异常动作检测装置.pdf

具体实施方式

下面，使用附图说明本发明的实施例。

实施例1

使用图1～图13，以液压挖掘机等建筑机械为例对本发明的一实施例进行说明。

图1是用于说明本发明的异常动作检测装置的结构的框图。图1中，异常动作检测装置1包含操作压力检测单元101、累计量计算单元102、关节角度推定单元103、变动量计算单元104、异常动作判定单元105。异常动作检测装置1通过搭载到液压挖掘机等建筑机械来实现其机能。操作压力检测单元101与液压挖掘机的液压操作机构(无图示)的传感器信息连接，由此检测建筑机械的操作员(操作者)进行了什么操作。累计量计算单元102对于由操作压力检测单元101检出的液压的操作压力，计算在时间方向的累计量。计算累计量的时候，使用后述的系数进行计算。基于由累计量计算单元102算出的累计量，推定建筑机械各机构的关节角度。另外，变动量计算单元104对于由操作压力检测单元101检测出的液压的操作压力，计算时间方向的变动量。异常动作判定单元105基于关节角度推定单元103输出了的各机构的推定关节角度和变动量计算单元104输出了的变动量，判断是否达到异常动作的条件，将其结果输出。

使用图2～图4对液压挖掘机的动作进行说明。液压挖掘机2能够通过所具备的各操作机构进行挖掘等动作。铲斗201、吊臂202、悬臂203由气缸211，212，213来操作。这些和挖掘相关的部位整体多称为前体部分。通过气缸211至213进行伸缩动作，铲斗201，吊臂202，悬臂203等进行动作。作为结果，虽然如图3所示的连接铲斗201和吊臂202的部分的关节角度301，连接吊臂202和悬臂203的部分的关节角度302，连接悬臂203和主体206的部分的关节角度303改变，但由于液压挖掘机2的操作自身不需要关节角度，因此没有附带测定角度的传感器。虽然液压挖掘机2搭载有控制各操作机构，且用于收集、监视来自传感器的信息的控制器(控制装置：未图示)，但不存在如上所述直接测定关节角度301，302，303的传感器信息，因此，作为结果，操作机构的姿势信息不会被输入该控制器中。另外，在液压挖掘机2如图2所示，具备使主体206回转的回转机构204和作为液压挖掘机整体的驱动机构的履带205。履带205配置在左右两侧，各自独立地运动。例如，如图4所示，右侧履带401和左侧履带402同时向前方方向回转，由此，液压挖掘机就能够向前方前进，当右侧履带401向前回转、左侧履带402向后回转时，液压挖掘机整体向逆时针方向回转。由此，只是回转机构204的主体上部进行回转。

图5表示由操作压力检测单元101所测定出的操作压力的例子。图5既表示悬臂203的上下运动的操作压力、还表示悬臂抬起操作压力501和悬臂下降操作压力502。在对悬臂203既不向上也不向下操作时，悬臂203保持在该位置(关节角度)。如图6所示，对于吊臂202、铲斗203而言，向上方向的运动称之为倾倒、向下方向的运动称之为铲土。不仅是悬臂203，每个操作机构基本上都会按照所施加的压力进行动作，但所测量的是所施加的压力，所以不必限定其运动的量。例如，挖掘动作等会因为所挖掘的土的坚硬度等而变化，因此，对于施加了的力，操作机构的气缸运动的量，也就是说关节的回转速度发生变化。图5中，挖掘动作等为对操作机构不会形成负荷的动作时，即单纯地只是进行移动操作时，操作压力在时间方向的积分(图5中，悬臂抬起总操作量511、或悬臂下降总操作量512)和悬臂的气缸移动量即悬臂的关节角度的变化量成正比。

用图7、图8及图10，对关节角度的推定方法加以说明。

图7是对于液压挖掘机的一连串的挖掘动作，表示悬臂203、吊臂202、铲斗201的各操作压力随时间的变化。图7所示的t0到t5的时间分割点是一连串的动作的节点，分别将t0到t1称之为挖掘作业、t1到t2称之为提升作业、t2到t3称之为放土作业、t3到t4称之为返回作业、t4到t5称之为准备作业。

挖掘作业是使用挖掘机将土挖出的作业，提升作业是为把挖掘到的土堆积到翻斗车等搬运车上的提升作业，在该期间也同时进行回转操作。放土作业是把土装进搬运车的作业，返回作业和准备作业是指为开始下一个挖掘作业而将挖掘机的前体部分折叠然后再伸开。

图8表示关节角度的推定方法的流程。大体的流程是，辨别上述的作业类别，对各操作压力的积分值，乘以按不同的作业种类、不同的操作压力设定的系数，若是抬起(倾倒)操作则进行加法计算、若是下降(铲土)操作则进行减法计算，由此分别对悬臂203、吊臂202、铲斗201计算出其累积操作压力，以此来推定关节角度。

