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WO2018087834A1 - 作業機械および作業機械の制御方法 - Google Patents

作業機械および作業機械の制御方法 Download PDF

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Publication number
WO2018087834A1
WO2018087834A1 PCT/JP2016/083219 JP2016083219W WO2018087834A1 WO 2018087834 A1 WO2018087834 A1 WO 2018087834A1 JP 2016083219 W JP2016083219 W JP 2016083219W WO 2018087834 A1 WO2018087834 A1 WO 2018087834A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
load value
bucket
boom
work machine
cylinder
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/083219
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
峰鷹 西村
佑基 島野
拓也 園田
Original Assignee
株式会社小松製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社小松製作所 filed Critical 株式会社小松製作所
Priority to PCT/JP2016/083219 priority Critical patent/WO2018087834A1/ja
Priority to DE112016007423.9T priority patent/DE112016007423B4/de
Priority to US15/540,596 priority patent/US10745889B2/en
Priority to KR1020177017348A priority patent/KR101966267B1/ko
Priority to JP2016574290A priority patent/JP6855247B2/ja
Priority to CN201680004289.1A priority patent/CN108291387B/zh
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    • G01G19/083—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles lift truck scale
    • G—PHYSICS
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/16—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by evaluating the time-derivative of a measured speed signal
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets

Definitions

  • the present invention relates to a work machine and a control method for the work machine.
  • the load in the bucket is important to know the work load of the work machine.
  • a technique for calculating the load value in the bucket is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-89633 (Patent Document 1).
  • the current load value of the load is obtained by calculation from the attitude of the work machine and the pressure acting on the boom cylinder.
  • the integrated load value is calculated by integrating the current load value. When this integrated load value reaches the target load value, the state is notified to the operator.
  • An object of the present invention is to provide a work machine and a work machine control method capable of improving measurement accuracy during load measurement.
  • the work machine of the present invention includes a boom, an arm, a bucket, a boom cylinder, a detection unit, and a controller.
  • the arm is attached to the tip of the boom.
  • the bucket is attached to the tip of the arm.
  • the boom cylinder drives the boom.
  • the detection unit detects acceleration of expansion and contraction of the boom cylinder.
  • the controller calculates the load value in the bucket based on the load of the boom cylinder, and corrects the load value obtained by the calculation based on the expansion / contraction acceleration of the boom cylinder detected by the detection unit.
  • the load value in the bucket is corrected based on the acceleration of expansion and contraction of the boom cylinder.
  • the error by the inertia of the working machine based on the operation of the boom, arm, bucket, etc. can be removed from the load value. For this reason, the measurement accuracy at the time of load measurement can be improved.
  • the controller corrects the load value obtained by the calculation based on relational data indicating the magnitude of the error of the bucket load value with respect to the bucket load value. .
  • the relational data has a relation that the error of the bucket load value decreases as the bucket load value increases.
  • the relationship between the load value and the error in the relationship data can be made to be a relationship in accordance with the actual situation that the error of the load value with respect to the load value becomes relatively smaller as the load value of the bucket becomes larger.
  • the error based on the difference from the calculation model can be corrected appropriately.
  • the work machine control method is a work machine control method including a boom, an arm, a bucket, and a boom cylinder that drives the boom.
  • the load value in the bucket is calculated based on the load of the boom cylinder.
  • the load value obtained by the calculation is corrected based on the acceleration of expansion and contraction of the boom cylinder.
  • the load value in the bucket is corrected based on the expansion and contraction acceleration of the boom cylinder.
  • the error by the inertia of the working machine based on the operation of the boom, arm, bucket, etc. can be removed from the load value. For this reason, the measurement accuracy at the time of load measurement can be improved.
  • the load value obtained by the calculation is corrected based on relational data indicating the magnitude of the error of the bucket load value with respect to the bucket load value.
  • FIG. 1 It is a figure showing roughly composition of a working machine in one embodiment of the present invention. It is a figure which shows roughly the structure of the cylinder with a stroke sensor used for a working machine. It is a figure (A) which shows roughly the composition of the stroke sensor used for the cylinder of Drawing 2, and the figure (B) which shows signs that the electric signal which is the sensor output of a stroke sensor changes periodically. It is a schematic diagram of the working machine for demonstrating the balance of a moment.
  • the figure (A) which shows the result of the calculation load at the time of performing only the correction based on the expansion / contraction acceleration of the boom cylinder, and the correction based on the expansion / contraction acceleration of the boom cylinder and the correction based on the relational data (table correction) were performed. It is a figure (B) which shows the result of calculation load in the case.
  • FIG. 1 A hydraulic excavator will be described below with reference to FIG. 1 as an example of a working machine to which the idea of the present invention can be applied.
  • the present invention can be applied to a work machine having a boom, an arm, and a bucket in addition to the hydraulic excavator.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing a configuration of a hydraulic excavator as an example of a work machine according to an embodiment of the present invention.
  • a hydraulic excavator 10 according to the present embodiment mainly includes a traveling body 1, a revolving body 2, and a work implement 3.
  • the traveling machine body and the swivel body 2 constitute a work machine main body.
  • the traveling body 1 has a pair of left and right crawler belt devices 1a. Each of the pair of left and right crawler belt devices 1a has a crawler belt.
  • the hydraulic excavator 10 is self-propelled by rotating the pair of left and right crawler belts.
  • the turning body 2 is installed so as to be turnable with respect to the traveling body 1.
  • the swivel body 2 mainly includes a driver's cab 2a, a driver's seat 2b, an engine room 2c, and a counterweight 2d.
  • the driver's cab 2a is disposed, for example, on the front left side (vehicle front side) of the revolving structure 2.
  • a driver's seat 2b for an operator to sit on is disposed in the internal space of the driver's cab 2a.
  • Each of the engine room 2c and the counterweight 2d is disposed on the rear side (rear side of the vehicle) of the revolving structure 2.
  • the engine room 2c houses engine units (engine, exhaust treatment structure, etc.).
  • the upper part of the engine room 2c is covered with an engine hood.
  • the counterweight 2d is disposed behind the engine room 2c.
  • the work machine 3 is pivotally supported on the front side of the swivel body 2 and on the right side of the cab 2a, for example.
  • the work machine 3 includes, for example, a boom 3a, an arm 3b, a bucket 3c, hydraulic cylinders 4a, 4b, and 4c.
  • the base end portion of the boom 3a is rotatably connected to the swing body 2 by a boom foot pin 5a.
  • the base end of the arm 3b is rotatably connected to the tip of the boom 3a by a boom tip pin 5b.
  • the bucket 3c is rotatably connected to the tip of the arm 3b by a pin 5c.
  • the boom 3a can be driven by a boom cylinder 4a. By this drive, the boom 3a can be rotated in the vertical direction with respect to the revolving structure 2 around the boom foot pin 5a.
  • the arm 3b can be driven by an arm cylinder 4b. By this driving, the arm 3b can be rotated in the vertical direction with respect to the boom 3a around the boom tip pin 5b.
  • the bucket 3c can be driven by a bucket cylinder 4c. By this driving, the bucket 3c can rotate in the vertical direction with respect to the arm 3b around the pin 5c.
  • the work machine 3 can be driven.
  • the pressure sensor 6a is attached to the head side of the boom cylinder 4a.
  • the pressure sensor 6a can detect the pressure (head pressure) of hydraulic oil in the cylinder head side oil chamber 40A (FIG. 2) of the boom cylinder 4a.
  • a pressure sensor 6b is attached to the bottom side of the boom cylinder 4a.
  • the pressure sensor 6b can detect the pressure (bottom pressure) of hydraulic oil in the cylinder bottom side oil chamber 40B (FIG. 2) of the boom cylinder 4a.
