JP6970581B2 - 作業機械、作業機械を含むシステムおよび作業機械の制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、作業機械、作業機械を含むシステムおよび作業機械の制御方法に関するものである。

バケット内の荷重値は、作業機械の仕事量を知るうえで重要である。バケット内の荷重値を演算する技術は、たとえば特開２０１０−８９６３３号公報（特許文献１）に開示されている。

この公報においては、荷の現在荷重値が、ブームフートピンを中心とするモーメントの平衡式から演算により取得される。この現在荷重値を積算することにより積算荷重値が演算される。この積算荷重値が目標荷重値に達するとき、その状態がオペレータに報知される。

特開２０１０−８９６３３号公報

上記モーメントの平衡式においては、実際の作業機がモデル化されているため、作業機の姿勢によって実際の作業機との間に誤差が生じる。

本開示の目的は、作業機の姿勢による誤差を低減できる作業機械、作業機械を含むシステムおよび作業機械の制御方法を提供することである。

本開示における作業機械は、作業機と、コントローラとを備えている。作業機は、ブームと、そのブームの先端に取り付けられたアームと、そのアームの先端に取り付けられたバケットと、を有している。コントローラは、バケット内の荷重値を取得する。コントローラは、作業機の基本姿勢でのバケット内の荷重値を基準値とし、作業機の基本姿勢とは異なる姿勢でのバケット内の荷重値を比較値として取得する。コントローラは、基準値と比較値とに基づき、作業機の姿勢に応じた補正データを予め生成する。コントローラは、作業機の現在の姿勢を検知し、補正データに基づき、作業機の現在の姿勢におけるバケット内の荷重値の補正量を算出する。コントローラは、その補正量を用いて作業機の現在の姿勢におけるバケット内の荷重値を補正することにより補正後の荷重値を取得する。

本開示におけるシステムは、作業機械を含み、その作業機械は作業機と、コントローラとを備えている。作業機は、ブームと、そのブームの先端に取り付けられたアームと、そのアームの先端に取り付けられたバケットと、を有している。コントローラは、バケット内の荷重値を取得する。コントローラは、作業機の基本姿勢でのバケット内の荷重値を基準値とし、作業機の基本姿勢とは異なる姿勢でのバケット内の荷重値を比較値として取得する。コントローラは、基準値と比較値とに基づき、作業機の姿勢に応じた補正データを予め生成する。コントローラは、作業機の現在の姿勢を検知し、補正データに基づき、作業機の現在の姿勢におけるバケット内の荷重値の補正量を算出する。コントローラは、その補正量を用いて作業機の現在の姿勢におけるバケット内の荷重値を補正することにより補正後の荷重値を取得する。

本開示における作業機械の制御方法は、ブームと、そのブームの先端に取り付けられたアームと、そのアームの先端に取り付けられたバケットと、を有する作業機を備える作業機械の制御方法である。本開示における作業機械の制御方法は、作業機の基本姿勢でのバケット内の荷重値を基準値とし、作業機の基本姿勢とは異なる姿勢でのバケット内の荷重値を比較値として取得して、基準値と比較値とに基づき、作業機の姿勢に応じた補正データを生成する。

本開示によれば、バケット内の荷重値が、作業機の姿勢に応じた補正データに基づく補正量を用いて補正されるため、作業機の姿勢による誤差を低減することができる。

本開示の一実施の形態における作業機械の構成を概略的に示す図である。 本開示の一実施の形態における作業機械の制御方法を示すフロー図（Ａ）、（Ｂ）である。 モーメントの釣り合いを説明するための作業機の模式図である。 図１に示す油圧ショベルにおいて作業機の姿勢に応じた補正データの作成を説明するための作業機械の図である。 作業機の姿勢に応じた補正データを示す図である。 バケット内の荷重値とバケット内における荷重値の補正量との関係を示す図である。 バケット交換前後の作業機の姿勢に応じた補正データを示す図である。 バケット交換前後のバケット内の荷重値とバケット内における荷重値の補正量との関係を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について図に基づいて説明する。
まず、本開示の一実施の形態における作業機械の構成について説明する。以下、本開示の思想を適用可能な作業機械の一例として油圧ショベルについて図１を用いて説明する。なお本開示は、油圧ショベル以外に、バケットを有する作業機械であれば適用可能である。

以下の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」とは、運転室２ａ内の運転席２ｂに着座したオペレータを基準とした方向である。

図１は、本開示の一実施の形態における作業機械の一例としての油圧ショベル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１０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とにより作業機械本体が構成されている。

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１０が自走する。

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。

エンジンルーム２ｃおよびカウンタウェイト２ｄの各々は、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。

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、油圧シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃなどを有している。ブーム３ａの基端部は、ブームフートピン５ａにより旋回体２に回転可能に連結されている。またアーム３ｂの基端部は、ブーム先端ピン５ｂによりブーム３ａの先端部に回転可能に連結されている。バケット３ｃは、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。

ブーム３ａは、ブームシリンダ４ａにより駆動可能である。この駆動により、ブーム３ａは、ブームフートピン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、ブーム先端ピン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３ｃは、バケットシリンダ４ｃにより駆動可能である。この駆動によりバケット３ｃは、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。

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。

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のそれぞれには、ストロークセンサ（検知部）７ａ、７ｂ、７ｃが取り付けられている。

