JPH10280487A - 分散型コントローラを備えた建設機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】送受信データおよび送信周期の変更が容易な分
散型コントローラを備えた建設機械を提供する。 【解決手段】操作部の操作位置１５０および作業機構の
姿勢１４０を検出する検出手段と、検出データに基づい
て入力データを作成し送信する複数の入力コントローラ
１００と、受信した入力データに基づいて制御目標値を
演算して送信するメインコントローラ２００と、受信し
た演算データに基づいて駆動部を駆動するための出力デ
ータを出力する複数の出力コントローラ３００と、各コ
ントローラ間のデータを伝送する伝送路１０と、を備え
る分散型コントローラを備えた建設機械において、各コ
ントローラが備える送受信管理手段１２０３，２１０
２，３２０１は、所定の通信規約に従って作成された送
受信管理テーブルを備え、送受信管理テーブルに従っ
て、各コントローラ間でデータを送受信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分散型コントロー
ラを備える建設機械に係わり、特に、建設機械に分散し
て配置される複数のコントローラにおけるの送受信デー
タおよび送信特性の変更が容易な分散型コントローラを
備える建設機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、建設機械の電子制御化が進み、電
子制御を行うための各種演算を行うコントローラの演算
量が増加してきており、また、制御のための入出力の増
加はワイヤ・ハーネスの増加を招いている。さらに、演
算量も増え、高機能のマイクロコンピュータを使用しな
ければならないため、コストも増加している。

【０００３】これらの問題を解決するために、入力を行
うためのコントローラ、制御演算を行うためのコントロ
ーラ、アクチュエータに出力を行うためのコントローラ
等、機能別にコントローラを分散して配置し、それらの
コントローラをネットワークで結んで制御する分散型コ
ントローラが利用されてきている。

【０００４】コントローラの分散化は、、ワイヤ・ハー
ネスの削減、また各機能毎にコントローラを追加したり
削除したりすることが可能となるため、機能変更が容易
となりコスト低減につながる。

【０００５】分散型のコントローラを備えた建設機械と
しては、特開平２ー５３１１２号公報が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記分散型コ
ントローラは、コントローラ間でのデータの送受信を行
うためのデータ通信用プログラムが必要となり、また、
そのプログラムを各コントローラにおけるデータ処理用
の制御プログラム中に、データを送信するタイミングの
部分に記述しておく必要がある。

【０００７】そのため、送受信データを変更したり、デ
ータの送信間隔を変更するためには、制御プログラム自
体を書き換えなければならず、そのための負担が大き
く、またコントローラ間のデータの通信タイミングが不
定期のため、制御のための目標値演算に影響を与え、制
御が不安定になる問題がある。

【０００８】本発明は、上記の問題点に鑑みて、データ
の通信間隔の設定や変更が容易にでき、かつコントロー
ラ間のデータの送信間隔を一定時間毎に必ず行うことに
より正確な制御演算を行うことのできる分散型コントロ
ーラを備える建設機械を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために次のような手段を採用した。

【００１０】作業機構の駆動部を操作する操作部の操作
位置および前記作業機構各部の姿勢を検出する検出手段
と、該検出手段によって検出された検出データに基づい
て所定の入力データを作成し、該入力データを送信する
複数の入力コントローラと、前記入力データを受信し、
該入力データに基づいて制御目標値を演算し、演算され
た演算データ送信するメインコントローラと、前記演算
データを受信し、該演算データに基づいて前記駆動部を
駆動するための所定の出力データを作成し、出力する複
数の出力コントローラと、前記各コントローラ間のデー
タ伝送を行う伝送路と、を備える分散型コントローラを
備えた建設機械において、前記各コントローラは、それ
ぞれ送受信管理手段を備え、該送受信管理手段は所定の
通信規約に従って作成された送受信管理テーブルを備え
ると共に、該送受信管理テーブルに従って、各コントロ
ーラ間でデータの送受信を行うことを特徴とする。

【００１１】また、前記送受信管理テーブルは、各コン
トローラ間に伝送されるデータの定義テーブルと、送受
信される複数のデータをユニット化したデータ群と該デ
ータ群の送受信種別および送信周期が設定された送受信
テーブルと、から構成されることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１〜図８
を用いて説明する。図１は本実施形態に係わる油圧ショ
ベル等の建設機械における分散型コントローラの全体構
成図である。

