JP7562429B2

JP7562429B2 - Construction Machinery

Info

Publication number: JP7562429B2
Application number: JP2021000713A
Authority: JP
Inventors: 剛志野井; 怜手原
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2021-01-06
Filing date: 2021-01-06
Publication date: 2024-10-07
Anticipated expiration: 2041-01-06
Also published as: JP2022106036A

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に係わり、詳細には、ブーム、アーム、及びアタッチメントを有する作業装置を備えた建設機械に関する。 The present invention relates to construction machines such as hydraulic excavators, and more specifically to construction machines equipped with a working device having a boom, an arm, and an attachment.

建設機械の一つである油圧ショベルは、一般的に、自走可能な下部走行体と、下部走行体の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体とを備えており、下部走行体及び上部旋回体が車体を構成している。上部旋回体には、作業装置が連結されている。作業装置は、上部旋回体に回動可能に連結されたブームと、ブームの先端側に回動可能に連結されたアームと、アームの先端側に回動可能に連結されたバケット（アタッチメント）とを備える。 A hydraulic excavator, which is a type of construction machine, generally comprises a self-propelled lower traveling body and an upper rotating body that is rotatably mounted above the lower traveling body, with the lower traveling body and the upper rotating body forming the vehicle body. A working device is connected to the upper rotating body. The working device comprises a boom rotatably connected to the upper rotating body, an arm rotatably connected to the tip of the boom, and a bucket (attachment) rotatably connected to the tip of the arm.

特許文献１の油圧ショベルは、車体の前後方向の傾斜角（絶対角）及び左右方向の傾斜角（絶対角）を検出する第１の慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）と、ブームの前後方向の傾斜角（絶対角）を検出する第２の慣性計測装置と、アームの前後方向の傾斜角（絶対角）を検出する第３の慣性計測装置と、バケットの前後方向の傾斜角（絶対角）を検出する第４の慣性計測装置と、コントローラとを備える。 The hydraulic excavator of Patent Document 1 is equipped with a first inertial measurement unit (IMU) that detects the longitudinal inclination angle (absolute angle) and lateral inclination angle (absolute angle) of the vehicle body, a second inertial measurement unit that detects the longitudinal inclination angle (absolute angle) of the boom, a third inertial measurement unit that detects the longitudinal inclination angle (absolute angle) of the arm, a fourth inertial measurement unit that detects the longitudinal inclination angle (absolute angle) of the bucket, and a controller.

コントローラは、４つの慣性計測装置の検出結果に基づいて作業装置の姿勢（詳細には、例えば、車体に対するブームの回動角、ブームに対するアームの回動角、及びアームに対するバケットの回動角など）を演算する。 The controller calculates the attitude of the work equipment (in detail, for example, the rotation angle of the boom relative to the vehicle body, the rotation angle of the arm relative to the boom, and the rotation angle of the bucket relative to the arm) based on the detection results of the four inertial measurement units.

国際公開第２０１９／１８９９３９号International Publication No. 2019/189939

上述した従来技術では、作業装置の姿勢を取得するために、高価な慣性計測装置を４つ備える。そのため、コスト高である。本発明の目的は、コストを低減しつつ、作業装置の姿勢を取得することができる建設機械を提供することにある。 In the conventional technology described above, four expensive inertial measurement units are used to obtain the attitude of the work implement. This results in high costs. The object of the present invention is to provide a construction machine that can obtain the attitude of the work implement while reducing costs.

