JP2010007264A - 学習機能を備える駆動制御装置及びこれを含む建設機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、建設機械のアクチュエータの駆動制御を行う駆動制御装置であって、建設機械の操作手段に対して行われた操作履歴に基づいて、操作速度の基準速度を学習する学習手段を含み、建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度と、前記学習手段により学習された基準速度との関係に応じて、前記操作手段に入力される操作量に応じた前記アクチュエータの出力特性を変化させることを特徴とする。
【選択図】図7
Description
建設機械の操作手段に対して行われた操作履歴に基づいて、操作速度の基準速度を学習する学習手段を含み、
建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度と、前記学習手段により学習された基準速度との関係に応じて、前記操作手段に入力される操作量に応じた前記アクチュエータの出力特性を変化させることを特徴とする。
建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度が、前記学習手段により学習された基準速度よりも速い場合に、前記操作手段に入力される操作量に応じた前記アクチュエータの出力特性を、応答性が良くなる方向に変化させることを特徴とする。
建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度が、前記学習手段により学習された基準速度よりも遅い場合に、前記操作手段に入力される操作量に応じた前記アクチュエータの出力特性を、応答性が悪くなる方向に変化させることを特徴とする。
操作手段の操作量をパラメータとして、前記アクチュエータの出力の目標値を定めるマップであって、前記アクチュエータの第1出力特性を実現するための第1マップと、前記第1出力特性よりも応答性が良い前記アクチュエータの第2出力特性を実現するための第2マップと、前記第1出力特性よりも応答性が悪い前記アクチュエータの第3出力特性を実現するための第3マップとを記憶する記憶手段を含み、
建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度が、前記学習手段により学習された基準速度と対応する場合に、前記第1マップを用いて前記アクチュエータの出力の目標値を決定し、建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度が、前記学習手段により学習された基準速度よりも速い場合に、前記第2マップを用いて前記アクチュエータの出力の目標値を決定し、建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度が、前記学習手段により学習された基準速度よりも遅い場合に、前記第3マップを用いて前記アクチュエータの出力の目標値を決定することを特徴とする。
学習モードをオン/オフさせるスイッチが接続され、
前記学習手段は、学習モードがオンにされている間に前記操作手段に対して行われた操作履歴に基づいて、前記基準速度を学習することを特徴とする。
作業者を特定する個人認証手段が接続され、
前記個人認証手段により特定された作業者に対応付けて、前記学習手段により学習された前記基準速度を記憶する学習結果記憶部を備えることを特徴とする。
前記学習結果記憶部から作業者に対応した前記基準速度を読み出し、該読み出した基準速度を用いて、前記アクチュエータの出力特性を変化させることを特徴とする。
前記アクチュエータは、建設機械の上部旋回体の旋回機構、及び、建設機械の下部走行体の走行機構の少なくともいずれか一方を駆動する電動機であり、
前記アクチュエータの出力は、前記電動機に印加される電流を制御することにより制御されることを特徴とする。
前記アクチュエータは、ブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダのうちの少なくともいずれかであり、
前記アクチュエータの出力は、前記シリンダとポンプの間に配置される電磁比例弁を制御することにより制御されることを特徴とする。
図2は、本実施の形態の駆動制御装置を含む建設機械の構成を表すブロック図である。この図2では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。
エンジン11は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機13の一方の入力軸に接続される。このエンジン11は、建設機械の運転中は常時運転される。
コントローラ30は、本実施の形態の建設機械の駆動制御を行う制御装置であり、アシスト駆動制御装置31及び駆動制御装置40を含む。このコントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、アシスト駆動制御装置31及び駆動制御装置40は、コントローラ30のCPUが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより、実現される装置である。
図3は、本実施の形態の駆動制御装置40の構成を示す制御ブロック図である。
