JP6677226B2 - 建設機械用のセンサ情報処理システム - Google Patents

Description

本発明は、制御装置と、機体に取付けられ同一の通信バスを介して制御装置に接続され複数のセンサ等を有する建設機械用のセンサ情報処理システムに関する。

建設機械等の車両では、複数のセンサが備えられ、それらが制御装置と情報を通信しながら作動している。その通信は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）通信などの通信方式を使用して、同一の通信バスを介して行われることが多い。

同一の通信バス上に複数のセンサを接続する場合には、個別の識別ＩＤを設定するなど、各々のセンサを識別するための処理を実行する必要がある。このような同一の通信バス上に同一のセンサを複数接続する場合に、各々のセンサを識別するための処理を実行する建設機械用のセンサ情報処理システムとして、例えば、特許文献１に見られる技術が提案されている。

特開２０１５−２２４００６号公報

特許文献１に見られる従来の建設機械用のセンサ情報処理システムは、ＣＡＮ通信を行う通信バスに複数のバス側コネクタが設けられている。各々のバス側コネクタはバス側識別用接続端子を含み、各々のバス側識別用接続端子には、個々のバス側コネクタを識別するバス側コネクタ識別信号が入力されている。

複数のバス側コネクタの各々には、同一のセンサが接続される。複数のセンサの各々は、バス側識別用接続端子に接続されるセンサ側識別用端子を含み、センサをバス側コネクタに接続することで、バス側識別用接続端子及びセンサ側識別用端子を介してバス側コネクタ識別信号がセンサに入力される。各々のセンサは、入力されたバス側コネクタ識別信号に応じて自己の検出データを識別するための識別ＩＤへ決定し、以降、各々のセンサは該識別ＩＤにより識別される。

しかし、同一の通信バスに接続された複数の同一のセンサの中から各々のセンサを識別するためには、センサの他にバス側識別用接続端子を備えたバス側コネクタ及び、センサ側識別用端子を備えたセンサが必要となるのでハード面のコストが増加する。

本発明は、以上の点に鑑み、同一の通信バスに接続された複数の同一のセンサの中から、各々のセンサを個別に識別する処理を簡易な構成で実行することができる建設機械用のセンサ情報処理システムを提供することを目的とする。

[１]上記目的を達成するため、本発明の建設機械用のセンサ情報処理システムは、
制御装置と、機体に取付けられ同一の通信バスを介して前記制御装置に接続された複数のセンサとを有した建設機械用のセンサ情報処理システムであって、
前記制御装置と通信可能な情報入力手段と、前記センサのそれぞれを個別に電源と断接可能に接続する接続手段とを有しており、
各前記センサは演算機能を有しており、
各前記センサと前記電源との接続情報を前記情報入力手段にて入力可能とし、前記接続情報が前記情報入力手段を介して前記制御装置に入力可能であり、
前記制御装置は、前記接続情報を、各前記センサを個別に識別するための参照データとして用いて、各前記センサを識別するための処理を実行すると共に、各前記センサの前記機体への取付位置に応じた内部演算に必要な情報を、各前記センサへ送信するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、各センサと電源との接続情報を情報入力手段にて入力可能とし、接続情報が情報入力手段を介して制御装置に入力可能である。制御装置は、接続情報を、各センサを個別に識別するための参照データとして用いて、各センサを識別するための処理を実行するように構成されているので、同一の通信バスに接続された複数の同一のセンサの中から、各々のセンサを個別に識別する処理を簡易な構成で実行することができる。また、制御装置は、各センサの機体への取付位置に応じた内部演算に必要な情報を、当該各センサへ送信するように構成されているので、各センサは、受信した当該情報に基づいて、必要な演算を実行することができる。