上記目的を達成するために、本発明は、車体と、前記車体に回動可能に連結されたブーム、前記ブームに回動可能に連結されたアーム、及び前記アームに回動可能に連結されたアタッチメントを有する作業装置とを備えた建設機械において、前記ブームを回動させるためのブームシリンダの状態量を検出するブームシリンダセンサと、前記ブームの前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角を検出する第１の慣性計測装置と、前記アームの前後方向の傾斜角を検出する第２の慣性計測装置と、前記アタッチメントの前後方向の傾斜角を検出する第３の慣性計測装置と、前記作業装置の姿勢を演算するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記ブームシリンダセンサで検出された前記ブームシリンダの状態量が、前記ブームの最上げ状態を検知するために予め設定された閾値以上である場合に、前記第１の慣性計測装置で検出された前記ブームの前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角と、予め記憶された前記ブームの最大回動角とを用いて、前記車体の前後方向の傾斜角を演算して記憶すると共に、前記第１の慣性計測装置で検出された前記ブームの左右方向の傾斜角を、前記車体の左右方向の傾斜角として記憶し、前記記憶された前記車体の前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角と、前記第１の慣性計測装置で検出された前記ブームの前後方向の傾斜角と、前記第２の慣性計測装置で検出された前記アームの前後方向の傾斜角と、前記第３の慣性計測装置で検出された前記アタッチメントの前後方向の傾斜角とに基づいて、前記作業装置の姿勢を演算する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a construction machine including a vehicle body, a boom rotatably connected to the vehicle body, an arm rotatably connected to the boom, and a working implement having an attachment rotatably connected to the arm, the construction machine including a boom cylinder sensor that detects state quantities of a boom cylinder for rotating the boom, a first inertial measurement unit that detects a tilt angle in a forward/backward direction and a tilt angle in a left/right direction of the boom, a second inertial measurement unit that detects a tilt angle in a forward/backward direction of the arm, a third inertial measurement unit that detects a tilt angle in a forward/backward direction of the attachment, and a controller that calculates an attitude of the working implement, the controller detecting the state quantities of the boom cylinder detected by the boom cylinder sensor when the boom is at the top of the boom, and if the detected tilt angle is equal to or greater than a preset threshold for detecting a lifted state , the longitudinal tilt angle of the vehicle body is calculated and stored using the longitudinal tilt angle and lateral tilt angle of the boom detected by the first inertial measurement unit and a pre-stored maximum rotation angle of the boom, and the lateral tilt angle of the boom detected by the first inertial measurement unit is stored as the lateral tilt angle of the vehicle body, and the attitude of the working device is calculated based on the stored longitudinal tilt angle and lateral tilt angle of the vehicle body, the longitudinal tilt angle of the boom detected by the first inertial measurement unit, the longitudinal tilt angle of the arm detected by the second inertial measurement unit, and the longitudinal tilt angle of the attachment detected by the third inertial measurement unit.

本発明によれば、コストを低減しつつ、作業装置の姿勢を取得することができる。 The present invention makes it possible to obtain the posture of a work device while reducing costs.

本発明の一実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。1 is a side view showing a structure of a hydraulic excavator in one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態における油圧ショベルの駆動装置の構成のうち、ブームシリンダに係わる構成を表す油圧回路図である。FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram showing a configuration related to a boom cylinder in the configuration of the drive device of the hydraulic excavator according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における支援装置の構成を表すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a support device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるコントローラの処理手順を表すフローチャートである。4 is a flowchart showing a processing procedure of a controller in one embodiment of the present invention. 本発明の一変形例における支援装置の構成を表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a support device according to a modified example of the present invention.

本発明の適用対象として油圧ショベルを例にとり、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。 Taking a hydraulic excavator as an example of an application of the present invention, one embodiment of the present invention will be explained with reference to the drawings.

図１は、本実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。なお、油圧ショベルに搭乗した運転者の前後方向（図１の左右方向）及び左右方向（図１の紙面に対し垂直な方向）を、単に前後方向及び左右方向という。 Figure 1 is a side view showing the structure of a hydraulic excavator in this embodiment. Note that the front-to-rear direction (left-to-right direction in Figure 1) and the left-to-right direction (direction perpendicular to the paper surface of Figure 1) of the driver riding on the hydraulic excavator are simply referred to as the front-to-rear direction and the left-to-right direction.

本実施形態の油圧ショベルは、自走可能な下部走行体１と、下部走行体１の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体２とを備えており、下部走行体１及び上部旋回体２が車体を構成している。下部走行体１は、走行モータ（図示せず）によって走行し、上部旋回体２は、旋回モータ（図示せず）によって旋回する。 The hydraulic excavator of this embodiment is equipped with a self-propelled lower traveling body 1 and an upper rotating body 2 that is rotatably mounted above the lower traveling body 1, and the lower traveling body 1 and the upper rotating body 2 form the vehicle body. The lower traveling body 1 travels using a traveling motor (not shown), and the upper rotating body 2 rotates using a rotating motor (not shown).