  • Stroke sensors (detectors) 7a, 7b, 7c are attached to the boom cylinder 4a, the arm cylinder 4b, and the bucket cylinder 4c, respectively.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a cylinder with a stroke sensor used in a working machine.
  • FIG. 3A schematically shows a configuration of a stroke sensor used in the cylinder of FIG.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating a state in which an electrical signal that is a sensor output of the stroke sensor changes periodically.
  • the boom cylinder 4a mainly has a cylinder tube 4aa, a cylinder rod 4ab, and a piston 4ac.
  • Piston 4ac is attached to one end of cylinder rod 4ab.
  • the piston 4ac is inserted into the cylinder tube 4aa.
  • the cylinder rod 4ab is movable relative to the cylinder tube 4aa.
  • piston 4ac is slidable with respect to the inner wall of cylinder tube 4aa.
  • the chamber defined by the cylinder head 4ad, the piston 4ac, and the inner wall of the cylinder tube 4aa constitutes a cylinder head side oil chamber 40A.
  • An oil chamber opposite to the cylinder head side oil chamber 40A with respect to the piston 4ac constitutes a cylinder bottom side oil chamber 40B.
  • the stroke sensor 7a is disposed, for example, outside the cylinder tube 4aa and adjacent to the cylinder head 4ad.
  • the stroke sensor 7 a is disposed inside the case 14.
  • the stroke sensor 7 a includes a rotation roller 11, a rotation center shaft 12, and a rotation sensor unit 13.
  • the rotating roller 11 is disposed so that the outer peripheral surface of the rotating roller 11 is in contact with the surface of the cylinder rod 4ab.
  • the rotation roller 11 is rotatable about the rotation center axis 12 according to the linear movement of the cylinder rod 4ab.
  • the rotation sensor unit 13 is configured to be able to detect the rotation amount (rotation angle) of the rotation roller 11.
  • the rotation sensor unit 13 has a magnet 13a and a Hall IC (Integrated Circuit) 13b.
  • the magnet 13 a is attached to the rotating roller 11 so as to rotate integrally with the rotating roller 11.
  • the magnet 13a is configured such that the N pole and the S pole are alternately switched according to the rotation angle of the rotating roller 11.
  • the magnet 13a is configured such that the magnetic force (magnetic flux density) detected by the Hall IC 13b periodically varies with one rotation of the rotating roller 11 as one cycle.
  • the Hall IC 13b is a magnetic sensor that detects the magnetic force (magnetic flux density) generated by the magnet 13a as an electrical signal.
  • the Hall IC 13 b is provided at a position away from the magnet 13 a along the axial direction of the rotation center shaft 12.
  • the magnetic force (magnetic flux density) that passes through the Hall IC 13b periodically changes according to the rotation angle.
  • the electrical signal (voltage) that is the sensor output changes periodically.
  • the rotation angle of the rotating roller 11 can be measured from the magnitude of the voltage output from the Hall IC 13b.
  • the number of rotations of the rotating roller 11 can be measured by counting the number of times one cycle of the electric signal (voltage) output from the Hall IC 13b is repeated. Then, the displacement amount (stroke length) of the cylinder rod 4ab of the boom cylinder 4a is measured based on the rotation angle of the rotation roller 11 and the rotation speed of the rotation roller 11.
  • Each of the arm cylinder 4b and the bucket cylinder 4c has a configuration of a cylinder with a stroke sensor similar to the boom cylinder 4a.
  • the boom angle A1 can be calculated from the displacement amount of the cylinder rod 4ab in the boom cylinder 4a.
  • the arm angle A2 can be calculated from the displacement amount of the cylinder rod in the arm cylinder 4b.
  • the bucket angle A3 can be calculated from the displacement amount of the cylinder rod in the bucket cylinder 4c.
  • the expansion / contraction acceleration ⁇ of the boom cylinder 4a can be calculated by differentiating the displacement amount in the boom cylinder 4a twice with respect to time.
  • Each of the stroke sensors 7a, 7b, 7c and the pressure sensors 6a, 6b is electrically connected to the arithmetic device 8a of the controller 8. Thereby, the head pressure and bottom pressure of the boom cylinder 4a, the boom angle A1, the arm angle A2, the bucket angle A3, and the acceleration ⁇ of expansion and contraction of the boom cylinder 4a are transferred to the arithmetic unit 8a in the controller 8. It can be sent.
  • boom angle A1, the arm angle A2, the bucket angle A3, and the expansion / contraction acceleration ⁇ of the boom cylinder 4a are electric signals (detected by the Hall IC 13b) sent from the stroke sensors 7a, 7b, and 7c to the arithmetic unit 8a. Calculated by the arithmetic device 8a.
  • the controller 8 may include not only the arithmetic device 8a but also a storage unit 8b.
  • the storage unit 8b stores relational data (load correction table) indicating the magnitude of the error of the load value of the bucket with respect to the true load value of the bucket, which will be described later, and the weight and shape of the boom 3a, arm 3b, and bucket 3c. You may do it. Further, the relation data or the like may be stored in the storage unit 8b from the beginning, or may be taken into the storage unit 8b from the outside of the work machine 10 by an operator's operation.
  • the controller 8 has a function of calculating a current load value (calculated load value) W in the bucket 3c based on the load of the boom cylinder 4a. Specifically, the controller 8 (calculation device 8a) has a function of calculating the current load value (calculated load value) W in the bucket 3c from the balance of moments of the boom 3a, the arm 3b, and the bucket 3c. . The controller 8 (calculation device 8a) has a function of correcting the current load value obtained by the calculation based on the expansion / contraction acceleration of the boom cylinder 4a detected by the stroke sensor 7a.
  • the load of the boom cylinder 4a is a so-called axial force obtained from the head pressure and the bottom pressure of the boom cylinder 4a.
  • the expansion / contraction acceleration of the boom cylinder 4a used for correcting the current load value is the expansion / contraction acceleration of the boom cylinder 4a caused by the inertia due to the swing of the work implement 3. This swing is not the expansion / contraction of the boom cylinder 4a based on the normal operation when the boom 3a is operated, but the swing of the work machine 3 that occurs as a result of the operation of the work machine 3.
  • the controller 8 (calculation device 8a) has a function of correcting the load value obtained by the calculation based on the relation data. Specifically, the controller 8 (arithmetic unit 8a) corrects the load value obtained by the calculation based on relational data indicating the magnitude of the error in the bucket load value with respect to the true load value WR of the bucket. have.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a work machine for explaining the moment balance.
  • the current load value W in the bucket 3c is detected from the balance of the moments around the boom foot pin 5a.
  • the balance of the moments around the boom foot pin 5a is expressed by the following equation (1).
  • Mboomcyl Mboom + Marm + Mbucket + W ⁇ L (1)
  • Mboomcyl is a moment around the boom foot pin 5a of the boom cylinder 4a.
  • Mboom is a moment around the boom foot pin 5a of the boom 3a.
  • Marm is a moment around the boom foot pin 5a of the arm 3b.
  • Mbucket is a moment around the boom foot pin 5a of the bucket 3c.
  • W is the current load value in the bucket 3c.
  • L is the distance in the horizontal direction from the boom foot pin 5a to the pin 5c (the portion where the bucket 3c is supported by the arm 3b).
  • Mboomcyl is calculated from the load (head pressure and bottom pressure) of the boom cylinder 4a.
  • Mboom is calculated by the product (r1 ⁇ M1) of the distance r1 between the center of gravity C1 of the boom 3a and the boom foot pin 5a and the weight M1 of the boom 3a.
  • the position of the center of gravity C1 of the boom 3a is calculated from the boom angle A1 and the like.
  • the weight M1 and the like of the boom 3a are stored in the storage unit 8b.
  • Marm is calculated by the product (r2 ⁇ M2) of the distance r2 between the center of gravity C2 of the arm 3b and the boom foot pin 5a and the weight M2 of the arm 3b.
