KR20200130376A - 건설기계의 운전지원시스템, 건설기계 - Google Patents

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아야노 시나토
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

목표지표에 관한 평가가 보다 높은 지원데이터를 출력하는 것이 가능한 건설기계의 운전지원시스템을 제공한다. 본 발명의 일 실시형태에 관한 건설기계의 운전지원시스템은, 소정의 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지도록, 건설기계의 복수의 작업패턴 또는 구성패턴을 생성하는 생성부와, 지원대상의 건설기계의 환경정보를 취득하는 환경정보취득부와, 생성부에 의하여 생성되는 복수의 작업패턴 또는 구성패턴에 근거하여, 환경정보취득부에 의하여 취득되는 환경정보에 대응하는 환경하에 있어서, 지원대상의 건설기계의 작업의 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지는 것 같은 작업패턴 또는 구성패턴을 출력하는 출력부를 구비한다.

Description

건설기계의 운전지원시스템, 건설기계
본 발명은, 건설기계의 운전지원시스템 등에 관한 것이다.
예를 들면, 과거의 작업기계의 조작데이터 중 작업품질이 높은 조작데이터를 이용하여, 건설기계의 조작자의 지원을 행하는 조작지원시스템이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 등 참조).
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2016-210816호
그러나, 과거의 실적데이터 중 작업품질이 높은 실적데이터를 이용하는 수법에서는, 소정의 목표지표(예를 들면, 작업의 속도 등)에 관한 평가가 과거의 실적을 초과하는 지원데이터를 출력할 수 없다. 따라서, 목표지표에 관한 평가를 최적화(최대화)시키는 관점에 있어서, 개선의 여지가 있다.
그래서, 상기 과제를 감안하여, 목표지표에 관한 평가가 보다 높은 지원데이터를 출력하는 것이 가능한 건설기계의 운전지원시스템 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에서는,
소정의 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지도록, 건설기계의 복수의 작업패턴 또는 구성패턴을 생성하는 생성부와,
지원대상의 건설기계의 환경정보를 취득하는 환경정보취득부와,
상기 생성부에 의하여 생성되는 복수의 작업패턴에 근거하여, 상기 환경정보취득부에 의하여 취득되는 환경정보에 대응하는 환경하에 있어서, 지원대상의 건설기계의 작업의 상기 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지는 것 같은 작업패턴 또는 구성패턴을 출력하는 출력부를 구비하는,
건설기계의 운전지원시스템이 제공된다.
또, 본 발명의 다른 실시형태에서는,
소정의 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지도록, 자기(自機)의 복수의 작업패턴 또는 구성패턴을 생성하는 생성부와,
자기의 주위의 환경정보를 취득하는 환경정보취득부와,
상기 생성부에 의하여 생성되는 복수의 작업패턴 또는 구성패턴에 근거하여, 상기 환경정보취득부에 의하여 취득되는 환경정보에 대응하는 환경하에 있어서, 상기 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지는 것 같은 작업패턴 또는 구성패턴을 출력하는 출력부와,
상기 출력부에 의하여 출력되는 작업패턴 또는 구성패턴에 근거하여, 자기의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는,
건설기계가 제공된다.
상술한 실시형태에 의하면, 목표지표에 관한 평가가 보다 높은 지원데이터를 출력하는 것이 가능한 건설기계의 운전지원시스템 등을 제공할 수 있다.
도 1은 운전지원시스템의 일례를 나타내는 개요도이다.
도 2는 운전지원시스템의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 3은 운전지원시스템에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능에 관한 기능구성의 일례를 나타내는 기능블록도이다.
도 4는 시뮬레이터부에 의한 작업패턴에 관한 쇼벨의 동작시뮬레이션의 일례를 설명하는 도이다.
도 5는 운전지원시스템의 작용을 설명하는 도이다.
도 6은 운전지원시스템에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능에 관한 기능구성의 다른 예를 나타내는 기능블록도이다.
도 7은 시뮬레이터부에 의한 구성에 관한 동작시뮬레이션의 일례를 설명하는 도이다.
도 8은 운전지원시스템에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능에 관한 기능구성의 또 다른 예를 나타내는 기능블록도이다.
도 9는 운전지원시스템에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능에 관한 기능구성의 또 다른 예를 나타내는 기능블록도이다.
도 10은 운전지원시스템의 작용을 설명하는 도이다.
이하, 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다.
[운전지원시스템의 개요]
먼저, 도 1을 참조하여, 운전지원시스템(SYS)의 개요에 대하여 설명한다.
도 1은, 운전지원시스템(SYS)의 일례를 나타내는 개요도이다.
운전지원시스템(SYS)은, 복수의 쇼벨(100)과, 비행체(200)와, 관리장치(300)를 포함한다.
운전지원시스템(SYS)은, 복수의 쇼벨(100)로부터 소정의 종별의 작업(예를 들면, 굴삭작업, 적재작업, 전압작업 등의 반복작업)의 작업패턴에 관한 실적정보(이하, "작업패턴실적정보")와, 작업 시의 환경조건에 관한 실적정보(이하, "환경조건실적정보")를 수집한다. 작업패턴이란, 소정의 종별의 작업을 행할 때의 쇼벨(100)의 일련의 동작의 형(型)을 나타낸다. 예를 들면, 작업패턴에는 하부주행체(1), 상부선회체(3), 붐(4), 암(5), 및 버킷(6) 등의 동작요소의 작업 시의 동작궤적 등이 포함된다. 또, 작업패턴실적정보는 구체적으로, 쇼벨(100)이 실제로 소정의 종별의 작업을 행했을 때의 당해 쇼벨(100)의 작업패턴의 실적을 나타내는 각종 센서의 검출정보 등이다. 또, 환경조건에는, 쇼벨(100)의 주변환경에 관한 조건 등의 외적환경조건 외에, 쇼벨(100)의 동작에 영향을 주는 쇼벨(100)의 가변되는 사양(예를 들면, 암의 길이, 버킷의 종류 등) 등의 내적환경조건이 포함될 수 있다. 운전지원시스템(SYS)은, 수집한 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보에 근거하여, 기계학습을 행함으로써, 쇼벨(100)이 소정의 종별의 작업을 행할 때의 최적인 작업패턴(최적작업패턴)을 복수의 환경조건마다 생성한다. 최적작업패턴이란, 소정의 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지도록 생성되는 작업패턴이다. 이때, 목표지표에는, 예를 들면 작업의 속도, 연비의 양호함, 어태치먼트의 수명의 길이, 충격하중의 발생빈도의 적음, 적재작업에 있어서의 적재량의 많음, 어태치먼트 등에 대한 균열발생 후의 균열진전의 느림 등이 포함된다. 그리고, 운전지원시스템(SYS)은, 생성한 당해 복수의 작업패턴에 근거하여, 지원대상의 쇼벨(100)의 현재의 환경조건하에 있어서의 최적작업패턴을 출력하여, 당해 최적작업패턴에 따라 쇼벨(100)이 동작하도록, 오퍼레이터의 조작을 지원한다.
다만, 운전지원시스템(SYS)은, 쇼벨(100) 대신, 혹은 더하여, 다른 종류의 건설기계(예를 들면, 아스팔트피니셔, 불도저 등)를 포함해도 된다. 또, 비행체(200)는, 복수의 현장마다, 구축되어도 된다. 즉, 운전지원시스템(SYS)은, 복수의 비행체(200)를 포함해도 된다.
<쇼벨의 개요>
쇼벨(100)(건설기계의 일례)은, 하부주행체(1)와, 선회기구(2)를 통하여 선회 가능하게 하부주행체(1)에 탑재되는 상부선회체(3)와, 어태치먼트(작업장치)로서의 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)과, 캐빈(10)을 구비한다.
하부주행체(1)는, 예를 들면 좌우 한 쌍의 크롤러를 포함하고, 각각의 크롤러가 주행유압모터(1A, 1B)(도 2 참조)로 유압구동됨으로써, 자주(自走)한다.
상부선회체(3)는, 선회유압모터(2A)(도 2 참조)로 구동됨으로써, 하부주행체(1)에 대하여 선회한다.
붐(4)은, 상부선회체(3)의 전부(前部)중앙에 부앙(俯仰) 가능하게 피봇장착되고, 붐(4)의 선단에는, 암(5)이 상하회동 가능하게 피봇장착되며, 암(5)의 선단에는, 버킷(6)이 상하회동 가능하게 피봇장착된다. 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)은, 각각, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 유압구동된다.
캐빈(10)은, 오퍼레이터가 탑승하는 조종실이며, 상부선회체(3)의 전부좌측에 탑재된다.
쇼벨(100)은, 예를 들면 기지국을 말단으로 하는 이동체통신망, 상공의 통신위성을 이용하는 위성통신망, 인터넷 등을 포함하는 소정의 통신네트워크(NW)를 통하여, 관리장치(300)와 서로 통신을 행할 수 있다. 이로써, 쇼벨(100)은 상술한 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보를 포함하는 각종 정보를 관리장치(300)에 송신(업로드)할 수 있다. 상세는, 후술한다.
<비행체의 개요>
비행체(200)는, 쇼벨(100)이 작업하는 작업현장의 상공을 비행한다. 이때, 비행체(200)는, 작업현장의 지상에 있는 조작자가 소지하는 리모콘으로부터의 조작지령에 따라, 비행해도 되고, 미리 규정된 비행루트 등에 따라, 자동적으로 비행해도 된다.
비행체(200)는, 후술하는 바와 같이, 카메라(240)를 탑재하고, 작업현장의 촬상화상(이하, "작업현장화상")을 취득한다.
또, 비행체(200)는, 통신네트워크(NW)를 통하여, 관리장치(300)와 서로 통신을 행할 수 있다. 이로써, 비행체(200)는, 카메라(240)에 의하여 촬상된 작업현장화상이나, 당해 작업현장화상이 촬상되었을 때의 비행체의 방향을 나타내는 정보(이하, "비행체방향정보") 및 위치를 나타내는 정보("비행체위치정보")를 송신(업로드)할 수 있다. 이하, 상세는, 후술한다.