上部旋回体２は、基礎構造体をなす旋回フレーム３と、旋回フレーム３の前部に設けられ、運転者が搭乗する運転室４と、旋回フレーム３の後部に設けられた機械室５とを有する。運転室４には、後述する操作装置、設定スイッチ、及びモニタ等が配置され、機械室５には、後述するエンジン及び油圧ポンプ等が配置されている。 The upper rotating body 2 has a rotating frame 3 that forms a base structure, a cab 4 in which the driver sits that is provided at the front of the rotating frame 3, and a machine room 5 provided at the rear of the rotating frame 3. The cab 4 is equipped with operating devices, setting switches, monitors, etc., which will be described later, and the machine room 5 is equipped with an engine, hydraulic pump, etc., which will be described later.

上部旋回体２には、作業装置６が連結されている。作業装置６は、上部旋回体２（詳細には、旋回フレーム３）に回動可能に連結されたブーム７と、ブーム７の先端側に回動可能に連結されたアーム８と、アーム８の先端側に回動可能に連結されたバケット９（アタッチメント）とを備える。ブーム７、アーム８、及びバケット９は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２（アタッチメントシリンダ）によってそれぞれ回動する。 A working device 6 is connected to the upper rotating body 2. The working device 6 includes a boom 7 rotatably connected to the upper rotating body 2 (specifically, the rotating frame 3), an arm 8 rotatably connected to the tip of the boom 7, and a bucket 9 (attachment) rotatably connected to the tip of the arm 8. The boom 7, arm 8, and bucket 9 are rotated by a boom cylinder 10, an arm cylinder 11, and a bucket cylinder 12 (attachment cylinder), respectively.

油圧ショベルは、上述した油圧アクチュエータ（詳細には、走行モータ、旋回モータ、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１，バケットシリンダ１２）を駆動する駆動装置を備える。図２は、本実施形態における油圧ショベルの駆動装置の構成のうち、ブームシリンダに係わる構成を表す油圧回路図である。 The hydraulic excavator is equipped with a drive unit that drives the above-mentioned hydraulic actuators (specifically, the travel motor, the swing motor, the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12). Figure 2 is a hydraulic circuit diagram showing the configuration related to the boom cylinder among the configuration of the drive unit of the hydraulic excavator in this embodiment.

本実施形態の駆動装置は、エンジン１３（原動機）と、エンジン１３によって駆動される油圧ポンプ１４及びパイロットポンプ１５と、油圧ポンプ１４からブームシリンダ１０への圧油の流れを制御する制御弁１６と、制御弁１６を切換える操作装置１７とを備える。 The drive device of this embodiment includes an engine 13 (prime mover), a hydraulic pump 14 and a pilot pump 15 driven by the engine 13, a control valve 16 that controls the flow of pressurized oil from the hydraulic pump 14 to the boom cylinder 10, and an operating device 17 that switches the control valve 16.

操作装置１７は、運転者が前後方向に操作可能な操作レバー１８と、操作レバー１８の前側操作量に応じてパイロットポンプ１５の吐出圧を減圧してパイロット圧を生成するパイロット弁１９Ａと、操作レバー１８の後側操作量に応じてパイロットポンプ１５の吐出圧を減圧してパイロット圧を生成するパイロット弁１９Ｂとを有する。 The operating device 17 has an operating lever 18 that can be operated in the forward and backward directions by the driver, a pilot valve 19A that reduces the discharge pressure of the pilot pump 15 to generate pilot pressure according to the amount of operation of the front side of the operating lever 18, and a pilot valve 19B that reduces the discharge pressure of the pilot pump 15 to generate pilot pressure according to the amount of operation of the rear side of the operating lever 18.

運転者が操作レバー１８を前側に操作すると、その操作量に応じてパイロット弁１９Ａで生成されたパイロット圧が制御弁１６の図示の右側の受圧部へ出力され、これによって制御弁１６が図示の右側の切換位置に切換えられる。これにより、ブームシリンダ１０が縮短する。運転者が操作レバー１８を後側に操作すると、その操作量に応じてパイロット弁１９Ｂで生成されたパイロット圧が制御弁１６の図示の左側の受圧部へ出力され、これによって制御弁１６が図示の左側の切換位置に切換えられる。これにより、ブームシリンダ１０が伸長する。 When the operator operates the control lever 18 forward, pilot pressure generated by the pilot valve 19A according to the amount of operation is output to the pressure receiving portion on the right side of the control valve 16 as shown, thereby switching the control valve 16 to the switching position on the right side as shown. This causes the boom cylinder 10 to retract. When the operator operates the control lever 18 rearward, pilot pressure generated by the pilot valve 19B according to the amount of operation is output to the pressure receiving portion on the left side of the control valve 16 as shown, thereby switching the control valve 16 to the switching position on the left side as shown. This causes the boom cylinder 10 to extend.