首先，在步骤801将各关节角度进行初始化。液压挖掘机在停止时以既定的姿势固定，所以，在发动机刚开始起动后等时机，实施步骤801的初始化。接下来，在各个时刻输入由操作压力检测单元101所测量的各操作机构的操作压力的值(步骤802)。判断所输入的值中的吊臂铲土压力值(图中ArCP)是否是比既定的阀值Th_ArCP_H大的值(步骤803)。这是为了判别图7中如t0-t1或t3-t4那样表示吊臂铲土压力值比一定值大的值的区间，据此能够判别是挖掘作业还是返回作业或其他作业。在满足步骤803的条件的情况下，前进到步骤805，同样地，判断铲斗铲土压力值(图中BuCP)是否是既定的阀值Th_BuCP_L以上。据此能够判断是挖掘作业或是返回作业。若判定是挖掘作业，则通过依据步骤806设定挖掘作业系数，若判定是返回作业，则通过步骤801设定返回作业系数。若在不满足步骤803的条件的情况下，判定铲斗铲土压力值(BuCP)是否是比阀值Th_BuCP_L大的值(步骤811)，若是大的值，则判定为提升作业，设定提升作业系数(步骤813)。若判定不是提升作业，则前进到步骤815，判定铲斗倾倒压力值(图中BuDuP)是否是比阀值Th_BuDuP_H大的值，若是大的值则判定为放土作业，设定放土作业系数(步骤816)。若判定不是装入作业则判定为准备作业，设定准备作业系数(步骤817)。在步骤806、步骤810、步骤813、步骤816、步骤817中设定各作业系数时，计算对每个操作压力值分别乘以作业系数后的值、对每个操作压力值计算累积操作压力值。最后，基于算出的累积操作压力值来推定关节角度。在此，通过以累积操作压力值乘以某系数来计算推定关节角度。例如，将吊臂的操作压力的累积值，即累积吊臂操作压力值设为ArP时，则能够用

ArP＝∫(αarc(m)·ArCP(t)+αardu(m)·ArDuP(t))dt...(式1)来计算。这里的αarc，αardu分别是关于吊臂铲土、吊臂倾倒的作业系数，随着所判定的作业类别m而取不同的值。将作业系数与吊臂铲土、吊臂倾倒的操作压力值相乘，将其在时间方向上积分后的数值成为累积吊臂操作压力值ArP。操作压力、作业类别各自的作业系数的例子如图10所示。记为“正”的地方，表示取正值，记为“负”的地方，表示取负值。“大”、“中”、“小”表示系数的大小。例如，在吊臂抬起中，取正值使累积吊臂操作压力ArP增加，在吊臂下降中，取负值使累积吊臂操作压力ArP减少。要把累积吊臂操作压力ArP转换成推定吊臂角θar，可用如下公式计算。

θar＝βar·ArP                ...(式2)

悬臂(公式3、公式4)和铲斗(公式5、公式6)也同样，可用下述公式计算。

BoP＝∫(αbou(m)·BoUP(t)+αbod(m)·BoDP(t))dt

                                            ...(式3)

θbo＝βbo·BoP                            ...(式4)

BuP＝∫(αbuc(m)·BuCP(t)+αbudu(m)·BuDuP(t))dt

                                            ...(式5)

θbu＝βbu·BuP                            ...(式6)

图9表示关于计算出各关节角度后的流程图。输入由关节角度推定单元103输出的各关节的推定关节角度θar，θbo，θbu(步骤901)。求它们的推定关节角度的合计，判定合计值是否超过了预先设定的阀值θth(步骤902)。如果θar+θbo+θbu超过了阀值θth，则设定下抓姿势标记(步骤903)。接下来，计算并输入吊臂、悬臂、铲斗的各操作压力的变动量δar，δbo，δbu(步骤904)。操作压力的变动量δar，δbo，δbu用如下公式计算。

δar＝avg(|dArCP/dt|+|dArDuP/dt|)           ...(式7)

δbo＝avg(|dBoUP/dt|+|dBoDP/dt|)          ...(式8)

δbu＝avg(|dBuCP/dt|+|dBuDuP/dt|)            ...(式9)

上述公式8到公式9中，avg表示时间方向的平均值，||表示绝对值，dArCP/dt等表示每单位时间的操作压力的微分值。计算出这些操作压力的变动量δar、δbo、δbu的合计是否超出了预先设定的阀值δth。若δar+δbo+δbu超出了δth，则判定正在进行超负荷动作(下抓作业)(步骤905)，向异常动作检测装置的外部输出(步骤906)。

