JP2563873B2 - マルチタスキング掘削機制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、作業等に対して効率
的に処理が可能になるようにスケジューリングを行なっ
て各作業などが必要な処理時間内に適切に終了するよう
に応答速度を改善させるようにしたマルチタスキング掘
削機制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の掘削機制御システムでは電子制御装置が順次的に作業
等を処理していたために、実際に発生する作業等の効率
的な処理が不可能で現在の作業より重要だとか、時間的
に速く処理されなければならない作業等が遅延され、す
べてのシステムの性能が下がることがあった。

【０００３】これによって、１．応答速度の遅延が発生
する。これは必然的に制御が不安定に維持される状態を
作る。

【０００４】２．掘削機の物理的な衝撃が大きくなる。
なぜならば、所望の時間内に与えられた入力に対して適
切な出力を出すことができないので、掘削機の作業の核
心である油圧の吐出量が急激に変化して機構部に衝撃が
発生することになるためである。

【０００５】このような場合について図２を参照して説
明する。図２を参照して、シングルタスクシステムが発
生する作業に対してメカニズムを有して、制御システム
全体を安定するように制御するには、作業の開始点から
終了点まで１００ｍｓを超えないような条件があるとす
る。図２で見るように、始めに５０ｍｓ程度の作業時間
を要する作業（ＪＯＢ１）がまず部分（３０ｍｓ）作
業を行なう。このとき、より優先度を有する作業（ＪＯ
Ｂ２）が発生されたとする。すると作業ＪＯＢ１は中断
され、作業ＪＯＢ２が部分（６０ｍｓ）作業を遂行す
る。その後再び作業ＪＯＢ１が開始され、部分を遂行
する。すると、＋＋＝１００ｍｓであるため、既
に要求された条件となっている。しかしながら、作業Ｊ
ＯＢ１の要する時間は５０ｍｓなので、後１０ｍｓ必要
となる。

【０００６】信頼性を保持するための作業限界時間を外
れた１０ｍｓの部分で遂行されるべき作業は意味を喪失
するかまたは不安定な制御出力となる。また、所望の時
間内に与えられた入力に対して適切な出力を出すことが
できないので、それに応じて掘削機が作業するのに必要
となる油圧の吐出量が急激に変化するようになって、機
構部に衝撃が発生する。

【０００７】さらに作業の重要度に従った負荷配分が行
なえないため、システムの性能が低下する。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためなされたもので、複数の作業が同時に遂行されると
き、すべての作業を限界時間以内で遂行することによ
り、作業の信頼性の高い掘削機の制御方法を提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る、掘削機
制御システムのマルチタスキング掘削機制御方法は、掘
削機の油圧制御部に入力される信号に対して所定の信号
処理を行なう入出力ボードと、入出力ボードから入力さ
れたデータをＲＡＭの一定領域に貯蔵するとともに、Ｒ
ＡＭに送ったデータ情報をＲＯＭに送る中央処理装置
と、ＲＡＭに送った情報を入出力ボードを介して掘削機
の油圧制御部内の各制御部に必要な制御信号として送る
ためのマルチコントロールバルブとを含む。各制御部に
おいては、第１および第２のタスクが発生する。第１お
よび第２のタスクはそれぞれ、所定の時間内に作業を終
了する必要がある。掘削機の制御方法は、第１および第
２のタスクのそれぞれをその動作順序により所定の個数
の動作段階に分離するステップと、分離された動作順序
を参照して、第１タスクと第２タスクのうちまず開始す
べきタスクを設定するステップと、優先的に設定された
タスクを分離された作業順序に従って動作するステップ
と、分離された１つの動作が完了したときは、優先的に
設定されなかったタスクを分離された作業順序によって
その１つの動作段階を遂行するステップと、すべての分
離された動作が終了するまで第１タスクと第２タスクと
を交代に遂行するステップと、第１および第２タスクを
それぞれ所定時間内に終了させるよう関連する各制御部
を制御するステップを含む。

