WO2024090087A1 - 作業機械およびアクチュエータ校正システム - Google Patents

作業機械およびアクチュエータ校正システム Download PDF

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WO2024090087A1
WO2024090087A1 PCT/JP2023/034591 JP2023034591W WO2024090087A1 WO 2024090087 A1 WO2024090087 A1 WO 2024090087A1 JP 2023034591 W JP2023034591 W JP 2023034591W WO 2024090087 A1 WO2024090087 A1 WO 2024090087A1
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WO
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calibration
actuator
flow rate
pump
control device
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PCT/JP2023/034591
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English (en)
French (fr)
Inventor
宏明 田中
悠介 鈴木
輝樹 五十嵐
修一 廻谷
昭広 楢▲崎▼
靖彦 金成
博史 坂本
Original Assignee
日立建機株式会社
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor

Definitions

  • the present invention relates to a work machine such as a hydraulic excavator and an actuator calibration system.
  • Conventional hydraulic systems installed in work machines such as hydraulic excavators include a hydraulic pump driven by a prime mover such as an engine, an actuator that drives the vehicle body and front equipment (work equipment), and a directional control valve that controls the flow direction of pressurized oil supplied from the hydraulic pump to the actuator.
  • the operator of the work machine can control the direction and speed of operation of the actuator by operating an operating device such as a control lever.
  • excavators (guidance shovels) that are equipped with a means for inputting a construction drawing, which is a design drawing for the terrain etc. on which construction will be carried out, a means for estimating the work tool position including bucket tip position information and attitude information, and outputting the part of the construction drawing that is closest to the work tool position as a design surface on which excavation can actually be carried out, and a monitor that notifies the operator of the relationship between the design surface and the work tool position.
  • a construction drawing which is a design drawing for the terrain etc. on which construction will be carried out
  • a means for estimating the work tool position including bucket tip position information and attitude information
  • excavators small-automatic control shovels
  • improve excavation accuracy by controlling the movement of the boom so as not to over-dig into the design surface based on the operator's operation and the relationship between the design surface and the work tool position, thereby assisting the operator's operation.
  • Patent Document 1 is an example of a prior art document that discloses a calibration method when the actuator is a hydraulic cylinder.
  • Patent Document 1 describes a control system for a construction machine having a work machine including a boom, an arm, and a bucket, and an operating device that receives input of an operation command from an operator to drive the work machine, the control system including a hydraulic cylinder that drives the work machine, a directional control valve having a movable spool and supplying hydraulic oil to the hydraulic cylinder by movement of the spool to operate the hydraulic cylinder, a control valve that allows the spool to move based on the operation command, a cylinder speed sensor that detects the cylinder speed of the hydraulic cylinder, and a data acquisition unit that acquires an operation command value indicating the value of the operation command signal and data indicating the cylinder speed when an operation command signal to operate the hydraulic cylinder is output, and the data is stored in a storage device that stores the cylinder speed.
  • the control system for a construction machine includes an initial state where the speed is zero, a slow-speed region where the cylinder speed is greater than zero and less than a predetermined speed, and a normal speed region where the cylinder speed is equal to or greater than the predetermined speed, and includes a derivation unit that derives an operation start operation command value when the hydraulic cylinder in the initial state starts operating and slow-speed operation characteristics and normal speed operation characteristics that indicate the relationship between the operation command value and the cylinder speed in the slow-speed region and the normal speed region based on the data acquired by the data acquisition unit, a storage unit that stores the operation start operation command value and the slow-speed operation characteristics derived by the derivation unit, and a work machine control unit that controls the work machine based on the stored information in the storage unit.
  • the present invention was made in consideration of the above problems, and its purpose is to provide a work machine and an actuator calibration system that can calibrate an actuator in a short period of time.
  • the present invention provides a variable displacement hydraulic pump, a regulator that controls a pump flow rate, which is the discharge flow rate of the hydraulic pump, an actuator driven by pressurized oil supplied from the hydraulic pump, a directional control valve that is switchable between a communication position that enables the supply of pressurized oil from the hydraulic pump to the actuator and a neutral position that disables the supply of pressurized oil from the hydraulic pump to the actuator and controls the flow direction of the pressurized oil supplied from the hydraulic pump to the actuator, an operating device that instructs the operation of the actuator, and a control device that controls the regulator and the directional control valve in response to the operation of the operating device, the control device stores a conversion map that associates a target pump flow rate, which is a target value of the pump flow rate, with a command value of the regulator, A work machine that calculates the target pump flow rate according to the amount of operation of an operating device, converts the target pump flow rate to the command value according to the conversion map, and outputs a command signal according to the command
  • the present invention also relates to a variable displacement hydraulic pump, a regulator that controls a pump flow rate, which is the discharge flow rate of the hydraulic pump, an actuator driven by pressurized oil supplied from the hydraulic pump, a directional control valve that can be switched between a communication position that enables the supply of pressurized oil from the hydraulic pump to the actuator and a neutral position that disables the supply of pressurized oil from the hydraulic pump to the actuator and controls the flow direction of the pressurized oil supplied from the hydraulic pump to the actuator, an operating device that instructs the operation of the actuator, and a conversion map that stores a target pump flow rate, which is a target value of the pump flow rate, and a command value of the regulator, and calculates the target pump flow rate according to the operation amount of the operating device, and
  • an actuator calibration system having a calibration device that calibrates the actuator for a work machine having a control device that converts the target pump flow rate to the command value according to a map, outputs a command signal according to the command value to the regulator, and controls the directional
  • the present invention configured as described above allows the actuator to be calibrated without operating the actuator, thereby shortening the time required for calibration. In addition, fluctuations in pump flow rate caused by actuator operation during calibration are suppressed, making it possible to prevent a decrease in calibration accuracy.
  • the working machine or actuator calibration system of the present invention makes it possible to calibrate the actuator in a short period of time.
  • FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a hydraulic control system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a hydraulic system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a control block diagram of a control device according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a control block diagram of a calibration device according to a first embodiment of the present invention; FIG.
  • FIG. 1 is a control block diagram showing a first modified example of a calibration command output processing unit in the first embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a control block diagram showing a second modified example of the calibration command output processing unit in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a control block diagram showing a third modified example of the calibration command output processing unit in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a control block diagram of a control device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator in a first embodiment of the present invention.
  • the hydraulic excavator 100 comprises a lower traveling body 1, an upper rotating body 2 as a vehicle body rotatably mounted on the lower traveling body 1 via a rotating device 8, and a working device 110 connected to the front side of the upper rotating body 2 so as to be rotatable in the vertical direction.
  • the upper rotating body 2 has a rotating frame 2a that forms a basic substructure.
  • the working device 110 is connected to the front side of the rotating frame 2a so that it can rotate in the vertical direction.
  • a counterweight 3 is attached to the rear side of the rotating frame 2a to balance the weight of the working device 110.
  • a cab 4 is provided at the front left side of the rotating frame 2a. Inside the cab 4, a left operating lever 15L and a right operating lever 15R (shown in Figures 2 and 3) that are operating devices for operating the upper rotating body 2 and the working device 110 are arranged.
  • an engine 16 as a prime mover, a pump device 9 consisting of one or more hydraulic pumps 9a, 9b (shown in Figure 3) driven by the engine 16, a swing motor 8a that drives the swing device 8, a control valve unit 10 consisting of multiple directional control valves, and the like are mounted.
  • the control valve unit 10 controls the flow of pressurized oil supplied from the pump device 9 to the swing motor 8a and multiple actuators including a boom cylinder 5a, an arm cylinder 6a, and a bucket cylinder 7a, which will be described later.
  • the engine 16 is equipped with an engine speed sensor 16a that detects the engine speed.
  • the working device 110 comprises a boom 5 whose base end is connected to the front right side of the rotating frame 2a so as to be rotatable in the vertical direction, an arm 6 connected to the tip of the boom 5 so as to be rotatable in the vertical and front-to-rear directions and raised and lowered by the boom 5, a bucket 7 as a working tool connected to the tip of the arm 6 so as to be rotatable in the vertical and front-to-rear directions and raised and lowered by the boom 5 or arm 6, a boom cylinder 5a that drives the boom 5, an arm cylinder 6a that drives the arm 6, and a bucket cylinder 7a that drives the bucket 7.
