JP2024089460A - Rotating work machine - Google Patents
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Abstract
【課題】旋回部の運動にて外乱加速度が生じても、旋回部の姿勢角を精度よく検出する。【解決手段】旋回作業機(1)は、旋回部(2)と、旋回部(2)に配置され、角速度および加速度に基づいて姿勢角を算出する慣性センサ(30)と、旋回部(2)を運動させる操作を検出する検出部としての第1操作検出部(81)と、運動させる操作が検出された場合に、操作に応じた信号を前記慣性センサ(30)に出力する出力部としてのIMU指示部(83)と、を備える。【選択図】図2[Problem] To accurately detect the attitude angle of a rotating part even if disturbance acceleration occurs in the movement of the rotating part. [Solution] A rotating work machine (1) includes a rotating part (2), an inertial sensor (30) arranged on the rotating part (2) and calculating the attitude angle based on angular velocity and acceleration, a first operation detection unit (81) as a detection unit that detects an operation to move the rotating part (2), and an IMU instruction unit (83) as an output unit that outputs a signal according to the operation to the inertial sensor (30) when an operation to move is detected. [Selected Figure] Figure 2
Description
本発明は、バックホー等の旋回部を備えた旋回作業機に関する。 The present invention relates to a rotating work machine equipped with a rotating part, such as a backhoe.
従来、特許文献1に開示された、機体の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を備えた作業機が知られている。傾斜角度検出手段は、重力加速度に対する出力が機体の傾斜角度に応じて変化するように機体に装備された加速度センサと、加速度センサの出力を機体の傾斜角度に換算する換算手段を備えている。 A conventional work machine is known that is equipped with a tilt angle detection means for detecting the tilt angle of the machine body, as disclosed in Patent Document 1. The tilt angle detection means includes an acceleration sensor that is mounted on the machine body so that the output with respect to the gravitational acceleration changes according to the tilt angle of the machine body, and a conversion means that converts the output of the acceleration sensor into the tilt angle of the machine body.
また、従来、車両系の姿勢検出手段として慣性センサ(IMU:Inertial Measurement Unit)が広く使用されている。慣性センサは、加速度センサおよび角速度センサを備え、機体の角速度および加速度を計測し、自機の姿勢角、方位角等を算出する。 Conventionally, an inertial sensor (IMU: Inertial Measurement Unit) has been widely used as a means for detecting the attitude of a vehicle system. The inertial sensor is equipped with an acceleration sensor and an angular velocity sensor, and measures the angular velocity and acceleration of the aircraft to calculate the attitude angle, azimuth angle, etc. of the aircraft.
しかしながら、一般的な車両と異なり、旋回作業機では旋回部が旋回運動する。そのため、旋回部の運動による加速度が発生し、該加速度が外乱加速度となって、姿勢角の算出に用いる加速度に影響を及ぼす。その結果、慣性センサで算出される姿勢角に誤差が発生する。 However, unlike general vehicles, the rotating part of a rotating work machine rotates. As a result, acceleration occurs due to the movement of the rotating part, and this acceleration becomes a disturbance acceleration and affects the acceleration used to calculate the attitude angle. As a result, an error occurs in the attitude angle calculated by the inertial sensor.
本発明の一態様は、旋回部の運動にて外乱加速度が生じても、旋回部の姿勢角を精度よく検出することが可能な旋回作業機を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to realize a rotating work machine that can accurately detect the attitude angle of the rotating part even if disturbance acceleration occurs in the movement of the rotating part.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る旋回作業機は、旋回部と、前記旋回部に配置され、角速度および加速度に基づいて姿勢角を算出する慣性センサと、前記旋回部を運動させる操作を検出する検出部と、前記運動させる操作が検出された場合に、前記操作に応じた信号を前記慣性センサに出力する出力部と、を備える。 To solve the above problems, a slewing work machine according to one aspect of the present invention includes a slewing unit, an inertial sensor disposed on the slewing unit and configured to calculate an attitude angle based on angular velocity and acceleration, a detection unit that detects an operation that moves the slewing unit, and an output unit that outputs a signal corresponding to the operation to the inertial sensor when the operation that moves the unit is detected.
上記構成によれば、慣性センサに、慣性センサが配置された旋回部が運動する、つまり慣性部が動くことを通知することができる。これにより、慣性センサに、旋回の運動の状態に応じて適切に姿勢角の算出を行わせることができる。 The above configuration allows the inertial sensor to be notified that the rotating part on which the inertial sensor is disposed is moving, i.e., that the inertial part is moving. This allows the inertial sensor to appropriately calculate the attitude angle according to the state of the rotation movement.
本発明の一態様に係る旋回作業機において、前記操作に応じた信号は、姿勢角の算出に使用する角速度成分の割合を、前記操作が検出されていない場合に用いる所定の割合よりも多くするように指示する信号であってもよい。 In a rotating work machine according to one aspect of the present invention, the signal corresponding to the operation may be a signal instructing that the proportion of the angular velocity component used to calculate the attitude angle be made greater than a predetermined proportion used when the operation is not detected.
上記構成によれば、旋回部が運動する場合、運動による誤差が小さい角速度成分を主として使用することで、慣性センサに、精度良く姿勢角の算出を行わせることができる。 According to the above configuration, when the rotating part moves, the inertial sensor can calculate the attitude angle with high accuracy by mainly using the angular velocity component with small error due to the movement.