図4は、本実施の形態の建設機械の駆動制御装置40における操作レバー26Aの操作量と駆動領域との関係を示す特性図である。横軸はレバー26Aの操作量を表し、右旋回側の最大操作量を100%、左旋回側の最大操作量を"−100%"とした百分率で示す。本実施の形態の駆動制御装置40は、レバー26Aの操作量をトルク電流指令値又は速度指令値に変換して旋回用電動機21の駆動制御を行うように構成されているため、図4では操作レバー26Aの操作量と駆動領域の関係のみを示し、トルク電流指令値及び速度指令値の特性については別の特性を用いて説明する。なお、この特性は、コントローラ30の内部メモリに格納されており、主制御部70によって読み出される。
不感帯領域は、レバー26Aの中立点付近に設けられる操作量が±10%未満の領域である。旋回停止状態から旋回を開始するときに、レバー26Aの操作量が不感帯領域にある場合は、駆動制御装置40による旋回用電動機21の駆動制御は行われない。また、不感帯領域内で旋回用電動機21の駆動制御が行われていないときは、メカニカルブレーキ23によって旋回用電動機21が機械的に停止された状態となる。
零速度指令領域は、レバー26Aの操作方向における不感帯領域の両外側に設けられる操作量が10%以上20%未満と"−10%"以下"−20%"未満の領域である。レバー26Aの操作量が零速度指令領域にあり、かつ、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転速度が絶対値で10%速度未満であるときは、旋回用電動機21は零速度指令によって回転速度が零になるように駆動制御される。
右方向旋回駆動領域は、上部旋回体3を右方向に旋回させるための駆動制御を行う領域である。操作レバー26Aの操作量がこの右方向旋回駆動領域の範囲内にあるときは、トルク指令生成部60及び補正用トルク指令生成部61から出力されるトルク電流指令及び補正用トルク電流指令に基づく旋回用電動機21の駆動制御、又は、旋回用電動機21の回転速度を最高回転速度に制限するための速度指令に基づく旋回用電動機21の駆動制御のいずれかが行われる。この最高回転速度に制限するための速度指令に基づく駆動制御は、トルク電流指令に基づく駆動制御を行っているときに、旋回用電動機21の回転速度が最高回転速度に達すると、回転速度を制限するために行われる。その詳細については、後述する。
左方向旋回駆動領域は、上部旋回体3を左方向に旋回させるための駆動制御を行う領域である。操作レバー26Aの操作量がこの左方向旋回駆動領域の範囲内にあるときは、トルク指令生成部60及び補正用トルク指令生成部61から出力されるトルク電流指令及び補正用トルク電流指令に基づく旋回用電動機21の駆動制御、又は、旋回用電動機21の回転速度を最高回転速度に制限するための速度指令に基づく旋回用電動機21の駆動制御のいずれかが行われる。この最高回転速度に制限するための速度指令に基づく駆動制御は、トルク電流指令に基づく駆動制御を行っているときに、旋回用電動機21の回転速度が絶対値で逆転方向の最高回転速度に達すると、回転速度を制限するために行われる。その詳細については、後述する。
駆動指令生成部50は、減算器51、切替スイッチ部52、トルク制限部53、減算器54、PI制御部55、電流変換部56、及び旋回動作検出部57を含む。この駆動指令生成部50の減算器51には、レバー26Aの操作量に応じた旋回駆動用のトルク電流指令及び補正用トルク電流指令が入力される。
トルク指令生成部60は、レバー26Aの操作量に応じて、図6に示す特性に従ってトルク電流指令を生成する。ここで、本実施の形態のトルク指令生成部60は、レバー26Aの操作速度に応じて、異なる特性のトルク電流指令を生成する。
V=(x(i)−x(i−1))/ΔT
ここで、ΔTは、レバー26Aの操作量の入力周期(サンプリング周期)に対応する。但し、フィルタや重み付け演算を用いてノイズの影響を低減する態様で、レバー26Aの操作速度Vを演算してもよい。また、レバー26Aの操作速度としては、レバー26Aの操作開始直後の操作量が増加していく際の増加速度が算出されてよく、この場合、操作開始時点から所定の短い時間経過するまでの(操作量が増加する過程での)各周期で演算されるレバー26Aの操作速度Vの平均値として求められてもよい。これは、本実施の形態では、上部旋回体3をある角度まで旋回させる際のレバー26Aの操作の応答性を問題とし、上部旋回体3の旋回を停止させるときのレバー26Aの操作(中立に戻す操作)の応答性を問題としていないためである。
図8は、学習部60bにおいて実行される基準速度学習処理の一例を示すフローチャートである。図8の処理ルーチンは、学習スイッチ90により起動された学習モードがオン状態である間に実行される。
補正用トルク指令生成部61は、レバー26Aの操作量に応じて、図10(a)に示す補正用トルク電流指令を生成する。図10(a)において、横軸のレバー26Aの操作量x(%)、旋回用電動機21の回転速度y(%)に対して、補正用トルク電流指令値をTf(x、y)(%)で示す。
図10(b)は、減算器51から出力されるトルク電流指令値Tcmdを示す特性図である。減算器51の出力は、図6に示すトルク電流指令から図10(a)に示す補正用トルク電流指令を減じて得る特性であり、次式で与えられる。
図10(b)に示すように、操作量xが0%から20%未満では、回転速度yが0%速度の場合のトルク電流指令値Tcmdは存在しない。これは、操作量xが0%から20%未満では、零速度指令に基づく駆動制御が行われるか、又は、メカニカルブレーキ23によって旋回用電動機21の回転軸21Aが停止されるためである。
速度指令生成部80は、図3に示すように、切替スイッチ部81、減算器82、及びPI制御部83を含み、正転側の最高回転速度、逆転側の最高回転速度、又は零速度に制御するための速度指令を生成する。