[２]また、本発明においては、複数の前記センサは、前記機体の取付位置に各々取付けられるセンサであると共に個別にシリアル番号を有し、前記電源と前記センサとを接続することで前記センサは自身の前記シリアル番号を含む初期データを前記制御装置に送信し、前記制御装置は前記初期データに含まれる前記シリアル番号を記憶し、前記制御装置は、前記シリアル番号と、前記情報入力手段により入力された前記センサの取付位置情報とを含む情報付加データを前記センサに送信し、前記センサは自身の前記シリアル番号を含む前記情報付加データの取付位置情報をもとに自身の識別ＩＤを決定し、前記識別ＩＤが含まれた前記情報付加データを前記制御装置に送信するように構成されていることが好ましい。

電源とセンサを接続することで、センサは個別に有するシリアル番号を含む初期データを制御装置に送信し、制御装置は、シリアル番号を記憶すると共に該シリアル番号と、情報入力手段により入力されたセンサの取付位置情報とを含む情報付加データをセンサに送信する。センサは、自身のシリアル番号を含む情報付加データの取付位置情報をもとに自身の識別ＩＤを決定し、以降は識別ＩＤが含まれたＣＡＮデータを制御装置に送信するので、通信バスに接続された複数のセンサの取付位置情報の設定を一つ一つ行う際、設定が完了したセンサの電源を外さずに続けて次のセンサの識別のための処理を行うことができ、当該処理工数を削減できる。

[３]また、本発明においては、前記内部演算に必要な情報は、前記取付位置情報に応じた、取付位置座標、取付角度を含むことが好ましい。この構成によれば、各々のセンサは、取付位置座標や取付角度など、センサが取付位置に応じて必要な情報をインプットすることができる。

[４]また、本発明においては、前記接続手段は、脱着可能に設けられたコネクタであることが好ましい。接続手段を脱着可能なコネクタとすることで、設定用のスイッチを準備しなくてもスイッチの代わりに元々、建設機械の構成部品として該建設機械に搭載されているコネクタを流用すればよいので、設備コストを削減することができる。

[５]また、本発明においては、前記情報入力手段及び前記接続手段は、前記機体に設けられた運転室に配置されていることが好ましい。情報入力手段と情報入力手段との両方を建設機械の運転室内に配置することで、手が届きやすい範囲で設定作業を行うことができ、作業性を向上することができる。

実施形態に係る制御装置に接続された複数のセンサが取付けられた建設機械を概念的に示す平面図。 実施形態に係る建設機械用のセンサ情報処理システムの構成図。 実施形態の通信シーケンスの説明図。 実施形態の各データの説明図。 実施形態の制御装置側のフローチャート。 実施形態のセンサ側のフローチャート。

（実施形態）
図を参照して、本発明の実施形態の建設機械用のセンサ情報処理システム１を詳しく説明する。図１に示すように、建設機械１０への各構成要素の配置は概念的に示されており、建設機械用のセンサ情報処理システム１は、作業を実行する建設機械１０の機体１１に備えられており、制御装置２１と、機体１１に取付けられ同一の通信バス２２を介して制御装置２１に接続された複数のセンサ２３、２４、２５、２６と、制御装置２１と通信可能な情報入力手段３１と、センサ２３、２４、２５、２６のそれぞれを個別に電源３２（図２参照）と断接可能に接続する接続手段３３とを有している。

建設機械１０は、例えば油圧ショベルであり、下部走行体１２と、下部走行体１２の上に旋回可能に設けられた機体１１と、機体１１の前部に設けられた作業装置１３と、機体１１の前横部に設けられた運転室１４と、機体１１の後部に設けられたエンジン１５と、機体１１の後端部に設けられたカウンタウエイト１６とを有している。

制御装置２１、情報入力手段３１及び接続手段３３は、建設機械１０の運転室１４に配置されている。接続手段３３は、脱着可能に設けれたコネクタである。接続手段３３であるコネクタは、電源３２からセンサ２３、２４、２５、２６に給電する配線部分に建設機械１０の構成部品として建設機械１０に搭載されたものである。

