JP6986853B2 - 作業機械および作業機械の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械および作業機械の制御方法に関する。

油圧ショベル等の作業機械は、作業機械が備える作業機によって掘削した掘削物をダンプトラック等の積込対象に積込む。

作業機によって掘削された掘削物の荷重を算出する方法は、たとえば、特表２０１１−５１６７５５号公報（特許文献１）に開示されている。

特表２０１１−５１６７５５号公報

しかしながら、作業機によって土砂等が掘削され、かつ作業機のバケット内の土砂等が排土されたとしても、このような動作は、必ずしも、掘削物のダンプトラック等への積込動作に限られない。このため、ダンプトラック等に積込まれた掘削物の荷重を正確に把握するには、積込対象への積込動作を精度よく検出できることが好ましい。

本発明の目的は、積込対象への積込動作を精度よく検出可能な作業機械および作業機械の制御方法を提供することである。

本発明のある局面に従うと、作業機械は、ブームと、ブームの先端に取り付けられたアームと、アームの先端に取り付けられたバケットと、バケットが基準高さを通過したことを条件に、作業機械の動作が積込対象に対する掘削物の積込動作であると判定する積込判定部とを備える。

上記の発明によれば、積込対象への積込動作を精度よく検出可能となる。

油圧ショベルの構成を概略的に示す側面図である。 ダンプトラックに対する土砂等の掘削物の積込動作を説明するための図である。 ダンプトラックに対する土砂等の掘削物の積込動作時に得られる各種のデータを表した図である。 油圧ショベルの構成を説明するためのブロック図である。 油圧ショベルにおける処理の流れを説明するためのフロー図である。 他の油圧ショベルの構成を説明するためのブロック図である。 さらに他の油圧ショベルの構成を説明するためのブロック図である。 さらに他の油圧ショベルの構成を説明するためのブロック図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。実施形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

また、以下においては、作業機械として、建設機械を例に挙げて説明する。特に、建設機械のうち作業車両である油圧ショベルを例に挙げて説明する。ただし、作業機械は、建設機械に限定されず、マイニング機械であってもよい。さらに、以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」とは、運転席に着座したオペレータを基準とする用語である。

また、以下では、掘削した掘削物を積込するための積込対象として、ダンプトラックを例に挙げて説明する。しかしながら、積込対象は、これに限定されるものではなく、たとえば、土砂用コンテナ等であってもよい。

＜Ａ．構成＞
図１は、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、油圧ショベル１００は、走行体１０１と、旋回体１０３と、作業機１０４とを主に有している。走行体１０１と旋回体１０３とにより油圧ショベル１００の本体が構成されている。当該本体は、バルブ１０６，１０７と、旋回用の油圧モータ１０９とをさらに有する。

走行体１０１は左右一対の履帯装置１０１ａを有している。この左右一対の履帯装置１０１ａ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１００が自走する。

旋回体１０３は、油圧モータ１０９によって、走行体１０１に対して旋回自在に設置されている。旋回体１０３は、運転室１０８を有している。運転室１０８は、旋回体１０３のたとえば前方左側（車両前側）に配置されている。

作業機１０４は、旋回体１０３の前方側であって運転室１０８のたとえば右側にて軸支されている。作業機１０４は、ブーム１１０、アーム１２０、バケット１３０、ブームシリンダ１１１、アームシリンダ１２１、バケットシリンダ１３１などを有している。

ブーム１１０は、旋回体１０３に取り付けられている。ブーム１１０の基端部は、ブームフートピン１４１により旋回体１０３に回転可能に連結されている。

アーム１２０は、ブーム１１０の先端に取り付けられている。アーム１２０の基端部は、ブーム先端ピン１４２によりブーム１１０の先端部に回転可能に連結されている。

バケット１３０は、アーム１２０の先端に取り付けられている。バケット１３０は、アーム先端ピン１４３によりアーム１２０の先端部に回転可能に連結されている。

ブーム１１０は、ブームシリンダ１１１により駆動可能である。この駆動により、ブーム１１０は、ブームフートピン１４１を中心に旋回体１０３に対して上下方向に回動可能である。アーム１２０は、アームシリンダ１２１により駆動可能である。この駆動により、アーム１２０は、ブーム先端ピン１４２を中心にブーム１１０に対して上下方向に回動可能である。バケット１３０は、バケットシリンダ１３１により駆動可能である。この駆動によりバケット１３０は、アーム先端ピン１４３を中心にアーム１２０に対して上下方向に回動可能である。このように作業機１０４は駆動可能である。

ブームシリンダ１１１、アームシリンダ１２１およびバケットシリンダ１３１のそれぞれには、ストロークセンサ１１２、１２２、１３２が取り付けられている。

ブームシリンダ１１１は、バルブ１０６を介して油圧源（図示していない油圧ポンプおよび油タンク）から供給される作動油によって駆動する。

バルブ１０６は、本例では、切換弁（方向制御弁）である。バルブ１０６は、ブームシリンダ１１１に供給する作動油の流量を、パイロット圧（ＰＰＣ圧）に基づき調整する。バルブ１０６は、スプール（図示せず）を有する。パイロット圧に応じた位置に当該スプールが移動することにより、ブームシリンダ１１１に供給される作動油の流量が調整される。

油圧ショベル１００は、当該パイロット圧を検出するための圧力センサ５１（図４参照）を備えている。

油圧モータ１０９は、バルブ１０７を介して油圧源から供給される作動油によって駆動する。

バルブ１０７は、本例では、切換弁（方向制御弁）である。バルブ１０７は、油圧モータ１０９に供給する作動油の流量を、パイロット圧（ＰＰＣ圧）に基づき調整する。バルブ１０７は、スプール（図示せず）を有する。パイロット圧に応じた位置に当該スプールが移動することにより、油圧モータ１０９に供給される作動油の流量が調整される。