本発明の一態様に係る旋回作業機において、走行装置を備え、前記旋回部は前記走行装置上に旋回可能に設置され、前記検出部は、前記走行装置を走行させる操作についても、前記旋回部を運動させる操作として検出するようにしてもよい。 In one aspect of the present invention, a swivel work machine is provided with a travel device, the swivel unit is installed on the travel device so as to be rotatable, and the detection unit may detect an operation of moving the travel device as an operation of moving the swivel unit.
上記構成によれば、旋回部が走行装置にて走行される構成においても、慣性センサに、走行の動きに応じて適切に姿勢角の算出を行わせることができる。 With the above configuration, even in a configuration in which the rotating part is driven by a running device, the inertial sensor can be made to appropriately calculate the attitude angle according to the running motion.
本発明の一態様に係る旋回作業機において、前記旋回部を運動させる操作を受け付ける操作装置を備え、前記検出部は、前記操作装置に対する操作に基づいて、前記旋回部を運動させる操作を検出するようにしてもよい。 In one aspect of the present invention, a rotating work machine may be provided with an operating device that receives an operation to move the rotating part, and the detection unit may detect an operation to move the rotating part based on an operation on the operating device.
上記構成によれば、操作装置に対する操作より、旋回部を運動させる操作を検出するので、旋回部が運動することを容易に検出することができる。 With the above configuration, the operation to move the rotating part is detected from the operation on the operating device, so that the movement of the rotating part can be easily detected.
本発明の一態様に係る旋回作業機において、前記操作に応じた信号は、姿勢角の算出に使用する角速度成分の割合を、前記操作が検出されていない場合に用いる所定の割合よりも多くし、かつ、前記角速度成分を多くする割合を、前記操作装置の操作量に応じて連続的又は段階的に増やすように指示する信号であってもよい。 In a rotating work machine according to one aspect of the present invention, the signal according to the operation may be a signal that instructs the ratio of the angular velocity component used to calculate the attitude angle to be greater than a predetermined ratio used when the operation is not detected, and that the ratio of the angular velocity component to be increased continuously or stepwise according to the amount of operation of the operating device.
上記構成によれば、角速度成分を多くする割合を、操作装置の操作量に応じて連続的又は段階的に増やすため、加速度外乱による誤差と、角速度積分による累積誤差の合計値をより小さくすることができる。 With the above configuration, the proportion of the angular velocity component is increased continuously or stepwise according to the amount of operation of the control device, so the total value of the error due to acceleration disturbance and the accumulated error due to the angular velocity integral can be reduced.
本発明の一態様に係る旋回作業機において、前記旋回部は、油圧アクチュエータの駆動にて運動し、前記検出部は、前記油圧アクチュエータに供給する油圧を制御する信号より、前記旋回部を運動させる操作を検出してもよい。 In a swivel work machine according to one aspect of the present invention, the swivel unit may move when driven by a hydraulic actuator, and the detection unit may detect an operation to move the swivel unit from a signal that controls the hydraulic pressure supplied to the hydraulic actuator.
上記構成によれば、操作装置における操作から直接検出するのではなく、操作に応じて可動部等を動かす油圧アクチュエータへの油圧からも操作を検出することも可能である。 With the above configuration, it is possible to detect the operation not directly from the operation of the operating device, but also from the hydraulic pressure of the hydraulic actuator that moves the movable part etc. in response to the operation.
本発明の一態様に係る旋回作業機において、前記旋回部は、旋回する機体と、前記機体に取り付けられ、複数の可動部を有する作業装置と、を備え、前記機体および前記作業装置の複数の可動部のそれぞれに前記慣性センサが配置され、前記出力部は、前記機体を運動させる操作を検出した場合、前記機体および前記複数の可動部に配置された前記各慣性センサに、前記操作に応じた信号を出力し、前記複数の可動部の何れかの可動部を運動させる操作を検出した場合、運動させる可動部および該可動部よりも前記作業装置の先端側に位置する可動部に配置された前記各慣性センサに、前記操作に応じた信号を出力してもよい。 In a rotating work machine according to one aspect of the present invention, the rotating section includes a rotating machine body and a work device attached to the machine body and having multiple movable parts, the inertial sensor is disposed on each of the multiple movable parts of the machine body and the work device, and when the output section detects an operation to move the machine body, the output section outputs a signal corresponding to the operation to each of the inertial sensors disposed on the machine body and the multiple movable parts, and when the output section detects an operation to move any of the multiple movable parts, the output section outputs a signal corresponding to the operation to each of the inertial sensors disposed on the movable part that moves and on a movable part located closer to the tip of the work device than the movable part.
上記構成によれば、機体および作業装置が有する複数の可動部それぞれに慣性センサが配置されているので、機体および作業装置の各可動部それぞれの姿勢角を算出することができる。作業装置の姿勢角の算出は、作業装置が動かずとも機体が動くことで影響を受け、同様に、機体との取り付け部位を上流側として、下流側に位置する可動部は、自身が動かずとも上流側に位置する可動部が動くことで影響を受ける。上記構成では、作業装置に配置された慣性センサに、機体が動くことが通知され、下流側に位置する可動部の慣性センサに、上流側に位置する可動部が動くことが通知される。これにより、作業装置に配置された複数の慣性センサに、適切に姿勢角の算出を行わせることができる。 According to the above configuration, since an inertial sensor is disposed on each of the multiple movable parts of the machine body and the working device, it is possible to calculate the attitude angle of each movable part of the machine body and the working device. The calculation of the attitude angle of the working device is affected by the movement of the machine body even if the working device does not move, and similarly, with the attachment point to the machine body being the upstream side, a movable part located downstream is affected by the movement of the movable part located upstream even if it does not move. In the above configuration, the inertial sensor disposed on the working device is notified that the machine body will move, and the inertial sensor of the movable part located downstream is notified that the movable part located upstream will move. This allows the multiple inertial sensors disposed on the working device to properly calculate the attitude angle.