なお、他の油圧アクチュエータ（詳細には、走行モータ、旋回モータ、スイングシリンダ、アームシリンダ１１、及びバケットシリンダ１２）に係わる構成も、ブームシリンダ１０に係わる構成と同様である。すなわち、対応する操作装置からのパイロット圧によって対応する制御弁が切換えられ、この制御弁を介し供給された油圧ポンプからの圧油によって他の油圧アクチュエータが駆動するようになっている。 The configurations of the other hydraulic actuators (specifically, the travel motor, the rotation motor, the swing cylinder, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12) are similar to the configuration of the boom cylinder 10. That is, the corresponding control valves are switched by the pilot pressure from the corresponding operating device, and the other hydraulic actuators are driven by the pressurized oil from the hydraulic pump supplied via this control valve.

全ての操作装置とパイロットポンプ１５の間には、ロック弁２０が設けられている。ロック弁２０は、例えばロックレバー（図示せず）の操作に応じて切換えられる。ロック弁２０が図示の右側の遮断位置に切換えられた場合、全ての操作装置にパイロットポンプ１５の吐出圧が導入されない。したがって、全ての油圧アクチュエータの駆動を禁止する。一方、ロック弁２０が図示の左側の連通位置に切換えられた場合、全ての操作装置にパイロットポンプ１５の吐出圧が導入される。したがって、全ての油圧アクチュエータの駆動を許可する。 A lock valve 20 is provided between all the operating devices and the pilot pump 15. The lock valve 20 is switched, for example, in response to the operation of a lock lever (not shown). When the lock valve 20 is switched to the blocking position on the right side as shown, the discharge pressure of the pilot pump 15 is not introduced to all the operating devices. Therefore, the operation of all the hydraulic actuators is prohibited. On the other hand, when the lock valve 20 is switched to the communicating position on the left side as shown, the discharge pressure of the pilot pump 15 is introduced to all the operating devices. Therefore, the operation of all the hydraulic actuators is permitted.

本実施形態の油圧ショベルは、運転者の支援のためにバケット９の積載量（荷重）を演算して表示する支援装置を備える。この支援装置の構成を、図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態における支援装置の構成を表すブロック図である。 The hydraulic excavator of this embodiment is provided with an assistance device that calculates and displays the load (weight) of the bucket 9 to assist the operator. The configuration of this assistance device will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the support device in this embodiment.

本実施形態の支援装置は、ブーム７の前後方向の傾斜角（地面に対する絶対角）及び左右方向の傾斜角（地面に対する絶対角）を検出する慣性計測装置２１（第１の慣性計測装置）と、アーム８の前後方向の傾斜角（地面に対する絶対角）を検出する慣性計測装置２２（第２の慣性計測装置）と、バケット９の前後方向の傾斜角（地面に対する絶対角）を検出する慣性計測装置２３（第３の慣性計測装置）と、ブームシリンダ１０のロッド側圧力を検出するロッド側圧力センサ２４と、ブームシリンダ１０のボトム側圧力を検出するボトム側圧力センサ２５と、コントローラ２６と、設定スイッチ２７と、モニタ２８とを備える。なお、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）２１，２２，２３は、加速度センサによって並進運動を計測し、角速度センサによって回転運動を計測し、それらの計測結果に基づいて傾斜角を検出するように構成されている。また、ボトム側圧力センサ２５は、ブームを回動させるためのブームシリンダの状態量を検出するブームシリンダセンサを構成する。 The support device of this embodiment includes an inertial measurement unit 21 (first inertial measurement unit) that detects the inclination angle (absolute angle with respect to the ground) in the forward/backward direction and the inclination angle (absolute angle with respect to the ground) of the boom 7, an inertial measurement unit 22 (second inertial measurement unit) that detects the inclination angle (absolute angle with respect to the ground) of the arm 8, an inertial measurement unit 23 (third inertial measurement unit) that detects the inclination angle (absolute angle with respect to the ground) of the bucket 9, a rod side pressure sensor 24 that detects the rod side pressure of the boom cylinder 10, a bottom side pressure sensor 25 that detects the bottom side pressure of the boom cylinder 10, a controller 26, a setting switch 27, and a monitor 28. The inertial measurement units (IMUs) 21, 22, and 23 are configured to measure translational motion with an acceleration sensor, measure rotational motion with an angular velocity sensor, and detect the inclination angle based on the measurement results. Additionally, the bottom pressure sensor 25 constitutes a boom cylinder sensor that detects the state quantity of the boom cylinder for rotating the boom.

