JP7492010B2 - Method for controlling hydraulic cylinder of working machine - Google Patents

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Description

本発明は、独立請求項の上位概念に記載の、作業機械の油圧シリンダを制御する方法、及び、作業機械のアタッチメントを制御する方法に関する。本発明の保護対象は、作業機械の油圧シリンダを制御する制御ユニット、及び、作業機械のアタッチメントを制御する制御ユニット、並びに、作業機械及びコンピュータプログラムでもある。 The present invention relates to a method for controlling a hydraulic cylinder of a work machine and a method for controlling an attachment of a work machine according to the preamble of the independent claim. The subject of the invention is also a control unit for controlling a hydraulic cylinder of a work machine, a control unit for controlling an attachment of a work machine, a work machine, and a computer program.

最新の作業機械においては、自動化又は半自動化された作業プロセスが益々用いられるようになってきている。機能の内容は、現在のところ、多くの場合には、ツールセンタポイント（ＴＣＰ）に対し所望の軌跡を追従すること、又は、アシスト機能の場合には所望の軌跡を追従する際に運転者を支援することである。 In modern work machines, automated or semi-automated work processes are increasingly being used. The function currently consists in many cases of following a desired trajectory relative to a tool center point (TCP) or, in the case of an assist function, of supporting the operator in following the desired trajectory.

発明の開示
本発明の保護対象は、作業機械、特に可動型作業機械の油圧シリンダを制御する方法である。 DISCLOSURE OF THEINVENTION The protected subject matter of the present invention is a method for controlling a hydraulic cylinder of a work machine, in particular a mobile work machine.

この方法は、油圧シリンダの運動パラメータ目標値を制御ユニットによって受信するステップを含む。この方法は、さらに、油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットのバルブパラメータ目標値を、受信した運動パラメータ目標値に依存して制御ユニットにより求めるステップを含む。ここで、バルブパラメータ目標値は、データに基づくモデル、特に人工ニューラルネットワークを用い、かつ、バルブパラメータ目標値に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲を考慮しながら求められる。この方法は、さらに、可動型作業機械の油圧シリンダを制御する目的で、油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットを、求められたバルブパラメータ目標値に依存して、制御ユニットにより制御するステップを含む。 The method comprises the step of receiving motion parameter setpoints of a hydraulic cylinder by the control unit. The method further comprises the step of determining, by the control unit, valve parameter setpoints of a valve unit associated with the hydraulic cylinder as a function of the received motion parameter setpoints, where the valve parameter setpoints are determined using a data-based model, in particular an artificial neural network, and taking into account predefined and/or predefinable tolerances for the valve parameter setpoints. The method further comprises the step of controlling, by the control unit, the valve unit associated with the hydraulic cylinder as a function of the determined valve parameter setpoints for the purpose of controlling the hydraulic cylinder of a mobile work machine.

本発明の保護対象は、さらに、作業機械、特に可動型作業機械の油圧シリンダを制御する制御ユニットであり、制御ユニットは、油圧シリンダを制御する前述の方法のステップを実施又は制御するように構成されている。 The subject matter of the present invention is further a control unit for controlling a hydraulic cylinder of a work machine, in particular a mobile work machine, the control unit being configured to carry out or control the steps of the aforementioned method for controlling the hydraulic cylinder.

本発明の保護対象は、作業機械、特に可動型作業機械のアタッチメントを制御する方法でもある。ここで、アタッチメントは、油圧シリンダによって作業機械に対し相対的に運動可能である。 The subject matter of the present invention is also a method for controlling an attachment of a work machine, in particular a mobile work machine, where the attachment is movable relative to the work machine by means of a hydraulic cylinder.

この方法は、アタッチメント目標ポジションを制御ユニットによって受信するステップを含む。この方法は、さらに、油圧シリンダの運動パラメータ目標値を、受信したアタッチメント目標ポジションに依存して制御ユニットにより求めるステップを含む。しかも、この方法は、油圧シリンダに対応付けられたバルブのバルブパラメータ目標値を、受信した運動パラメータ目標値に依存して制御ユニットにより求めるステップを含む。バルブパラメータ目標値は、データに基づくモデル、特に人工ニューラルネットワークを用い、かつ、バルブパラメータ目標値に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲を考慮しながら求められる。この方法は、さらに、可動型作業機械のアタッチメントを油圧シリンダによって制御する目的で、油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットを、求められたバルブパラメータ目標値に依存して、制御ユニットにより制御するステップを含む。 The method includes a step of receiving an attachment target position by the control unit. The method further includes a step of determining, by the control unit, motion parameter target values of the hydraulic cylinder depending on the received attachment target position. Furthermore, the method includes a step of determining, by the control unit, valve parameter target values of a valve associated with the hydraulic cylinder depending on the received motion parameter target values. The valve parameter target values are determined using a data-based model, in particular an artificial neural network, and taking into account a preset and/or predefinable tolerance range for the valve parameter target values. The method further includes a step of controlling, by the control unit, a valve unit associated with the hydraulic cylinder depending on the determined valve parameter target values in order to control an attachment of a mobile work machine by the hydraulic cylinder.

本発明の保護対象は、これに加えて、作業機械、特に可動型作業機械のアタッチメントを制御する制御ユニットであり、制御ユニットは、アタッチメントを制御する前述の方法のステップを実施又は制御するように構成されている。 The subject matter of the invention furthermore relates to a control unit for controlling an attachment of a work machine, in particular a mobile work machine, the control unit being configured to carry out or control the steps of the aforementioned method for controlling the attachment.

本発明の保護対象はさらに、アタッチメントと、このアタッチメントの運動のための少なくとも１つの油圧シリンダと、アタッチメントを制御する前述の制御ユニットと、を備えた作業機械、特に可動型作業機械である。 The subject of the invention is also a work machine, in particular a mobile work machine, comprising an attachment, at least one hydraulic cylinder for the movement of the attachment, and the aforementioned control unit for controlling the attachment.

本発明の保護対象は、さらに、油圧シリンダを制御する前述の方法及び／又はアタッチメントを制御する前述の方法のうちの一方又は両方を実施及び／又は制御するために構成されたコンピュータプログラムである。 The subject matter of the present invention is further a computer program configured to implement and/or control one or both of the aforementioned methods for controlling a hydraulic cylinder and/or the aforementioned methods for controlling an attachment.

作業機械は、定置型作業機械とすることができ、又は、好ましくは可動型作業機械とすることができる。作業機械は、建築業、農業、林業又はロジスティクスの用途のための作業機械とすることができる。可動型作業機械は、例えば、ショベル、ホイールローダ、構内運搬車又は高所作業車とすることができる。定置型作業機械は、例えば、油圧により駆動される産業用ロボットとすることができる。 The working machine may be a stationary working machine or, preferably, a mobile working machine. The working machine may be a working machine for construction, agricultural, forestry or logistics applications. The mobile working machine may be, for example, a shovel, a wheel loader, a yard vehicle or an aerial work vehicle. The stationary working machine may be, for example, a hydraulically driven industrial robot.

作業機械のアタッチメントは、農業及び／又は林業及び／又は建築業において地面を加工及び／又は処理するためのアタッチメント、及び／又は、荷物を搬送するためのアタッチメントとすることができる。アタッチメントは、例えば、シャベル、スコップ又は作業用ケージとすることができる。アタッチメントは、作業機械の作業アーム、昇降フレーム又は昇降台に配置することができる。 The attachment of the working machine may be an attachment for processing and/or treating the ground in the agricultural and/or forestry and/or construction industry and/or an attachment for transporting loads. The attachment may be, for example, a shovel, a spade or a working cage. The attachment may be arranged on a working arm, a lifting frame or a lifting platform of the working machine.

油圧シリンダ又はハイドロリックシリンダは、アタッチメントと作業機械との間で相対運動を発生させるように構成されている。この目的において、油圧シリンダは、ハウジング及びピストンを含み得る。ピストンは、油圧液体、好ましくは作動油の圧力印加によって、ハウジングに対し相対的に運動可能であり、特に、ハウジング内に導入及び導出可能である。 The hydraulic cylinder is configured to generate relative movement between the attachment and the work machine. For this purpose, the hydraulic cylinder may include a housing and a piston. The piston is movable relative to the housing, in particular can be introduced into and withdrawn from the housing, by application of pressure of a hydraulic fluid, preferably hydraulic oil.

油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットは、作動油に規定どおりに圧力を印加するように構成されている。即ち、油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットは、油圧シリンダのピストンとハウジングとの間の相対運動を発生させるように構成されている。 The valve unit associated with the hydraulic cylinder is configured to apply pressure to the hydraulic fluid as specified. That is, the valve unit associated with the hydraulic cylinder is configured to generate relative motion between the piston of the hydraulic cylinder and the housing.

