载荷检测装置及具备该载荷检测装置的作业机械的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具备销式测力传感器（load cell)的载荷检测装置、及具备该载荷检 测装置的作业机械。
【背景技术】
[0002] 对构成机械的各机械部件所受到的载荷进行检测，在对机械的状态进行掌握及对 机械的驱动进行控制方面是重要的。以往，作为对作用于组合为连杆状的机构部件的连结 销的载荷进行检测的载荷检测装置，已知有使用机构部件的连结销本身具备载荷检测功能 的销式测力传感器的载荷检测装置。销式测力传感器插入机构部件的连结部，对作用于该 连结部的载荷进行检测。
[0003] 在液压挖掘机等的作业机械中，为了掌握作业量和确保稳定性，必须对作用于附 属装置部的负荷进行测量。专利文献1中提出有如下方案，即，作为适合于这种作业机械的 销式测力传感器，具备：销孔，其设置于销的轴向上；及2个应变传感器，它们位于上述销孔 的壁面或者销的外周的同一周上，且在相互正交的2个面上分别各安装1个，将销孔的直径 /销的外径的值设为〇. 2以下。专利文献1中记载的销式测力传感器通过限制销孔的直径 而防止由载荷引起的销的截面形状的变形，因此，即使载荷的作用方向发生变化，也能够高 精度地进行作用于销的载荷的测定。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开2010-159548号公报
【发明内容】
[0007] 然而，专利文献1中记载的销式测力传感器存在如下问题，即，由于将销的孔径设 为销的外径的〇. 2以下，因此，对于销的外径小、且将应变传感器安装于销孔内的销式测力 传感器而言，难以在销孔内充分确保应变传感器的接合面，测量精度受到销的尺寸的制约。 [0008] 本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供无论销的尺寸如何都能 够高精度地对作用方向发生变化的载荷的大小及方向进行检测的载荷检测装置，及具备该 载荷检测装置、且能够安全且高效地进行作业的作业机械。
[0009] 为了解决上述课题，本发明涉及一种载荷检测装置，该载荷检测装置具备：销式测 力传感器；及载荷计算部，其根据上述销式测力传感器的检测信号的输出而对作用于上述 销式测力传感器的载荷进行计算，上述载荷检测装置的特征在于，上述销式测力传感器具 备：销主体，其在轴向上设置有销孔；及3对以上或者3个以上的应变检测部，它们配置于 上述销主体的周向上，上述载荷计算部具备：选择部，其从上述3对以上或者3个以上的应 变检测部中选择上述销主体的截面形状变化的影响小的应变检测部；及计算部，其基于通 过上述选择部选择的应变检测部的检测信号的输出，而对作用于上述销主体的载荷进行计 算。
[0010] 当受到剪切载荷时，具有销孔的销的截面形状以关于载荷的作用方向上下非对称 的方式进行变形。另外，作用方向伴随着作业的进行而时时刻刻都在变化的载荷，作用于将 作业机械的斗杆与附属装置连结起来的转动轴（销）。因此，如现有例所涉及的销式测力传 感器那样，当使用在相互正交的2个面上分别安装有1个应变传感器的销式测力传感器而 欲对作用于作业机械的斗杆与附属装置的连结部的载荷进行检测时，由销的截面形状的变 形引起的应变量根据载荷的作用方向而与销式测力传感器的检测信号重叠，无法检测出正 确的载荷。与此相对，当在销（销主体）的周向上具备3对以上或者3个以上的应变检测 部时，当对载荷进行检测时，适当地选择销的截面形状的变形的影响小的应变检测部，能够 对作用于销的载荷进行计算，因此，即使在因受到载荷而使得具有销孔的销的截面形状以 上下非对称的方式进行变形的情况下，也能够正确地对作用于销的载荷进行检测。因此，无 需限制销孔的尺寸，也能够对销尺寸不同的广泛的部位的载荷进行检测。
[0011] 另外，本发明的上述结构的载荷检测装置的特征在于，上述应变检测部对安装部 位的剪切应变进行检测。
[0012] 销式测力传感器用于对作用于连杆部件的连结部的载荷的检测，剪切力作用于连 杆部件的连结部。因此，作为应变检测部而采用对安装部位处的剪切应变进行检测的部件， 由此能够精度良好地对作用于连杆部件的连结部的载荷进行检测。
[0013] 另外，本发明的上述结构的载荷检测装置的特征在于，上述3对以上的应变检测 部分别将隔着上述销主体的轴心而配置于相对的位置的2个应变传感器作为1对。