コントローラ２６は、図示しないものの、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや処理結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）とを有する。コントローラ２６は、機能的構成として、車体傾斜角設定部２９、作業装置姿勢演算部３０、及びバケット積載量演算部３１を有する。 Although not shown, the controller 26 has a control unit (e.g., a CPU) that executes calculation processing and control processing based on a program, and a storage unit (e.g., a ROM, a RAM) that stores the program and the processing results. The controller 26 has, as its functional configuration, a vehicle body tilt angle setting unit 29, a work device attitude calculation unit 30, and a bucket load calculation unit 31.

設定スイッチ２７は、例えば油圧ショベルの施工前に運転者によって操作された場合に、コントローラ２６へ設定指令を出力する。コントローラ２６の車体傾斜角設定部２９は、設定スイッチ２７から設定指令が入力された場合に、ボトム側圧力センサ２５及び慣性計測装置２１の検出結果に基づいて、車体の前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角を設定する。 When the setting switch 27 is operated by the driver before the hydraulic excavator begins construction, for example, it outputs a setting command to the controller 26. When a setting command is input from the setting switch 27, the vehicle body inclination angle setting unit 29 of the controller 26 sets the vehicle body's forward/rearward inclination angle and left/right inclination angle based on the detection results of the bottom pressure sensor 25 and the inertial measurement unit 21.

コントローラ２６の作業装置姿勢演算部３０は、車体傾斜角設定部２９で設定された車体の前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角と、慣性計測装置２１で検出されたブーム７の前後方向の傾斜角と、慣性計測装置２２で検出されたアーム８の前後方向の傾斜角と、慣性計測装置２３で検出されたバケット９の前後方向の傾斜角とに基づいて、作業装置６の姿勢（本実施形態では、車体に対するブーム７の回動角、ブーム７に対するアーム８の回動角、アーム８に対するバケット９の回動角、及び作業装置６の左右方向の傾斜角）を演算する。 The working device attitude calculation unit 30 of the controller 26 calculates the attitude of the working device 6 (in this embodiment, the rotation angle of the boom 7 relative to the vehicle body, the rotation angle of the arm 8 relative to the boom 7, the rotation angle of the bucket 9 relative to the arm 8, and the left-right tilt angle of the working device 6) based on the longitudinal tilt angle and left-right tilt angle of the vehicle body set by the vehicle body tilt angle setting unit 29, the longitudinal tilt angle of the boom 7 detected by the inertial measurement unit 21, the longitudinal tilt angle of the arm 8 detected by the inertial measurement unit 22, and the longitudinal tilt angle of the bucket 9 detected by the inertial measurement unit 23.

コントローラ２６のバケット積載量演算部３１は、圧力センサ２４，２５で検出されたブームシリンダ１０のボトム側圧力及びロッド側圧力に基づいて、作業装置６のモーメントを演算する。そして、作業装置６のモーメントと、作業装置姿勢演算部３０で演算された作業装置６の姿勢とに基づいて、バケット９の積載量を演算する。そして、バケット９の積載量をモニタ２８に表示させる。 The bucket load calculation unit 31 of the controller 26 calculates the moment of the working device 6 based on the bottom side pressure and rod side pressure of the boom cylinder 10 detected by the pressure sensors 24, 25. Then, based on the moment of the working device 6 and the attitude of the working device 6 calculated by the working device attitude calculation unit 30, it calculates the load of the bucket 9. Then, the load of the bucket 9 is displayed on the monitor 28.

次に、本実施形態のコントローラ２６の処理手順を、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態におけるコントローラの処理手順を表すフローチャートである。 Next, the processing procedure of the controller 26 in this embodiment will be described with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a flowchart showing the processing procedure of the controller in this embodiment.

ステップＳ１にて、コントローラ２６の車体傾斜角設定部２９は、設定スイッチ２７から設定指令が入力されたかどうかを判定する。設定指令が入力された場合に、車体傾斜角設定モードをＯＮとし、その旨をモニタ２８に表示させる。その後、ステップＳ２に移る。 In step S1, the vehicle body tilt angle setting unit 29 of the controller 26 determines whether a setting command has been input from the setting switch 27. If a setting command has been input, the vehicle body tilt angle setting mode is turned ON and a message to that effect is displayed on the monitor 28. Then, the process proceeds to step S2.