ブームシリンダ４ａにおけるシリンダロッド４ａｂの変位量からブーム角Ａ１を算出することができる。またアームシリンダ４ｂにおけるシリンダロッドの変位量からアーム角Ａ２を算出することができる。またバケットシリンダ４ｃにおけるシリンダロッドの変位量からバケット角Ａ３を算出することができる。

ストロークセンサ７ａ、７ｂ、７ｃと、圧力センサ６ａ、６ｂとの各々は、コントローラ８の演算装置８ａに電気的に接続されている。これにより、上記のブームシリンダ４ａのヘッド圧およびボトム圧と、ブーム角Ａ１と、アーム角Ａ２と、バケット角Ａ３とが、コントローラ８内の演算装置８ａに送信可能である。

なお、ブーム角Ａ１と、アーム角Ａ２と、バケット角Ａ３とは、ストロークセンサ７ａ、７ｂ、７ｃから演算装置８ａに送られた電気信号により演算装置８ａにて算出されてもよい。

演算装置８ａは、姿勢検知部８ｃと、基準値取得部８ｄ１と、比較値取得部８ｄ２と、補正データ生成部８ｅと、補正量算出部８ｆと、補正後の荷重値取得部８ｇと、荷重補正テーブルに基づく補正部８ｈと、荷重値算出部８ｉとを有している。姿勢検知部８ｃは、基本姿勢検知部８ｃ１と、他の姿勢検知部８ｃ２と、現在の姿勢検知部８ｃ３とを有している。

コントローラ８は、演算装置８ａだけでなく、記憶部８ｂを有していてもよい。記憶部８ｂは、後述するバケットの荷重値に対する前記バケットの荷重値の補正量の大きさを示す関係データ（荷重補正テーブル）、作業機の姿勢に応じて変化する補正量を規定する関係データ（作業機の姿勢に応じた補正データ：姿勢補正テーブル）、作業機構成要素（ブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃなど）の重量、形状などを記憶していてもよい。また上記２つの関係データなどは、記憶部８ｂに当初から記憶されていてもよく、またオペレータの操作により作業機械１０の外部から記憶部８ｂに取り込まれてもよく、またコントローラ８の演算により取得された後に記憶部８ｂに記憶されてもよい。

このコントローラ８（演算装置８ａ）は、姿勢検知部８ｃにおいて、上記ブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３から作業機３の姿勢を演算により検知することができる。

具体的には、基本姿勢検知部８ｃ１において、上記ブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３から、後述する作業機３の基本姿勢を演算により検知することができる。また他の姿勢検知部８ｃ２において、上記ブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３から、後述する作業機３の他の姿勢を演算により検知することができる。また現在の姿勢検知部８ｃ３において、上記ブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３から作業機３の現在の姿勢を演算により検知することができる。

コントローラ８（演算装置８ａ）は、荷重値算出部８ｉにおいて、ブームシリンダ４ａの負荷に基づいてバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能を有している。具体的には、コントローラ８（演算装置８ａ）は、荷重値算出部８ｉにおいて、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃのモーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能を有している。

またコントローラ８（演算装置８ａ）は、基準値取得部８ｄ１において作業機３の基本姿勢でのバケット３ｃ内の荷重値を基準値として取得し、比較値取得部８ｄ２において作業機３の基本姿勢とは異なる姿勢でのバケット３ｃ内の荷重値を比較値としてそれぞれ取得することができる。コントローラ８（演算装置８ａ）は、補正データ生成部８ｅにおいて、上記基準値と上記比較値とに基づき、作業機３の姿勢に応じた補正データを予め生成することができる。コントローラ８（演算装置８ａ）は、補正量算出部８ｆにおいて、現在の姿勢検知部８ｃ３で検知された作業機３の現在の姿勢と、補正データ生成部８ｅで生成された補正データとに基づき、作業機３の現在の姿勢におけるバケット３ｃ内の荷重値の補正量を算出することができる。コントローラ８（演算装置８ａ）は、補正後の荷重値取得部８ｇにおいて、上記補正量を用いて作業機３の現在の姿勢におけるバケット３ｃ内の荷重値を補正することにより補正後の荷重値を取得することができる。

またコントローラ８（演算装置８ａ）は、空荷状態でのバケット３ｃの荷重値が変化したとき（バケット３ｃの交換時またはバケット３ｃへの土砂付着時）、作業機３の姿勢に応じた補正データを演算により生成する機能を有している。この機能は、空荷状態でのバケット３ｃの荷重値が変化したときに、基本姿勢検知部８ｃ１、他の姿勢検知部８ｃ２、基準値取得部８ｄ１、比較値取得部８ｄ２、補正データ生成部８ｅおよび荷重値算出部８ｉにより実行される。

またコントローラ８（演算装置８ａ）は、作業機３の姿勢に応じた補正データに基づく補正に加えて、荷重補正テーブルに基づく補正部８ｈにおいて、バケット３ｃ内の荷重値を、荷重補正テーブルに基づいて補正する機能を有している。この荷重補正テーブルは、バケット３ｃの荷重値に対するバケット３ｃの荷重値の補正量の大きさを示す関係データである。

