作业设备的制作方法

1.本发明涉及一种液压挖掘机等的作业设备。

背景技术：

2.以往，例如液压挖掘机等的作业设备已为公知。上述液压挖掘机具备包含动臂、斗杆以及远端附属装置的作业装置，在作业现场进行用于将砂土、废料等作业的对象物装载到例如翻斗车等的移动目的地的装载作业。已知作为这样的液压挖掘机搭载有所谓的有效载荷功能(payload function)。该有效载荷功能是测量被保持在铲斗、起重磁铁等的远端附属装置中的砂土、废料等的对象物的载荷的功能。通过在液压挖掘机进行向翻斗车的装载动作时利用该有效载荷功能，可以运算被装载到翻斗车的对象物的量(砂土量、废料量)。在利用了该有效载荷功能的对象物的载荷的运算中，利用远端附属装置的重量以及重心位置的数据。
3.日本专利公开公报特开2007-178362号公开了一种附属装置数据校正方法，即使是在作业斗杆安装了重心位置以及重量数据均未知的附属装置的情况下，该方法也能容易地进行校正。在该校正方法，释放铲斗液压缸的压力并将磁铁重心定位在附属装置安装销的正下方。因为根据动臂液压缸的压力运算出的保持力的力矩与除了磁铁以外的作业斗杆的力矩之间的误差与基于磁铁重量的力矩相等，所以可以运算磁铁重量。运算在磁铁坐标系的磁铁重心角并设定磁铁的对地角，根据基于铲斗液压缸的压力运算出的保持力绕附属装置安装销的力矩和磁铁重量，运算从附属装置安装销到磁铁重心为止的水平距离。
4.日本专利公开公报特开2007-178362号所公开的作业设备，为了运算磁铁重量以及磁铁重心，既需要用于检测动臂液压缸的压力的压力传感器又需要用于检测铲斗液压缸的压力的压力传感器，作业设备的构成变得复杂，存在使成本增加的问题。而且，如果在铲斗、起重磁铁等的远端附属装置的附近配置压力传感器，该压力传感器也容易损坏。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种以简单的构成就可以确定远端附属装置的重量以及重心位置的作业设备。
6.所提供的作业设备包括：机体；动臂，具有被所述机体可起伏地支撑的基端部即动臂基端部；斗杆，具有被所述动臂的远端部可转动地支撑的斗杆基端部和位于其相反侧的远端部即斗杆远端部；远端附属装置，具有被所述斗杆远端部可转动地支撑的基端部即远端附属装置基端部；动臂液压缸，是使所述动臂相对于所述机体起伏地工作的液压缸；斗杆液压缸，是使所述斗杆相对于所述动臂转动地工作的液压缸；远端液压缸，是使所述远端附属装置相对于所述斗杆转动地工作的液压缸；姿势检测器，用于检测所述动臂、所述斗杆以及所述远端附属装置的姿势；保持压检测器，用于检测所述动臂液压缸的保持压，以及，具有特性运算部的控制器，其中，所述特性运算部：基于从所述姿势检测器输入的检测信号运算所述动臂基端部与所述斗杆远端部之间的水平距离；在所述远端附属装置被配置在所述
远端液压缸的压力被释放时的位置即压力释放位置的状态下，基于从所述保持压检测器输入的检测信号和所述水平距离运算所述远端附属装置的重量；在所述远端附属装置被配置在与所述压力释放位置不同的位置即变位位置的状态下，基于从所述保持压检测器输入的检测信号、从所述姿势检测器输入的检测信号以及所述远端附属装置的所述重量运算所述远端附属装置的重心位置。
附图说明
7.图1是表示本发明的实施方式涉及的作为作业设备的一个例子的液压挖掘机的侧视图。
8.图2是表示上述液压挖掘机的控制器的功能构成的方框图。
9.图3是表示用于确定上述液压挖掘机的远端附属装置的重量以及重心位置的确定方法的示意图。
10.图4是表示用于确定上述液压挖掘机的远端附属装置的重量以及重心位置的确定方法的示意图。
11.图5是表示用于确定上述液压挖掘机的远端附属装置的重量以及重心位置的确定方法的示意图。
12.图6是表示用于向操作人员说明上述确定方法的步骤的显示画面的一个例子的示意图。
13.图7是表示用于向操作人员说明上述确定方法的步骤的显示画面的一个例子的示意图。
具体实施方式
14.以下参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
15.图1表示本发明的实施方式涉及的作为作业设备的一个例子的液压挖掘机。图2是表示搭载于上述液压挖掘机的控制器以及被该控制器控制的回路的构成的示意图。
16.如图1以及图2所示，液压挖掘机10具备下部行走体11、可回转地搭载在下部行走体11上的上部回转体12、搭载于上部回转体12的作业装置13、多个操作装置、多个液压致动器、排出工作油的液压泵21a、控制阀单元21b、油箱21c、多个传感器、控制器70以及显示器80。
17.下部行走体11以及上部回转体12构成支撑作业装置13的机体。下部行走体11具有用于使液压挖掘机10行走的行走装置，可以在地面g上行走。上部回转体12包含回转框架12a、搭载在框架上的驾驶室12b以及配重。在驾驶室12b配置有操作人员就坐的座位、各种操作杆、操作踏板等。
18.作业装置13可以进行将砂土装载到翻斗车的装载作业，包含动臂14、斗杆15以及铲斗16。铲斗16是远端附属装置的一个例子。砂土是作业的对象物的一个例子，翻斗车是移动目的地的一个例子。装载作业包含挖掘砂土并将其保持在铲斗16中的挖掘作业、使所保持的砂土移动到翻斗车上的移动作业、将砂土排放到翻斗车上的排土作业。