  • the position of the center of gravity C2 of the arm 3b is calculated from the arm angle A2 or the like.
  • the weight M2 of the arm 3b is stored in the storage unit 8b.
  • Mbucket is calculated by the product (r3 ⁇ M3) of the distance r3 between the center of gravity C3 of the bucket 3c and the boom foot pin 5a and the weight M3 of the bucket 3c.
  • the position of the center of gravity C3 of the bucket is calculated from the bucket angle A3 and the like.
  • the weight M3 and the like of the bucket 3c are stored in the storage unit 8b.
  • the displacement amount of each cylinder 4a, 4b, 4c is detected by each of the stroke sensors 7a, 7b, 7c.
  • the boom angle A1, the arm angle A2, and the bucket angle A3 are calculated by the controller 8 or the like based on the displacement amount of each cylinder 4a, 4b, 4c. Based on these boom angle A1, arm angle A2, and bucket angle A3, the positions of the centers of gravity C1, C2, and C3 are calculated by the controller 8 and the like.
  • the moment Mboom around the boom foot pin 5a of the boom 3a is calculated from the product of the center of gravity C1 and the weight M1 of the boom 3a.
  • the moment Marm around the boom foot pin 5a of the arm 3b is calculated from the product of the position of the center of gravity C2 and the weight M2 of the arm 3b.
  • the moment Mbucket around the boom foot pin 5a of the bucket 3c is calculated from the product of the position of the center of gravity C3 and the weight M3 of the bucket 3c.
  • the head pressure of the boom cylinder 4a is detected by the pressure sensor 6a.
  • the bottom pressure of the boom cylinder 4a is detected by the pressure sensor 6b.
  • the moment Mboomcyl around the boom foot pin 5a of the boom cylinder 4a is calculated by the controller 8 or the like.
  • the horizontal distance L from the boom foot pin 5a to the pin 5c is calculated by the controller 8 or the like. Is done.
  • the current load value W in the bucket 3c is calculated by the controller 8 or the like.
  • the load value W is calculated using the displacement amount of each cylinder 4a, 4b, 4c, head pressure, bottom pressure, and the like. For this reason, an error occurs in the measured value of the load value W due to the inertial force of the work machine 3 during the operation of the work machine 3.
  • the load value W measured as described above includes not only the true load value WR but also an error E1 due to the inertia of the work implement 3.
  • FIG. 5A shows the result, and shows the time change of the load value in the bucket 3c.
  • the inventor also examined the acceleration of expansion and contraction of the boom cylinder during the boom operation.
  • FIG. 5 (B) shows the result and shows the time change of the acceleration.
  • FIG. 5C shows a time change of PPC (Pressure Proportional Control) pressure of the boom cylinder during the boom operation.
  • PPC Pressure Proportional Control
  • the true load value WR in the bucket 3c does not change over time. For this reason, fluctuation due to amplitude appearing in the curve of the load value in FIG. 5A is an error.
  • the amplitude which is this error is generated at the start and stop of the operation of the boom 3a. For this reason, it is considered that the error (amplitude) generated in the calculated load value is an error based on inertia during operation of the work machine 3 such as the boom 3a.
  • the expansion / contraction acceleration of the boom cylinder 4a also has an amplitude at the same timing as the calculated load value shown in FIG. From this result, the inventor has found that the error due to the inertia of the work implement 3 can be detected by detecting the amplitude generated in the acceleration curve of the boom cylinder 4a.
  • FIG. 5D shows a method of removing the error due to the inertia of the work implement 3 from the calculated load value by correcting the calculated load value based on the amplitude generated in the expansion / contraction acceleration curve of the boom cylinder 4a. This will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
  • FIG. 5D is a diagram conceptually showing an equation for calculating a corrected load value from the amplitude of the calculated load and the amplitude of the acceleration.
  • FIG. 6A is a diagram showing a change over time of the calculated load value in the bucket.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a change over time in acceleration of expansion and contraction of the boom cylinder.
  • regression analysis (least square method) is used.
  • a regression equation is first set. This regression equation is, for example, the equation shown in FIG.
  • this regression equation shows that the calculation load (for example, the amplitude portion RA in FIG. 5 (A)) is the acceleration amplitude (for example, the amplitude portion RB in FIG. 5 (B)). It is set to be approximately equal to a value obtained by adding the corrected load value to the product of the coefficient c. Specifically, the amplitude of the expansion / contraction acceleration of the boom cylinder 4a is approximated to the amplitude of the calculated load by being multiplied by a predetermined coefficient c. By reducing the acceleration amplitude approximated to the calculated load amplitude from the calculated load, a corrected load value in which the error due to the inertia of the work implement 3 is canceled is calculated.
  • the coefficient c of the above regression equation is obtained based on the measured value of the calculated load and the measured value of the acceleration / contraction acceleration of the boom cylinder.
  • the coefficient c is obtained by comparing the acceleration waveform and the load waveform thus obtained with each other. At this time, how much coefficient c is multiplied by the acceleration waveform to calculate the closest approximation to the load waveform is calculated, and c as the coefficient is obtained from the result of the calculation.
  • the coefficient c When the coefficient c is obtained, the coefficient c, the boom cylinder expansion / contraction acceleration at a certain time t (n), and the calculated load are substituted into the equation shown in FIG. Thereby, the corrected load value at a certain time t (n) is obtained.
  • the above regression analysis is performed every 10 milliseconds, for example.
  • a corrected load value is obtained every 10 milliseconds.
  • the corrected load value obtained in this way is plotted for each time. Thereby, for example, a curve of the corrected load value as shown by a one-dot chain line in FIG. 5A is obtained.
  • the error (amplitude) due to the inertia of the work machine 3 is cancelled.
  • the load value is not yet a constant value (straight line), and fluctuates with the passage of time. This is considered to be based on the fact that the calculation model shown in FIG. 4 for calculating the calculation load W has a different assumption from that of the actual work machine 3 shown in FIG.
  • the calculation model shown in FIG. 4 assumes that the load W is at the position of the tip of the arm 3b (that is, the pin 5c). On the other hand, in the actual work machine 10 shown in FIG. 1, there is a load W inside the bucket 3c. For this reason, in the position of the load W, the assumption of the calculation model of FIG. 4 and the actual working machine 3 of FIG. 1 are different from each other.
  • the calculation model shown in FIG. 4 assumes a state in which the bucket 3c is fixed at the maximum winding position with respect to the arm 3b.
  • the bucket 3c also rotates with respect to the arm 3b according to the operation of the boom 3a and the arm 3b. For this reason, even in the rotational position of the bucket 3c with respect to the arm 3b, the assumption of the calculation model in FIG. 4 and the actual work machine 3 in FIG. 1 are different from each other.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the load value in the bucket 3c and the error of the load value in the bucket 3c.
  • the relationship data 1 load correction table
  • the relationship data 1 indicates the relationship between the load value in the bucket 3c and the error of the load value is used for correction for removing the error E2 from the corrected load value, for example. .
  • Relationship data 1 has a relationship in which the error of the load value decreases as the load value increases.
  • the larger the load value the larger the correction amount (absolute value) with respect to the calculated load value (for example, the corrected load value).
  • the load value in the relational data means the corrected load value after the error due to the inertia of the work machine 3 is corrected.
  • the relationship between the load value in the bucket 3c and the magnitude of the error in the load value in the bucket 3c is expressed by, for example, a quadratic function.
  • the magnitude of the load value error decreases as a quadratic function due to an increase in the load value in the bucket 3c.
  • the load error is removed based on the relationship of the relationship data 1 from the corrected load value obtained by correcting the error E1 due to the inertia of the work machine 3 in the above.
  • a true load value is calculated.