  • Attitude sensors 11a, 11b, 11c, and 11d are attached to the upper rotating body 2, the boom 5, the arm 6, and the bucket link 7b, which connects the rod tip of the bucket cylinder 7a to the arm 6 and bucket 7.
  • Attitude sensors 11a to 11d are composed of angle sensors and IMUs.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a hydraulic control system installed in the hydraulic excavator 100.
  • the hydraulic control system 200 includes operation levers 15L, 15R, a control device 20, and a hydraulic device 23.
  • the control levers 15L, 15R are devices that allow the operator to instruct the control device 20 on the operation of the hydraulic excavator 100, and output operation signals to the control device 20 in response to lever operation by the operator.
  • the control device 20 outputs a command current to the hydraulic device 23 in response to the operation signals from the control levers 15L, 15R, construction drawing information, and attitude information from the attitude sensors 11a to 11d.
  • the control device 20 also calculates the discharge flow rate (pump flow rate) of the hydraulic pumps 9a, 9b, described below, based on the command current of the pump solenoid valves, described below, and the engine speed, and outputs this to the calibration device 24 together with the command current of the pump solenoid valves.
  • the hydraulic device 23 supplies pressurized oil to the boom cylinder 5a, arm cylinder 6a, bucket cylinder 7a, and swing motor 8a in response to a command current from the control device 20, and drives the boom 5, arm 6, bucket 7, and swing device 8.
  • the monitor 22 can display information output from the control device 20 (tool position, design surface, construction drawings).
  • the calibration device 24 is a device that calibrates the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a, and constitutes an actuator calibration system. Calibration of the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a means calibrating the operating speed of the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a.
  • a signal (calibration instruction signal) instructing calibration of the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a is input from a calibration instruction device 25 consisting of a switch or the like
  • the calibration device 24 outputs information instructing a transition to calibration mode (calibration mode flag) to the control device 20, and outputs an update map M2 (shown in FIG. 7) that updates the conversion map M1 (shown in FIG.
  • the calibration device 24 and the calibration instruction device 25 are mounted on the hydraulic excavator 100, but they may be configured as devices independent of the hydraulic excavator 100 and connected to the control device 20 when calibrating the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a.
  • FIG. 3 is a diagram of the hydraulic device 23.
  • the hydraulic device 23 includes a tank 111 for storing hydraulic oil, variable displacement hydraulic pumps 9a and 9b for pressurizing and discharging the hydraulic oil drawn from the tank 111, regulators 109a and 109b for controlling the capacity of the hydraulic pumps 9a and 9b in response to a command current from the control device 20, actuators 5a, 6a, 7a, and 8a, directional control valves 101 to 104 for controlling the flow direction of the pressure oil supplied from the hydraulic pumps 9a and 9b to the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a, and solenoid valves 105a, 105b, 106a, 106b, 107a, 107b, 108a, and 108b (hereinafter referred to as directional control solenoid valves) for generating pilot pressures for the directional control valves 101 to 104 in response to a command current from the control device 20.
  • directional control solenoid valves for generating pilot pressures for
  • Hydraulic pumps 9a, 9b change their capacity (discharge volume per revolution) according to the angle (tilt angle) of the swash plate or inclined axis.
  • Regulators 109a, 109b incorporate pistons that drive the swash plate or inclined axis of hydraulic pumps 9a, 9b, and solenoid valves (hereinafter, pump solenoid valves) that generate the driving pressure (pilot pressure) of the pistons.
  • the pump solenoid valves generate pilot pressure by reducing the pilot primary pressure input from a pilot pump (not shown) according to the command current output from the control device 20.
  • the directional control valves 101-104 can be switched between two communication positions that allow the hydraulic pumps 9a, 9b to supply pressure oil to the actuators 5a, 6a, 7a, 8a, and a neutral position that disables the hydraulic pumps 9a, 9b to supply pressure oil to the actuators 5a, 6a, 7a, 8a, and are switched according to the pilot pressure output from the directional control solenoid valves 105a, 105b, ..., 108a, 108b.
  • the directional control solenoid valves 105a, 105b, ..., 108a, 108b reduce the pilot primary pressure input from the pilot pump (not shown) according to the command current output from the control device 20, and generate pilot pressure for the directional control valves 101-104.
  • the pilot command processing unit 30 determines the target flow rates for the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a based on the amount of operation of the control levers 15L and 15R, and outputs the results to the pump solenoid valve control unit 31 and the directional control solenoid valve control unit 32.
  • the directional control solenoid valve control unit 32 When the calibration mode flag is disabled, the directional control solenoid valve control unit 32 outputs a command current to the directional control solenoid valves 105a, 105b, ..., 108a, 108b according to the target flow rate of the actuators 5a, 6a, 7a, 8a, and when the calibration mode flag is enabled, it outputs a preset command current for calibration to the directional control solenoid valves 105a, 105b, ..., 108a, 108b.
  • the pump flow rate calculation unit 33 calculates the capacity (discharge volume per revolution) of the hydraulic pumps 9a, 9b from the command current output from the pump solenoid valve control unit 31, and calculates the discharge flow rate (pump flow rate) of the hydraulic pumps 9a, 9b by multiplying this by the engine speed.
  • the engine speed is not limited to the actual measured value input from the engine speed sensor 16a, and may be a control value input from an engine controller (not shown).
  • FIG. 5 is a functional block diagram of the pump solenoid valve control unit 31.
  • the pump solenoid valve control unit 31 has a pump solenoid valve command current calculation unit 40, a calibration-time pump solenoid valve command current calculation unit 41, and a command current switching unit 42.
  • the pump solenoid valve command current calculation unit 40 stores a conversion map M1 that associates the target flow rate (target pump flow rate) of the hydraulic pumps 9a, 9b with the command current of the pump solenoid valve, and when the calibration mode flag is disabled, it outputs a command current corresponding to the target flow rate input from the pilot command processing unit 30, and when the calibration mode flag is enabled, it updates the conversion map M1 stored in itself with the update map M2 (shown in Figure 7) input from the calibration device 24.
  • the calibration-time pump solenoid valve command current calculation unit 41 stores a command current pattern, and when the calibration mode flag is enabled, it outputs a command current according to the elapsed time from the point when the calibration mode flag is enabled.
  • the command current pattern here is for calibration purposes, and is generally set so that the command current increases in a stepped manner with respect to the elapsed time.
  • the command current switching unit 42 When the calibration mode flag is disabled, the command current switching unit 42 outputs the command current input from the pump solenoid valve command current calculation unit 40 to the pump solenoid valve, and when the calibration mode flag is enabled, the command current input from the pump solenoid valve command current calculation unit 41 during calibration to the pump solenoid valve.
  • FIG. 6 is a control block diagram of the directional control solenoid valve control unit 32.
  • the directional control solenoid valve control unit 32 has a directional control solenoid valve command current calculation unit 50, a constant unit 51, and a command current switching unit 52.
  • the directional control solenoid valve command current calculation unit 50 stores a conversion map that associates the target flow rates of the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a with the command currents of the directional control solenoid valves 105a, 105b, ..., 108a, and 108b, and outputs a command current according to the target flow rate input from the pilot command processing unit 30.
  • the constant unit 51 outputs the command current for the directional control solenoid valves 105a, 105b, ..., 108a, 108b during calibration (the command current for holding the directional control valves 101 to 104 in the neutral position).
  • the command current switching unit 52 When the calibration mode flag is disabled, the command current switching unit 52 outputs the command current input from the directional control solenoid valve command current calculation unit 50, and when the calibration mode flag is enabled, it outputs the command current input from the constant unit 51.
  • FIG. 7 is a control block diagram of the calibration device 24.
  • the calibration device 24 has a calibration mode flag output unit 60 and an update map generation unit 61.