使用图11对推定吊臂角的初始化进行说明。在图8所示的流程中，在设定了提升作业系数的情况下(步骤813)，确认已经被设定为提升作业系数(步骤1101)，将推定吊臂角初始化(步骤1102)。在进行初始化的情况下，设定设为0等预先规定了的数值。在推定吊臂角比初始化的值还小的情况下(假如0为初始值，则为负值的情况)，判定为与当初推定的相比吊臂进一步向下铲土，也可以在这个时点加入进行初始化等处理。

使用图12对推定悬臂角的初始化进行说明。在图8所示的流程中，在设定了准备作业系数的情况下(步骤817)，确认已经被设定为准备作业系数(步骤1201)，将推定悬臂角初始化(步骤1202)。在进行初始化的情况下，设定设为0等预先规定了的数值。在推定悬臂角为比初始化的数值小的情况下(如果初始值为0，那么成为负值的情况)，判定为与当初推定的相比悬臂进一步下降，也可以在该时点加入进行初始化等处理。

使用图13对推定铲斗角的初始化进行说明。在图8所示的流程中，在设定了提升作业系数的情况下(步骤813)，确认已经被设定为提升作业系数(步骤1301)，将推定铲斗角进行初始化(步骤1302)。在进行初始化的情况下，设定设为0等预先决定了的数值。在推定铲斗角比初始化的值小的情况下(如果初期值为0，那么成为负值的情况)，判定为与当初推定的相比铲斗向下铲土，也可以在该时点加入进行初始化等的处理。

实施例2

使用图2、图4以及图14到图16，且以液压挖掘机等建筑机械为例子对本发明的另一个实施例进行说明。

针对图2、图4，实施例1中已经进行了说明。图16是表示回转角度推定装置16的结构的图，是由操作压力检测单元1601和累计量计算单元1602以及回转角度推定单元1603构成。

操作压力检测单元1601检测右回转(顺时针方向)操作压力和左回转(反时针方向)操作压力的压力值。累计量计算单元1602计算操作压力检测单元1601所检出的左右的操作压力的时间方向的累计值。回转角度推定单元1603，用累计量计算单元1602算出的累积操作压力乘上预先设定的系数而计算推定回转角度。用于计算的计算式可以用以下公式。

Sw＝∫(αswr·Swr(t)+αswl·Swl(t))dt      ...(式10)

θsw＝βsw·Sw                             ...(式11)

累积回转操作压力Sw取右回转操作压力Swr乘上系数αswr(＞0)得出的值和左回转操作压力Swl乘上系数αswl(＜0)得出的值在时间方向的积分。用Sw乘上预先设定的系数βsw，来算出推定回转角度θsw。

图14表示回转角度推定装置16的动作流程。将推定回转角度进行初始化(步骤1401)，依次输入回转操作压力值(步骤1402)，计算出累积操作压力(步骤1403)，算出推定回转角度(步骤1404)。

图15表示推定回转角度的初始化流程。计算前进行驶持续时间Tf(步骤1501)，前进行驶持续时间Tf超过预先设定的阈值Th_Tf的情况下，将推定回转角度设定为0(步骤1504)。另外，发动机从停止状态成为起动状态的情况下(步骤1503)，将推定回转角度设定为0(步骤1504)。推定回转角度进行初始化，需要有两个独立条件。挖掘机整体持续性地前进或发动机起动的时候。通常，操作员对前体部分向行进方向进行前进操作，因此，回转角度处于左右中立的位置。如果在一边进行回转操作一边进行前行操作的情况下，不进行推定回转角度的初始化。即，上述的前进行驶持续时间Tf在不进行回转操作的状态下算出进行前进行驶操作的时间。另外，通常发动机停止时，也使前体部分向前方停止，因此，同样地，回转角度处于左右中立的位置。因为回转操作是左右两边都能够向同方向连续回转360度以上，所以，在推定回转角度左右分别超过180度的情况下，只要用另一种读法代替即可。例如：算出向右回转200度的情况下，能够解释为向左回转了160度的状态。

通过将回转角度推定装置16和实施例1的异常检查装置1进行组合，能够应用于更复杂的异常动作检测。例如，在预先设定的作业范围，将前体部分抬起的状态下想要进行回转的情况下，一旦感知到会有与作业范围外的建筑物或障碍物接触的危险性时，就能够告知操作员，或者进行回转动作紧急停止等控制。而且，由于在对下部行驶体以90度(横向)朝向前体部分进行作业时，负荷会附加在回转轮上，因此也可以将其作为异常动作进行检测。

上述记载是对实施例进行的说明，但本发明并不只限于这些，本领域技术人员知道，在本发明的精神和添加的权利要求书的范围内，能够进行各种变更及修正。