本発明の一態様によれば、旋回部の運動にて外乱加速度が生じても、旋回部の姿勢角を精度よく検出することが可能な旋回作業機を実現する。 According to one aspect of the present invention, a rotating work machine is realized that can accurately detect the attitude angle of the rotating part even if disturbance acceleration occurs in the movement of the rotating part.
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate.
(旋回作業機の概略構成)
図1は、本実施形態に係る旋回作業機1の概略側面図である。本実施形態では、旋回作業機1としてバックホーが例示されている。なお、クレーン装置等の走行装置を備えない旋回作業機も、本発明の範疇である。
(Schematic configuration of the rotating work machine)
1 is a schematic side view of a revolving work machine 1 according to this embodiment. In this embodiment, a backhoe is illustrated as the revolving work machine 1. Note that a revolving work machine that does not include a traveling device such as a crane device also falls within the scope of the present invention.
図1に示すように、旋回作業機1は、旋回部2、および走行装置3を備える。旋回部2は、走行装置3上に、上下方向に延伸する軸心回りに旋回可能に支持されている。旋回部2は、旋回モータ21によって駆動される。走行装置3は、旋回部2を走行可能に支持する装置であり、走行モータ22にて駆動される。旋回モータ21および走行モータは、油圧モータ(油圧アクチュエータ)から構成されている。
As shown in FIG. 1, the swivel work machine 1 includes a
旋回部2は、走行装置3に対して旋回する機体4、スイング装置11、作業装置5等を備える。機体4は、運転席6、操作装置7、制御装置8、および図示しないエンジン、ラジエータ、燃料タンク、作動油タンク、バッテリー等を備える。なお、本実施形態においては、運転席6に着座したオペレータを基準に、前後、左右、上下を示す。
The rotating
操作装置7は、旋回部2を運動させる操作を受け付ける複数の操作レバーを備え、走行装置3を走行させる操作、旋回部2を旋回させる操作、スイング装置11、および作業装置5の各可動部(ブーム装置12、アーム装置13、およびバケット装置14)を動かす操作等を受け付ける。
The
制御装置8は、エンジン等、旋回作業機1の各部を制御する制御装置である。また、本実施形態では、制御装置8は、操作装置7にて指示された旋回作業機1に対する操作を検出し、旋回部2を運動させる操作が検出された場合に、検出した操作に応じた信号を旋回作業機1の所定の部位に配置された慣性センサ30に出力する。慣性センサ30については後述する。
The
スイング装置11は、機体4の前部に位置し、作業装置5は、スイング装置11に取り付けられている。作業装置5は、複数の可動部に相当する、ブーム装置12、アーム装置13、およびバケット装置14を備える。
The
具体的には、スイング装置11は、スイングブラケット111、およびスイングシリンダ112(図2参照)を備える。スイングブラケット111は、機体4の前部に突出状に設けられた支持ブラケット20に、上下方向に延伸する軸心回りに揺動可能に取り付けられている。スイングブラケット111は、スイングシリンダ112によって駆動される。
Specifically, the
ブーム装置12は、ブーム121、およびブームシリンダ122を備える。ブーム121は、基部がスイングブラケット111の上部に左右方向に延伸する横軸123を介して揺動可能(回動自在)に支持されている。ブームシリンダ122は、伸縮することによりブーム121を揺動させる。
The
アーム装置13は、アーム131、およびアームシリンダ132を備える。アーム131の基端部は、横軸133を介してブーム121の先端部に揺動自在に支持されている。アームシリンダ132は、伸縮することによりアーム131を揺動させる。
The
バケット装置14は、バケット141、およびバケットシリンダ142を備える。バケット141は、枢軸143を介してアーム131の先端部に揺動自在に支持されている。バケットシリンダ142は、バケット141とアーム131の先端部との間に設けたリンク機構144とアーム131の基部とにわたって設けられており、伸縮することによりバケット141を揺動させる。
The
スイングシリンダ112、ブームシリンダ122、アームシリンダ132、バケットシリンダ142は、いずれも伸縮可能な油圧シリンダ(油圧アクチュエータ)にて構成されている。
The
(慣性センサ)
旋回作業機1は、前述した慣性センサ(IMU)30を備える。慣性センサ30は、加速度センサおよび角速度センサを備え、当該慣性センサ30が配置されている部材の加速度および角速度を計測し、加速度および角速度に基づいて姿勢角、方位角、速度、位置等を算出する。
(Inertial Sensor)
The rotating work machine 1 includes the above-mentioned inertial sensor (IMU) 30. The
慣性センサ30は、角速度センサの検出値を基に、「現在角度+角速度×単位時間」を算出して角速度成分を求める。また、慣性センサ30は、加速度センサの検出値を基に「重力加速度の方向」を算出して加速度成分を求める。
The
加速度成分は、慣性センサ30が静止している(具体的には、当該慣性センサ30が配置されている部材が静止している)状態では問題ないが、慣性センサ30が動いている(具体的には、当該慣性センサ30が配置されている部材が動いている)状態では外乱加速度を含んでしまい誤差が出る。角速度成分は、慣性センサ30が動いている状態でもその動き(外乱)の影響を受けないが、時間の経過に伴って角速度積分による累積誤差が大きくなる。
The acceleration component is not a problem when the