図11は、本実施の形態の旋回用駆動制御装置による旋回動作時の駆動制御の処理手順を示す図である。この処理は、本実施の形態の建設機械の運転中に、主制御部70によって繰り返し実行される処理である。
1A、1B 油圧モータ
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
10 キャビン
11 エンジン
12 電動発電機
13 減速機
14 メインポンプ
15 パイロットポンプ
16 高圧油圧ライン
17 コントロールバルブ
18 インバータ
19 バッテリ
20 インバータ
21 旋回用電動機
23 メカニカルブレーキ
24 旋回減速機
25 パイロットライン
26 操作装置
26A、26B レバー
26C ペダル
27 油圧ライン
28 油圧ライン
29 圧力センサ
30 コントローラ
31 アシスト駆動制御装置
40 駆動制御装置
50 駆動指令生成部
51 減算器
52 切替スイッチ部
53トルク制限部
54 減算器
55 PI制御部
56 電流変換部
57 旋回動作検出部
60 トルク指令生成部
60a マップ記憶部
60b 学習部
60c 学習結果記憶部
61 補正用トルク指令生成部
70 主制御部
80 速度指令生成部
81 切替スイッチ部
82 減算器
83 PI制御部
90 学習スイッチ
92 表示装置
98 個人認証装置
100,200 建設機械
201A 左走行用発電機
201B 右走行用発電機
Claims (10)
- 建設機械のアクチュエータの駆動制御を行う駆動制御装置であって、
建設機械の操作手段に対して行われた操作履歴に基づいて、操作速度の基準速度を学習する学習手段を含み、
建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度と、前記学習手段により学習された基準速度との関係に応じて、前記操作手段に入力される操作量に応じた前記アクチュエータの出力特性を変化させることを特徴とする、駆動制御装置。 - 建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度が、前記学習手段により学習された基準速度よりも速い場合に、前記操作手段に入力される操作量に応じた前記アクチュエータの出力特性を、応答性が良くなる方向に変化させる、請求項1に記載の駆動制御装置。
- 建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度が、前記学習手段により学習された基準速度よりも遅い場合に、前記操作手段に入力される操作量に応じた前記アクチュエータの出力特性を、応答性が悪くなる方向に変化させる、請求項1に記載の駆動制御装置。
- 操作手段の操作量をパラメータとして、前記アクチュエータの出力の目標値を定めるマップであって、前記アクチュエータの第1出力特性を実現するための第1マップと、前記第1出力特性よりも応答性が良い前記アクチュエータの第2出力特性を実現するための第2マップと、前記第1出力特性よりも応答性が悪い前記アクチュエータの第3出力特性を実現するための第3マップとを記憶する記憶手段を含み、
建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度が、前記学習手段により学習された基準速度と対応する場合に、前記第1マップを用いて前記アクチュエータの出力の目標値を決定し、建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度が、前記学習手段により学習された基準速度よりも速い場合に、前記第2マップを用いて前記アクチュエータの出力の目標値を決定し、建設機械の操作手段に入力される操作量の変化速度が、前記学習手段により学習された基準速度よりも遅い場合に、前記第3マップを用いて前記アクチュエータの出力の目標値を決定する、請求項1に記載の駆動制御装置。 - 学習モードをオン/オフさせるスイッチが接続され、
前記学習手段は、学習モードがオンにされている間に前記操作手段に対して行われた操作履歴に基づいて、前記基準速度を学習する、請求項1に記載の駆動制御装置。 - 作業者を特定する個人認証手段が接続され、
前記個人認証手段により特定された作業者に対応付けて、前記学習手段により学習された前記基準速度を記憶する学習結果記憶部を備える、請求項5に記載の駆動制御装置。 - 前記学習結果記憶部から作業者に対応した前記基準速度を読み出し、該読み出した基準速度を用いて、前記アクチュエータの出力特性を変化させる、請求項6に記載の駆動制御装置。
- 前記アクチュエータは、建設機械の上部旋回体の旋回機構、及び、建設機械の下部走行体の走行機構の少なくともいずれか一方を駆動する電動機であり、
前記アクチュエータの出力は、前記電動機に印加される電流を制御することにより制御される、請求項1に記載の駆動制御装置。 - 前記アクチュエータは、ブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダのうちの少なくともいずれかであり、
前記アクチュエータの出力は、前記シリンダとポンプの間に配置される電磁比例弁を制御することにより制御される、請求項1に記載の駆動制御装置。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の駆動制御装置を含む建設機械。
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