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JP2024127331A - Work Machine - Google Patents

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JP2024127331A
JP2024127331A JP2023036429A JP2023036429A JP2024127331A JP 2024127331 A JP2024127331 A JP 2024127331A JP 2023036429 A JP2023036429 A JP 2023036429A JP 2023036429 A JP2023036429 A JP 2023036429A JP 2024127331 A JP2024127331 A JP 2024127331A
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JP
Japan
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dimensional code
zmp
cab
arm
work machine
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Pending
Application number
JP2023036429A
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Japanese (ja)
Inventor
剛志 野井
怜 手原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】積載物の重量が変化する作業機械のZMPを精度よく算出する。【解決手段】車体と、車体に取り付けられたフロント作業機(104,105,106)と、コントローラ(110)と、姿勢検出センサ(S1,S2,S3,S4)と、ディスプレイ(21)と、を備えた作業機械(100)において、フロント作業機の積載負荷を示す積載負荷パラメータを取得する積載負荷センサ(S7R、S7B)を更に備え、コントローラは、姿勢検出センサの検出結果及び積載負荷センサの検出結果により車体及びフロント作業機の動力学的な重心位置であるZMPを算出するZMP算出部(220)と、姿勢検出センサの検出結果により車体と地面との複数の接地点によって囲まれる支持多角形を算出する支持多角形算出部(230)とを含み、支持多角形にZMPを重畳してディスプレイに表示させる。【選択図】図1[Problem] To accurately calculate the ZMP of a work machine whose load changes weight. [Solution] A work machine (100) including a vehicle body, a front work machine (104, 105, 106) attached to the vehicle body, a controller (110), attitude detection sensors (S1, S2, S3, S4), and a display (21), further including load sensors (S7R, S7B) for acquiring load parameters indicating the load of the front work machine, the controller including a ZMP calculation unit (220) for calculating the ZMP, which is the dynamic center of gravity position of the vehicle body and the front work machine, based on the detection results of the attitude detection sensor and the load sensor, and a support polygon calculation unit (230) for calculating a support polygon surrounded by a plurality of contact points between the vehicle body and the ground based on the detection results of the attitude detection sensor, and the ZMP is superimposed on the support polygon and displayed on the display. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は作業機械に係り、特に動力学的な重心位置であるゼロモーメントポジション(ZMP)の算出に関する。 The present invention relates to a work machine, and in particular to the calculation of the zero moment position (ZMP), which is the dynamic position of the center of gravity.

特許文献1には、「関節角θ、角速度θ’、角加速度θ”、及び傾斜角βに基づいて、建設機械のZMPを算出する。探索部は、現在のZMPが安全領域D2の外側に位置する場合、安全領域D2の境界B2及び任意のZMP間の距離Lpを角加速度θ”で示す第1関数F1において、現在の角加速度に対して距離Lpが減少する割合が最大となる傾斜方向を探索し、探索した傾斜方向に沿って角加速度を変化させることにより、距離Lpが零以下になる角加速度を探索する。(要約抜粋)」転倒防止装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a tip-over prevention device that "calculates the ZMP of a construction machine based on joint angle θ, angular velocity θ', angular acceleration θ", and tilt angle β. When the current ZMP is located outside a safety area D2, a search unit searches for a tilt direction in which the rate at which distance Lp decreases with respect to the current angular acceleration is maximized in a first function F1 that indicates distance Lp between a boundary B2 of the safety area D2 and an arbitrary ZMP in terms of angular acceleration θ", and searches for an angular acceleration at which distance Lp becomes zero or less by changing the angular acceleration along the searched tilt direction. (Summary excerpt)"

また、特許文献2には、「部品判別装置において、カメラを用いて部品を撮像した撮像データを入力する画像入力部と、この撮像データを、部品の少なくとも1つの特徴部位をそれぞれ含むように第1撮像データと第2撮像データとに分割する分割部と、第1撮像データを用いて第1撮像データ内の特徴部位の仕様を特定し、それによって部品の種類を特定する仕様特定部と、第2撮像データを用いて、第2撮像データ内の特徴部位の仕様が、仕様特定部で特定された種類の仕様と同一か否かの正誤判定を行う仕様正誤判定部と、を備える。(要約抜粋)」部品判別装置が開示されている。 Patent Document 2 also discloses a parts discrimination device that includes: "an image input unit that inputs imaging data obtained by imaging a part using a camera; a division unit that divides the imaging data into first imaging data and second imaging data such that each data includes at least one characteristic part of the part; a specification identification unit that uses the first imaging data to identify the specification of the characteristic part in the first imaging data and thereby identify the type of part; and a specification correctness determination unit that uses the second imaging data to determine whether the specification of the characteristic part in the second imaging data is the same as the specification of the type identified by the specification identification unit (summary excerpt)."

特開2018-21416号公報JP 2018-21416 A 特開2020-149578号公報JP 2020-149578 A

ショベルやホイールローダ、クレーンなどの作業機械では、積載物の重量によってZMPは変化しうる。しかし、特許文献1では、積載物による負荷はZMPの算出に際して考慮されておらず、正確なZMPが算出できていないという課題がある。また特許文献2では部品の判別は可能であるがZMPについて考慮はされていない。このように、ZMPが必ずしも正確に算出されないので、オペレータは表示されたZMPの位置を完全に信用することができない。 In work machines such as excavators, wheel loaders, and cranes, the ZMP can change depending on the weight of the load. However, in Patent Document 1, the load from the load is not taken into account when calculating the ZMP, which means that an accurate ZMP cannot be calculated. In Patent Document 2, while it is possible to identify parts, the ZMP is not taken into account. In this way, since the ZMP is not always calculated accurately, the operator cannot completely trust the displayed ZMP position.

本発明の目的は、積載物の重量が変化したとしても精度のよい作業機械のZMPをオペレータに示すことにある。 The objective of the present invention is to provide the operator with an accurate ZMP of the work machine even if the weight of the load changes.

上記課題を解決するため、本発明は、車体と、前記車体に取り付けられたフロント作業機と、前記車体および前記フロント作業機の姿勢を検出する姿勢検出センサと、ディスプレイと、コントローラと、を備えた作業機械において、前記フロント作業機の積載負荷を示す積載負荷パラメータを取得する積載負荷センサを更に備え、前記コントローラは、前記姿勢検出センサの検出結果及び前記積載負荷センサの検出結果により前記車体及び前記フロント作業機の動力学的な重心位置であるZMPを算出するZMP算出部と、前記姿勢検出センサの検出結果により前記車体と地面との複数の接地点によって囲まれる支持多角形を算出する支持多角形算出部と、前記支持多角形に前記ZMPを重畳して前記ディスプレイに表示させる表示制御部と、を備える、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a work machine including a vehicle body, a front work implement attached to the vehicle body, a posture detection sensor that detects the posture of the vehicle body and the front work implement, a display, and a controller, further including a load sensor that acquires a load parameter that indicates the load on the front work implement, and the controller includes a ZMP calculation unit that calculates a ZMP, which is the dynamic center of gravity position of the vehicle body and the front work implement, based on the detection results of the posture detection sensor and the load sensor, a support polygon calculation unit that calculates a support polygon surrounded by multiple contact points between the vehicle body and the ground based on the detection results of the posture detection sensor, and a display control unit that superimposes the ZMP on the support polygon and displays it on the display.

本発明によれば、積載物の重量が変化したとしても精度のよい作業機械のZMPをオペレータに示すことができる。上記した以外の目的、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to show the operator the ZMP of the work machine with high accuracy even if the weight of the load changes. Objectives, configurations, and effects other than those described above will become clear from the description of the following embodiments.

