤差を低減し、測定精度を向上させることができる。

【0063】

また、ＩＭＵ４４は、回転軸６ａの近傍に、具体的には、回転軸６ａとそのローカル座標系のｙ軸が一致する態様で配置される。そのため、ＩＭＵ４２の場合と同様、ＩＭＵ４４の加速度の出力信号に、バケット６の回動動作に伴う動加速度の影響が含まれないようにすることができる。よって、コントローラ３０は、バケット角度θ３を算出する際に、バケット６の回動動作に伴う動加速度を考慮する必要がないため、算出処理負荷を低減することができると共に、補正や補完等により生じる誤差を低減し、測定精度を向上させることができる。

【0064】

このように、本実施形態では、ＩＭＵ４０，４２，４４は、アタッチメントの動作時における動加速度が作用しにくいように、アタッチメントに取り付けられる。具体的には、ＩＭＵ４０，４２，４４は、それぞれ、ブーム４、アーム５、及び、バケット６の回転軸４ａ，５ａ，６ａの近傍に設けられる。

【0065】

これにより、より精度良くアタッチメントの姿勢を測定することができる。

【0066】

尚、本実施形態では、コントローラ３０は、ブーム４、アーム５、及び、バケット６の全ての姿勢角度（ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及び、バケット角度θ３）を測定するが、その要否に応じて、これらの少なくとも一つを測定する態様であればよい。この場合、慣性センサ（ＩＭＵ４０，４２，４４）のうちの測定される姿勢角度に対応する慣性センサだけがアタッチメントに取り付けられていればよい。

【0067】

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【0068】

例えば、上述した実施形態では、ＩＭＵ４０，４２，４４は、それぞれ、加速度及び角速度の検出対象であるブーム４、アーム５、バケット６の回転軸４ａ，５ａ，６ａの近傍に設けられるが、当該態様には限定されない。

【0069】

例えば、図６は、ＩＭＵ４４の取り付け位置の他の例を示す図である。

【0070】

本例では、バケット６の姿勢角を測定するためのＩＭＵ４４は、アーム５とバケット６との間に設けられるバケットリンク６Ｌのアーム５側の回転軸６Ｌａ１の近傍、具体的には、側面視で、回転軸６Ｌａ１と重なるように配置される。また、ＩＭＵ４４は、バケットリンク６Ｌのバケット６側の回転軸６Ｌａ２の近傍、具体的には、側面視で、回転軸６Ｌａ２と重なるように配置されてもよい。バケットリンク６Ｌの動作によりバケット６の姿勢角（バケット角度）が決定されるからである。このとき、ＩＭＵ４４は、バケットリンク６Ｌに直接取り付けられてもよいし、図５Ａ～図５Ｄに示すようなブラケット及び取り付け構造によりバケットリンク６Ｌに取り付けられてもよい。

【0071】

つまり、アタッチメントの各リンク（ブーム４、アーム５、バケット６）の姿勢角を測定するためのＩＭＵは、加速度及び角速度の検出対象であるリンクの動作を規定する動作軸（回転軸４ａ，５ａ，６ａ、回転軸６Ｌａ１，６Ｌａ２等）の近傍に設けられるとよい。これにより、上述の如く、加速度及び角速度の検出対象であるリンクの動作時にＩＭＵに発生する動加速度を抑制することができるため、姿勢角を測定するための処理負荷を軽減したり、測定精度を向上させたりすることができる。

【0072】

また、上述した実施形態及び変形例では、アタッチメントの姿勢（姿勢角）を測定するためのＩＭＵ４０，４２，４４が設けられるが、これらに代えて、或いは、加えて、上部旋回体３の姿勢（姿勢角）を測定するためのＩＭＵ４６（第２の慣性センサの一例）が設けられてもよい。このとき、ＩＭＵ４６は、ＩＭＵ４０，４２，４４と同様、加速度センサと角速度センサを含んでよい。