コントローラ８は作業機械１０に搭載されていてもよい。またコントローラ８は作業機械１０以外のたとえば基地局などに設置されていてもよく、この場合、作業機械１０とコントローラ８とによりバケット３ｃ内の荷重値を算出するためのシステムが構成される。

次に、本実施の形態における作業機械において、バケット３ｃ内の荷重値を演算する方法について図２〜図６を用いて説明する。

図２（Ａ）は、本開示の一実施の形態における作業機械の制御方法を示すフロー図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における荷重値の補正（ステップＳ２）を詳細に示すフロー図である。

図２（Ａ）に示されるように、本実施の形態においては、まず静的釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗが検出される（ステップＳ１）。この後、バケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗが作業機３の姿勢に基づいて補正される（ステップＳ２）。この後、さらにバケット３ｃ内の荷重値の補正値ＷＰが、荷重補正テーブルに基づいて補正（荷重補正）されることが好ましい（ステップＳ３）。以下、これらの各ステップＳ１〜Ｓ３について説明する。

図３は、モーメントの釣り合いを説明するための作業機の模式図である。図３に示されるように、本実施の形態においては、まず静的釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗが検出される（ステップＳ１：図２（Ａ））。具体的には、ブームフートピン５ａ回りの各モーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗが検出される。ここで、ブームフートピン５ａ回りの各モーメントの釣り合いは以下の式（１）により表される。

Ｍboomcyl＝Ｍboom＋Ｍarm＋Ｍbucket＋Ｗ×Ｌ ・・・式（１）
式（１）において、Ｍboomcylは、ブームシリンダ４ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｍboomは、ブーム３ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｍarmは、アーム３ｂのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｍbucketは、バケット３ｃのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｗは、バケット３ｃ内の現在の荷重値である。Ｌは、ブームフートピン５ａからピン５ｃ（バケット３ｃがアーム３ｂに支持される部分）までの水平方向の距離である。

Ｍboomcylは、ブームシリンダ４ａの負荷（ヘッド圧およびボトム圧）から算出される。

Ｍboomは、ブーム３ａの重心Ｃ１およびブームフートピン５ａの間の距離ｒ１と、ブーム３ａの重量Ｍ１との積（ｒ１×Ｍ１）により算出される。ブーム３ａの重心Ｃ１の位置は、ブーム角Ａ１などから算出される。ブーム３ａの重量Ｍ１などは、記憶部８ｂに記憶されている。

Ｍarmは、アーム３ｂの重心Ｃ２およびブームフートピン５ａの間の距離ｒ２と、アーム３ｂの重量Ｍ２との積（ｒ２×Ｍ２）により算出される。アーム３ｂの重心Ｃ２の位置は、アーム角Ａ２などから算出される。アーム３ｂの重量Ｍ２などは、記憶部８ｂに記憶されている。

Ｍbucketは、バケット３ｃの重心Ｃ３およびブームフートピン５ａの間の距離ｒ３と、バケット３ｃの重量Ｍ３との積（ｒ３×Ｍ３）により算出される。バケットの重心Ｃ３の位置は、バケット角Ａ３などから算出される。バケット３ｃの重量Ｍ３などは、記憶部８ｂに記憶されている。

図１および図３に示されるように、バケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗの算出において、ストロークセンサ７ａ、７ｂ、７ｃの各々により各シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃの変位量が検出される。各シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃの変位量に基づいてコントローラ８などによりブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３が算出される。これらのブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３に基づいてコントローラ８などにより重心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の各位置が算出される。

重心Ｃ１とブーム３ａの重量Ｍ１との積から、ブーム３ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭboomが算出される。また重心Ｃ２の位置とアーム３ｂの重量Ｍ２との積から、アーム３ｂのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭarmが算出される。また重心Ｃ３の位置とバケット３ｃの重量Ｍ３との積から、バケット３ｃのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭbucketが算出される。

一方、圧力センサ６ａによりブームシリンダ４ａのヘッド圧が検出される。圧力センサ６ｂによりブームシリンダ４ａのボトム圧が検出される。このブームシリンダ４ａのヘッド圧とボトム圧とに基づいてブームシリンダ４ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭboomcylがコントローラ８などにより算出される。

また上記において算出されたブーム角Ａ１、アーム角Ａ２、ブーム３ａの長さ、およびアーム３ｂの長さに基づいて、ブームフートピン５ａからピン５ｃまでの水平方向の距離Ｌがコントローラ８などにより算出される。

上記により算出された各モーメントＭboomcyl、Ｍboom、Ｍarm、Ｍbucketおよび距離Ｌを上式（１）に代入することにより、バケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗがコントローラ８などにより算出される。

本発明者は、上記のようにして算出された荷重値Ｗが、作業機３の姿勢により変動することを見出した。この作業機３の姿勢により荷重値Ｗが変動する理由は、図３に示される上記計算モデルが実際の作業機３とは異なる想定を有していることに起因すると考えられる。

具体的には、図３に示される計算モデルには、図１に示される油圧シリンダ４ｂ、４ｃがモデル化されていない。

また図３に示される計算モデルは、荷重がアーム３ｂの先端（つまりピン５ｃ）の位置にあると想定している。一方、図１に示す実際の作業機械１０においては、バケット３ｃの内部に荷重がある。このため、その荷重の位置において、図３の計算モデルの想定と図１の実際の作業機３とは互いに異なる。