  • the calibration device 24 is composed of a controller with a calculation function, an input/output interface that performs signal input/output between external devices, etc., and realizes the functions of each unit by executing a program stored in a storage device such as a ROM.
  • the calibration mode flag output unit 60 sets the calibration mode flag to enabled and outputs it when a calibration instruction signal is input from the calibration instruction device 25, and sets the calibration mode flag to disabled and outputs it when a calibration instruction signal is not input.
  • the update map generation unit 61 When the calibration mode flag input from the calibration mode flag output unit 60 is enabled, the update map generation unit 61 generates and outputs an update map M2 that associates the pump solenoid valve command current input from the control device 20 with the discharge flow rate (pump flow rate) of the hydraulic pumps 9a, 9b.
  • FIG. 9 is a control block diagram showing a second modified example of the calibration mode flag output unit 60.
  • the calibration mode flag output unit 60B sets and outputs the calibration mode flag as valid when a calibration instruction signal is input and the absolute value of the angular velocity of the driven members 2, 5-7 is equal to or less than a threshold value, and sets and outputs the calibration mode flag as invalid in other cases.
  • This configuration makes it possible to prevent the control device 20 from switching to the calibration mode before the actuators 5a, 6a, 7a, 8a stop. As a result, the fluctuation in pump flow rate accompanying the operation of the actuators 5a, 6a, 7a, 8a during calibration is suppressed, improving the calibration accuracy of the actuators 5a, 6a, 7a, 8a.
  • FIG. 10 is a control block diagram showing a third modified example of the calibration mode flag output unit 60.
  • the calibration mode flag output unit 60C sets and outputs the calibration mode flag valid when a calibration instruction signal is input, the absolute value of the angular velocity of the driven members 2, 5-7 is equal to or less than the threshold value, and the machine guidance system is normal, and sets and outputs the calibration mode flag invalid in other cases.
  • the machine guidance system status flag in the figure is the result of determining whether the machine guidance system is normal or not.
  • the machine guidance system status flag becomes a value indicating normal when all the components of the machine guidance system (hydraulic control system 200, attitude sensors 11a-11d, monitor 22, and storage device 26) are normal, and becomes a value indicating abnormality when an abnormality is detected in any of the components.
  • the control device 20 can be prevented from transitioning to the calibration mode regardless of the measured values of the angular velocities of the driven members 2, 5 to 7. As a result, it is possible to reliably suppress fluctuations in the pump flow rate that accompany the operation of the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a during calibration.
  • variable displacement hydraulic pumps 9a, 9b there are variable displacement hydraulic pumps 9a, 9b, regulators 109a, 109b for controlling the pump flow rate which is the discharge flow rate of the hydraulic pumps 9a, 9b, actuators 5a, 6a, 7a, 8a driven by pressure oil supplied from the hydraulic pumps 9a, 9b, and a communication position which enables the supply of pressure oil from the hydraulic pumps 9a, 9b to the actuators 5a, 6a, 7a, 8a and a neutral position which disables the supply of pressure oil from the hydraulic pumps 9a, 9b to the actuators 5a, 6a, 7a, 8a.
  • the hydraulic system includes directional control valves 101-104 that are switchable and control the flow direction of pressure oil supplied from hydraulic pumps 9a, 9b to actuators 5a, 6a, 7a, 8a, operation devices 15L, 15R that instruct the operation of the actuators 5a, 6a, 7a, 8a, and a control device 20 that controls regulators 109a, 109b and the directional control valves 101-104 in response to the operation of the operation devices 15L, 15R.
  • the control device 20 controls a target pump flow rate that is a target value of the pump flow rate and regulators 109a, 109b.
  • the working machine 100 stores a conversion map M1 that corresponds the measured value of the pump flow rate with the command value of the actuator 109a, 109b, calculates the target pump flow rate according to the operation amount of the operating devices 15L, 15R, converts the target pump flow rate to the command value in accordance with the conversion map M1, and outputs a command signal according to the command value to the regulators 109a, 109b.
  • the working machine 100 includes a calibration device 24 that calibrates the actuators 5a, 6a, 7a, 8a, and a calibration instruction device 25 that instructs the calibration device 24 to calibrate the actuators 5a, 6a, 7a, 8a, and when instruction is given to calibrate the actuators 5a, 6a, 7a, 8a, the calibration device 24 instructs the control device 20 to transition to a calibration mode, and in the calibration mode, changes the command value in accordance with a predetermined pattern while holding the directional control valves 101-104 in the neutral position, and after instructing the control device 20 to transition to the calibration mode, creates an update map M2 that corresponds the measured value of the pump flow rate with the command value, and updates the conversion map M1 with the update map M2.
  • the conversion map that associates the target pump flow rate with the regulator command value can be updated without operating the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a.
  • the actuator speed can be calculated from the pump flow rate, the dimensions of the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a, the weight of the driven body, and the like.
  • updating the conversion map M1 is essentially equivalent to calibrating the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a.
  • the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a can be calibrated without operating the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a, so it is possible to shorten the time required for calibration.
  • control device 20 and the calibration device 24 are described as independent devices, but these functions may be implemented in a single controller.
  • the work machine 100 in this embodiment also includes a vehicle body 2, a work device 110 having a work implement 7 attached to the vehicle body 2, multiple actuators 5a, 6a, 7a, 8a that drive the vehicle body 2 and the work device 110, and multiple directional control valves 101-104 that control the flow direction of pressure oil supplied from hydraulic pumps 9a, 9b to the multiple actuators 5a, 6a, 7a, 8a, and in the calibration mode, the control device 20 holds the multiple directional control valves 101-104 in a neutral position regardless of the operation of the operating devices 15L, 15R. This makes it possible to prevent the work machine 100 from operating during calibration.
  • the work machine 100 in this embodiment is also equipped with attitude sensors 11a-11d that measure the attitude of the vehicle body 2 or the work device 110, and the calibration device 24 does not instruct the control device 20 to transition to calibration mode when the change per unit time in the measured values of the attitude sensors 11a-11d exceeds a predetermined threshold value, even if calibration of the actuators 5a, 6a, 7a, 8a is instructed. This prevents the control device 20 from transitioning to calibration mode before the actuators 5a, 6a, 7a stop, making it possible to suppress fluctuations in pump flow rate that accompany the operation of the actuators 5a, 6a, 7a during calibration.
  • the calibration device 24 does not instruct the control device 20 to transition to the calibration mode, regardless of the measurement values of the attitude sensors 11a to 11d. This makes it possible to reliably prevent the control device 20 from transitioning to the calibration mode when the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a are not stopped.
  • the calibration device 24 does not instruct the control device 20 to transition to the calibration mode even if calibration of the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a is instructed. This makes it possible to reliably hold the directional control valves 101 to 104 in the neutral position during calibration.
  • the boom 5 operates automatically to correct the position of the bucket 7. Therefore, in a configuration in which the control device 20 waits for the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a to stop before switching to the calibration mode (as shown in FIG. 9 or FIG. 10), a problem occurs in that the switch to the calibration mode is delayed due to the operation of the boom cylinder 5a unintended by the operator, lengthening the time from when the operator issues a calibration command until the calibration is completed. This embodiment solves this problem.
  • FIG. 11 is a control block diagram of the control device 20 in this embodiment.
  • the control device 20 has a semi-automatic control unit 34.
  • the semi-automatic control unit 34 controls the bucket position so as not to over-dig into the design surface, according to the target flow rate input from the operator command processing unit 30, the attitude information input from the attitude sensors 11a to 11d, and the construction drawing information input from the storage device 26.
  • FIG. 12 is a control block diagram of the semi-automatic control unit 34.
  • the semi-automatic control unit 34 has a toe deviation calculation unit 70, a constant unit 71, a multiplication unit 72, and a boom target flow rate switching unit 73.
  • the toe deviation calculation unit 70 calculates the difference (toe deviation) between the height of the bucket toe position and the height of the design surface based on the posture information and the construction drawing information.
  • the multiplication unit 72 multiplies the toe deviation by the gain input from the constant unit 71 to calculate the boom target flow rate for correcting the bucket position so as not to overdig into the design surface.