<관리장치의 개요>
관리장치(300)는, 쇼벨(100)과 지리적으로 떨어진 위치에 설치되는 단말장치이다. 관리장치(300)는, 예를 들면 쇼벨(100)이 작업하는 작업현장 외에 마련되는 관리센터 등에 설치되며, 하나 또는 복수의 서버 컴퓨터 등을 중심으로 구성되는 서버장치이다. 이 경우, 서버장치는, 운전지원시스템(SYS)을 운용하는 사업자 혹은 당해 사업자에 관련되는 관련사업자가 운영하는 자사서버여도 되고, 이른바 클라우드서버여도 된다.
관리장치(300)는, 상술하는 바와 같이, 통신네트워크(NW)를 통하여, 쇼벨(100) 및 비행체(200)의 각각과 서로 통신을 행할 수 있다. 이로써, 관리장치(300)는, 쇼벨(100)로부터 업로드되는 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보나 비행체(200)로부터 업로드되는 작업현장화상 등을 수신하고, 이들의 정보에 근거하여, 지원대상의 쇼벨(100)에 최적인 작업패턴을 생성할 수 있다. 상세는, 후술한다.
[운전지원시스템의 구성]
다음으로, 도 1에 더하여, 도 2를 참조하여, 운전지원시스템(SYS)의 구성에 대하여 설명한다.
도 2는, 운전지원시스템(SYS)의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다.
다만, 도 중에 있어서, 기계적 동력라인은 이중선, 고압유압라인은 굵은 실선, 파일럿라인은 파선(破線), 전기구동·제어라인은 가는 실선으로 각각 나타난다.
<쇼벨의 구성>
본 실시형태에 관한 쇼벨(100)의 유압액추에이터를 유압구동하는 유압구동계는, 엔진(11)과, 메인펌프(14)와, 레귤레이터(14a)와, 컨트롤밸브(17)를 포함한다. 또, 본 실시형태에 관한 쇼벨(100)의 유압구동계는, 상술하는 바와 같이, 하부주행체(1), 상부선회체(3), 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)의 각각을 유압구동하는 주행유압모터(1A, 1B), 선회유압모터(2A), 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9) 등의 유압액추에이터를 포함한다.
엔진(11)은, 유압구동계에 있어서의 메인동력원이며, 예를 들면 상부선회체(3)의 후부에 탑재된다. 구체적으로는, 엔진(11)은, 후술하는 엔진제어장치(ECU: Engine Control Unit)(74)에 의한 제어하에서, 미리 설정되는 목표회전수로 일정회전하여, 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)를 구동한다. 엔진(11)은, 예를 들면 경유를 연료로 하는 디젤엔진이다.
레귤레이터(14a)는, 메인펌프(14)의 토출량을 제어한다. 예를 들면, 레귤레이터(14a)는, 컨트롤러(30)로부터의 제어지령에 따라, 메인펌프(14)의 사판(斜板)의 각도(경전각(傾轉角))를 조절한다.
메인펌프(14)는, 예를 들면 엔진(11)과 동일하게, 상부선회체(3)의 후부에 탑재되며, 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)에 작동유를 공급한다. 메인펌프(14)는, 상술하는 바와 같이, 엔진(11)에 의하여 구동된다. 메인펌프(14)는, 예를 들면 가변용량식 유압펌프이며, 상술하는 바와 같이, 컨트롤러(30)에 의한 제어하에, 레귤레이터(14a)에 의하여 사판의 경전각이 조절됨으로써 피스톤의 스트로크길이가 조정되어, 토출유량(토출압)이 제어될 수 있다.
컨트롤밸브(17)는, 예를 들면 상부선회체(3)의 중앙부에 탑재되며, 오퍼레이터에 의한 조작장치(26)에 대한 조작에 따라, 유압구동계의 제어를 행하는 유압제어장치이다. 컨트롤밸브(17)는, 상술하는 바와 같이, 고압유압라인(16)을 통하여 메인펌프(14)와 접속되고, 메인펌프(14)로부터 공급되는 작동유를, 조작장치(26)의 조작상태에 따라, 유압액추에이터(주행유압모터(1A, 1B), 선회유압모터(2A), 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9))에 선택적으로 공급한다. 구체적으로는, 컨트롤밸브(17)는, 메인펌프(14)로부터 유압액추에이터의 각각에 공급되는 작동유의 유량과 흐르는 방향을 제어하는 복수의 제어밸브를 포함한다. 예를 들면, 컨트롤밸브(17)는, 붐(4)(붐실린더(7))에 대응하는 제어밸브(175)를 포함한다(도 9 참조). 또, 예를 들면 컨트롤밸브(17)는, 암(5)(암실린더(8))에 대응하는 제어밸브(176)를 포함한다(도 9 참조). 또, 예를 들면 컨트롤밸브(17)는, 버킷(6)(버킷실린더(9))에 대응하는 제어밸브(174)를 포함한다(도 9 참조). 또, 예를 들면 컨트롤밸브(17)는, 상부선회체(3)(선회유압모터(2A))에 대응하는 제어밸브(173)를 포함한다(도 9 참조). 또, 예를 들면 컨트롤밸브(17)에는, 하부주행체(1)의 우측의 크롤러 및 좌측의 크롤러의 각각에 대응하는 우주행제어밸브 및 좌주행제어밸브가 포함된다.
본 실시형태에 관한 쇼벨(100)의 조작계는, 파일럿펌프(15)와, 조작장치(26)와, 조작밸브(31)를 포함한다.
파일럿펌프(15)는, 예를 들면 상부선회체(3)의 후부에 탑재되며, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26) 및 조작밸브(31)에 파일럿압을 공급한다. 파일럿펌프(15)는, 예를 들면 고정용량식 유압펌프이며, 상술하는 바와 같이, 엔진(11)에 의하여 구동된다.
조작장치(26)는, 캐빈(10)의 조종석부근에 마련되며, 오퍼레이터가 각종 동작요소(하부주행체(1), 상부선회체(3), 붐(4), 암(5), 버킷(6) 등)의 조작을 행하기 위한 조작입력수단이다. 환언하면, 조작장치(26)는, 오퍼레이터가 각각의 동작요소를 구동하는 유압액추에이터(즉, 주행유압모터(1A, 1B), 선회유압모터(2A), 붐실린더(7), 암실린더(8), 버킷실린더(9) 등)의 조작을 행하기 위한 조작입력수단이다. 조작장치(26)는, 그 2차측의 파일럿라인이 컨트롤밸브(17)에 각각 접속된다. 이로써, 컨트롤밸브(17)에는, 조작장치(26)에 있어서의 하부주행체(1), 상부선회체(3), 붐(4), 암(5), 및 버킷(6) 등의 조작상태에 따른 파일럿압이 입력될 수 있다. 그 때문에, 컨트롤밸브(17)는, 조작장치(26)에 있어서의 조작상태에 따라, 각각의 유압액추에이터를 구동할 수 있다.
조작밸브(31)는, 컨트롤러(30)로부터의 제어지령(예를 들면, 제어전류)에 따라, 파일럿라인(25)의 유로면적을 조정한다. 이로써, 조작밸브(31)는, 파일럿펌프(15)로부터 공급되는 1차측의 파일럿압을 원압으로 하여, 2차측의 파일럿라인에 제어지령에 대응하는 파일럿압을 출력할 수 있다. 조작밸브(31)는, 그 2차측포트가, 컨트롤밸브(17)의 각각의 유압액추에이터에 대응하는 제어밸브의 좌우의 파일럿포트에 접속되고, 컨트롤러(30)로부터의 제어지령에 따른 파일럿압을 제어밸브의 파일럿포트에 작용시킨다. 이로써, 컨트롤러(30)는, 오퍼레이터에 의하여 조작장치(26)가 조작되어 있지 않은 경우여도, 파일럿펌프(15)로부터 토출되는 작동유를, 조작밸브(31)를 통하여, 컨트롤밸브(17) 내의 대응하는 제어밸브의 파일럿포트에 공급시켜, 유압액추에이터를 동작시킬 수 있다.
다만, 조작밸브(31)에 더하여, 유압액추에이터 내에 발생하는 과잉된 유압을 작동유탱크에 릴리프하는 전자릴리프밸브가 마련되어도 된다. 이로써, 오퍼레이터에 의한 조작장치(26)에 대한 조작량이 과잉된 경우 등에 있어서, 적극적으로, 유압액추에이터의 동작을 억제시킬 수 있다. 예를 들면, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)의 보텀측유실 및 로드측유실의 각각의 과잉된 압력을 작동유탱크에 릴리프하는 전자릴리프밸브가 마련되어도 된다.
본 실시형태에 관한 쇼벨(100)의 제어계는, 컨트롤러(30)와, ECU(74)와, 토출압센서(14b)와, 조작압센서(15a)와, 표시장치(40)와, 입력장치(42)와, 촬상장치(80)와, 상태검출장치(S1)와, 통신기기(T1)를 포함한다.
컨트롤러(30)는, 쇼벨(100)의 구동제어를 행한다. 컨트롤러(30)는, 그 기능이 임의의 하드웨어, 소프트웨어, 혹은 그 조합에 의하여 실현되어도 된다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서와, RAM(Random Access Memory) 등의 메모리장치와, ROM(Read Only Memory) 등의 불휘발성의 보조기억장치와, 각종 입출력용의 인터페이스장치 등을 포함하는 컴퓨터를 중심으로 구성된다. 컨트롤러(30)는, 예를 들면 보조기억장치에 인스톨되는 각종 프로그램을 CPU 상에서 실행함으로써 각종 기능을 실현한다. 이하, 후술하는 ECU(74), 비행체(200)의 제어장치(210), 및 관리장치(300)의 제어장치(310)에 대해서도 동일하다.
예를 들면, 컨트롤러(30)는, 오퍼레이터 등의 소정 조작에 의하여 미리 설정되는 작업모드 등에 근거하여, 목표회전수를 설정하고, ECU(74)에 제어지령을 출력함으로써, ECU(74)를 통하여, 엔진(11)을 일정회전시키는 구동제어를 행한다.
또, 예를 들면 컨트롤러(30)는, 필요에 따라 레귤레이터(14a)에 대하여 제어지령을 출력하여, 메인펌프(14)의 토출량을 변화시킴으로써, 이른바 전마력제어나 네거티브컨트롤제어를 행한다.