また図３に示される計算モデルは、バケット３ｃがアーム３ｂに対して最大巻き込み位置で固定された状態を想定している。一方、図１に示す実際の作業機械１０においては、ブーム３ａおよびアーム３ｂの動作にしたがってバケット３ｃもアーム３ｂに対して回転する。このため、アーム３ｂに対するバケット３ｃの回転位置においても、図３の計算モデルの想定と図１の実際の作業機３とは互いに異なる。

また図３に示される計算モデルにおいてはブームシリンダ４ａの摺動抵抗（シリンダ動作時の摩擦）が想定されていない。一方、図１に示す実際の作業機械１０においてはブームシリンダ４ａの摺動抵抗が発生する。このためブームシリンダ４ａの摺動抵抗の有無においても、図３の計算モデルの想定と図１の実際の作業機３とは互いに異なる。

上記のように図３の計算モデルが図１に示された実際の作業機３と異なる想定であることに基づく誤差Ｅ１が、算出されたバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗに含まれていると考えられる。

そこで次に、計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ１を荷重値Ｗから除去する補正が行われる。この補正は、作業機の姿勢に基づいてバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗを補正することにより行われる（ステップＳ２：図２（Ａ））。その補正について図２（Ｂ）、図４および図５を用いて説明する。

図４は、図１に示す油圧ショベルにおいて作業機の姿勢に応じた補正データ（姿勢補正テーブル）の作成を説明するための図である。図５は、作業機の姿勢に応じた補正データ（姿勢補正テーブル）を示す図である。

図４に示されるように、まず作業機３の複数の姿勢（たとえば３つの姿勢）が検知される。ここでアーム角θａはたとえば５０°、アーム角θｂはたとえば７０°、アーム角θｃはたとえば１１０°に設定される。またアーム角θｂは、アーム３ｂが地面に対してたとえば垂直方向（鉛直状態）に延びた状態とされる。このアーム角θｂとなる姿勢が、基本姿勢とされる。またアーム角θａおよびアーム角θｃの各々の姿勢は、アーム角θｂである基本姿勢とは異なる姿勢である。

上記より、まずは作業機３の基本姿勢（アーム角θｂの姿勢）が基本姿勢検知部８ｃ１（図１）により検知される（ステップＳ２１ａ、図２（Ｂ））。また基本姿勢とは異なる他の姿勢（アーム角θａ、θｃの姿勢）が他の姿勢検知部８ｃ２（図１）により検知される（ステップＳ２１ｂ、図２（Ｂ））。

次に、作業機３の複数（たとえば３つ）の姿勢において空荷状態のバケット３ｃの荷重値Ｗ０が測定される。具体的には、基本姿勢検知部８ｃ１（図１）で検知された基本姿勢（アーム角θｂの姿勢）と、荷重値算出部８ｉ（図１）で算出された空荷状態でのバケット３ｃの荷重値Ｗ０ｂとに基づいて、基準値取得部８ｄ１（図１）は、空荷状態でのバケット３ｃの荷重値Ｗ０ｂを基準値として取得する（ステップＳ２２ａ、図２（Ｂ））。また他の姿勢検知部８ｃ２（図１）で検知された他の姿勢（アーム角θａ、θｃの姿勢）と、荷重値算出部８ｉ（図１）で算出された空荷状態でのバケット３ｃの荷重値Ｗ０ａ、Ｗ０ｃとに基づいて、比較値取得部８ｄ２（図１）は、空荷状態でのバケット３ｃの荷重値Ｗ０ａ、Ｗ０ｃを比較値として取得する（ステップＳ２２ｂ、図２（Ｂ））。これらの荷重値Ｗ０ａ、Ｗ０ｂ、Ｗ０ｃの測定は、図３に示す上記計算モデルを用いて行われる。

この後、基準値と比較値とから作業機３の姿勢に応じた補正データが生成される（ステップＳ２３、図２（Ｂ））。補正データの生成は以下のように行われる。

補正データの生成において、図１に示される３つのアーム角θａ、θｂ、θｃは、それぞれ半径方向寸法Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃに換算される。半径方向寸法Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの各々は、作業機３のフックの位置から作業機械１０の旋回中心までの水平方向の距離である。なお半径方向寸法Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの各々は、作業機３のフックの位置からブームフートピン５ａまでの水平方向の距離とされてもよい。

また空荷状態のバケット３ｃの荷重値Ｗ０ａ、Ｗ０ｂ、Ｗ０ｃから補正量が求められる。この補正量として、荷重値Ｗ０ｂを基準としたときの荷重値Ｗ０ａの補正量ＡＡａと、荷重値Ｗ０ｂを基準としたときの荷重値Ｗ０ｃの補正量ＡＡｃとが求められる。

補正量ＡＡａは、荷重値Ｗ０ａから荷重値Ｗ０ｂを減ずることにより求められる（ＡＡａ＝Ｗ０ａ−Ｗ０ｂ）。また補正量ＡＡｃは、荷重値Ｗ０ｃから荷重値Ｗ０ｂを減ずることにより求められる（ＡＡｃ＝Ｗ０ｃ−Ｗ０ｂ）。