バルブユニットは、１つ又は複数のバルブを含み得る。バルブは、マグネットバルブ、又は、ニューマチック式に操作可能なバルブ若しくはニューマチックバルブとして構成することができる。バルブユニットは、特に電磁パイロットバルブと、好ましくはこのパイロットバルブに対応付けられた、特にニューマチック式に操作可能なメインバルブと、を含み得る。 The valve unit may include one or more valves. The valves may be configured as magnetic valves or as pneumatically operable or pneumatic valves. The valve unit may in particular include an electromagnetic pilot valve and a main valve, in particular pneumatically operable, preferably associated with this pilot valve.

バルブユニットの制御によって、油圧シリンダのピストンとハウジングとの間の相対運動を制御することができる。この相対運動によって、アタッチメントにおける油圧シリンダの配置に基づき、アタッチメントと作業機械との間の、特に、アタッチメントと作業機械の作業アーム及び／又は昇降フレームとの間の、相対運動を発生させることができる。 By controlling the valve unit, the relative movement between the piston and the housing of the hydraulic cylinder can be controlled. This relative movement can generate relative movement between the attachment and the work machine, in particular between the attachment and the work arm and/or lifting frame of the work machine, based on the arrangement of the hydraulic cylinders on the attachment.

制御とは、本発明の関連においては、入力量に基づき出力量を生成するという意味における制御であると解することができる。制御とは、またさらに好ましくは、閉ループ制御すべき量の実際値を継続的に求め、この実際値を閉ループ制御すべき量の目標値と継続的に比較するという意味において、閉ループ制御を含む制御であると解することができる。 Control, in the context of the present invention, may be understood as control in the sense of generating an output quantity based on an input quantity. Control may also, more preferably, be understood as control including closed-loop control in the sense of continuously determining an actual value of a quantity to be closed-loop controlled and continuously comparing this actual value with a target value of the quantity to be closed-loop controlled.

アタッチメント目標ポジションは、アタッチメントを含む作業機械に対し相対的なアタッチメントの空間相対ポジションとすることができ、又は、外部の基準座標系における空間ポジション、例えば、全地球衛星測位システム若しくはポジション検出センサユニットの基準座標系における空間ポジションとすることができる。アタッチメント目標ポジションは好ましくは、アタッチメントのツールセンタポイント（ＴＣＰ）の空間ポジションである。アタッチメント目標ポジションは、例えば、作業機械により実施すべき１つの作業プロセスの１つの作業ステップのために予め設定することができる。 The attachment target position can be a spatial relative position of the attachment relative to the work machine including the attachment, or a spatial position in an external reference coordinate system, for example a global satellite positioning system or a reference coordinate system of a position detection sensor unit. The attachment target position is preferably the spatial position of the tool center point (TCP) of the attachment. The attachment target position can be predefined, for example, for one work step of one work process to be performed by the work machine.

アタッチメント目標ポジションに依存して運動パラメータ目標値を求めるステップは、アタッチメント又は作業機械のためのソフトウェアに基づく軌跡プラニングによって行うことができる。運動パラメータ目標値を求めるステップは、作業機械のキネマティクスの少なくとも一部分を考慮しながら行うことができる。 The step of determining the motion parameter target values in dependence on the attachment target position can be performed by software-based trajectory planning for the attachment or the work machine. The step of determining the motion parameter target values can be performed while taking into account at least a part of the kinematics of the work machine.

油圧シリンダの運動パラメータは、油圧シリンダの運動の１つのパラメータである。油圧シリンダの運動は、好ましくは、油圧シリンダのピストンとハウジングとの間の相対運動である。油圧シリンダの運動は、等速運動又は好ましくは等加速運動とすることができる。 The motion parameter of the hydraulic cylinder is one parameter of the motion of the hydraulic cylinder. The motion of the hydraulic cylinder is preferably a relative motion between the piston and the housing of the hydraulic cylinder. The motion of the hydraulic cylinder can be a uniform motion or preferably a uniform acceleration motion.

油圧シリンダの運動パラメータは、速度又は加速度とすることができる。好ましくは、運動パラメータは、油圧シリンダのピストンとハウジングとの間の相対速度又は相対加速度である。 The motion parameter of the hydraulic cylinder can be a velocity or an acceleration. Preferably, the motion parameter is a relative velocity or a relative acceleration between the piston and the housing of the hydraulic cylinder.

運動パラメータ目標値は、運動パラメータの１つの値であり、又は、運動パラメータの値の経時的推移であって、この経時的推移に従って油圧シリンダの運動が行われるべきものである。 The motion parameter target value is a value of one of the motion parameters, or a time-dependent change in the value of the motion parameter, according to which the motion of the hydraulic cylinder should be performed.

バルブユニットのバルブパラメータは、バルブユニットの１つ又は複数のバルブのパラメータとすることができる。バルブパラメータは、マグネットバルブのバルブ通電又は電流強度とすることができる。バルブパラメータは、ニューマチック式に操作可能なバルブを操作する圧力とすることもできる。バルブパラメータは、さらに、バルブユニットのバルブのバルブ絞り開口面積とすることができる。 The valve parameter of the valve unit may be a parameter of one or more valves of the valve unit. The valve parameter may be a valve energization or current strength of a magnetic valve. The valve parameter may also be a pressure for operating a pneumatically operable valve. The valve parameter may further be a valve throttle opening area of a valve of the valve unit.

データに基づくモデルとは、本発明の関連においては、数学的モデル又は数学的アルゴリズムであると解することができ、このモデル又はアルゴリズムは、入力量として運動パラメータの値が予め与えられると、出力量としてバルブパラメータの値を求めるように構成されている。即ち、換言すれば、データに基づくモデルは、運動パラメータの１つの値にバルブパラメータの１つの値を対応付け若しくは相関させ、又は、運動パラメータの値とバルブパラメータの値とを相互に結合する。バルブパラメータの求められた値は、特に、油圧シリンダの１つ又は複数の他のパラメータの値に依存しており、及び／又は、油圧シリンダと相互作用しているユニットに依存している。 A data-based model in the context of the present invention can be understood to be a mathematical model or a mathematical algorithm, which is configured to determine a value of a valve parameter as an output quantity when a value of a motion parameter is given in advance as an input quantity. In other words, the data-based model associates or correlates a value of a valve parameter with a value of a motion parameter or interconnects the values of the motion parameter and the valve parameter. The determined value of the valve parameter depends in particular on the values of one or more other parameters of the hydraulic cylinder and/or on the units interacting with the hydraulic cylinder.

データに基づくモデルは、学習データセット又はトレーニングデータセットに基づく。これらのトレーニングデータセットは、運動パラメータ及びバルブパラメータ、並びに、好ましくは１つ又は複数の他のパラメータの値の組合せ、例えば値タプルを含む。トレーニングデータセットは、油圧シリンダの動作時に、例えば、油圧シリンダを含む作業機械の動作時に、求めることができる。トレーニングデータセットは、油圧シリンダの動作時に発生した又は存在する値の組合せに対応するものである。 The data-based models are based on learning or training data sets. These training data sets include combinations of values, e.g., value tuples, of the motion parameters and valve parameters, and preferably one or more other parameters. The training data sets can be determined during operation of the hydraulic cylinder, e.g., during operation of a work machine including the hydraulic cylinder. The training data sets correspond to combinations of values that occur or exist during operation of the hydraulic cylinder.

データに基づくモデルは、トレーニングデータセットに基づき、例えば、回帰プロセスを用いることにより、油圧シリンダにより技術的に実現可能な運動パラメータの任意の値各々について、バルブパラメータの値を出力するように構成されている。即ち、換言すれば、データに基づくモデルは、トレーニングデータセットには含まれない値の組合せについても、結合若しくは相関を求めるように、又は、機械学習するように構成されている。好ましくは、データに基づくモデルには、油圧シリンダの物理的技術的なモデルは、予め与えられない。即ち、換言すれば、データに基づくモデルは、機械学習方法を用いて生成されるモデルである。 The data-based model is configured to output values of the valve parameters for each arbitrary value of the motion parameters that is technically feasible for the hydraulic cylinder based on the training data set, for example by using a regression process. In other words, the data-based model is configured to find associations or correlations, or to perform machine learning, for combinations of values that are not included in the training data set. Preferably, the data-based model is not provided with a pre-defined physical and technical model of the hydraulic cylinder. In other words, the data-based model is a model that is generated using a machine learning method.

データに基づくモデルの性能の良さ又は品質は、データに基づくモデルにより求められたバルブパラメータ目標値を用いて、油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットを制御したときの、予め定められた運動パラメータ目標値と運動パラメータ実際値との間の偏差に依存する。トレーニングデータセットが代表的なものである油圧シリンダの動作領域については、即ち、トレーニングデータセットが十分な個数の関係する値の組合せを含む油圧シリンダの動作領域については、運動パラメータの実際値と予め定められた目標値との間で小さい偏差を予期することができる。 The performance or quality of the data-based model depends on the deviation between the predetermined motion parameter target values and the motion parameter actual values when the valve unit associated with the hydraulic cylinder is controlled using the valve parameter target values determined by the data-based model. For operating regions of the hydraulic cylinder for which the training data set is representative, i.e. for operating regions of the hydraulic cylinder for which the training data set contains a sufficient number of relevant value combinations, small deviations between the actual values of the motion parameters and the predetermined target values can be expected.