또, 예를 들면 컨트롤러(30)는, 쇼벨(100)에 관한 각종 정보를 관리장치(300)에 업로드하는 기능(이하, "업로드기능")을 갖는다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 쇼벨(100)의 소정의 종별의 작업 시에 있어서의 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보를, 통신기기(T1)를 통하여, 관리장치(300)에 송신(업로드)해도 된다. 컨트롤러(30)는, 예를 들면 보조기억장치 등에 인스톨되는 하나 이상의 프로그램을 CPU 상에서 실행함으로써 실현되는, 업로드기능에 관한 기능부로서, 정보송신부(301)를 포함한다.
또, 예를 들면 컨트롤러(30)는, 오퍼레이터에 의한 조작장치(26)를 통한 쇼벨(100)의 수동조작을 가이드(안내)하는 머신가이던스기능에 관한 제어를 행한다. 또, 컨트롤러(30)는, 오퍼레이터에 의한 조작장치(26)를 통한 쇼벨(100)의 수동조작을 자동적으로 지원하는 머신컨트롤기능에 관한 제어를 행해도 된다. 컨트롤러(30)는, 예를 들면 보조기억장치 등에 인스톨되는 하나 이상의 프로그램을 CPU 상에서 실행함으로써 실현되는, 머신가이던스기능 및 머신컨트롤기능에 관한 기능부로서, 작업패턴취득부(302)와, 머신가이던스부(303)를 포함한다.
다만, 컨트롤러(30)의 기능의 일부는, 다른 컨트롤러(제어장치)에 의하여 실현되어도 된다. 즉, 컨트롤러(30)의 기능은, 복수의 컨트롤러에 의하여 분산되는 양태로 실현되어도 된다. 예를 들면, 상술한 머신가이던스기능 및 머신컨트롤기능은, 전용의 컨트롤러(제어장치)에 의하여 실현되어도 된다.
ECU(74)는, 컨트롤러(30)로부터의 제어지령에 따라, 엔진(11)의 각종 액추에이터(예를 들면, 연료분사장치 등)를 제어하여, 엔진(11)을 설정된 목표회전수(설정회전수)로 정회전시킨다(정회전제어). 이때, ECU(74)는, 엔진회전수센서(11a)에 의하여 검출되는 엔진(11)의 회전수에 근거하여, 엔진(11)의 정회전제어를 행한다.
토출압센서(14b)는, 메인펌프(14)의 토출압을 검출한다. 토출압센서(14b)에 의하여 검출된 토출압에 대응하는 검출신호는, 컨트롤러(30)에 도입된다.
조작압센서(15a)는, 상술하는 바와 같이, 조작장치(26)의 2차측의 파일럿압, 즉, 조작장치(26)에 있어서의 각각의 동작요소(유압액추에이터)의 조작상태에 대응하는 파일럿압을 검출한다. 조작압센서(15a)에 의한 조작장치(26)에 있어서의 하부주행체(1), 상부선회체(3), 붐(4), 암(5), 및 버킷(6) 등의 조작상태에 대응하는 파일럿압의 검출신호는, 컨트롤러(30)에 도입된다.
표시장치(40)는, 컨트롤러(30)와 접속되며, 컨트롤러(30)에 의한 제어하에서, 캐빈(10) 내의 착석한 오퍼레이터로부터 시인하기 쉬운 위치에 마련되고, 각종 정보화상을 표시한다. 표시장치(40)는, 예를 들면 액정디스플레이나 유기EL(Electroluminescence)디스플레이 등이다.
입력장치(42)는, 캐빈(10) 내의 착석한 오퍼레이터로부터 손이 닿는 범위에 마련되며, 오퍼레이터에 의한 각종 조작을 접수하여, 조작내용에 대응하는 신호를 출력한다. 예를 들면, 입력장치(42)는 표시장치(40)와 일체화된다. 또, 입력장치(42)는, 표시장치(40)와 따로 마련되어도 된다. 입력장치(42)는, 표시장치(40)의 디스플레이에 실장되는 터치패널, 조작장치(26)에 포함되는 레버의 선단에 마련되는 노브스위치, 표시장치(40)의 주위에 설치되는 버튼스위치, 레버, 토글 등을 포함한다. 입력장치(42)에 대한 조작내용에 대응하는 신호는, 컨트롤러(30)에 도입된다.
촬상장치(80)는, 쇼벨(100)의 주변을 촬상한다. 촬상장치(80)는, 쇼벨(100)의 전방을 촬상하는 카메라(80F), 쇼벨(100)의 좌방을 촬상하는 카메라(80L), 쇼벨(100)의 우방을 촬상하는 카메라(80R), 및 쇼벨(100)의 후방을 촬상하는 카메라(80B)를 포함한다.
카메라(80F)는, 예를 들면 캐빈(10)의 천장, 즉, 캐빈(10)의 내부에 장착되어 있다. 또, 카메라(80F)는, 캐빈(10)의 지붕, 붐(4)의 측면 등, 캐빈(10)의 외부에 장착되어 있어도 된다. 카메라(80L)는, 상부선회체(3)의 상면좌단에 장착되고, 카메라(80R)는, 상부선회체(3)의 상면우단에 장착되며, 카메라(80B)는, 상부선회체(3)의 상면후단에 장착되어 있다.
촬상장치(80)(카메라(80F, 80B, 80L, 80R))는, 각각, 예를 들면 매우 넓은 화각을 갖는 단안(單眼)의 광각카메라이다. 또, 촬상장치(80)는, 스테레오카메라나 거리화상카메라 등이어도 된다. 촬상장치(80)에 의한 쇼벨(100)의 주변의 촬상화상(이하, "주변화상")은, 컨트롤러(30)에 도입된다.
상태검출장치(S1)는, 쇼벨(100)의 각종 상태에 관한 검출정보를 출력한다. 상태검출장치(S1)로부터 출력되는 검출정보는, 컨트롤러(30)에 도입된다.
예를 들면, 상태검출장치(S1)는, 어태치먼트의 자세상태나 동작상태를 검출한다. 구체적으로는, 상태검출장치(S1)는, 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)의 부앙각도(이하, 각각, "붐각도", "암각도", "버킷각도")를 검출해도 된다. 즉, 상태검출장치(S1)는, 붐각도, 암각도, 및 버킷각도의 각각을 검출하는 붐각도센서(S11), 암각도센서(S12), 및 버킷각도센서(S13)를 포함해도 된다(도 9 참조). 또, 상태검출장치(S1)는, 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)의 가속도, 각가속도 등을 검출해도 된다. 이 경우, 상태검출장치(S1)는, 예를 들면 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)의 각각에 장착되는, 로터리인코더, 가속도센서, 각가속도센서, 6축센서, IMU(Inertial Measurement Unit: 관성계측장치) 등을 포함할 수 있다. 또, 상태검출장치(S1)는, 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)의 각각을 구동하는 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)의 실린더위치, 속도, 가속도 등을 검출하는 실린더센서를 포함할 수 있다.
또, 예를 들면 상태검출장치(S1)는, 기체, 즉, 하부주행체(1) 및 상부선회체(3)의 자세상태를 검출한다. 구체적으로는, 상태검출장치(S1)는, 수평면에 대한 기체의 경사상태를 검출해도 된다. 이 경우, 상태검출장치(S1)는, 예를 들면 상부선회체(3)에 장착되고, 상부선회체(3)의 전후방향 및 좌우방향의 2축 둘레의 경사각도(이하, "전후경사각" 및 "좌우경사각")를 검출하는 경사센서를 포함할 수 있다.
또, 예를 들면 상태검출장치(S1)는, 상부선회체(3)의 선회상태를 검출한다. 구체적으로는, 상태검출장치(S1)는, 상부선회체(3)의 선회각속도나 선회각도를 검출한다. 이 경우, 상태검출장치(S1)는, 예를 들면 상부선회체(3)에 장착되는 자이로센서, 리졸버, 로터리인코더 등을 포함할 수 있다. 즉, 상태검출장치(S1)는, 상부선회체(3)의 선회각도 등을 검출하는 선회각도센서(S15)를 포함해도 된다.
또, 예를 들면 상태검출장치(S1)는, 어태치먼트를 통하여 쇼벨(100)에 작용하는 힘의 작용상태를 검출한다. 구체적으로는, 상태검출장치(S1)는, 유압액추에이터의 작동압(실린더압)을 검출해도 된다. 이 경우, 상태검출장치(S1)는, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)의 각각의 로드측유실 및 보텀측유실의 압력을 검출하는 압력센서를 포함할 수 있다.
또, 예를 들면 상태검출장치(S1)는, 컨트롤밸브(17) 내의 제어밸브의 스풀의 변위를 검출하는 센서를 포함해도 된다. 구체적으로는, 상태검출장치(S1)는, 제어밸브(175)를 구성하는 붐스풀의 변위를 검출하는 붐스풀변위센서(S16)를 포함해도 된다. 또, 상태검출장치(S1)는, 제어밸브(176)를 구성하는 암스풀의 변위를 검출하는 암스풀변위센서(S17)를 포함해도 된다. 또, 상태검출장치(S1)는, 제어밸브(174)를 구성하는 버킷스풀의 변위를 검출하는 버킷스풀변위센서(S18)를 포함해도 된다. 또, 상태검출장치(S1)는, 제어밸브(173)를 구성하는 선회스풀의 변위를 검출하는 선회스풀변위센서(S19)를 포함해도 된다. 또, 상태검출장치(S1)는, 우주행제어밸브 및 좌주행제어밸브의 각각을 구성하는 우주행스풀 및 좌주행스풀의 변위를 검출하는 우주행스풀변위센서 및 좌주행스풀변위센서를 포함해도 된다.
또, 예를 들면 상태검출장치(S1)는, 쇼벨(100)의 위치나 상부선회체(3)의 방향 등을 검출한다. 이 경우, 상태검출장치(S1)는, 예를 들면 상부선회체(3)에 장착되는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 컴퍼스, GNSS 센서, 방위센서 등을 포함할 수 있다.