  • the corrected load value curve shown in FIG. 8B is a corrected load value curve obtained by correcting only the error E1 due to the inertia of the work machine 3 shown in FIG.
  • the curve is closer to a certain value than the curve indicated by. From this result, it was found that the error E2 can be appropriately removed by performing correction using the relational data 1 shown in FIG.
  • the correction of the error E2 based on the difference from the calculation model is performed on the load value after the correction of the error E1 due to the inertia of the work machine 3 has been described.
  • the correction of the error E2 based on the difference from the calculation model may be performed before the correction of the error E1 due to the inertia of the work machine 3.
  • the correction of the error E2 based on the difference from the above calculation model may be performed simultaneously with the correction of the error E1 due to the inertia of the work machine 3.
  • only the correction of the error E1 due to the inertia of the work machine 3 may be performed without correcting the error E2 based on the difference from the above calculation model. Further, without correcting the error E1 due to the inertia of the work machine 3, only the correction of the error E2 based on the difference from the calculation model may be performed. In particular, when the boom cylinder 4a does not operate, only the error E2 is corrected based on the difference from the calculation model.
  • the load value in relational data 1 in FIG. 7 means a calculated load value obtained from the balance of moments.
  • the load value W in the bucket 3c is corrected based on the expansion / contraction acceleration of the boom cylinder 4a.
  • the error E1 due to the inertia of the work implement 3 based on the operations of the boom 3a, the arm 3b, the bucket 3c, and the like can be removed from the load value W. For this reason, the measurement accuracy at the time of load measurement can be improved.
  • the controller 8 corrects the load value obtained by the calculation based on relational data indicating the magnitude of the error of the bucket load value with respect to the load value of the bucket 3c.
  • the relational data 1 has a relation that the error of the load value W of the bucket 3c decreases as the load value of the bucket 3c increases.
  • the relationship between the load value and the error in the relationship data 1 can be made into a relationship in accordance with the actual situation that the error of the load value with respect to the load value becomes relatively smaller as the load value of the bucket 3c becomes larger.
  • the error based on the difference from the calculation model can be corrected appropriately.
  • the relationship between the load value of the bucket 3c and the magnitude of the error of the load value of the bucket 3c is represented by a quadratic function.
  • the relationship between the load value and the error in the relationship data 1 can be easily set to a relationship that matches the actual situation.
  • the controller 8 only needs to have a function of calculating the current load value (calculated load value) W in the bucket 3c based on the load of the boom cylinder 4a.
  • An example of this function is a function of calculating the current load value (calculated load value) W in the bucket 3c from the balance of the static moments of the boom 3a, arm 3b and bucket 3c, as shown in FIG. is there.
  • a function of calculating a current load value (calculated load value) W in the bucket 3c from a balance of dynamic moments of the boom 3a, the arm 3b, and the bucket 3c may be used.
  • the current load value (calculated load value) W in the bucket 3c is determined from the balance of static or dynamic moments of the boom 3a, arm 3b, bucket 3c, cylinders 4a, 4b, 4c, and the like.
  • a function for calculating the value may be used.
  • a function of calculating the current load value (calculated load value) W in the bucket 3c by balancing the forces of the constituent members of the work machine 3 may be used.

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Abstract

油圧ショベル（１０）は、ブーム（３ａ）と、アーム（３ｂ）と、バケット（３ｃ）と、ブーム（３ａ）を駆動するブームシリンダ（４ａ）とを有している。ブームシリンダ（４ａ）の負荷に基づいてバケット（３ｃ）内の荷重値（Ｗ）が演算され、演算により得られた荷重値が、ブームシリンダ（４ａ）の伸縮の加速度に基づいて補正される。

Description

作業機械および作業機械の制御方法