トレーニングデータセットが代表的なものではない油圧シリンダの動作領域については、即ち、トレーニングデータセットが十分な個数の関係する値の組合せを含まない油圧シリンダの動作領域については、運動パラメータの実際値と予め定められた目標値との間で大きい偏差が発生する可能性がある。 For operating regions of the hydraulic cylinder for which the training data set is not representative, i.e. for operating regions of the hydraulic cylinder for which the training data set does not contain a sufficient number of relevant value combinations, large deviations may occur between the actual values of the motion parameters and the predetermined target values.

データに基づくモデルは、好ましくは、人工ニューラルネットワークとして構成されている。 The data-based model is preferably configured as an artificial neural network.

バルブパラメータの許容範囲は、バルブユニットの制御のために許容又は許可されるバルブパラメータの値範囲を表す。有利には、バルブパラメータ目標値に対する許容範囲は、バルブパラメータの技術的に実現可能な又は考えられる値範囲のうちの部分範囲である。例えば、バルブパラメータの技術的に可能な値範囲は、バルブ通電のための第１の電流強度最小値以上かつ第１の電流強度最大値以下の電流強度を含む電流強度範囲とすることができる。許容範囲は、バルブ通電のための第２の電流強度最小値以上かつ第２の電流強度最大値以下の電流強度を含む電流強度範囲とすることができ、ここで、第２の最小値は第１の最小値以上であり、第２の最大値は第１の最大値以下であり、両方の最大値及び両方の最小値が等しいことは除外される。この構成によって、バルブパラメータ目標値を技術的に可能な値範囲の部分集合に制限することができ、これによって、油圧シリンダ、特に作業機械の油圧シリンダの確実な動作状態を保証することができる。 The permissible range of the valve parameter represents a value range of the valve parameter that is permissible or permitted for the control of the valve unit. Advantageously, the permissible range for the valve parameter target value is a subrange of the technically feasible or possible value range of the valve parameter. For example, the technically possible value range of the valve parameter can be a current strength range including a current strength equal to or greater than a first current strength minimum value and equal to or less than a first current strength maximum value for the valve energization. The permissible range can be a current strength range including a current strength equal to or greater than a second current strength minimum value and equal to or less than a second current strength maximum value for the valve energization, where the second minimum value is equal to or greater than the first minimum value and the second maximum value is equal to or less than the first maximum value, with the exception that both maximum values and both minimum values are equal. This configuration allows the valve parameter target value to be limited to a subset of the technically possible value range, which ensures a reliable operating state of the hydraulic cylinder, in particular of a hydraulic cylinder of a working machine.

当該方法及び対応する制御ユニットにより、油圧シリンダ又は油圧シリンダによって運動可能なアタッチメントの自動化された制御における安全性及び信頼性が高められる。データに基づくモデルを用いることによって、手間をかけることによってしか十分に細分化して物理的技術的にモデリングすることができない複雑な油圧特性を有する作業機械のためにも、当該方法を用いることができる。バルブパラメータ目標値を求める際に許容範囲を考慮することによって、油圧シリンダ又はアタッチメントが常に、即ち、滅多にない動作状態においても、安全な値範囲内において駆動されることが保証される。これによって、部分的に又は完全に自動化された作業機械のために、データに基づく閉ループ制御ストラテジの安全性を高めることができる。 The method and the corresponding control unit increase the safety and reliability of the automated control of hydraulic cylinders or attachments that can be moved by hydraulic cylinders. By using data-based models, the method can also be used for working machines with complex hydraulic characteristics that can only be modeled in sufficient detail physically and technically with great effort. By taking into account tolerances when determining the valve parameter target values, it is ensured that the hydraulic cylinders or attachments are always driven within safe value ranges, i.e. even in rare operating states. This allows for an increased safety of data-based closed-loop control strategies for partially or fully automated working machines.

バルブパラメータ目標値を求めるステップは、バルブパラメータ暫定目標値を求めるステップを含み、この暫定目標値に依存してバルブパラメータ目標値を、求められた目標値がバルブパラメータ目標値に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲内にあるように求めるものとすると、有利である。好ましくは、第１のステップにおいてバルブパラメータ暫定目標値が求められ、次いで第２のステップにおいてバルブパラメータ目標値が求められる。 Advantageously, the step of determining the valve parameter target value includes a step of determining a provisional valve parameter target value, and the valve parameter target value is determined depending on the provisional target value such that the determined target value is within a preset and/or predefinable tolerance range for the valve parameter target value. Preferably, the provisional valve parameter target value is determined in a first step, and then the valve parameter target value is determined in a second step.

バルブパラメータ暫定目標値は、バルブパラメータ目標値に対する許容範囲内又は許容範囲外にあるバルブパラメータの値となる可能性がある。好ましくは、バルブパラメータ目標値は、バルブパラメータ暫定目標値が許容範囲内にあるときには、バルブパラメータ暫定目標値と一致する。 The provisional valve parameter target value may be a value of the valve parameter that is within or outside the acceptable range for the valve parameter target value. Preferably, the valve parameter target value is equal to the provisional valve parameter target value when the provisional valve parameter target value is within the acceptable range.

バルブパラメータ暫定目標値が許容範囲外にあるときには、目標値を求める際にバルブパラメータ暫定目標値を変更又は整合又は訂正することができる。ここで考えられることは、求められる目標値は、運動パラメータの受信した又は予め定められた目標値に関して暫定目標値に対し最もわずかな間隔を有する、バルブパラメータの許容範囲の値と一致するということである。 When the valve parameter interim target value is outside the tolerance range, the valve parameter interim target value can be changed, adjusted or corrected when determining the target value. The idea here is that the determined target value corresponds to the value of the tolerance range of the valve parameter that has the smallest distance to the interim target value with respect to the received or predetermined target value of the motion parameter.

この構成によって、許容範囲外の暫定目標値は、バルブユニットの制御に用いられることはなく、これによって、危険な動作状態を回避することができる。 With this configuration, interim target values outside the acceptable range are not used to control the valve unit, thereby avoiding dangerous operating conditions.

許容範囲は、バルブパラメータに対し許可された値範囲を表し、この許可された値範囲、特に、許可された値範囲のサイズは、運動パラメータの値に依存すると、同様に有利である。許可された値範囲のサイズ又は幅は、運動パラメータのすべての値について同一に、又は、好ましくはそれぞれ異なるサイズとすることができる。バルブパラメータの値範囲のサイズは、値範囲の幅とすることができる。ここで考えられることは、値範囲のサイズは、値範囲の最大値と値範囲の最小値との間の差分を表すということである。 The tolerance range represents an allowed value range for the valve parameter, and it is likewise advantageous if this allowed value range, in particular the size of the allowed value range, depends on the value of the movement parameter. The size or width of the allowed value range can be the same for all values of the movement parameter or, preferably, respectively different. The size of the value range of the valve parameter can be the width of the value range. What is considered here is that the size of the value range represents the difference between the maximum value of the value range and the minimum value of the value range.

許可された値範囲、特に、許可された値範囲のサイズが、さらに、油圧シリンダ及び／又は作業機械の他のパラメータの実際値に依存するものとすると、有利である。他のパラメータは、運動パラメータの時間導関数に対応させることができる。他のパラメータは、圧力とすることができ、例えば、油圧シリンダの作動油の圧力とすることができる。他のパラメータは、油圧シリンダの作動油の温度であるということも考えられる。さらに、他のパラメータは、作業機械のモータの回転数であるということが考えられる。 It is advantageous if the permitted value range, in particular the size of the permitted value range, further depends on the actual value of another parameter of the hydraulic cylinder and/or the working machine. The other parameter can correspond to a time derivative of the motion parameter. The other parameter can be a pressure, for example the pressure of the hydraulic oil in the hydraulic cylinder. It is also conceivable that the other parameter is the temperature of the hydraulic oil in the hydraulic cylinder. Furthermore, it is conceivable that the other parameter is the rotational speed of the motor of the working machine.

他のパラメータの実際値は、運動パラメータの定義された値、及び／又は、バルブパラメータの定義された値、及び／又は、データに基づくモデルにより考慮される他のパラメータの少なくとも１つの他の定義された値に関する、複数のトレーニングデータセットを表すということが考えられる。例えば、多数のトレーニングデータセットを有する運動パラメータのある１つの値に対する許容範囲のサイズは、それよりもわずかな個数のトレーニングデータセットを有する運動パラメータのある１つの値に対するものよりも、大きくすることができる。 It is contemplated that the actual values of the other parameters represent multiple training data sets for the defined values of the motion parameters and/or the defined values of the valve parameters and/or at least one other defined value of the other parameters considered by the data-based model. For example, the size of the tolerance range for a value of a motion parameter having a large number of training data sets may be larger than for a value of a motion parameter having a smaller number of training data sets.