図５に示されるように、次に、横軸を半径方向寸法とし、縦軸を補正量としたグラフに、上記の結果（（横軸，縦軸）＝（Ｌａ，ＡＡａ）、（Ｌｂ，０）、（Ｌｃ，ＡＡｃ））がプロットされる。この後、上記グラフ上において、点（Ｌａ，ＡＡａ）と点（Ｌｂ，０）とが直線で結ばれ、かつ点（Ｌｃ，ＡＡｃ）と点（Ｌｂ，０）とが直線で結ばれる。このようにして、上記基準値（荷重値Ｗ０ｂ）と上記比較値（荷重値Ｗ０ａ、Ｗ０ｃ）とから、コントローラ８（演算装置８ａ）の補正データ生成部８ｅ（図１）により作業機３の姿勢に応じた補正データ（姿勢補正テーブル）が生成される（ステップＳ２３、図２（Ｂ））。この姿勢補正テーブルは、１次関数によって表される。このようにして作成された姿勢補正テーブルは、図１に示されるコントローラ８中の記憶部８ｂなどに記憶されてもよく、また他の記憶部に記憶されてもよい。

上記の姿勢補正テーブルが作成された後、図３に示す計算モデルを用いて算出されたバケット３ｃの現在の荷重値Ｗが、この姿勢補正テーブルに基づいて補正される。以下に、荷重値Ｗの補正について説明する。

具体的には、まず作業機３の現在の姿勢がコントローラ８（演算装置８ａ）の現在の姿勢検知部８ｃ３（図１）により検知される（ステップＳ２４、図２（Ｂ））。この作業機３の現在の姿勢は、上記ブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３からコントローラ８（演算装置８ａ）が演算することにより検知される。

上記作業機３の現在の姿勢における半径方向寸法が図５におけるＬｄであった場合、補正量は図５の姿勢補正テーブルからＡＡｄとなる。このようにしてバケット３ｃ内の荷重値の補正量ＡＡｄがコントローラ８（演算装置８ａ）の補正量算出部８ｆ（図１）により算出される（ステップＳ２５、図２（Ｂ））。

次に、上記作業機３の現在の姿勢におけるバケット３ｃの荷重値Ｗがコントローラ８（演算装置８ａ）の荷重値算出部８ｉにより算出される。この荷重値Ｗの算出は、図３に示す上記計算モデルを用いてコントローラ８（演算装置８ａ）の荷重値算出部８ｉにより行われる。

次に、上記補正量ＡＡｄと荷重値Ｗとに基づいて、作業機３の現在の姿勢におけるバケット３ｃ内の荷重値Ｗが、コントローラ８（演算装置８ａ）の補正後の荷重値取得部８ｇにより補正されることで補正後の荷重値ＷＰが取得される（ステップＳ２６、図２（Ｂ））。具体的には、バケット３ｃの現在の荷重値Ｗに補正量ＡＡｄが加えられることにより、補正後の荷重値ＷＰが得られる（ＷＰ＝Ｗ＋ＡＡｄ）。このようにバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗは、作業機３の姿勢に応じて変化する補正量に基づいて補正される。

実際には、作業機３が動作している間には作業機３の姿勢は刻々と変化している。このため所定時間ごとに、その時刻における荷重値Ｗと補正値ＡＡｄとが算出されて、補正後の荷重値ＷＰが演算される。

ここでブームシリンダ４ａにおける摺動抵抗は機体ごとにばらついている。このため、上記のようにして補正された荷重値ＷＰには、ブームシリンダ４ａの摺動抵抗による誤差Ｅ２が含まれているものと考えられる。本発明者は、バケット３ｃ内の荷重値が大きくなるほど補正量の絶対値が小さくなる関係データ（荷重補正テーブル）を用いることにより、ブームシリンダ４ａの摺動抵抗による誤差Ｅ２を適切に除去できることを見出した。

具体的には本発明者は、ブームシリンダ４ａの摺動抵抗による誤差Ｅ２の影響を調べるため、所定のアーム角において空荷状態で計測した際の荷重値の誤差と、所定の荷重をバケット３ｃに加えて計測した際の荷重値の誤差とを計測し、それら複数の荷重値の誤差を満たす関係を調べた。その結果、本発明者は、図６に示されるように、バケット３ｃ内の荷重値が大きくなるほど補正量の絶対値が小さくなる関係データ（荷重補正テーブル）を用いることで上記誤差を軽減できることを見出した。また本発明者は、その荷重補正テーブルにおける荷重値と誤差との関係が２次関数（ｙ＝αｘ²＋β）によって近似できることを見出した。

そこで次に、図６に示される荷重補正テーブルを用いることにより、補正後の荷重値ＷＰから、ブームシリンダ４ａの摺動抵抗に基づく誤差Ｅ２を除去する補正が行われる。この補正は、バケット３ｃ内の補正後の荷重値ＷＰを、バケット３ｃの荷重値に対するバケット３ｃの荷重値の補正量（誤差）の大きさを示す関係データに基づいて補正することにより行われる（ステップＳ３：図２（Ａ））。上記荷重補正テーブルを用いた補正は、図１に示されるコントローラ８（演算装置８ａ）の荷重補正テーブルに基づく補正部８ｈにより行われる。