油圧ショベル１００は、当該パイロット圧を検出するための圧力センサを備えている。本例では、油圧ショベル１００は、この圧力センサとして、右旋回を行うためのパイロット圧を検出するための圧力センサ６１（図４参照）と、左旋回を行うためのパイロット圧を検出するための圧力センサ６２（図４参照）とを備えている。

さらに、ブームシリンダ１１１のヘッド側およびボトム側のそれぞれには、圧力センサ（図示せず）が取り付けられている。これらの圧力センサは、ブームシリンダ１１１のシリンダヘッド側油室内の作動油の圧力（ヘッド圧）、ブームシリンダ１１１のシリンダボトム側油室内の作動油の圧力（ボトム圧）を検出する。

＜Ｂ．積込判定＞
（ｂ１．積込動作の例）
図２は、ダンプトラックに対する土砂等の掘削物の積込動作を説明するための図である。

図２に示されるように、土砂をダンプトラック７００の荷台７０１に積込む際には、油圧ショベル１００は、掘削対象９００からの土砂の掘削と、油圧モータ１０９によるホイスト旋回と、バケット１３０の土砂の荷台７０１への積込（排土）と、次の掘削のためのダウン旋回とを、この順に実行する。

以下、油圧ショベル１００の動作がダンプトラック７００等の積込対象への掘削物の積込動作か否かを判定するためのロジックについて説明する。

（ｂ２．積込動作の際のデータ特性）
図３は、ダンプトラックに対する土砂等の掘削物の積込動作時に得られる各種のデータを表した図である。なお、図３の各グラフ（Ａ）〜（Ｃ）においては、縦軸の値は０から上側に行くほど値が大きくなっている。

図３のグラフ（Ａ）は、掘削、ホイスト旋回、排土、およびダウン旋回といった一連の積込動作における、バケット１３０内の荷重の重量（荷重計算値）の遷移を表している。

掘削が進むに連れて、バケット１３０内の掘削物の量が多くなるため、荷重計算値は増加する。ホイスト旋回時には、バケット１３０内の掘削物の量の変化は少ないため、荷重計算値の変化は少なく、概ね一定となる。排土時には、バケット１３０から掘削物が排出されるため、荷重計算値は減少する。ダウン旋回時には、バケット１３０内の掘削物の量の変化は少ないため、荷重計算値の変化は少なく、概ね一定となる。

図３のグラフ（Ｂ）は、上記一連の積込動作における、ブーム１１０を上昇させるためのパイロット圧（以下、「ブーム上げＰＰＣ圧」とも称する）と、右旋回を行うためのパイロット圧（以下、「右旋回ＰＰＣ圧」とも称する）と、左旋回を行うためのパイロット圧（以下、「左旋回ＰＰＣ圧」とも称する）と、バケット対地角度θｇとの遷移を表している。なお、ブーム上げＰＰＣ圧は、ブームシリンダ１１１が伸びるときにバルブ１０６のスプールに加わっているパイロット圧であって、かつ圧力センサ５１（図４参照）によって検出される油圧である。

バケット対地角度θｇは、図１に示したように、本例では、アーム先端ピン１４３を通る水平面Ｋ２を基準とし、水平面Ｋ２とバケット１３０の開口面とのなす角度として定義される。バケット対地角度θｇは、バケットの刃先１３９が水平面Ｋ２よりも上にある場合を、正の値とする。図１の場合には、バケット対地角度θｇは負の値となる。

図３のグラフ（Ｂ）に示されるように、掘削のときには、バケット対地角度θｇは、負の値から徐々に０度に近づく。掘削に続くホイスト旋回時（時刻ｔ１〜ｔ３）には、バケット１３０に掘削物を保持しておく必要があるため、バケット対地角度θｇは概ね一定となる。

本例では左方向にホイスト旋回をしているため、ホイスト旋回時には、左旋回ＰＰＣ圧の値が上昇する。また、掘削物をダンプトラック７００の荷台７０１に積込むため、ホイスト旋回時には、ブーム１１０を上げるオペレータ操作がなされる。さらに、ブーム１１０の上昇に伴って、バケット１３０の高さＨ（荷重高さ（図２参照））が所望の高さとなると、ブーム上げの操作が取止められる。このため、ブーム上げＰＰＣ圧の値は、一旦上昇し、ホイスト旋回の最終段階では０となっている。

なお、高さＨは、油圧ショベル１００を基準とした高さである。図２の場合には、高さＨは、油圧ショベル１００がいる地面Ｇとバケット１３０との距離である。

ホイスト旋回に続く排土時（時刻ｔ３〜ｔ４）には、掘削物をバケット１３０から排出するためのオペレータ操作によって、バケット対地角度θｇはマイナス方向に大きくなる。さらに、排土は、左旋回が終了する前に開始されるため、排土の途中までは、左旋回ＰＰＣ圧の値は正の値を保っている。また、排土の途中からオペレータがブーム１１０を上げる操作を行なため、再び、ブーム上げＰＰＣ圧は上昇する。

排土に続くダウン旋回時（時刻ｔ４〜ｔ５）には、旋回体１０３を右旋回させて、旋回体１０３を掘削位置に戻すオペレータ操作がなされるため、右旋回ＰＰＣ圧の値が上昇する。また、ダウン旋回時には、ブーム１１０を下げるオペレータ操作が行われるため、ブーム上げＰＰＣ圧は０となっている。

図３のグラフ（Ｃ）は、上記一連の積込動作における、バケット１３０の高さＨの遷移を表している。図３の例では、掘削の際に、バケット１３０が地中に入っているため、バケット１３０の高さＨの値は負の値となっている。