　本発明は、作業機械および作業機械の制御方法に関するものである。
　バケット内の荷重は、作業機械の仕事量を知るうえで重要である。バケット内の荷重値を演算する技術は、たとえば特開２０１０－８９６３３号公報（特許文献１）に開示されている。
　この公報においては、荷の現在荷重値が、作業機械の姿勢と、ブームシリンダに作用する圧力とから演算により取得される。この現在荷重値を積算することにより積算荷重値が演算される。この積算荷重値が目標荷重値に達するとき、その状態がオペレータに報知される。
特開２０１０－８９６３３号公報
　しかしながら上記公報に記載の荷重値の演算方法によれば、バケット内の荷重値を正確に取得できない場合があった。このためバケット荷重の計測時における計測精度の向上が求められていた。
　本発明の目的は、荷重計測時の計測精度を向上させることが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。
　本発明の作業機械は、ブームと、アームと、バケットと、ブームシリンダと、検知部と、コントローラとを備えている。アームは、ブームの先端に取り付けられている。バケットは、アームの先端に取り付けられている。ブームシリンダは、ブームを駆動する。検知部は、ブームシリンダの伸縮の加速度を検知する。コントローラは、ブームシリンダの負荷に基づいてバケット内の荷重値を演算し、演算により得られた荷重値を、検知部により検知されたブームシリンダの伸縮の加速度に基づいて補正する。
　本発明の作業機械によれば、ブームシリンダの伸縮の加速度に基づいてバケット内の荷重値が補正される。これにより、ブーム、アーム、バケットなどの動作に基づく作業機の慣性による誤差を荷重値から取り除くことができる。このため、荷重計測時の計測精度を向上することができる。
　上記の作業機械において、コントローラは、上記加速度に基づく補正に加えて、演算により得られた荷重値を、バケットの荷重値に対するバケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正する。
　これにより、上記モーメントの釣り合いのモデルが実際の作業機の構成および状態と異なる場合に、そのモデルと実際の作業機との相違に基づく誤差を補正することが可能となる。
　上記の作業機械において、関係データは、バケットの荷重値が大きいほど、バケットの荷重値の誤差が小さくなる関係を有している。
　これにより、関係データにおける荷重値と誤差との関係を、バケットの荷重値が大きくなるほど、その荷重値に対する荷重値の誤差が相対的に小さくなるという実情に即した関係とすることができる。これにより計算モデルとの相違に基づく誤差を適切に補正することができる。
　上記の作業機械において、上記関係データにおいて、バケットの荷重値に対するバケットの荷重値の誤差の大きさの関係は２次関数によって表される。
　これにより、関係データにおける荷重値と誤差との関係を、簡易に実情に即した関係とすることができる。
　本発明の作業機械の制御方法は、ブームと、アームと、バケットと、上記ブームを駆動するブームシリンダとを備えた作業機械の制御方法である。本発明の作業機械の制御方法において、ブームシリンダの負荷に基づいてバケット内の荷重値が演算される。演算により得られた荷重値は、ブームシリンダの伸縮の加速度に基づいて補正される。
　本発明の作業機械の制御方法によれば、ブームシリンダの伸縮の加速度に基づいてバケット内の荷重値が補正される。これにより、ブーム、アーム、バケットなどの動作に基づく作業機の慣性による誤差を荷重値から取り除くことができる。このため、荷重計測時の計測精度を向上することができる。
　上記の作業機械の制御方法において、上記加速度に基づく補正に加えて、演算により得られた荷重値が、バケットの荷重値に対するバケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正される。
　これにより、上記モーメントの釣り合いのモデルが実際の作業機の構成および状態と異なる場合に、そのモデルと実際の作業機との相違に基づく誤差を補正することが可能となる。
　以上説明したように本発明によれば、荷重計測時の計測精度を向上させることが可能な作業機械および作業機械の制御方法を実現することができる。
本発明の一実施の形態における作業機械の構成を概略的に示す図である。 作業機に用いられるストロークセンサ付きシリンダの構成を概略的に示す図である。 図２のシリンダに用いられるストロークセンサの構成を概略的に示す図（Ａ）、およびストロークセンサのセンサ出力である電気信号が周期的に変化する様子を示す図（Ｂ）である。 モーメントの釣り合いを説明するための作業機の模式図である。 計算荷重値Ｗの時間変化を示す図（Ａ）、ブームシリンダの伸縮の加速度の時間変化を示す図（Ｂ）、ブームシリンダにおけるＰＰＣ圧の時間変化を示す図（Ｃ）、および計算荷重の振幅と加速度の振幅とから補正後の荷重値を算出する式を概念的に示す図（Ｄ）である。 バケット内の計算荷重値の時間変化を示す図（Ａ）、およびブームシリンダの伸縮の加速度の時間変化を示す図（Ｂ）である。 バケット内の荷重値とバケット内における荷重値の誤差との関係を示す図である。 ブームシリンダの伸縮の加速度に基づく補正のみを行なった場合の計算荷重の結果を示す図（Ａ）、およびブームシリンダの伸縮の加速度に基づく補正と関係データに基づく補正（テーブル補正）とを行なった場合の計算荷重の結果を示す図（Ｂ）である。
　以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
　まず、本発明の一実施の形態における作業機械の構成について説明する。以下、本発明の思想を適用可能な作業機械の一例として油圧ショベルについて図１を用いて説明する。なお本発明は、油圧ショベル以外に、ブーム、アームおよびバケットを有する作業機械にも適用可能である。
　以下の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」とは、運転室２ａ内の運転席２ｂに着座したオペレータを基準とした方向である。
　図１は、本発明の一実施の形態における作業機械の一例としての油圧ショベルの構成を概略的に示す側面図である。図１に示されるように、本実施の形態の油圧ショベル１０は、走行体１と、旋回体２と、作業機３とを主に有している。走行体１と旋回体２とにより作業機械本体が構成されている。
　走行体１は左右一対の履帯装置１ａを有している。この左右一対の履帯装置１ａの各々は履帯を有している。左右一対の履帯が回転駆動されることにより油圧ショベル１０が自走する。
　旋回体２は走行体１に対して旋回自在に設置されている。この旋回体２は、運転室２ａと、運転席２ｂと、エンジンルーム２ｃと、カウンタウェイト２ｄとを主に有している。運転室２ａは、旋回体２のたとえば前方左側（車両前側）に配置されている。運転室２ａの内部空間には、オペレータが着座するための運転席２ｂが配置されている。
　エンジンルーム２ｃおよびカウンタウェイト２ｄの各々は、旋回体２の後方側（車両後側）に配置されている。エンジンルーム２ｃは、エンジンユニット（エンジン、排気処理構造体など）を収納している。エンジンルーム２ｃの上方はエンジンフードにより覆われている。カウンタウェイト２ｄは、エンジンルーム２ｃの後方に配置されている。
　作業機３は、旋回体２の前方側であって運転室２ａのたとえば右側にて軸支されている。作業機３は、たとえばブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃ、油圧シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃなどを有している。ブーム３ａの基端部は、ブームフートピン５ａにより旋回体２に回転可能に連結されている。またアーム３ｂの基端部は、ブーム先端ピン５ｂによりブーム３ａの先端部に回転可能に連結されている。バケット３ｃは、ピン５ｃによりアーム３ｂの先端部に回転可能に連結されている。
　ブーム３ａは、ブームシリンダ４ａにより駆動可能である。この駆動により、ブーム３ａは、ブームフートピン５ａを中心に旋回体２に対して上下方向に回動可能である。アーム３ｂは、アームシリンダ４ｂにより駆動可能である。この駆動により、アーム３ｂは、ブーム先端ピン５ｂを中心にブーム３ａに対して上下方向に回動可能である。バケット３ｃは、バケットシリンダ４ｃにより駆動可能である。この駆動によりバケット３ｃは、ピン５ｃを中心にアーム３ｂに対して上下方向に回動可能である。このように作業機３は駆動可能である。
　ブームシリンダ４ａのヘッド側には、圧力センサ６ａが取り付けられている。圧力センサ６ａは、ブームシリンダ４ａのシリンダヘッド側油室４０Ａ（図２）内の作動油の圧力（ヘッド圧）を検出することができる。ブームシリンダ４ａのボトム側には、圧力センサ６ｂが取り付けられている。圧力センサ６ｂは、ブームシリンダ４ａのシリンダボトム側油室４０Ｂ（図２）内の作動油の圧力（ボトム圧）を検出することができる。
　ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂおよびバケットシリンダ４ｃのそれぞれには、ストロークセンサ（検知部）７ａ、７ｂ、７ｃが取り付けられている。
　次に、上記ストロークセンサ付きのシリンダについて図２および図３を用いて、ブームシリンダ４ａを例に挙げて説明する。
　図２は、作業機に用いられるストロークセンサ付きシリンダの構成を概略的に示す図である。図３（Ａ）は、図２のシリンダに用いられるストロークセンサの構成を概略的に示す図である。図３（Ｂ）は、ストロークセンサのセンサ出力である電気信号が周期的に変化する様子を示す図である。
　図２に示されるように、ブームシリンダ４ａは、シリンダチューブ４ａａと、シリンダロッド４ａｂと、ピストン４ａｃとを主に有している。ピストン４ａｃは、シリンダロッド４ａｂの一方端部に取り付けられている。ピストン４ａｃは、シリンダチューブ４ａａ内に挿入されている。シリンダロッド４ａｂはシリンダチューブ４ａａに対して相対的に移動可能である。これによりピストン４ａｃは、シリンダチューブ４ａａの内壁に対して摺動自在である。