この構成によって、種々の運動パラメータに対するデータに基づくモデルの性能の良さ又は品質に依存して、許容範囲を整合させることができ、これによって、動作の安全性を保証しながら油圧シリンダ又は作業機械の制御の効率が高められる。 This configuration allows the tolerances to be matched depending on the performance or quality of the data-based model for various motion parameters, thereby increasing the efficiency of the control of the hydraulic cylinder or work machine while ensuring operational safety.

当該方法は、バルブパラメータ目標値に対する許容範囲を求めるステップを含み、この許容範囲は、油圧シリンダの動作時に予め設定された及び／又は予め設定可能な閾値を超えた頻度によって求められたバルブパラメータの値を含むと、さらに有利である。この目的において、油圧シリンダの動作中に、バルブパラメータ及び運動パラメータの値並びにこれらの値の発生頻度を求めることができる。閾値は、絶対的に、又は、バルブパラメータの値の発生頻度の平均値若しくは最大値に対して相対的に、求めることができる。好ましくは、閾値は、運動パラメータの値が大きくなるにつれて増加する。これによって、許容範囲の幅は、運動パラメータの値がより大きくなると、安全上の理由から小さくなる。 It is further advantageous if the method comprises a step of determining a tolerance range for the valve parameter target value, the tolerance range including the value of the valve parameter determined by the frequency of exceeding a preset and/or predefinable threshold value during operation of the hydraulic cylinder. For this purpose, the values of the valve parameter and the motion parameter and the frequency of occurrence of these values can be determined during operation of the hydraulic cylinder. The threshold value can be determined absolutely or relatively to an average or maximum value of the frequency of occurrence of the values of the valve parameter. Preferably, the threshold value increases with increasing values of the motion parameter. Thereby, the width of the tolerance range is reduced for safety reasons with increasing values of the motion parameter.

油圧シリンダの動作時、バルブパラメータの各値について、運動パラメータの少なくとも１つの対応する値が高められた確率で発生する。バルブパラメータの各値について、油圧シリンダ動作時に最も高い値発生頻度を有する個々の運動パラメータの値は、運動パラメータの理想値又は優勢値を表すことができる。運動パラメータの理想値又は優勢値は、油圧シリンダの定常状態、又は、運動パラメータの値の経時的変化が発生しない油圧シリンダの状態における、運動パラメータの値に対応するものとすることができる。運動パラメータの値の経時的変化が発生する可能性がある油圧シリンダの遷移状態においては、運動パラメータの理想値とは異なる運動パラメータの値も、それ相応に低くなった発生頻度で発生する可能性がある。 During operation of the hydraulic cylinder, for each value of the valve parameter, at least one corresponding value of the motion parameter occurs with an increased probability. For each value of the valve parameter, the value of the respective motion parameter having the highest value occurrence frequency during operation of the hydraulic cylinder may represent the ideal or predominant value of the motion parameter. The ideal or predominant value of the motion parameter may correspond to the value of the motion parameter in a steady state of the hydraulic cylinder or in a state of the hydraulic cylinder where no change in the value of the motion parameter occurs over time. In a transition state of the hydraulic cylinder where a change in the value of the motion parameter may occur over time, values of the motion parameter that differ from the ideal value of the motion parameter may also occur with a correspondingly reduced frequency of occurrence.

この構成によって、当該方法を実施する前に特に簡単な方法により許容範囲を求めることができる。さらに、これによって、油圧シリンダ及び作業機械の制御が、センサの故障に対してロバストにもなり、その理由は、許容範囲が当該方法の実施前に求められた値に基づいており又はオフラインにおいて求められており、当該方法の実行時に検出された測定信号には依存しないからである。 This configuration allows the tolerances to be determined in a particularly simple manner before the method is performed. Furthermore, this also makes the control of the hydraulic cylinder and the working machine robust against sensor failures, since the tolerances are based on values determined before the method is performed or are determined offline, and do not depend on measurement signals detected during the execution of the method.

しかも、バルブパラメータ目標値がさらに、油圧シリンダ及び／又は作業機械の少なくとも１つの他のパラメータに、特にその値に、依存して求められるものとすると、有利である。他のパラメータは好ましくは、運動パラメータとは異なるパラメータである。他のパラメータは、運動パラメータの時間導関数に対応させることもできる。他のパラメータは、圧力とすることができ、例えば、油圧シリンダの作動油の圧力とすることができる。他のパラメータは、好ましくは、油圧シリンダのピストン側における圧力と、油圧シリンダのロッド側における圧力との間の圧力差分である。選択的に又は付加的に、他のパラメータは、油圧シリンダに対応付けられたロードセンシングシステムのＬＳ圧力（ロードセンシング圧力）と、ポンプユニットから作動油の圧力印加のために供給される圧力との間の差分である。 It is furthermore advantageous if the valve parameter target value is determined further depending on at least one other parameter of the hydraulic cylinder and/or the working machine, in particular on the value thereof. The other parameter is preferably a parameter different from the motion parameter. The other parameter can also correspond to a time derivative of the motion parameter. The other parameter can be a pressure, for example the pressure of the hydraulic oil of the hydraulic cylinder. The other parameter is preferably a pressure difference between the pressure on the piston side of the hydraulic cylinder and the pressure on the rod side of the hydraulic cylinder. Alternatively or additionally, the other parameter is a difference between the LS pressure (load sensing pressure) of a load sensing system associated with the hydraulic cylinder and the pressure supplied from the pump unit for pressurizing the hydraulic oil.

他のパラメータは、油圧シリンダの作動油の温度であるということも考えられる。さらに、他のパラメータは、作業機械のモータの回転数であるということが考えられる。 Another parameter may be the temperature of the hydraulic oil in the hydraulic cylinder. Yet another parameter may be the rotation speed of the motor of the work machine.

１つ又は複数の他のパラメータは、好ましくは、データに基づくモデルが基礎とするトレーニングデータセットの値の組合せに含まれる。即ち、換言すれば、データに基づくモデルは、好ましくは、運動パラメータの値と他のパラメータの値とから成る組合せに、バルブパラメータの１つの値を対応付ける。この構成によって、運動パラメータの値の経時的変化が発生する遷移動作領域においても、バルブパラメータ目標値を改善された精度で求めることができる。 The one or more other parameters are preferably included in the combination of values of the training data set on which the data-based model is based. In other words, the data-based model preferably maps a value of one of the valve parameters to a combination of the value of the motion parameter and the value of the other parameter. This configuration allows the valve parameter target value to be determined with improved accuracy even in a transition operating region where the value of the motion parameter changes over time.

さらに、バルブパラメータ目標値を求めるステップは、作業機械の操作部材、特にジョイスティックの目標位置を求めるステップを含み、バルブパラメータ目標値を、操作部材の求められた目標位置を用いて求めるものとすると、有利である。操作部材の目標位置は、データに基づくモデル、特に人工ニューラルネットワークを用い、かつ、バルブパラメータ目標値に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲を考慮しながら、運動パラメータの受信した目標値に依存して求められる。 Furthermore, it is advantageous if the step of determining the valve parameter setpoints comprises a step of determining a target position of an operating member, in particular a joystick, of the working machine, and the valve parameter setpoints are determined using the determined target position of the operating member. The target position of the operating member is determined using a data-based model, in particular an artificial neural network, and depending on the received target values of the movement parameters, taking into account predefined and/or predefinable tolerance ranges for the valve parameter setpoints.

操作部材は、油圧シリンダの運動を制御する手段として用いられる。作業機械の操作部材の目標位置は、操作部材の目標ポジション又は目標状態とすることができる。油圧シリンダを動作させるために、操作部材の位置又はポジション又は状態に依存して、油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットが制御される。この目的において、操作部材の各位置にそれぞれ、バルブユニットを制御する制御信号又はバルブユニットの状態が対応付けられている。 The operating member is used as a means for controlling the movement of the hydraulic cylinder. The target position of the operating member of the working machine can be a target position or a target state of the operating member. In order to operate the hydraulic cylinder, a valve unit associated with the hydraulic cylinder is controlled depending on the position or state of the operating member. For this purpose, a control signal for controlling the valve unit or a state of the valve unit is respectively associated with each position of the operating member.

この構成によって、運動パラメータ目標値に最初に、操作部材の目標位置を割り当てることができ、それによって、バルブユニットの制御は、既に作業機械に設けられているソフトウェア及びハードウェアに基づき、操作部材の位置に依存して行うことができる。 This configuration allows the motion parameter target value to be initially assigned the target position of the operating member, so that the control of the valve unit can be performed depending on the position of the operating member based on software and hardware already provided in the working machine.

プログラムコードを備えたコンピュータプログラム製品又はコンピュータプログラムも有利であり、このプログラムコードは、半導体メモリ、ハードディスク記憶装置又は光学記憶装置といった機械可読担体又は機械可読記憶媒体に記憶させることができ、特に、プログラム製品又はプログラムがコンピュータ又は装置において実行されるときに、これまで述べてきた実施形態のうちの１つによる方法のステップを実施、実装及び／又は制御するために、このプログラムコードを用いることができる。 Also advantageous is a computer program product or computer program with a program code, which can be stored on a machine-readable carrier or machine-readable storage medium, such as a semiconductor memory, a hard disk storage device or an optical storage device, and which can in particular be used to perform, implement and/or control the steps of a method according to one of the embodiments described above, when the program product or program is executed on a computer or device.