ステップＳ２にて、コントローラ２６の車体傾斜角設定部２９は、ブーム７の最上げ状態（最大回動状態）を検知するために、ボトム側圧力センサ２５で検出された圧力が予め設定された閾値以上であるかどうかを判定する。ボトム側圧力センサ２５で検出された圧力が閾値以上である場合、すなわち、ブーム７が最上げ状態である場合に、ステップＳ３及びＳ４に移る。 In step S2, the vehicle body tilt angle setting unit 29 of the controller 26 determines whether the pressure detected by the bottom pressure sensor 25 is equal to or greater than a preset threshold in order to detect the most raised state (maximum rotation state) of the boom 7. If the pressure detected by the bottom pressure sensor 25 is equal to or greater than the threshold, i.e., if the boom 7 is in the most raised state, the process proceeds to steps S3 and S4.

ステップＳ３にて、コントローラ２６の車体傾斜角設定部２９は、慣性計測装置２１で検出されたブーム７の前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角と、予め記憶されたブーム７の最大回動角（言い換えれば、ブーム７の最大回動状態における回動角）とを用いて、車体の前後方向の傾斜角を演算して記憶する。 In step S3, the vehicle body tilt angle setting unit 29 of the controller 26 calculates and stores the vehicle body's forward/rearward tilt angle using the forward/rearward tilt angle and left/right tilt angle of the boom 7 detected by the inertial measurement device 21 and the pre-stored maximum rotation angle of the boom 7 (in other words, the rotation angle of the boom 7 in the maximum rotation state).

ステップＳ４にて、コントローラ２６の車体傾斜角設定部２９は、慣性計測装置２１で検出されたブーム７の左右方向の傾斜角を、車体の左右方向の傾斜角として記憶する。ステップＳ３及びＳ４の終了後、車体傾斜角設定モードをＯＦＦとし、その旨をモニタ２８に表示させる。その後、ステップＳ５に移る。 In step S4, the vehicle body inclination angle setting unit 29 of the controller 26 stores the left-right inclination angle of the boom 7 detected by the inertial measurement device 21 as the left-right inclination angle of the vehicle body. After steps S3 and S4 are completed, the vehicle body inclination angle setting mode is turned OFF and a message to that effect is displayed on the monitor 28. Then, the process proceeds to step S5.

ステップＳ５にて、コントローラ２６の作業装置姿勢演算部３０は、ステップＳ３及びＳ４にて記憶された車体の前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角と、慣性計測装置２１で検出されたブーム７の前後方向の傾斜角と、慣性計測装置２２で検出されたアーム８の前後方向の傾斜角と、慣性計測装置２３で検出されたバケット９の前後方向の傾斜角とに基づいて、作業装置６の姿勢を演算する。その後、ステップＳ６に移る。 In step S5, the working implement posture calculation unit 30 of the controller 26 calculates the posture of the working implement 6 based on the longitudinal tilt angle and lateral tilt angle of the vehicle body stored in steps S3 and S4, the longitudinal tilt angle of the boom 7 detected by the inertial measurement unit 21, the longitudinal tilt angle of the arm 8 detected by the inertial measurement unit 22, and the longitudinal tilt angle of the bucket 9 detected by the inertial measurement unit 23. Then, the process proceeds to step S6.

ステップＳ６にて、コントローラ２６のバケット積載量演算部３１は、圧力センサ２４，２５で検出されたブームシリンダ１０のボトム側圧力及びロッド側圧力に基づいて、作業装置６のモーメントを演算する。そして、作業装置６のモーメントと、ステップＳ５にて演算された作業装置６の姿勢とに基づいて、バケット９の積載量を演算する。その後、ステップＳ７に進み、モニタ２８に表示指令を出力して、ステップＳ６にて演算されたバケット９の積載量を表示させる。 In step S6, the bucket load calculation unit 31 of the controller 26 calculates the moment of the working device 6 based on the bottom side pressure and rod side pressure of the boom cylinder 10 detected by the pressure sensors 24, 25. Then, based on the moment of the working device 6 and the attitude of the working device 6 calculated in step S5, it calculates the load of the bucket 9. Then, the process proceeds to step S7, and a display command is output to the monitor 28 to display the load of the bucket 9 calculated in step S6.