油圧ショベルの構成を示す左側面図である。FIG. 2 is a left side view showing the configuration of the hydraulic excavator. 第1実施形態における油圧ショベルにおけるZMPの算出に必要なパラメータを検知するセンサの取付位置を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing mounting positions of sensors that detect parameters required for calculating a ZMP in the hydraulic excavator in the first embodiment. 第1実施形態に係る油圧ショベルのハードウェア構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of the hydraulic excavator according to the first embodiment. 第1実施形態に係る油圧ショベルに搭載されるコントローラの機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of a controller mounted on the hydraulic excavator according to the first embodiment. 第1実施形態に係る油圧ショベルでのZMP算出処理の流れを示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a flow of a ZMP calculation process in the hydraulic excavator according to the first embodiment. 画面表示例を示す図であって、(a)は下部走行体が地表面に成立している状態の支持多角形の一例にZMPを重畳した図、(b)は下部走行体がフロント作業機によってジャッキアップされた状態での支持多角形の一例にZMPを重畳した図である。13A and 13B are diagrams showing examples of screen displays, in which (a) is a diagram in which a ZMP is superimposed on an example of a support polygon when the lower running body is established on the ground surface, and (b) is a diagram in which a ZMP is superimposed on an example of a support polygon when the lower running body is jacked up by a front work machine. アーム、バケットの二次元コード取付位置を示す図であり、(a)は油圧ショベルの後方からアーム及びバケットを見た状態を示す図、(b)は、アームの腹側面及びバケットの裏面を拡大した図である。1A and 1B are diagrams showing the attachment positions of the two-dimensional codes on the arm and bucket, where FIG. 1A shows the arm and bucket as viewed from the rear of the hydraulic excavator, and FIG. 1B is an enlarged view of the ventral side of the arm and the underside of the bucket. バケット、キャブ、トラックの二次元コード取付位置を示す図であり、(a)は油圧ショベルを前方から状態を示す図、(b)は、ブームの腹側面、キャブ上面、及びトラック上面を拡大した図である。1A and 1B are diagrams showing the attachment positions of two-dimensional codes on a bucket, a cab, and a truck, in which (a) is a diagram showing the hydraulic excavator from the front, and (b) is an enlarged view of the ventral side of the boom, the top surface of the cab, and the top surface of the truck. カウンターウェイト二次元コード取付位置を示す図であり、(a)は上部旋回体の上面図、(b)は、カウンターウェイト二次元コード取付位置の拡大図である。1A and 1B are diagrams showing the counterweight two-dimensional code attachment position, in which (a) is a top view of the upper rotating body, and (b) is an enlarged view of the counterweight two-dimensional code attachment position. 第2実施形態における油圧ショベルにおけるZMPの算出に必要なパラメータを検知するセンサ及び部品情報を読み取るカメラの取付位置を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing mounting positions of sensors that detect parameters necessary for calculating a ZMP and cameras that read part information in a hydraulic excavator in a second embodiment. 第2実施形態に係る油圧ショベルのハードウェア構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a hardware configuration of a hydraulic excavator according to a second embodiment. 第2実施形態に係る油圧ショベルに搭載されるコントローラの機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram of a controller mounted on a hydraulic excavator according to a second embodiment. 第2実施形態に係る油圧ショベルでのZMP算出処理の流れを示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a flow of a ZMP calculation process in a hydraulic excavator according to a second embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一又は関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. In all drawings used to explain the embodiment, components having the same function are given the same or related reference numerals, and repeated explanations are omitted.

以下の実施形態では、作業機械として油圧ショベルを例に挙げて説明するが、車体に対して回転可能に稼働するフロント作業機に積載物を搭載できる作業機械であれば油圧ショベルに限定されない。例えばホイールローダやブルドーザなどでもよい。 In the following embodiment, a hydraulic excavator will be described as an example of a work machine, but the work machine is not limited to a hydraulic excavator as long as it can carry a load on a front work mechanism that can rotate relative to the vehicle body. For example, a wheel loader or a bulldozer may also be used.

図1は、油圧ショベルの構成を示す左側面図である。 Figure 1 is a left side view showing the configuration of a hydraulic excavator.

図1に示す油圧ショベル100は、下部走行体101と、走行体に旋回機構107を介して旋回自在に支持される上部旋回体102と、上部旋回体102に取り付けられるキャブ103と、上部旋回体102に俯仰可能に連結されたフロント作業機とを備える。下部走行体101及び上部旋回体102を総称して車体と表現する。 The hydraulic excavator 100 shown in FIG. 1 comprises a lower traveling body 101, an upper rotating body 102 supported on the traveling body so as to be freely rotatable via a rotating mechanism 107, a cab 103 attached to the upper rotating body 102, and a front working machine connected to the upper rotating body 102 so as to be able to be tilted up and down. The lower traveling body 101 and the upper rotating body 102 are collectively referred to as the vehicle body.

フロント作業機は、上部旋回体102に対して俯仰自在に支持されるブーム104、該ブーム104に上下揺動自在に支持されるアーム105、該アーム105に回転自在に支持されるバケット106を含む。 The front work machine includes a boom 104 supported on the upper rotating body 102 so that it can be raised and lowered, an arm 105 supported on the boom 104 so that it can swing up and down, and a bucket 106 supported on the arm 105 so that it can rotate.

また油圧ショベル100は、下部走行体101を用いた前進動作、後退動作、上部旋回体102の旋回動作、及びブーム104、アーム105、バケット106の俯仰動作、揺動動作、回転動作を各々するために、油圧モータや油圧シリンダといった油圧アクチュエータを備えている。油圧モータは旋回動作等のために備えられ、油圧シリンダはブーム104等の俯仰動作、揺動動作、回転動作のために備えられている。なお、ここでは油圧式を想定したがそれに拘るものでなく、例えば電動モータやリニアアクチュエータなど電動式でもよい。下部走行体101は左クローラ101L、右クローラ101R(図8(a)参照)を備える。左クローラ101L、右クローラ101Rのそれぞれの内周面前方にスプロケット101s、後方にアイドラ101iを備え、スプロケット101sが回転駆動することで左クローラ101L、右クローラ101Rのそれぞれが循環回送する。 The hydraulic excavator 100 also has hydraulic actuators such as hydraulic motors and hydraulic cylinders for forward and backward movement using the lower traveling structure 101, rotation of the upper rotating structure 102, and elevation, swinging, and rotation of the boom 104, arm 105, and bucket 106. The hydraulic motor is provided for rotation and the like, and the hydraulic cylinder is provided for elevation, swinging, and rotation of the boom 104 and the like. Note that although a hydraulic system is assumed here, this is not restrictive and an electric system such as an electric motor or linear actuator may also be used. The lower traveling structure 101 has a left crawler 101L and a right crawler 101R (see Figure 8(a)). The left crawler 101L and the right crawler 101R each have a sprocket 101s at the front of their inner circumferential surface and an idler 101i at the rear. The left crawler 101L and the right crawler 101R are circulated by the rotation of the sprocket 101s.

図1においてZMP(zero moment point)は、油圧ショベル100の動力学的な重心位置であり、上部旋回体の旋回中心を原点とする二次元の座標系の座標としてディスプレイ21に表示される。なお、ZMPの算出方法は公知の従来技術(例えば下記の式(1)、(2))を用いればよい。
1, the ZMP (zero moment point) is the dynamic center of gravity position of the hydraulic excavator 100, and is displayed on the display 21 as coordinates in a two-dimensional coordinate system with the center of rotation of the upper rotating body as the origin. Note that the ZMP can be calculated using known conventional techniques (for example, the following formulas (1) and (2)).

<第1実施形態>
第1実施形態では、積載物の負荷に追従してZMPを算出する実施形態である。図2は、第1実施形態における油圧ショベルにおけるZMPの算出に必要なパラメータを検知するセンサの取付位置を示す図である。本実施形態のポイントは、ZMPの算出に必要となる質量Mの値を、下の式(3)に示すように、油圧ショベル100の質量Mmachineにバケット内の積載物の質量Wloadを加えたものとしていることである。

Figure 2024127331000003
First Embodiment
In the first embodiment, the ZMP is calculated by following the load of the load. Fig. 2 is a diagram showing the mounting positions of sensors that detect parameters necessary for calculating the ZMP in the hydraulic excavator in the first embodiment. The point of this embodiment is that the value of mass M necessary for calculating the ZMP is the sum of the mass Mmachine of the hydraulic excavator 100 and the mass Wload of the load in the bucket, as shown in the following formula (3).
Figure 2024127331000003

図2に示すように、油圧ショベル100は、ブーム104、アーム105、及びバケット106の各回転角度を検出するブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3と、車体の水平面に対する傾斜角度を検出する車体傾斜角度センサS4とを備える。ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3のセンサ出力からブーム104、アーム105、バケット106の角度が求まるのでフロント作業機の姿勢が検出できる。更に車体傾斜角度センサS4の検出角度から車体の傾き姿勢が検出できる。よって、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、及び車体傾斜角度センサS4は姿勢検出センサに相当する。 As shown in FIG. 2, the hydraulic excavator 100 is equipped with a boom angle sensor S1, an arm angle sensor S2, and a bucket angle sensor S3 that detect the rotation angles of the boom 104, the arm 105, and the bucket 106, and a vehicle body inclination angle sensor S4 that detects the inclination angle of the vehicle body relative to the horizontal plane. The angles of the boom 104, the arm 105, and the bucket 106 are determined from the sensor outputs of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, and the bucket angle sensor S3, so that the posture of the front working equipment can be detected. Furthermore, the inclination posture of the vehicle body can be detected from the detected angle of the vehicle body inclination angle sensor S4. Therefore, the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, the bucket angle sensor S3, and the vehicle body inclination angle sensor S4 correspond to posture detection sensors.