19.动臂14具有以可绕水平的转动轴a1转动的方式被回转框架12a支撑的基端部即动臂基端部和其相反侧的远端部即动臂远端部。斗杆15具有以可绕水平的转动轴a2转动的方
式被安装在动臂远端部的基端部即斗杆基端部和其相反侧的远端部即斗杆远端部。铲斗16具有以可绕水平的转动轴a3转动的方式通过铲斗安装销26被安装在斗杆远端部的基端部即铲斗基端部和其相反侧的远端部即铲斗远端部。铲斗基端部是远端附属装置基端部的一个例子。
20.多个操作装置包含动臂操作装置85、斗杆操作装置86以及铲斗操作装置87。动臂操作装置85包含被施加操作人员用于指定动臂14的起伏方向的操作的操作杆、向控制器70输入对动臂操作装置85的操作杆施加的操作方向以及操作量所对应的指令信号即操作指令信号的动臂操作装置主体。斗杆操作装置86包含被施加操作人员用于指定斗杆15的转动方向的操作的操作杆、向控制器70输入对斗杆操作装置86的操作杆施加的操作方向以及操作量所对应的指令信号即操作指令信号的斗杆操作装置主体。铲斗操作装置87包含被施加操作人员用于指定铲斗16的转动方向的操作的操作杆、向控制器70输入对铲斗操作装置87的操作杆施加的操作方向以及操作量所对应的指令信号即操作指令信号的铲斗操作装置主体。
21.多个液压致动器包含用于使动臂14起伏的液压缸即动臂液压缸17、用于使斗杆15转动的液压缸即斗杆液压缸18、用于使铲斗16转动的液压缸即铲斗液压缸19、用于使上部回转体12相对于下部行走体11回转的液压马达即回转马达20。铲斗液压缸19是远端液压缸的一个例子。
22.动臂液压缸17介于上部回转体12的回转框架12a和动臂14之间，通过接受从液压泵21a排出的工作油的供给而进行伸长或收缩，由此，使动臂14相对于回转框架12a向站立方向或倒下方向转动。
23.斗杆液压缸18介于动臂14和斗杆15之间，通过接受从液压泵21a排出的工作油的供给而进行伸长或收缩，由此，使斗杆15相对于动臂14向收斗杆方向或推斗杆方向转动。收斗杆方向是斗杆15的远端接近动臂14的方向，推斗杆方向是斗杆15的远端远离动臂14的方向。
24.铲斗液压缸19介于斗杆15和铲斗16之间，通过接受从液压泵21a排出的工作油的供给而进行伸长或收缩，由此，使铲斗16相对于斗杆15在收铲斗方向或推铲斗方向转动。收铲斗方向是铲斗16的远端接近动臂14的方向，推铲斗方向是铲斗16的远端远离动臂14的方向。
25.具体而言，铲斗液压缸19的基端部可转动地连接在斗杆15的斗杆基端部的附近，铲斗液压缸19的远端部经由第一连杆构件22a与斗杆15连接并经由第二连杆构件22b与铲斗16连接。第一连杆构件22a的基端部通过连杆安装销23被可转动地安装在铲斗液压缸19的远端部，第一连杆构件22a的远端部通过连杆安装销24被可转动地安装在斗杆15。第二连杆构件22b的基端部通过连杆安装销23被可转动地安装在铲斗液压缸19的远端部，第二连杆构件22b的远端部通过连杆安装销25被可转动地安装在铲斗16。通过让第一以及第二连杆构件22a、22b伴随铲斗液压缸19的伸缩将铲斗液压缸19的驱动力传递到铲斗16，铲斗16绕铲斗安装销26(绕转动轴a3)转动。
26.控制阀单元21b介于液压泵21a和多个液压致动器之间，调节供给到多个液压致动器的每个液压致动器的工作油的流量以及工作油的供给方向。具体而言，控制阀单元21b包含调节供给到动臂液压缸17的工作油的流量以及工作油的供给方向的动臂控制阀、调节供
给到斗杆液压缸18的工作油的流量以及工作油的供给方向的斗杆控制阀以及调节供给到铲斗液压缸19的工作油的流量以及工作油的供给方向的铲斗控制阀。
27.例如，如果从铲斗操作装置87输入上述操作指令信号，控制器70就将与该操作指令信号对应的指令信号输入到铲斗用比例阀21d，根据上述指令信号在铲斗用比例阀21d被减压的先导压被输入到铲斗控制阀的一对先导端口的其中之一。因为液压泵21a的工作油以与上述指令信号对应的流量供给到铲斗液压缸19的头侧室以及杆侧室之中的与上述指令信号对应的一方，所以铲斗16以与上述指令信号对应的速度向与上述指令信号对应的方向转动。动臂控制阀以及斗杆控制阀对动臂14以及斗杆15的动作也与上述铲斗16相同。
28.而且，控制器70，在进行为了释放铲斗液压缸19的压力的压力释放控制的情况下，将用于调节铲斗控制阀的滑阀(spool of valve)的位置的指令信号输出到铲斗用比例阀21d(电磁比例减压阀)，以便切断铲斗液压缸19与液压泵21a之间的油路并允许铲斗液压缸19的工作油返回到油箱21c。而且，在区别于铲斗控制阀另外设置用于释放压力的压力释放阀的情况下，控制器70向上述压力释放阀输出指令信号，以便切断铲斗液压缸19与液压泵21a之间的油路并允许铲斗液压缸19的工作油经由上述压力释放阀返回到油箱21c。由此，铲斗液压缸19的头侧室以及杆侧室的压力被释放，铲斗16利用其自重被配置成从斗杆15向下垂。
