JP2006201851A - 建設機械の通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】建設機械のアタッチメントを制御するアタッチメント用コントローラと建設機械本体に搭載された情報制御コントローラとを容易に通信可能とする。
【解決手段】建設機械１０に設けられ、建設機械１０の稼働情報を収集する第１のコントローラ１１と、建設機械本体１０に着脱可能に取り付けられ、作業用アタッチメント２０の稼働情報を取得する第２のコントローラ２６と、第１のコントローラ１１と第２のコントローラ２６とが所定の通信プロトコルに従って通信可能となるように第２のコントローラ２６から送信されたデータのデータ構造を変換する変換装置５０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、油圧ショベル等に取り付けられた作業用アタッチメントの稼働情報などを取得する建設機械の通信システムに関する。

近年、油圧ショベル等の建設機械は制御の電子化、高機能化が進み、建設機械本体にはエンジンや油圧ポンプ等の構成要素毎にそれぞれ制御コントローラが設けられる。これら制御コントローラには作業量や稼働状態などの情報を記憶あるいは出力する機能が設けられ、制御コントローラからの情報に基づき建設機械の稼働管理やメンテナンス等が行われる。この場合、例えば特許文献１記載のシステムでは、各制御コントローラと通信可能な情報管理用コントローラを設け、各制御コントローラからの情報を所定の通信プロトコルに従って情報管理用コントローラに収集する。

特開２０００−２９７４４３号公報

ところで、上記建設機械には作業内容に応じて種々の作業用アタッチメントが取り付けられ、通信仕様の全く異なるアタッチメント用制御コントローラを追加することがある。その場合に、アタッチメント用制御コントローラと情報管理用コントローラを通信可能とするためには、情報管理用コントローラの改造やプログラム変更等が必要となり、通信仕様の違いに容易に対応することができなかった。

本発明による建設機械の通信システムは、建設機械に設けられ、建設機械の稼働情報を収集する第１のコントローラと、建設機械本体に着脱可能に取り付けられ、作業用アタッチメントの稼働情報を取得する第２のコントローラと、第１のコントローラと第２のコントローラとが所定の通信プロトコルに従って通信可能となるように第２のコントローラから送信されたデータのデータ構造を変換する変換装置とを備えることを特徴とする。
建設機械本体の稼働情報を取得する第３のコントローラをさらに備え、第１のコントローラに設けた変換部で、第３のコントローラから送信されたデータのデータ構造を変換するようにしてもよい。
変換装置を、プログラマブルとすることが好ましい。

本発明によれば、建設機械の稼働情報を収集する第１のコントローラと作業用アタッチメントの稼働情報を取得する第２のコントローラとが所定の通信プロトコルに従って通信可能となるように、第２のコントローラから送信されたデータのデータ構造を変換するようにしたので、アタッチメントを変更した場合にも第１のコントローラと第２のコントローラを容易に通信可能とすることができる。

以下、図１〜図５を参照して本発明による建設機械の通信システムの実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る通信システムを油圧ショベルに適用した全体構成を示す図である。油圧ショベル１０のアームの先端にはフロントアタッチメントとして林業用アタッチメント２０が取り付けられている。このアタッチメント２０の稼働情報（稼働データ）は後述するように油圧ショベル本体の情報制御コントローラ１１内に取り込まれ、通信衛星３０を介して、遠隔にある管理事務所の管理端末４０に送信される。

図２は林業用アタッチメント２０の構成を示す拡大斜視図である。林業用アタッチメント２０は、伐採された材木を把持するための一対のグラップル部２１と、枝葉切りを行うための枝払い部２２と、把持した材木を送り出す送材部２３と、設定した長さに材木を切断するチェーンソー部２４と、材木の長さを計測する計測部２５とを有する。これら各部２１〜２５はアタッチメント制御コントローラ２６（図３）により制御される。

図３は、本実施の形態に係る通信システムの主要な構成を示すブロック図である。油圧ショベル本体１０にはエンジンと、油圧ポンプや油圧アクチュエータなどの油圧機器とが設けられ、運転室にはエンジンや油圧機器の稼働状態等を表示するモニタが設けられている。エンジンはエンジン制御コントローラ１２により制御され、油圧機器は油圧制御コントローラ１３により制御され、モニタはモニタ制御コントローラ１４により制御される。これらコントローラ１２〜１４は油圧ショベル本体１０に搭載されている。エンジン制御コントローラ１２と油圧制御コントローラ１３はそれぞれエンジンおよび油圧機器の稼働データを記憶、あるいは外部ユニットへ送信し、モニタ制御コントローラ１４は例えば車体のパワーニング警報や、燃料残量，冷却水温等の表示データを外部ユニットへ送信する。