そのため、慣性センサ30は、加速度成分および角速度成分の両方を用いて、姿勢角を算出する。慣性センサ30における、角速度成分および加速度成分を使用する割合は重み付け係数にて決定される。慣性センサ30において、重み付け係数は可変可能となっており、本実施形態においては、慣性センサ30は、制御装置8における後述するIMU指示部(出力部)83から出力される信号に応じて重み付け係数を変更する。
Therefore, the
本実施形態では、慣性センサ30は、機体4における運転席6の下と、作業装置5の複数の可動部における、ブーム121、アーム131、およびリンク機構144にそれぞれ配置されている。
In this embodiment, the
以下、配置された部材によって慣性センサ30を区別する必要がある場合、機体4(本実施形態では運転席6の下)に配置された慣性センサ30を運転席IMU30-1、ブーム121に配置された慣性センサ30をブームIMU30-2、アーム131に配置された慣性センサ30をアームIMU30-3、リンク機構144に配置された慣性センサ30をバケットIMU30-4と称する。
Hereinafter, when it is necessary to distinguish the
運転席IMU30-1は、旋回作業機1における機体4の姿勢計測を行う。ブームIMU30-2、アームIMU30-3、およびバケットIMU30-4は、作業装置5の角度計測を行う。ブームIMU30-2、およびアームIMU30-3はそれぞれ、対応する部材の側面に取り付けられている。バケットIMU30-4は、リンク機構144に取り付けられている。
The driver's seat IMU 30-1 measures the attitude of the
(旋回作業機の要部構成)
図2は、旋回作業機1のブロック図である。図2に示すように、制御装置8には、操作装置7、旋回モータ31、走行モータ22、および、スイングシリンダ112、ブームシリンダ122、アームシリンダ132、バケットシリンダ142が接続されている。さらに、制御装置8には、運転席IMU30-1、ブームIMU30-2、アームIMU30-3、およびバケットIMU30-4が接続されている。制御装置8は、操作検出部(検出部)81、動作制御部82、およびIMU指示部(出力部)83を備える。
(Main configuration of the rotating work machine)
Fig. 2 is a block diagram of the revolving work machine 1. As shown in Fig. 2, the
第1操作検出部81は、旋回部2を運動させる操作を検出する検出部である。第1操作検出部81は、走行装置3を走行させて旋回部2を地面に対して運動させる操作についても、旋回部2を運動させる操作として検出する。これにより、旋回部2が走行装置3にて走行される構成においても、慣性センサ30に、走行の動きに応じて適切に姿勢角の算出を行わせることができる。
The first
第1操作検出部81は、操作装置7と接続されており、操作装置7に対する操作に基づいて、旋回部2を運動させる操作を検出する。
The first
第1操作検出部81は、操作レバーに基づいて、走行、旋回、スイング操作、ブーム操作、アーム装置13、バケット操作を検出する。第1操作検出部81は、操作レバーがニュートラル位置に戻されると、各操作が行われていない、旋回部2が静止している(運動させる操作を検出していない)ことを検出する。
The first
動作制御部82は、第1操作検出部81より入力される操作を示す信号に基づいて、操作対象となる、走行モータ22、旋回モータ21、スイングシリンダ112、ブームシリンダ122、アームシリンダ132、およびバケットシリンダ142を駆動する。本実施形態では、走行モータ22、旋回モータ21、スイングシリンダ112、ブームシリンダ122、アームシリンダ132、およびバケットシリンダ142に供給される油圧が、比例電磁弁V1~V6にて制御されるようになっている。動作制御部82は、具体的にはこれら比例電磁弁V1~V6を制御する。
The
IMU指示部83は、第1操作検出部81にて、旋回部2を運動させる操作が検出された場合に、操作に応じた信号を慣性センサ30に出力する出力部である。IMU指示部83は、旋回作業機1に配置されている複数の慣性センサ30のうち、検出された操作による旋回部2の運動により、姿勢角の算出に影響を受ける位置に配置された慣性センサ30に、操作に応じた信号を出力する。
The
具体的には、第1操作検出部81には、操作装置7から指示された操作の内容を示す信号が入力される。操作装置7は、旋回部2を運動させる操作を受け付ける。第1操作検出部81は、操作装置7より、つまり操作装置7から入力される信号から、旋回部2を運動させる操作を検出する。上記構成によれば、操作装置7に対する操作より、旋回部2を運動させる操作を検出するので、旋回部2が運動することを容易に検出することができる。
Specifically, a signal indicating the content of the operation instructed from the operating
第1操作検出部81は、操作レバーにて走行が指示されると、走行操作が指示されたことを示す信号をIMU指示部83に出力する。同様に、操作レバーにて旋回が指示されると、旋回操作が指示されたことを示す信号をIMU指示部83に出力する。なお、スイング装置11を動かすスイング操作、ブーム装置12を動かすブーム操作、アーム装置13を動かすアーム操作、およびバケット装置14を動かすバケット操作についても同様である。第1操作検出部81は、操作レバーがニュートラル位置に戻されると、旋回部2が静止している(運動させる操作を検出していない)ことを検出する。
When the operation lever is used to instruct traveling, the first
IMU指示部83は、旋回部2を運動させる操作が検出された場合に、操作に応じた信号を慣性センサ30に出力する出力部である。IMU指示部83は、旋回作業機1に配置されている複数の慣性センサ30のうち、検出された操作による旋回部2の運動により、姿勢角の算出に影響を受ける位置に配置された慣性センサ30に、操作に応じた信号を出力する。
The
IMU指示部83は、第1操作検出部81から、旋回部2を運動させる操作(走行操作、旋回操作、スイング操作、ブーム操作、アーム操作、およびバケット操作)が検出されたことを示す信号が入力されていない場合、デフォルトの重み付け係数(所定の割合)の使用を指示する信号を慣性センサ30に出力する。
If the
IMU指示部83は、第1操作検出部81から、旋回部2を運動させる操作が検出されたことを示す信号が入力されると、検出された旋回部2の操作に応じた信号を、旋回部2の運動による影響を受ける慣性センサ30に出力する。