更に油圧ショベル100は、ブーム104の油圧シリンダ内にブーム圧力センサS7R、S7Bを備える。そしてバケット106に積載した積載物から油圧ショベル100が受ける積載負荷をブーム圧力センサS7R、S7Bで計測する。すなわちブーム圧力センサS7R、S7Bは積載負荷センサとして機能する。ブーム圧力センサS7R、S7Bのセンサ出力は積載負荷パラメータの一例である。積載負荷センサを用いた積載物の質量Wloadを計算する方法は、特開2020-165259に記載されている方法等の公知技術を用いればよい。また、積載負荷パラメータの他例として、直接土の重量を計測した計量値でもよいし、ピンのひずみ量や当該ひずみ量から積載負荷量を推測した推測値などでもよく上記の例に限定されない。 The hydraulic excavator 100 further includes boom pressure sensors S7R and S7B in the hydraulic cylinder of the boom 104. The boom pressure sensors S7R and S7B measure the load that the hydraulic excavator 100 receives from the load loaded on the bucket 106. In other words, the boom pressure sensors S7R and S7B function as load sensors. The sensor output of the boom pressure sensors S7R and S7B is an example of a load parameter. A method for calculating the mass Wload of the load using a load sensor may use a known technique such as the method described in JP 2020-165259 A. Other examples of the load parameter may include a measured value obtained by directly measuring the weight of the soil, or a strain amount of the pin or an estimated value obtained by estimating the load amount from the strain amount, and are not limited to the above examples.

図3は、第1実施形態に係る油圧ショベルのハードウェア構成を示すブロック図である。 Figure 3 is a block diagram showing the hardware configuration of the hydraulic excavator according to the first embodiment.

コントローラ110は、CPU(Central Processing Unit)等からなるプロセッサ111、RAM(Random Access Memory)112、ROM(Read Only Memory)113、記憶装置114、入力I/F115、出力I/F116を含みこれらがバス117を介して互いに接続される。 The controller 110 includes a processor 111 consisting of a CPU (Central Processing Unit) etc., a RAM (Random Access Memory) 112, a ROM (Read Only Memory) 113, a storage device 114, an input I/F 115, and an output I/F 116, which are connected to each other via a bus 117.

記憶装置114は、データを不揮発に記憶できるデバイスであればよく、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)など種類を問わない。 The storage device 114 can be any type of device that can store data non-volatilely, such as a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD).

入力I/F115には、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、車体傾斜角度センサS4、ブーム圧力センサS7R、S7B、及び操作レバー22からの操作信号が入力される。操作レバー22の操作量に対応した電気信号に変換して出力するポテンショメ-タからの操作信号は、コントローラ110を介して電磁弁23を駆動し、この電磁弁23から出力したパイロット圧により油圧アクチュエータを動作させる。 Operation signals from the boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, bucket angle sensor S3, vehicle body inclination angle sensor S4, boom pressure sensors S7R and S7B, and the operation lever 22 are input to the input I/F 115. The operation signal from the potentiometer, which converts the signal into an electrical signal corresponding to the amount of operation of the operation lever 22 and outputs it, drives the solenoid valve 23 via the controller 110, and the hydraulic actuator is operated by the pilot pressure output from this solenoid valve 23.

出力I/F116は、ディスプレイ21及び電磁弁23が接続される。 The output I/F 116 is connected to the display 21 and the solenoid valve 23.

図4は、第1実施形態に係る油圧ショベルに搭載されるコントローラの機能ブロック図である。 Figure 4 is a functional block diagram of the controller installed in the hydraulic excavator according to the first embodiment.

コントローラ110は、主制御部210、ZMP算出部220、支持多角形算出部230を含む。更にZMPの位置に基づいて警報を発する警報部240を備えてもよいし、算出したZMPを可視化する場合は表示制御部250を、転倒防止処理に用いる場合は動作制御部260を備えてもよい。 The controller 110 includes a main control unit 210, a ZMP calculation unit 220, and a support polygon calculation unit 230. It may further include an alarm unit 240 that issues an alarm based on the position of the ZMP, a display control unit 250 when the calculated ZMP is visualized, and an operation control unit 260 when the calculated ZMP is used for tip-over prevention processing.

図5は、第1実施形態に係る油圧ショベル100でのZMP算出処理の流れを示すフローチャートである。 Figure 5 is a flowchart showing the flow of the ZMP calculation process in the hydraulic excavator 100 according to the first embodiment.

油圧ショベル100はエンジンが起動すると、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、車体傾斜角度センサS4、ブーム圧力センサS7R、S7Bのそれぞれからセンサ出力を取得する(S01)。ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、車体傾斜角度センサS4、ブーム圧力センサS7R、S7Bのセンサ出力はZMP算出パラメータとなる。 When the engine of the hydraulic excavator 100 starts, the hydraulic excavator 100 acquires sensor outputs from the boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, bucket angle sensor S3, vehicle body tilt angle sensor S4, and boom pressure sensors S7R and S7B (S01). The sensor outputs from the boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, bucket angle sensor S3, vehicle body tilt angle sensor S4, and boom pressure sensors S7R and S7B become ZMP calculation parameters.

ZMP算出部220は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、車体傾斜角度センサS4、ブーム圧力センサS7R、S7Bのセンサ出力を基に、重力に対する作業機械の傾斜角と、回転軸に対する可動部の角度、角速度、及び角加速度とを取得し、動的な重心位置であるZMPを算出する(S02)。 The ZMP calculation unit 220 obtains the tilt angle of the work machine with respect to gravity, and the angle, angular velocity, and angular acceleration of the movable part with respect to the rotation axis based on the sensor outputs of the boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, bucket angle sensor S3, vehicle body tilt angle sensor S4, and boom pressure sensors S7R and S7B, and calculates the ZMP, which is the dynamic center of gravity position (S02).

ZMP算出部220は、算出したZMPの利用目的に応じた出力を行う(S03)。例えば、油圧ショベル100のオペレータに対する注意喚起であれば、表示制御部250が油圧ショベル100のアイコンにZMPを示すマークを重畳した画像をディスプレイ21に表示してもよい。さらに、油圧ショベル100の転倒防止が目的であれば、動作制御部260はZMPが予め定めたホームポジションから離れるにしたがって、離れる方向への操作レバー22の動きを抑制するような動作制御を行ってもよい。 The ZMP calculation unit 220 outputs the calculated ZMP according to the intended use (S03). For example, if the purpose is to alert the operator of the hydraulic excavator 100, the display control unit 250 may display on the display 21 an image in which a mark indicating the ZMP is superimposed on an icon of the hydraulic excavator 100. Furthermore, if the purpose is to prevent the hydraulic excavator 100 from tipping over, the operation control unit 260 may perform operation control such as suppressing movement of the operating lever 22 in the direction away from the ZMP as the ZMP moves away from a predetermined home position.

また、オペレータにZMPを通知する場合は、支持多角形算出部230が車体と地面との複数の接地点によって囲まれる支持多角形を算出し、この支持多角形にZMPを重畳して表示してもよい。支持多角形算出部230は、姿勢検出センサのセンサ出力を参照して、油圧ショベル100の接地状態を検出し支持多角形の算出を行う。 When notifying the operator of the ZMP, the support polygon calculation unit 230 may calculate a support polygon surrounded by multiple contact points between the vehicle body and the ground, and display the ZMP superimposed on this support polygon. The support polygon calculation unit 230 refers to the sensor output of the attitude detection sensor to detect the ground contact state of the hydraulic excavator 100 and calculate the support polygon.