【００１０】

【作用】複数の作業が発生したときは、各作業を所定の
個数の動作段階に分離し、各作業に優先順位を定め、そ
の優先順に各作業の動作段階を１段ずつ順に処理する。
優先順に複数の作業が分離された交互に遂行され、それ
ぞれの作業時間が限界時間を超えないように制御され
る。

【００１１】

【実施例】この目的を達成するために本発明において
は、図１のＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒ
ｙ）１２部分に入っているマルチタスキングオペレーシ
ョンシステム（以下Ｏ／Ｓと略す）を基本として、図３
に示すマルチタスキングシステムを構成した。

【００１２】図１を参照して、この発明に係る掘削機制
御システムは、掘削機を駆動するエンジン全体の管理と
安全性を保持するための演算を遂行するメインＣＰＵモ
ジュールを含む。メインＣＰＵモジュールは、中心とな
るＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１に接続され、上記したマル
チタスキングオペレーションシステムを記憶するＲＯＭ
１２と、ＲＡＭ１３とを含む。掘削機制御システムはさ
らに、メインＣＰＵモジュールとメインバスを介して連
結され、複数の外部センサより発生される情報の入力を
受けてそれによりエンジンおよびポンプを制御するエン
ジン／ポンプ制御部６と、メインＣＰＵモジュールおよ
びエンジン／ポンプ制御部６に接続され、掘削機を構成
する各部に設けられた複数の外部センサからの情報を入
力しまた各部へ情報を出力する入出力ボード７，９と、
入出力ボード７，９に接続されたマルチコントロールバ
ルブ８と、マルチコントロールバルブ８に接続され、掘
削機の各部を油圧で制御する油圧制御部１００とを含
む。油圧制御部１００は、ブームの位置制御およびそれ
と関連した演算を遂行するブーム位置制御部１と、ディ
ッパースティックの位置制御およびそれと関連した演算
を遂行するディッパースティック位置制御部２と、バケ
ットの位置制御およびそれと関連した演算を遂行するバ
ケット位置制御部３と、トラベル位置制御およびそれと
関連した演算を遂行するトラベル位置制御部４と、スイ
ング位置制御およびそれと関連した演算を遂行するスイ
ング位置制御部５とを含む。

【００１３】図３に示す１０は本発明で最も上位層に属
する応用ソフトウェア部分で、６０は最も下位層の部分
で、それぞれ図１の制御部全体のハードウェアに関連し
た大小によって区分してある。図３に図示した符号中、
１０は応用ソフトウェアに属する応用ソフトウェア部分
で、全体掘削機制御系を構成して与えた入力信号に対し
て適切な制御出力を発生するように制御方法を記述した
層で、このような制御命令等がネットワークを介して発
生するときにはネットワークドライバ２０を介して、他
のファイルシステムを作成するときにはファイルドライ
バ３０を介して、また、カーネルで提供されない各種ラ
イブラリはライブラリ４０を介してマルチタスキングカ
ーネル５０に伝達される。

【００１４】カーネル５０は図１においてＣＰＵ１１
（中央処理装置）を介してＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃ
ｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３と入出力ボード７，９に
入出力するために、図３の入出力ドライバ６０を利用す
る。ここで、図３のカーネル５０は図４と同様の下位層
を備えているので多重処理が可能な形態に構成されてい
ることが分かる。

【００１５】本発明は制御入力信号等の発生からその動
作が開始される。図１の入出力ボード７，９を介してブ
ーム１とディッパースティック（Ｄｉｐｐｅｒ Ｓｔｉ
ｃｋ）２、そしてバケット３とトラベル４およびスイン
グ５の各部の制御をマルチタスキング化することにな
る。

【００１６】これを図５によりもう少し詳細に説明する
と、先に入出力ドライバにより図５に図示したタスク
１、２用データ領域Ａに位置する。ここでタスク１、２
用データ領域Ａはタスク１とタスク２の実行コードによ
りそれぞれに合う適切な処理を遂行する。