掘削が終わってホイスト旋回に移ると、ブーム１１０の上昇に伴い、バケット１３０の高さＨの値は上昇する。グラフ（Ｃ）の場合、ホイスト旋回中の時刻ｔ２（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）において、バケット１３０の高さＨが基準高さＨｓ（たとえば、５００ｍｍ）に達する。なお、詳しくは後述するが、この基準高さＨｓは、後述する積込判定に用いられる高さである。また、基準高さＨｓは、油圧ショベル１００のユーザによって設定される。

排土時（時刻ｔ３〜ｔ４）においては、バケット１３０の高さＨは、概ね一定となる。排土に続くダウン旋回時（時刻ｔ４〜ｔ５）においては、ブーム１１０の下降に伴い、バケット１３０の高さＨの値は減少する。

（ｂ３．積込判定に用いる条件）
油圧ショベル１００では、図３に示したような積込動作におけるデータの特性を鑑みて、ダンプトラック７００に掘削物が積み込まれたか否かを判定する。本例では、油圧ショベル１００は、以下の４つの条件が成立した時に、積込動作が行われたと判定する。

なお、以下では、ｔｎは任意（ｎは自然数）の時刻を表している。また、ｔｎ−１とｔｎとの間は、演算周期であって、ｎの値に関わらず一定である。また、基準圧Ｐｓは、圧力の閾値である。

（α）第１の条件
ブーム１１０が上昇していること。本例では、以下の式（１）を満たす場合に、ブーム１１０が上昇していると判定する。

ブーム上げＰＰＣ圧（Ｐｂｏｕ（ｔｎ））＞基準圧Ｐｓ … （１）
（β）第２の条件
旋回体１０３が旋回中であること。本例では、以下の式（２）または（２’）を満たす場合に、旋回中であると判定する。

右旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｒ（ｔｎ））＞基準圧Ｐｓ … （２）
左旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｌ（ｔｎ））＞基準圧Ｐｓ … （２’）
（γ）第３の条件
バケット１３０が基準高さＨｓを通過したこと。本例では、以下の式（３）を満たす場合に、バケット１３０が基準高さＨｓを通過したと判定する。

バケットの高さＨ（ｔｎ−１）＜基準高さＨｓ＜バケットの高さＨ（ｔｎ） … （３）
なお、式（３）は、一演算周期前のバケット１３０の高さＨ（ｔｎ−１）が基準高さＨｓよりも低く、かつ現在の演算周期のバケット１３０の高さＨ（ｔｎ）が基準高さＨｓよりも高くなっていることを表す条件式である。

（δ）第４の条件
バケット１３０が掘削物を保持する姿勢を取っていること。本例では、以下の式（４）を満たす場合に、バケット１３０が掘削物を保持する姿勢を取っていると判定する。

バケット対地角度θｇ＞−４５° … （４）
なお、バケット対地角度θｇは、以下の式（５）で定義される。

θｇ＝２７０°−（θｂｏ（ｔｎ）＋θａ（ｔｎ）＋θｂｕ（ｔｎ）） … （５）
また、図１にも示すように、θｂｏ（ｔｎ）、θａ（ｔｎ）、θｂｕ（ｔｎ）は、それぞれ、時刻ｔｎにおける、ブーム角度、アーム角度、バケット角度を表している。なお、図１に示すように、ブーム角度θｂｏ（ｔｎ）は、ブームフートピン１４１とブーム先端ピン１４２とを結ぶ線分Ｌ１と、水平面Ｋ１とのなす角度である。アーム角度θａ（ｔｎ）は、線分Ｌ１と、ブーム先端ピン１４２とアーム先端ピン１４３とを結ぶ線分Ｌ２とのなす角度である。バケット角度θｂｕ（ｔｎ）は、線分Ｌ２と、バケット１３０の開口面とのなす角度である。

基準圧Ｐｓ（図３のグラフ（２）参照）の値は、一例として、０．５ＭＰａとすることができる。なお、基準圧Ｐｓの値を、Ｐｂｏｕ（ｔｎ）と、Ｐｔｒ（ｔｎ）またはＰｔｌ（ｔｎ）とで別々の値としてもよい。

図３の例の場合、一連の積込動作（掘削開始から次の掘削開始（ダウン旋回終了）まで）において時刻ｔ２においてのみ、上記の４つの条件（第１〜４の条件）が満たされる。

積込判定の際に上述した各条件を用いる理由は、以下のとおりである。
上記第１の条件を採用した理由は、積込動作時には、ブーム上げが行われるためである。上記第２の条件を採用した理由は、積込動作時には、旋回体１０３の旋回が行われるためのである。

上記第３の条件を採用した理由は、積込動作時には、バケット１３０が基準高さＨｓを通過するためである。また、第３の条件は、誤判定防止にも有効である。地面等を掘削しているときにブーム上げが行われるが、第３の条件を用いれば、この動作を積込動作と判定しないためである。

上記第４の条件を採用した理由は、誤判定防止のためである。上記第４の条件を採用した理由は、掘削物をダンプトラック７００に積込んだ後にバケット１３０が空の状態でホイスト旋回で戻る場合（たとえば、油圧ショベル１００がダンプトラック７００よりも高い位置にある場合）に、第１の条件と第２の条件と第３の条件とを満たすと、積込動作が行われたと判定されるためである。上記第４の条件がなければ、実際には１回の積込動作であるにもかかわらず、２回の積込動作と判断されてしまうためである。

（ｂ４．実装例）
図４は、油圧ショベル１００の構成を説明するためのブロック図である。

図４に示されるように、油圧ショベル１００は、操作部１０と、コントローラ２０と、モニタ装置３０と、圧力センサ５１，６１，６２と、ストロークセンサ１１２、１２２、１３２とを備えている。

