JP2019190074A - 作業機械 - Google Patents
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Abstract
Description
<掘削積込作業>
図1は本実施形態に係わる積込機械1(油圧ショベル)が、その作業の一例として運搬機械2(ダンプトラック)に対して掘削作業の伴う積込作業(掘削積込作業)を行っている様子を示している。空荷の運搬機械2が積込機械1の積込可能な範囲に停止した後、積込機械1による掘削作業と積込作業が繰り返し行われる。所定量の積込が終了した後に運搬機械2が発進し、次の空荷の運搬機械2が到着する。この一連の流れで掘削積込作業が実施される。
図2は本実施形態における積込機械1の外観を示す図である。積込機械1は、油圧モータ(図示せず)によって駆動される左右の履帯から構成される下部車体101と、下部車体101上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体102とを有し、その上部旋回体102の前部に運転室103が取り付けられている。また、上部旋回体102の前部には複数のフロント部材から成る多関節型の作業装置(フロント作業装置)100が上下揺動自在に取り付けられている。
作業装置100は,上部旋回体102に対して上下揺動自在に取り付けられたブーム110と、このブーム110の先端に上下揺動自在に取り付けられたアーム111と、このアーム111の先端に上下回動自在に取り付けられたバケット112と、上部旋回体102とブーム110とに連結され、ブーム110を上下方向に揺動させるブームシリンダ113と、ブーム110とアーム111とに連結され、アーム111を上下方向に揺動させるアームシリンダ114と、アーム111とバケット112とに連結され、バケット112を上下方向に回動させるバケットシリンダ115を有している。
図2の積込機械1が備える制御システムを図3に示す。ブームシリンダ113、アームシリンダ114、バケットシリンダ115、旋回モータ116は,エンジン(図示せず)によってメインポンプ104が作動油タンク105より吐出した作動油によって駆動される。各油圧アクチュエータ113−116へ供給される作動油の流量及び流通方向は,操作レバー140−143の操作方向及び操作量に応じてコントローラ155から出力される駆動信号によって動作するコントロール弁130i−130ivによって制御される。
ブームシリンダ113のボトム側油室113iへ圧油(作動油)が供給された場合にはブームシリンダ113が伸びて、ブーム110は上部旋回体102に対して上方向に揺動駆動され(すなわちブーム上げ動作がされ)、反対にロッド側油室113iiに供給された場合にはブームシリンダ113が縮んで、ブーム110は上部旋回体102に対して下方向に揺動駆動される(すなわちブーム下げ動作がされる)。アームシリンダ114のボトム側油室114iへ圧油が供給された場合にはアームシリンダ114が伸びて、アーム111はブーム110に対して下方向に揺動駆動され(すなわちアームクラウド動作がされ)、反対にロッド側油室114iiに供給された場合にはアームシリンダ114が縮んで、アーム111はブーム110に対して上方向に揺動駆動される(すなわちアームダンプ動作がされる)。バケットシリンダ115のボトム側油室115iへ圧油が供給された場合にはバケットシリンダ115が伸びて、バケット112はアーム111に対して下方向に回動駆動され(すなわちバケットクラウド動作がされ)、反対にロッド側油室115iiに供給された場合にはバケットシリンダ115が縮んで、バケット112はアーム111に対して上方向に回動駆動される(すなわちバケットダンプ動作がされる)。
コントローラ155の内部構成について図4に示す。コントローラ155は、積込機械1に搭載された油圧アクチュエータの制御を司るメインコントローラ150と、作業装置100によって運搬されるバケット112内の運搬対象物の荷重値である運搬荷重の計測及びこれに関連する処理を司る重量計測コントローラ151を備えている。各コントローラ150,151は個別のハードウェアで構成しても良いし、同一のハードウェアで構成しても良い。