さらに油圧ショベル本体１０には情報制御コントローラ１１が搭載され、上記各コントローラ１２〜１４は情報制御コントローラ１１に接続されている。情報制御コントローラ１１は、所定の通信プロトコルに従いコントローラ１２〜１４と通信可能となるように、変換部１１ａ〜１１ｃにおいて各コントローラ１２〜１４に対応した通信プロトコル処理を行う。これによりコントローラ１２〜１４内のエンジンや油圧ポンプの稼働データが所定のデータ形式で情報制御コントローラ１１に格納される。なお、油圧ショベル本体１０に搭載されるコントローラ１２〜１４の仕様は設計段階で決まっており、変換部１１ａ〜１１ｃにおける処理はコントローラ１２〜１４の仕様に応じて予めプログラムされている。情報制御コントローラ１１に収集された稼働データは通信端末１５，アンテナを介して送信され、管理端末４０（図１）に集計される。

一方、アタッチメント制御コントローラ２６は、林業用アタッチメント２０の作動を制御するとともに、アタッチメント２０の作動によって得られた材木の径や造材本数等の作業情報、および油圧異常等の故障情報を記憶する。この場合、作業用アタッチメントは油圧ショベル本体１０に搭載されたエンジンや油圧ポンプ等と異なり、作業用途に応じて種々のものに変更され、自社製のアタッチメントを常に用いるとも限らない。そのため、アタッチメント制御コントローラを情報制御コントローラ１１と通信可能とするには、情報制御コントローラ１１の交換やプログラム変更等が必要となり、これではアタッチメント変更に容易に対応することができない。とくに林業用アタッチメント２０などは稼働データの種類も多く、アタッチメント制御コントローラ２６の構成が複雑であるため、情報制御コントローラ自体の構成を変更することで通信可能とすることは容易ではない。また、情報制御コントローラ１１にはコントローラ１２〜１４からの稼働データが累積して記憶され、端末装置１５との通信プロトコルも決まっているため、この点でもアタッチメントの変更の度に情報制御コントローラ１１の交換やプログラム変更等をすることは好ましくない。

そこで、本実施の形態では、アタッチメント制御コントローラ２６と情報制御コントローラ１１の間にプログラム可能なプロトコル変換器（プログラマブルプロトコル変換器）５０を設け、プロトコル変換器５０を介してコントローラ１１，２６間の通信を行う。すなわち所定の通信プロトコルに従って情報制御コントローラ１１と通信可能となるように、プロトコル変換器５０によりコントローラ２６のデータフォーマット（データ構造）を変換する。

図４は、本実施の形態に係る通信システムにおけるデータ構造の一例を示す図である。情報制御コントローラ１１には図示のように共通通信フォーマットＢ１４の形式でデータが格納され、このデータ構造により通信端末１５を介し管理端末４０との通信を行う。すなわち共通通信フォーマットは、データＩＤ，機種コード，号機，データ長，種々のデータ，チェックサムの各項目を含むデータ構造Ｂ１４として表される。

制御コントローラ１２，１３からのデータは、例えば図示のように車体システム作業日報としてのデータ構造Ｂ１５に変換部１１ａ〜１１ｃにて変換される。すなわちデータＩＤ（Ｄ１），日付，油圧制御コントローラ１３に記憶されたポンプ稼働時間，エンジン制御コントローラ１２に記憶されたエンジン稼働時間を含むデータ構造Ｂ１５に変換される。情報制御コントローラ１１は、データ構造Ｂ１５を有するデータを共通通信フォーマットのデータ構造Ｂ１４に変換する。すなわち図４で矢印で示すように、制御コントローラ１２，１３からのデータは、共通通信フォーマットＢ１４の対応するデータ項目位置に格納される。なお、図示は省略するが、制御コントローラ１２〜１４からのデータは、アラーム情報やヒストグラム情報のデータ構造にも変換され、同様に共通通信フォーマットＢ１４の対応するデータ項目位置に格納される。