操作部１０は、作業機１０４を動作させる複数の操作レバーを含んで構成される。操作部１０は、たとえば、ブーム用の操作レバー、アーム用の操作レバー、バケット用の操作レバー、旋回用の操作レバー等を含む。操作部１０からの操作指令は、メインコントローラとしてのポンプコントローラ２１０に送られる。

コントローラ２０は、油圧ショベル１００の全体の動作を制御する。コントローラ２０は、ポンプコントローラ２１０と、ペイロード用コントローラ２２０とを含んで構成される。ポンプコントローラ２１０は、高さ算出部２２１を有する。ペイロード用コントローラ２２０は、積込判定部２２１と、荷重値算出部２２２と、積込荷重値決定部２２３とを有する。積込判定部２２１は、対地角度算出部２２８を有する。

モニタ装置３０は、タッチ入力を受け付けるとともに、各種の情報をモニタ表示するタッチスクリーンである。モニタ装置３０は、入力部３１と、表示部３２とを備える。入力部３１は、タッチスクリーンで構成され得る。表示部３２は、ディスプレイで構成される。なお、入力部３１は、ハードキーで構成されていてもよい。なお、モニタ装置３０は、本発明の「表示装置」の一例であり、かつ本発明の「入力装置」の一例である。

入力部３１は、基準高さＨｓを設定するためのオペレータ入力を受け付ける。入力部３１は、入力された基準高さＨｓを積込判定部２２１に送る。

油圧ショベル１００が基準高さＨｓを設定するためのオペレータ入力を受け付ける理由は、油圧ショベル１００とダンプトラック７００とが、常に同じ高さの地面にいるとは限らないためである。油圧ショベル１００がダンプトラック７００よりも高い場所で作業している状況、あるいは油圧ショベル１００がダンプトラック７００よりも低い場所で作業している状況があるためである。また、ダンプトラック７００の種別によっては、荷台７０１の高さまたは荷台７０１の枠の高さが異なることも、理由の一つである。

圧力センサ５１，６１，６２は、各検出結果を、ポンプコントローラ２１０に送る。これにより、ポンプコントローラ２１０は、ブーム上げＰＰＣ圧（Ｐｂｏｕ（ｔｎ））と、右旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｒ（ｔｎ））と、左旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｌ（ｔｎ））とを取得する。

ストロークセンサ１１２，１２２，１３２は、各検出結果を、ポンプコントローラ２１０に送る。これにより、ポンプコントローラ２１０は、ブーム角度θｂｏ（ｔｎ）と、アーム角度θａ（ｔｎ）と、バケット角度θｂｕ（ｔｎ）とを取得する。

ポンプコントローラ２１０の高さ算出部２２１は、バケット１３０の高さＨ（ｔｎ）を算出する。

ポンプコントローラ２１０には、履帯装置１０１ａの下部からブームフートピン１４１までの高さＬ９（図１参照）が予め記憶されている。高さ算出部２２１は、ブームシリンダ１１１のストローク長と、アームシリンダ１２１のストローク長と、バケットシリンダ１３１のストローク長と、作業機１０４の寸法とに基づき、ブームフートピン１４１からバケット１３０までの高さを算出する。高さ算出部２２１は、高さＬ９と、算出されたブームフートピン１４１からバケット１３０までの高さとに基づき、バケット１３０の高さＨ（ｔｎ）を算出する。

なお、バケット１３０の高さＨ（ｔｎ）を算出するときのバケット１３０の算出対象部分は、たとえば、図２に示すように、バケット１３０における最も低い部分とすることができる。また、バケット１３０の刃先１３９の位置を算出対象部分とすることもできる。

ポンプコントローラ２１０は、ブーム上げＰＰＣ圧（Ｐｂｏｕ（ｔｎ））と、右旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｒ（ｔｎ））と、左旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｌ（ｔｎ））と、ブーム角度θｂｏ（ｔｎ）と、アーム角度θａ（ｔｎ）と、バケット角度θｂｕ（ｔｎ）と、バケット１３０の高さＨ（ｔｎ）とを、ペイロード用コントローラ２２０に送る。

積込判定部２２１の対地角度算出部２２８は、上述した式（５）に、ブーム角度θｂｏ（ｔｎ）と、アーム角度θａ（ｔｎ）と、バケット角度θｂｕ（ｔｎ）とを代入することにより、バケット対地角度θｇ（ｔｎ）を算出する。

積込判定部２２１は、ブーム上げＰＰＣ圧（Ｐｂｏｕ（ｔｎ））と、右旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｒ（ｔｎ））と、左旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｌ（ｔｎ））と、バケット対地角度θｇ（ｔｎ）と、バケット１３０の高さＨ（ｔｎ）とを用いて、積込判定を行う。積込判定部２２１は、これらの５つのデータに基づき、上述した４つの条件（第１〜４の条件）を同時に満たす状態が生じるか否かを判定する。

積込判定部２２１は、上記４つの条件全てを同時に満たした場合、積込が行われたと判定する。積込判定部２２１は、上記４つの条件のうち全ての条件を満たしていないと判定した場合には、積込みが行われていないと判定する。

上述したように、積込動作時にはブーム上げが行われ、かつ旋回体１０３の旋回が行われる。上記第１および第２の条件の成否判定によれば、これらの動作を判定できる。また、積込動作時には、バケット１３０が基準高さＨｓを通過する。上記第３の条件によれば、この動作を判定できる。さらに、上記第３の条件の成否判定を利用することにより、地面等を掘削しているときのブーム上げ動作を積込動作と判定してしまうことを防止できる。また、上記第４の条件の成否判定によれば、掘削物をダンプトラック７００に積込んだ後にバケット１３０が空の状態でホイスト旋回で戻る場合に積込動作が行われたと判定してしまうことを防止できる。