図6は、画面表示例を示す図であって、(a)は下部走行体が地表面に正立している状態の支持多角形の一例にZMPを重畳した図、(b)は下部走行体がフロント作業機によってジャッキアップされた状態での支持多角形の一例にZMPを重畳した図である。なお、図6の画面例はディスプレイ21(図4参照)に表示される。 Figure 6 shows examples of screen displays, where (a) is a diagram in which the ZMP is superimposed on an example of a support polygon when the lower traveling body is upright on the ground surface, and (b) is a diagram in which the ZMP is superimposed on an example of a support polygon when the lower traveling body is jacked up by the front work machine. The example screen of Figure 6 is displayed on the display 21 (see Figure 4).

図6の(a)に示すように、油圧ショベル100が地表面に正立している場合、支持多角形算出部230は、支持多角形Lの形状として下部走行体101の平面形状と略等しい形状を算出する。地表面に正立しているかどうかは、支持多角形算出部230が例えば車体傾斜角度センサS4の値(傾斜角度)が0に近いほど正立状態に近いと判断すればよい。 6A, when the hydraulic excavator 100 is upright on the ground surface, the support polygon calculation unit 230 calculates a shape of the support polygon L that is approximately equal to the planar shape of the lower running structure 101. Whether the hydraulic excavator 100 is upright on the ground surface can be determined by the support polygon calculation unit 230 determining, for example, that the closer the value (tilt angle) of the vehicle body tilt angle sensor S4 is to 0, the closer the hydraulic excavator 100 is to the upright state.

下部走行体101の平面形状が矩形の場合、左右のスプロケット101sの中心点を結んだ線(油圧ショベル100の設計値から既知)を前方境界線、左右のアイドラ101iの中心点を結んだ線(油圧ショベル100の設計値から既知)を後方境界線、左右それぞれのクローラ101cの外側端を左右の境界線(油圧ショベル100の設計値から既知)とした四角形として定義してよい。なお、前方及び後方の境界はクローラ101cの最も前方の接地点及び最も後方のクローラ101cの最も後ろの接地点(油圧ショベル100の設計値から既知)としてもよい。 When the planar shape of the undercarriage 101 is rectangular, it may be defined as a rectangle with the line connecting the center points of the left and right sprockets 101s (known from the design value of the hydraulic excavator 100) as the front boundary line, the line connecting the center points of the left and right idlers 101i (known from the design value of the hydraulic excavator 100) as the rear boundary line, and the outer ends of the left and right crawlers 101c as the left and right boundary lines (known from the design value of the hydraulic excavator 100). Note that the front and rear boundaries may be the forwardmost ground contact point of the crawler 101c and the rearmost ground contact point of the rearmost crawler 101c (known from the design value of the hydraulic excavator 100).

また、フロント作業機によって、下部走行体101がジャッキアップされると、油圧ショベル100は、フロント作業機のバケット106と、下部走行体101の後部(フロント作業機が下部走行体101の前方でジャッキアップした場合)とで、地表面に接することになるから、支持多角形Lは図6の(b)に示すような多角形になる。 When the lower body 101 is jacked up by the front working machine, the hydraulic excavator 100 comes into contact with the ground surface at the bucket 106 of the front working machine and the rear of the lower body 101 (when the front working machine is jacked up in front of the lower body 101), so the support polygon L becomes a polygon as shown in Figure 6 (b).

支持多角形算出部230は、通常領域Jと転倒警告領域Nの境界Kを支持多角形Lの内側に設定してもよい。具体的には、境界Kは、支持多角形Lを安全率に従って決定される比率に応じて、中心点側に縮小した多角形あるいは、支持多角形Lを安全率に従って決定される長さだけ内側に移動した多角形として設定してもよい。 The support polygon calculation unit 230 may set the boundary K between the normal region J and the fall warning region N inside the support polygon L. Specifically, the boundary K may be set as a polygon in which the support polygon L is shrunk toward the center point according to a ratio determined according to the safety factor, or as a polygon in which the support polygon L is moved inward by a length determined according to the safety factor.

警報部240は、ZMPが通常領域Jから境界Kを超えたり転倒警告領域Nにとどまっていたりすると警告を発してもよい。また動作制御部260は、ZMPと支持多角形Lとの比較結果に基づいて、車体またはフロント作業機の動作を制限してもよい。より具体的には、通常領域Jから境界Kを超えると動作を制限して転倒警告領域Nに入ることを防止、または動作速度を低下させたりしてもよい。 The alarm unit 240 may issue a warning when the ZMP crosses boundary K from the normal area J or remains in the tip-over warning area N. The operation control unit 260 may also restrict the operation of the vehicle body or front work equipment based on the results of comparing the ZMP with the support polygon L. More specifically, when the ZMP crosses boundary K from the normal area J, the operation may be restricted to prevent the vehicle from entering the tip-over warning area N, or the operation speed may be reduced.

油圧ショベル100が稼働している間は(S04:Yes)、所定の周期で新たなセンサ出力を取得し(S05)、ZMPの新たなセンサ出力を基にZMP算出部が再度ZMPを算出する(S02)。この処理を油圧ショベルの稼働中は繰り返す。 While the hydraulic excavator 100 is operating (S04: Yes), new sensor output is acquired at a predetermined cycle (S05), and the ZMP calculation unit recalculates the ZMP based on the new ZMP sensor output (S02). This process is repeated while the hydraulic excavator is operating.

ここでいう所定の周期とは、オペレータがZMPの更新タイミングとして設定した周期、例えば10秒ごとに更新すると定めた周期でもよいし、センサ出力の更新タイミングに合わせた周期でもよい。 The "predetermined period" referred to here may be a period set by the operator as the timing for updating the ZMP, for example a period set to update every 10 seconds, or a period that matches the timing for updating the sensor output.

油圧ショベル100が稼働を停止すると(S04:No)、コントローラ110の電源もオフとなり一連の処理を終了する。 When the hydraulic excavator 100 stops operating (S04: No), the power to the controller 110 is also turned off, and the series of processes ends.

本実施形態によれば、ZMPの算出に際して油圧ショベル100の質量Mmachineだけでなく積載物の質量Wloadも加味し、その積載物の質量Wloadを積載負荷の変化に追従して変更している。これにより、積載負荷が大きい時と少ない時や、フロント作業機の動作や姿勢に応じてモーメントが変化してもそれらの変化に応じたZMPが算出でき、ZMPの算出精度を向上させることができる。 According to this embodiment, when calculating the ZMP, not only the mass Mmachine of the hydraulic excavator 100 but also the mass Wload of the load is taken into account, and the mass Wload of the load is changed to follow changes in the load. This makes it possible to calculate a ZMP that corresponds to changes in the load, even when the load is large or small, or when the moment changes depending on the operation or posture of the front work equipment, thereby improving the accuracy of the ZMP calculation.

また、ZMPを更新する所定の周期を相対的に短くすればリアルタイムでZMPの更新が行える。一方、コントローラ110の演算性能に応じて所定の周期を相対的に長くしてコントローラ110の演算負荷の低下とZMPの追従性との両立を図ることもできる。 Also, by making the predetermined period for updating the ZMP relatively short, the ZMP can be updated in real time. On the other hand, by making the predetermined period relatively long depending on the calculation performance of the controller 110, it is possible to achieve both a reduction in the calculation load on the controller 110 and ZMP tracking ability.

<第2実施形態>
第2実施形態では、積載物の負荷に加えて、作業機械の構成部品の仕様を加味してZMPを算出する実施形態である。
Second Embodiment
In the second embodiment, the ZMP is calculated taking into account the specifications of the components of the work machine in addition to the load of the loaded object.