29.如图2所示，上述多个传感器包含动臂角度传感器61、斗杆角度传感器62、铲斗角度传感器63(远端附属装置角度传感器)、动臂头压传感器64(动臂h压力传感器)、动臂杆压传感器65(动臂r压力传感器)。动臂头压传感器64以及动臂杆压传感器65是保持压检测器的一个例子。保持压检测器将关于动臂液压缸17的保持压的检测信号输入到控制器70。
30.动臂角度传感器61生成关于动臂14的角度即动臂角度的检测信号，并将该检测信号输入到控制器70。动臂角度传感器61被配置在例如动臂基端部。如图1所示，上述动臂角度可以用贯通动臂基端部和动臂远端部的直线14l与水平面h形成的角度θ1来表示，但是也可以用直线14l与其它的基准线(基准面)形成的角度θ1来表示。具体而言，直线14l例如也可以是在图1的侧视图中贯通转动轴a1和转动轴a2的直线。
31.斗杆角度传感器62生成关于斗杆15的角度即斗杆角度的检测信号，并将该检测信号输入到控制器70。斗杆角度传感器62被配置在例如斗杆基端部。上述斗杆角度可以用贯通斗杆基端部和斗杆远端部的直线15l与上述直线14l形成的角度θ2来表示。具体而言，直线15l例如也可以是在图1的侧视图中贯通转动轴a2和转动轴a3的直线。
32.铲斗角度传感器63生成关于铲斗16的角度即铲斗角度的检测信号，并将该检测信号输入到控制器70。铲斗角度传感器63被配置在例如连杆安装销24的附近，并可以通过检测第一连杆构件22a的转动或连杆安装销24的转动来生成关于铲斗角度的检测信号。但是，铲斗角度传感器63也可以通过例如检测连杆安装销23的转动、连杆安装销25的转动或铲斗16绕转动轴a3的转动来生成关于铲斗角度的检测信号。上述铲斗角度可以用贯通铲斗基端部和铲斗远端部的直线16l与上述直线15l形成的角度θ3来表示。具体而言，直线16l例如也可以是在图1的侧视图中贯通转动轴a3和铲斗16的远端部的直线。
33.动臂头压传感器64生成关于动臂液压缸17的头侧室的压力即头压的检测信号，并将该检测信号输入到控制器70。动臂杆压传感器65生成关于动臂液压缸17的杆侧室的压力即杆压的检测信号，并将该检测信号输入到控制器70。
34.动臂角度传感器61、斗杆角度传感器62以及铲斗角度传感器63(远端附属装置角度传感器)是检测动臂14、斗杆15以及铲斗16(远端附属装置)的姿势的姿势检测器的一个例子。但是，姿势检测器并不局限于如上所述的角度传感器61、62、63。姿势检测器例如也可以由可以分别检测出动臂液压缸17、斗杆液压缸18以及铲斗液压缸19的行程的多个传感器来构成。而且，姿势检测器也可以是包含能接收例如来自gnss卫星测位系统的卫星信号的接收机的装置。而且，姿势检测器也可以是包含例如惯性测量装置(imu)的装置。
35.显示器80被配置在驾驶室12b内坐在座位上的操作人员可以操作的位置。显示器80可与控制器70之间传递电信号。具体而言，显示器80例如可以从控制器70接收与显示图像有关的图像信号的输入并将该图像显示在画面上。而且，显示器80例如包含可以通过让操作人员按下被显示在显示器80的画面上的一部分的图像将与该图像对应的指令信号输入到控制器70的输入装置。
36.液压挖掘机10具备用于让操作人员指定开始用于确定铲斗16的重量以及重心位置的校准(calibration)即远端校准(确定处理的一个例子)的开始输入受理部。该开始输入受理部，如果接收到操作人员的输入，就将用于指示开始上述远端校准的信号即开始指令信号输入到控制器70。在本实施方式，该开始输入受理部包含搭载在显示器80上的开关81。具体而言，例如，上述开始输入受理部既可以将显示在显示器80的画面上的开关图像作为上述开关81而包含，也可以是配置在与显示器80不同之处的包含开关的输入装置。
37.控制器70具备例如cpu、存储器等。控制器70用于确定铲斗16的重量以及重心位置，具有特性运算部71、数据存储部72以及引导输出部73。
38.特性运算部71进行用于执行确定铲斗16的重量以及重心位置的上述远端校准的各种运算。
39.数据存储部72在上述远端校准的过程中暂时地存储各种数据，而且还存储通过上述远端校准所确定的与铲斗16的重量以及重心位置相关的数据等。而且，数据存储部预先存储与包含动臂14的尺寸、动臂14的重量以及动臂14的重心位置的动臂14相关的数据；与包含斗杆15的尺寸、斗杆15的重量以及斗杆15的重心位置的斗杆15相关的数据。与动臂14的尺寸相关的数据包含从转动轴a1到转动轴a2为止的距离，与斗杆15的尺寸相关的数据包含从转动轴a2到转动轴a3为止的距离。
40.引导输出部73，在进行上述远端校准之际，将用于表示上述远端校准的步骤等的说明的信息输出到显示器80。
41.远端附属装置的重量以及重心位置的确定
42.其次，参照图3至图5对远端附属装置的一个例子即铲斗16的重量以及重心位置的确定方法进行说明。
43.如果操作人员按下上述开始输入受理部的开关81，该开始输入受理部就将指示开始远端校准的开始指令信号输入到控制器70。