통신기기(T1)는, 통신네트워크(NW)를 통하여 외부기기와 통신을 행한다. 통신기기(T1)는, 예를 들면 LTE(Long Term Evolution), 4G(4th Generation), 5G(5th Generation) 등의 이동체통신규격에 대응하는 이동체통신모듈이나, 위성통신망에 접속하기 위한 위성통신모듈 등이다. 이하, 비행체(200)의 통신기기(220)에 대해서도 동일하다.
정보송신부(301)는, 쇼벨(100)의 소정의 종별의 작업 시에 있어서의 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보를, 통신기기(T1)를 통하여, 관리장치(300)에 송신한다. 정보송신부(301)에 의하여 송신되는 작업패턴실적정보에는, 예를 들면 상태검출장치(S1)로부터 입력되는 각종 검출정보가 포함된다. 또, 정보송신부(301)에 의하여 송신되는 환경조건실적정보에는, 예를 들면 촬상장치(80)로부터 입력되는 쇼벨(100)의 주변화상이 포함된다. 또, 정보송신부(301)에 의하여 송신되는 환경조건실적정보에는, 쇼벨(100)의 내적환경조건, 예를 들면 대용량버킷사양, 롱암사양, 퀵커플링사양 등의 가변되는 사양에 관한 정보가 포함되어도 된다. 정보송신부(301)는, 예를 들면 미리 규정되는 대상의 종별의 작업이 행해지고 있는지 여부를 순차 판정하고, 대상의 종별의 작업이 행해지고 있다고 판정하면, 당해 작업이 행해지고 있는 기간의 작업패턴실적정보(즉, 상태검출장치(S1)로부터 입력되는 각종 검출정보) 및 환경조건정보(즉, 촬상장치(80)로부터 입력되는 쇼벨(100)의 주변화상)를 연결하여, 내부메모리 등에 기록한다. 이때, 아울러, 대상의 종별의 작업의 개시와 종료에 관한 일시(日時)정보, 및 당해 작업 시의 쇼벨(100)의 위치정보가, 작업패턴실적정보와 환경조건실적정보의 세트에 추가로 연결되는 양태로, 내부메모리에 보존되어도 된다. 이로써, 관리장치(300)는, 비행체(200)로부터 업로드되는 작업현장화상 중으로부터, 쇼벨(100)로부터 송신된 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보의 세트에 대응하는 작업현장화상을 추출할 수 있다. 이때, 일시정보는, 예를 들면 컨트롤러(30) 내부의 소정의 계시(計時)수단(예를 들면, RTC(Real Time Clock))으로부터 취득될 수 있다. 그리고, 정보송신부(301)는, 쇼벨(100)의 키오프 시(정지 시) 등의 소정의 타이밍에 있어서, 기록된 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보의 세트를, 통신기기(T1)를 통하여, 관리장치(300)에 송신한다. 또, 정보송신부(301)는, 대상의 종별의 작업이 행해질 때마다, 그 종료 후, 기록된 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보의 세트를, 통신기기(T1)를 통하여, 관리장치(300)에 송신해도 된다.
다만, 환경조건실적정보에는, 촬상장치(80) 대신, 혹은 더하여, 쇼벨(100)에 탑재되는 다른 센서에 의하여 검출되는 검출정보가 포함되어도 된다. 예를 들면, 쇼벨(100)에는, 밀리파레이더, LIDAR(Light Detecting and Ranging) 등의 다른 센서가 탑재되고, 환경조건실적정보에는, 이들의 거리센서의 검출정보가 포함되는 양태여도 된다. 이하, 후술하는 현환경조건정보에 대해서도 동일하다. 또, 환경조건실적정보에는, 기후정보가 포함되어도 된다. 기후정보는, 예를 들면 상태검출장치(S1)에 포함될 수 있는 빗방울감지센서, 조도센서 등의 검출정보가 포함될 수 있다. 또, 정보송신부(301)는, 작업패턴실적정보만을 관리장치(300)에 송신해도 된다. 이 경우, 관리장치(300)는, 쇼벨(100)의 작업현장의 상공을 비행하는 비행체(200)에 의하여 촬상된 촬상화상에 근거하여, 쇼벨(100)로부터 송신된 작업패턴실적정보에 대응하는 환경조건실적정보를 생성할 수 있다. 또, 정보송신부(301)는, 상태검출장치(S1)의 검출정보나 촬상장치(80)에 의한 쇼벨(100)의 주변화상을, 통신기기(T1)를 통하여, 순차 관리장치(300)에 업로드해도 된다. 이 경우, 관리장치(300)는, 쇼벨(100)로부터 업로드되는 정보 중으로부터 대상의 종별의 작업이 행해졌을 때의 정보를 추출하여, 작업패턴실적정보 및 환경정보를 생성해도 된다.
작업패턴취득부(302)는, 소정의 종별의 작업을 행하는 경우에, 소정의 목표지표에 관한 현재의 환경조건에 최적의 작업패턴(최적작업패턴)을 관리장치(300)로부터 취득한다. 예를 들면, 작업패턴취득부(302)는, 오퍼레이터에 의한 입력장치(42)에 대한 소정 조작(이하, "취득요구조작")에 따라, 쇼벨(100)의 현재의 환경조건에 관한 정보(이하, "현환경조건정보")를 포함하는, 작업패턴의 취득을 요구하는 신호(취득요구신호)를, 통신기기(T1)를 통하여, 관리장치(300)에 송신한다. 이로써, 관리장치(300)는, 쇼벨(100)의 현재의 환경조건에 맞춘 최적인 작업패턴을 쇼벨(100)에 제공할 수 있다. 현환경조건정보에는, 예를 들면 촬상장치(80)에 의한 쇼벨(100)의 최신의 주변화상이 포함된다. 또, 현환경조건정보에는, 쇼벨(100)의 내적환경조건, 예를 들면 대용량버킷사양, 롱암사양, 퀵커플링사양 등의 가변되는 사양에 관한 정보가 포함되어도 된다. 또, 현환경조건정보에는, 상태검출장치(S1)에 포함될 수 있는 빗방울감지센서나 조도센서 등의 검출정보, 즉, 기후정보가 포함되어도 된다. 그리고, 작업패턴취득부(302)는, 취득요구신호에 따라 관리장치(300)로부터 송신되어, 통신기기(T1)에 의하여 수신되는 작업패턴에 관한 정보를 취득한다.
다만, 작업패턴취득부(302)는, 취득요구신호의 송신에 아울러, 현환경조건정보를 관리장치(300)에 송신하지 않아도 된다. 이 경우, 관리장치(300)는, 비행체(200)로부터 업로드되는, 대상의 쇼벨(100)의 작업현장에 대응하는 작업현장화상에 근거하여, 쇼벨(100)의 현재의 환경조건(외적환경조건)을 판단할 수 있다. 또, 관리장치(300)는, 비행체(200)로부터 업로드되는 비행체위치정보 등에 근거하여, 쇼벨(100)의 현장의 환경조건으로서의 기후정보를, 기상정보에 관한 서버나 웹사이트로부터 취득해도 된다.
머신가이던스부(303)는, 머신가이던스기능 및 머신컨트롤기능에 관한 제어를 행한다. 즉, 머신가이던스부(303)는, 오퍼레이터에 의한 조작장치(26)를 통한 각종 동작요소(하부주행체(1), 상부선회체(3), 및 붐(4), 암(5)과 버킷(6)을 포함하는 어태치먼트)의 조작을 지원한다.
예를 들면, 머신가이던스부(303)는, 오퍼레이터에 의하여 조작장치(26)를 통하여 암(5)의 조작이 행해지고 있는 경우에, 미리 규정되는 목표설계면(이하, 간단히 "설계면")과 버킷(6)의 선단부(예를 들면, 치선이나 배면(背面))가 일치하도록, 붐(4) 및 버킷(6) 중 적어도 하나를 자동적으로 동작시켜도 된다. 또, 머신가이던스부(303)는, 아울러, 암(5)을 조작하는 조작장치(26)의 조작상태에 관계없이, 암(5)을 자동적으로 동작시켜도 된다. 즉, 머신가이던스부(303)는, 오퍼레이터에 의한 조작장치(26)의 조작을 트리거로 하여, 미리 규정된 동작을 어태치먼트에 행하게 해도 된다.
보다 구체적으로는, 머신가이던스부(303)는, 상태검출장치(S1), 촬상장치(80), 통신기기(T1), 및 입력장치(42) 등으로부터 각종 정보를 취득한다. 또, 머신가이던스부(303)는, 예를 들면 취득한 정보에 근거하여 버킷(6)과 설계면의 사이의 거리를 산출한다. 그리고, 머신가이던스부(303)는, 산출한 버킷(6)과 설계면의 거리 등에 따라, 조작밸브(31)를 적절히 제어하고, 유압액추에이터에 대응하는 제어밸브에 작용하는 파일럿압을 개별적으로 또한 자동적으로 조정함으로써, 각각의 유압액추에이터를 자동적으로 동작시킬 수 있다. 조작밸브(31)에는, 예를 들면 붐(4)(붐실린더(7))에 대응하는 붐비례밸브(31A)가 포함된다(도 9 참조). 또, 조작밸브(31)에는, 예를 들면 암(5)(암실린더(8))에 대응하는 암비례밸브(31B)가 포함된다(도 9 참조). 또, 조작밸브(31)에는, 예를 들면 버킷(6)(버킷실린더(9))에 대응하는 버킷비례밸브(31C)가 포함된다(도 9 참조). 또, 조작밸브(31)에는, 예를 들면 상부선회체(3)(선회유압모터(2A))에 대응하는 선회비례밸브(31D)가 포함된다(도 9 참조). 또, 조작밸브(31)에는, 예를 들면 하부주행체(1)의 우측의 크롤러 및 좌측의 크롤러의 각각에 대응하는 우주행비례밸브 및 좌주행비례밸브가 포함된다.
머신가이던스부(303)는, 예를 들면 굴삭작업을 지원하기 위하여, 조작장치(26)에 대한 암(5)의 펼치기·접기(開閉)조작에 따라, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9) 중 적어도 하나를 자동적으로 신축시켜도 된다. 굴삭작업은, 설계면을 따라 버킷(6)의 치선으로 지면을 굴삭하는 작업이다. 머신가이던스부(303)는, 예를 들면 오퍼레이터가 조작장치(26)에 대하여 수동으로 암(5)의 접음방향의 조작(이하, "암접음조작")을 행하고 있는 경우에, 붐실린더(7) 및 버킷실린더(9) 중 적어도 하나를 자동적으로 신축시킨다.