油圧ショベル100を構成するブーム104、アーム105、バケット106、下部走行体101を構成するトラック101T(図8(a)参照)、カウンターウェイト102c(図10参照)、キャブ103にはさまざまな仕様があり、組み合わせ次第で車体の重量、重心位置が変わる。したがって、制御対象の重量重心に関わる情報を常に把握し、それを加味してZMPを算出することでZMPを高精度に算出する点に本実施形態の特徴がある。 The boom 104, arm 105, bucket 106, and track 101T (see FIG. 8(a)), counterweight 102c (see FIG. 10), and cab 103 that make up the hydraulic excavator 100 come in a variety of specifications, and the weight and center of gravity of the vehicle body change depending on how they are combined. Therefore, this embodiment is characterized in that it constantly grasps information related to the weight and center of gravity of the object to be controlled, and calculates the ZMP taking this information into account, thereby calculating the ZMP with high accuracy.

なお、バケット106はアーム105に取り付けられるアタッチメントの一例であり、作業内容によってバケット106の代わりにグラップル、ブレーカ、クラッシャー、スケルトンバケット、オーガ、ベールグリッパ、レーキなどに取り換えられる。よって、各アタッチメントの種類によって形状及び質量などの仕様が異なるため、アタッチメントとして何が取り付けられているかも考慮してZMPを算出する。 The bucket 106 is an example of an attachment that can be attached to the arm 105, and depending on the type of work, the bucket 106 can be replaced with a grapple, breaker, crusher, skeleton bucket, auger, bale gripper, rake, etc. Therefore, since the specifications such as shape and mass differ depending on the type of attachment, the ZMP is calculated taking into account what attachment is attached.

そこで、第2実施形態では、油圧ショベル100の構成部品の仕様を判定するために必要な部品情報を示す二次元コードを油圧ショベル100の各部品に取り付け、それを後述するカメラで読み取ってZMPの算出処理に用いる。なお、以下では部品情報を示す画像情報として二次元コードを用いるが、例えば部品の識別情報のみを部品情報として有する場合のように情報量が一次元コードで足りる場合は、二次元コードに代えて一次元コードを用いてもよい。 Therefore, in the second embodiment, a two-dimensional code indicating part information required to determine the specifications of the components of the hydraulic excavator 100 is attached to each part of the hydraulic excavator 100, and is read by a camera (described later) and used in the ZMP calculation process. Note that, although a two-dimensional code is used as image information indicating part information below, if a one-dimensional code is sufficient for the amount of information, such as when only part identification information is included as part information, a one-dimensional code may be used instead of a two-dimensional code.

図7は、アーム、バケットの二次元コード取付位置を示す図であり、(a)は油圧ショベル100の後方からアーム及びバケットを見た状態を示す図、(b)は、アームの腹側面及びバケットの裏面を拡大した図である。 Figure 7 shows the attachment positions of the two-dimensional codes on the arm and bucket, where (a) shows the arm and bucket as viewed from the rear of the hydraulic excavator 100, and (b) is an enlarged view of the ventral side of the arm and the underside of the bucket.

図7(a)(b)に示すように、本実施形態ではアーム105の腹側面(キャブ103から視認できる面)にアーム二次元コード105Qを、バケット106の裏面のうちキャブ103から視認できる部位にバケット二次元コード106Qを取り付ける。これによりキャブ103から前方にレンズを向けて搭載したキャブ前方カメラ1081(図10参照)によりアーム二次元コード105Q及びバケット二次元コード106Qを撮影できる。その結果、1台のカメラで複数の二次元コードを読み取れ、読み取る二次元コード数よりもカメラの設置台数を少なくすることができる。 As shown in Figures 7(a) and (b), in this embodiment, an arm two-dimensional code 105Q is attached to the ventral side of the arm 105 (the surface visible from the cab 103), and a bucket two-dimensional code 106Q is attached to a portion of the underside of the bucket 106 that is visible from the cab 103. This allows the arm two-dimensional code 105Q and bucket two-dimensional code 106Q to be photographed by a cab front camera 1081 (see Figure 10) mounted with its lens facing forward from the cab 103. As a result, multiple two-dimensional codes can be read with one camera, and the number of cameras required can be fewer than the number of two-dimensional codes to be read.

図8は、バケット、キャブ、トラックの二次元コード取付位置を示す図であり、(a)は油圧ショベル100を前方から状態を示す図、(b)は、ブームの腹側面、キャブ上面、及びトラック上面を拡大した図である。 Figure 8 shows the attachment positions of the two-dimensional codes on the bucket, cab, and truck, where (a) shows the hydraulic excavator 100 from the front, and (b) is an enlarged view of the ventral side of the boom, the top of the cab, and the top of the truck.

図8(a)(b)に示すように、ブーム104の腹側面にブーム二次元コード104Qを、キャブ103の上面にキャブ二次元コード103Qを取り付ける。 As shown in Figures 8(a) and 8(b), a boom two-dimensional code 104Q is attached to the ventral side of the boom 104, and a cab two-dimensional code 103Q is attached to the top surface of the cab 103.

下部走行体101は、左クローラ101L及び右クローラ101Rと、これら左クローラ101L及び右クローラを回転可能に指示するトラック101Tとを含む。下部走行体101の部品情報を示す下部走行体二次元コード101Qは、トラック101Tに添付する。 The lower running structure 101 includes a left crawler 101L, a right crawler 101R, and a track 101T that rotatably supports the left crawler 101L and the right crawler 101R. A lower running structure two-dimensional code 101Q indicating part information of the lower running structure 101 is attached to the track 101T.

図9は、カウンターウェイト二次元コード取付位置を示す図であり、(a)は上部旋回体の上面図、(b)は、カウンターウェイト二次元コード取付位置の拡大図である。 Figure 9 shows the counterweight two-dimensional code attachment position, where (a) is a top view of the upper rotating body and (b) is an enlarged view of the counterweight two-dimensional code attachment position.

図9(a)(b)に示すように、カウンターウェイト102cの仕様を示すカウンターウェイト二次元コード102Qは、カウンターウェイト102cの上面に取り付けられる。 As shown in Figures 9(a) and (b), a counterweight two-dimensional code 102Q indicating the specifications of the counterweight 102c is attached to the top surface of the counterweight 102c.

図10は、第2実施形態における油圧ショベル100におけるZMPの算出に必要なパラメータを検知するセンサ及び部品情報を読み取るカメラの取付位置を示す図である。 Figure 10 is a diagram showing the mounting positions of sensors that detect parameters required for calculating the ZMP and cameras that read part information in the hydraulic excavator 100 in the second embodiment.

第2実施形態に係る油圧ショベル100では、キャブ103の上面前側にキャブ前方カメラ1081が備えられる。キャブ前方カメラ1081は、前方、より詳しくは、アーム105の腹側面(地面に対向する面)及びバケット106における底面(キャブ103に対向する面)を画角に含む向きで取り付けられる。キャブ前方カメラ1081は、アーム二次元コード105Q、及びバケット二次元コード106Qを撮像する。 In the hydraulic excavator 100 according to the second embodiment, a cab front camera 1081 is provided on the front side of the top surface of the cab 103. The cab front camera 1081 is attached in a direction that includes the front, more specifically, the ventral side (surface facing the ground) of the arm 105 and the bottom surface of the bucket 106 (surface facing the cab 103) in its angle of view. The cab front camera 1081 captures images of the arm two-dimensional code 105Q and the bucket two-dimensional code 106Q.

更にキャブ103の上面後ろ側には、キャブ後方カメラ1082が備えられる。キャブ後方カメラ1082は、カウンターウェイト102cを画角に含む向きで取り付けられ、カウンターウェイト二次元コード102Qを撮像する。 Furthermore, a cab rear camera 1082 is provided on the rear side of the top surface of the cab 103. The cab rear camera 1082 is mounted in an orientation that includes the counterweight 102c in its angle of view, and captures an image of the counterweight two-dimensional code 102Q.

また、アーム105の腹側面(地面に対向する側)にはアームカメラ1083が備えられる。アームカメラ1083は、トラック101Tの上面、ブーム104の腹側面、及びキャブ103の上面を画角に含む向きで取り付けられる。アームカメラ1083は、下部走行体二次元コード101Q、ブーム二次元コード104Q、キャブ二次元コード103Qを撮像する。 An arm camera 1083 is also provided on the ventral side (the side facing the ground) of the arm 105. The arm camera 1083 is attached in a direction that includes the top surface of the truck 101T, the ventral side of the boom 104, and the top surface of the cab 103 in its angle of view. The arm camera 1083 captures images of the lower vehicle two-dimensional code 101Q, the boom two-dimensional code 104Q, and the cab two-dimensional code 103Q.