44.控制器70，如果接收到上述开始指令信号的输入，就自动地开始上述远端校准。控制器70，如果接收到上述开始指令信号的输入，首先执行压力释放模式(压力释放控制)。压力释放模式是执行用于释放铲斗液压缸19的压力的压力释放的控制模式。
45.在压力释放模式下，如果操作人员操作铲斗操作装置87的操作杆将操作指令信号输入到控制器70，控制器70就输出允许铲斗液压缸19的工作油(保持侧的工作油)通过上述
铲斗控制阀或上述压力释放阀返回到油箱21c的指令信号。即，控制器70，根据通过操作人员对操作杆的操作从铲斗操作装置87输出的上述操作指令信号，向铲斗用比例阀21d或上述压力释放阀输出指令信号。由此，铲斗液压缸19的压力被释放，铲斗16通过其自重而转动，被配置成从斗杆15的远端部(斗杆顶部位置)向下垂。即，铲斗16绕转动轴a3自由落下并停止。此时，铲斗16的重心，如图3所示，位于转动轴a3的正下方即贯通转动轴a3的垂直线上。将图3所示的铲斗16的位置称为压力释放位置。
46.在铲斗16被配置在图3所示的压力释放位置的状态下，假设动臂基端部(动臂脚)与斗杆远端部(斗杆顶部)之间的水平距离为l’。即，水平距离l’是转动轴a1与转动轴a3之间的水平距离，而且也是动臂基端部与铲斗基端部之间的水平距离。控制器70的特性运算部71，基于从动臂角度传感器61输入的检测信号以及从斗杆角度传感器62输入的检测信号，运算水平距离l’。
47.其次，特性运算部71，在铲斗16被配置在压力释放位置的状态下，基于来自动臂头压传感器64的检测信号以及来自动臂杆压传感器65的检测信号，运算动臂液压缸17的保持力。而且，特性运算部71，基于所运算的动臂液压缸17的保持力和动臂脚与动臂液压缸17的液压缸轴线之间的距离，运算作业装置13绕动臂脚(绕转动轴a1)的力矩即总力矩τ。
48.在此，总力矩τ是动臂14绕动臂基端部(绕转动轴a1)的力矩即动臂力矩τb、斗杆15绕动臂基端部(绕转动轴a1)的力矩即斗杆力矩τa、铲斗16绕动臂基端部(绕转动轴a1)的力矩即铲斗力矩τbu加在一起(τ＝τb+τa+τbu)的力矩。因此，铲斗力矩τbu用以下的公式(1)来表示。
49.τbu＝τ-τb-τa
……
(1)
50.而且，因为铲斗力矩τbu作为绕动臂基端部(绕转动轴a1)的力矩而起作用，所以铲斗力矩τbu可以通过利用了上述水平距离l’和铲斗16的重量m3(远端重量m3)的公式(2)来表示，而且，公式(2)可以改写为公式(3)。
51.τbu＝m3
×
l
’……
(2)
52.m3＝τbu/l
’……
(3)
53.因为动臂14的重量以及重心位置、斗杆15的重量以及重心位置被预先存储在数据存储部72中，所以可以基于动臂14的重量以及重心位置、斗杆15的重量以及重心位置、从动臂角度传感器61输入的检测信号以及从斗杆角度传感器62输入的检测信号，分别运算动臂力矩τb以及斗杆力矩τa。
54.而且，动臂14的动臂角度θ1以及斗杆15的斗杆角度θ2被调节成预先设定的检测精度高的姿势(特定动臂角度θ1s、特定斗杆角度θ2s)，在该状态下进行相应的远端校准。在这种情况下，数据存储部72预先存储特定动臂角度θ1s以及特定斗杆角度θ2s。特定动臂角度θ1s以及特定斗杆角度θ2s例如以如下方式进行设定。在铲斗16(远端附属装置)没有被安装在斗杆15的状态下，以改变了动臂14的角度以及斗杆15的角度的设定的多个姿势，通过实际测量等预先获取绕动臂基端部的动臂力矩τb以及绕动臂基端部的斗杆力矩τa等的多个数据。可以从获取到的多个实际测量数据之中选择检测精度高的姿势，将与所选择的姿势对应的动臂14的角度以及斗杆15的角度作为特定动臂角度θ1s以及特定斗杆角度θ2s预先存储在控制器70的数据存储部72中。如此，通过将动臂角度θ1和斗杆角度θ2调节成可以获得精度高的力矩τb、τa的条件(特定动臂角度θ1s、特定斗杆角度θ2s)来进行远端校准，可以
高精度地运算在将铲斗16安装到斗杆15时的合成力矩(总力矩τ、τ’)。
55.特性运算部71，根据公式(1)、总力矩τ、动臂力矩τb以及斗杆力矩τa运算铲斗力矩τbu，根据运算出的铲斗力矩τbu和公式(3)运算铲斗16的重量m3。
56.在此，如图3所示，假设连接铲斗16的转动轴a3和铲斗16的远端部的直线为基准线rl，基准线rl与垂直线之间的角度为对地角η。在铲斗16被配置在上述压力释放位置的情况下，因为铲斗16的重心位置位于贯通铲斗16的转动轴a3的垂直线上，所以，铲斗16的对地角η与贯通转动轴a3和铲斗16的重心位置的直线与基准线rl之间的角度即铲斗重心角度bugdeg一致。
57.上述铲斗重心角度bugdeg例如如下所示进行运算。特性运算部71可以基于在将铲斗16配置在让基准线rl朝向垂直方向的位置(基准位置)的状态下从铲斗角度传感器63输入的检测信号和在将铲斗16配置在上述压力释放位置的状态下从铲斗角度传感器63输入的检测信号，运算上述铲斗重心角度bugdeg。
58.如果完成了铲斗16的重量m3的运算以及铲斗重心角度bugdeg的运算，控制器70就使压力释放模式(压力释放控制)结束。