重量計測コントローラ151による処理フローの全体について図5に示す。最初のステップ500では、重量計測コントローラ151において、前述した各入力信号の取得が行われる。ステップ501では、運搬荷重演算部400による運搬荷重の演算処理と、運搬荷重補正部401による補正運搬荷重の演算処理が行われる。ステップ502では、動作分類部402による作業装置(フロント作業装置)100の動作分類処理(フロント動作分類処理)が行われる。ステップ503では、補正値更新スイッチ171からの信号をトリガーとした補正値演算部404による補正値演算処理と、補正情報記憶部405による補正値と動作分類部402による動作分類結果の補正情報記憶部405への記憶処理が行われる。ステップ504では、補正有効度判定部406による補正有効度判定処理が行われる。ステップ505では、表示制御部407による表示モニタ信号170sの生成が行われる。なお、図5では各ステップ500−505は上から順番に実行されるように表記されているが、ステップ501で運搬荷重の演算が実施されなかった場合は一旦処理を終了して(すなわち後続の全ての処理をスキップして)次の制御周期まで待機しても良いし、また補正値更新スイッチ171が押下されずスイッチ信号171sが補正値演算部404に入力されない場合はステップ503の処理を省略しても良い。次に上記各ステップ501−505の詳細について説明する。
ステップ501の運搬荷重の演算・補正処理について図6及び図7を用いて詳述する。図6は、ステップ501のサブルーチンを示している。図7は、運搬荷重演算の演算アルゴリズムを説明するための模式図である。
ステップ502の動作分類部402による作業装置100の動作分類処理について、図8、図9を用いて詳述する。図8は、ステップ502のサブルーチンを示している。図9は、本実施形態における作業装置100の動作分類処理の概念を説明するための模式図である。運搬荷重演算部400は,作業装置100の動作を作業装置100の動作速度情報及び姿勢情報に基づいて分類するが、本実施形態では作業装置100の動作としてブーム上げ動作を9つに分類するものとし,分類に利用する作業装置100の動作速度情報としてブーム上げ角速度を、作業装置100の姿勢情報としてバケット水平距離(後述)を利用する。
ステップ503の補正値演算・記憶処理について、図10を用いて詳述する。図10は、ステップ503のサブルーチンを示している。
ステップ504の補正有効度判定処理について、図11、図12、図13を用いて詳述する。図11は、ステップ504のサブルーチンを示している。図12は、本実施形態における補正有効度判定の概念について説明するための模式図である。図13は、本実施形態における補正有効度判定の方法について示している。
ステップ505の表示制御について、図14を用いて詳述する。図14は、本実施形態における表示モニタ170の表示画面の外観を示している。
上記のように構成される積込機械1では,まず,オペレータはバケット112を空荷状態にして補正値更新スイッチ171を押下した後に,実際の掘削積込作業中に行われる運搬作業と同じ動作(例えば旋回ブーム上げ動作)を行う。これにより補正値演算部404による補正値ΔFの演算が行われ,演算された補正値ΔFがそのときのブーム上げ動作の動作分類とともに補正情報記憶部405に記憶される。この後、実際の掘削積込作業を行うと、その運搬作業中(すなわち、運搬対象物が詰め込まれたバケット112をダンプトラック2の荷台の上方まで移動する旋回ブーム上げ動作中)に,運搬荷重補正部401による補正運搬荷重Fの演算と、動作分類部402による運搬作業中のブーム上げ動作の動作分類が行われる。この動作分類は、補正有効度判定部406によって補正値ΔF演算時の動作分類と比較され、補正運搬荷重Fの計測時のブーム上げ動作と、補正値ΔFの演算時のブーム上げ動作との乖離度合いが補正有効度の判定結果としてオペレータに報知される。
本実施形態は、補正運搬荷重の演算に利用される補正値として複数の補正値が予め設定されており,その複数の補正値の中から,実際のブーム上げ動作に最も近い動作分類に関連付けられた補正値を1つ自動的に選択する点に特徴がある。また,表示モニタ170の画面上には補正値更新スイッチ171(図18参照)が複数個(本実施形態では3つ)配されており,それぞれ異なる補正値を設定することができるようになっている。なお、以下に記述する内容以外については、前述の実施形態1と同様とする。
重量計測コントローラ151の内部構成について図15に示す。図4との相違は、補正情報記憶部405に複数の補正値が記憶されている点と、新たに補正情報選択部420が設けられた点である。
重量計測コントローラ151の全体処理フローについて図16に示す。図5と異なりステップ502の処理がステップ501Aの処理と並列に実行されている(ただし,図5でもステップ502とステップ501を並列処理しても構わない。)。ステップ502は図8と同じ処理、ステップ503は図10と同じ処理、ステップ504は図11と同じ処理を行うものとする。