또, 머신가이던스부(303)는, 예를 들면 법면(法面)이나 수평면의 완성작업(전압작업)을 지원하기 위하여 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9) 중 적어도 하나를 자동적으로 신축시켜도 된다. 전압작업은, 버킷(6)의 배면을 지면에 누르면서 설계면을 따라 버킷(6)을 앞으로 당기는 작업이다. 머신가이던스부(303)는, 예를 들면 오퍼레이터가 조작장치(26)에 대하여 수동으로 암접음조작을 행하고 있는 경우에, 붐실린더(7) 및 버킷실린더(9) 중 적어도 하나를 자동적으로 신축시킨다. 이로써, 소정의 누름힘으로 버킷(6)의 배면을 완성 전의 경사면(법면) 혹은 수평면에 누르면서, 완성 후의 법면 혹은 수평면인 설계면을 따라 버킷(6)을 이동시킬 수 있다.
또, 머신가이던스부(303)는, 상부선회체(3)를 설계면에 정대향시키기 위하여 선회유압모터(2A)를 자동적으로 회전시켜도 된다. 이 경우, 머신가이던스부(303)는, 입력장치(42)에 포함되는 소정의 스위치가 조작됨으로써, 상부선회체(3)를 설계면에 정대향시켜도 된다. 또, 머신가이던스부(303)는, 소정의 스위치가 조작되는 것만으로, 상부선회체(3)를 설계면에 정대향시키고 또한 머신컨트롤기능을 개시시켜도 된다.
또, 예를 들면 머신가이던스부(303)는, 소정의 종별의 작업(예를 들면, 굴삭작업, 적재작업, 전압작업 등)이 행해지고 있는 경우에, 오퍼레이터에 의한 조작장치(26)에 대한 조작에 따라, 어태치먼트, 상부선회체(3), 및 하부주행체(1) 중 적어도 일부의 동작을, 작업패턴취득부(302)에 의하여 취득된 작업패턴(최적작업패턴)에 맞추도록 제어한다. 이로써, 오퍼레이터는, 쇼벨(100)의 조종에 관한 습숙도(習熟度)에 관계없이, 쇼벨(100)의 동작을, 소정의 목표지표, 예를 들면 작업의 속도의 평가가 상대적으로 높아지도록 관리장치(300)(후술하는 최적제어부(3103))로부터 출력되는, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건에 최적인 작업패턴에 맞출 수 있다.
또, 머신가이던스부(303)는, 최적작업패턴에 근거하여, 쇼벨(100)의 동작의 제어를 행하면서, 오퍼레이터에 대하여, 당해 최적작업패턴에 대응하는 쇼벨(100)의 동작을 표시장치(40)에 표시시켜도 된다. 예를 들면, 머신가이던스부(303)는, 최적작업패턴에 근거하여, 쇼벨(100)의 동작의 제어를 행하고 있는 경우, 최적작업패턴에 대응하는, 후술하는 시뮬레이터부(3102D)에 의한 시뮬레이션결과의 동영상을 표시장치(40)에 표시시킨다. 이로써, 오퍼레이터는, 실제의 작업패턴의 내용을 표시장치(40)의 동영상으로 확인하면서, 작업을 진행시킬 수 있다.
<비행체의 구성>
비행체(200)는, 원격조작 또는 자동조종에 의하여 비행시킬 수 있는 자율식 비행체이며, 예를 들면 멀티콥터, 비행선 등을 포함할 수 있다. 본 실시형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 비행체(200)는, 쿼드콥터이다.
비행체(200)는, 제어장치(210)와, 통신기기(220)와, 자율항행장치(230)와, 카메라(240)와, 측위장치(250)를 포함한다.
제어장치(210)는, 비행체(200)에 관한 각종 제어를 행한다.
예를 들면, 제어장치(210)는, 카메라(240)로부터 순차 입력되는 작업현장화상을, 통신기기(220)를 통하여, 관리장치(300)에 송신한다. 또, 제어장치(210)는, 관리장치(300)로부터 작업현장화상의 송신요구가 있었던 경우에, 통신기기(220)를 통하여, 카메라(240)로부터 입력된 작업현장화상을 관리장치(300)에 송신해도 된다. 또, 제어장치(210)는, 어느 정도의 기간, 버퍼링되는 작업현장화상을, 소정의 타이밍에, 정리하여, 통신기기(220)를 통하여, 관리장치(300)에 송신해도 된다. 또, 제어장치(210)는, 작업현장화상을 관리장치(300)에 송신할 때, 각각의 촬상화상에 대응하는 위치정보나 일시정보를 아울러, 관리장치(300)에 송신해도 된다. 이때, 일시정보는, 예를 들면 제어장치(210)의 내부의 소정의 계시수단(예를 들면, RTC)으로부터 취득될 수 있다.
통신기기(220)는, 통신네트워크(NW)를 통하여, 외부기기와 통신을 행한다. 구체적으로는, 통신기기(220)는, 제어장치(210)에 의한 제어하에서, 관리장치(300)와의 사이에서 통신을 행한다. 통신기기(220)는, 제어장치(210)와 접속되며, 외부로부터 수신되는 각종 정보는, 제어장치(210)에 도입된다.
자율항행장치(230)는, 비행체(200)의 자율항행을 실현하기 위한 디바이스이다. 자율항행장치(230)는, 예를 들면 비행제어장치, 전동모터, 및 배터리 등을 포함한다. 또, 비행체(200)는, 비행체(200)의 위치를 독자적으로 판단하기 위하여 GNSS 수신기를 탑재하고 있어도 된다. 또, 배터리가 아니라, 유선접속을 통하여 지상의 외부전원을 이용하는 경우에는, 전압변환을 행하는 컨버터를 탑재하고 있어도 된다. 또, 비행체(200)는 솔라패널을 탑재하고 있어도 된다. 비행제어장치는, 자이로센서, 가속도센서, 기압센서, 초음파센서 등의 각종 센서를 포함하고, 자세유지기능, 고도유지기능 등을 실현한다. 전동모터는, 배터리로부터 전력의 공급을 받아 프로펠러를 회전시킨다. 자율항행장치(230)는, 예를 들면 제어장치(210)로부터 목표비행위치에 관한 정보를 접수하면, 4개의 프로펠러의 회전속도를 따로 따로 제어하여, 비행체(200)의 자세 및 고도를 유지하면서 비행체(200)를 목표비행위치로 이동시킨다. 목표비행위치에 관한 정보는, 예를 들면 목표비행위치의 위도, 경도, 및 고도이다. 제어장치(210)는, 통신기기(220)를 통하여, 목표비행위치에 관한 정보를 외부로부터 취득한다. 자율항행장치(230)는, 제어장치(210)로부터 목표방향에 관한 정보를 접수하면, 비행체(200)의 방향을 변화시켜도 된다.
카메라(240)는, 비행체(200)의 비행영역 아래에 있는 작업현장의 모습을 촬상한다. 카메라(240)는, 예를 들면 비행체(200)의 연직하방을 촬상할 수 있도록, 비행체(200)의 하면 등에 장착되어도 된다. 카메라(240)에 의하여 촬상된 촬상화상(작업현장화상)은, 제어장치(210)에 도입된다.
측위장치(250)는, 비행체(200)의 위치나 방향 등을 검출한다. 예를 들면, 측위장치(250)는, GNSS 컴퍼스, GNSS 센서, 방위센서(지자기(地磁氣)센서) 등을 포함할 수 있다. 측위장치(250)에 의한 검출정보는, 제어장치(210)에 도입된다.
다만, 측위장치(250)는, 자율항행장치(230)(비행제어장치)에 내장되어도 된다.
<관리장치의 구성>
관리장치(300)는, 제어장치(310)와, 통신기기(320)와, 조작입력장치(330)와, 표시장치(340)를 포함한다.
제어장치(310)는, 관리장치(300)의 각종 제어를 행한다.
예를 들면, 제어장치(310)는, 수집한 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보에 근거하여, 기계학습(지도학습 및 강화학습)을 행함으로써, 쇼벨(100)이 소정의 종별의 작업을 행할 때의 최적인 작업패턴(최적작업패턴)을 복수의 환경조건마다 생성하는 기능(이하, "기계학습기능")에 관한 제어를 행한다. 또, 제어장치(310)는, 생성한 당해 복수의 작업패턴에 근거하여, 지원대상의 쇼벨(100)의 현재의 환경조건하에 있어서의 최적작업패턴을 출력하는 기능(이하, "운전지원기능")에 관한 제어를 행한다.
제어장치(310)는, 예를 들면 보조기억장치 등에 인스톨되는 하나 이상의 프로그램을 CPU 상에서 실행함으로써 실현되는, 기계학습기능 및 운전지원기능에 관련되는 기능부로서, 정보취득부(3101)와, 작업패턴생성부(3102)와, 최적제어부(3103)를 포함한다. 또, 제어장치(310)는, 제어장치(310)의 내부의 불휘발성의 기억장치에 규정되는, 기계학습기능 및 운전지원기능에 관련되는 기억영역으로서의 기억부(3100)를 포함한다. 관리장치(300)에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능에 관련되는 구성의 상세에 대해서는, 후술한다(도 3 참조).
다만, 기억부(3100)는, 제어장치(310)의 외부에 마련되어도 된다.
통신기기(320)는, 통신네트워크(NW)를 통하여, 외부기기, 즉, 쇼벨(100) 및 비행체(200)와 서로 통신을 행한다. 통신기기(320)는, 제어장치(310)와 접속되며, 외부로부터 수신되는 각종 정보는, 제어장치(310)에 도입된다.
조작입력장치(330)는, 관리장치(300)의 작업자나 관리자 등에 의한 조작입력을 접수하고, 접수한 조작입력의 내용에 대응하는 신호를 출력한다. 조작입력장치(330)는, 제어장치(310)에 접속되며, 조작입력의 내용에 대응하는 신호는, 제어장치(310)에 도입된다.
표시장치(340)는, 예를 들면 액정디스플레이나 유기EL디스플레이 등이며, 제어장치(310)에 의한 제어하에서, 각종 정보화상을 표시한다.