When a signal indicating that an operation to move the
旋回部2の操作に応じた信号とは、例えば、姿勢角の算出に使用する角速度成分の割合を、前記操作が検出されていない場合に用いる所定の割合よりも多くするように指示する信号である。デフォルトの重み付け係数よりも、姿勢角の算出に使用する加速度成分の割合を増やした重み付け係数を、慣性センサ30に送信してもよい。
The signal corresponding to the operation of the
ここで、検出された操作に応じた信号を出力する対象は、検出された操作の運動により、外乱加速度を検出して加速度成分の精度が低下する部位に配置された慣性センサ30である。具体的には、機体4を運動させる操作である走行操作又は旋回操作を検出した場合、機体4および作業装置5の複数の可動部に配置された各慣性センサ30(運転席IMU30-1、ブームIMU30-2、アームIMU30-3、およびバケットIMU30-4)に、操作に応じた信号を出力する。
The target that outputs a signal corresponding to the detected operation is the
スイング装置11を含む、複数の可動部の何れかの可動部を運動させる操作、つまり、スイング操作、ブーム操作、アーム操作、あるいはバケット操作である場合は、運動させる可動部および該可動部よりも作業装置5の先端側に位置する可動部に配置された各慣性センサ30に操作に応じた信号を出力する。スイング装置11又はブーム装置12を動かす操作を検出すると、ブームIMU30-2、アームIMU30-3、およびバケットIMU30-4に出力する。アーム装置13を動かす操作を検出すると、アームIMU30-3およびバケットIMU30-4に出力する。バケット装置14を動かす操作を検出すると、バケットIMU30-4に出力する。
When an operation is performed to move any of the multiple movable parts including the
(重み付けのイメージ)
図3は、IMU指示部83から各慣性センサ30に指示する、操作内容と重み付けの大小のイメージを示す図である。図3の符号301が、運転席IMU30-1に対するもので、符号302がブームIMU30-2、符号303がアームIMU30-3、符号304がバケットIMU30-4に対するものである。
(Image of weighting)
3 is a diagram showing an image of the operation contents and the magnitude of weighting instructed from the
図3の符号301~符号304では、重み付け係数をA~Hのアルファベットで示している。Aは、慣性センサ30のデフォルトの重み付け係数を示し、角速度成分よりも加速度成分の割合が多い。加速度成分の割合は、A>B>C>D>E>F>G>Hとなる。A,B,C,D,E,F,G,Hの順に、デフォルトよりも角速度成分が増加し、Hは、ほぼ角速度成分を使用する。
In FIG. 3,
図3に示すように、走行操作、旋回操作、スイング操作、ブーム操作、アーム操作、およびバケット操作の全操作において、レバー操作が最小、つまりニュートラルである場合、係数がAとなり、慣性センサ30はデフォルトを使用する。なお、レバー操作が最小には、ニュートラルに限らず、走行装置3、旋回部2、あるいは作業装置5の各可動部が殆ど動いていない状態を含んでいてもよい。
As shown in FIG. 3, when the lever operation is minimum, i.e., neutral, in all operations including travel operation, slewing operation, swing operation, boom operation, arm operation, and bucket operation, the coefficient becomes A and the
レバー操作が最大、つまり最大限に運動させる(動かす)操作が検出されると、角速度成分の使用の割合が増加し、慣性センサ30は角速度成分を増加させて姿勢角を算出する。旋回作業機1が走行することによる影響は、全慣性センサ30に同じ影響を与える。そのため、全慣性センサ30に同じ係数Fが設定されている。
When the maximum lever operation, that is, the operation of moving (moving) the lever to the maximum extent, is detected, the proportion of the angular velocity component used increases, and the
旋回部2の旋回では、旋回の軸心よりも遠いものほど遠心力の影響を受ける。そのため、運転席アーム30-1よりもブームIMU30-2、ブームIMU30-2よりもアームIMU30-3およびバケットIMU30-4において、角速度成分を使用する割合が高く設定されている。
When the
また、スイング操作は、走行操作、旋回操作、および作業装置5のブーム操作やアーム操作に比べて動きが遅いため、影響は小さい。そのため、角速度成分を使用する割合は低く設定されている。また、この場合も、旋回操作と同様に、揺動の軸心より最も離れているバケットIMU30-4において、揺動の軸心に近いブームIMU30-2よりも角速度成分を使用する割合が高く設定されている。 In addition, the swing operation is slower than the travel operation, the turning operation, and the boom and arm operations of the work implement 5, so the impact is small. Therefore, the proportion of angular velocity components used is set low. Also, in this case, as with the turning operation, the proportion of angular velocity components used is set higher in the bucket IMU 30-4, which is the furthest from the axis of the swing, than in the boom IMU 30-2, which is closer to the axis of the swing.