次に、本発明について添付の図面に基づき例示的に説明する。 Next, the present invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

油圧シリンダを制御する制御ユニットを概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a control unit for controlling a hydraulic cylinder. 作業機械のアタッチメントをデータに基づき閉ループ制御する様子を概略的に示す図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating data-based closed-loop control of a work machine attachment; ショベルの操作部材のポジションの頻度を、ショベルの油圧シリンダ目標速度に依存して示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the frequency of positions of an operating member of a shovel depending on a target speed of a hydraulic cylinder of the shovel. 可動型作業機械の油圧シリンダを制御する方法を示すフローチャートである。4 is a flow chart illustrating a method of controlling a hydraulic cylinder of a mobile work machine.

図１には、作業機械、例えばショベルの油圧シリンダを制御する制御ユニット１が概略的に示されている。 Figure 1 shows a schematic diagram of a control unit 1 that controls a hydraulic cylinder of a work machine, such as a shovel.

制御ユニット１は、人工ニューラルネットワーク１０として構成されたデータに基づくモデル１０と、記憶ユニット２０と、制限ユニット２６と、算出ユニット３０とを含む。制御ユニット１は、油圧シリンダの相対速度１１として形成された運動パラメータ目標値１１に応答して、ショベルのアタッチメントを制御する操作部材の目標位置２７又は位置目標値２７を求めるように構成されている。制御ユニット１は、さらに、操作部材の目標位置２７に基づき、油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットのバルブパラメータ目標値２９を求めるように構成されており、これにより、求められたバルブパラメータ目標値２９に依存して油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットを制御することによって、油圧シリンダが制御される。 The control unit 1 includes a data-based model 10 configured as an artificial neural network 10, a storage unit 20, a limiting unit 26, and a calculation unit 30. The control unit 1 is configured to determine a target position 27 or a position target value 27 of an operating member for controlling an attachment of the excavator in response to a motion parameter target value 11 formed as a relative velocity 11 of the hydraulic cylinder. The control unit 1 is further configured to determine a valve parameter target value 29 of a valve unit associated with the hydraulic cylinder based on the target position 27 of the operating member, whereby the hydraulic cylinder is controlled by controlling the valve unit associated with the hydraulic cylinder depending on the determined valve parameter target value 29.

人工ニューラルネットワーク１０は、油圧シリンダの相対速度目標値１１を受信するように構成されている。さらに人工ニューラルネットワーク１０は、圧力差分１３、１５の実際値を受信するように構成されている。圧力差分１３は、好ましくは、油圧シリンダのピストン側における圧力と、油圧シリンダのロッド側における圧力との間の圧力差分である。圧力差分１５は、油圧シリンダに対応付けられたロードセンシングシステムのＬＳ圧力（ロードセンシング圧力）と、ポンプユニットから作動油の圧力印加のために供給される圧力との間の差分である。 The artificial neural network 10 is configured to receive a target relative velocity value 11 of the hydraulic cylinder. The artificial neural network 10 is further configured to receive actual values of pressure differentials 13, 15. The pressure differential 13 is preferably a pressure differential between the pressure at the piston side of the hydraulic cylinder and the pressure at the rod side of the hydraulic cylinder. The pressure differential 15 is a pressure differential between the LS pressure (load sensing pressure) of a load sensing system associated with the hydraulic cylinder and the pressure supplied from the pump unit for pressurizing the hydraulic oil.

しかも人工ニューラルネットワーク１０は、受信した値１１、１３、１５に基づき、操作部材の目標位置暫定値２１を求めるように構成されている。これに加えて、人工ニューラルネットワーク１０は、以下のような係数２３、即ち、値１１、１３、１５により特定された油圧シリンダ動作領域における人工ニューラルネットワーク１０の品質に対する尺度を表す係数２３の、１つ又は複数の値を出力するように構成されている。トレーニングデータセットが多い動作領域においては、この係数は、データに基づくモデルの品質がより高いことからトレーニングデータセットがより少ない動作領域よりも、この領域においては、データに基づくモデルの品質がより低いゆえに、より大きい値を取り得る。 Moreover, the artificial neural network 10 is configured to determine a provisional target position value 21 of the operating member based on the received values 11, 13, 15. In addition to this, the artificial neural network 10 is configured to output one or more values of a coefficient 23, i.e. a coefficient 23 representing a measure for the quality of the artificial neural network 10 in the hydraulic cylinder operating region identified by the values 11, 13, 15, as follows: In an operating region with a large training data set, this coefficient may have a larger value than in an operating region with a smaller training data set, since in this region the quality of the data-based model is lower, since the quality of the data-based model is higher.

記憶ユニット２０は、相対速度１１と操作部材の理想位置又は優勢位置２５とによる少なくとも１つの特性曲線を含み、これについては、図３を参照されたい。記憶ユニット２０は、油圧シリンダの相対速度目標値１１に応答して、操作部材の理想位置又は優勢位置２５の値を出力するように構成されている。 The memory unit 20 includes at least one characteristic curve of the relative velocity 11 and the ideal or preferred position 25 of the operating member, see FIG. 3. The memory unit 20 is configured to output the value of the ideal or preferred position 25 of the operating member in response to the target value 11 of the relative velocity of the hydraulic cylinder.

制限ユニット２６は、操作部材の目標位置暫定値２１と、操作部材の理想位置２５と、係数２３とに応答して、操作部材の位置目標値２７を出力するように構成されている。この目的において、制限ユニット２６は、操作部材の理想位置２５の値と係数２３とに基づき、操作部材の位置目標値２７に対する許容範囲の幅を求めるように構成されている。この許容範囲は、係数２３だけ減少させられた理想位置２５の値から、係数２３だけ増加させられた理想位置２５の値まで拡大している。 The limiting unit 26 is configured to output a position target value 27 of the operating member in response to the provisional target position value 21 of the operating member, the ideal position 25 of the operating member, and the coefficient 23. For this purpose, the limiting unit 26 is configured to determine the width of an acceptable range for the position target value 27 of the operating member based on the value of the ideal position 25 of the operating member and the coefficient 23. This acceptable range extends from the value of the ideal position 25 reduced by the coefficient 23 to the value of the ideal position 25 increased by the coefficient 23.

しかも、制限ユニット２６は、操作部材の位置目標値２７を求める際に、この許容範囲を考慮するように構成されている。この目的において、制限ユニットは、操作部材の位置暫定目標値２１が求められた許容範囲内にあるのか許容範囲外にあるのかを求めるように構成されている。操作部材の位置暫定目標値２１が許容範囲内にある場合には、目標位置２７の値は位置暫定目標値２１と一致する。操作部材の位置暫定目標値２１が許容範囲外にある場合には、操作部材の位置の目標値２７は、油圧シリンダの位置暫定目標値２１に対し最小間隔を有する許容範囲の値と一致する。 Moreover, the limiting unit 26 is configured to take this tolerance into account when determining the target position value 27 of the operating member. For this purpose, the limiting unit is configured to determine whether the provisional target position value 21 of the operating member is within the determined tolerance range or outside the tolerance range. If the provisional target position value 21 of the operating member is within the tolerance range, the value of the target position 27 coincides with the provisional target position value 21. If the provisional target position value 21 of the operating member is outside the tolerance range, the target position value 27 of the operating member coincides with a value of the tolerance range that has a minimum distance from the provisional target position value 21 of the hydraulic cylinder.

算出ユニット３０は、可動型作業機械の油圧シリンダを制御する目的で、操作部材の求められた位置目標値２７に応答して、油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットのバルブパラメータ目標値２９を求め、求められたバルブパラメータ目標値２９に依存してバルブユニットを制御するように構成されている。 The calculation unit 30 is configured to determine a valve parameter target value 29 of a valve unit associated with the hydraulic cylinder in response to the determined position target value 27 of the operating member for the purpose of controlling the hydraulic cylinder of the mobile work machine, and to control the valve unit depending on the determined valve parameter target value 29.

図２には、閉ループ制御ユニット２を用いて、作業機械、特にショベルのアタッチメントをデータに基づき閉ループ制御する様子が概略的に示されている。この閉ループ制御は、図１と同様に可動型作業機械の油圧シリンダの、モデルに基づく速度閉ループ制御を含む。油圧シリンダは、作業機械の作業アームに配置されたアタッチメントの運動を発生させるように構成されており、その際に作業機械の作業アームのジョイント同士のジョイント角が変化させられる。 Figure 2 shows a schematic diagram of data-based closed-loop control of a work machine, particularly an excavator attachment, using a closed-loop control unit 2. This closed-loop control includes model-based closed-loop velocity control of a hydraulic cylinder of a mobile work machine, similar to Figure 1. The hydraulic cylinder is configured to generate movement of an attachment disposed on a work arm of the work machine, and in so doing, changes the joint angles between the joints of the work arm of the work machine.