  • the boom target flow rate switching unit 73 outputs the boom target flow rate input from the operator command processing unit 30 when the calibration mode switching signal is valid, and outputs the boom target flow rate input from the multiplication unit 72 when the calibration mode switching signal is invalid.
  • the semi-automatic control unit 34 outputs the target flow rate input from the operator command processing unit 30 as it is as the target flow rate for the actuators 6a, 7a, and 8a other than the boom cylinder 5a.
  • the boom target flow rate switching unit 73 when the boom target flow rate switching unit 73 outputs the boom target flow rate input from the operator command processing unit 30 (when the calibration mode switching signal is valid), the semi-automatic control function is invalid, and the actuators 6a, 7a, and 8a are controlled according to the operator's manual operation.
  • the boom target flow rate switching unit 73 outputs the boom target flow rate input from the multiplication unit 72 (when the calibration mode switching signal is invalid), the semi-automatic control function is valid, and the actuators 6a, 7a, and 8a are controlled so that the work tool 6 moves along the design surface.
  • the work machine 100 in this embodiment is equipped with a memory device 26 that stores construction drawing information, and the control device 20 has a semi-automatic control function that controls the operation of the work tool 6 so that the work tool 6 moves along the design surface that is to be constructed by the work tool 6 selected from the construction drawing information, and the calibration device 24 disables the semi-automatic control function when instructed to calibrate the actuators 5a, 6a, 7a, 8a.
  • the semi-automatic control function is disabled immediately after the operator issues an instruction to calibrate the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a, so the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a can be stopped quickly when starting the calibration of the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a.
  • This makes it possible to shorten the time from when the operator issues an instruction to calibrate the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a to when the calibration is completed in a configuration (shown in FIG. 8 or FIG. 9) in which the control device 20 transitions to the calibration mode after waiting for the actuators 5a, 6a, 7a, and 8a to stop.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and includes various modified examples.
  • the above-mentioned embodiments have been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to add part of the configuration of one embodiment to the configuration of another embodiment, and it is also possible to delete part of the configuration of one embodiment or replace it with part of another embodiment.

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Abstract

本発明は、アクチュエータを短時間で校正することが可能な作業機械およびアクチュエータ校正システムを提供することを目的とする。そのために、校正装置は、アクチュエータの校正を指示された場合に、制御装置に対して校正モードへの移行を指示し、前記校正モードにおいて、方向制御弁を中立位置に保持した状態で、ポンプ流量を制御するレギュレータの指令値を所定のパターンに従って変化させ、前記制御装置に対して前記校正モードへの移行を指示した後、前記ポンプ流量の計測値と前記指令値とを対応付けた更新用マップを作成し、前記更新用マップで変換マップを更新する。

Description

作業機械およびアクチュエータ校正システム
　本発明は、油圧ショベル等の作業機械およびアクチュエータ校正システムに関するものである。
　従来の油圧ショベル等の作業機械に搭載される油圧システムとして、エンジン等の原動機により駆動される油圧ポンプと、車体やフロント装置（作業装置）を駆動するアクチュエータと、油圧ポンプからアクチュエータに供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁とを備えたものがある。作業機械の操縦者は、操作レバー等の操作装置を操作することでアクチュエータの動作方向と動作速度を指示することができる。
　また、近年においては、施工を行う地形等に対する設計図である施工図面を入力できる手段と、バケット爪先位置情報や姿勢情報を含む作業具位置を推定し、施工図面の中から作業具位置に近い部分を実際に掘削を行いうる設計面として出力する手段と、設計面と作業具位置の関係を操縦者に通知するモニタとを備えたもの（ガイダンスショベル）がある。さらに、操縦者の操作と設計面と作業具位置の関係から設計面を掘り過ぎないようにブーム動作を制御することでバケットを設計面に沿って移動させる制御を行い、操縦者の操作の補助を行うことで掘削精度の向上を図るもの（半自動制御ショベル）がある。
　このような油圧ショベルにおいては、操縦者やコントローラが要求する速度でアクチュエータが動作するようにアクチュエータを校正することが不可欠である。アクチュエータが油圧シリンダの場合の校正方法を開示する先行技術文献として、例えば特許文献１が挙げられる。
　特許文献１には、ブームとアームとバケットとを含む作業機と、前記作業機を駆動するためのオペレータの操作指令の入力を受け付ける操作装置とを備える建設機械の制御システムであって、前記作業機を駆動する油圧シリンダと、移動可能なスプールを有し、前記スプールの移動により前記油圧シリンダに作動油を供給して前記油圧シリンダを動作させる方向制御弁と、前記操作指令に基づいて前記スプールを移動可能とする制御弁と、前記油圧シリンダのシリンダ速度を検出するシリンダ速度センサと、前記油圧シリンダを動作させる操作指令信号が出力された状態で、前記操作指令信号の値を示す操作指令値及び前記シリンダ速度を示すデータを取得するデータ取得部と、前記データは、前記シリンダ速度が零である初期状態と、前記シリンダ速度が零より大きく所定速度よりも小さい速度領域である微速度領域と、前記シリンダ速度が前記所定速度以上の速度領域である通常速度領域とを含み、前記データ取得部で取得した前記データに基づいて、初期状態の前記油圧シリンダが動作を開始するときの動作開始操作指令値、及び前記操作指令値と前記微速度領域および前記通常速度領域における前記シリンダ速度との関係を示す微速度動作特性および通常速度動作特性を導出する導出部と、前記導出部で導出された前記動作開始操作指令値、及び前記微速度動作特性を記憶する記憶部と、前記記憶部の記憶情報に基づいて、前記作業機を制御する作業機制御部と、を備える建設機械の制御システムが記載されている。
国際公開第２０１５／１３７５２４号公報