[기계학습기능 및 운전지원기능의 일례]
다음으로, 도 3, 도 4를 참조하여, 운전지원시스템(SYS)에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능의 일례에 대하여 설명한다.
도 3은, 운전지원시스템(SYS)에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능에 관한 기능구성의 일례를 나타내는 기능블록도이다. 구체적으로는, 도 3은, 관리장치(300)(제어장치(310))에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능에 관한 기능적인 구성의 일례를 나타내는 기능블록도이다.
정보취득부(3101)(실적정보취득부의 일례)는, 하나 또는 복수의 쇼벨(100)로부터의 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보나 하나 또는 복수의 비행체(200)로부터의 작업현장화상 등의 업로드데이터를 취득한다. 그리고, 정보취득부(3101)는, 1회의 쇼벨(100)의 작업마다 또한 작업의 종별마다, 데이터추출 가능한 양태로 정리되는, 기억부(3100)의 쇼벨작업관련정보 DB(Data Base)(3100A)에 작업패턴실적정보, 환경조건실적정보, 및 작업현장화상을 저장한다. 이때, 정보취득부(3101)는, 작업현장화상 중에서 대응하는 작업현장의 쇼벨(100)로부터 업로드된 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보와 동일한 일시 가까이에서 취득된 작업현장화상만을 추출하고, 환경조건실적정보 중에 추출한 작업현장화상을 도입하는 양태여도 된다. 또, 정보취득부(3101)는, 통신기기(320)를 통하여, 기상정보에 관한 서버나 웹사이트에 액세스하고, 쇼벨(100)로부터 업로드된 작업패턴실적정보 및 환경조건정보와 동일한 일시의 기후정보를 취득하여, 환경조건실적정보에 도입하는 양태여도 된다. 이하, 쇼벨작업관련정보 DB(3100A)에 저장되는 1회의 작업마다의 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보 등의 세트를 편의적으로 "쇼벨작업관련정보"라고 칭한다.
작업패턴생성부(3102)(생성부의 일례)는, 쇼벨작업관련정보 DB(3100A)에 저장되는, 1회의 작업마다의 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보 등에 근거하여, 대상이 되는 작업종별마다, 또한 대상이 되는 목표지표마다, 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높은, 환언하면, 당해 평가가 최대화된, 다른 환경조건마다의 최적작업패턴을 생성한다.
작업패턴생성부(3102)는, 작업평가부(3102A)와, 지도학습부(3102B)와, 강화학습부(3102C)와, 시뮬레이터부(3102D)를 포함한다.
작업평가부(3102A)는, 쇼벨작업관련정보 DB(3100A) 중에 저장되는 1회의 작업마다의 쇼벨작업관련정보 중으로부터 대상이 되는 목표지표마다, 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높은, 구체적으로는, 소정 기준 이상의 쇼벨작업관련정보를 추출한다.
구체적으로는, 대상이 되는 목표지표마다 평가에 관련되는 특징량이 규정되어 있고, 작업평가부(3102A)는, 쇼벨작업관련정보 중으로부터 특징량을 추출하여, 추출한 특징량으로부터 각각의 쇼벨작업관련정보를 평가한다. 예를 들면, 적재작업에 있어서의 작업의 속도를 목표지표로 하는 경우, 특징량에는, 선회속도, 적재량, 굴삭궤도(깊이, 위치, 길이), 굴삭중간에서의 각도, 붐상승위치, 버킷궤도(들어올림선회 시, 하강선회 시, 배토(排土) 시, 매달아 이동 시), 엔진회전수, 펌프마력 등이 포함될 수 있다. 또, 굴삭작업에 있어서의 어태치먼트의 수명의 길이를 목표지표로 하는 경우, 특징량에는, 버킷(6)의 치선의 관입(貫入)각도, 굴삭력의 크기 등이 포함될 수 있다. 작업평가부(3102A)는, 추출한 쇼벨작업관련정보를 지도학습의 교사(敎師)데이터로서 작업종별마다, 또한 대상의 목표지표마다 데이터추출 가능하게 데이터가 정리된 교사 DB(3100B)에 저장한다.
지도학습부(3102B)는, 교사 DB(3100B)에 저장되는 교사데이터에 근거하여, 작업종별마다, 또한 목표지표마다, 이미 알려진 기계학습(지도학습)을 행하여, 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높은, 복수의 다른 환경조건마다의 작업패턴(이하, "지도학습작업패턴")을 생성한다. 이때, 목표지표에 관한 평가를 행하는 부분에 대해서는, 작업평가부(3102A)의 기능을 이용하는 양태여도 된다. 이하, 강화학습부(3102C)의 경우에 대해서도 동일하다. 생성된 복수의 지도학습작업패턴은, 환경조건마다 추출 가능하게 데이터가 정리된 지도학습작업패턴 DB(3100C)에 저장된다.
강화학습부(3102C)는, 지도학습작업패턴 DB(3100C)의 복수의 다른 환경조건마다의 지도학습작업패턴을 기점으로 하여, 소정의 평가조건에 근거하여, 작업종별마다, 또한 목표지표마다, 강화학습을 행한다. 그리고, 강화학습부(3102C)는, 목표지표가 더 높은, 복수의 다른 환경조건마다의 작업패턴(최적작업패턴)을 생성한다. 구체적으로는, 강화학습부(3102C)는, 시뮬레이터부(3102D)에 대상의 종별의 작업의 시뮬레이션을 반복하여 시행시키고, 자율적으로, 이른바 보수가 많아지는, 즉, 대상의 목표지표에 관한 평가가 높아지는 작업패턴을 선택하면서, 최종적으로, 소정의 환경조건하에서의 최적작업패턴을 생성한다. 또, 강화학습부(3102C)는, 시뮬레이터부(3102D)를 이용함으로써, 지도학습작업패턴에는 포함되지 않는 환경조건하에서의 최적작업패턴을 생성할 수도 있다. 생성된 복수의 최적작업패턴은, 작업종별마다 또한 환경조건마다 추출 가능하게 데이터가 정리된 최적작업패턴 DB(3100D)에 저장된다.
시뮬레이터부(3102D)는, 작업종별마다, 입력되는 환경조건, 작업조건, 작업패턴 등의 입력조건에 근거하여, 쇼벨(100)의 작업패턴에 포함되는 동작시뮬레이션을 행할 수 있다. 이로써, 시뮬레이터부(3102D)는, 작업패턴을 생성할 수 있다. 그 때문에, 강화학습부(3102C)는, 정보취득부(3101)에 의하여 취득되는 과거의 작업패턴(작업패턴실적정보)에 근거하는 강화학습뿐만 아니라, 시뮬레이터부(3102D)에 의하여 생성되는 새로운 작업패턴에 관한 정보에 근거하는 강화학습을 행할 수 있다.
예를 들면, 도 4는, 시뮬레이터부(3102D)에 의한 굴삭작업에 있어서의 쇼벨(100)의 동작시뮬레이션의 일례를 설명하는 도이다.
도 4(a)~(d)에 나타내는 바와 같이, 굴삭작업에 있어서의 동작시뮬레이션에서는, 시뮬레이터부(3102D)는, 입력조건에 근거하여, 쇼벨(100)이 버킷(6)을 접지시키고, 버킷(6)을 앞으로 당기면서, 버킷(6) 내에 토사 등의 적재물을 담는 일련의 동작을 시뮬레이션한다.
이 경우, 시뮬레이터부(3102D)는, 버킷(6)의 치선각도(관입각도, 굴삭중간에서의 각도), 굴삭궤도(깊이, 위치, 길이), 붐상승위치, 엔진회전수, 펌프마력 등의 동작설정을 변경하고 복수의 동작설정조건을 생성하여, 시뮬레이션을 행한다. 그 결과, 시뮬레이터부(3102D)는, 동작설정조건마다의 특징량, 목표지표를 얻는다. 이와 같이 하여, 시뮬레이터부(3102D)는, 가상적인 작업패턴정보(이하, "작업패턴가상정보")를 생성할 수 있다. 그리고, 시뮬레이터부(3102D)는, 작업패턴가상정보를 강화학습부(3102C)에 입력하고, 강화학습부(3102C)는, 최적작업패턴을 얻을 수 있다.
다만, 본 실시형태에서는, 정보취득부(3101)로부터의 작업패턴실적정보를 이용하는 사례도 포함되지만, 반드시 작업패턴실적정보를 이용할 필요는 없다. 즉, 작업패턴생성부(3102)는, 시뮬레이터부(3102D)에서 생성되는 작업패턴가상정보에만 근거하여 최적작업패턴을 취득할 수도 있다.
최적제어부(3103)(환경정보취득부 및 출력부의 일례)는, 통신기기(320)를 통하여, 쇼벨(100)로부터 수신되는 취득요구신호에 따라, 당해 취득요구신호로 지정되는 종별의 작업에 대하여, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건하에서, 대상의 목표지표가 상대적으로 높아지는(최대화하는) 최적작업패턴을 출력한다. 대상의 목표지표는, 미리 규정되어 있어도 되고, 쇼벨(100)로부터 송신되는 취득요구신호로 지정되어 있어도 된다. 구체적으로는, 최적제어부(3103)는, 최적작업패턴 DB(3100D)에 저장되는 복수의 다른 환경조건마다의 최적작업패턴에 근거하여, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건하에서의 최적작업패턴을 출력한다.
예를 들면, 최적제어부(3103)는, 최적작업패턴 DB(3100D) 중으로부터 현재의 쇼벨(100)의 환경조건(구체적으로는, 취득요구신호에 포함되는 현환경조건정보에 대응하는 환경조건)과 일치하는 최적작업패턴을 추출하여, 출력한다. 또, 최적제어부(3103)는, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건과 일치하는 최적작업패턴이 최적작업패턴 DB(3100D)에 없는 경우, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건에 비교적 가까운 환경조건에 대응하는 최적작업패턴을 하나 또는 복수 추출해도 된다. 그리고, 최적제어부(3103)는, 추출한 최적작업패턴에 대응하는 환경조건과, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건의 차이에 근거하여, 추출한 하나 또는 복수의 최적작업패턴에 대하여 소정의 보정을 실시함으로써, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건에 대응하는 최적작업패턴을 출력해도 된다.