まずステップ505の表示制御について図18を用いて詳述する。図18は本実施形態における表示モニタ170の表示画面の外観を示している。図14との相違は、補正値更新スイッチ171が3種類付設されている点である。
次にステップ501Aの運搬荷重の演算・補正処理について図17に示す。図17は、ステップ501Aのサブルーチンを示している。図6との相違は、ステップ702の補正情報選択処理が新たに追加された点、ステップ702の追加に伴いステップ606の補正値取得処理が削除された点である。
ステップ702の補正情報選択処理については、図19、図20を用いて詳述する。図19は、ステップ702のサブルーチンを示している。図20は、本実施形態における補正情報選択の概念について説明するための模式図である。
上記のように構成される積込機械1では,まず,オペレータはバケット112を空荷状態にして3つの補正値更新スイッチ171a,171b,171cのいずれかを押下して旋回ブーム上げ動作を行う。これにより補正値ΔFの演算とフロント動作の動作分類が行われ、その補正値と動作分類を押下した補正値更新スイッチ171に対応づけて補正情報記憶部405に記憶される。そして残りの2つの補正値更新スイッチ171についても同様にブーム上げ動作を行って,各スイッチに補正値と動作分類を対応付ける。ただし、3つの補正値ΔFa,ΔFb,ΔFcを演算する際のブーム上げ動作は動作分類がそれぞれ異なるように角速度Vと水平距離Lを適宜調整することが好ましい。
本実施形態は,最新の運搬荷重演算時の作業装置100の動作分類(すなわち最新のブーム上げの動作分類)が過去の作業装置100の動作分類の時系列データにおいて最も多い動作分類と一致するとき、かつ、そのときのバケット112が空荷状態であるとみなせるとき(例えば運搬荷重補正部401により演算された補正運搬荷重がゼロ近傍の所定の閾値未満のとき)、運搬荷重補正部401が利用する補正値ΔFを、最新の運搬荷重に基づいて自動的に演算された新たな補正値(すなわち最新のブーム上げ動作時に演算された運搬荷重に基づいて補正値演算部404が自動的に演算した新たな補正値)で更新するか否かを表示モニタ170に表示し、補正値の更新にオペレータの同意が得られた場合には新たな補正値で補正値を更新する点に特徴がある。なお、以下に記述する内容以外については、前述の実施形態1と同様とする。
重量計測コントローラ151の内部構成について図21に示す。図4との相違は、新たに更新推奨判定部430が設けられた点である。
重量計測コントローラ151の全体処理フローについて図22に示す。図5との相違は、ステップ510の更新推奨判定処理が追加された点である。ステップ500,501,503,504は実施形態1と同じ処理を行うものとし,以下では残りのステップ502,510,505について説明する。
ステップ502の動作分類部402による作業装置100の動作分類処理の概略は、前述の図8、図9と同様であるが、本実施形態のステップ628(図8)の動作分類の記憶処理には次のような相違がある。
図22におけるステップ503の補正値演算部404による補正値演算・記憶処理について図27を用いて詳述する。図27は本実施形態のステップ503のサブルーチンを示している。この図の処理の概略は前述の図10と同様であるが,補正値更新スイッチ171が押下されたか否かを判定するステップ640がステップ645とステップ646の間に移動している点で異なる。このようにサブルーチン処理を構成すると補正値更新スイッチ171の押下の有無に関わらず新たな補正値ΔF’の演算とそれに対応する動作分類結果の取得が実行され,その後の補正値更新スイッチ171の押下をもってこれらの情報が補正情報記憶部405に記憶されることとなる。
図22におけるステップ510の更新推奨判定部430による更新推奨判定処理について、図24、図25を用いて詳述する。図24はステップ510のサブルーチンを示している。図25は、本実施形態の更新推奨判定部430が更新推奨判定を行うための、フロント動作最頻値演算の概念について説明するための模式図である。
本実施形態における表示モニタ170の外観を、図26に示す。図14との相違は、更新推奨ランプ310が新たに付設されている点である。
上記のように構成される積込機械1では,実施の掘削作業に先立ってまず,補正値ΔFと,その補正値ΔFに対応するブーム上げ動作の動作分類とを補正情報記憶部405に記憶する。
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。以下に変形例を示す。