閉ループ制御ユニット２は、姿勢コントローラ３２（“ｐｏｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ”）、インバースキネマティクス３４（“ｉｎｖｅｒｓｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ”）、速度コントローラ３６（“ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ”）、被制御系３８、フォワードキネマティクス４０（“ｄｉｒｅｃｔ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ”）、１つ又は複数のセンサ４２（“ｓｅｎｓｏｒｓ”）、及び、モデルに基づくフィルタ４４（“ｍｏｄｅｌｌ ｂａｓｅｄ ｆｉｌｔｅｒ”）を含む。 The closed loop control unit 2 includes a pose controller 32, inverse kinematics 34, a velocity controller 36, a controlled system 38, forward kinematics 40, one or more sensors 42, and a model based filter 44.

姿勢コントローラ３２は、軌跡生成のための算出ユニット３０（“ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ”）により生成された、作業機械におけるアタッチメントのツールセンタポイント（ＴＣＰ）目標座標３１と、受信したＴＣＰ実際座標４１との差分に応答して、ＴＣＰ目標速度３３を求めるように構成されている。 The attitude controller 32 is configured to determine a tool center point (TCP) target speed 33 in response to the difference between the tool center point (TCP) target coordinates 31 of the attachment on the work machine, generated by a calculation unit 30 for trajectory generation ("trajectory generator"), and the received TCP actual coordinates 41.

インバースキネマティクス３４は、求められたＴＣＰ目標速度３３に応答して、ジョイント角速度目標値３５、又は、作業機械の油圧シリンダ速度目標値３５を求めるように構成されている。 The inverse kinematics 34 is configured to determine a joint angular velocity target value 35 or a hydraulic cylinder velocity target value 35 of the work machine in response to the determined TCP target velocity 33.

速度コントローラ３６は、求められたジョイント角速度目標値３５に応答して、又は、求められた油圧シリンダ速度目標値３５に応答して、調整量目標値３７を求めるように構成されている。 The speed controller 36 is configured to determine the adjustment amount target value 37 in response to the determined joint angular velocity target value 35 or in response to the determined hydraulic cylinder velocity target value 35.

この目的において、速度コントローラ３６は、被制御系３８の反転挙動３６ａ（“ｉｎｖｅｒｓｅ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ”）及びフィードバック制御装置３６ｂ（“Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ”）を含む。 For this purpose, the speed controller 36 includes an inverse manipulator behavior 36a of the controlled system 38 and a feedback controller 36b.

被制御系３８の反転挙動３６ａは、データに基づくモデル１０’として、この実施例においては人工ニューラルネットワーク１０’として形成されており、求められた速度目標値３５と受信した圧力差分５１とに応答して、調整量３７を出力するように構成されている。圧力差分５１は、油圧シリンダのピストン側における圧力と油圧シリンダのロッド側における圧力との間の圧力差分、及び、油圧シリンダに対応付けられたロードセンシングシステムのＬＳ圧力（ロードセンシング圧力）とポンプユニットから作動油の圧力印加のために供給される圧力との間の差分を表す。 The inversion behavior 36a of the controlled system 38 is formed as a data-based model 10', in this embodiment as an artificial neural network 10', and is configured to output an adjustment amount 37 in response to the determined speed target value 35 and the received pressure difference 51. The pressure difference 51 represents the pressure difference between the pressure on the piston side of the hydraulic cylinder and the pressure on the rod side of the hydraulic cylinder, and the pressure difference between the LS pressure (load sensing pressure) of the load sensing system associated with the hydraulic cylinder and the pressure supplied from the pump unit for pressure application of the hydraulic oil.

フィードバック制御装置３６ｂは、求められた速度目標値３５、及び、ジョイント角速度実際値４５又は油圧シリンダ速度実際値４５に応答して、目標値３５と実際値４５との間の差分又は偏差に基づき、調整量３７を整合させるように構成されている。 The feedback control device 36b is configured to adjust the adjustment amount 37 based on the difference or deviation between the determined speed target value 35 and the actual value 45 of the joint angular velocity or the hydraulic cylinder velocity in response to the determined speed target value 35 and the actual value 45 of the joint angular velocity or the hydraulic cylinder velocity.

被制御系３８は、求められた調整量目標値３７に応答し、その結果として、ジョイントの角度実際値３９、又は、油圧シリンダのポジション実際値若しくはセッティングポジション実際値３９が発生する。 The controlled system 38 responds to the determined adjustment target value 37, resulting in an actual joint angle value 39, or an actual hydraulic cylinder position value or setting position actual value 39.

被制御系３８は、バルブダイナミック３８ａ（“ｖａｌｖｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ”）、バルブジオメトリ３８ｂ（“ｖａｌｖｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ”）、バルブ横断面３８ｃ（“ｖａｌｖｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ”）、及び、油圧シリンダ３８ｄ（“ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ”）を含む。被制御系３８は、ショベルに配置された油圧シリンダを表し、これはアタッチメントを制御するように構成されている。 The controlled system 38 includes valve dynamics 38a, valve geometry 38b, valve cross section 38c, and hydraulic cylinder 38d. The controlled system 38 represents a hydraulic cylinder disposed in the excavator, which is configured to control the attachment.

油圧シリンダに対応付けられたバルブのバルブダイナミック３８ａに基づき、調整量３７に対応するバルブのバルブスプールポジション５５まで、バルブが制御される。 Based on the valve dynamic 38a of the valve associated with the hydraulic cylinder, the valve is controlled up to the valve spool position 55 of the valve corresponding to the adjustment amount 37.

バルブのバルブジオメトリ３８ｂに基づき、バルブは、結果としてバルブスプールポジション５５において、バルブの調量オリフィス絞り横断面５７を生じさせる。 Based on the valve geometry 38b of the valve, the valve results in a metering orifice restriction cross section 57 of the valve at the valve spool position 55.

バルブのバルブ横断面３８ｃと圧力差分５１とに基づき、この調量オリフィス絞り横断面５７により、結果として、バルブにおける作動油の実際体積流５９が発生する。 Based on the valve cross section 38c of the valve and the pressure difference 51, this metering orifice throttle cross section 57 results in an actual volumetric flow 59 of hydraulic oil in the valve.

油圧シリンダ３８ｄは、作動油の求められた実際体積流５９と、油圧シリンダ３８ｄに作用する負荷力５３とに応答して、ジョイント角実際値３９又は油圧シリンダの位置実際値を調整するように構成されている。 The hydraulic cylinder 38d is configured to adjust the joint angle actual value 39 or the hydraulic cylinder position actual value in response to the determined actual volumetric flow 59 of the hydraulic oil and the load force 53 acting on the hydraulic cylinder 38d.

フォワードキネマティクス４０を介して、ジョイント角実際値３９又は油圧シリンダ速度実際値３９から、ＴＣＰ実際座標４１が得られる。 TCP actual coordinates 41 are obtained from the joint angle actual values 39 or hydraulic cylinder velocity actual values 39 via forward kinematics 40.

１つ又は複数のセンサ４２は、これらのＴＣＰ実際座標４１を検出するように構成されている。さらに、これらのセンサは、検出された実際座標を電子的に処理可能な信号４３に変換するように構成されている。 One or more sensors 42 are configured to detect these TCP actual coordinates 41. Furthermore, these sensors are configured to convert the detected actual coordinates into an electronically processable signal 43.

モデルに基づくフィルタ４４は、センサ４２の電子的に処理可能な信号４３を解析して、ＴＣＰ実際座標４１、ジョイント角実際値３９又は油圧シリンダのポジション実際値３９、及び、ジョイント角速度実際値４５又は油圧シリンダ速度実際値４５を求めるように構成されている。モデルに基づくフィルタ４４は、さらに、求められたＴＣＰ実際座標４１を姿勢コントローラ３２に、求められたジョイント角実際値３９をインバースキネマティクス３４に、また、求められたジョイント角速度実際値４５を速度コントローラ３６に、供給するように構成されている。 The model-based filter 44 is configured to analyze the electronically processable signals 43 of the sensors 42 to determine the TCP actual coordinates 41, the joint angle actual values 39 or hydraulic cylinder position actual values 39, and the joint angular velocity actual values 45 or hydraulic cylinder velocity actual values 45. The model-based filter 44 is further configured to provide the determined TCP actual coordinates 41 to the attitude controller 32, the determined joint angle actual values 39 to the inverse kinematics 34, and the determined joint angular velocity actual values 45 to the velocity controller 36.

これまで述べてきた閉ループ制御のために、閉ループ制御実施前に人工ニューラルネットワーク１０’がトレーニングされる。 For the closed-loop control described above, the artificial neural network 10' is trained before the closed-loop control is implemented.