또, 예를 들면 최적제어부(3103)는, 강화학습부(3102C)와 동일한 수법(알고리즘)을 이용하고, 시뮬레이터부(3102D)를 이용하면서, 최적작업패턴 DB(3100D)에 저장되는 복수의 최적작업패턴에 근거하여, 자율적으로, 쇼벨(100)의 현재의 환경하에서의 목표지표가 최대화하는 최적작업패턴을 일의적으로 출력해도 된다. 즉, 최적제어부(3103)는, 최적작업패턴 DB(3100D)에 저장되는 복수의 최적작업패턴에 근거하여, 시뮬레이터부(3102D)를 이용하면서, 자율적으로, 쇼벨(100)의 현재의 환경하에서의 목표지표가 최대화하는 최적작업패턴을 출력하는 인공지능(AI: Artificial Intelligence)을 중심으로 구성되어도 된다. 이로써, 최적제어부(3103)는, 최적작업패턴 DB(3100D) 중에, 쇼벨(100)의 현재의 환경하에 대응하는 최적작업패턴이 없는 경우여도, 보정 등의 수법을 이용하지 않고, 보다 목표지표에 관한 평가가 높은 최적작업패턴을 출력할 수 있다.
최적제어부(3103)는, 통신기기(320)를 통하여, 출력한 최적작업패턴을 취득요구신호의 송신원인 쇼벨(100)에 송신한다.
또, 최적제어부(3103)는, 출력한 최적작업패턴을 최적작업패턴 DB(3100D)에 피드백, 즉, 추가하여, 최적작업패턴 DB(3100D)를 갱신시킨다. 이로써, 새로운 환경조건에 대응하는 작업패턴이 최적작업패턴 DB(3100D)에 추가되거나, 최적작업패턴 DB(3100D)의 작업패턴이 목표지표에 관한 평가가 더 높은 작업패턴으로 갱신되거나 한다. 따라서, 최적제어부(3103)는, 최적작업패턴 DB(3100D)의 갱신에 따라, 목표지표에 관한 평가가 더 높은 최적작업패턴을 출력할 수 있게 된다.
또, 작업패턴생성부(3102)의 상술한 일련의 동작도, 정보취득부(3101)에 의한 쇼벨(100) 등으로부터 새로운 정보가 취득되고, 쇼벨작업관련정보 DB(3100A)가 갱신됨에 따라, 반복실행된다. 그 때문에, 작업패턴생성부(3102)의 일련의 동작에 의해서도, 최적작업패턴 DB(3100D)가 갱신된다. 따라서, 최적제어부(3103)는, 최적작업패턴 DB(3100D)의 갱신에 따라, 목표지표에 관한 평가가 더 높은 최적작업패턴을 출력할 수 있게 된다.
[운전지원시스템의 작용]
다음으로, 도 5를 참조하여, 본 실시형태에 관한 운전지원시스템(SYS)(구체적으로는, 도 2, 도 3에 나타내는 운전지원시스템(SYS))의 작용에 대하여 설명한다.
도 5는, 운전지원시스템(SYS)의 작용을 설명하는 도이다. 구체적으로는, 도 5는, 본 실시형태에 관한 운전지원시스템(SYS)(관리장치(300))으로부터 출력되는 최적작업패턴을 이용하여, 머신컨트롤기능에 의하여 쇼벨(100)에 작업을 시킨 경우의 어태치먼트의 수명과 오퍼레이터(초심자오퍼레이터 및 숙련오퍼레이터)가 수동으로 쇼벨(100)에 작업을 시킨 경우의 어태치먼트의 수명을 비교하는 도이다.
다만, 도 중에서, 세로획의 길이는, 편차범위를 나타내고, 검은 동그라미는, 평균값을 나타낸다.
운전지원시스템(SYS)(관리장치(300))은, 상술하는 바와 같이, 쇼벨(100)의 현재의 환경조건하에서, 대상의 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높은(최대화된) 최적작업패턴을 출력하여, 쇼벨(100)의 운전지원을 행한다. 예를 들면, 운전지원시스템(SYS)(관리장치(300))은, 쇼벨(100)에 의한 적재작업에 있어서, 실현장에서의 성토를 현재의 환경조건으로 하고, 작업의 속도를 목표지표로 하는, 최적작업패턴을 출력함으로써, 토사의 담기, 상부선회체(3)의 선회, 그리고 배토까지의 최적인 일련의 동작을 쇼벨(100)에 실행시킬 수 있다. 또, 예를 들면 이미, 어태치먼트 등에 균열이 발견되고 있는 쇼벨(100)에 대하여, 균열진전이 늦어지는 것 같은 작업패턴을 출력함으로써, 쇼벨(100)에서의 균열진전을 늦게 할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 관한 운전지원시스템(SYS)(관리장치(300))은, 오퍼레이터의 조작숙련도에 관계없이, 소정의 종별의 작업에 있어서, 대상의 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높은 작업패턴을 쇼벨(100)에 행하게 할 수 있다. 따라서, 운전지원시스템(SYS)은, 쇼벨의 작업효율, 에너지효율(연비), 내구성 등을 향상시킬 수 있다. 또, 운전지원시스템(SYS)은, 굴삭작업, 적재작업, 전압작업 등의 반복조작을 수반하는 작업에 있어서의 오퍼레이터의 조작을 지원할 수 있다. 따라서, 오퍼레이터의 피로를 완화할 수 있다. 또, 운전지원시스템(SYS)은, 쇼벨(100)의 어태치먼트 등에 발생한 균열의 진전의 늦음을 목표지표로 하는 경우, 당해 균열의 진전을 가능한 한 늦춰, 시간을 벌 수 있기 때문에, 균열의 상황파악이나 보수를 위하여, 현장의 실작업이 정지해 버리는 것 같은 사태를 억제할 수 있다.
구체적으로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 목표지표가 어태치먼트의 사양수명의 길이의 경우를 예로 하면, 초심자오퍼레이터의 경우, 어태치먼트의 사용수명이 짧고, 또한 편차가 크다.
또, 숙련오퍼레이터의 경우, 어태치먼트의 사용수명이 초심자오퍼레이터보다 길어져, 편차도 초심자보다 작아진다. 그러나, 수동으로의 작업이기 때문에, 어느 정도의 편차가 발생할 수 있다.
또, 지도학습작업패턴을 이용하여, 머신컨트롤기능에 의하여 쇼벨(100)에 작업을 행하게 하는 경우, 어태치먼트의 사용수명의 평균값은 상승하고, 편차도 상당히 작아진다. 그러나, 교사데이터가 과거의 실적이기 때문에, 숙련오퍼레이터의 경우의 사용수명의 최댓값을 초과할 수 없다.
이것에 대하여, 본 실시형태에 관한 운전지원시스템(SYS)(관리장치(300))에 의하여 출력되는 최적작업패턴을 이용하여, 머신컨트롤기능에 의하여 쇼벨(100)에 작업을 행하게 하는 경우, 어태치먼트의 사용수명의 평균값 및 최댓값 모두 지도학습작업패턴을 이용하는 경우보다 길어진다.
또, 운전지원시스템(SYS)(관리장치(300))은, 상술하는 바와 같이, 최적작업패턴 DB(3100D)를 갱신한다. 이로써, 도 5에 나타내는 바와 같이, 갱신된 최적작업패턴 DB에 근거하는 최적작업패턴을 이용하여, 머신컨트롤기능에 의하여 쇼벨(100)에 작업을 행하게 하는 경우, 갱신 전보다도, 어태치먼트의 사용수명의 평균값을 더 길게 할 수 있음과 함께, 편차를 더 작게 할 수 있다.
[기계학습기능 및 운전지원기능의 다른 예]
다음으로, 도 6, 도 7을 참조하여, 운전지원시스템(SYS)에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능의 다른 예에 대하여 설명한다.
도 6은, 운전지원시스템(SYS)에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능에 관한 기능구성의 다른 예를 나타내는 기능블록도이다. 구체적으로는, 도 6은, 관리장치(300)(제어장치(310))에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능에 관한 기능적인 구성의 다른 예를 나타내는 기능블록도이다.
본 예에서는, 관리장치(300)(제어장치(310))는, 최적작업패턴에 더하여, 최적구성패턴을 생성한다. "구성"은, 작업내용(작업패턴)의 조합을 의미하고, "작업내용"은, 동작패턴의 조합을 의미한다. 구체적으로는, "구성"은, 예를 들면 시공현장에 있어서의 시공순번(굴삭위치, 굴삭량, 임시적재위치, 임시적재량, 슬로프위치 등), 덤프트럭의 스위치백위치, 덤프트럭의 스위치백횟수, 덤프대수, 건설기계(쇼벨 등)의 대수, 토질, 매설물의 유무나 위치 등을 고려한 작업패턴의 조합이다. 즉, 관리장치(300)(제어장치(310))는, 최적구성패턴, 및 최적구성패턴에 포함되는 각 작업패턴에 대응하는 최적작업패턴을 생성한다. 이하, "구성패턴" 및 "작업패턴"을 총괄적으로 "구성·작업패턴"이라고 칭한다. 또, 본 예에서는, 구성패턴이나 최적구성패턴을 중심으로 언급하고, 작업패턴 및 최적작업패턴 등의 중복되는 기재를 생략하는 경우가 있다.
제어장치(310)는, 기능부로서 정보취득부(3101X)와, 구성·작업패턴생성부(3102X)와, 최적제어부(3103X)를 포함한다. 또, 제어장치(310)는, 기억부(3100X)를 이용한다. 기억부(3100X)에는, 쇼벨구성·작업관련정보 DB(3100AX)와, 교사 DB(3100BX)와, 지도학습구성·작업패턴 DB(3100CX)와 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)가 포함된다.