【００１３】図において、１０は分散配置された各コン
トローラ間のデータを伝送するための伝送路である。

【００１４】１００は図示されていない油圧ショベルの
アーム等の作業機構各部に設けられた各種センサからの
検出データや操作レバー等の操作部の操作状態を検出し
た検出データを入力処理する入力用コントローラ、１１
０は入力用コントローラ１００に接続される各種センサ
や操作部からの検出データを入力する入出力装置（Ｉ／
Ｏ）、１２０は入力用コントローラ処理部、１２０１は
入力された検出データを入力プログラムに引き渡すため
のＯＳ、１２０２は検出データを所定の入力データに演
算処理するための入力プログラム、１２０３は演算処理
の結果得られた入力データを所定の通信規約に従って作
成された送受信用管理テーブルに従って送受信処理を行
うＯＳ、１３０は入力データを伝送路１０を介してメイ
ンコントローラに送信するための通信手段、１４０は図
示されていない油圧ショベルのブーム、アーム等の作業
機構各部に設置され作業機構各部の回転角度を検出する
ための角度センサ、１５０は図示されていない油圧ショ
ベルの操作レバー等の操作部の操作状態を検出する操作
状態検出部である。

【００１５】２００は入力用コントローラ１００から入
力された入力データに基づいて油圧ショベルの作業機構
各部を作動するための制御目標値を演算し演算データを
出力するメインコントローラ、２１０はメインコントロ
ーラ処理部、２１０１は入力した入力データに基づいて
制御目標値を演算して演算データを出力する制御目標値
演算プログラム、２１０２は入力データおよび演算デー
タを所定の通信規約に従って作成された送受信用管理テ
ーブルに従って送受信処理を行う送受信管理プログラ
ム、２２０は、伝送路１０から入力データを受信し、ま
たは演算データを送信するための通信手段である。

【００１６】３００はメインコントローラ２００から伝
送された演算データを演算処理して油圧ポンプや電磁比
例弁等の駆動機構に出力データを出力する出力コントロ
ーラ、３１０はメインコントローラ２００から伝送され
た演算データを受信する通信手段、３２０は出力コント
ローラ処理部、３２０１は演算データを所定の通信規約
に従って作成された送受信用管理テーブルに従って送受
信処理を行うＯＳ、３２０２は演算データを油圧ポンプ
や電磁比例弁等の駆動機構を駆動するために所定の出力
データを演算処理する出力プログラム、３２０３は演算
処理された出力データを入出力装置（Ｉ／Ｏ）に引き渡
すためのＯＳ、３３０はＯＳ３２０３から引き渡された
出力データを駆動機構に出力するための入出力装置（Ｉ
／Ｏ）、３４０，３５０はそれぞれ油圧ショベルの駆動
機構としての油圧ポンプおよび電磁比例弁である。

【００１７】なお、各コントローラ１００，２００，３
００に設けられているＯＳ１２０１，１２０３，２１０
２，３２０１，３２０３は各コントローラの各制御プロ
グラム（入力プログラム１２０２，制御目標値演算プロ
グラム２１０１，出力プログラム３２０３）が直接ハー
ドウエアへのアクセスを行わなくても済むようように入
出力処理したり、各制御プログラムの実行周期の管理等
を行う基本ソフトウエアである。また、ＯＳ１２０３，
２１０２，３２０１は各コントローラに共通に所定の通
信規約に従う各種の送受信用管理テーブルを備え、各コ
ントローラは該送受信管理テーブルに従って送受信処理
する。

【００１８】また、本実施形態では、通信規約として、
ドイツのボツシュ社が開発した、コントローラ間のデー
タ通信規約であるＣＡＮ（Controller Area Network)プ
ロトコルを利用する。

【００１９】本実施形態は、図示するごとく、分散型コ
ントローラは入力用コントローラ１００，メインコント
ローラ２００，出力コントローラ３００から構成され、
入力用コントローラ１００の角度センサ１４０および操
作部検出部１５０から検出された検出データは所定の入
力データに処理され、その後、所定の通信規約に従って
メインコントローラ２００に伝送される。メインコント
ローラ２００では受信した入力データに基づいて制御目
標値を演算し、その演算データを所定の通信規約に従っ
て出力コントローラ３００に伝送する。出力コントロー
ラ３００では受信した演算データを所定の出力データに
処理して、油圧ポンプ３４０や電磁比例弁３５０を駆動
するために出力する。

【００２０】次に、本実施形態において使用するＣＡＮ
プロトコルに従って作成される各種の送受信管理テーブ
ルを図２〜図４を用いて説明する。

【００２１】図２は共通のデータ定義テーブル、図３は
メッセージ定義テーブル、図４は送信時間管理テーブル
である。

【００２２】図２において、５００は、ＣＡＮプロトコ
ルに従って作成され、各コントローラ間で共通に利用さ
れるデータ定義テーブルの一例であり、データＩＤと変
数との関係を表す。例えば、データＩＤの１はブーム角
度を表す。