なお、実施形態では接続手段３３を運転室１４内に配置したコネクタとしたが、これに限定されず、接続手段３３をスイッチ装置としてもよい。

センサ２３、２４、２５、２６は、機体１１の周囲で該センサ２３、２４、２５、２６から任意の距離内に入った物体を検知する障害物センサである。第１のセンサ２３は、機体１１の右側部に設けられており、機体１１の右方に位置する右側エリアＳ１を検知範囲とする。第２のセンサ２４は、機体１１の右後部に設けられており、機体１１の右後方に位置する右後ろ側エリアＳ２を検知範囲とする。

第３のセンサ２５は、機体１１の左後部に設けられており、機体１１の左後方に位置する左後ろ側エリアＳ３を検知範囲とする。第４のセンサ２６は、機体１１の左側部に設けられており、機体１１の左方に位置する左側エリアＳ４を検知範囲とする。

なお、実施形態では、センサ２３、２４、２５、２６を障害物センサとしたが、これに限定されず、温度センサや圧力センサでもよく、同種のセンサ又は通信バス２２に単に接続しただけでは識別できないセンサであればセンサの種類は問わない。また、実施形態では、センサ２３、２４、２５、２６の数を４つとしたが、３つや６つなど複数あれば数は問わない。

次に建設機械用のセンサ情報処理システム１の構成について詳しく説明する。
図２に示すように、建設機械用のセンサ情報処理システム１は、制御装置２１と、該制御装置２１に通信可能なタッチパネル式の情報入力手段３１と、同一の通信バス２２を介して制御装置２１に接続された第１のセンサ２３、第２のセンサ２４、第３のセンサ２５及び第４のセンサ２６と、第１のセンサ２３、第２のセンサ２４、第３のセンサ２５及び第４のセンサ２６のそれぞれを個別に電源３２と断接可能に接続する接続手段３３とを有する。

接続手段３３は、第１のセンサ２３と電源３２を断接可能に接続する第１接続部３４と、第２のセンサ２４と電源３２を断接可能に接続する第２接続部３５と、第３のセンサ２５と電源３２を断接可能に接続する第３接続部３６と、第４のセンサ２６と電源３２を断接可能に接続する第４接続部３７とを有する。

通信バス２２は、ＣＡＮ通信を行う通信バスである。また、建設機械用のセンサ情報処理システム１では、各センサ２３、２４、２５、２６と電源３２との接続情報を情報入力手段３１にて入力可能とし、接続情報が情報入力手段３１を介して制御装置２１に入力可能であり、制御装置２１は、接続情報を、各センサ２３、２４、２５、２６を個別に識別するための参照データとして用いて、各センサ２３、２４、２５、２６を識別するための処理を実行するように構成されている。

なお、実施形態では、情報入力手段３１をタッチパネル形式としたが、これに限定されず、パーソナルコンピュータや専用の情報入力端末であっても差し支えない。また、接続手段３３は、第１のセンサ２３、第２のセンサ２４、第３のセンサ２５及び第４のセンサ２６を個別に電源３２に繋ぐことができればよく、コネクタやスイッチ装置など形態は問わないが、接続手段３３をスイッチ装置とすることで、センサ２３、２４、２５、２６の識別設定を生産ラインで効率的に行うこともできる。

次に建設機械用のセンサ情報処理システム１の通信シーケンスについて説明する。本実施形態では、第１接続部３４を接続して第１のセンサ２３を識別するための処理を実行し、次に第２接続部３５を接続して第２のセンサ２４を識別するための処理を実行するというように、第１接続部３４から第４接続部３７まで１つずつ順番に接続し、第１のセンサ２３から第４のセンサ２６まで１つずつ順番に識別するための処理を実行する。以降の説明では、便宜上、第１のセンサ２３を識別するための処理の通信シーケンスについて説明するが、他のセンサ２４、２５、２６を識別するための処理の通信シーケンスについても同様とし説明は省略する。