[0014] 当将在隔着销主体的轴心而相对的位置配置的2个应变传感器作为1对而构成应 变检测部时，通过获得这2个应变传感器的检测信号输出之差而能够消除作用于销主体的 弯矩的影响，因此，能够正确地对作用于销主体的剪切力进行检测。
[0015] 另外，本发明的上述结构的载荷检测装置的特征在于，相对于在上述3对以上或 者3个以上的应变传感器中、相对于特定的1对或者1个应变检测部的设定位置，在离开 90°以上的部位设置其它的至少1对或者1个应变检测部的设定位置。
[0016] 当不使3对以上或者3个以上的应变检测部集中于销周向上的1个象限，而是在 相对于特定的1对或者1个应变检测部的设定位置离开90°以上的部位设定其它至少1对 或者1个应变检测部时，即使在无论从任何方向作用有载荷的情况，也能够选择销的截面 形状的变形的影响小、具有足够的输出的应变检测部，能够更高精度地对载荷进行检测。
[0017] 另外，本发明的上述结构的载荷检测装置的特征在于，上述载荷计算部从上述3 对以上或者3个以上的应变检测部中选择载荷计算值最小的2对或者2个应变检测部的 组，并根据该选择的2对或者2个应变检测部的检测信号输出，而对作用于上述销主体的X 轴方向及与该X轴方向正交的y轴方向的载荷进行计算。
[0018] 在使用利用特定的1对或者1个应变检测部的设定位置及与该设定位置正交的设 定位置的载荷的应变传感器校正结果的情况下，因销主体的上下非对称的变形而引起的载 荷检测值始终在正向上出现。因此，选择载荷计算值最小的2对或者2个应变检测部的组 而对载荷进行计算，从而能够使因销主体的截面倾斜方向的变化而引起的检测误差最小。
[0019] 另外，本发明的上述结构的载荷检测装置的特征在于，上述载荷计算部使用载荷 作用方向信息，从上述3对以上或者3个以上的应变检测部中选择上述销主体的截面形状 变化的影响小的应变检测部，并根据选择出的应变检测部的输出而对载荷进行计算。
[0020] 若使用载荷的作用方向则能够导出各应变检测部与载荷作用方向之间的关系，进 而判定销主体的截面形状变化的影响小的应变检测部，因此，通过选择该应变检测部，能够 进行销主体的截面形状变化的影响小的载荷计算。
[0021] 另外，本发明的上述结构的载荷检测装置的特征在于，上述载荷计算部选择上述 载荷的作用方向与上述应变检测部所成的角度距45°、135°、225°、315°差距最大的2 对或者2个应变检测部，并基于该选择的2对或者2个应变检测部的检测信号输出而对作 用于上述销主体的载荷进行计算。
[0022] 销主体的截面形状变化的影响在载荷的作用方向与应变检测部所成的角度为 45°、135°、225°、315°时最大。因此，选择载荷的作用方向与应变检测部所成的角度距 45°、135°、225°、315°差距最大的2对或者2个应变检测部，并对作用于销主体的载荷 进行计算，由此能够进行高精度的载荷检测。
[0023] 另外，本发明还涉及一种作业机械，其特征在于，使用技术方案1至技术方案7中 任一方案记载的销式测力传感器而结合机构部件的连结部。
[0024] 大小及方向伴随着作业的进行而时时刻刻都在变化的载荷作用于构成作业机械 的机构部件的连结部。如上所述，即使在因受到这种载荷而使得销主体的截面形状发生变 化的情况下，技术方案1至技术方案7中任一方案所记载的销式测力传感器也能够高精度 地进行载荷检测，因此，能够提高作业的安全性，且能够实现作业的高效化。
[0025] 另外，本发明的所述结构的作业机械的特征在于，具备：下部行驶体；上部作业 体，其安装于上述行驶体的上部；作业装置，其转动自如地安装于上述上部作业体；附属装 置，其经由转动轴而安装于上述作业装置的前端；姿势检测部，其对作业机械的姿势进行检 测；运算装置，其对作用于上述附属装置的载荷进行运算；及显示装置，其显示作用于上述 附属装置的载荷，使用上述销式测力传感器而连结上述作业装置与附属装置的连结部，上 述运算部基于上述姿势检测部及上述销式测力传感器的输出而对施加于上述附属装置部 的载荷进行计算，上述显示装置基于上述运算装置的输出结果而显示载荷的大小及方向。
[0026] 当使用销式测力传感器而连结作业装置与附属装置的连结部时，对于例如液压挖 掘机等的具备附属装置的作业机械而言，无论载荷作用方向的变化如何，都能够高精度地 对作用于作业装置与附属装置的连结部的载荷进行检测。另外，运算部