また、ブームIMU30-2、アームIMU30-3、およびバケットIMU30-4において、配置されている可動部自体に対する重み付けは、各々の可動部の軸上からのずれに応じたものである。例えば、ブーム装置12の場合、ブーム121に取り付けられたIMU30-2にかかる遠心力は、ブーム121を揺動可能(回転自由)に支持している左右方向に延伸する横軸123からの距離に比例する。ただし、本実施形態では、ブームIMU30-2、アームIMU30-3、およびバケットIMU30-4についてはそれらに対応する軸からあまり離れていない位置に取り付けられるため、角速度成分を使用する割合は小さい。ブームIMU30-2、アームIMU30-3、およびバケットIMU30-4において、各々の可動部の軸上に取り付けられている場合は、係数Aとすればよい。
In addition, the weighting of the movable parts themselves arranged in the boom IMU 30-2, arm IMU 30-3, and bucket IMU 30-4 corresponds to the deviation from the axis of each movable part. For example, in the case of the
(重み付け切り替え処理)
図4は、制御装置8における複数の慣性センサ30に対する重み付けを切り換える処理を示すフローチャートである。
(Weighting switching process)
FIG. 4 is a flowchart showing a process for switching the weighting for the multiple
図4に示すように、制御装置8は、操作装置7からの信号より、旋回部2を運動させる操作が指示されたかを常に検出している(S1)。S1でNOと判断した場合、つまり、旋回部2が静止している状態では、制御装置8は、全慣性センサ30に対して、デフォルトの重み付け係数の使用を指示する(S2)。一方、S1でYESと判断した場合、つまり、旋回部2を動かす操作がなされると、制御装置8は、検出された操作に応じて決まる所定の慣性センサ30に、デフォルトからの重み付け係数の変更を指示する(S3)。検出された操作に応じて決まる所定の慣性センサ30とは、前述したように、旋回部2運動により、外乱加速度を検出して加速度成分の精度が低下する部位に配置された所定の慣性センサ30である。
As shown in FIG. 4, the
重み付け係数の変更を指示したのち、制御装置8は、旋回部2を運動させる操作が終了したかを常に検出している(S4)。S4でNOと判断した場合、つまり、旋回部2を運動させる操作が継続している場合は、処理をS3に戻し、デフォルトからの重み付け係数の変更を継続して指示する(S3)。一方、S4でYESと判断した場合、つまり、旋回部2を動かす操作が終了し、旋回部2が静止状態になると、制御装置8は処理をS1に戻す。これにより、次にS1でYESと判断されるまで、制御装置8は、全慣性センサ30に対してデフォルトの重み付け係数の使用を指示する(S2)。
After issuing an instruction to change the weighting coefficient, the
(効果)
以上のように、上記構成の旋回作業機1では、旋回部2に配置されている慣性センサ30に、慣性センサ30が配置された旋回部2が運動する、つまり動くことを通知することができる。これにより、慣性センサ30は、旋回部2の運動の状態に応じて適切に姿勢角の算出を行わせることができる。
(effect)
As described above, in the swivel work machine 1 configured as described above, it is possible to notify the
具体的には、外乱加速度が含まれることで姿勢角の算出において誤差が大きくなる旋回部2が運動している状態では、慣性センサ30において、外乱加速度の影響を受けない角速度成分を主に使用させる。そして、旋回部2は運動していない静止状態では、加速度成分を主に使用して姿勢角の算出に戻して算出させる。これにより、時間の経過に伴って角速度積分による累積誤差が大きくなる角速度成分を使用の割合を増やして算出させたとしても、静止状態での検出精度を低下させることなく保持できる。
Specifically, when the
また、上記構成によれば、機体4および作業装置5が有する複数の可動部それぞれに慣性センサが配置されているので、機体4および作業装置5の各可動部それぞれの姿勢角を算出することができる。作業装置の姿勢角の算出は、作業装置5が動かずとも機体4が動くことで影響を受け、同様に、機体4との取り付け部位を上流側として、下流側に位置する可動部は、自身が動かずとも上流側に位置する可動部が動くことで影響を受ける。上記構成では、作業装置5に配置された慣性センサ30に、機体4が動くことが通知され、下流側に位置する可動部の慣性センサ30に、上流側に位置する可動部が動くことが通知される。これにより、作業装置5に配置された複数の慣性センサ30に、適切に姿勢角の算出を行わせることができる。
In addition, according to the above configuration, since an inertial sensor is disposed on each of the multiple movable parts of the
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
Second Embodiment
Other embodiments of the present invention will be described below. For ease of explanation, the same reference numerals are given to members having the same functions as those described in the above embodiment, and the description thereof will not be repeated.