　特許文献１に記載の油圧ショベルでは、操作指令値とシリンダ速度との関係を示す微操作動作特性および通常速度動作特性の取得（油圧シリンダの校正に相当）を行う際に、油圧シリンダを動作させる操作指令を出力し、シリンダ速度が安定した後にシリンダ速度を取得する必要があるため、校正に時間がかかる。また、油圧シリンダが駆動する被駆動部材（バケット等のアタッチメント）がより重量の大きいものに変更された場合、被駆動部材の慣性が大きくなることでシリンダ速度が安定するまでの時間が長くなり、校正に要する時間がさらに長くなるという課題が生じる。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクチュエータを短時間で校正することが可能な作業機械およびアクチュエータ校正システムを提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出流量であるポンプ流量を制御するレギュレータと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動されるアクチュエータと、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給を可能とする連通位置と前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給を不能とする中立位置とに切換可能であり、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへ供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁と、前記アクチュエータの動作を指示する操作装置と、前記操作装置の操作に応じて前記レギュレータおよび前記方向制御弁を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記ポンプ流量の目標値である目標ポンプ流量と前記レギュレータの指令値とを対応付けた変換マップを記憶しており、前記操作装置の操作量に応じた前記目標ポンプ流量を算出し、前記変換マップに従って前記目標ポンプ流量を前記指令値に変換し、前記指令値に応じた指令信号を前記レギュレータへ出力する作業機械において、前記アクチュエータの校正を行う校正装置と、前記校正装置に対して前記アクチュエータの校正を指示する校正指示装置とを備え、前記校正装置は、前記アクチュエータの校正を指示された場合に、前記制御装置に対して校正モードへの移行を指示し、前記校正モードにおいて、前記方向制御弁を前記中立位置に保持した状態で前記指令値を所定のパターンに従って変化させ、前記制御装置に対して前記校正モードへの移行を指示した後、前記ポンプ流量の計測値と前記指令値とを対応付けた更新用変換マップを作成し、前記更新用変換マップで前記変換マップを更新するものとする。
　また、本発明は、可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出流量であるポンプ流量を制御するレギュレータと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動されるアクチュエータと、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給を可能とする連通位置と前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給を不能とする中立位置とに切換可能であり、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへ供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁と、前記アクチュエータの動作を指示する操作装置と、前記ポンプ流量の目標値である目標ポンプ流量と前記レギュレータの指令値とを対応付けた変換マップを記憶しており、前記操作装置の操作量に応じた前記目標ポンプ流量を算出し、前記変換マップに従って前記目標ポンプ流量を前記指令値に変換し、前記指令値に応じた指令信号を前記レギュレータへ出力し、前記操作装置の操作に応じて前記方向制御弁を制御する制御装置と、を備えた作業機械に対して、前記アクチュエータの校正を行う校正装置を有するアクチュエータ校正システムにおいて、前記校正装置は、前記制御装置に対して校正モードへの移行を指示し、前記校正モードにおいて、前記方向制御弁を前記中立位置に保持させた状態で前記指令値を所定のパターンに従って変化させ、前記制御装置に対して前記校正モードへの移行を指示した後、前記ポンプ流量の計測値と前記指令値とを対応付けた更新用変換マップを作成し、前記更新用変換マップで前記変換マップを更新するものとする。
　以上のように構成した本発明によれば、アクチュエータを動作させることなくアクチュエータの校正を行うことができるため、校正に要する時間を短縮することが可能となる。また、校正時にアクチュエータの動作に伴うポンプ流量の変動が抑えられるため、校正精度の低下を抑制することが可能となる。
　本発明に係る作業機械またはアクチュエータ校正システムによれば、アクチュエータを短時間で校正することが可能となる。
本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの側面図 本発明の第１の実施例における油圧制御システムの構成図 本発明の第１の実施例における油圧装置の構成図 本発明の第１の実施例における制御装置の制御ブロック図 本発明の第１の実施例におけるポンプ電磁弁制御部の制御ブロック図 本発明の第１の実施例における方向制御電磁弁制御部の制御ブロック図 本発明の第１の実施例における校正装置の制御ブロック図 本発明の第１の実施例における校正指令出力処理部の第１の変形例を示す制御ブロック図 本発明の第１の実施例における校正指令出力処理部の第２の変形例を示す制御ブロック図 本発明の第１の実施例における校正指令出力処理部の第３の変形例を示す制御ブロック図 本発明の第２の実施例における制御装置の制御ブロック図 本発明の第２の実施例における半自動制御部の制御ブロック図
　以下、本発明の実施の形態に係る作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
　図１は、本発明の第１の実施例における油圧ショベルの側面図である。油圧ショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１上に旋回装置８を介して旋回可能に搭載された車体としての上部旋回体２と、上部旋回体２の前側に上下方向に回動可能に連結された作業装置１１０とを備えている。
　上部旋回体２は、基礎下部構造をなす旋回フレーム２ａを有する。旋回フレーム２ａの前側には、作業装置１１０が上下方向に回動可能に連結されている。旋回フレーム２ａの後側には、作業装置１１０との重量バランスを取るためのカウンタウェイト３が取り付けられている。旋回フレーム２ａの左側前部には、運転室４が設けられている。運転室４内には、上部旋回体２および作業装置１１０を操作するための操作装置である左操作レバー１５Ｌおよび右操作レバー１５Ｒ（図２または図３に示す）等が配置されている。旋回フレーム２ａ上には、原動機としてのエンジン１６、エンジン１６によって駆動される１つ以上の油圧ポンプ９ａ，９ｂ（図３に示す）からなるポンプ装置９、旋回装置８を駆動する旋回モータ８ａ、複数の方向制御弁からなるコントロールバルブユニット１０等が搭載されている。コントロールバルブユニット１０は、ポンプ装置９から旋回モータ８ａおよび後述するブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａを含む複数のアクチュエータに供給される圧油の流れを制御する。エンジン１６には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ１６ａが取り付けられている。
　作業装置１１０は、基端部が旋回フレーム２ａの右側前部に上下方向に回動可能に連結されたブーム５と、ブーム５の先端部に上下、前後方向に回動可能に連結され、ブーム５によって昇降されるアーム６と、アーム６の先端部に上下、前後方向に回動可能に連結され、ブーム５またはアーム６によって昇降される作業具としてのバケット７と、ブーム５を駆動するブームシリンダ５ａと、アーム６を駆動するアームシリンダ６ａと、バケット７を駆動するバケットシリンダ７ａとを備えている。
　上部旋回体２、ブーム５、アーム６、バケットシリンダ７ａのロッド先端部をアーム６とバケット７とに連結するバケットリンク７ｂには、姿勢センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄがそれぞれ取り付けられている。姿勢センサ１１ａ～１１ｄは角度センサやＩＭＵで構成される。
　図２は、油圧ショベル１００に搭載される油圧制御システムの構成図である。油圧制御システム２００は、操作レバー１５Ｌ，１５Ｒと、制御装置２０と、油圧装置２３とを備えている。
　操作レバー１５Ｌ，１５Ｒは、操縦者が油圧ショベル１００の動作を制御装置２０に指示するための装置であり、操縦者によるレバー操作に応じた操作信号を制御装置２０へ出力する。制御装置２０は、操作レバー１５Ｌ，１５Ｒからの操作信号と施工図面情報と姿勢センサ１１ａ～１１ｄからの姿勢情報とに応じて、油圧装置２３に指令電流を出力する。また、制御装置２０は、後述するポンプ電磁弁の指令電流とエンジン回転数とに基づいて、後述する油圧ポンプ９ａ，９ｂの吐出流量（ポンプ流量）を算出し、ポンプ電磁弁の指令電流とともに校正装置２４へ出力する。
　油圧装置２３は、制御装置２０からの指令電流に応じてブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａ、および旋回モータ８ａに圧油を供給し、ブーム５、アーム６、バケット７、および旋回装置８を駆動する。
　モニタ２２は、制御装置２０から出力される情報（作業具位置、設計面、施工図面）を表示することができる。
　校正装置２４は、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を行う装置であり、アクチュエータ校正システムを構成する。アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正は、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの動作速度を校正することを意味する。校正装置２４は、スイッチ等からなる校正指示装置２５からアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を指示する信号（校正指示信号）が入力されると、校正モードへの移行を指示する情報（校正モードフラグ）を制御装置２０へ出力し、制御装置２０が記憶している変換マップＭ１（図５に示す）を更新する更新用マップＭ２（図７に示す）を制御装置２０へ出力する。なお、油圧制御システム２００に姿勢センサ１１ａ～１１ｄ、モニタ２２、施工図面情報を記憶する記憶装置２６を加えたシステムをマシンガイダンスシステムとする。本実施例における校正装置２４および校正指示装置２５は油圧ショベル１００に搭載されているが、油圧ショベル１００から独立した機器で構成し、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を行う際に制御装置２０に接続しても良い。
