JP2020029668A - 建設機械 - Google Patents
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Abstract
Description
作業機を有する上部旋回体と、
旋回軸を介して前記上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体と、
前記上部旋回体を旋回させる電動旋回モータと、
前記上部旋回体の回転速度を表す値を取得する回転速度取得部と、
前記上部旋回体の現在姿勢を検出する姿勢センサと、
操作部の操作量に応じて前記電動旋回モータに対するトルク指令値を出力するトルク指令値生成部と、
前記トルク指令値で前記電動旋回モータが駆動した際に発生すべき基準角加速度を算出する基準角加速度算出部と、
前記回転速度から求まる実角加速度と前記基準角加速度との偏差及び前記現在姿勢に基づき、基準姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分である基準重力トルクを算出する基準重力トルク算出部と、
前記基準重力トルクと前記現在姿勢とに基づき、前記現在姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を補償するための重力補償トルクを算出する重力補償トルク算出部と、
前記現在姿勢において重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、前記トルク指令値を前記重力補償トルクで補正する補正部と、
を備える。
それでいて、トルク指令値で電動旋回モータが駆動した際に発生すべき基準角加速度と実角加速度との偏差及び現在姿勢に基づき、基準姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分である基準重力トルクを算出しているので、重量が変化したり、ブーム又はアームが伸縮したりしても、現在姿勢で発生する重力によるトルク成分を適切に打ち消すことが可能となる。
したがって、重力により発生するトルク成分の悪影響を発現させず、傾斜地において快適に旋回操作を行うことが可能となる。
以下に、本開示の第1実施形態について図面を参照しながら説明する。
補正前のトルク指令値tTCal[Nm]=補正後のトルク指令値i-1−重力補償トルクi-1
tTCalの単位は、ニュートン・メートルである。ここで、補正後のトルク指令値と重力補償トルクに「i−1」がついているのは、前回の値という意味である。iは現時点を示し、i−1は前回値を示す。特に表記がない場合は、現在値である。
補償後のトルク指令値tTCal_Filt = α * tTCal +(1−α)*tTCal_Filti-1
本実施形態では、ローパスフィルタを使用しているが、トルク指令値を遅らせることができれば、これに限定されない。
なお、位相補償部55は、精度が悪化するが省略可能である。
tTVis=KCVIS×ωSWING
除去後のトルク指令値tTCal_Fin=tTCal_Filt − tTVis
ここで、KCVISは粘性摩擦係数である。なお、粘性摩擦除去部56は、精度が悪化するが省略可能である。
角加速度ReferAcc=トルク指令値tTCal_Fin * テーブル(TGBASE_SWING)
イナーシャ(慣性モーメント)の逆数は、基準重力トルクTGBASE_SWINGを入力とするテーブルにより取得する。テーブルは、作業機12を含む上部旋回体13のイナーシャを表す値(イナーシャの逆数)を基準重力トルクに予め対応付けた相関データ57aである。基準重力トルクとイナーシャ(慣性モーメント)とは1:1の関係ではなく、基準重力トルクからイナーシャを直接算出できない。しかし、相関データ57aにおいて未確定の変数については、バックホー1では変化が少ないとして近似している。このように、相関データにおいて予め近似値として対応付けてあるので、イナーシャを表す値(イナーシャの逆数)を導出でき、基準角加速度を算出可能となる。相関データ57aには、予測値又は実測値が用いられる。
実角加速度ActAcc=(ωSWING − ωSWING,i-1)/ΔT[s]
角加速度偏差DelAcc=−(ActAcc−ReferAcc)
基準重力トルクTGBASE_SWING=基準重力トルクTGBASE_SWING i-1 +ゲイン×角加速度偏差DelAcc
ゲインには、重力ベクトルと旋回方向との内積値[cos(ピッチ角)×sin(ロール角)]との積をとることで、傾斜により重力が旋回に寄与する場合のみ学習が有効になるようにしている。
ゲイン=ゲイン定数×cos(ピッチ角)×sin(ロール角)
例えば、角加速度偏差DelAccに変換係数を掛けることで、基準重力トルクTGBASE_SWINGを直接算出するように構成してもよいし、角加速度偏差DelAccを入力値として基準重力トルクTGBASE_SWINGを出力するテーブル又は関数形式にしてもよい。
重力補償トルクTG_SWING=基準重力トルクTGBASE_SWING * cos(ピッチ角)×sin(ロール角)
学習停止状態の式:
基準重力トルクTGBASE_SWING=基準重力トルクTGBASE_SWING i-1
学習状態の式:
基準重力トルクTGBASE_SWING=基準重力トルクTGBASE_SWING i-1 +ゲイン×角加速度偏差DelAcc
そこで、上記学習を停止すべき状態であるかを判定して、学習を停止すべき状態であると判定された場合には、前回算出した基準重力トルクをそのまま新たな基準重力トルクとし、偏差を用いた学習処理を実行しないように構成しているので、誤学習を防止し、補償精度を向上させることが可能となる。
第1方法は、重力がかかる方向とモータの旋回力方向が一致しているか否かを判定に用いる方法である。一致していれば学習可能であり、不一致であれば学習停止状態である。具体的には、重力の旋回軸回りに発生する重力補償トルクTG_SWINGと旋回軸の加速に寄与するトルク(SWING_TRQ_FIN−TG_SWING)の符号が一致するか否かを判定する。(SWING_TRQ_FIN−TG_SWING)とTG_SWINGの積を演算し、結果が正であれば符号が一致しており、学習可能であり、結果が負であれば符号が不一致であり、学習停止である。
第2方法は、現在姿勢及び実旋回速度により上部旋回体13が斜面を下る方向に動作しているか、登る方向に動作しているのかを判定できる。また、速度の絶対が増加しているか減少しているかにより、上部旋回体13が傾斜面を下る方向に加速している状態、又は、上部旋回体13が傾斜面を登る方向に減速している状態であるかを判定する。
第2実施形態について説明する。第1実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、説明を省略する。図6に示すように、作業機12の積載重量を算出する積載重量算出部60を設けている。積載重量算出部60は、作業機12を駆動する油圧を計測する油圧センサ又は重量を計測するロードセル等のセンサ61からデータを入力し、積載重量を算出する。
さらに、基準重力トルクだけではなく、積載重量にも対応付けてあるので、未知の項が旋回半径だけとなり、イナーシャの精度を第1実施形態に比べて向上させることが可能となる。
第3実施形態について説明する。第1実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、説明を省略する。図7に示すように、作業機12の旋回半径を算出する旋回半径算出部62を設けている。旋回半径算出部62は、ブームシリンダ12d及びアームシリンダ12eのストローク位置を検出する位置検出センサ63からデータを入力し、ストローク位置からブーム12a及びアーム12bの角度を特定し、各々の角度から旋回半径を順動学に基づき算出する。
さらに、基準重力トルクだけではなく、旋回半径にも対応付けてあるので、未知の項が積載重量だけとなり、イナーシャの精度を第1実施形態に比べて向上させることが可能となる。
作業機12を有する上部旋回体13と、
旋回軸を介して上部旋回体13を旋回可能に支持する下部走行体11と、
上部旋回体13を旋回させる電動旋回モータ134と、
上部旋回体13の回転速度を表す値(単位時間あたりのモータ回転数)を取得する回転速度取得部(インバータ31)と、
上部旋回体13の現在姿勢を検出する姿勢センサ130と、
操作部の操作量に応じて電動旋回モータ134に対するトルク指令値を出力するトルク指令値生成部50と、
トルク指令値で電動旋回モータ134が駆動した際に発生すべき基準角加速度ReferAccを算出する基準角加速度算出部57と、
回転速度から求まる実角加速度ActAccと基準角加速度ReferAccとの偏差及び現在姿勢に基づき、基準姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分である基準重力トルクTGBASE_SWINGを算出する基準重力トルク算出部51と、
基準重力トルクTGBASE_SWINGと現在姿勢とに基づき、現在姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を補償するための重力補償トルクTG_SWINGを算出する重力補償トルク算出部52と、
現在姿勢において重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、トルク指令値を重力補償トルクTG_SWINGで補正する補正部53と、
を備える。
それでいて、トルク指令値で電動旋回モータ134が駆動した際に発生すべき基準角加速度ReferAccと実角加速度ActAccとの偏差及び現在姿勢に基づき、基準姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分である基準重力トルクTGBASE_SWINGを算出しているので、重量が変化したり、ブーム又はアームが伸縮したりしても、現在姿勢で発生する重力によるトルク成分を適切に打ち消すことが可能となる。
したがって、重力により発生するトルク成分の悪影響を発現させず、傾斜地において快適に旋回操作を行うことが可能となる。
作業機12を含む上部旋回体13のイナーシャを示す値(イナーシャの逆数)を、積載重量及び基準重力トルクTGBASE_SWINGに予め対応付けた相関データ57aと、を備える。