人工ニューラルネットワーク１０’は、調整量３７、圧力差分５１及びジョイント角実際値３９と人工ニューラルネットワーク１０’により求められたジョイント角６３との間の差分６１、又は、油圧シリンダのポジション実際値３９と人工ニューラルネットワーク１０’により求められた油圧シリンダのポジション実際値６３との間の差分に応答して、機械学習するように構成されている。即ち、人工ニューラルネットワーク１０’は、差分６１が可能な限りわずかであるように、好ましくはゼロであるように、機械学習するように構成されている。 The artificial neural network 10' is configured to perform machine learning in response to the adjustment amount 37, the pressure difference 51, and the difference 61 between the joint angle actual value 39 and the joint angle 63 determined by the artificial neural network 10', or the difference between the hydraulic cylinder position actual value 39 and the hydraulic cylinder position actual value 63 determined by the artificial neural network 10'. That is, the artificial neural network 10' is configured to perform machine learning so that the difference 61 is as small as possible, preferably zero.

図３には、ショベルの操作部材のポジションの頻度が、ショベルの油圧シリンダ目標速度に依存して示されている。この図面は、ショベル動作時に検出された測定データに基づいている。 Figure 3 shows the frequency of positions of the operating members of a shovel as a function of the target speed of the hydraulic cylinder of the shovel. This figure is based on measurement data detected during shovel operation.

図３の横軸には、ジョイスティックとして構成された操作部材の位置又はセッティングポジションｘが記入されている。図３の縦軸には、油圧シリンダの相対速度ｖが記入されている。 The horizontal axis of FIG. 3 indicates the position or setting position x of the operating member configured as a joystick. The vertical axis of FIG. 3 indicates the relative velocity v of the hydraulic cylinder.

グレーレベルにより相対頻度が記入されており、ショベル動作時にこの頻度で、セッティングポジションｘと相対速度ｖとの対応する値の組合せが発生している。値の組合せの発生頻度は、図３の場合においては、黒から白に向かって、又は、暗から明に向かって、高くなっている。即ち、ある１つの値の組合せは、この値の組合せに対応する図３中のポイントが明るく描かれていればいるほど、頻度が高くなっている。 The relative frequency is indicated by the gray level, and the frequency with which the corresponding combination of values for the setting position x and the relative speed v occurs during shovel operation. In the case of Figure 3, the frequency of occurrence of the combination of values increases from black to white, or from dark to light. In other words, the brighter the point in Figure 3 that corresponds to a certain combination of values is drawn, the more frequently that combination of values occurs.

図３から明らかにされていることは、著しく明るいポイントに対応して、ジョイスティックのセッティングポジション各々について、発生確率が明らかに高くなっている優勢速度が発生しているということである。この速度を理想速度とみなすこともできる。優勢速度を中心に速度軸に対し平行に、ばらつきの形態であると捉えることができる領域又は帯域を識別することができる。このばらつき又はこの領域は、理想のショベルにおいては存在しない。理想の作業機械の場合には、各ジョイスティックポジションを１つの速度に一義的に対応付けることができる一方、作業機械の対応するポンプの制御によって、負荷力の作用が最適に補償される。 Figure 3 makes it clear that for each joystick setting position, corresponding to the significantly brighter points, there is a dominant speed with a significantly higher probability of occurrence. This speed can also be considered as the ideal speed. A region or band can be identified parallel to the speed axis around the dominant speed, which can be taken as a form of variation. This variation or this region does not exist in an ideal excavator. In the case of an ideal working machine, each joystick position can be uniquely assigned to a speed, while the effect of the load force is optimally compensated by controlling the corresponding pump of the working machine.

この意味において領域又は帯域の幅は、理想的なハイドロリクスからのショベル油圧システムの偏差に対する尺度である。好ましくは、優勢速度は、油圧シリンダが定常状態において到達する速度でもあり、他方、遷移領域においては、例えば、圧力形成中／加速プロセス中においては、異なる速度も発生する。 The width of the region or band in this sense is a measure for the deviation of the excavator hydraulic system from ideal hydraulics. Preferably, the prevailing speed is also the speed reached by the hydraulic cylinder in steady state, whereas in the transition region, e.g. during the pressure build-up/acceleration process, different speeds also occur.

図４には、可動型作業機械の油圧シリンダを制御する方法のフローチャートが示されている。この方法には、その全体として、参照符号１００が付されている。 FIG. 4 shows a flow chart of a method for controlling a hydraulic cylinder of a mobile work machine. The method is generally designated by the reference numeral 100.

ステップ１１０において、油圧シリンダの運動パラメータ目標値が、可動型作業機械の制御ユニットによって受信される。 In step 110, the hydraulic cylinder motion parameter target values are received by the control unit of the mobile work machine.

ステップ１２０において、油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットのバルブパラメータ目標値が、受信した運動パラメータ目標値に依存して求められる。バルブパラメータ目標値は、データに基づくモデル、特に人工ニューラルネットワークを用い、かつ、バルブパラメータ目標値に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲を考慮しながら、制御ユニットによって求められる。 In step 120, valve parameter target values of the valve unit associated with the hydraulic cylinder are determined as a function of the received motion parameter target values. The valve parameter target values are determined by the control unit using a data-based model, in particular an artificial neural network, and taking into account predefined and/or predefinable tolerance ranges for the valve parameter target values.

ステップ１３０において、可動型作業機械の油圧シリンダを制御する目的で、油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットが、求められたバルブパラメータ目標値に依存して、制御ユニットにより制御される。 In step 130, in order to control the hydraulic cylinder of the mobile work machine, the valve unit associated with the hydraulic cylinder is controlled by the control unit depending on the determined valve parameter target value.

ある１つの実施例に、第１の特徴と第２の特徴との「及び／又は」結合が含まれている場合には、このことは、この実施例は、ある１つの実施形態によれば、第１の特徴も第２の特徴も有し、他の実施形態によれば、第１の特徴だけ又は第２の特徴だけを有するということであると解釈されたい。 When an example includes an "and/or" combination of a first feature with a second feature, this should be interpreted as meaning that the example, according to one embodiment, has both the first feature and the second feature, and according to another embodiment, has only the first feature or only the second feature.

Claims (15)