アタッチメント制御コントローラ２６には例えば作業詳細情報Ｂ１０として造材本数，材積，材径別作業本数，材長別作業本数などが記憶され、故障情報Ｂ１１として油圧異常，センサ類異常，その他エラーが記憶されている。材積とは加工した木材の径と長さから求められる生産材の体積を意味する。コントローラ２６はアタッチメントメーカ独自の仕様であり、コントローラ２６に記憶されたデータのうち必要なものをプロトコル変換器５０が取得する。

作業詳細情報Ｂ１０のデータは、プロトコル変換器５０により例えばアタッチメント２０の作業日報に対応したデータ構造Ｂ１２に変換される。すなわちデータＩＤ（Ｄ２），日付，作業時間，造材本数，材積などを含むデータ構造Ｂ１２に変換される。この場合、プロトコル変換器５０は作業詳細情報Ｂ１０のうち造材本数と材積のみを取得し、日付および時刻のデータを情報制御コントローラ１１から一定間隔で通信により取得し、作業時間を内部のタイマでカウントする。

また、故障情報Ｂ１１のデータは、プロトコル変換器５０により例えばアタッチメント２０のアラーム情報に対応したデータ構造Ｂ１３に変換される。すなわちデータＩＤ（Ａ２），アラームの発生日付，エラーコードなどを含むデータ構造Ｂ１３に変換される。これらデータ構造Ｂ１２，Ｂ１３のデータは、図４で矢印で示すように、それぞれ共通通信フォーマットＢ１４の対応するデータ項目位置に格納され、これによりデータフォーマットの変換が行われる。

なお、アタッチメント制御コントローラ２６とプロトコル変換器５０、およびプロトコル変換器５０と情報制御コントローラ１１の間の通信形態は有線でもよく、無線でもよい。

次に、アタッチメント制御コントローラ２６とプロトコル変換器５０と情報制御コントローラ１１における処理の一例を図５（ａ）〜（ｃ）のフローチャートにより説明する。まず、所定のタイミングでプロトコル変換器５０がアタッチメント制御コントローラ２６にアタッチメント情報要求のコマンドを出力する（ステップＳ３）。アタッチメント制御コントローラ２６はこのコマンドを受信すると（ステップＳ１）、そのアタッチメント情報要求に従い図４の作業詳細情報Ｂ１０や故障情報Ｂ１１をプロトコル変換器５０に送信する（ステップＳ２）。

プロトコル変換器５０はこのアタッチメント制御コントローラ２６からの信号を受信する（ステップＳ４）。そして、受信したデータのデータ構造を変換し、図４のＢ１２，Ｂ１３に示すようにアタッチメントの作業日報，アラーム情報やヒストグラム情報等に対応したデータを作成する（ステップＳ５）。さらに、作成したデータを情報制御コントローラ１１に送信する（ステップＳ６）。

情報制御コントローラ１１はエンジン制御コントローラ１２からエンジン情報のデータを受信し（ステップＳ７）、油圧制御コントローラ１３から油圧情報のデータを受信し（ステップＳ８）、モニタ制御コントローラ１４からモニタ情報のデータを受信する（ステップＳ９）。そして、これらのデータから、油圧ショベル本体の作業日報やアラーム情報，ヒストグラム情報等に対応したデータＢ１４を作成し、データＩＤとデータ項目を共通通信フォーマットＢ１４の対応するデータ項目位置に格納する（ステップＳ１０）。さらに、プロトコル変換器５０からプロトコル変換されたデータを受信し、そのデータＩＤとデータ項目を共通通信フォーマットＢ１４の対応するデータ項目位置に格納する（ステップＳ１１）。次いで、油圧ショベル本体１０とアタッチメント２０の稼働データを通信端末１５を介して管理端末４０へ送信する（ステップＳ１２）。

なお、ステップＳ５のヒストグラム情報およびステップＳ１０のアラーム情報，ヒストグラム情報もそれぞれ作業日報のデータ構造Ｂ１２およびＢ１５と同一のデータ構造を有し、それらのデータも共通通信フォーマットＢ１４の対応するデータ項目位置に格納され、これによりデータフォーマットの変換が行われる。