本実施形態の旋回作業機1Aは、IMU指示部83が、複数の慣性センサ30に対して出力する、旋回部2の操作に応じた信号が、実施形態1の旋回作業機1と異なる。
The swivel work machine 1A of this embodiment differs from the swivel work machine 1 of embodiment 1 in the signals in response to the operation of the
本実施形態の旋回作業機1Aでは、姿勢角の算出に使用する角速度成分の割合を、操作が検出されていない場合に用いる所定の割合よりも多くする点は実施形態1の旋回作業機1と同じである。本実施形態の旋回作業機1Aでは、さらに、角速度成分を多くする割合を、操作装置7の操作量に応じて連続的に増やすように指示する。この点が、実施形態1の旋回作業機1と異なる。
The rotating work machine 1A of this embodiment is the same as the rotating work machine 1 of embodiment 1 in that the proportion of the angular velocity component used to calculate the attitude angle is made larger than a predetermined proportion used when no operation is detected. The rotating work machine 1A of this embodiment further instructs the proportion at which the angular velocity component is increased to be continuously increased according to the amount of operation of the
具体的には、第1操作検出部81は、操作装置7から入力される信号より、操作レバーの操作量(操作レバーの移動量、位置の変化量)を検出し、検出した操作レバーの操作量をIMU指示部83に出力する。IMU指示部83は、姿勢角の算出に使用する角速度成分の割合を、操作が検出されていない場合に用いる所定の割合よりも多くする量を、入力された操作装置7の操作量に応じて連続的に増やすように、複数の慣性センサ30に指示する。
Specifically, the first
角速度成分の割合を、操作装置7の操作量に応じて連続的に増やすについて、前述した図3を用いて説明する。図3に示すように、運転席IMU30-1に対しては、レバー操作最小で係数A、レバー操作最大で係数Fが設定されている。このような場合、レバーの操作量に応じて、重み付け係数を係数Aから係数Fまで連続的に増やす。
The continuous increase in the proportion of the angular velocity component according to the amount of operation of the
これにより、旋回部が運動する場合、運動による誤差が小さい角速度成分を主として使用する場合において、角速度成分を多くする割合を、操作装置の操作量に応じて連続的に増やすため、加速度外乱による誤差と、角速度積分による累積誤差の合計値をより小さくすることができる。 As a result, when the rotating part moves, and angular velocity components with small error due to movement are primarily used, the proportion of angular velocity components that are increased is continuously increased according to the amount of operation of the control device, making it possible to further reduce the total value of the error due to acceleration disturbance and the accumulated error due to angular velocity integral.
なお、本実施形態では、角速度成分を多くする割合を、操作装置7の操作量に応じて連続的に増やす構成としたが、角速度成分を多くする割合を、操作装置7の操作量に応じて段階的に増やす構成としてもよい。つまり、前述した「連続的」を「段階的」と読み替えることができる。
In this embodiment, the rate at which the angular velocity component is increased is configured to be increased continuously according to the amount of operation of the
〔実施の形態3〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
Third Embodiment
Other embodiments of the present invention will be described below. For ease of explanation, the same reference numerals are given to members having the same functions as those described in the above embodiment, and the description thereof will not be repeated.
本実施形態の旋回作業機1Bは、旋回部2を運動させる操作が検出されたことを、IMU指示部83に通知する主体が、実施形態1、2の旋回作業機1、1Aとは異なる。
The rotating work machine 1B of this embodiment differs from the rotating work machine 1 and 1A of
図5は、旋回作業機1Bのブロック図である。前述したように、旋回部2は、油圧アクチュエータの駆動にて運動する。そこで、図2に示すように、旋回作業機1Bにおいて、検出部である第2操作検出部9が、油圧アクチュエータに供給する油圧を制御する信号より、旋回部2を運動させる操作を検出する。具体的には、第2操作検出部9が、動作制御部82から比例電磁弁V1~V6に出力される制御信号に基づいて、旋回部2を運動させる操作を検出する。
Figure 5 is a block diagram of the revolving work machine 1B. As mentioned above, the revolving
IMU指示部83は、第2操作検出部9にて旋回部2を運動させる操作が検出された場合に、操作に応じた信号を慣性センサ30に出力する。
When the second
上記構成のように、操作装置7における操作から直接検出するのではなく、操作に応じて可動部等を動かす油圧アクチュエータへの油圧からも操作を検出することも可能である。
As in the above configuration, instead of detecting directly from the operation of the
〔実施の形態4〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
Fourth Embodiment
Other embodiments of the present invention will be described below. For ease of explanation, the same reference numerals are given to members having the same functions as those described in the above embodiment, and the description thereof will not be repeated.
本実施形態の旋回作業機1Cは、実施形態1、2,3の旋回作業機1A、1Bにおけると制御装置8に代えて、制御装置8Cを備えており、動作制御部82および比例電磁弁V1~V6に代えて、制御弁V11~V16を備えている。
The slewing work machine 1C of this embodiment is equipped with a
図6は、旋回作業機1Cのブロック図である。図6に示すように、操作装置7は、制御弁V11を介して走行モータ22と接続され、制御弁V12を介して旋回モータ21と接続されている。同様にして、操作装置7は、制御弁V13~V16を介して、スイングシリンダ112、ブームシリンダ122、アームシリンダ132、バケットシリンダ142に接続されている。
Figure 6 is a block diagram of the slewing work machine 1C. As shown in Figure 6, the operating
走行モータ22、旋回モータ21、スイングシリンダ112、ブームシリンダ122、アームシリンダ132、およびバケットシリンダ142は、それぞれ、制御弁V11~V16にて制御される。制御弁V11~V16は、直動スプール形切換弁から構成されていると共に、パイロット圧によって切換操作されるパイロット操作切換弁によって構成されている。
The
制御弁V11~V16は、制御弁V11~V16を操作する操作装置7における操作レバーの操作量に比例して動かされ、制御弁V11~V16が動かされた量に比例する量の圧油を制御対象の油圧アクチュエータに供給するように構成されている。
The control valves V11 to V16 are configured to be moved in proportion to the amount of operation of the operating lever of the
本実施形態の旋回作業機1Cでは、旋回部2を運動させる操作が検出されたことを、第3操作検出部10が検出する。第3操作検出部10は、制御弁V11~V16に加えられるパイロット圧に基づいて、旋回部2を運動させる操作を検出する。
In the swivel work machine 1C of this embodiment, the third
IMU指示部83は、第3操作検出部10にて旋回部2を運動させる操作が検出された場合に、操作に応じた信号を慣性センサ30に出力する。
When the third
〔ソフトウェアによる実現例〕
制御装置8、8C(以下、「装置」と呼ぶ)の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロックとしてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
[Software implementation example]
The functions of the
この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも1つの制御装置(例えばプロセッサ)と少なくとも1つの記憶装置(例えばメモリ)を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。 In this case, the device includes a computer having at least one control device (e.g., a processor) and at least one storage device (e.g., a memory) as hardware for executing the program. The functions described in each of the above embodiments are realized by executing the program using the control device and storage device.