　シリンダヘッド４ａｄとピストン４ａｃとシリンダチューブ４ａａの内壁とによって画成された室が、シリンダヘッド側油室４０Ａを構成している。ピストン４ａｃに対してシリンダヘッド側油室４０Ａとは反対側の油室がシリンダボトム側油室４０Ｂを構成している。
　シリンダヘッド側油室４０Ａに作動油が供給され、シリンダボトム側油室４０Ｂから作動油が排出されることによって、シリンダロッド４ａｂが縮退する。また、シリンダヘッド側油室４０Ａから作動油が排出され、シリンダボトム側油室４０Ｂに作動油が供給されることによって、シリンダロッド４ａｂが伸張する。これにより、シリンダロッド４ａｂは図中左右方向に直動する。
　ストロークセンサ７ａは、たとえばシリンダチューブ４ａａの外部であって、シリンダヘッド４ａｄに隣接した位置に配置されている。ストロークセンサ７ａは、ケース１４の内部に配置されている。
　ストロークセンサ７ａは、回転ローラ１１と、回転中心軸１２と、回転センサ部１３とを有している。回転ローラ１１は、回転ローラ１１の外周面がシリンダロッド４ａｂの表面に接触するように配置されている。回転ローラ１１は、シリンダロッド４ａｂの直動に応じて回転中心軸１２を中心として回転自在である。回転センサ部１３は、回転ローラ１１の回転量（回転角度）を検出可能に構成されている。
　図３（Ａ）に示されるように、回転センサ部１３は、磁石１３ａと、ホールＩＣ（Integrated　Circuit）１３ｂとを有している。磁石１３ａは、回転ローラ１１と一体に回転するように回転ローラ１１に取り付けられている。
　磁石１３ａは、回転ローラ１１の回転角度に応じて、Ｎ極、Ｓ極が交互に入れ替わるように構成されている。磁石１３ａは、回転ローラ１１の一回転を一周期として、ホールＩＣ１３ｂで検出される磁力（磁束密度）が周期的に変動するように構成されている。
　ホールＩＣ１３ｂは、磁石１３ａによって生成される磁力（磁束密度）を電気信号として検出する磁力センサである。ホールＩＣ１３ｂは、回転中心軸１２の軸方向に沿って、磁石１３ａから離れた位置に設けられている。
　図３（Ｂ）に示されるように、回転ローラ１１が回転し、それに応じて磁石１３ａが回転すると、回転角度に応じて、ホールＩＣ１３ｂを透過する磁力（磁束密度）が周期的に変化し、センサ出力である電気信号（電圧）が周期的に変化する。このホールＩＣ１３ｂから出力される電圧の大きさから回転ローラ１１の回転角度を計測することができる。
　また、ホールＩＣ１３ｂから出力される電気信号（電圧）の１周期が繰り返される数をカウントすることで、回転ローラ１１の回転数を計測することができる。そして、回転ローラ１１の回転角度と、回転ローラ１１の回転数とに基づいて、ブームシリンダ４ａのシリンダロッド４ａｂの変位量（ストローク長）が計測される。
　アームシリンダ４ｂおよびバケットシリンダ４ｃの各々は、ブームシリンダ４ａと同様のストロークセンサ付きシリンダの構成を有している。
　図１に示されるように、ブームシリンダ４ａにおける上記シリンダロッド４ａｂの変位量からブーム角Ａ１を算出することができる。またアームシリンダ４ｂにおけるシリンダロッドの変位量からアーム角Ａ２を算出することができる。またバケットシリンダ４ｃにおけるシリンダロッドの変位量からバケット角Ａ３を算出することができる。さらにブームシリンダ４ａにおける変位量を時間で２回微分することによりブームシリンダ４ａの伸縮の加速度αを算出することができる。
　ストロークセンサ７ａ、７ｂ、７ｃと、圧力センサ６ａ、６ｂとの各々は、コントローラ８の演算装置８ａに電気的に接続されている。これにより、上記のブームシリンダ４ａのヘッド圧およびボトム圧と、ブーム角Ａ１と、アーム角Ａ２と、バケット角Ａ３と、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度αとが、コントローラ８内の演算装置８ａに送信可能である。
　なお、ブーム角Ａ１と、アーム角Ａ２と、バケット角Ａ３と、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度αとは、ストロークセンサ７ａ、７ｂ、７ｃから演算装置８ａに送られた電気信号（ホールＩＣ１３ｂで検出された電気信号）により演算装置８ａにて算出されてもよい。
　コントローラ８は、演算装置８ａだけでなく、記憶部８ｂを有していてもよい。記憶部８ｂには、後述するバケットの真の荷重値に対する前記バケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データ（荷重補正テーブル）、ブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃの重量、形状などを記憶していてもよい。またこの関係データなどは、記憶部８ｂに当初から記憶されていてもよく、またオペレータの操作により作業機械１０の外部から記憶部８ｂに取り込まれてもよい。
　このコントローラ８（演算装置８ａ）は、ブームシリンダ４ａの負荷に基づいてバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能を有している。具体的には、コントローラ８（演算装置８ａ）は、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃのモーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能を有している。またコントローラ８（演算装置８ａ）は、演算により得られた上記現在の荷重値を、ストロークセンサ７ａにより検知されたブームシリンダ４ａの伸縮の加速度に基づいて補正する機能を有している。
　なおブームシリンダ４ａの負荷とは、ブームシリンダ４ａのヘッド圧およびボトム圧から得られる、いわゆる軸力である。また現在の荷重値の補正に用いられるブームシリンダ４ａの伸縮の加速度は、作業機３の揺動による慣性によって生じるブームシリンダ４ａの伸縮の加速度である。この揺動は、ブーム３ａを作動させたときの通常の動作に基づくブームシリンダ４ａの伸縮そのものではなく、作業機３の作動に伴って副次的に生じる作業機３の揺れのことである。
　またコントローラ８（演算装置８ａ）は、上記関係データに基づいて、演算により得られた荷重値を補正する機能を有している。具体的には、コントローラ８（演算装置８ａ）は、演算により得られた荷重値を、バケットの真の荷重値ＷＲに対するバケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正する機能を有している。
　次に、本実施の形態における作業機械において、バケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗを演算する方法について図４を用いて説明する。
　図４は、モーメントの釣り合いを説明するための作業機の模式図である。図４に示されるように、本実施の形態においては、ブームフートピン５ａ回りの各モーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗが検出される。ここで、ブームフートピン５ａ回りの各モーメントの釣り合いは以下の式（１）により表される。
　Ｍboomcyl＝Ｍboom＋Ｍarm＋Ｍbucket＋Ｗ×Ｌ　・・・　式（１）
　式（１）において、Ｍboomcylは、ブームシリンダ４ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｍboomは、ブーム３ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｍarmは、アーム３ｂのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｍbucketは、バケット３ｃのブームフートピン５ａ回りのモーメントである。Ｗは、バケット３ｃ内の現在の荷重値である。Ｌは、ブームフートピン５ａからピン５ｃ（バケット３ｃがアーム３ｂに支持される部分）までの水平方向の距離である。
　Ｍboomcylは、ブームシリンダ４ａの負荷（ヘッド圧およびボトム圧）から算出される。
　Ｍboomは、ブーム３ａの重心Ｃ１およびブームフートピン５ａの間の距離ｒ１と、ブーム３ａの重量Ｍ１との積（ｒ１×Ｍ１）により算出される。ブーム３ａの重心Ｃ１の位置は、ブーム角Ａ１などから算出される。ブーム３ａの重量Ｍ１などは、記憶部８ｂに記憶されている。
　Ｍarmは、アーム３ｂの重心Ｃ２およびブームフートピン５ａの間の距離ｒ２と、アーム３ｂの重量Ｍ２との積（ｒ２×Ｍ２）により算出される。アーム３ｂの重心Ｃ２の位置は、アーム角Ａ２などから算出される。アーム３ｂの重量Ｍ２などは、記憶部８ｂに記憶されている。
　Ｍbucketは、バケット３ｃの重心Ｃ３およびブームフートピン５ａの間の距離ｒ３と、バケット３ｃの重量Ｍ３との積（ｒ３×Ｍ３）により算出される。バケットの重心Ｃ３の位置は、バケット角Ａ３などから算出される。バケット３ｃの重量Ｍ３などは、記憶部８ｂに記憶されている。
　図１および図４に示されるように、バケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗの算出において、ストロークセンサ７ａ、７ｂ、７ｃの各々により各シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃの変位量が検出される。各シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃの変位量に基づいてコントローラ８などによりブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３が算出される。これらのブーム角Ａ１、アーム角Ａ２およびバケット角Ａ３に基づいてコントローラ８などにより重心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の各位置が算出される。