基準角加速度算出部57は、相関データ57aにおける基準重力トルクTGBASE_SWING及び積載重量に対応するイナーシャを表す値(イナーシャの逆数)と、トルク指令値とに基づき、基準角加速度ReferAccを算出する。
さらに、基準重力トルクだけではなく、積載重量にも対応付けてあるので、未知の項が旋回半径だけとなり、イナーシャの精度を第1実施形態に比べて向上させることが可能となる。
作業機12を含む上部旋回体13のイナーシャを示す値(イナーシャの逆数)を、旋回半径及び基準重力トルクTGBASE_SWINGに予め対応付けた相関データ57aと、を備える。
基準角加速度算出部57は、相関データ57aにおける基準重力トルクTGBASE_SWING及び旋回半径に対応するイナーシャを表す値(イナーシャの逆数)と、トルク指令値とに基づき、基準角加速度ReferAccを算出する。
さらに、基準重力トルクだけではなく、旋回半径にも対応付けてあるので、未知の項が積載重量だけとなり、イナーシャの精度を第1実施形態に比べて向上させることが可能となる。
11 下部走行体
12 作業機
13 上部旋回体
130 姿勢センサ
131c 作業操作レバー(操作部)
134 電動旋回モータ
31 インバータ(回転速度取得部)
50 トルク指令値生成部
51 基準重力トルク算出部
52 重力補償トルク算出部
53 補正部
55 位相補償部
57 基準角加速度算出部
57a 相関データ
59 学習停止判定部
60 積載重量算出部
62 旋回半径算出部
Claims (7)
- 作業機を有する上部旋回体と、
旋回軸を介して前記上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体と、
前記上部旋回体を旋回させる電動旋回モータと、
前記上部旋回体の回転速度を表す値を取得する回転速度取得部と、
前記上部旋回体の現在姿勢を検出する姿勢センサと、
操作部の操作量に応じて前記電動旋回モータに対するトルク指令値を出力するトルク指令値生成部と、
前記トルク指令値で前記電動旋回モータが駆動した際に発生すべき基準角加速度を算出する基準角加速度算出部と、
前記回転速度から求まる実角加速度と前記基準角加速度との偏差及び前記現在姿勢に基づき、基準姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分である基準重力トルクを算出する基準重力トルク算出部と、
前記基準重力トルクと前記現在姿勢とに基づき、前記現在姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を補償するための重力補償トルクを算出する重力補償トルク算出部と、
前記現在姿勢において重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、前記トルク指令値を前記重力補償トルクで補正する補正部と、
を備える、建設機械。 - 前記基準重力トルク算出部は、前回算出した前記基準重力トルクに対し、前記偏差と前記現在姿勢とに基づく値を累積的に積算する学習処理を実行することで、前記基準重力トルクを新たに算出する、請求項1に記載の建設機械。
- 学習を停止すべき状態であるか否かを判定する学習停止判定部を備え、
前記学習を停止すべき状態は、前記上部旋回体が傾斜面を下る方向に加速している状態、又は、前記上部旋回体が傾斜面を登る方向に減速している状態であり、
前記基準重力トルク算出部は、前記学習停止判定部により学習を停止すべき状態であると判定された場合には、前記前回算出した前記基準重力トルクを新たな前記基準重力トルクとし、前記偏差を用いた学習処理を実行しないように構成されている、請求項2に記載の建設機械。 - 前記基準角加速度算出部に前記トルク指令値が入力される前に、前記トルク指令値の位相を遅らせる処理を行う位相補償部を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の建設機械。
- 前記作業機を含む前記上部旋回体のイナーシャを表す値と前記基準重力トルクとを予め対応付けた相関データを備え、
前記基準角加速度算出部は、前記相関データにおける前記基準重力トルクに対応する前記イナーシャを表す値と、前記トルク指令値とに基づき、前記基準角加速度を算出する、請求項1〜4のいずれかに記載の建設機械。 - 前記作業機の積載重量を算出する積載重量算出部と、
前記作業機を含む前記上部旋回体のイナーシャを示す値を、前記積載重量及び前記基準重力トルクに予め対応付けた相関データと、を備え、
前記基準角加速度算出部は、前記相関データにおける前記基準重力トルク及び前記積載重量に対応する前記イナーシャを表す値と、前記トルク指令値とに基づき、前記基準角加速度を算出する、請求項1〜4のいずれかに記載の建設機械。 - 前記作業機の旋回半径を算出する旋回半径算出部と、
前記作業機を含む前記上部旋回体のイナーシャを示す値を、前記旋回半径及び前記基準重力トルクに予め対応付けた相関データと、を備え、
前記基準角加速度算出部は、前記相関データにおける前記基準重力トルク及び前記旋回半径に対応する前記イナーシャを表す値と、前記トルク指令値とに基づき、前記基準角加速度を算出する、請求項1〜4のいずれかに記載の建設機械。
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