　図３は、油圧装置２３の構成図である。油圧装置２３は、作動油を貯留するタンク１１１と、タンク１１１から吸入した作動油を加圧して吐出する可変容量型の油圧ポンプ９ａ，９ｂと、制御装置２０からの指令電流に応じて油圧ポンプ９ａ，９ｂの容量を制御するレギュレータ１０９ａ，１０９ｂと、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａと、油圧ポンプ９ａ，９ｂからアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａに供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁１０１～１０４と、制御装置２０からの指令電流に応じて方向制御弁１０１～１０４のパイロット圧を生成する電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂ（以下、方向制御電磁弁）とを備えている。
　油圧ポンプ９ａ，９ｂは、斜板または斜軸の角度（傾転角）に応じて容量（１回転当たりの吐出量）を変化させる。レギュレータ１０９ａ，１０９ｂは、油圧ポンプ９ａ，９ｂの斜板または斜軸を駆動するピストン、および当該ピストンの駆動圧（パイロット圧）を生成する電磁弁（以下、ポンプ電磁弁）を内蔵している。ポンプ電磁弁は、パイロットポンプ（図示せず）から入力されるパイロット一次圧を制御装置２０から出力される指令電流に応じて減圧してパイロット圧を生成する。油圧ポンプ９ａ，９ｂの吐出流量（ポンプ流量）は、油圧ポンプ９ａ，９ｂの容量にエンジン１６（図１に示す）の回転数を掛けることで求められる。油圧ポンプ９ａ，９ｂの容量は、レギュレータ１０９ａ，１０９ｂのパイロット圧またはポンプ電磁弁の指令電流から求めることができる。
　方向制御弁１０１～１０４は、油圧ポンプ９ａ，９ｂからアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａへの圧油の供給を可能とする２つの連通位置と油圧ポンプ９ａ，９ｂからアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａへの圧油の供給を不能とする中立位置とに切換可能であり、方向制御電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，…，１０８ａ，１０８ｂから出力されるパイロット圧に応じて切り換えられる。方向制御電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，…，１０８ａ，１０８ｂは、パイロットポンプ（図示せず）から入力されるパイロット一次圧を制御装置２０から出力される指令電流に応じて減圧し、方向制御弁１０１～１０４のパイロット圧を生成する。
　図４は、制御装置２０の機能ブロック図である。制御装置２０は、操縦者指令処理部３０と、ポンプ電磁弁制御部３１と、方向制御電磁弁制御部３２と、ポンプ流量演算部３３とを有する。制御装置２０は、演算処理機能を有するコントローラ、外部機器との間の信号入出力を行う入出力インタフェース等で構成され、ＲＯＭ等の記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各部の機能を実現する。
　操縦者指令処理部３０は、操作レバー１５Ｌ，１５Ｒの操作量に基づいてアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの目標流量を決定し、ポンプ電磁弁制御部３１および方向制御電磁弁制御部３２へ出力する。
　ポンプ電磁弁制御部３１は、校正モードフラグが無効の場合は、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの目標流量に応じた指令電流をポンプ電磁弁へ出力し、校正モードフラグが有効の場合は、予め設定されている校正用の指令電流をポンプ電磁弁へ出力する。また、ポンプ電磁弁制御部３１は、校正モードフラグが有効でかつ更新用マップＭ２が入力された場合は、変換マップＭ１（図５に示す）を更新用マップＭ２で更新する。
　方向制御電磁弁制御部３２は、校正モードフラグが無効の場合は、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの目標流量に応じて、方向制御電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，…，１０８ａ，１０８ｂへ指令電流を出力し、校正モードフラグが有効の場合は、予め設定されている校正用の指令電流を方向制御電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，…，１０８ａ，１０８ｂへ出力する。
　ポンプ流量演算部３３は、ポンプ電磁弁制御部３１から出力される指令電流から油圧ポンプ９ａ，９ｂの容量（１回転当たりの吐出量）を算出し、これにエンジン回転数を掛けることで油圧ポンプ９ａ，９ｂの吐出流量（ポンプ流量）を算出する。なお、エンジン回転数は、エンジン回転数センサ１６ａから入力される実測値に限られず、図示しないエンジンコントローラから入力される制御値であっても良い。
　図５は、ポンプ電磁弁制御部３１の機能ブロック図である。ポンプ電磁弁制御部３１は、ポンプ電磁弁指令電流演算部４０と、校正時ポンプ電磁弁指令電流演算部４１と、指令電流切替部４２とを有する。
　ポンプ電磁弁指令電流演算部４０は、油圧ポンプ９ａ，９ｂの目標流量（目標ポンプ流量）とポンプ電磁弁の指令電流とを対応付けた変換マップＭ１を記憶しており、校正モードフラグが無効の場合は、操縦者指令処理部３０から入力される目標流量に応じた指令電流を出力し、校正モードフラグが有効の場合は、校正装置２４から入力される更新用マップＭ２（図７に示す）で自身が記憶している変換マップＭ１を更新する。
　校正時ポンプ電磁弁指令電流演算部４１は、指令電流パターンを記憶しており、校正モードフラグが有効の場合は、校正モードフラグが有効となった時点からの経過時間に応じた指令電流を出力する。ここでいう指令電流パターンは校正用のものであり、一般的には経過時間に対して指令電流が階段状に増加していくように設定されている。
　指令電流切替部４２は、校正モードフラグが無効の場合は、ポンプ電磁弁指令電流演算部４０から入力される指令電流をポンプ電磁弁へ出力し、校正モードフラグが有効の場合は、校正時ポンプ電磁弁指令電流演算部４１から入力される指令電流をポンプ電磁弁へ出力する。
　図６は、方向制御電磁弁制御部３２の制御ブロック図である。方向制御電磁弁制御部３２は、方向制御電磁弁指令電流演算部５０と、定数部５１と、指令電流切替部５２とを有する。
　方向制御電磁弁指令電流演算部５０は、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの目標流量と方向制御電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，…，１０８ａ，１０８ｂの指令電流とを対応付けた変換マップを記憶しており、操縦者指令処理部３０から入力される目標流量に応じた指令電流を出力する。
　定数部５１は、校正時の方向制御電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，…，１０８ａ，１０８ｂの指令電流（方向制御弁１０１～１０４を中立位置に保持するための指令電流）を出力する。
　指令電流切替部５２は、校正モードフラグが無効の場合は、方向制御電磁弁指令電流演算部５０から入力される指令電流を出力し、校正モードフラグが有効の場合は、定数部５１から入力される指令電流を出力する。
　図７は、校正装置２４の制御ブロック図である。校正装置２４は、校正モードフラグ出力部６０と、更新用マップ生成部６１とを有する。校正装置２４は、制御装置２０と同じく、演算処理機能を有するコントローラ、外部機器との間の信号入出力を行う入出力インタフェース等で構成され、ＲＯＭ等の記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各部の機能を実現する。
　校正モードフラグ出力部６０は、校正指示装置２５から校正指示信号が入力された場合は校正モードフラグを有効に設定して出力し、そうでない場合は校正モードフラグを無効に設定して出力する。
　更新用マップ生成部６１は、校正モードフラグ出力部６０から入力される校正モードフラグが有効の場合に、制御装置２０から入力されるポンプ電磁弁の指令電流と油圧ポンプ９ａ，９ｂの吐出流量（ポンプ流量）とを対応付けた更新用マップＭ２を生成して出力する。
　図８は、校正モードフラグ出力部６０の第１の変形例を示す制御ブロック図である。校正モードフラグ出力部６０Ａは、校正指示信号の入力が有り、かつ方向制御電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，…，１０８ａ，１０８ｂが正常な場合に校正モードフラグを有効に設定して出力し、そうでない場合は校正モードフラグを無効に設定して出力する。図中の方向制御電磁弁状態フラグは、方向制御電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，…，１０８ａ，１０８ｂが正常か否かの判定結果である。例えば電磁弁の電気回路が短絡（ショート）した場合、電磁弁に電流を流すことができなくなる。したがって、制御装置２０で方向制御電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，…，１０８ａ，１０８ｂに流れる電流をモニタすることにより、方向制御電磁弁１０５ａ，１０５ｂ，…，１０８ａ，１０８ｂが正常か否かを判定することが可能である。このように構成することで、方向制御弁１０１～１０４の動作に支障がない場合に限り制御装置２０が校正モードへ移行するため、校正時に方向制御弁１０１～１０４を中立位置に確実に保持することが可能となる。