図３に示すように、建設機械用のセンサ情報処理システム１は、電源３２に接続手段３３の第１接続部３４を介して第１のセンサ２３が接続され、該第１のセンサ２３は通信バス２２を介して制御装置２１に接続されている。情報入力手段３１は制御装置２１と通信可能に接続されている。情報入力手段３１と制御装置２１との接続は、有線、無線を問わない。

複数のセンサ２３、２４、２５、２６は、演算機能を有するＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの演算処理部を含んでいると共に、個別にシリアル番号を有する。そのうち、第１のセンサ２３の識別について説明する。接続手段３３の第１接続部３４を接続し、電源３２と第１のセンサ２３を接続することで、第１のセンサ２３が起動する。第１のセンサ２３は、初期ＩＤ（デフォルトの暫定的ＩＤ）と自身のシリアル番号を含む初期データ４１を制御装置２１に送信する。

制御装置２１は第１のセンサ２３を認識して初期データ４１に含まれるシリアル番号を記憶する。設定を開始すると、制御装置２１はシリアル番号と情報入力手段３１によって入力された取付位置情報等とを含む情報である第１の情報付加データ（以下、第１のＣＡＮデータという。）４２を第１のセンサ２３に送信する。

第１のセンサ２３は、識別を開始し、自身のシリアル番号を含む第１のＣＡＮデータ４２の、情報入力手段３１によって入力された取付位置情報をもとに、第１のセンサ２３の演算処理部に予め登録されているＣＡＮＩＤのテーブル４３から自身の識別ＩＤを決定し、識別ＩＤが含まれた第２の情報付加データ（以下、第２のＣＡＮデータという。）４４を制御装置２１に送信する。制御装置２１は、テーブル４５に登録されている識別ＩＤと照合し、識別ＩＤの設定が完了する。設定完了メッセージ４６を含めて第１のセンサ２３に送り、以降は第１のセンサ２３については識別ＩＤを使用する。

図４に示すように、初期データ４１は、初期ＩＤに第１のセンサ２３自身のシリアル番号を含むものである。第１のＣＡＮデータ４２は、自身のシリアル番号、取付位置情報（右）の他に、初期ＩＤ、情報入力手段３１によって入力された取付位置座標及び取付角度を含むものである。第２のＣＡＮデータ４４は、識別ＩＤの他に、初期ＩＤ、シリアル番号、情報入力手段３１によって入力された取付位置情報（右）、取付位置座標、取付角度を含むものである。第１のＣＡＮデータ４２によって、情報入力手段３１により入力された取付位置座標や取付角度などを、第１のセンサ２３の取付位置と共に、第１のセンサ２３にインプットすることができる。

次に、以上に述べた建設機械用のセンサ情報処理システム１について、制御装置２１の処理をフローチャートに基づいて説明する。所定の演算処理周期で図５に示すセンサを識別するための処理を実行する。ＳＴＥＰ１で、センサ信号（初期データ）を受信したか確認する。センサ信号（初期データ）を受信したならば（ＳＴＥＰ１でＹＥＳ）、ＳＴＥＰ２に進む。センサ信号を受信していなければ（ＳＴＥＰ１でＮＯ）、現在の演算処理周期の実行を終了する。

ＳＴＥＰ２で、情報入力手段３１に入力することでセンサ位置情報（取付位置情報）が選択完了しているか確認する。センサ位置情報が選択完了していれば（ＳＴＥＰ２でＹＥＳ）、ＳＴＥＰ３に進む。センサ位置情報が選択完了していなければ（ＳＴＥＰ２でＮＯ）、現在の演算処理周期の実行を終了する。

ＳＴＥＰ３で、取付位置情報（右）及びシリアル番号を含む第１のＣＡＮデータ４２を、第１のセンサ２３へ送信する。

ＳＴＥＰ４で、識別ＩＤを含む第２のＣＡＮデータ４４を受信したか確認する。識別ＩＤを含む第２のＣＡＮデータ４４を受信したならば（ＳＴＥＰ４でＹＥＳ）、ＳＴＥＰ５に進む。識別ＩＤを含む第２のＣＡＮデータ４４を受信していなければ（ＳＴＥＰ４でＮＯ）、現在の演算処理周期の実行を終了する。