59.其次，将铲斗16配置在与上述压力释放位置不同的位置即变位位置。上述变位位置是铲斗16从上述压力释放位置向上述收铲斗方向或上述推铲斗方向变位后的位置。在图4，将铲斗16从图3所示的压力释放位置绕转动轴a3转动向上述推铲斗方向变位后的位置作为变位位置来例示。但是，铲斗16的变位位置也可以是从上述压力释放位置绕转动轴a3转动向上述收铲斗方向变位后的位置。
60.如果铲斗16从上述压力释放位置移位到上述变位位置，因为铲斗16的重心移动了，所以作业装置13绕动臂脚(绕转动轴a1)的力矩就从总力矩τ变为总力矩τ’。在铲斗16从压力释放位置移位到上述变位位置的过程中，因为动臂14和斗杆15没有移位，所以动臂力矩τb和斗杆力矩τa没有变化。而铲斗16如果从压力释放位置移位到上述变位位置，铲斗16的重心位置如图4所示移位水平移动距离x。因此，总力矩τ’与总力矩τ之差起因于随着铲斗16的重心位置的变位，铲斗16绕动臂脚(绕转动轴a1)的力矩从铲斗力矩τbu变为铲斗力矩τ’bu。因此，以下的公式(4)成立。
61.τ’bu＝τ
’‑
τb-τa
……
(4)
62.特性运算部71，在铲斗16被配置在变位位置的状态下，基于来自动臂头压传感器64的检测信号和来自动臂杆压传感器65的检测信号，运算动臂液压缸17的保持力。而且，特性运算部71，基于所运算的动臂液压缸17的保持力和动臂脚与动臂液压缸17的液压缸轴线之间的距离，运算作业装置13绕动臂脚(绕转动轴a1)的力矩即总力矩τ’。
63.因为铲斗力矩τ’bu作为绕动臂基端部(绕转动轴a1)的力矩起作用，所以铲斗力矩τ’bu可以用利用了上述水平距离(l’+x)和铲斗16的重量m3的公式(5)来表示。
64.τ’bu＝m3
×
(l’+x)
……
(5)
65.公式(5)可以改写成以下的公式(6)。
66.x＝τ’bu/m3-l
’……
(6)
67.特性运算部71，根据所运算出的总力矩τ’和公式(4)以及公式(6)，运算水平移动距离x。
68.在此，假设通过使铲斗16从图3所示的上述压力释放位置移位到图4所示的上述变
位位置而变化的重心位置的变化角度即重心变化角度为
△
budeg，如图5所示，从铲斗安装销26(转动轴a3)到铲斗16的重心位置为止的长度为l。在这种情况下，长度l可以利用上述水平移动距离x和上述重心变化角度
△
budeg用以下的公式(7)来表示。
69.l＝x/sin(
△
budeg)
……
(7)
70.特性运算部71，基于从铲斗角度传感器63输入的检测信号，运算上述重心变化角度
△
budeg。而且，特性运算部71，根据所运算出的重心变化角度
△
budeg和公式(7)，运算长度l。
71.在此，参照图5，长度l、基准线rl、铲斗重心角bugdeg之间具有用以下的公式(8)以及公式(9)来表示的关系。
72.l3g＝l
·
cos(bugdeg)
……
(8)
73.h3g＝l
·
sin(bugdeg)
……
(9)
74.l3g是与基准线rl平行的方向的长度l的分量，h3g是与基准线rl垂直的方向的长度l的分量。特性运算部71，根据所运算出的长度l和公式(8)以及公式(9)，运算长度l的平行分量l3g和长度l的垂直分量h3g。由此，可以通过这些分量l3g、h3g确定铲斗16的重心位置。
75.如上所述，本实施方式涉及的液压挖掘机10，即使不使用检测铲斗液压缸的压力的压力传感器的检测结果，也可以确定铲斗16的重量以及重心位置。例如，在日本专利公开公报特开2007-178362号公开的技术中，在确定远端附属装置的重心位置时，为了检测铲斗液压缸的保持压，需要在铲斗附近容易损坏的位置配置压力传感器及其附随的接线等，而且，也导致成本的提高。而本实施方式涉及的液压挖掘机10不需要用于检测铲斗液压缸的压力的压力传感器。但是，本发明并不排除配置用于检测铲斗液压缸的压力的压力传感器，在用于确定远端附属装置的重量以及重心位置以外的用途中，如果需要也可以在其用途下包含具备用于检测铲斗液压缸的压力的压力传感器的作业设备。
76.引导功能
77.其次，参照图6以及图7对与确定远端附属装置的重量以及重心位置相关的引导功能进行说明。
78.本实施方式涉及的液压挖掘机10，通过将用于确定上述远端附属装置的重量以及重心位置的流程显示在显示器80的画面上，操作人员可以根据该画面的说明来推进上述流程(集画面引导功能(cluster screen guidance function))。而且，该引导，如上所述，当操作人员按下上述开始输入受理部的开关81时就自动地开始，首先执行上述压力释放模式。因此，可以谋求简化上述流程的执行以及缩短时间，并且，对于操作人员而言可以确保易于操作的构成。具体如下所示。
79.图6的左图所示的“(1)压力释放前姿势”表示在开始上述校准之前的显示器80的显示画面。该显示画面(1)进行用于向操作人员传达将动臂14的动臂角度θ1调节为上述特定动臂角度θ1s(例如40度)、将斗杆15的斗杆角度θ2调节为上述特定斗杆角度θ2s(例如147度)的引导显示。在该显示画面(1)进行用于向操作人员传达将特定动臂角度θ1s调节为例如动臂角度θ1＝38～42度的范围内、将特定斗杆角度θ2s调节为例如145～149度的范围内的引导显示。操作人员，根据该引导显示，操作动臂操作装置85以及斗杆操作装置86从而使动臂14的动臂角度θ1调节为上述特定动臂角度θ1s、使斗杆15的斗杆角度θ2调节为上述特