Claims (6)
- 作業装置と,
前記作業装置を駆動するアクチュエータと,
前記作業装置によって運搬される運搬対象物の荷重値である運搬荷重を前記アクチュエータの動作中に前記作業装置の姿勢情報及び前記アクチュエータの負荷情報に基づいて演算する運搬荷重演算部、及び、前記運搬荷重を補正値で補正することで補正運搬荷重を演算する運搬荷重補正部を有する制御装置と,
前記運搬荷重補正部により演算された前記補正運搬荷重を表示する表示装置とを備える作業機械において,
前記制御装置は,
前記運搬荷重演算部により前記運搬荷重が演算されるときの前記作業装置の動作を前記作業装置の動作速度情報及び姿勢情報に基づいて分類する動作分類部と,
前記運搬荷重演算部により演算された前記運搬荷重に基づいて前記補正値を演算する補正値演算部と,
前記運搬荷重のうち前記補正値演算部が前記補正値の演算に利用した運搬荷重が演算されたときの前記動作分類部による前記作業装置の動作分類が前記補正値に関連付けて記憶されている補正情報記憶部と,
前記運搬荷重のうち前記運搬荷重補正部が前記補正運搬荷重の演算に利用した運搬荷重が演算されたときの前記動作分類部による前記作業装置の動作分類と前記補正情報記憶部に記憶された前記作業装置の動作分類との一致度合いに基づいて、前記補正値による前記運搬荷重の補正の有効度を判定する補正有効度判定部とを備え,
前記表示装置は、前記補正有効度判定部の判定結果を表示することを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において,
前記補正情報記憶部には,前記補正値として複数の補正値が記憶されており,さらに,前記運搬荷重のうち前記補正値演算部が前記複数の補正値の演算に利用した複数の運搬荷重が演算されたときの前記動作分類部による前記作業装置の複数の動作分類がそれぞれ前記複数の補正値に関連付けて記憶されており、
前記制御装置は,前記補正情報記憶部に記憶された前記作業装置の複数の動作分類の中から,前記運搬荷重のうち前記運搬荷重補正部が前記補正運搬荷重の演算に利用した運搬荷重が演算されたときの前記動作分類部による前記作業装置の動作分類に最も近いものを選択し,前記複数の補正値のうちその選択された前記作業装置の動作分類に関連付けて記憶された補正値を前記運搬荷重補正部で利用される補正値として選択する補正情報選択部をさらに備えることを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記補正値演算部は、前記運搬荷重のうち前記運搬荷重補正部が前記補正運搬荷重の演算に利用した運搬荷重に基づいて前記補正値を演算しており、
前記制御装置は、
前記動作分類部による前記作業装置の動作分類の時系列が記憶される動作分類記憶部と、
前記運搬荷重のうち前記運搬荷重補正部が前記補正運搬荷重の演算に利用した運搬荷重が演算されたときの前記動作分類部による前記作業装置の動作分類が前記動作分類記憶部に記憶された前記作業装置の動作分類の時系列のうち最も多い動作分類と一致するとき、かつ、前記補正運搬荷重が所定の閾値未満のとき、前記運搬荷重補正部が前記補正運搬荷重の演算に利用する前記補正値を、前記補正値演算部で演算された前記補正値で更新するか否かを前記表示装置に表示する更新推奨判定部とをさらに備えることを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において,
前記作業装置はブームとバケットを有し,
前記作業装置の動作速度情報は前記ブームの動作速度であり、前記作業装置の姿勢情報は前記作業機械の本体から前記バケットまでの距離であることを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において,
前記補正有効度判定部は,前記動作分類部によって分類された前記運搬荷重の演算時における前記作業装置の動作の分類と前記補正情報記憶部に記憶された前記作業装置の動作の分類との一致度合いが高いほど、前記補正値による前記運搬荷重の補正が有効であると判定することを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記作業装置はブームを有し、
前記アクチュエータは前記ブームを駆動するブームシリンダであり、
前記運搬荷重演算部により前記運搬荷重が演算されるときの前記作業装置の動作はブーム上げ動作であることを特徴とする作業機械。
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