したがって、油圧ショベル１００によれば、ダンプトラック７００の積込対象への積込動作を精度よく検出可能となる。

上記においては、積込判定に、４つの条件（第１〜４の条件）を用いる構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。少なくとも上記第３の条件を用いることにより、積込判定は可能である。また、積込判定に、上記第２の条件を用いなくてもよい。

（ｂ５．まとめ）
（１）第３の条件の利用
油圧ショベル１００は、バケット１３０が基準高さＨｓを通過したことを条件に、油圧ショベル１００の動作がダンプトラック７００に対する掘削物の積込動作であると判定する積込判定部２２１を備えている。このような構成によれば、ダンプトラック７００への積込動作を精度よく検出可能となる。

（２）第３の条件および第４の条件の利用
積込判定部２２１は、バケット１３０が基準高さＨｓを通過し、かつバケット１３０が掘削物を保持する姿勢を取っていることを条件に、油圧ショベル１００の動作が前記積込動作であると判定する。

このような判定の一例として、積込判定部２２１は、バケット１３０のバケット対地角度θｇ（ｔｎ）を算出する対地角度算出部２２８をさらに有し、積込判定部２２１は、バケット対地角度θｇ（ｔｎ）が予め定められた範囲内（θｇ＞−４５°）にあることを条件に、バケット１３０が掘削物を保持する姿勢を取っていると判定する。

このような構成によれば、第３の条件のみを利用する場合に比べて、ダンプトラック７００への積込動作をさらに精度よく検出できる。

（３）第３の条件および第１の条件の利用
積込判定部２２１は、ブーム１１０が上昇しており、かつバケット１３０が基準高さＨｓを通過したことを条件に、油圧ショベル１００の動作がダンプトラック７００に対する掘削物の積込動作であると判定する。このような構成によれば、第３の条件のみを利用する場合に比べて、ダンプトラック７００への積込動作をさらに精度よく検出可能となる。

特に、上記第１の条件に関し、積込判定部２２１は、ブーム上げＰＰＣ圧（ｔｎ）が基準圧Ｐｓよりも高い場合に、ブーム１１０が上昇していると判定する。このような構成によれば、ブーム１１０の上昇を検知できる。

また、積込判定部２２１は、基準高さＨｓを設定するためのオペレータ入力をモニタ装置３０の入力部３１を介して受け付ける。このような構成によれば、オペレータは、油圧ショベル１００とダンプトラック７００との位置関係を考慮して、基準高さＨｓを設定することができる。

高さ算出部２１１は、ブームシリンダ１１１のストローク長と、アームシリンダ１２１のストローク長と、バケットシリンダ１３１のストローク長とに基づいて、バケット１３０の高さを算出する。これにより、油圧ショベル１００は、バケット１３０の高さを検出できる。積込判定部２２１は、算出されたバケット１３０の高さに基づき、バケット１３０が基準高さＨｓを通過したか否かを判定する。

（４）第３の条件、第１の条件、および第４の条件の利用
積込判定部２２１は、ブーム１１０が上昇しており、バケット１３０が基準高さＨｓを通過し、かつバケット１３０が掘削物を保持する姿勢を取っていることを条件に、油圧ショベル１００の動作が積込動作であると判定する。

このような構成によれば、第３の条件と第１の条件（または第４の条件）とを利用する場合に比べて、ダンプトラック７００への積込動作をさらに精度よく検出可能となる。

（５）第３の条件、第１の条件、および第２の条件の利用
積込判定部２２１は、ブーム１１０が上昇しており、バケット１３０が基準高さＨｓを通過し、かつ旋回体１０３が旋回中であることを条件に、油圧ショベル１００の動作が積込動作であると判定する。このような構成によれば、第３の条件と第１の条件を利用する場合に比べて、ダンプトラック７００への積込動作をさらに精度よく検出可能となる。

一例として、積込判定部２２１は、右旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｒ（ｔｎ））が基準圧Ｐｓよりも高い場合に、旋回体が旋回中であると判定する。また、積込判定部２２１は、右旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｌ（ｔｎ））が基準圧Ｐｓよりも高い場合に、旋回体が旋回中であると判定する。

（６）第３の条件、第４の条件、および第２の条件の利用
積込判定部２２１は、バケット１３０が基準高さＨｓを通過し、バケット１３０が掘削物を保持する姿勢を取っており、かつ旋回体１０３が旋回中であることを条件に、油圧ショベル１００の動作が積込動作であると判定する。このような構成によれば、第３の条件と第４の条件を利用する場合に比べて、ダンプトラック７００への積込動作をさらに精度よく検出可能となる。

（７）第３の条件、第１の条件、第２の条件、および第４の条件の利用
積込判定部２２１は、ブーム１１０が上昇しており、バケット１３０が基準高さＨｓを通過し、旋回体１０３が旋回中であり、かつバケット対地角度θｇ（ｔｎ）が予め定められた範囲内（θｇ＞−４５°）にあることを条件に、油圧ショベル１００の動作が積込動作であると判定する。このような構成によれば、第３の条件と第１の条件と第４の条件とを利用する場合に比べて、ダンプトラック７００への積込動作をさらに精度よく検出可能となる。

＜Ｃ．積込荷重値の算出＞
油圧ショベル１００は、積込判定を行うと、バケット１３０の荷重値を決定するための処理を行なう。以下では、荷重値を決定するための一処理例について説明する。