上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、1または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。 The program may be recorded on one or more computer-readable recording media, not on a temporary basis. The recording media may or may not be included in the device. In the latter case, the program may be supplied to the device via any wired or wireless transmission medium.
また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。 In addition, some or all of the functions of each of the above control blocks can be realized by a logic circuit. For example, an integrated circuit in which a logic circuit that functions as each of the above control blocks is formed is also included in the scope of the present invention. In addition, it is also possible to realize the functions of each of the above control blocks by, for example, a quantum computer.
また、上記各実施形態で説明した各処理は、AI(Artificial Intelligence:人工知能)に実行させてもよい。この場合、AIは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置(例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等)で動作するものであってもよい。 The processes described in each of the above embodiments may be executed by AI (Artificial Intelligence). In this case, the AI may run on the control device, or on another device (such as an edge computer or a cloud server).
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. The technical scope of the present invention also includes embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments.
1、1A、1B、1C 旋回作業機
2 旋回部
3 走行装置
4 機体
5 作業装置
7 操作装置
8、8C 制御装置
9 第2操作検出部(検出部)
10 第3操作検出部(検出部)
11 スイング装置
12 ブーム装置(可動部)
13 アーム装置(可動部)
14 バケット装置(可動部)
21 旋回モータ(油圧アクチュエータ)
22 走行モータ(油圧アクチュエータ)
30 慣性センサ
81 第1操作検出部(検出部)
82 動作制御部
83 IMU指示部
112 スイングシリンダ(油圧アクチュエータ)
122 ブームシリンダ(油圧アクチュエータ)
132 アームシリンダ(油圧アクチュエータ)
142 バケットシリンダ(油圧アクチュエータ)
1, 1A, 1B, 1C
10 Third operation detection unit (detection unit)
11
13 Arm device (movable part)
14 Bucket device (movable part)
21 Swing motor (hydraulic actuator)
22 Travel motor (hydraulic actuator)
30
82
122 Boom cylinder (hydraulic actuator)
132 Arm cylinder (hydraulic actuator)
142 Bucket cylinder (hydraulic actuator)
Claims (7)
前記旋回部に配置され、角速度および加速度に基づいて姿勢角を算出する慣性センサと、
前記旋回部を運動させる操作を検出する検出部と、
前記運動させる操作が検出された場合に、前記操作に応じた信号を前記慣性センサに出力する出力部と、を備える、旋回作業機。 A swivel section;
an inertial sensor disposed on the rotating section and configured to calculate an attitude angle based on an angular velocity and an acceleration;
A detection unit that detects an operation for moving the rotating unit;
an output unit that, when the operation of causing the movement is detected, outputs a signal corresponding to the operation to the inertial sensor.
前記旋回部は前記走行装置上に旋回可能に設置され、
前記検出部は、前記走行装置を走行させる操作についても、前記旋回部を運動させる操作として検出する、請求項1又は2に記載の旋回作業機。 Equipped with running gear,
The rotating unit is rotatably installed on the traveling device,
The slewing work machine according to claim 1 or 2, wherein the detection section detects an operation of causing the traveling device to travel as an operation of causing the slewing section to move.
前記検出部は、前記操作装置に対する操作に基づいて、前記旋回部を運動させる操作を検出する、請求項1又は2に記載の旋回作業機。 An operation device that receives an operation to move the rotating part,
The swivel work machine according to claim 1 or 2, wherein the detection section detects an operation for moving the swivel section based on an operation on the operating device.
前記検出部は、前記油圧アクチュエータに供給する油圧を制御する信号より、前記旋回部を運動させる操作を検出する、請求項1又は2に記載の旋回作業機。 The rotating part is moved by driving a hydraulic actuator,
3. The swivel working machine according to claim 1, wherein the detection section detects an operation for moving the swivel section from a signal for controlling a hydraulic pressure supplied to the hydraulic actuator.
前記機体および前記作業装置の複数の可動部のそれぞれに前記慣性センサが配置され、
前記出力部は、
前記機体を運動させる操作を検出した場合、前記機体および前記複数の可動部に配置された前記各慣性センサに、前記操作に応じた信号を出力し、
前記複数の可動部の何れかの可動部を運動させる操作を検出した場合、運動させる可動部および該可動部よりも前記作業装置の先端側に位置する可動部に配置された前記各慣性センサに、前記操作に応じた信号を出力する、請求項1又は2に記載の旋回作業機。 The rotating unit includes a rotating body and a working device attached to the body and having a plurality of movable parts;
The inertial sensor is disposed on each of a plurality of movable parts of the machine body and the working device,
The output unit is
When an operation for moving the aircraft is detected, a signal corresponding to the operation is output to each of the inertial sensors disposed on the aircraft and the plurality of movable parts;
A rotating work machine as described in claim 1 or 2, wherein when an operation to move any of the plurality of movable parts is detected, a signal corresponding to the operation is output to each of the inertial sensors arranged on the movable part to be moved and on a movable part located closer to the tip of the work device than the movable part to be moved.
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