【００１７】このとき、マルチタスキングオペーレーシ
ョンシステム（Ｏ／Ｓ）が提供するシステムライブラリ
Ｄと関連しながらタスクを遂行することになる。

【００１８】したがって、遂行が完了されたならば完了
された情報はタスク１、２用データ領域Ａに再び貯蔵さ
れると同時にシステムライブラリＤの両方が入出力ドラ
イバＥとシステム用作業領域Ｆを介して、すなわち図１
の入出力ボード７，９を介して掘削機の油圧制御部１０
０内のブーム１とディッパースティック２、そしてバケ
ット３とトラベル４およびスイング５に必要である適切
な制御信号をマルチコントロールバルブ（ＭＣＶ）８に
伝達して与えるので、上記のように掘削機の油圧制御部
１００内のブーム１とディッパースティック２そしてバ
ケット３とトラベル４およびスイング５の各部の制御を
マルチタスキング化することになる。

【００１９】次に具体的な動作について説明する。図６
に表わしたように、各作業が始めから終わるときまで所
要時間が１００ｍｓを超過しないようにする必要がある
ものとする。このとき、１００ｍｓと仮定された作業限
界時間は、１つの作業が開始されてから終了されるまで
の時間を言う。

【００２０】今５０ｍｓ程度の作業時間を必要とする第
１作業（ＪＯＢ１）と６０ｍｓ程度の作業時間を必要と
する第２作業（ＪＯＢ２）が同時に発生したと仮定す
る。

【００２１】第１作業と第２作業が同時に発生したた
め、第１作業ＪＯＢ１と第２作業ＪＯＢ２の遂行過程を
システムハードウェアの動作順序により図のように動作
を３段階に分離する。

【００２２】 ＪＯＢ１：５０ｍｓ＝２０ｍｓ＋２０ｍｓ＋１０ｍｓ ＪＯＢ２：６０ｍｓ＝２０ｍｓ＋２０ｍｓ＋２０ｍｓ 以後、優先作業とそれ以外の作業とを設定するのに優先
作業ＪＯＢ１に、それ以外をＪＯＢ２に設定する。それ
ゆえ、ＪＯＢ１が２０ｍｓの時間の間遂行され、当該動
作が完了するとＪＯＢ２が２０ｍｓの間遂行される。そ
の後再びＪＯＢ１が２０ｍｓの間遂行され、当該動作が
完了するとＪＯＢ２が２０ｍｓ遂行される。最後にＪＯ
Ｂ１が１０ｍｓの間遂行され、当該動作が完了するとＪ
ＯＢ２が２０ｍｓの間遂行される。

【００２３】以上のような動作を遂行することによっ
て、ＪＯＢ１とＪＯＢ２が全部完了するのにかかる時間
は１１０ｍｓであるが、ＪＯＢ１とＪＯＢ２は開始時点
から終了時点まで９０ｍｓしか使用していないので、作
業限界時間である１００ｍｓの範囲内で動作が可能にな
る。

【００２４】すなわち、ＪＯＢ１＝２０ｍｓ＋２０ｍｓ
＋２０ｍｓ＋２０ｍｓ＋１０ｍｓ＝９０ｍｓ ＪＯＢ２＝２０ｍｓ＋２０ｍｓ＋２０ｍｓ＋１０ｍｓ＋
２０ｍｓ＝９０ｍｓ さらに、本願は上記したような動作限界時間の範囲内で
すべての動作を終了することができるよう、システムを
設計する。すなわち、エンジン、ポンプおよびシリンダ
などの機械的装置にセンサを備えて、上記センサから発
生される信号に応じて上記した装置を制御するための制
御装置を設けることにより、種々の効果を得ることが可
能になる。

【００２５】今各々異なる役割を果たすタスク１〜タス
ク４があるものとする。たとえばタスク１は各センサか
ら検出された信号を介して装備異常の有無を判断し、緊
急な状況にあると判断されると運転者に警報信号を出力
し、場合によっては装備作動を停止させる。