ＳＴＥＰ５で、第１のセンサ２３の識別ＩＤの設定が完了し、さらに第１のセンサ２３に設定完了メッセージを送信し、現在の演算処理周期の実行を終了する。

次に、以上に述べた建設機械用のセンサ情報処理システム１について、第１のセンサでの処理をフローチャートに基づいて説明する。所定の演算処理周期で図６に示す処理（識別ＩＤ設定等の処理）を実行する。ＳＴＥＰ６で、第１のセンサ２３の識別ＩＤの設定処理が終了していない未調整状態であるか否か確認する。未調整状態であれば（ＳＴＥＰ６でＹＥＳ）、ＳＴＥＰ７に進む。識別ＩＤの設定処理が終了した調整済み状態であれば（ＳＴＥＰ６でＮＯ）、現在の演算処理周期の実行を終了する。

ＳＴＥＰ７で、初期ＩＤ及びシリアル番号を含むセンサ信号（初期データ）を、制御装置２１へ送信する。

ＳＴＥＰ８で、制御装置２１からの取付位置情報（右）及びシリアル番号を含む第１のＣＡＮデータ４２を受信したか確認する。取付位置情報（右）及びシリアル番号を含む第１のＣＡＮデータ４２を受信したのであれば（ＳＴＥＰ８でＹＥＳ）、ＳＴＥＰ９に進む。取付位置情報（右）及びシリアル番号を含む第１のＣＡＮデータ４２を受信していなければ（ＳＴＥＰ８でＮＯ）、現在の演算処理周期の実行を終了する。

ＳＴＥＰ９で、取付位置情報（右）に基づき、テーブル４３の使用ＩＤセットから識別ＩＤを取り出し第１のセンサ２３自身の識別ＩＤを決定する。ＳＴＥＰ１０で、識別ＩＤを含む第２のＣＡＮデータ４４を、制御装置２１へ送信する。

ＳＴＥＰ１１で、制御装置２１での識別ＩＤの設定が完了した設定完了メッセージを、受信したか確認する。設定完了メッセージを受信したのであれば（ＳＴＥＰ１１でＹＥＳ）、ＳＴＥＰ１２に進む。設定完了メッセージを受信していなければ（ＳＴＥＰ１１でＮＯ）、現在の演算処理周期の実行を終了する。

ＳＴＥＰ１２で、第１のセンサ２３での設定完了の書き込みを行って調整を完了し、現在の演算処理周期の実行を終了する。
なお、各センサ２３、２４、２５、２６を識別するための処理は、各センサ２３、２４、２５、２６の右、右後ろ、左、左後ろの取付位置を識別する処理を含むものとする。

以上に述べたように、制御装置２１は、接続情報を、各センサ２３、２４、２５、２６を個別に識別するための参照データとして用いて、各センサ２３、２４、２５、２６を識別するための処理を実行するように構成されているので、同一の通信バス２２に接続された複数の同一のセンサ２３、２４、２５、２６の中から、各々のセンサ２３、２４、２５、２６を個別に識別する処理を簡易な構成で実行することができる。

センサ２３、２４、２５、２６は、第１のＣＡＮデータ４２の取付位置情報をもとに自身の識別ＩＤを決定し、以降は識別ＩＤが含まれた第２のＣＡＮデータ４４を制御装置２１に送信するので、ＣＡＮ通信を行う通信バス２２に接続された複数のセンサ２３、２４、２５、２６の識別ＩＤの決定、取付位置情報の設定等の処理を一つ一つ行う際、当該処理が完了したセンサ２３、２４、２５、２６の電源３２を外さずに続けて次のセンサの当該処理を行うことができ、処理工数を削減できる。