作業機械の油圧シリンダを制御する方法であって、
前記油圧シリンダの運動パラメータ目標値（１１）を制御ユニット（１）によって受信するステップ（１１０）と、
前記油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットのバルブパラメータ目標値（２９）を、受信した前記運動パラメータ目標値（１１）に依存して、データに基づくモデル（１０）を用い、かつ、前記バルブパラメータ目標値（２９）に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲を考慮しながら、前記制御ユニット（１）によって求めるステップ（１２０）と、
前記作業機械の前記油圧シリンダを制御するために、前記油圧シリンダに対応付けられた前記バルブユニットを、求められた前記バルブパラメータ目標値（２９）に依存して、前記制御ユニット（１）により制御するステップ（１３０）と、
を含み、
前記バルブパラメータ目標値（２９）を求めるステップ（１２０）は、バルブパラメータ暫定目標値を求めるステップを含み、前記バルブパラメータ暫定目標値に依存して前記バルブパラメータ目標値（２９）を、求められる目標値（２７）が前記バルブパラメータ目標値（２９）に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲内にあるように求める、方法。 1. A method for controlling a hydraulic cylinder of a work machine, comprising :
receiving (110) a motion parameter target value (11) of the hydraulic cylinder by a control unit (1);
determining (120) valve parameter setpoints (29) of a valve unit associated with said hydraulic cylinder by said control unit (1) as a function of said received motion parameter setpoints (11) using a data-based model (10) and taking into account preset and/or predefinable tolerances for said valve parameter setpoints (29);
- controlling (130) by the control unit (1) the valve unit associated with the hydraulic cylinder in dependence on the determined valve parameter setpoint (29) for controlling the hydraulic cylinder of the working machine;
Including,
The method, wherein the step (120) of determining the valve parameter target value (29) comprises a step of determining an interim valve parameter target value, and determining the valve parameter target value (29) as a function of the interim valve parameter target value such that the determined target value (27) is within a preset and/or predefinable tolerance range with respect to the valve parameter target value (29) . 前記許容範囲は、前記バルブパラメータ目標値（２９）に対し許可された値範囲を表し、前記許可された値範囲は、前記運動パラメータ目標値（１１）の値に依存する、
請求項１に記載の方法。 the tolerance range represents an allowed value range for the valve parameter target value (29) , the allowed value range depending on the value of the motion parameter target value (11);
The method of claim 1 . 前記許可された値範囲は、さらに、前記油圧シリンダ及び／又は前記作業機械の運動パラメータの実際値、及び／又は、圧力及び／又は回転数及び／又は温度の時間導関数の実際値に依存する、
請求項２に記載の方法。 the permitted value range further depends on the actual values of the movement parameters of the hydraulic cylinder and/or of the working machine and /or on the actual values of the time derivatives of the pressure and/or the rotational speed and/or the temperature.
The method of claim 2 . 前記バルブパラメータ目標値（２９）に対する前記許容範囲を求めるステップを含み、前記許容範囲は、前記油圧シリンダの動作時に予め設定された及び／又は予め設定可能な閾値を超えた頻度によって求められた前記バルブパラメータ目標値（２９）の値を含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。 determining the tolerance range for the valve parameter target value (29), the tolerance range including a value of the valve parameter target value (29) determined by a frequency at which the valve parameter target value (29) exceeds a preset and/or predefinable threshold value during operation of the hydraulic cylinder;
4. The method according to claim 1 . 前記バルブパラメータ目標値（２９）に対する前記許容範囲は、前記バルブパラメータ目標値（２９）の技術的に実現可能な値範囲の部分範囲である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。 the tolerance range for the valve parameter setpoint (29) is a subrange of a technically feasible value range for the valve parameter setpoint (29) ,
5. The method according to any one of claims 1 to 4 . 前記バルブパラメータ目標値（２９）は、さらに、前記油圧シリンダ及び／又は前記作業機械の運動パラメータ及び／又は圧力及び／又は回転数及び／又は温度の時間導関数に依存する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。 the valve parameter setpoint (29) further depends on a time derivative of a motion parameter and/or a pressure and/or a rotation speed and/or a temperature of the hydraulic cylinder and/or the working machine,
6. The method according to any one of claims 1 to 5 . 作業機械のアタッチメントを制御する方法であって、前記アタッチメントは、油圧シリンダによって前記作業機械に対し相対的に運動可能である、方法において、
前記アタッチメントの目標ポジションを制御ユニット（１）により受信するステップと、
前記油圧シリンダの運動パラメータ目標値（１１）を、受信した前記アタッチメントの前記目標ポジションに依存して前記制御ユニット（１）により求めるステップと、
前記油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットのバルブパラメータ目標値（２９）を、受信した前記運動パラメータ目標値（１１）に依存して、データに基づくモデル（１０）を用い、かつ、前記バルブパラメータ目標値（２９）に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲を考慮しながら、前記制御ユニット（１）によって求めるステップ（１２０）と、
前記作業機械の前記アタッチメントを、前記油圧シリンダの制御によって制御するために、前記油圧シリンダに対応付けられた前記バルブユニットを、求められた前記バルブパラメータ目標値（２９）に依存して、前記制御ユニット（１）により制御するステップ（１３０）と、
を含み、
前記バルブパラメータ目標値（２９）を求めるステップ（１２０）は、バルブパラメータ暫定目標値を求めるステップを含み、前記バルブパラメータ暫定目標値に依存して前記バルブパラメータ目標値（２９）を、求められる目標値（２７）が前記バルブパラメータ目標値（２９）に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲内にあるように求める、方法。 1. A method of controlling an attachment for a work machine, the attachment being moveable relative to the work machine by a hydraulic cylinder, the method comprising:
receiving a target position of the attachment by a control unit (1);
determining by the control unit (1) a motion parameter target value (11) of the hydraulic cylinder as a function of the received target position of the attachment;
determining (120) valve parameter setpoints (29) of a valve unit associated with said hydraulic cylinder by said control unit (1) as a function of said received motion parameter setpoints (11) using a data-based model (10) and taking into account preset and/or predefinable tolerances for said valve parameter setpoints (29);
- controlling (130) the valve unit associated with the hydraulic cylinder by the control unit (1) in dependence on the determined valve parameter setpoint (29) in order to control the attachment of the work machine by controlling the hydraulic cylinder;
Including,
The method, wherein the step (120) of determining the valve parameter target value (29) comprises a step of determining an interim valve parameter target value, and determining the valve parameter target value (29) as a function of the interim valve parameter target value such that the determined target value (27) is within a preset and/or predefinable tolerance range with respect to the valve parameter target value (29) . 前記バルブパラメータ目標値（２９）を求める前記ステップ（１２０）は、前記作業機械の操作部材の目標位置（２７）を求めるステップを含み、前記バルブパラメータ目標値（２９）を、前記操作部材の求められた前記目標位置（２７）を用いて求める、
請求項７に記載の方法。 The step (120) of determining the valve parameter target value (29) includes a step of determining a target position (27) of an operating member of the work machine, and the valve parameter target value (29) is determined using the determined target position (27) of the operating member.
The method of claim 7 . 前記データに基づくモデル（１０）は、人工ニューラルネットワーク（１０）として構成されている、The data-based model (10) is configured as an artificial neural network (10).
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。9. The method according to any one of claims 1 to 8. 作業機械の油圧シリンダを制御する制御ユニット（１）であって、当該制御ユニット（１）は、
前記油圧シリンダの運動パラメータ目標値（１１）を受信し、
前記油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットのバルブパラメータ目標値（２９）を、受信した前記運動パラメータ目標値（１１）に依存して、データに基づくモデル（１０）を用い、かつ、前記バルブパラメータ目標値（２９）に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲を考慮しながら求め、
前記作業機械の前記油圧シリンダを制御するために、前記油圧シリンダに対応付けられた前記バルブユニットを、求められた前記バルブパラメータ目標値（２９）に依存して制御する
ように構成されており、
前記バルブパラメータ目標値（２９）を求めることは、バルブパラメータ暫定目標値を求めることを含み、
前記制御ユニット（１）は、前記バルブパラメータ暫定目標値に依存して前記バルブパラメータ目標値（２９）を、求められる目標値（２７）が前記バルブパラメータ目標値（２９）に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲内にあるように求めるように構成されている、制御ユニット（１）。 A control unit (1) for controlling a hydraulic cylinder of a work machine, the control unit (1) comprising:
receiving a motion parameter target value (11) of the hydraulic cylinder;
determining valve parameter target values (29) of a valve unit associated with said hydraulic cylinder using a data-based model (10) as a function of said received motion parameter target values (11) and taking into account preset and/or predefinable tolerance ranges for said valve parameter target values (29);
for controlling the hydraulic cylinder of the working machine, the valve unit associated with the hydraulic cylinder being adapted to be controlled in dependence on the determined valve parameter setpoint value (29) ,
Determining the valve parameter target value (29) includes determining a valve parameter interim target value;
The control unit (1) is configured to determine the valve parameter target value (29) depending on the valve parameter interim target value such that the determined target value (27) is within a preset and/or predefinable tolerance range with respect to the valve parameter target value (29) . 作業機械のアタッチメントを制御する制御ユニット（１）であって、前記アタッチメントは、油圧シリンダによって前記作業機械に対し相対的に運動可能である、制御ユニット（１）において、当該制御ユニット（１）は、
前記アタッチメントの目標ポジションを受信し、
前記油圧シリンダの運動パラメータ目標値（１１）を、受信した前記アタッチメントの前記目標ポジションに依存して求め、
前記油圧シリンダに対応付けられたバルブユニットのバルブパラメータ目標値（２９）を、受信した前記運動パラメータ目標値（１１）に依存して、データに基づくモデル（１０）を用い、かつ、前記バルブパラメータ目標値（２９）に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲を考慮しながら求め、
前記作業機械の前記アタッチメントを、前記油圧シリンダの制御によって制御するために、前記油圧シリンダに対応付けられた前記バルブユニットを、求められた前記バルブパラメータ目標値（２９）に依存して制御する
ように構成されており、
前記バルブパラメータ目標値（２９）を求めることは、バルブパラメータ暫定目標値を求めることを含み、
前記制御ユニット（１）は、前記バルブパラメータ暫定目標値に依存して前記バルブパラメータ目標値（２９）を、求められる目標値（２７）が前記バルブパラメータ目標値（２９）に対して予め設定された及び／又は予め設定可能な許容範囲内にあるように求めるように構成されている、制御ユニット（１）。 A control unit (1) for controlling an attachment of a working machine, the attachment being movable relative to the working machine by a hydraulic cylinder, the control unit (1) comprising:
receiving a target position for the attachment;
determining a motion parameter target value (11) of the hydraulic cylinder depending on the received target position of the attachment;
determining valve parameter target values (29) of a valve unit associated with said hydraulic cylinder using a data-based model (10) as a function of said received motion parameter target values (11) and taking into account preset and/or predefinable tolerance ranges for said valve parameter target values (29);
configured to control the valve unit associated with the hydraulic cylinder in dependence on the determined valve parameter setpoint (29) in order to control the attachment of the work machine by controlling the hydraulic cylinder ,
Determining the valve parameter target value (29) includes determining a valve parameter interim target value;
The control unit (1) is configured to determine the valve parameter target value (29) depending on the valve parameter interim target value such that the determined target value (27) is within a preset and/or predefinable tolerance range with respect to the valve parameter target value (29) . 前記データに基づくモデル（１０）は、人工ニューラルネットワーク（１０）として構成されている、The data-based model (10) is configured as an artificial neural network (10).
請求項１０又は１１に記載の制御ユニット（１）。A control unit (1) according to claim 10 or 11. アタッチメントと、前記アタッチメントの運動のための少なくとも１つの油圧シリンダと、前記アタッチメントを制御する請求項１１に記載の制御ユニット（１）と、を備えた作業機械。 A working machine comprising an attachment, at least one hydraulic cylinder for the movement of said attachment, and a control unit (1) according to claim 11 for controlling said attachment . 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法を実施するために構成されたコンピュータプログラム。 A computer program arranged to carry out the method according to any one of claims 1 to 9 . 請求項１４に記載のコンピュータプログラムが記憶されている機械可読記憶媒体。 15. A machine-readable storage medium having stored thereon the computer program of claim 14 .
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