　図９は、校正モードフラグ出力部６０の第２の変形例を示す制御ブロック図である。校正モードフラグ出力部６０Ｂは、校正指示信号の入力が有り、かつ被駆動部材２，５～７の角速度の絶対値が閾値以下の場合に校正モードフラグを有効に設定して出力し、その他の場合は校正モードフラグを無効に設定して出力する。このように構成することで、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａが停止する前に制御装置２０が校正モードへ移行することを防ぐことができる。その結果、校正時にアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの動作に伴うポンプ流量の変動が抑制されるため、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正精度が向上する。
　図１０は、校正モードフラグ出力部６０の第３の変形例を示す制御ブロック図である。校正モードフラグ出力部６０Ｃは、校正指示信号の入力が有り、かつ被駆動部材２，５～７の角速度の絶対値が閾値以下であり、かつマシンガイダンスシステムが正常な場合に校正モードフラグを有効に設定して出力し、その他の場合は校正モードフラグを無効に設定して出力する。図中のマシンガイダンスシステム状態フラグは、マシンガイダンスシステムが正常か否かの判定結果である。マシンガイダンスシステム状態フラグは、マシンガイダンスシステムの全ての構成機器（油圧制御システム２００、姿勢センサ１１ａ～１１ｄ、モニタ２２、および記憶装置２６）が正常な場合に正常を示す値となり、いずれかの構成機器に異常が検出された場合は異常を示す値となる。例えば姿勢センサ１１ａ～１１ｄが短絡（ショート）した場合、姿勢センサ１１ａ～１１ｄの出力電流または出力電圧がゼロになる。したがって、姿勢センサ１１ａ～１１ｄの出力を制御装置２０でモニタすることにより、姿勢センサ１１ａ～１１ｄが正常か否かを判定することができる。その他の構成機器が正常か否かを判定する方法については説明を省略する。このように構成することで、マシンガイダンスシステムに異常がある場合は、被駆動部材２，５～７の角速度の計測値に関わらず、制御装置２０が校正モードへ移行することを防ぐことができる。その結果、校正時にアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの動作に伴うポンプ流量の変動を確実に抑制することが可能となる。
　（まとめ）
　本実施例では、可変容量型の油圧ポンプ９ａ，９ｂと、油圧ポンプ９ａ，９ｂの吐出流量であるポンプ流量を制御するレギュレータ１０９ａ，１０９ｂと、油圧ポンプ９ａ，９ｂから供給される圧油によって駆動されるアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａと、油圧ポンプ９ａ，９ｂからアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａへの圧油の供給を可能とする連通位置と油圧ポンプ９ａ，９ｂからアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａへの圧油の供給を不能とする中立位置とに切換可能であり、油圧ポンプ９ａ，９ｂからアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａへ供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁１０１～１０４と、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの動作を指示する操作装置１５Ｌ，１５Ｒと、操作装置１５Ｌ，１５Ｒの操作に応じてレギュレータ１０９ａ，１０９ｂおよび方向制御弁１０１～１０４を制御する制御装置２０とを備え、制御装置２０は、前記ポンプ流量の目標値である目標ポンプ流量とレギュレータ１０９ａ，１０９ｂの指令値とを対応付けた変換マップＭ１を記憶しており、操作装置１５Ｌ，１５Ｒの操作量に応じた前記目標ポンプ流量を算出し、変換マップＭ１に従って前記目標ポンプ流量を前記指令値に変換し、前記指令値に応じた指令信号をレギュレータ１０９ａ，１０９ｂへ出力する作業機械１００において、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を行う校正装置２４と、校正装置２４に対してアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を指示する校正指示装置２５とを備え、校正装置２４は、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を指示された場合に、制御装置２０に対して校正モードへの移行を指示し、前記校正モードにおいて、方向制御弁１０１～１０４を前記中立位置に保持した状態で前記指令値を所定のパターンに従って変化させ、制御装置２０に対して前記校正モードへの移行を指示した後、前記ポンプ流量の計測値と前記指令値とを対応付けた更新用マップＭ２を作成し、更新用マップＭ２で変換マップＭ１を更新する。
　以上のように構成した本実施例により達成される効果について、従来技術と比較して説明する。従来技術では、油圧シリンダの校正を行う際に、油圧シリンダを動作させる操作指令を出力し、シリンダ速度が安定した後にシリンダ速度を取得する必要があるため、校正に時間がかかる。また、油圧シリンダが駆動する被駆動部材（バケット等のアタッチメント）がより重量の大きいものに変更された場合、被駆動部材の慣性が大きくなることでシリンダ速度が安定するまでの時間が長くなり、校正に要する時間がさらに長くなるという課題が生じる。
　これに対し、本実施例では、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａを動作させることなく、目標ポンプ流量とレギュレータの指令値とを対応付けた変換マップを更新することができる。ここで、アクチュエータ速度は、ポンプ流量、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの寸法、被駆動体の重量等から演算で求めることができる。すなわち、変換マップＭ１を更新することは、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａを校正することと実質的に同義である。このように、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａを動作させることなくアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａを校正することができるため、校正に要する時間を短縮することが可能となる。また、校正時にアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの動作に伴うポンプ流量の変動が抑えられるため、校正精度の低下を抑制することが可能となる。なお、本実施例では、制御装置２０と校正装置２４を独立した装置として説明したが、これらの機能は単一のコントローラに実装しても良い。
　また、本実施例における作業機械１００は、車体２と、車体２に取り付けられた、作業具７を有する作業装置１１０と、車体２および作業装置１１０を駆動する複数のアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａと、油圧ポンプ９ａ，９ｂから複数のアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａへ供給される圧油の流れ方向を制御する複数の方向制御弁１０１～１０４とを備え、制御装置２０は、前記校正モードにおいて、操作装置１５Ｌ，１５Ｒの操作に関わらず、複数の方向制御弁１０１～１０４を中立位置に保持する。これにより、校正時に作業機械１００が動作することを防ぐことが可能となる。
　また、本実施例における作業機械１００は、車体２または作業装置１１０の姿勢を計測する姿勢センサ１１ａ～１１ｄを備え、校正装置２４は、姿勢センサ１１ａ～１１ｄの計測値の時間当たりの変化が所定の閾値を超える場合は、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を指示された場合であっても、制御装置２０に対して校正モードへの移行を指示しない。これにより、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａが停止する前に制御装置２０が校正モードに移行することが無くなるため、校正時にアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａの動作に伴うポンプ流量の変動を抑えることが可能となる。
　また、本実施例における校正装置２４は、姿勢センサ１１ａ～１１ｄに異常がある場合は、姿勢センサ１１ａ～１１ｄの計測値に関わらず、制御装置２０に対して校正モードへの移行を指示しない。これにより、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａが停止していない状態で制御装置２０が校正モードへ移行することを確実に防ぐことが可能となる。
　また、本実施例における校正装置２４は、方向制御弁１０１～１０４の動作に支障がある場合は、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を指示された場合であっても、制御装置２０に対して校正モードへの移行を指示しない。これにより、校正時に方向制御弁１０１～１０４を中立位置に確実に保持することが可能となる。
　本発明の第２の実施例に係る作業機械について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。
　半自動制御機能を有する油圧ショベル１００では、バケット７の位置を補正するためにブーム５が自動で動作する。そのため、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａが停止するのを待ってから制御装置２０を校正モードへ移行させる構成（図９または図１０に示す）の場合、操縦者の意図しないブームシリンダ５ａの動作に起因して校正モードへの移行が遅れ、操縦者が校正を指示してから校正が完了するまでの時間が長くなるという課題が生じる。本実施例はこの課題を解決するものである。
　図１１は、本実施例における制御装置２０の制御ブロック図である。制御装置２０は、第１の実施例（図３に示す）の構成に加え、半自動制御部３４を有する。半自動制御部３４は、操縦者指令処理部３０から入力される目標流量と、姿勢センサ１１ａ～１１ｄから入力される姿勢情報と、記憶装置２６から入力される施工図面情報とに応じて、設計面を掘り過ぎないようにバケット位置を制御する。
　図１２は、半自動制御部３４の制御ブロック図である。半自動制御部３４は、爪先偏差演算部７０と、定数部７１と、乗算部７２と、ブーム目標流量切替部７３とを有する。