ペイロード用コントローラ２２０は、上述したように、荷重値算出部２２２と、積込荷重値決定部２２３とを有する。

荷重値算出部２２２は、時刻ｔｎにおけるバケット１３０内の荷重の荷重値Ｗ（ｔｎ）を算出する。荷重値算出部２２２は、ブームシリンダ１１１のシリンダヘッド側油室内の作動油の圧力（ヘッド圧）と、ブームシリンダ１１１のシリンダボトム側油室内の作動油の圧力（ボトム圧）とを用いて、バケット１３０内の荷重の荷重値を算出する。荷重値算出部２２２は、算出された荷重値Ｗ（ｔｎ）を積込判定部２２１に送る。なお、荷重値の算出方法については、従来から知られているため、ここでは説明を繰り返さない。

以下では、時刻ｔｍにおいて、上記の第１〜４の条件をすべて満たしたとする。この場合、積込判定部２２１は、時刻ｔｍ以降において連続する所定個数の荷重値Ｗ（ｔｍ），Ｗ（ｔｍ＋１），Ｗ（ｔｍ＋２），…，Ｗ（ｔｍ＋９）を一時的にストックする。積込判定部２２１は、ストックした荷重値Ｗ（ｔｍ），Ｗ（ｔｍ＋１），Ｗ（ｔｍ＋２），…，Ｗ（ｔｍ＋９）を、積込荷重値決定部２２３に送る。

積込荷重値決定部２２３は、荷重値Ｗ（ｔｍ），Ｗ（ｔｍ＋１），Ｗ（ｔｍ＋２），…，Ｗ（ｔｍ＋９）の中から、予め定められた規則に基づき１つの荷重値を選択し、この荷重値をバケット１３０内の荷重の荷重値として決定する。一例として、積込荷重値決定部２２３は、時刻ｔｍから予め定められた時間が経過したときの荷重値（たとえば、Ｗ（ｔｍ＋５））をバケット１３０内の荷重の荷重値とする。予め定められた時間は、ホイスト旋回に要する時間を考慮して、予め設定される。たとえば、予め定められた時間は、図３の点Ｑで示すように、１秒とすることができる。積込荷重値決定部２２３は、決定した荷重値をモニタ装置３０に送る。

モニタ装置３０は、荷重値を受信したことに基づき、この荷重値を表示部３２に表示する。

以上のように、旋回体１０３の旋回中であって、かつ上記第１〜４の条件が成立してから予め定められた時間が経過したときの荷重値を積込荷重値に決定することにより、精度の高い積込荷重値を得ることができる。

＜Ｄ．処理＞
図５は、油圧ショベル１００における処理の流れを説明するためのフロー図である。

図５に示されるように、ステップＳ１からステップＳ６までが積込判定に関する処理である。この例は、上記の第１〜４の条件全てが使用される場合を示している。

また、ステップＳ１〜Ｓ４に示す各判定処理は、本例では、演算周期毎（Δｔ＝ｔｎ−ｔｎ−１）に実行される。さらに、演算周期毎に、ステップＳ５の判定およびステップＳ６の判定がなされる。

ステップＳ１において、ペイロード用コントローラ２２０の積込判定部２２１は、ブーム上げＰＰＣ圧（Ｐｂｏｕ（ｔｎ））に基づいて、ブーム１１０が上昇しているか否かを判定する。ブーム１１０が上昇していると判定されると（ステップＳ１においてＹＥＳ）、ステップＳ２において、積込判定部２２１は、旋回体１０３が走行体１０１に対して旋回中であるか否かを判定する。ブーム１１０が上昇していないと判定されると（ステップＳ１においてＮＯ）、ステップＳ６において、積込判定部２２１は、油圧ショベル１００の動作が積込動作ではないと判定する。

旋回動作中であると判定されると（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３において、積込判定部２２１は、ブーム１１０の上昇に伴い、バケット１３０が基準高さＨｓを通過したか否かを判定する。本例の場合、積込判定部２２１は、バケット１３０の高さＨ（ｔｎ−１）と高さＨ（ｔｎ）とが、式（３）を満たしているか否かを判定する。旋回動作中でないと判定されると（ステップＳ２においてＮＯ）、積込判定部２２１は、油圧ショベル１００の動作が積込動作ではないと判定する（ステップＳ６）。

バケット１３０が基準高さＨｓを通過したと判定されると（ステップＳ３においてＹＥＳ）、ステップＳ４において、積込判定部２２１は、バケット１３０のバケット対地角度θｇ（ｔｎ）が予め定められた範囲内であるかを判定する。バケット１３０が基準高さＨｓを通過していない（ステップＳ３においてＮＯ）、積込判定部２２１は、油圧ショベル１００の動作が積込動作ではないと判定する（ステップＳ６）。

バケット対地角度θｇ（ｔｎ）が予め定められた範囲内であると判定された場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、ステップＳ５において、積込判定部２２１は、油圧ショベル１００の動作が積込動作であると判定する。バケット対地角度θｇ（ｔｎ）が予め定められた範囲内にないと判定された場合（ステップＳ４においてＮＯ）、積込判定部２２１は、油圧ショベル１００の動作が積込動作ではないと判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ５の後は、ステップＳ７において、積込荷重値決定部２２３によって、積込荷重値が決定される。その後、ステップＳ８において、モニタ装置３０の表示部３２に、決定された積込荷重値が表示される。

＜Ｅ．変形例＞
（積込判定の変形例）
（１）第１の条件の代替手法
上述した第１の条件の代替手法を説明する。図６は、油圧ショベル１００Ａの構成を説明するためのブロック図である。