【００２６】タスク２はシステムの制御周期たとえば、
掘削機の各関節の速度制御を２０ｍｓ周期で実施すると
すれば、２０ｍｓ周期ごとに信号を出力する。

【００２７】タスク３は掘削機の各関節の速度制御を担
当する役割を果たす。タスク４は運転者の操作可否また
は各関節の作動有無を判断し、各関節が動かない中立状
態の場合、エンジン回転数を低速度に減速させるかまた
はエンジンの回転数の変更を行なう。

【００２８】ここで各タスクが遂行する優先順位の決定
は以下のように行なう。すなわち、各タスクが遂行され
場合において最も重要なものは安全問題に関するもので
あるため、装備の異常の有無を判断するタスク１が最も
優先されるようにし、関節の制御のための速度制御を実
施するためには、一定周期ごとに遂行されるよう時間を
知らせるタスク２がタスク３より優先される。

【００２９】さらに、装置の動作が行なわれていないと
きはエンジンの回転数を調整するタスク４よりは一定周
期ごとに関節を作動しなければならないタスク３が優先
される。

【００３０】上記のような観点から各タスクの優先順序
を定めてスケジューリングすることにより、それぞれの
タスクごとの動作の信頼性を高めることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、複数の
動作が発生したときは、各動作を所定の段階別に分離
し、それを各作業の優先度に応じて順に遂行するように
したため、各々の作業時間が限界時間の範囲を超えるこ
とはない。

【００３２】その結果、作業の信頼性を高めることがで
きる掘削機の制御方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マルチタスキングが可能な本発明の掘削機電子
制御システムのブロック構成図である。

【図２】従来の掘削機電子制御システムの作業の処理を
説明する図である。

【図３】本発明のためのマルチタスキングシステムの構
成図である。

【図４】多重処理が可能なマルチタスキングシステムの
カーネル構成図である。

【図５】マルチタスキングのＲＯＭとＲＡＭと入出力と
の制御フロー図である。

【図６】本発明が如何に有効に適用されているかを図示
するマルチタスキングの実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ ブーム ２ ディッパースティック ３ バケット ４ トラベル ５ スイング ６ エンジン制御部 ７ 入出力ボード ８ マルチコントロールバルブ ９ 入出力ボード １０ 応用ソフトウェア １１ ＣＰＵ １２ ＲＯＭ １３ ＲＡＭ ２０ ネットワークドライバ ３０ ファイルドライバ ４０ ライブラリ ５０ カーネル ６０ 入出力ドライバ １００ 掘削機の油圧制御部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機の油圧制御部において入力される
   信号に対して所定の信号処理を行なう入出力ボードと、
   前記入出力ボードから入力されたデータをＲＡＭの一定
   領域に貯蔵するとともに、前記ＲＡＭに送ったデータ情
   報をＲＯＭに送る中央処理装置と、 前記ＲＡＭに送った情報を前記入出力ボードを介して前
   記掘削機の油圧制御部内の各制御部に必要な制御信号と
   して送るためのマルチコントロールバルブとを含む掘削
   機制御システムのマルチタスキング掘削機制御方法であ
   って、 前記各制御部において第１および第２のタスクが発生
   し、 前記第１および第２のタスクはそれぞれ、所定の時間内
   に作業を終了する必要があり、 前記掘削機の制御方法は、前記第１および第２のタスク
   のそれぞれをその動作順序により所定の個数の動作段階
   に分離するステップと、 前記分離された動作順序を参照して、前記第１タスクと
   第２タスクのうちのまず開始すべきタスクを設定するス
   テップと、 前記優先的に設定されたタスクを前記分離された作業順
   序に従って動作させるステップと、 前記分離された１つの動作が完了したときは、優先的に
   設定されなかったタスクを分離された作業順序によって
   その１つの動作段階を遂行するステップと、 すべての分離された動作が終了するまで前記第１タスク
   と第２タスクとを交代に遂行するステップと、 前記第１および第２タスクをそれぞれ所定の時間内に終
   了させるよう、関連する前記各制御部を制御するステッ
   プとを含む、マルチタスキング掘削機制御方法。