【００２３】図３において、５１０は、同じくＣＡＮプ
ロトコルに従って作成され、各コントローラ間で共通に
使用されるメッセージ定義テーブルの一例である。ここ
でメッセージとは複数データをユニット化したものであ
り、例えば、メッセージ番号１は図２に示すデータ定義
テーブルのデータＩＤが１，２，３，４の１群のデータ
を表す。また、データの送受信は各メッセージ単位で送
受信が行われ、送信／受信は各メッセージの送受信種別
を表し、送信周期は各メッセージの送信の周期間隔を表
す。

【００２４】ここで、送信周期を変更したい場合は送信
周期の数値を変更するだけでよい。また、送信／受信の
属性は、例えば、入力用コントローラ、メインコントロ
ーラで各々反対にすれば、メインコントローラから入力
用コントローラへのメッセージの通信となる。

【００２５】図４において、５２０は、同じくＣＡＮプ
ロトコルに従って作成され、各コントローラにおいて使
用する送信時間管理テーブルの一例を表す。例えばメッ
セージ番号１は送信周期が１０ｍｓであり、カウンタに
は各コントローラが備えるタイマによって計時されたカ
ウント値が入力される。

【００２６】本実施形態によれば、油圧ショベル等の建
設機械において、センサの数が増えたり、アクチュエー
タの数が増えた場合は、入力用コントローラを追加した
り、出力コントローラを追加したりすることが可能であ
り、この時、ソフトウエアの変更は通信部分において、
データ処理コードテーブル５００、メッセージ定義テー
ブル５１０を変更するだけでよい。

【００２７】次に各コントローラにおける処理手順を図
５〜図７に基づいて説明する。

【００２８】図５は入力用コントローラ１００の処理手
順を示すフローチャートである。

【００２９】図５（ａ）は図１における入力プログラム
１２０２による入力処理を表し、ステップ６１０におい
て、図示されていない入力用コントローラ内のタイマに
よって計時され、タイマ割り込みによって一定時間毎
に、例えば１ｍｓ毎に、センサや操作部検出部から出力
される検出データが読み込まれる。ステップ６２０，６
３０において読み込まれた検出データは入力処理され、
ステップ６４０，６５０において各種の入力データを得
る。

【００３０】図５（ｂ）は送信周期管理テーブルの作成
処理を示し、ステップ６６０で初期設定後、ステップ６
７０で入力用コントローラ内に送信周期管理テーブルが
作成される。

【００３１】図５（ｃ）は図１におけるＯＳ１２０３に
おける送受信管理処理を表し、ステップ６８０におい
て、入力用コントローラ１００内のタイマによって計時
され、一定時間毎にタイマ割り込みが行われる。ステッ
プ６９０において、図５（ｂ）のステップ６７０で作成
された送信周期管理テーブル５２０のカウンタに計時毎
に加算して行く。ステップ７００において送信周期とカ
ウンタ値とを対比する。両者が等しくなった時は、ステ
ップ７１０において図３に示すメッセージ定義テーブル
に従うメッセージをメインコントローラ２００に送信
し、等しくない時は、ステップ７２０で他の処理に戻
る。

【００３２】次に、図６はメインコントローラ２００の
処理手順を示すフローチャートである。

【００３３】図６（ａ）は図１における制御目標値演算
プログラム２１０１による目標値の演算処理を表し、ス
テップ７３０において、図示されていないメインコント
ローラ２００内のタイマによって計時され、タイマ割り
込みによって一定時間毎に既に入手している入力データ
が読み込まれる。ステップ７５０において目標値の演算
処理が行われ、ステップ７６０において各種の演算デー
タが得る。一方、入力データが受信された時は、ステッ
プ７４０において受信割り込みが行われ、ステップ７５
０において新規に入手した入力データに基づいて目標値
の演算処理が行われる。

【００３４】図６（ｂ）は送信周期管理テーブルの作成
処理を示し、ステップ７７０で初期設定後、ステップ７
８０で制御目標値演算用コントローラ内に送信周期管理
テーブルが作成される。

【００３５】図６（ｃ）は図１におけるＯＳ２１０２に
よる送受信管理処理を表し、ステップ７９０においてタ
イマ割り込みが実行される度に、ステップ８００におい
て、図６（ｂ）のステップ７８０で作成された送信周期
管理テーブルのカウンタに計時毎に加算して行く。ステ
ップ８１０において送信周期とカウンタ値とを対比す
る。両者が等しくなった時は、ステップ８２０において
図３に示すメッセージ定義テーブルに従うメッセージを
出力コントローラ３００に送信し、等しくない時は、ス
テップ８３０において他の処理に戻る。

【００３６】上記のごとく、メインコントローラ２００
では、入力用コントローラ１００から必ず一定時間毎に
新しい入力データが送信されて来るので古いデータを目
標値演算に使用することはない。またこのことを利用し
て、ある一定時間以上、入力用コントローラから入力デ
ータが送信されて来ない時は、入力用コントローラに何
等かの故障が発生しているという判断も可能である。