図６に示されるように、油圧ショベル１００Ａは、コントローラ２０Ａと、ポンプコントローラ２１０Ａと、ペイロード用コントローラ２２０Ａと、積込判定部２２１Ａとを備える点において、コントローラ２０と、ポンプコントローラ２１０と、ペイロード用コントローラ２２０と、積込判定部２２１とを備える油圧ショベル１００（図４参照）とは異なる。以下では、油圧ショベル１００と異なる点を説明する。

ポンプコントローラ２１０Ａは、ブーム上げＰＰＣ圧（Ｐｂｏｕ（ｔｎ））の代わりに、ブームシリンダ１１１のストローク長（Ｌｂ（ｔｎ））をペイロード用コントローラ２２０Ａに送る。

積込判定部２２１Ａは、ストローク長（Ｌｂ（ｔｎ））に基づき、ブームシリンダ１１１のストローク長の変化速度（ロッドの移動速度）を算出する。積込判定部２２１Ａは、ストローク長が基準速度よりも早い速度で長くなっている場合に、ブーム１１０が上昇していると判定する。このような構成によっても、ダンプトラック７００等の積込対象への積込動作を精度よく検出可能となる。

なお、ストローク長の変化速度が、ペイロード用コントローラ２２０ではなく、ポンプコントローラ２１０において算出される構成であってもよい。

（２）第２の条件の代替手法
上述した第２の条件の代替手法を説明する。図７は、油圧ショベル１００Ｂの構成を説明するためのブロック図である。

図７に示されるように、油圧ショベル１００Ｂは、コントローラ２０Ｂと、ポンプコントローラ２１０Ｂと、ペイロード用コントローラ２２０Ｂと、積込判定部２２１Ｂとを備える点において、コントローラ２０と、ポンプコントローラ２１０と、ペイロード用コントローラ２２０と、積込判定部２２１とを備える油圧ショベル１００（図４参照）とは異なる。

また、油圧ショベル１００Ｂは、旋回体１０３の旋回角度θｒを検出する角度センサ７１をさらに備え、ポンプコントローラ２１０Ｂには角度センサ７１からの検出結果が入力される。

ポンプコントローラ２１０Ｂは、右旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｒ（ｔｎ））および左旋回ＰＰＣ圧（Ｐｔｌ（ｔｎ））の代わりに、旋回角度θｒ（ｔｎ）をペイロード用コントローラ２２０Ｂに送る。

積込判定部２２１Ｂは、旋回角度θｒ（ｔｎ）が時間の経過とともに変化している場合に、旋回体１０３が旋回中であると判定する。このような構成によっても、ダンプトラック７００等の積込対象への積込動作を精度よく検出可能となる。

上述した第２の条件の他の代替手法を説明する。図８は、油圧ショベル１００Ｃの構成を説明するためのブロック図である。

図８に示されるように、油圧ショベル１００Ｃは、コントローラ２０Ｃと、ペイロード用コントローラ２２０Ｃと、積込判定部２２１Ｃとを備える点において、コントローラ２０Ｂと、ペイロード用コントローラ２２０Ｂと、積込判定部２２１Ｂとを備える油圧ショベル１００Ｂ（図７参照）とは異なる。

積込判定部２２１Ｃは、旋回角度算出部２２９を有する。旋回角度算出部２２９は、旋回角度θｒ（ｔｎ）に基づいて、旋回体１０３の旋回角速度を算出する。

積込判定部２２１Ｃは、旋回角速度が予め定められた角速度以上の場合に、旋回体１０３が旋回中であると判定する。このような構成によっても、ダンプトラック７００等の積込対象への積込動作を精度よく検出可能となる。

（３）第４の条件の代替手法
上述した第４の条件の代替手法を説明する。本手法では、荷重値算出部２２２によって算出された、バケット１３０内の掘削物の荷重値Ｗ（ｔｎ）を利用する。

積込判定部２２１は、ブーム１１０が上昇しており、バケット１３０が基準高さＨｓを通過し、かつ荷重値Ｗ（ｔｎ）が基準値よりも大きいことを条件に、油圧ショベル１００の動作が積込動作であると判定する。一例として、この基準値を４００ｋｇとすることができる。

このような構成であっても、ダンプトラック７００等の積込対象への積込動作を精度よく検出可能となる。

今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに制限されるものではない。本発明の範囲は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。

１０ 操作部、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ コントローラ、３０ モニタ装置、３１ 入力部、３２ 表示部、５１，６１，６２ 圧力センサ、７１ 角度センサ、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 油圧ショベル、１０１ 走行体、１０１ａ 履帯装置、１０３ 旋回体、１０４ 作業機、１０６，１０７ バルブ、１０８ 運転室、１０９ 油圧モータ、１１０ ブーム、１１１ ブームシリンダ、１１２，１２２，１３２ ストロークセンサ、１２０ アーム、１２１ アームシリンダ、１３０ バケット、１３１ バケットシリンダ、１３９ 刃先、１４１ ブームフートピン、１４２ ブーム先端ピン、１４３ アーム先端ピン、２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ ポンプコントローラ、２１１ 高さ算出部、２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ ペイロード用コントローラ、２２１，２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ 積込判定部、２２２ 荷重値算出部、２２３ 積込荷重値決定部、２２８ 対地角度算出部、２２９ 旋回角度算出部、７００ ダンプトラック、７０１ 荷台、９００ 掘削対象、Ｇ 地面、Ｋ１，Ｋ２ 水平面。

Claims (16)