　重心Ｃ１とブーム３ａの重量Ｍ１との積から、ブーム３ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭboomが算出される。また重心Ｃ２の位置とアーム３ｂの重量Ｍ２との積から、アーム３ｂのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭarmが算出される。また重心Ｃ３の位置とバケット３ｃの重量Ｍ３との積から、バケット３ｃのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭbucketが算出される。
　一方、圧力センサ６ａによりブームシリンダ４ａのヘッド圧が検出される。圧力センサ６ｂによりブームシリンダ４ａのボトム圧が検出される。このブームシリンダ４ａのヘッド圧とボトム圧とに基づいてブームシリンダ４ａのブームフートピン５ａ回りのモーメントＭboomcylがコントローラ８などにより算出される。
　また上記において算出されたブーム角Ａ１、アーム角Ａ２、ブーム３ａの長さ、およびアーム３ｂの長さに基づいて、ブームフートピン５ａからピン５ｃまでの水平方向の距離Ｌがコントローラ８などにより算出される。
　上記により算出された各モーメントＭboomcyl、Ｍboom、Ｍarm、Ｍbucketおよび距離Ｌを上式（１）に代入することにより、バケット３ｃ内の現在の荷重値Ｗがコントローラ８などにより算出される。
　上記のように荷重値Ｗは各シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃの変位量、ヘッド圧、ボトム圧などを用いて算出される。このため、作業機３の動作時には作業機３の慣性力により荷重値Ｗの測定値に誤差が生じる。具体的には、上記により測定された荷重値Ｗは、真の荷重値ＷＲだけでなく、作業機３の慣性による誤差Ｅ１をも含んでいる。
　上記に鑑みて本発明者が鋭意検討した結果、本発明者は、上記の作業機３の慣性による誤差Ｅ１をブームシリンダ４ａの伸縮の加速度αの変動により検出できることを見出した。そこで次に、作業機３の慣性による誤差Ｅ１をブームシリンダ４ａの伸縮の加速度αの変動により検出できることについて図５（Ａ）～図５（Ｃ）を用いて説明する。
　本発明者は、ブーム動作時におけるバケット３ｃ内の荷重値（計算荷重値）を、上記モーメントの釣り合いから求めた。図５（Ａ）は、その結果を示しており、バケット３ｃ内の荷重値の時間変化を示している。また本発明者は、そのブーム動作時におけるブームシリンダの伸縮の加速度も調べた。図５（Ｂ）は、その結果を示しており、その加速度の時間変化を示している。また図５（Ｃ）は、上記のブーム動作時のブームシリンダのＰＰＣ（Pressure　Proportional　Control）圧の時間変化を示している。
　図５（Ｃ）に示されるように、ブームシリンダ４ａの動作開始時には、ブームシリンダのＰＰＣ圧が立ち上がる。このブームシリンダ４ａの動作開始時に、図５（Ａ）に示されるように、計算荷重には振幅が生じる。この振幅は、ブームシリンダ４ａのＰＰＣ圧を維持している間には、時間の経過とともに減衰する。
　この後、図５（Ｃ）に示されるように、ブームシリンダ４ａの動作停止時には、ブームシリンダのＰＰＣ圧が立ち下がる。このブームシリンダ４ａの動作停止時にも、図５（Ａ）に示されるように、計算荷重値の曲線には振幅が生じる。この振幅は、ブームシリンダ４ａのＰＰＣ圧が一定に維持されている間には、時間の経過とともに減衰する。
　バケット３ｃ内の真の荷重値ＷＲは、時間の経過により変化しない。このため、図５（Ａ）の荷重値の曲線に現れる振幅による変動は誤差である。この誤差である振幅は、ブーム３ａの動作の開始時および停止時に生じている。このため、計算荷重値に生じる誤差（振幅）は、ブーム３ａなどの作業機３の動作時の慣性に基づく誤差であると考えられる。
　一方、図５（Ｂ）に示されるように、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度にも、図５（Ａ）に示される計算荷重値と同様のタイミングで振幅が生じている。この結果から、本発明者は、ブームシリンダ４ａの加速度の曲線に生じた振幅を検出することにより、作業機３の慣性による誤差を検出できることを見出した。
　次に、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度の曲線に生じた振幅に基づいて計算荷重値を補正することにより、作業機３の慣性による誤差を計算荷重値から除去する方法について、図５（Ｄ）および図６（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
　図５（Ｄ）は、計算荷重の振幅と加速度の振幅とから補正後の荷重値を算出する式を概念的に示す図である。図６（Ａ）は、バケット内の計算荷重値の時間変化を示す図である。図６（Ｂ）は、ブームシリンダの伸縮の加速度の時間変化を示す図である。
　作業機３の慣性による誤差を計算荷重値から除去するために、回帰分析（最小二乗法）が用いられる。この回帰分析においては、はじめに回帰式が設定される。この回帰式は、たとえば図５（Ｄ）に示された式である。
　図５（Ｄ）に示されるように、この回帰式は、計算荷重（たとえば図５（Ａ）の振幅の部分ＲＡ）が、加速度の振幅（たとえば図５（Ｂ）の振幅の部分ＲＢ）と係数ｃとの積に補正後の荷重値を足した値にほぼ等しくなるように設定される。具体的には、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度における振幅は、所定の係数ｃを掛けられることにより、計算荷重の振幅に近似される。この計算荷重の振幅に近似された加速度の振幅が、計算荷重から減ぜられることにより、作業機３の慣性による誤差がキャンセルされた補正後の荷重値が算出される。
　上記回帰式の係数ｃは、計算荷重の測定値と、ブームシリンダの伸縮の加速度の測定値とに基づいて求められる。
　具体的には、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示されるように、ある時刻ｔ（ｎ）の直前１．０秒間に測定された５点の加速度（たとえばα（ｎ－４）、α（ｎ－３）、α（ｎ－２）、α（ｎ－１）、α（ｎ））から加速度の波形が得られる。またある時刻ｔ（ｎ）の直前１．０秒間に測定された５点の荷重（ｗ（ｎ－４）、ｗ（ｎ－３）、ｗ（ｎ－２）、ｗ（ｎ－１）、ｗ（ｎ））から荷重の波形が得られる。
　このようにして得られた加速度の波形と荷重の波形とが互いに比較されることにより、係数ｃが求められる。この際、上記加速度の波形にどれだけの係数ｃを掛ければ上記荷重の波形に最も近似できるかが演算され、その演算の結果から上記係数としてのｃが得られる。
　上記係数ｃが得られたら、その係数ｃと、ある時刻ｔ（ｎ）におけるブームシリンダの伸縮の加速度と計算荷重とが図５（Ｄ）に示される式に代入される。これによって、ある時刻ｔ（ｎ）における補正後の荷重値が求められる。
　上記の回帰分析がたとえば１０ｍ秒ごとに実施される。これにより１０ｍ秒ごとに補正後の荷重値が得られる。このようにして得られた補正後の荷重値が、その時間ごとにプロットされる。これにより、たとえば図５（Ａ）に一点鎖線で示されるような補正後の荷重値の曲線が得られる。この補正後の荷重値においては、作業機３の慣性による誤差（振幅）がキャンセルされている。
　上記により、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度の曲線に生じた振幅に基づいて計算荷重値を補正することにより、作業機３の慣性による誤差が計算荷重値から除去された補正後の荷重値が得られる。
　ところで、図５（Ａ）に一点鎖線で示されたような補正後の荷重値の曲線においては、荷重値が依然として一定値（直線）となっておらず、時間の経過により変動している。これは、計算荷重Ｗを算出するための図４に示された計算モデルが、図１に示された実際の作業機３と異なる想定を有することに基づいていると考えられる。
　具体的には、図４に示される計算モデルは、荷重Ｗがアーム３ｂの先端（つまりピン５ｃ）の位置にあると想定している。一方、図１に示す実際の作業機械１０においては、バケット３ｃの内部に荷重Ｗがある。このため、荷重Ｗの位置において、図４の計算モデルの想定と図１の実際の作業機３とは互いに異なる。
　また図４に示される計算モデルは、バケット３ｃがアーム３ｂに対して最大巻き込み位置で固定された状態を想定している。一方、図１に示す実際の作業機械１０においては、ブーム３ａおよびアーム３ｂの動作にしたがってバケット３ｃもアーム３ｂに対して回転する。このため、アーム３ｂに対するバケット３ｃの回転位置においても、図４の計算モデルの想定と図１の実際の作業機３とは互いに異なる。
　また図４に示される計算モデルにおいてはブームシリンダ４ａの摺動抵抗（シリンダ動作時の摩擦）が想定されていない。一方、図１に示す実際の作業機械１０においてはブームシリンダ４ａの摺動抵抗が発生する。このためブームシリンダ４ａの摺動抵抗の有無においても、図４の計算モデルの想定と図１の実際の作業機３とは互いに異なる。
　上記のように図４の計算モデルが図１に示された実際の作業機３と異なる想定であることに基づく誤差Ｅ２が、補正後の荷重値に含まれていると考えられる。そこで次に、計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２を補正後の荷重値から除去する補正について図７を用いて説明する。
　図７は、バケット３ｃ内の荷重値とバケット３ｃ内の荷重値の誤差との関係を示す図である。図７に示されるように、バケット３ｃ内の荷重値と荷重値の誤差との関係を示す関係データ１（荷重補正テーブル）は、たとえば上記誤差Ｅ２を補正後の荷重値から取り除く補正に用いられる。