このように、第2実施形態に係る油圧ショベル100においては、カメラを3つの場所に配置し、フロント作業機やカウンターウェイト102c等の各部位の仕様を画像認識によって特定する。カメラは部品交換により大きく質量が変わる部品が見える位置に取りつける。 In this way, in the hydraulic excavator 100 according to the second embodiment, cameras are placed in three locations, and the specifications of each part, such as the front working implement and the counterweight 102c, are identified by image recognition. The cameras are attached in positions that allow the viewing of parts whose mass changes significantly when they are replaced.

図11は、第2実施形態に係る油圧ショベルのハードウェア構成を示すブロック図である。 Figure 11 is a block diagram showing the hardware configuration of a hydraulic excavator according to the second embodiment.

第2実施形態に係る油圧ショベル100では、キャブ前方カメラ1081、キャブ後方カメラ1082、アームカメラ1083がコントローラ110に接続される点で第1実施形態と異なる。その他のハードウェア構成は第1実施形態と同様であるので重複説明を省略する。 The hydraulic excavator 100 according to the second embodiment differs from the first embodiment in that a cab front camera 1081, a cab rear camera 1082, and an arm camera 1083 are connected to the controller 110. The other hardware configurations are the same as those in the first embodiment, so duplicated explanations will be omitted.

図12は、第2実施形態に係る油圧ショベルに搭載されるコントローラの機能ブロック図である。 Figure 12 is a functional block diagram of a controller installed in a hydraulic excavator according to the second embodiment.

コントローラ110は、第1実施形態の構成に加えて画像解析部270、部品仕様情報記憶部280を備える。画像解析部270は、CPU等のプロセッサがプログラムRAMにロードして実行することにより実現する。部品仕様情報記憶部280は、記憶装置114の部品仕様情報の記憶領域により形成される。 The controller 110 includes an image analysis unit 270 and a part specification information storage unit 280 in addition to the configuration of the first embodiment. The image analysis unit 270 is realized by a processor such as a CPU loading a program into RAM and executing it. The part specification information storage unit 280 is formed by a storage area for part specification information in the storage device 114.

図13は、第2実施形態に係る油圧ショベルでのZMP算出処理の流れを示すフローチャートである。 Figure 13 is a flowchart showing the flow of the ZMP calculation process in the hydraulic excavator according to the second embodiment.

油圧ショベル100はエンジンが起動すると、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、車体傾斜角度センサS4、ブーム圧力センサS7R、S7Bのそれぞれからセンサ出力を取得すると共に(S01)、キャブ前方カメラ1081、キャブ後方カメラ1082,アームカメラ1083から各カメラが撮像した画像を取得する(S11)。 When the engine of the hydraulic excavator 100 starts, it acquires sensor outputs from the boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, bucket angle sensor S3, vehicle body inclination angle sensor S4, and boom pressure sensors S7R and S7B (S01), and also acquires images captured by the cab front camera 1081, cab rear camera 1082, and arm camera 1083 (S11).

画像解析部270は、各カメラから撮像画像を取得し、各画像に映った二次元コードを解析する(S12)。二次元コードに部品の仕様が記載されているときは(S13:Yes)画像解析の結果得られた部品仕様をZMP算出部220に出力する。 The image analysis unit 270 acquires captured images from each camera and analyzes the two-dimensional code captured in each image (S12). If the two-dimensional code contains part specifications (S13: Yes), the image analysis outputs the part specifications obtained as a result of the image analysis to the ZMP calculation unit 220.

二次元コードには部品の種類の情報しかない場合は(S13:No)、画像解析部270は、部品仕様情報記憶部280を検索し、部品の種類に応じた仕様を読み出して(S14)ZMP算出部220に出力する。 If the two-dimensional code only contains information about the part type (S13: No), the image analysis unit 270 searches the part specification information storage unit 280, reads out the specifications corresponding to the part type (S14), and outputs them to the ZMP calculation unit 220.

ZMP算出部220は、車体傾斜角度センサ、角度センサ、積載負荷センサとしてのブーム圧力センサのセンサ出力を基に作業機械の傾斜角と、回転軸に対する可動部の角度、角速度及び角加速度、積載負荷を取得し、更に部品の仕様情報を加えて動的な重心位置であるZMPを算出する(S02)。このときZMP算出部220は上記式(3)の油圧ショベル100の質量Mmachineを算出するにあたって下の式(4))を用いる。Miは二次元コードによって読みこまれたそれぞれの部品の質量を表す。

Figure 2024127331000004
The ZMP calculation unit 220 acquires the tilt angle of the work machine, the angle of the movable part relative to the rotation axis, the angular velocity and angular acceleration, and the load based on the sensor outputs of the vehicle body tilt angle sensor, the angle sensor, and the boom pressure sensor serving as a load sensor, and further calculates the ZMP, which is the dynamic center of gravity position, by adding the specification information of the parts (S02). At this time, the ZMP calculation unit 220 uses the following formula (4) to calculate the mass Mmachine of the hydraulic excavator 100 from the above formula (3). Mi represents the mass of each part read by the two-dimensional code.
Figure 2024127331000004

また、油圧ショベル100のx軸方向およびy軸方向の重心位置については下の式(5)を用いる。

Figure 2024127331000005
Miは上記と同様二次元コードによって読みこまれたそれぞれの部品の質量を表し、ciは二次元コードによって読みこまれたそれぞれの部品のx軸方向およびy軸方向の重心の位置を示す。 Furthermore, the following equation (5) is used to determine the position of the center of gravity of the hydraulic excavator 100 in the x-axis and y-axis directions.
Figure 2024127331000005
As above, Mi indicates the mass of each part read by the two-dimensional code, and ci indicates the position of the center of gravity in the x-axis and y-axis directions of each part read by the two-dimensional code.

その後の処理は第1実施形態と同様であるので重複説明を省略する。 The subsequent processing is the same as in the first embodiment, so a duplicate explanation will be omitted.

本実施形態によれば、油圧ショベル100の各部品に当該部品の仕様情報を取得するための部品情報を示す二次元コード又は一次元コードを取り付けておき、カメラで部品情報を読み取って各部品の仕様を判定し、その仕様を加味してZMPを算出する。これにより、積載負荷に加えて、現場で交換される可能性がある部品の仕様を考慮してZMPが算出でき、ZMPの算出精度を向上させることができる。 According to this embodiment, a two-dimensional code or one-dimensional code indicating part information for obtaining specification information for each part is attached to each part of the hydraulic excavator 100, the part information is read by a camera to determine the specifications of each part, and the ZMP is calculated taking these specifications into account. This allows the ZMP to be calculated taking into account the specifications of parts that may be replaced on-site in addition to the load, improving the accuracy of the ZMP calculation.

更に部品情報をカメラで撮像し、画像解析部270が撮像画像を解析して部品情報から当該部品の仕様情報を取得してZMP算出部220に出力するので、油圧ショベル100のオペレータが部品の仕様情報の入力をしなくてよい。これにより、オペレータの操作負担を増やすことなく、ZMPの算出精度を向上させることができる。 Furthermore, the part information is captured by a camera, and the image analysis unit 270 analyzes the captured image, obtains the specification information of the part from the part information, and outputs it to the ZMP calculation unit 220, so the operator of the hydraulic excavator 100 does not have to input the specification information of the part. This makes it possible to improve the accuracy of ZMP calculation without increasing the operational burden on the operator.

なお、第2実施形態でも油圧ショベルを例に挙げて説明するが、工場出荷後に交換可能なパーツを含む部品を含む作業機械であれば油圧ショベルに限らず、例えば、ホイールローダやブルドーザでもよい。 In the second embodiment, a hydraulic excavator is also used as an example, but the present invention is not limited to hydraulic excavators and may be applied to any work machine that includes components that can be replaced after shipment from the factory, such as a wheel loader or a bulldozer.

上記実施形態は、本発明を限定する趣旨ではなく、様々な変更態様も本発明に含まれる。例えば、カメラの取付位置や数は上記に限定されない。 The above embodiment is not intended to limit the present invention, and various modifications are also included in the present invention. For example, the mounting position and number of cameras are not limited to those described above.