　爪先偏差演算部７０は、姿勢情報と施工図面情報とを基に、バケット爪先位置の高さと設計面の高さの差分（爪先偏差）を算出する。乗算部７２は、定数部７１から入力されるゲインを爪先偏差に掛けることにより、設計面を掘り過ぎないようにバケット位置を補正するためのブーム目標流量を算出する。
　ブーム目標流量切替部７３は、校正モード切替信号が有効な場合は操縦者指令処理部３０から入力されるブーム目標流量を出力し、校正モード切替信号が無効な場合は乗算部７２から入力されるブーム目標流量を出力する。なお、図示は省略しているが、半自動制御部３４は、ブームシリンダ５ａ以外のアクチュエータ６ａ，７ａ，８ａの目標流量として、操縦者指令処理部３０から入力される目標流量をそのまま出力する。すなわち、ブーム目標流量切替部７３が操縦者指令処理部３０から入力されるブーム目標流量を出力する場合（校正モード切替信号が有効な場合）は、半自動制御機能が無効となり、操縦者の手動操作に応じてアクチュエータ６ａ，７ａ，８ａが制御される。一方、ブーム目標流量切替部７３が乗算部７２から入力されるブーム目標流量を出力する場合（校正モード切替信号が無効な場合）は、半自動制御機能が有効となり、作業具６が設計面に沿って移動するようにアクチュエータ６ａ，７ａ，８ａに制御される。
　（まとめ）
　本実施例における作業機械１００は、施工図面情報を記憶する記憶装置２６を備え、制御装置２０は、前記施工図面情報から選択した作業具６の施工対象となる設計面に沿って作業具６が移動するように作業具６の動作を制御する半自動制御機能を有し、校正装置２４がアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を指示されたタイミングで前記半自動制御機能を無効とする。
　以上のように構成した本実施例によれば、操縦者がアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を指示した直後に半自動制御機能が無効となるため、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を開始する際に速やかにアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａを停止させることができる。これにより、アクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａが停止するのを待ってから制御装置２０を校正モードへ移行させる構成（図８または図９に示す）において、操縦者がアクチュエータ５ａ，６ａ，７ａ，８ａの校正を指示してから校正が完了するまでの時間を短縮することが可能となる。
　以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。
　１…下部走行体、２…上部旋回体（車体）、２ａ…旋回フレーム、３…カウンタウェイト、４…運転室、５…ブーム、５ａ…ブームシリンダ（アクチュエータ）、６…アーム、６ａ…アームシリンダ（アクチュエータ）、７…バケット、７ａ…バケットシリンダ（アクチュエータ）、８…旋回装置、８ａ…旋回モータ（アクチュエータ）、９…ポンプ装置、９ａ，９ｂ…油圧ポンプ、１０…コントロールバルブユニット、１１ａ～１１ｄ…姿勢センサ、１５Ｌ…左操作レバー（操作装置）、１５Ｒ…右操作レバー（操作装置）、１６…エンジン、２０…制御装置、２２…モニタ、２３…油圧装置、２４…校正装置、２５…校正指示装置、２６…記憶装置、３０…操縦者指令処理部、３１…ポンプ電磁弁制御部、３２…方向制御電磁弁制御部、３３…ポンプ流量演算部、３４…半自動制御部、４０…ポンプ電磁弁指令電流演算部、４１…校正時ポンプ電磁弁指令電流演算部、４２…指令電流切替部、５０…方向制御電磁弁指令電流演算部、５１…定数部、５２…指令電流切替部、６０…校正モードフラグ出力部、６１…更新用マップ生成部、７０…爪先偏差演算部、７１…定数部、７２…乗算部、７３…ブーム目標流量切替部、１００…油圧ショベル（作業機械）、１０１～１０４…方向制御弁、１０５ａ，１０５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，１０７ａ，１０７ｂ，１０８ａ，１０８ｂ…方向制御電磁弁、１０９ａ，１０９ｂ…レギュレータ、１１０…作業装置、１１１…タンク、２００…油圧制御システム、Ｍ１…変換マップ、Ｍ２…更新用マップ。

Claims (7)

  1. 　可変容量型の油圧ポンプと、
    　前記油圧ポンプの吐出流量であるポンプ流量を制御するレギュレータと、
    　前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動されるアクチュエータと、
    　前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給を可能とする連通位置と前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給を不能とする中立位置とに切換可能であり、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへ供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁と、
    　前記アクチュエータの動作を指示する操作装置と、
    　前記操作装置の操作に応じて前記レギュレータおよび前記方向制御弁を制御する制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、前記ポンプ流量の目標値である目標ポンプ流量と前記レギュレータの指令値とを対応付けた変換マップを記憶しており、前記操作装置の操作量に応じた前記目標ポンプ流量を算出し、前記変換マップに従って前記目標ポンプ流量を前記指令値に変換し、前記指令値に応じた指令信号を前記レギュレータへ出力する作業機械において、
    　前記アクチュエータの校正を行う校正装置と、
    　前記校正装置に対して前記アクチュエータの校正を指示する校正指示装置とを備え、
    　前記校正装置は、
    　前記アクチュエータの校正を指示された場合に、前記制御装置に対して校正モードへの移行を指示し、
    　前記校正モードにおいて、前記方向制御弁を前記中立位置に保持させた状態で前記指令値を所定のパターンに従って変化させ、
    　前記制御装置に対して前記校正モードへの移行を指示した後、前記ポンプ流量の計測値と前記指令値とを対応付けた更新用変換マップを作成し、前記更新用変換マップで前記変換マップを更新する
    　ことを特徴とする作業機械。
  2. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　車体と、
    　前記車体に取り付けられた、作業具を有する作業装置と、
    　前記車体および前記作業装置を駆動する、前記アクチュエータを含む複数のアクチュエータと、
    　前記油圧ポンプから前記複数のアクチュエータへ供給される圧油の流れ方向を制御する、前記方向制御弁を含む複数の方向制御弁とを備え、
    　前記制御装置は、前記校正モードにおいて、前記操作装置の操作に関わらず、前記複数の方向制御弁を前記中立位置に保持する
    　ことを特徴とする作業機械。
  3. 　請求項２に記載の作業機械において、
    　前記車体または前記作業装置の角度を計測する角度センサを備え、
    　前記校正装置は、前記角度センサの計測値の時間当たりの変化が所定の閾値を超える場合は、前記アクチュエータの校正を指示された場合であっても、前記制御装置に対して前記校正モードへの移行を指示しない
    　ことを特徴とする作業機械。
  4. 　請求項３に記載の作業機械において、
    　前記校正装置は、前記角度センサに異常がある場合は、前記角度センサの計測値に関わらず、前記制御装置に対して前記校正モードへの移行を指示しない
    　ことを特徴とする作業機械。
  5. 　請求項２に記載の作業機械において、
    　施工図面情報を記憶する記憶装置を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記施工図面情報から選択した前記作業具の施工対象となる設計面に沿って前記作業具が移動するように前記作業具の動作を制御する半自動制御機能を有し、
    　前記校正装置が前記アクチュエータの校正を指示されたタイミングで前記半自動制御機能を無効とする。
    　ことを特徴とする作業機械。
  6. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記校正装置は、前記方向制御弁の動作に支障がある場合は、前記アクチュエータの校正を指示された場合であっても、前記制御装置に対して前記校正モードへの移行を指示しない
    　ことを特徴とする作業機械。
  7. 　可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出流量であるポンプ流量を制御するレギュレータと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動されるアクチュエータと、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給を可能とする連通位置と前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給を不能とする中立位置とに切換可能であり、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへ供給される圧油の流れ方向を制御する方向制御弁と、前記アクチュエータの動作を指示する操作装置と、前記ポンプ流量の目標値である目標ポンプ流量と前記レギュレータの指令値とを対応付けた変換マップを記憶しており、前記操作装置の操作量に応じた前記目標ポンプ流量を算出し、前記変換マップに従って前記目標ポンプ流量を前記指令値に変換し、前記指令値に応じた指令信号を前記レギュレータへ出力し、前記操作装置の操作に応じて前記方向制御弁を制御する制御装置と、を備えた作業機械に対して、前記アクチュエータの校正を行う校正装置を有するアクチュエータ校正システムにおいて、
    　前記校正装置は、
    　前記制御装置に対して校正モードへの移行を指示し、
    　前記校正モードにおいて、前記方向制御弁を前記中立位置に保持させた状態で前記指令値を所定のパターンに従って変化させ、
    　前記制御装置に対して前記校正モードへの移行を指示した後、前記ポンプ流量の計測値と前記指令値とを対応付けた更新用変換マップを作成し、
    　前記更新用変換マップで前記変換マップを更新する
    　ことを特徴とするアクチュエータ校正システム。
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