以上のように、本実施形態の油圧ショベルは、作業装置６の姿勢を取得するために、３つの慣性計測装置２１，２２，２３を備えると共に、ボトム側圧力センサ２５を利用する。ボトム側圧力センサ２５は、慣性計測装置と比べて安価であるだけでなく、バケット９の積載量を取得するためにも利用されるものである。したがって、従来技術のように４つの慣性計測装置を備える場合と比べ、コストの低減を図りつつ、作業装置６の姿勢を取得することができる。 As described above, the hydraulic excavator of this embodiment is equipped with three inertial measurement units 21, 22, and 23, and uses the bottom pressure sensor 25 to obtain the posture of the work device 6. The bottom pressure sensor 25 is not only less expensive than the inertial measurement units, but is also used to obtain the load weight of the bucket 9. Therefore, compared to the prior art where four inertial measurement units are provided, it is possible to obtain the posture of the work device 6 while reducing costs.

なお、上記一実施形態において、コントローラ２６の車体傾斜角設定部２９は、設定スイッチ２７からの設定指令に応じて、車体の前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角を設定する場合を例にとって説明したが、これに限れない。コントローラ２６の車体傾斜角設定部２９は、設定指令の有無にかかわらず、車体の前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角を設定してもよい。すなわち、ブーム７が最上げ状態（最大回動状態）となる度に、車体の前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角を更新してもよい。そして、車体の前後方向の傾斜角及び左右方向の傾斜角が更新中である旨をモニタ２８に表示させてもよい。 In the above embodiment, the vehicle body tilt angle setting unit 29 of the controller 26 sets the vehicle body's longitudinal tilt angle and lateral tilt angle in response to a setting command from the setting switch 27, but this is not limiting. The vehicle body tilt angle setting unit 29 of the controller 26 may set the vehicle body's longitudinal tilt angle and lateral tilt angle regardless of the presence or absence of a setting command. In other words, the vehicle body's longitudinal tilt angle and lateral tilt angle may be updated each time the boom 7 reaches the highest position (maximum rotation position). Then, the monitor 28 may display a message that the vehicle body's longitudinal tilt angle and lateral tilt angle are being updated.

また、上記一実施形態においては、ブームシリンダ１０の状態量を検出するブームシリンダセンサが、ブームシリンダ１０の圧力を検出するボトム側圧力センサ２５であり、コントローラ２６の車体傾斜角設定部２９が、ブーム７の最上げ状態（最大回動状態）を検知するために、ボトム側圧力センサ２５で検出された圧力が予め設定された閾値以上であるかどうかを判定する場合を例にとって説明したが、本発明の実施形態はこれに限られない。図５で示す変形例では、ブームシリンダセンサが、ブームシリンダ１０のストロークを検出するストロークセンサ３２であり、コントローラ２６の車体傾斜角設定部２９は、ストロークセンサ３２で検出されたストロークが予め設定された閾値以上であるとき、ブーム７が最上げ状態（最大回動状態）であると判定する。ストロークセンサ３２は、慣性計測装置と比べて安価である。したがって、本変形例においても、従来技術のように４つの慣性計測装置を備える場合と比べ、コストの低減を図りつつ、作業装置６の姿勢を取得することができる。 In the above embodiment, the boom cylinder sensor that detects the state quantity of the boom cylinder 10 is the bottom pressure sensor 25 that detects the pressure of the boom cylinder 10, and the vehicle body tilt angle setting unit 29 of the controller 26 determines whether the pressure detected by the bottom pressure sensor 25 is equal to or greater than a preset threshold value in order to detect the most raised state (maximum rotation state) of the boom 7. However, the embodiment of the present invention is not limited to this. In the modified example shown in FIG. 5, the boom cylinder sensor is a stroke sensor 32 that detects the stroke of the boom cylinder 10, and the vehicle body tilt angle setting unit 29 of the controller 26 determines that the boom 7 is in the most raised state (maximum rotation state) when the stroke detected by the stroke sensor 32 is equal to or greater than a preset threshold value. The stroke sensor 32 is less expensive than the inertial measurement unit. Therefore, in this modified example, the attitude of the working device 6 can be obtained while reducing costs compared to the case where four inertial measurement units are provided as in the conventional technology.