センサの数が増えてもセンサのハード構成を追加することなく、識別ＩＤを決定する等の処理を実行することができる。さらに、制御装置２１がセンサの取付位置とシリアル番号の組み合わせを記憶することで、センサが交換された場合に交換されたことを検出することができる。

なお、実施形態では、第１のセンサ２３の識別ＩＤの設定について説明したが、第２のセンサ２４、第３のセンサ２５、第４のセンサ２６など、他のセンサについても同様に識別ＩＤを設定することができる。また、実施形態では、通信バスをＣＡＮ通信としたが、これに限定されず、通信バスはいわゆるＬＡＮ等の通信バスであってもよい。また、各センサを識別するための処理は、電源とセンサとを接続することでセンサから送られたシリアル番号を含む初期データを制御装置が受け取り、制御装置が情報入力手段により入力されたセンサの取付位置情報と初期データに含まれるシリアル番号とを対応させることで、センサを識別する処理を含む。

１ 建設機械用のセンサ情報処理システム１
１０ 建設機械
１１ 機体
１４ 運転室
２１ 制御装置
２２ 通信バス（ＣＡＮ通信を行うバス）
２３ 第１のセンサ
２４ 第２のセンサ
２５ 第３のセンサ
２６ 第４のセンサ
３１ 情報入力手段
３２ 電源
３３ 接続手段（コネクタ、スイッチ装置）
４２ 第１の情報付加データ（第１のＣＡＮデータ）
４４ 第２の情報付加データ（第２のＣＡＮデータ）

Claims (5)

1. 制御装置と、機体に取付けられ同一の通信バスを介して前記制御装置に接続された複数のセンサとを有した建設機械用のセンサ情報処理システムであって、
   前記制御装置と通信可能な情報入力手段と、前記センサのそれぞれを個別に電源と断接可能に接続する接続手段とを有しており、
   各前記センサは演算機能を有しており、
   各前記センサと前記電源との接続情報を前記情報入力手段にて入力可能とし、前記接続情報が前記情報入力手段を介して前記制御装置に入力可能であり、
   前記制御装置は、前記接続情報を、各前記センサを個別に識別するための参照データとして用いて、各前記センサを識別するための処理を実行すると共に、各前記センサの前記機体への取付位置に応じた内部演算に必要な情報を、各前記センサへ送信するように構成されていることを特徴とする建設機械用のセンサ情報処理システム。
2. 請求項１に記載の建設機械用のセンサ情報処理システムであって、
   複数の前記センサは、前記機体の取付位置に各々取付けられるセンサであると共に個別にシリアル番号を有し、
   前記電源と前記センサとを接続することで前記センサは自身の前記シリアル番号を含む初期データを前記制御装置に送信し、
   前記制御装置は前記初期データに含まれる前記シリアル番号を記憶し、
   前記制御装置は、前記シリアル番号と、前記情報入力手段により入力された前記センサの取付位置情報とを含む情報付加データを前記センサに送信し、
   前記センサは自身の前記シリアル番号を含む前記情報付加データの取付位置情報をもとに自身の識別ＩＤを決定し、前記識別ＩＤが含まれた前記情報付加データを前記制御装置に送信するように構成されていることを特徴とする建設機械用のセンサ情報処理システム。
3. 請求項２に記載の建設機械用のセンサ情報処理システムであって、
   前記内部演算に必要な情報は、前記取付位置情報に応じた、取付位置座標、取付角度を含むことを特徴とする建設機械用のセンサ情報処理システム。
4. 請求項１から請求項３に記載の建設機械用のセンサ情報処理システムであって、
   前記接続手段は、脱着可能に設けられたコネクタであることを特徴とする建設機械用のセンサ情報処理システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項記載の建設機械用のセンサ情報処理システムであって、
   前記情報入力手段及び前記接続手段は、前記機体に設けられた運転室に配置されていることを特徴とする建設機械用のセンサ情報処理システム。