このように本実施の形態では、アタッチメント制御コントローラ２６と情報制御コントローラ１１の通信経路の間にプロトコル変換器５０を介装し、アタッチメント制御コントローラ２６のデータ構造をプロトコル変換器５０により変換するようにした。これによりアタッチメント制御コントローラ２６と情報制御コントローラ１１の通信仕様が異なる場合において、情報制御コントローラ自体の構成を変更することなく、所定の通信プロトコルに従いコントローラ１１，２６間の通信を行うことができる。すなわち図４に示す林業アタッチメント稼働データのデータ構造Ｂ１０，Ｂ１１を、プロトコル変換器５０によりデータ構造Ｂ１２，Ｂ１３にそれぞれ変換し、情報制御コントローラ１１において、変換されたデータのデータＩＤとデータ項目を共通通信フォーマットＢ１４の対応するデータ項目位置に格納してデータ変換処理を行い、その結果、コントローラ１１，２６間の通信を容易に行うことができる。この場合、油圧ショベル本体１０に搭載された制御コントローラ１２〜１４と情報制御コントローラ１１との通信はプロトコル変換器５０を介さずに行うので、プロトコル変換器５０はアタッチメント制御コントローラ２６に対応したプロトコル変換処理を行うだけでよく、プロトコル変換器５０の構成を簡素化できる。さらに、プロトコル変換器５０はプログラマブルプロトコル変換器であり、各種アタッチメントに、すなわち種々のデータ構造を有するアタッチメントに対して、適切にデータ構造変換プロトコルを定義することができ、汎用性に富むものである。

なお、上記実施の形態では、プロトコル変換器５０からのコマンドを受けてアタッチメント制御コントローラ２６が内部データを出力するようにしたが、アタッチメントメント制御コントローラ２６が所定周期で内部データを出力するように構成してもよい。情報制御コントローラ１１から管理端末４０へデータを送信するようにしたが、データ読み取り装置などを情報制御コントローラ１１に接続し、情報制御コントローラ１１からデータを読み取ってもよい。

情報制御コントローラ１１（第１のコントローラ）とアタッチメント制御コントローラ２６（第２のコントローラ）とが所定の通信プロトコルに従って通信可能となるようにアタッチメント制御コントローラ２６から送信されたデータのデータ構造を変換するのであれば、変換装置としてのプロトコル変換器５０の構成は上述したものに限らない。油圧ショベル本体１０の制御コントローラ１２〜１４（第３のコントローラ）から送信されたデータを情報制御コントローラ１１の変換部１１ａ〜１１ｃで変換して制御コントローラ１２〜１４と情報制御コントローラ１１を通信可能としたが、他の制御コントローラと情報制御コントローラ１１を通信可能としてもよい。プログラマブルなプロトコル変換器５０としたが、プログラマブルではなくアタッチメントに対応した専用品としてもよい。

油圧ショベル本体１０に林業用アタッチメント以外の他の作業用アタッチメントを取り付けるようにしてもよく、プロトコル変換器５０で変換されるデータ構造は上述したものに限らない。また、上記実施の形態は、油圧ショベル１０に適用したが、作業用アタッチメントを着脱可能な他の建設機械にも本発明を同様に適用できる。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の通信システムに限定されない。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。

本発明の実施の形態に係る通信システムを油圧ショベルに適用した全体構成を示す図。 林業用アタッチメントの構成を示す斜視図。 本発明の実施の形態に係る通信システムの主要な構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態に係る通信システムにおけるデータ構造の一例を示す図。 本発明の実施の形態に係る通信システムにおける処理を示すフローチャート。

符号の説明

１０ 油圧ショベル
１１ 情報制御コントローラ
１１ａ〜１１ｃ 変換部
１２ エンジン制御コントローラ
１３ 油圧制御コントローラ
１４ モニタ制御コントローラ
２０ 林業用アタッチメント
２６ アタッチメント制御コントローラ
５０ プロトコル変換器

Claims (3)

1. 建設機械に設けられ、前記建設機械の稼働情報を収集する第１のコントローラと、
   前記建設機械本体に着脱可能に取り付けられ、作業用アタッチメントの稼働情報を取得する第２のコントローラと、
   前記第１のコントローラと前記第２のコントローラとが所定の通信プロトコルに従って通信可能となるように前記第２のコントローラから送信されたデータのデータ構造を変換する変換装置とを備えることを特徴とする建設機械の通信システム。
2. 請求項１に記載の建設機械の通信システムにおいて、
   前記建設機械は、建設機械本体の稼働情報を取得する第３のコントローラをさらに備え、
   前記第１のコントローラは、前記第３のコントローラから送信されたデータのデータ構造を変換する変換部を有することを特徴とする建設機械の通信システム。
3. 請求項１または２に記載の建設機械の通信システムにおいて、
   前記変換装置は、プログラマブルであることを特徴とする建設機械の通信システム。

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