また、上記一実施形態において、コントローラ２６は、作業装置６の姿勢と圧力センサ２４，２５の検出結果に基づいて、バケット９の積載量を演算してモニタ２８に表示させる場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば、コントローラ２６は、作業装置６の姿勢に基づいて、車体に対するバケット９の相対位置を演算してモニタ２８に表示させてもよい。また、例えば、コントローラ２６は、作業装置の姿勢と位置計測装置（図示せず）で計測された車体の絶対位置に基づいて、バケット９の絶対位置を演算し、更にバケット９と目標施工面の間の距離を演算してモニタ２８に表示させてもよい。あるいは、バケット９の位置が目標施工面と一致するように、ブーム７、アーム８、及びバケット９のうちのいずれかに対応する制御弁のパイロット圧を制御する電磁弁（図示せず）を制御してもよい。 In the above embodiment, the controller 26 calculates the load of the bucket 9 based on the posture of the working device 6 and the detection results of the pressure sensors 24 and 25, and displays it on the monitor 28. However, this is not limited to the above. For example, the controller 26 may calculate the relative position of the bucket 9 with respect to the vehicle body based on the posture of the working device 6 and display it on the monitor 28. For example, the controller 26 may calculate the absolute position of the bucket 9 based on the posture of the working device and the absolute position of the vehicle body measured by a position measuring device (not shown), and further calculate the distance between the bucket 9 and the target construction surface and display it on the monitor 28. Alternatively, the controller 26 may control a solenoid valve (not shown) that controls the pilot pressure of a control valve corresponding to any one of the boom 7, arm 8, and bucket 9 so that the position of the bucket 9 coincides with the target construction surface.

なお、以上においては、本発明の適用対象として油圧ショベルを例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、ブーム、アーム、及びアタッチメントを有する作業装置を備えた他の建設機械に対し、本発明を適用してもよい。 In the above, a hydraulic excavator has been used as an example of an application of the present invention, but the present invention is not limited to this. In other words, the present invention may be applied to other construction machines equipped with a working device having a boom, arm, and attachment.

１下部走行体
２上部旋回体
６作業装置
７ブーム
８アーム
９バケット
１０ブームシリンダ
２１慣性計測装置（第１の慣性計測装置）
２２慣性計測装置（第２の慣性計測装置）
２３慣性計測装置（第３の慣性計測装置）
２５ボトム側圧力センサ
２６コントローラ
３２ストロークセンサ 1 Lower traveling body 2 Upper rotating body 6 Working device 7 Boom 8 Arm 9 Bucket 10 Boom cylinder 21 Inertial measurement unit (first inertial measurement unit)
22 Inertial measurement unit (second inertial measurement unit)
23 Inertial Measurement Unit (Third Inertial Measurement Unit)
25 Bottom side pressure sensor 26 Controller 32 Stroke sensor

Claims

A construction machine including a vehicle body, a boom rotatably connected to the vehicle body, an arm rotatably connected to the boom, and a working device having an attachment rotatably connected to the arm,
a boom cylinder sensor for detecting a state quantity of a boom cylinder for rotating the boom;
a first inertial measurement unit that detects a tilt angle in a forward/rearward direction and a tilt angle in a left/right direction of the boom;
a second inertial measurement unit that detects a tilt angle of the arm in a forward/rearward direction;
a third inertial measurement unit that detects a tilt angle of the attachment in a front-rear direction;
a controller that calculates the attitude of the working device,
The controller:
when the state quantity of the boom cylinder detected by the boom cylinder sensor is equal to or greater than a threshold value preset for detecting the uppermost state of the boom , a tilt angle in the fore-and-aft direction of the vehicle body is calculated and stored using the fore-and-aft and left-and-right tilt angles of the boom detected by the first inertial measurement unit and a pre-stored maximum rotation angle of the boom, and the left-and-right tilt angle of the boom detected by the first inertial measurement unit is stored as the left-and-right tilt angle of the vehicle body;
a tilt angle of the arm detected by the second inertial measurement unit, and a tilt angle of the attachment detected by the third inertial measurement unit.

2. The construction machine according to claim 1,
4. A construction machine comprising: a boom cylinder sensor configured to detect a pressure on a bottom side of the boom cylinder;

2. The construction machine according to claim 1,
2. A construction machine comprising: a boom cylinder sensor configured to detect a stroke of the boom cylinder;