定斗杆角度θ2s。而且，该显示画面(1)，在调节了动臂角度θ1以及斗杆角度θ2之后，进行用于向操作人员传达按下开关81的引导显示。控制器70的引导输出部73将让显示器80显示上述的显示画面(1)的图像信号输出到显示器80。
80.图6的中央图所示的“(2)压力释放挖掘操作”表示在开始上述校准之后的显示器80的显示画面。该显示画面(2)进行用于向操作人员传达控制模式被设定为压力释放模式的引导显示。而且，该显示画面(2)还进行用于向操作人员传达铲斗操作装置87的操作杆被向收铲斗方向(挖掘操作方向)操作、继续进行该操作直到铲斗16被配置成从斗杆远端部向下垂且铲斗16的晃动停止为止、在铲斗16停止之后进行使杆锁开(on)的操作(向上提杆锁的操作)的引导显示。引导输出部73将让显示器80显示上述的显示画面(2)的图像信号输出到显示器80。在图6的中央图所示的具体例子，表示通过将铲斗操作装置87的操作杆向收铲斗方向操作来进行铲斗液压缸19的压力释放。而且，上述杆锁是配置在驾驶室12b内操作人员可操作的位置的杆。如果杆锁为开则变为不能受理对操作杆施加的操作的状态。即，在杆锁为开的状态下，即使操作人员对动臂操作装置85、斗杆操作装置86、铲斗操作装置87等的操作装置的操作杆施加操作，液压挖掘机10的作业装置13也不动作。如果该杆锁为开则进行其次的采样。
81.图6的右图所示的“(3)采样保持”是在杆锁为开的信号被输入到控制器70时自动显示的显示画面。该显示画面(3)进行用于向操作人员传达进行待机直到蜂鸣器响起为止的引导显示。引导输出部73将让显示器80显示上述的显示画面(3)的图像信号输出到显示器80。在该待机时间，控制器70的特性运算部71，在铲斗16被配置在上述压力释放位置的状态下，进行上述各种运算处理并获取铲斗16的重量m3。如果经过了待机时间蜂鸣器就响起，操作人员可以意识到能进行使杆锁关(off)的操作(向下落杆锁的操作)。操作人员进行使杆锁关的操作。
82.图7的左图所示的“(4)远端附属装置的变位”是在经过了上述待机时间之后自动显示的显示画面。该显示画面(4)进行用于向操作人员传达使铲斗16从上述压力释放位置移位到上述变位位置的引导显示。图7的左图所示的具体例子将铲斗16从图6的中央图的上述压力释放位置转动向上述收铲斗方向移位的位置作为变位位置进行了例示。该显示画面(4)还进行向操作人员传达将铲斗操作装置87的操作杆向收铲斗方向操作直到蜂鸣器响起为止(以铲斗16从上述压力释放位置移位到上述变位位置作为条件由通报装置进行通报为止)，在通报装置进行通报的时刻将操作杆恢复到中立位置，之后进行使杆锁为开的操作(向上提杆锁的操作)的引导显示。通过让操作人员进行这些操，铲斗16被配置在上述变位位置。引导输出部73将让显示器80显示上述的显示画面(4)的图像信号输出到显示器80。
83.图7的中央图所示的“(5)采样保持”是当杆锁为开的信号被输入到控制器70时自动显示的显示画面。该显示画面(5)进行用于向操作人员传达进行待机直到蜂鸣器响起为止的引导显示。引导输出部73将让显示器80显示上述的显示画面(5)的图像信号输出到显示器80。在该待机时间，控制器70的特性运算部71，在铲斗16被配置在上述变位位置的状态下，进行上述各种运算处理并获取铲斗16的重心位置即长度l的平行分量l3g和长度l的垂直分量h3g。如果经过了上述待机时间，就结束上述远端校准即用于确定远端附属装置的重量以及重心位置的处理。因为如果处理结束蜂鸣器就响起，所以操作人员可以意识到完成了上述远端校准。
84.图7的右下图所示的显示画面是在完成了上述远端校准之后自动显示的显示画面。该显示画面是用于在上述远端校准之后进行的上述装载作业的显示画面。本实施方式涉及的液压挖掘机10具备用于测量被铲斗16保持的砂土的载荷的有效载荷装置(载荷测量装置)。关于测量砂土的载荷的有效载荷装置，因为可以采用公知的各种技术，所以省略其详细的说明。液压挖掘机10进行挖掘砂土并将其保持在铲斗16中的挖掘作业、使所保持的砂土移动到翻斗车上的移动作业、在翻斗车上排放砂土的排土作业。在图7的右下图的显示画面，将被铲斗16保持的砂土的载荷作为“远端载荷”进行显示，将排放到翻斗车中排土的合计载荷(砂土的合计重量)作为“装载载荷”进行显示，将向翻斗车装载砂土的目标载荷作为“装载目标”实时地进行显示。
85.如以上说明所述，在本实施方式涉及的液压挖掘机10，控制器70的特性运算部71，基于从动臂角度传感器61以及斗杆角度传感器62输入的检测信号运算动臂基端部与斗杆远端部之间的水平距离l’；在铲斗16被配置在铲斗液压缸19的压力被释放时的位置即压力释放位置的状态下，基于从动臂头压传感器64以及动臂杆压传感器65输入的检测信号和水平距离l’运算铲斗16的重量m3；在铲斗16被配置在与上述压力释放位置不同的位置即上述变位位置的状态下，基于从动臂头压传感器64以及动臂杆压传感器65输入的检测信号和从铲斗角度传感器63输入的检测信号以及铲斗16的重量m3运算铲斗16的重心位置。