　関係データ１は、荷重値が大きくなるほど、荷重値の誤差が小さくなる関係を有している。この関係データ１では、荷重値が大きくなるほど、計算荷重値（たとえば補正後の荷重値）に対する補正量（絶対値）が大きくなる。ここで関係データにおける荷重値とは、上記作業機３の慣性による誤差が補正された後においては、補正後の荷重値を意味する。
　また関係データ１において、バケット３ｃ内の荷重値に対するバケット３ｃ内の荷重値の誤差の大きさの関係はたとえば２次関数によって表される。この場合、荷重値の誤差の大きさは、バケット３ｃ内の荷重値の増加により２次関数的に減少する。
　この関係データ１を用いた補正においては、上記において作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正が行われた補正後の荷重値から、関係データ１の関係に基づいて荷重誤差が除去されることにより真の荷重値が算出される。
　本発明者は、計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２を計算荷重値（たとえば補正後の荷重値）から除去するために鋭意検討した結果、上記関係データ１を用いて補正を行えば、上記誤差Ｅ２を適切に除去できることを見出した。
　たとえば図７に示す関係データ２のように、真の荷重値の値に関わらず荷重誤差が一定の関係データを用いて補正を行った場合、正確に補正を行うことができなかった。これに対して関係データ１を用いた場合には、図８（Ｂ）において２点鎖線で示すような補正後の荷重値の曲線を得ることができた。
　この図８（Ｂ）に示す補正後の荷重値の曲線は、図８（Ａ）に示す作業機３の慣性による誤差Ｅ１のみの補正が行われた補正後の荷重値の曲線（１点鎖線で示す曲線）よりも一定値に近づいている。この結果から、図７に示す関係データ１を用いて補正を行うことにより、上記誤差Ｅ２を適切に除去できることがわかった。
　なお本実施の形態においては、上記の計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正は、作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正後の荷重値に対して行われる場合について説明した。しかし、上記の計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正は、作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正の前に行われてもよい。また上記の計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正は、作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正と同時に行われてもよい。
　また上記の計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正を行わずに、作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正のみが行われてもよい。また作業機３の慣性による誤差Ｅ１の補正を行わずに、計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正のみが行われてもよい。特にブームシリンダ４ａが動作しない静止時には、計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正のみが行われる。
　なお上記作業機３の慣性による誤差Ｅ１が補正される前に計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２が補正される場合または計算モデルとの相違に基づく誤差Ｅ２の補正のみが行われる場合には、図７における関係データ１における荷重値とは、モーメントの釣り合いから得られる計算荷重値を意味する。
　次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
　本実施の形態においては、ブームシリンダ４ａの伸縮の加速度に基づいてバケット３ｃ内の荷重値Ｗが補正される。これにより、ブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃなどの動作に基づく作業機３の慣性による誤差Ｅ１を荷重値Ｗから取り除くことができる。このため、荷重計測時の計測精度を向上することができる。
　またコントローラ８は、上記加速度に基づく補正に加えて、演算により得られた荷重値を、バケット３ｃの荷重値に対するバケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正する。これにより、図４に示されるモーメントの釣り合いのモデルが、図１に示される実際の作業機３の構成および状態と異なる想定を有する場合でも、そのモデルと実際の作業機との相違に基づく誤差Ｅ２を補正することが可能となる。
　また図７に示されるように、関係データ１は、バケット３ｃの荷重値が大きいほど、バケット３ｃの荷重値Ｗの誤差が小さくなる関係を有している。これにより、関係データ１における荷重値と誤差との関係を、バケット３ｃの荷重値が大きくなるほど荷重値に対する荷重値の誤差が相対的に小さくなるという実情に即した関係とすることができる。これにより計算モデルとの相違に基づく誤差を適切に補正することができる。
　また図７の関係データ１において、バケット３ｃの荷重値に対するバケット３ｃの荷重値の誤差の大きさの関係は２次関数によって表される。これにより、上記関係データ１における荷重値と誤差との関係を、簡易に実情に即した関係とすることができる。
　なおコントローラ８は、ブームシリンダ４ａの負荷に基づいてバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能を有していればよい。この機能の一例は、図４に示されるように、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃの静力学的なモーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能である。
　この機能の他の例として、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃの動力学的なモーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能が用いられてもよい。またさらに他の例として、ブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃ、シリンダ４ａ、４ｂ、４ｃなどの静力学的または動力学的なモーメントの釣り合いからバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能が用いられてもよい。またさらに他の例として、作業機３の構成部材の力の釣り合いによりバケット３ｃ内の現在の荷重値（計算荷重値）Ｗを演算する機能が用いられてもよい。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　走行体、１ａ　履帯装置、２　旋回体、２ａ　運転室、２ｂ　運転席、２ｃ　エンジンルーム、２ｄ　カウンタウェイト、３　作業機、３ａ　ブーム、３ｂ　アーム、３ｃ　バケット、４ａ　ブームシリンダ、４ａａ　シリンダチューブ、４ａｂ　シリンダロッド、４ａｃ　ピストン、４ａｄ　シリンダヘッド、４ｂ　アームシリンダ、４ｃ　バケットシリンダ、５ａ　ブームフートピン、５ｂ　ブーム先端ピン、５ｃ　ピン、６ａ，６ｂ　圧力センサ、７ａ，７ｂ，７ｃ　ストロークセンサ、８　コントローラ、８ａ　演算装置、８ｂ　記憶部、１０　作業機械、１１　回転ローラ、１２　回転中心軸、１３　回転センサ部、１３ａ　磁石、１３ｂ　ホールＩＣ、１４　ケース、４０Ａ　シリンダヘッド側油室、４０Ｂ　シリンダボトム側油室。

Claims (6)

  1. 　ブームと、
    　前記ブームの先端に取り付けられたアームと、
    　前記アームの先端に取り付けられたバケットと、
    　前記ブームを駆動するブームシリンダと、
    　前記ブームシリンダの伸縮の加速度を検知する検知部と、
    　前記ブームシリンダの負荷に基づいて前記バケット内の荷重値を演算し、演算により得られた前記荷重値を、前記検知部により検知された前記ブームシリンダの伸縮の前記加速度に基づいて補正するコントローラとを備えた、作業機械。
  2. 　前記コントローラは、前記加速度に基づく補正に加えて、演算により得られた前記荷重値を、前記バケットの荷重値に対する前記バケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正する、請求項１に記載の作業機械。
  3. 　前記関係データは、前記バケットの荷重値が大きいほど、前記バケットの荷重値の誤差が小さくなる関係を有している、請求項２に記載の作業機械。
  4. 　前記関係データにおいて、前記バケットの荷重値に対する前記バケットの荷重値の誤差の大きさの関係は２次関数によって表される、請求項３に記載の作業機械。
  5. 　ブームと、アームと、バケットと、前記ブームを駆動するブームシリンダとを備えた作業機械の制御方法であって、
    　前記ブームシリンダの負荷に基づいて前記バケット内の荷重値を演算し、演算により得られた前記荷重値を、前記ブームシリンダの伸縮の加速度に基づいて補正する、作業機械の制御方法。
  6. 　前記加速度に基づく補正に加えて、演算により得られた前記荷重値を、前記バケットの荷重値に対する前記バケットの荷重値の誤差の大きさを示す関係データに基づいて補正する、請求項５に記載の作業機械の制御方法。
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