この荷重補正テーブルにおける荷重値とは、上記作業機３の誤差Ｅ１が補正された後においては、補正後の荷重値ＷＰを意味する。

また荷重補正テーブルにおいて、上述のとおり、バケット３ｃ内の荷重値とバケット３ｃ内の荷重値の補正量の大きさとの関係はたとえば２次関数によって表される。この場合、荷重値の補正量の大きさの絶対値は、バケット３ｃ内の荷重値の増加により２次関数的に減少する。

この荷重補正テーブルを用いた補正においては、上記誤差Ｅ１の補正が行われた補正後の荷重値ＷＰから、荷重補正テーブルの関係に基づいて誤差が除去されることにより真の荷重値ＷＴが算出される。

具体的には、荷重補正テーブルにおける関数ｙ＝αｘ²＋βの曲線から、荷重値ＷＰにおける補正量ＡＣが求められる。この補正量ＡＣが荷重値ＷＰから減ぜられることにより真の荷重ＷＴが求められる（ＷＴ＝ＷＰ−ＡＣ）。このようにして本実施の形態においては、計算モデルと実機との相違に基づく誤差Ｅ１とブームシリンダ４ａの摺動抵抗に基づく誤差Ｅ２とが補正されて、真の荷重値ＷＴが求められる。

次に、バケット３ｃの交換によりまたはバケット３ｃへの土砂などの付着により空荷状態のバケット３ｃの荷重値が交換前のバケットの荷重値から変化した場合のバケット３ｃ内の荷重値の較正について説明する。

仮にバケット３ｃを交換した場合またはバケット３ｃに土砂などが付着した場合には、空荷状態でのバケット３ｃの荷重値が変化する。この場合、上記の補正を行うだけではバケット３ｃ内の荷重値を正確に算出できないおそれがある。このためバケット３ｃを交換した場合またはバケット３ｃに土砂などが付着した場合には、バケット３ｃ内の荷重値を較正することが望ましい。以下、その較正についてバケット３ｃを交換した場合を例に挙げて説明するが、バケット３ｃに土砂などが付着した場合についても同様である。

本実施の形態においては、バケット３ｃを交換した場合またはバケット３ｃに土砂などが付着した場合には、図５に示すような姿勢補正テーブルが交換後のバケット３ｃにて再度作成される。姿勢補正テーブルの作成においては、上記と同様、作業機３の複数（たとえば３つ）の姿勢において空荷状態のバケット３ｃの荷重値Ｗ０が測定される。

具体的には、アーム角θａ、θｂ、θｃの姿勢のそれぞれにおいて空荷状態のバケット３ｃの荷重値Ｗ０ａ１、Ｗ０ｂ１、Ｗ０ｃ１が測定される。３つのアーム角θａ、θｂ、θｃは、それぞれ半径方向寸法Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃに換算される。また空荷状態のバケット３ｃの荷重値Ｗ０ａ１、Ｗ０ｂ１、Ｗ０ｃ１から補正量が求められる。この補正量として、アーム角θｂの荷重値Ｗ０ｂ１を基準としたときのアーム角θａの荷重値Ｗ０ａ１の補正量ＡＢａと、アーム角θｂの荷重値Ｗ０ｂ１を基準としたときのアーム角θｃの荷重値Ｗ０ｃ１の補正量ＡＢｃとが求められる。

補正量ＡＢａは、アーム角θａの荷重値Ｗ０ａ１からアーム角θｂの荷重値Ｗ０ｂ１を減ずることにより求められる（ＡＢａ＝Ｗ０ａ１−Ｗ０ｂ１）。また補正量ＡＢｃは、アーム角θｃの荷重値Ｗ０ｃ１からアーム角θｂの荷重値Ｗ０ｂ１を減ずることにより求められる（ＡＢｃ＝Ｗ０ｃ１−Ｗ０ｂ１）。

図７に示されるように、次に、横軸を半径方向寸法とし、縦軸を補正量としたグラフに、上記の結果がプロットされる。この後、上記グラフ上において、半径方向寸法Ｌａでの補正量ＡＢａの点と半径方向寸法Ｌｂでの補正量０の点とが直線で結ばれ、かつ半径方向寸法Ｌｃでの補正量ＡＢｃの点と半径方向寸法Ｌｂでの補正量０の点とが直線で結ばれる。これによりバケット３ｃ交換後の作業機の姿勢に応じた補正データ（姿勢補正テーブル）が作成される。このようにして作成されたバケット３ｃ交換後の姿勢補正テーブルは、図１に示されるコントローラ８中の記憶部８ｂなどに記憶されてもよく、また他の記憶部に記憶されてもよい。

図７に示す姿勢補正テーブルが作成された後、この姿勢補正テーブルに基づいて、交換後のバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗ（図３に示す計算モデルを用いて算出された荷重値）が補正される。具体的には、荷重値Ｗが算出された時点での半径方向寸法が図７におけるＬｄであった場合、補正量は図７の姿勢補正テーブルからＡＢｄとなる。このため、交換後のバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗに補正量ＡＢｄが加えられることにより、補正後の荷重値ＷＰが得られる（ＷＰ＝Ｗ＋ＡＢｄ）。このようにバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗは、作業機３の姿勢に応じて変化する補正量に基づいて補正される。