また、二次元コードや一次元コードからは部品の種類や部品の固有情報のみを取得し、コントローラ110から通信ネットワークに接続されたサーバに問い合わせをかけ、サーバから部品の仕様情報を取得するように構成してもよい。この場合は、部品仕様情報記憶部280は不要である。 Also, it may be configured so that only the part type and part-specific information are obtained from the two-dimensional code or one-dimensional code, and the controller 110 makes an inquiry to a server connected to the communication network and obtains part specification information from the server. In this case, the part specification information storage unit 280 is not required.

また、キャブ前カメラ、キャブ後方カメラ、アームカメラは、油圧ショベル100の周辺の障害物を検出するための車載カメラ(周囲監視装置)と兼用してもよい。これにより、追加部品のコストを抑えられる。 The front cab camera, rear cab camera, and arm camera may also be used as an on-board camera (surroundings monitoring device) to detect obstacles around the hydraulic excavator 100. This reduces the cost of additional parts.

21 :ディスプレイ
22 :操作レバー
23 :電磁弁
100 :油圧ショベル
101 :下部走行体
101L :左クローラ
101Q :下部走行体二次元コード
101R :右クローラ
101T :トラック
101c :クローラ
101i :アイドラ
101s :スプロケット
102 :上部旋回体
102Q :カウンターウェイト二次元コード
102c :カウンターウェイト
103 :キャブ
103Q :キャブ二次元コード
104 :ブーム
104Q :ブーム二次元コード
105 :アーム
105Q :アーム二次元コード
106 :バケット
106Q :バケット二次元コード
107 :旋回機構
110 :コントローラ
111 :プロセッサ
114 :記憶装置
115 :入力I/F
116 :出力I/F
117 :バス
210 :主制御部
220 :ZMP算出部
230 :支持多角形算出部
240 :警報部
250 :表示制御部
260 :動作制御部
270 :画像解析部
280 :部品仕様情報記憶部
1081 :キャブ前方カメラ
1082 :キャブ後方カメラ
1083 :アームカメラ
J :通常領域
K :境界
L :支持多角形
N :転倒警告領域
S1 :ブーム角度センサ
S2 :アーム角度センサ
S3 :バケット角度センサ
S4 :車体傾斜角度センサ
S7R、S7B :ブーム圧力センサ
21: Display 22: Operation lever 23: Solenoid valve 100: Hydraulic excavator 101: Lower traveling body 101L: Left crawler 101Q: Lower traveling body two-dimensional code 101R: Right crawler 101T: Track 101c: Crawler 101i: Idler 101s: Sprocket 102: Upper rotating body 102Q: Counterweight two-dimensional code 102c: Counterweight 103: Cab 103Q: Cab two-dimensional code 104: Boom 104Q: Boom two-dimensional code 105: Arm 105Q: Arm two-dimensional code 106: Bucket 106Q: Bucket two-dimensional code 107: Swing mechanism 110: Controller 111: Processor 114: Storage device 115: Input I/F
116: Output I/F
117: Bus 210: Main control unit 220: ZMP calculation unit 230: Support polygon calculation unit 240: Alarm unit 250: Display control unit 260: Operation control unit 270: Image analysis unit 280: Part specification information storage unit 1081: Cab front camera 1082: Cab rear camera 1083: Arm camera J: Normal area K: Boundary L: Support polygon N: Tip-over warning area S1: Boom angle sensor S2: Arm angle sensor S3: Bucket angle sensor S4: Vehicle body inclination angle sensor S7R, S7B: Boom pressure sensor

Claims (8)