【0073】

例えば、図７は、ショベル５００の構成の他の例を示す平面図である。

【0074】

図７に示すように、ＩＭＵ４６は、ショベル５００（上部旋回体３）を平面視で見て、上部旋回体３の旋回軸３ａの近傍に設けられる。

【0075】

具体的には、ＩＭＵ４６は、ショベル５００を平面視で見て、下部走行体１と上部旋回体３とを旋回可能に連結する旋回機構２（スイングサークル）に含まれるように（つまり、旋回軸３ａを中心とするスイングサークルの外径に相当する円よりも内部の領域に含まれるように）配置される。換言すれば、ＩＭＵ４６は、ショベル５００を平面視で見て、スイングサークルに含まれる部品（の部分）に取り付けられる。

【0076】

例えば、ＩＭＵ４６は、図７に示すように、上部旋回体３の底部を構成する旋回フレーム３ｂの旋回軸３ａに相当する部分に設けられるスイベルジョイント３ｃに取り付けられる。この場合、ＩＭＵ４６は、スイベルジョイント３ｃの構成部位のうち、下部走行体１に取り付けられる外筒部に対して回転可能に内挿され、上部旋回体３に固定される内筒部に取り付けられてよい。また、ＩＭＵ４６は、ブーム４の付け根の部分に取り付けられてもよい。また、ＩＭＵ４６は、上部旋回体３におけるブーム４の取付位置の近傍の旋回フレーム３ｂ上に取り付けられてもよい。

【0077】

これにより、上部旋回体３の旋回時にＩＭＵ４６に発生する動加速度（つまり、遠心加速度）を低減することができる。そのため、コントローラ３０は、上述したＩＭＵ４０，４２，４４の場合と同様、ＩＭＵ４６の出力信号に基づき、上部旋回体３の姿勢角（旋回角度や傾斜角度）を測定するための処理負荷を軽減したり、測定精度を向上させたりすることができる。

【0078】

また、上述した実施形態及び変形例では、ショベル５００は、アタッチメントや上部旋回体３の姿勢を測定するための慣性センサとして、ＩＭＵ４０，４２，４４，４６を搭載するが、当該態様には限定されない。具体的には、アタッチメントや上部旋回体３の姿勢を測定するための慣性センサとして、ショベル５００には、単純に三次元の加速度センサ及び角速度センサを組み合わせた、いわゆる、６軸センサが搭載されてもよいし、単純な三次元の加速度センサが搭載されてもよい。

【0079】

また、上述した実施形態及び変形例では、ショベル５００は、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の各種動作要素を全て油圧駆動する構成であったが、その一部が電気駆動される構成であってもよい。つまり、上述した実施形態で開示される構成等は、適宜、ハイブリッドショベルや電動ショベル等に適用されてもよい。

【符号の説明】

【0080】

１ 下部走行体
１Ａ 走行油圧モータ
１Ｂ 走行油圧モータ
２ 旋回機構（スイングサークル）
３ 上部旋回体（旋回体）
３ａ 旋回軸
３ｂ 旋回フレーム
３ｃ スイベルジョイント
４ ブーム
４ａ 回転軸
４ｐ ブームピン
５ アーム
５ａ 回転軸
５ｐ アームピン
６ バケット
６ａ 回転軸
６Ｌ バケットリンク
６Ｌａ１ 回転軸
６Ｌａ２ 回転軸
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１１ａ エンジン回転数センサ
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
２１ 旋回油圧モータ
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ レバー
２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
４０，４２，４４ ＩＭＵ（第１の慣性センサ、慣性センサ）
４０ａｓ，４２ａｓ，４４ａｓ 加速度センサ
４０ｇｓ，４２ｇｓ，４４ｇｓ 角速度センサ
４２Ｂ，４４Ｂ ブラケット
４２Ｂａ，４４Ｂａ 座面
４２Ｂｂ，４４Ｂｂ 脚部
４６ ＩＭＵ（第２の慣性センサ）
７５ エンジンコントロールモジュール
５００ ショベル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7】