実際には、作業機３が動作している間には作業機３の姿勢は刻々と変化している。このため所定時間ごとに、その時刻における荷重値Ｗと補正値ＡＢｄとが算出されて、補正後の荷重値ＷＰが演算される。

次に、バケット３ｃの交換後のブームシリンダ４ａにおける摺動抵抗に基づく誤差Ｅ２を補正後の荷重値ＷＰから除去する補正が行われる。この補正は、図５に示すのと同様、バケット３ｃ内の荷重値ＷＰを、バケット３ｃの荷重値に対するバケット３ｃの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正することにより行われる。

ただしバケット３ｃが交換されているため、交換後の空荷状態のバケット３ｃの荷重値は交換前の空荷状態のバケット３ｃの荷重値から変化している。このため図８に示されるように、荷重補正テーブルの２次曲線を、交換後の空荷状態のバケット３ｃの荷重値に対応した２次曲線に変更する必要がある。この場合、交換後の空荷状態のバケット３ｃの荷重値が交換前の空荷状態のバケット３ｃの荷重値に対して変化した分だけ、補正量も変更する必要がある。よって、交換後のバケット３ｃの上記２次関数の曲線を、交換前のバケット３ｃの２次関数の曲線に対してグラフ上において縦軸方向に平行移動する必要がある。

この変更後の荷重補正テーブルを用いた補正においては、上記誤差Ｅ１の補正が行われた補正後の荷重値ＷＰから、荷重補正テーブルの関係に基づいて荷重誤差Ｅ２が除去されることにより真の荷重値ＷＴが算出される。

具体的には、荷重補正テーブルにおける関数ｙ＝αｘ²＋γの曲線から、荷重値ＷＰにおける補正量ＡＤが求められる。この補正量ＡＤが荷重値ＷＰから減ぜられることにより真の荷重値ＷＴが求められる（ＷＴ＝ＷＰ−ＡＤ）。このようにして本実施の形態においては、バケット３ｃの交換後において、計算モデルと実機との相違に基づく誤差Ｅ１とブームシリンダ４ａの摺動抵抗に基づく誤差Ｅ２とが補正されて、真の荷重値ＷＴが求められる。

なおバケット３ｃを交換した場合またはバケット３ｃに土砂などが付着した場合、オペレータが較正開始の操作ボタンを押すことにより、バケット３ｃ内の荷重値が較正されてもよい。また作業機械１０がバケット３ｃの交換を検出することにより、または作業機械１０がバケット３ｃに土砂が付着したことを検出することにより自動的にバケット３ｃ内の荷重値が較正されてもよい。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、図５に示される姿勢補正テーブルを用いることによって、バケット３ｃ内の荷重値が、作業機３の姿勢に応じた補正データに基づく補正量を用いて補正される。これにより作業機３の姿勢による荷重値の誤差を軽減し、正確な荷重値の算出が可能となる。

また本実施の形態においては、図１および図５に示されるように、コントローラ８は、作業機３の互いに異なる複数の姿勢における空荷状態のバケット３ｃの荷重値Ｗ０ａ、Ｗ０ｂ、Ｗ０ｃから、作業機３の姿勢に応じた補正データを演算により生成する。これにより、姿勢補正テーブルを簡易に作成することが可能となる。

また本実施の形態においては、図１および図７に示されるように、コントローラ８は、空荷状態でのバケット３ｃの荷重値が変化したときに、その荷重値が変化した後の作業機３の姿勢に応じた補正データを演算により生成する。これによりバケット３ｃの交換によりまたはバケット３ｃへの土砂などの付着により空荷状態のバケット３ｃの荷重値が変化した場合のバケット３ｃ内の荷重値を較正することが可能となる。

また本実施の形態においては、図１に示されるように、作業機３の姿勢に応じた補正データ（姿勢補正テーブル）を記憶する記憶部８ｂが設けられている。これにより、複数の姿勢補正テーブルを記憶部８ｂに記憶させておき、バケット３ｃの交換などに応じて必要な姿勢補正テーブルを記憶部８ｂから取り出して用いることが可能となる。

また本実施の形態においては、図６に示されるように、コントローラ８は、作業機３の姿勢に応じた補正データに基づく補正に加えて、バケット３ｃ内の荷重値を、バケット３ｃの荷重値に対するバケット３ｃの荷重値の誤差の大きさを示す関係データ（荷重補正テーブル）に基づいて補正する。これにより、ブームシリンダ４ａの摺動抵抗に基づく誤差を軽減することが可能となり、より正確なバケット３ｃ内の荷重値を得ることができる。

上記作業機械の制御方法についてまとめて説明すると以下のとおりである。
図１に示されるように、本開示の作業機械の制御方法は、バケット３ｃを有する作業機３を備えた作業機械の制御方法であって、バケット３ｃ内の荷重値を、作業機３の姿勢に応じて変化する補正量に基づいて補正するものである。

具体的には、本開示の作業機械の制御方法は、作業機３の基本姿勢でのバケット３ｃ内の荷重値Ｗ０ｂを基準値とし、作業機３ｃの基本姿勢とは異なる姿勢でのバケット３ｃ内の荷重値Ｗ０ａ、Ｗ０ｃを比較値として取得して、基準値と比較値とに基づき、作業機３の姿勢に応じた補正データを生成する。