1. 作業機械であって、
   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、
   前記バケットが基準高さを通過したことを判定する第１の判定部と、
   前記第１の判定部により前記バケットが前記基準高さを通過したと判定されたことを条件に、前記作業機械の動作が積込対象に対する掘削物の積込動作であると判定する第２の判定部と、
   前記第２の判定部により前記作業機械の動作が積込対象に対する掘削物の積込動作であると判定されたことを条件に、積込荷重値を決定する決定部とを備え、
   前記第１の判定部は、一演算周期前の前記バケットの高さが前記基準高さよりも低く、かつ現在の演算周期の前記バケットの高さが前記基準高さよりも高くなっている場合に、前記バケットが前記基準高さを通過したと判定する、作業機械。
2. 入力装置をさらに備え、
   前記基準高さを設定するためのオペレータ入力を前記入力装置を介して受け付ける、請求項１に記載の作業機械。
3. 前記ブームを駆動する第１のシリンダと、
   前記アームを駆動する第２のシリンダと、
   前記バケットを駆動する第３のシリンダと、
   前記第１のシリンダのストローク長を検出する第１のセンサと、
   前記第２のシリンダのストローク長を検出する第２のセンサと、
   前記第３のシリンダのストローク長を検出する第３のセンサと、
   検出された前記第１のシリンダのストローク長と、検出された前記第２のシリンダのストローク長と、検出された前記第３のシリンダのストローク長とに基づいて、前記バケットの高さを算出する高さ算出部とをさらに備え、
   前記第１の判定部は、算出された前記バケットの高さに基づき、前記バケットが基準高さを通過したか否かを判定する、請求項１に記載の作業機械。
4. 前記第２の判定部は、前記バケットが前記基準高さを通過したと判定されたこと、および前記バケットが前記掘削物を保持する姿勢を取っていることを条件に、前記作業機械の動作が前記積込動作であると判定する、請求項１に記載の作業機械。
5. 前記第２の判定部は、
   前記バケットの対地角度を算出する対地角度算出部を有し、
   前記対地角度が予め定められた範囲内にあることを条件に、前記バケットが前記掘削物を保持する姿勢を取っていると判定する、請求項４に記載の作業機械。
6. 前記ブームを駆動するシリンダと、
   前記シリンダの負荷に基づいて、前記バケット内の前記掘削物の荷重値を算出する荷重値算出部とをさらに備え、
   前記第２の判定部は、前記バケットが前記基準高さを通過したと判定されたこと、および前記荷重値が基準値よりも大きいことを条件に、前記作業機械の動作が前記積込動作であると判定する、請求項１に記載の作業機械。
7. 前記第２の判定部は、前記バケットが基準高さを通過したと判定されたこと、および前記ブームが上昇していることを条件に、前記作業機械の動作が前記積込動作であると判定する、請求項１に記載の作業機械。
8. 前記ブームを駆動するシリンダと、
   前記シリンダに供給する作動油の流量をパイロット圧に基づき調整するバルブと、
   前記パイロット圧を検出するセンサとをさらに備え、
   前記第２の判定部は、検出された前記パイロット圧が基準圧よりも高い場合に、前記ブームが上昇していると判定する、請求項７に記載の作業機械。
9. 前記ブームを駆動するシリンダと、
   前記シリンダのストローク長を検出するセンサとをさらに備え、
   前記第２の判定部は、検出された前記ストローク長が基準速度よりも早い速度で長くなっている場合に、前記ブームが上昇していると判定する、請求項７に記載の作業機械。
10. 走行体と、
    前記走行体に対して旋回可能であって、かつ前記ブームを支持する旋回体とを備え、
    前記第２の判定部は、前記バケットが前記基準高さを通過したと判定されたこと、および前記旋回体が旋回中であることを条件に、前記作業機械の動作が前記積込動作であると判定する、請求項１に記載の作業機械。
11. 前記旋回体を旋回させる油圧モータと、
    前記油圧モータに供給する作動油の流量をパイロット圧に基づき調整するバルブと、
    前記パイロット圧を検出するセンサとをさらに備え、
    前記第２の判定部は、検出された前記パイロット圧が基準圧よりも高い場合に、前記旋回体が旋回中であると判定する、請求項１０に記載の作業機械。
12. 前記旋回体の旋回角度を検出するセンサをさらに備え、
    前記第２の判定部は、検出された前記旋回角度が時間の経過とともに変化している場合に、前記旋回体が旋回中であると判定する、請求項１０に記載の作業機械。
13. 前記旋回体の旋回角度を検出するセンサをさらに備え、
    検出された前記旋回角度に基づいて旋回角速度を算出する角速度算出部をさらに有し、
    前記第２の判定部は、算出された前記旋回角速度が予め定められた角速度以上の場合に、前記旋回体が旋回中であると判定する、請求項１０に記載の作業機械。
14. 走行体と、
    前記走行体に対して旋回可能であって、かつ前記ブームを支持する旋回体と、
    前記ブームを駆動するシリンダの負荷に基づいて、前記バケット内の前記掘削物の荷重値を算出する荷重値算出部と、
    前記旋回体の旋回中であって、かつ前記条件が成立してから予め定められた時間が経過したときの前記荷重値を、積込荷重値に決定する決定部とをさらに有する、請求項１に記載の作業機械。
15. 表示装置をさらに備え、
    前記積込荷重値を前記表示装置に表示させる、請求項１４に記載の作業機械。
16. 作業機械の制御方法であって、
    アームを介してブームに接続されたバケットが基準高さを通過したことを判定するステップと、
    前記バケットが基準高さを通過したことを条件に、前記作業機械の動作が積込対象に対する掘削物の積込動作であると判定するステップと、
    前記作業機械の動作が積込対象に対する掘削物の積込動作であると判定されたことを条件に、積込荷重値を決定するステップとを備え、
    前記基準高さを通過したことを判定するステップでは、一演算周期前の前記バケットの高さが前記基準高さよりも低く、かつ現在の演算周期の前記バケットの高さが前記基準高さよりも高くなっている場合に、前記バケットが前記基準高さを通過したと判定する、制御方法。

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