車体と、
前記車体に取り付けられたフロント作業機と、
前記車体および前記フロント作業機の姿勢を検出する姿勢検出センサと、
ディスプレイと、
コントローラと、を備えた作業機械において、
前記フロント作業機の積載負荷を示す積載負荷パラメータを取得する積載負荷センサを更に備え、
前記コントローラは、前記姿勢検出センサの検出結果及び前記積載負荷センサの検出結果により前記車体及び前記フロント作業機の動力学的な重心位置であるZMPを算出するZMP算出部と、
前記姿勢検出センサの検出結果により前記車体と地面との複数の接地点によって囲まれる支持多角形を算出する支持多角形算出部と、
前記支持多角形に前記ZMPを重畳して前記ディスプレイに表示させる表示制御部と、を備える、
ことを特徴とする作業機械。
The car body and
A front working machine attached to the vehicle body;
a posture detection sensor for detecting the postures of the vehicle body and the front work implement;
A display and
A working machine including a controller,
a load sensor for acquiring a load parameter indicating a load of the front working implement,
the controller includes a ZMP calculation unit that calculates a ZMP, which is a dynamic center of gravity position of the vehicle body and the front working implement, based on a detection result of the attitude detection sensor and a detection result of the load sensor;
a support polygon calculation unit that calculates a support polygon surrounded by a plurality of contact points between the vehicle body and the ground based on a detection result of the attitude detection sensor;
A display control unit that displays the ZMP on the display by superimposing the ZMP on the support polygon.
A work machine characterized by:
車体と、
前記車体に取り付けられたフロント作業機と、
車体およびフロント作業機の姿勢を検出する姿勢検出センサと、
ディスプレイと、
コントローラと、を備えた作業機械において、
前記フロント作業機の積載負荷を示す積載負荷パラメータを取得する積載負荷センサを更に備え、
前記コントローラは、前記姿勢検出センサの検出結果及び前記積載負荷センサの検出結果により前記車体及び前記フロント作業機の動力学的な重心位置であるZMPを算出するZMP算出部と、
前記姿勢検出センサの検出結果により前記車体と地面との複数の接地点によって囲まれる支持多角形を算出する支持多角形算出部と、
前記ZMPと前記支持多角形との比較結果に基づいて前記車体または前記フロント作業機の動作を制限する動作制御部と、を備える、
ことを特徴とする作業機械。
The car body and
A front working machine attached to the vehicle body;
a posture detection sensor for detecting the posture of the vehicle body and the front work implement;
A display and
A working machine including a controller,
a load sensor for acquiring a load parameter indicating a load of the front working implement,
the controller includes a ZMP calculation unit that calculates a ZMP, which is a dynamic center of gravity position of the vehicle body and the front working implement, based on a detection result of the attitude detection sensor and a detection result of the load sensor;
a support polygon calculation unit that calculates a support polygon surrounded by a plurality of contact points between the vehicle body and the ground based on a detection result of the attitude detection sensor;
and a motion control unit that limits a motion of the vehicle body or the front working implement based on a comparison result between the ZMP and the support polygon.
A work machine characterized by:
請求項1に記載の作業機械において、
構成部品の仕様を判定するための部品情報を示す一次元コードまたは二次元コードが付加され、
前記車体には、前記一次元コードまたは二次元コードを読み取るカメラが更に備えられ、
前記コントローラは、前記カメラが読み取った撮像画像を解析する画像解析部を更に含み、
前記画像解析部が解析した前記構成部品の仕様も加味して、前記ZMP算出部は前記ZMPを算出する、
ことを特徴とする作業機械。
2. The work machine according to claim 1,
A one-dimensional code or two-dimensional code indicating part information for determining the specifications of the component parts is added,
The vehicle body is further provided with a camera that reads the one-dimensional code or the two-dimensional code,
The controller further includes an image analysis unit that analyzes the captured image read by the camera,
The ZMP calculation unit calculates the ZMP taking into account the specifications of the component parts analyzed by the image analysis unit.
A work machine characterized by:
請求項3に記載の作業機械において、
前記作業機械は油圧ショベルであって、
前記油圧ショベルは、下部走行体と、当該下部走行体の上に旋回機構を介して搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体の前に俯仰可能に連結されたブームと、前記ブームの先端に回動可能に連結されたアームと、前記アームの先端に回転可能に取り付けられたバケットと、を備え、
前記上部旋回体は、前記油圧ショベルのオペレータが着座するキャブと、前記キャブの後方に備えられたカウンターウェイトと、を備え、
前記下部走行体は、左クローラ及び右クローラと、これら左クローラ及び右クローラを回転可能に指示するトラックと、を備え、
前記ブームにおける地面と対向する腹側面には当該ブームの部品情報を示すブーム二次元コードが備えられ、
前記アームにおける地面と対向する腹側面には当該アームの部品情報を示すアーム二次元コードが備えられ、
前記バケットにおける裏面には当該バケットの部品情報を示すバケット二次元コードが備えられ、
前記キャブの上面には、当該キャブの部品情報を示すキャブ二次元コードが備えられ、
前記トラックの上面には、当該下部走行体の部品情報を示す走行体二次元コードが備えられ、
前記カウンターウェイトの上面には、当該カウンターウェイトの部品情報を示すカウンターウェイト二次元コードが備えられ、
前記キャブの上面には、前方を画角に含む向きで取り付けられたキャブ前方カメラと、前記カウンターウェイトを画角に含む向きで取り付けられたキャブ後方カメラと、が備えられ、
前記アームの腹側にはアームカメラが備えられ、
前記キャブ前方カメラは、前記アーム二次元コード及び前記バケット二次元コードを読み取り、
前記キャブ後方カメラは、前記カウンターウェイト二次元コードを読み取り、
前記アームカメラは、前記ブーム二次元コード、前記キャブ二次元コード、及び前記走行体二次元コードを読み取る、
ことを特徴とする作業機械。
4. The working machine according to claim 3,
The work machine is a hydraulic excavator,
The hydraulic excavator includes a lower traveling body, an upper rotating body mounted on the lower traveling body via a rotating mechanism, a boom connected to the front of the upper rotating body so as to be able to be raised and lowered, an arm connected to a tip of the boom so as to be able to rotate, and a bucket rotatably attached to the tip of the arm,
The upper rotating body includes a cab in which an operator of the hydraulic excavator sits, and a counterweight provided behind the cab,
the lower traveling body includes a left crawler and a right crawler, and a track that rotatably supports the left crawler and the right crawler,
A boom two-dimensional code indicating part information of the boom is provided on a ventral side surface of the boom facing the ground,
a two-dimensional arm code indicating part information of the arm is provided on a ventral surface of the arm facing the ground,
A two-dimensional code indicating part information of the bucket is provided on the back surface of the bucket,
A cab two-dimensional code indicating part information of the cab is provided on the upper surface of the cab,
A two-dimensional code indicating part information of the undercarriage is provided on the upper surface of the truck,
A counterweight two-dimensional code indicating part information of the counterweight is provided on the upper surface of the counterweight;
A cab front camera is mounted on the upper surface of the cab in a direction that includes the front in its angle of view, and a cab rear camera is mounted in a direction that includes the counterweight in its angle of view.
An arm camera is provided on the ventral side of the arm,
The cab front camera reads the arm two-dimensional code and the bucket two-dimensional code,
The cab rear camera reads the counterweight two-dimensional code,
The arm camera reads the boom two-dimensional code, the cab two-dimensional code, and the vehicle two-dimensional code.
A work machine characterized by:
請求項1に記載の作業機械において、
前記積載負荷センサは所定の周期で新たな前記積載負荷パラメータを検知し、
前記ZMP算出部は、前記積載負荷センサから新たな前記積載負荷パラメータを取得すると、前記所定の周期で前記ZMPを再度算出する、
ことを特徴とする作業機械。
2. The work machine according to claim 1,
The load sensor detects new load parameters at a predetermined period,
When the ZMP calculation unit acquires new load parameters from the load sensor, the ZMP calculation unit re-calculates the ZMP at the predetermined period.
A work machine characterized by:
請求項2に記載の作業機械において、
構成部品の仕様を判定するための部品情報を示す一次元コードまたは二次元コードが付加され、
前記車体には、前記一次元コードまたは二次元コードを読み取るカメラが更に備えられ、
前記コントローラは、前記カメラが読み取った撮像画像を解析する画像解析部を更に含み、
前記画像解析部が解析した前記構成部品の仕様も加味して、前記ZMP算出部は前記ZMPを算出する、
ことを特徴とする作業機械。
3. The work machine according to claim 2,
A one-dimensional code or two-dimensional code indicating part information for determining the specifications of the component parts is added,
The vehicle body is further provided with a camera that reads the one-dimensional code or the two-dimensional code,
The controller further includes an image analysis unit that analyzes the captured image read by the camera,
The ZMP calculation unit calculates the ZMP taking into account the specifications of the component parts analyzed by the image analysis unit.
A work machine characterized by:
請求項6に記載の作業機械において、
前記作業機械は油圧ショベルであって、
前記油圧ショベルは、下部走行体と、当該下部走行体の上に旋回機構を介して搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体の前に俯仰可能に連結されたブームと、前記ブームの先端に回動可能に連結されたアームと、前記アームの先端に回転可能に取り付けられたバケットと、を備え、
前記上部旋回体は、前記油圧ショベルのオペレータが着座するキャブと、前記キャブの後方に備えられたカウンターウェイトと、を備え、
前記下部走行体は、左クローラ及び右クローラと、これら左クローラ及び右クローラを回転可能に指示するトラックと、を備え、
前記ブームにおける地面と対向する腹側面には当該ブームの部品情報を示すブーム二次元コードが備えられ、
前記アームにおける地面と対向する腹側面には当該アームの部品情報を示すアーム二次元コードが備えられ、
前記バケットにおける裏面には当該バケットの部品情報を示すバケット二次元コードが備えられ、
前記キャブの上面には、当該キャブの部品情報を示すキャブ二次元コードが備えられ、
前記トラックの上面には、当該下部走行体の部品情報を示す走行体二次元コードが備えられ、
前記カウンターウェイトの上面には、当該カウンターウェイトの部品情報を示すカウンターウェイト二次元コードが備えられ、
前記キャブの上面には、前方を画角に含む向きで取り付けられたキャブ前方カメラと、前記カウンターウェイトを画角に含む向きで取り付けられたキャブ後方カメラと、が備えられ、
前記アームの腹側にはアームカメラが備えられ、
前記キャブ前方カメラは、前記アーム二次元コード及び前記バケット二次元コードを読み取り、
前記キャブ後方カメラは、前記カウンターウェイト二次元コードを読み取り、
前記アームカメラは、前記ブーム二次元コード、前記キャブ二次元コード、及び前記走行体二次元コードを読み取る、
ことを特徴とする作業機械。
7. The work machine according to claim 6,
The work machine is a hydraulic excavator,
The hydraulic excavator includes a lower traveling body, an upper rotating body mounted on the lower traveling body via a rotating mechanism, a boom connected to the front of the upper rotating body so as to be able to be raised and lowered, an arm connected to a tip of the boom so as to be able to rotate, and a bucket rotatably attached to the tip of the arm,
The upper rotating body includes a cab in which an operator of the hydraulic excavator sits, and a counterweight provided behind the cab,
the lower traveling body includes a left crawler and a right crawler, and a track that rotatably supports the left crawler and the right crawler,
A boom two-dimensional code indicating part information of the boom is provided on a ventral side surface of the boom facing the ground,
a two-dimensional arm code indicating part information of the arm is provided on a ventral surface of the arm facing the ground,
A two-dimensional code indicating part information of the bucket is provided on the back surface of the bucket,
A cab two-dimensional code indicating part information of the cab is provided on the upper surface of the cab,
A two-dimensional code indicating part information of the undercarriage is provided on the upper surface of the truck,
A counterweight two-dimensional code indicating part information of the counterweight is provided on the upper surface of the counterweight;
A cab front camera is mounted on the upper surface of the cab in a direction that includes the front in its angle of view, and a cab rear camera is mounted in a direction that includes the counterweight in its angle of view.
An arm camera is provided on the ventral side of the arm,
The cab front camera reads the arm two-dimensional code and the bucket two-dimensional code,
The cab rear camera reads the counterweight two-dimensional code,
The arm camera reads the boom two-dimensional code, the cab two-dimensional code, and the vehicle two-dimensional code.
A work machine characterized by:
請求項2に記載の作業機械において、
前記積載負荷センサは所定の周期で新たな前記積載負荷パラメータを検知し、
前記ZMP算出部は、前記積載負荷センサから新たな前記積載負荷パラメータを取得すると、前記所定の周期で前記ZMPを再度算出する、
ことを特徴とする作業機械。
3. The work machine according to claim 2,
The load sensor detects new load parameters at a predetermined period,
When the ZMP calculation unit acquires new load parameters from the load sensor, the ZMP calculation unit re-calculates the ZMP at the predetermined period.
A work machine characterized by:
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