また図４に示されるように、本開示の作業機の制御方法においては、空荷状態のバケット３ｃの第１姿勢（アーク角θａまたはθｃ）におけるバケット３ｃの第１荷重値（Ｗ０ａまたはＷ０ｃ）と、第２姿勢（アーク角θｂ）におけるバケット３ｃの第２荷重値（Ｗ０ｂ）とが測定される。次に図５に示されるように、第１姿勢における第１荷重値と第２姿勢における第２荷重値とに基づいて、作業機３の姿勢により補正量が変化する第１関係データ（第１補正テーブル）が作成される。作成された第１関係データに基づいて、作業機械１０の作業時におけるバケット３ｃの荷重値Ｗ０が補正され、補正後の荷重値ＷＰが得られる。

また上記補正後の荷重値ＷＰは、図５に示されるような荷重値が大きくなるほど補正量（絶対値）が小さくなる第２関係データ（第２補正テーブル）に基づいて補正され、真の荷重値ＷＴが得られる。

またバケット３ｃが交換された後には、交換後の空荷状態のバケット３ｃの第３姿勢（アーク角θａまたはθｃ）におけるバケット３ｃの第３荷重値（Ｗ０ａまたはＷ０ｃ）と、第４姿勢（アーク角θｂ）におけるバケット３ｃの第４荷重値（Ｗ０ｂ）とが測定される。次に図７に示されるように、第３姿勢における第３荷重値と第４姿勢における第４荷重値とに基づいて、作業機３の姿勢により補正量が変化する第３関係データ（第３補正テーブル）が作成される。作成された第３関係データに基づいて、作業機械１０の作業時における交換後のバケット３ｃの荷重値Ｗ０が補正され、補正後の荷重値ＷＰが得られる。

また上記補正後の荷重値ＷＰは、図７に示されるような荷重値が大きくなるほど補正量（絶対値）が小さくなる第４関係データ（第４補正テーブル）に基づいて補正され、交換後のバケット３ｃにおいても真の荷重値ＷＴが得られる。

今回開示された実施の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。

１ 走行体、１ａ 履帯装置、２ 旋回体、２ａ 運転室、２ｂ 運転席、２ｃ エンジンルーム、２ｄ カウンタウェイト、３ 作業機、３ａ ブーム、３ｂ アーム、３ｃ バケット、４ａ ブームシリンダ、４ａｂ シリンダロッド、４ｂ アームシリンダ、４ｃ バケットシリンダ、５ａ ブームフートピン、５ｂ ブーム先端ピン、６ａ，６ｂ 圧力センサ、７ａ ストロークセンサ、８ コントローラ、８ａ 演算装置、８ｂ 記憶部、１０ 作業機械（油圧ショベル）、４０Ａ シリンダヘッド側油室、４０Ｂ シリンダボトム側油室。

Claims (5)

1. ブームと、前記ブームの先端に取り付けられたアームと、前記アームの先端に取り付けられたバケットと、を有する作業機と、
   前記バケット内の荷重値を取得するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記作業機の基本姿勢での前記バケット内の荷重値を基準値とし、前記作業機の前記基本姿勢とは異なる姿勢での前記バケット内の荷重値を比較値として取得して、前記基準値と前記比較値とに基づき、前記作業機の姿勢に応じた補正データを予め生成し、前記コントローラは、前記作業機の現在の姿勢を検知し、前記補正データに基づき、前記作業機の現在の姿勢における前記バケット内の荷重値の補正量を算出し、前記補正量を用いて前記作業機の現在の姿勢における前記バケット内の荷重値を補正することにより補正後の荷重値を取得する、作業機械。
2. 前記コントローラは、空荷状態での前記バケットの荷重値が変化したときに、前記補正データを演算により生成する、請求項１に記載の作業機械。
3. 前記コントローラは、前記補正データに基づく補正に加えて、前記バケット内の荷重値を、前記バケットの荷重値に対する前記バケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正する、請求項１に記載の作業機械。
4. ブームと、前記ブームの先端に取り付けられたアームと、前記アームの先端に取り付けられたバケットと、を有する作業機と、
   前記バケット内の荷重値を取得するコントローラと、を備える作業機械を含むシステムであって、
   前記コントローラは、前記作業機の基本姿勢での前記バケット内の荷重値を基準値とし、前記作業機の前記基本姿勢とは異なる姿勢での前記バケット内の荷重値を比較値として取得して、前記基準値と前記比較値とに基づき、前記作業機の姿勢に応じた補正データを予め生成し、前記コントローラは、前記作業機の現在の姿勢を検知し、前記補正データに基づき、前記作業機の現在の姿勢における前記バケット内の荷重値の補正量を算出し、前記補正量を用いて前記作業機の現在の姿勢における前記バケット内の荷重値を補正することにより補正後の荷重値を取得する、システム。
5. ブームと、前記ブームの先端に取り付けられたアームと、前記アームの先端に取り付けられたバケットと、を有する作業機を備える作業機械の制御方法であって、
   前記作業機の基本姿勢での前記バケット内の荷重値を基準値とし、前記作業機の前記基本姿勢とは異なる姿勢での前記バケット内の荷重値を比較値として取得して、前記基準値と前記比較値とに基づき、前記作業機の姿勢に応じた補正データを生成する、作業機械の制御方法。

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