86.即，特性运算部71可以基于水平距离l’和铲斗16被配置在压力释放位置时的动臂液压缸17的保持压运算铲斗16的重量m3，基于铲斗16被配置在变位位置时的动臂液压缸17的保持压、与铲斗16的变位相关的位置数据以及运算出的重量m3运算铲斗16的重心位置。因此，不需要如现有技术所述需要使用用于检测铲斗液压缸的压力的压力传感器，用简单的构成就可以确定远端附属装置的重量以及重心位置。
87.而且，在本实施方式，操作人员没有必要进行繁琐的操作，操作人员只需向开始输入受理部进行输入就可以开始上述远端校准(确定处理)，而且，操作人员只需按照被显示在显示器80的该确定处理的引导操纵液压挖掘机10，就可以使控制器70进行对铲斗16的重量以及重心位置的确定。引导的内容是向操作人员传达将铲斗16从上述压力释放位置移位到上述变位位置这样的简单操作。由此，通过简化对操作人员要求的操作可以提高操作性而且还可以缩短上述确定处理所需的时间。
88.而且，在本实施方式，在将动臂14的姿势以及斗杆15的姿势调节成预先设定的检测精度高的姿势(特定动臂角度θ1s、特定斗杆角度θ2s)的状态下，进行上述确定处理。由此，例如，可以通过实际测量等预先获取绕动臂基端部的动臂力矩τb以及绕动臂基端部的斗杆力矩τa等的多个数据，选择检测精度高的姿势并将其存储到控制器70的数据存储部72，能以所存储的精度高的姿势高精度地进行铲斗16的重量以及重心位置的确定。
89.本发明并不局限于以上说明的实施方式。本发明例如也包含如下所述的实施方式。
90.(a)关于作业设备
91.上述实施方式涉及的作业设备是液压挖掘机10，但是作业设备也可以是液压挖掘机以外的作业设备。
92.(b)关于远端附属装置
93.上述实施方式涉及的远端附属装置是铲斗16，但是远端附属装置也可以是例如起
重磁铁、叉具、抓斗等的其它的远端附属装置。
94.(c)关于动臂角度以及斗杆角度
95.在上述实施方式，特性运算部71，在将动臂14的角度θ1调节为特定动臂角度θ1s、将斗杆15的角度θ2调节为特定斗杆角度θ2s的状态下，运算远端附属装置的重量以及重心位置，但是并不局限于此。特性运算部也可以，在将动臂的角度调节为特定动臂角度θ1s以外的任意的角度、将斗杆的角度调节为特定斗杆角度θ2s以外的任意的角度的状态下，运算远端附属装置的重量以及重心位置。
96.(d)关于压力释放模式(压力释放控制)
97.在上述实施方式，控制器70，在压力释放模式(压力释放控制)，向铲斗用比例阀21d或上述压力释放阀输出指令信号，以便根据操作人员对操作杆的操作释放铲斗液压缸19的压力，但是并不局限于此。控制器70，如果从上述开始输入受理部接收到上述开始指令信号的输入，即使操作人员没有对操作杆进行操作，也可以向铲斗用比例阀21d或上述压力释放阀输出指令信号以便释放铲斗液压缸19的压力。
98.而且，上述实施方式，在上述压力释放模式，进行使铲斗操作装置87的操作杆向收铲斗方向的操作的引导显示，但是也可以进行向推铲斗方向的操作的引导显示。
99.如上所述，根据本发明，提供了一种能够以简单的构成确定远端附属装置的重量以及重心位置的作业设备。
100.所提供的作业设备包括：机体；动臂，具有被所述机体可起伏地支撑的基端部即动臂基端部；斗杆，具有被所述动臂的远端部可转动地支撑的斗杆基端部和位于其相反侧的远端部即斗杆远端部；远端附属装置，具有被所述斗杆远端部可转动地支撑的基端部即远端附属装置基端部；动臂液压缸，是使所述动臂相对于所述机体起伏地工作的液压缸；斗杆液压缸，是使所述斗杆相对于所述动臂转动地工作的液压缸；远端液压缸，是使所述远端附属装置相对于所述斗杆转动地工作的液压缸；姿势检测器，用于检测所述动臂、所述斗杆以及所述远端附属装置的姿势；保持压检测器，用于检测所述动臂液压缸的保持压，以及，具有特性运算部的控制器，其中，所述特性运算部：基于从所述姿势检测器输入的检测信号运算所述动臂基端部与所述斗杆远端部之间的水平距离；在所述远端附属装置被配置在所述远端液压缸的压力被释放时的位置即压力释放位置的状态下，基于从所述保持压检测器输入的检测信号和所述水平距离运算所述远端附属装置的重量；在所述远端附属装置被配置在与所述压力释放位置不同的位置即变位位置的状态下，基于从所述保持压检测器输入的检测信号、从所述姿势检测器输入的检测信号以及所述远端附属装置的所述重量运算所述远端附属装置的重心位置。
101.在该作业设备，控制器的特性运算部可以基于所述水平距离和远端附属装置被配置在压力释放位置时的动臂液压缸的保持压运算远端附属装置的重量，基于远端附属装置被配置在变位位置时的动臂液压缸的保持压、与远端附属装置的变位相关的位置数据以及运算出的所述重量运算远端附属装置的重心位置。因此，不需要如现有技术所述需要使用用于检测铲斗液压缸的压力的压力传感器，用简单的构成就可以确定远端附属装置的重量以及重心位置。所述保持压检测器例如可以由用于检测动臂液压缸的保持压的至少一个压力传感器来构成。
102.而且，优选，所述作业设备还包括：开始输入受理部，用于受理操作人员为了指定