【００３７】次に、図７は出力コントローラ３００の処
理手順を示すフローチャートである。

【００３８】図において、ステップ８４０において、図
示されていない出力ンコントローラ３００内のタイマに
よって計時され、一定時間毎のタイマ割り込みが実行さ
れ、ステップ８６０，８７０において、図１における出
力プログラム３２０２が起動され、既に入手している演
算データに基づいてが出力処理が行われ、ステップ８８
０，８９０において出力データを得る。一方、演算デー
タが受信された時は、ステップ８５０において受信割り
込みが行われ、ステップ８６０，８７０において新規に
入手した演算データに基づいて出力処理が行われる。

【００３９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、送受信するデータを変更したり、送信周期を変更し
たい時は、データ定義テーブル、メッセージ定義テーブ
ルを変更することにより容易に変更することができ、ソ
フトウエアの開発効率、特に、テスト段階での開発効率
を向上させることができる。

【００４０】また、上記設定、変更をＯＳ上で行うこと
ができるので、入力プログラム等の制御プログラムに影
響を与えず、制御プログラムの再利用さらには他のコン
トローラへの転用が可能となる。

【００４１】またコントローラを分散化したので、個々
のコントローラを小型化でき、各コントローラ間をネッ
トワークで接続することにより、コントローラの追加ま
たは削除が容易となり、その結果、油圧ショベルの開発
時、機種別に個別のコントローラを開発する必要が無く
なり、開発期間の短縮が図れる。

【００４２】また、一定時間毎に必ずメッセージの送受
信があることを利用して、各コントローラの暴走等の故
障診断、または各コントローラ間の接続状況の把握が容
易となる。

【００４３】なお、上記の実施形態では、時間の計数を
タイマ割り込みを用いて行っているが、プログラムの１
回の実行周期を利用して計数してもよい。また、メイン
コントローラや入力用および出力用コントローラを１個
の例について説明したが、これらはそれぞれ必要に応じ
て複数個設けてもよい。

【００４４】

【発明の効果】上記のごとく、本発明によれば、送受信
管理テーブルを備えることにより、送受信データの内容
や送信周期を変更する場合は、送信管理テーブルを変更
することにより容易に対応することができ、制御プログ
ラム等の変更を伴なわないのでソフトウエアの開発効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる建設機械における
分散型コントローラの全体構成図である

【図２】本実施形態に係わるコントローラが備えるデー
タ定義テーブルの一例である。

【図３】本実施形態に係わるコントローラが備えるメッ
セージ定義テーブルの一例である。

【図４】本実施形態に係わるコントローラが備える送信
周期管理テーブルの一例である。

【図５】本実施形態に係わる入力コントローラの処理手
順を示すフローチャートである。

【図６】本実施形態に係わるメインコントローラの処理
手順を示すフローチャートである。

【図７】本実施形態に係わる出力コントローラの処理手
順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 伝送路 １００ 入力コントローラ １２０ 入力コントローラ処理部 １２０２ 入力プログラム １２０３ ＯＳ １３０ 通信手段 １４０ 角度センサ １５０ 操作部検出部 ２００ メインコントローラ ２１０ メインコントローラ処理部 ２１０１ 制御目標値演算用プログラム ２１０２ ＯＳ ３００ 出力コントローラ ３２０ 出力コントローラ処理部 ３２０１ ＯＳ ３２０２ 出力プログラム ５００ データ定義テーブル ５１０ メッセージ定義テーブル ５２０ 送信周期管理テーブル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機構の駆動部を操作する操作位置お
   よび前記作業機構各部の姿勢を検出する検出手段と、 該検出手段によって検出された検出データに基づいて所
   定の入力データを作成し、該入力データを送信する複数
   の入力コントローラと、 前記入力データを受信し、該入力データに基づいて制御
   目標値を演算し、演算した演算データ送信するメインコ
   ントローラと、 前記演算データを受信し、該演算データに基づいて前記
   駆動部を駆動するための所定の出力データを作成し、出
   力する複数の出力コントローラと、 前記各コントローラ間のデータの伝送を行う伝送路と、 を備える分散型コントローラを備えた建設機械におい
   て、 前記各コントローラは、それぞれ送受信管理手段を備
   え、該送受信管理手段は所定の通信規約に従って作成さ
   れた送受信管理テーブルを備えると共に、該送受信管理
   テーブルに従って、各コントローラ間でデータの送受信
   を行うことを特徴とする分散型コントローラを備える建
   設機械。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記送受信管理テーブルは、各コントローラ間に伝送さ
   れるデータの定義テーブルと、送受信される複数のデー
   タをユニット化したデータ群と該データ群の送受信種別
   および送信周期が設定された送受信テーブルと、から構
   成されることを特徴とする分散型コントローラを備える
   建設機械。