开始用于确定所述远端附属装置的所述重量以及所述重心位置的处理即确定处理的输入，并向所述控制器输出与该输入对应的指令信号，其中，所述控制器，如果被输入所述指令信号，就使所述确定处理开始，所述控制器还具备引导输出部，如果开始所述确定处理，就向显示器输出使所述显示器显示与所述确定处理的引导相关的图像的图像信号。在该构成，操作人员没有必要进行繁琐的操作，操作人员只需向开始输入受理部进行输入就可以开始所述确定处理，而且，操作人员只需按照被显示在显示器的该确定处理的引导操纵作业设备，就可以使控制器进行对远端附属装置的重量以及重心位置的确定。由此，通过简化对操作人员要求的操作可以提高操作性而且还可以缩短所述确定处理所需的时间。
103.而且，优选，所述控制器，如果被输入所述指令信号，在所述确定处理进行用于释放所述远端液压缸的压力的压力释放控制。在该构成，如果操作人员对开始输入受理部进行输入就自动地进行压力释放控制(自动地设定为压力释放模式)。因此，可以进一步简化对操作人员要求的操作，可以进一步缩短所述确定处理所需的时间。
104.而且，优选，所述控制器还具备数据存储部，用于存储预先设定的所述动臂的角度即特定动臂角度和预先设定的所述斗杆的角度即特定斗杆角度，所述特性运算部，在将所述动臂的角度调节为所述特定动臂角度并将所述斗杆的角度调节为所述特定斗杆角度的状态下，运算所述远端附属装置的所述重量以及所述重心位置。在该构成，可以在将动臂的姿势以及斗杆的姿势调节成预先设定的检测精度高的姿势的状态下进行所述确定处理。具体而言，例如，可以通过实际测量等预先获取在改变了动臂的角度以及斗杆的角度的设定的多个姿势下绕动臂基端部的动臂力矩以及绕动臂基端部的斗杆力矩的多个数据，从所获取到的多个实际测量数据中选择检测精度高的姿势，将与所选择的姿势对应的动臂的角度以及斗杆的角度作为所述特定动臂角度以及所述特定斗杆角度预先存储到所述数据存储部。由此，能够以检测精度高的姿势高精度地进行远端附属装置的重量以及重心位置的确定。

技术特征：

1.一种作业设备，其特征在于包括：机体；动臂，具有被所述机体可起伏地支撑的基端部即动臂基端部；斗杆，具有被所述动臂的远端部可转动地支撑的斗杆基端部和位于其相反侧的远端部即斗杆远端部；远端附属装置，具有被所述斗杆远端部可转动地支撑的基端部即远端附属装置基端部；动臂液压缸，是使所述动臂相对于所述机体起伏地工作的液压缸；斗杆液压缸，是使所述斗杆相对于所述动臂转动地工作的液压缸；远端液压缸，是使所述远端附属装置相对于所述斗杆转动地工作的液压缸；姿势检测器，用于检测所述动臂、所述斗杆以及所述远端附属装置的姿势；保持压检测器，用于检测所述动臂液压缸的保持压，以及，控制器，具有特性运算部，其中，所述特性运算部：基于从所述姿势检测器输入的检测信号，运算所述动臂基端部与所述斗杆远端部之间的水平距离；在所述远端附属装置被配置在所述远端液压缸的压力被释放时的位置即压力释放位置的状态下，基于从所述保持压检测器输入的检测信号和所述水平距离，运算所述远端附属装置的重量；在所述远端附属装置被配置在与所述压力释放位置不同的位置即变位位置的状态下，基于从所述保持压检测器输入的检测信号、从所述姿势检测器输入的检测信号以及所述远端附属装置的所述重量，运算所述远端附属装置的重心位置。2.根据权利要求1所述的作业设备，其特征在于还包括：开始输入受理部，用于受理操作人员为了指定开始用于确定所述远端附属装置的所述重量以及所述重心位置的处理即确定处理的输入，并向所述控制器输出与该输入对应的指令信号，其中，所述控制器，如果被输入所述指令信号，就使所述确定处理开始，所述控制器还具备引导输出部，如果开始所述确定处理，所述引导输出部就向显示器输出使所述显示器显示与所述确定处理的引导相关的图像的图像信号。3.根据权利要求2所述的作业设备，其特征在于，所述控制器，如果被输入所述指令信号，在所述确定处理进行用于释放所述远端液压缸的压力的压力释放控制。4.根据权利要求1至3中任一项所述的作业设备，其特征在于，所述控制器还具备数据存储部，用于存储预先设定的所述动臂的角度即特定动臂角度和预先设定的所述斗杆的角度即特定斗杆角度，所述特性运算部，在将所述动臂的角度调节为所述特定动臂角度并将所述斗杆的角度调节为所述特定斗杆角度的状态下，运算所述远端附属装置的所述重量以及所述重心位置。

技术总结

本发明提供一种作业设备。控制器(70)的特性运算部(71)，基于从姿势检测器(61、62、63)输入的检测信号运算动臂基端部与斗杆远端部之间的水平距离(L’)；在远端附属装置(16)被配置在压力释放位置的状态下，基于从保持压检测器(64、65)输入的检测信号和水平距离(L’)运算远端附属装置的重量(M3)；在远端附属装置(16)被配置在与压力释放位置不同的位置即变位位置的状态下，基于从保持压检测器(64、65)输入的检测信号、从姿势检测器(61、62、63)输入的检测信号以及远端附属装置(16)的重量(M3)运算远端附属装置(16)的重心位置。端附属装置(16)的重心位置。端附属装置(16)的重心位置。