정보취득부(3101X)는, 하나 또는 복수의 쇼벨(100)로부터의 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보나 하나 또는 복수의 비행체(200)로부터의 작업현장화상 등의 업로드데이터를 취득한다. 또, 정보취득부(3101X)는, 취득한 작업패턴실적정보군으로부터 구성에 관한 실적정보(이하, "구성실적정보")를 생성한다. 또, 정보취득부(3101X)는, 하나 또는 복수의 쇼벨(100)로부터 구성실적정보를 취득해도 된다. 그리고, 정보취득부(3101X)는, 작업패턴정보, 환경조건실적정보, 구성실적정보, 및 작업현장화상을 기억부(3100X)에 구축되는 쇼벨구성·작업관련정보 DB에 저장(등록)한다. 쇼벨구성·작업관련정보 DB는, 쇼벨(100)의 일련의 작업내용으로 구성되는 구성마다, 또한 구성을 구성하는 작업내용의 조합(의 종별)마다 데이터추출 가능한 양태로 정리된다. 기억부(3100X)의 쇼벨구성·작업관련정보 DB(Data Base)(3100AX)에 작업패턴실적정보, 환경조건실적정보, 및 작업현장화상을 저장한다. 이하, 쇼벨구성·작업관련정보 DB(3100AX)에 저장되는 1회의 구성마다의 구성실적정보 및 환경조건실적정보 등의 세트를 편의적으로 "쇼벨구성관련정보"라고 칭한다.
구성·작업패턴생성부(3102X)는, 쇼벨구성·작업관련정보 DB(3100AX)에 저장되는 쇼벨구성관련정보에 근거하여, 대상이 되는 작업내용의 조합(의 종별)마다, 또한 대상이 되는 목표지표마다, 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높은, 환언하면, 당해 평가가 최대화된, 다른 환경조건마다의 최적구성패턴을 생성한다.
구성·작업패턴생성부(3102X)는, 구성·작업평가부(3102AX)와, 지도학습부(3102BX)와, 강화학습부(3102CX)와, 시뮬레이터부(3102DX)를 포함한다.
구성·작업평가부(3102AX)는, 쇼벨구성·작업관련정보 DB(3100AX) 중에 저장되는 쇼벨구성관련정보 중으로부터 대상이 되는 목표지표마다, 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높은, 구체적으로는, 소정 기준 이상의 쇼벨구성관련정보를 추출한다. 구체적으로는, 대상이 되는 목표지표마다 평가에 관련되는 특징량이 규정되어 있고, 구성·작업평가부(3102AX)는, 쇼벨구성관련정보 중으로부터 특징량을 추출하여, 추출한 특징량으로부터 각각의 쇼벨구성관련정보를 평가한다. 예를 들면, 구성에 관한 목표지표에는, 작업시간(의 짧음), 작업인원(의 적음), 필요연료(의 적음), CO2배출량(의 적음) 등이 포함될 수 있다. 또, 구성에 관한 특징량에는, 굴삭횟수, 선회횟수, 선회각도, 굴삭마다의 토량, 적재마다의 토량 등이 포함될 수 있다. 구성·작업평가부(3102AX)는, 추출한 쇼벨구성관련정보를 지도학습의 교사데이터로서, 교사 DB(3100BX)에 저장한다. 교사 DB(3100BX)는, 작업내용의 조합(의 종별)마다, 또한 대상의 목표지표마다, 데이터추출 가능하게 교사데이터(쇼벨구성관련정보)가 정리된다.
지도학습부(3102BX)는, 교사 DB(3100BX)에 저장되는 교사데이터에 근거하여, 작업내용의 조합(의 종별)마다, 또한 목표지표마다, 이미 알려진 기계학습(지도학습)을 행한다. 그리고, 지도학습부(3102BX)는, 지도학습의 결과로서, 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높은, 복수의 다른 환경조건마다의 구성패턴(이하, "지도학습구성패턴")을 생성한다. 이때, 목표지표에 관한 평가를 행하는 부분에 대해서는, 구성·작업평가부(3102AX)의 기능을 이용하는 양태여도 된다. 이하, 강화학습부(3102CX)의 경우에 대해서도 동일하다. 생성된 복수의 지도학습구성패턴은, 환경조건마다 추출 가능하게 데이터가 정리된 지도학습구성·작업패턴 DB(3100CX)에 저장된다.
강화학습부(3102CX)는, 지도학습구성·작업패턴 DB(3100CX)의 복수의 다른 환경조건마다의 지도학습구성패턴을 기점으로 하여, 작업내용의 조합(의 종별)마다, 또한 목표지표마다, 강화학습을 행하고, 목표지표가 더 높은, 복수의 다른 환경조건마다의 작업패턴(최적작업패턴)을 생성한다. 구체적으로는, 강화학습부(3102CX)는, 시뮬레이터부(3102DX)에 대상의 조합의 구성에 관한 시뮬레이션을 반복하여 시행시키고, 자율적으로, 이른바 보수가 많아지는, 즉, 대상의 목표지표에 관한 평가가 높아지는 작업패턴을 선택하면서, 최종적으로, 소정의 환경조건하에서의 최적작업패턴을 생성한다. 또, 강화학습부(3102CX)는, 시뮬레이터부(3102DX)를 이용함으로써, 지도학습구성패턴에는 포함되지 않는 환경조건하에서의 최적작업패턴을 생성할 수도 있다. 생성된 복수의 최적작업패턴은, 작업내용의 조합(의 종별)마다 또한 환경조건마다 추출 가능하게 데이터가 정리된 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)에 저장된다.
시뮬레이터부(3102DX)는, 작업내용의 조합(의 종별)마다, 입력되는 환경조건, 시공조건, 구성패턴 등의 입력조건에 근거하여, 쇼벨(100)의 구성에 관한 동작시뮬레이션을 행할 수 있다. 이로써, 시뮬레이터부(3102DX)는, 구성패턴을 생성할 수 있다. 그 때문에, 강화학습부(3102CX)는, 정보취득부(3101X)에 의하여 취득되는 과거의 구성패턴(구성실적정보)에 근거하는 강화학습뿐만 아니라, 시뮬레이터부(3102DX)에 의하여 생성되는 새로운 구성패턴에 관한 정보에 근거하는 강화학습을 행할 수 있다.
예를 들면, 도 7은, 시뮬레이터부(3102DX)에 의한 시공현장의 구성에 관한 쇼벨(100)의 동작시뮬레이션의 일례를 설명하는 도이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 본 예에서는, 일반도로(720)를 따른 작업현장(710)에서의 쇼벨(100)에 의한 구성에 관한 시뮬레이션이 행해진다.
작업현장(710)에는, 일반도로(720)로의 토사반출용의 슬로프(SL)가 형성되어, 덤프트럭(DT)이 토사의 반출을 위하여 작업현장(710)에 입장한다. 또, 작업현장(710)에는, 굴삭범위(711)가 설정됨과 함께, 그 주변에 토사의 임시적재영역(712, 713)이 설정된다. 또, 작업현장(710)에는, 또 1개소의 굴삭범위(714)가 설정됨과 함께, 그 주변에 토사의 임시적재영역(715)이 설정된다.
본 예에서는, 시뮬레이터부(3102DX)는, 이 시공조건하에서, 굴삭범위(711)에 관한 굴삭작업과, 토사의 임시적재영역(712, 713)으로의 배토작업과, 덤프트럭(DT)으로의 임시적재영역(712, 713)의 토사의 적재작업의 조합에 대응하는 구성을 시뮬레이션한다. 또, 시뮬레이터부(3102DX)는, 동일한 시공조건하에서, 굴삭범위(714)에 관한 굴삭작업과, 토사의 임시적재영역(715)으로의 배토작업과, 덤프트럭(DT)으로의 임시적재영역(715)의 토사의 적재작업의 조합에 대응하는 구성을 시뮬레이션한다.
이 경우, 시뮬레이터부(3102DX)는, 예를 들면 쇼벨(100)의 위치, 방향, 이동경로, 작업의 순번 등이 다른 복수의 동작설정조건을 생성하여, 시뮬레이션을 행한다. 그 결과, 시뮬레이터부(3102DX)는, 동작설정조건마다의 특징량, 목표지표를 얻는다. 이와 같이 하여, 시뮬레이터부(3102DX)는, 가상적인 구성패턴정보(이하, "구성패턴가상정보")를 생성할 수 있다. 그리고, 시뮬레이터부(3102DX)는, 구성패턴가상정보를 강화학습부(3102CX)에 입력하고, 강화학습부(3102CX)는, 최적구성패턴을 얻을 수 있다. 또, 시뮬레이션이 행해질 때에는, 일반도로(720)의 위치 등은 변경불가요소, 임시적재영역(712, 713), 굴삭범위(714) 등은 변경가능요소로서 설정된다.
다만, 본 실시형태에서는, 정보취득부(3101X)에 의하여 취득되는 정보에 근거하는 구성패턴실적정보를 이용하는 사례도 포함되지만, 반드시 구성패턴실적정보를 이용할 필요는 없다. 즉, 구성·작업패턴생성부(3102X)는, 시뮬레이터부(3102DX)로 생성되는 구성패턴가상정보에만 근거하여 최적구성패턴을 취득할 수도 있다.
최적제어부(3103X)는, 통신기기(320)를 통하여, 쇼벨(100)로부터 수신되는 취득요구신호에 따라, 당해 취득요구신호로 지정되는 종별의 작업내용의 조합에 대하여, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건하에서, 대상의 목표지표가 상대적으로 높아지는(최대화하는) 최적구성패턴을 출력한다. 대상의 목표지표는, 미리 규정되어 있어도 되고, 쇼벨(100)로부터 송신되는 취득요구신호로 지정되어 있어도 된다. 구체적으로는, 최적제어부(3103X)는, 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)에 저장되는 복수의 다른 환경조건마다의 최적작업패턴에 근거하여, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건하에서의 최적작업패턴을 출력한다.
예를 들면, 최적제어부(3103X)는, 최적구성·작업패턴 DB(3100DX) 중으로부터 현재의 쇼벨(100)의 환경조건(구체적으로는, 취득요구신호에 포함되는 현환경조건정보에 대응하는 환경조건)과 일치하는 최적구성패턴을 추출하여, 출력한다. 또, 최적제어부(3103X)는, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건과 일치하는 최적구성패턴이 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)에 없는 경우, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건에 비교적 가까운 환경조건에 대응하는 최적구성패턴을 하나 또는 복수 추출해도 된다. 그리고, 최적제어부(3103X)는, 추출한 최적구성패턴에 대응하는 환경조건과, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건의 차이에 근거하여, 추출한 하나 또는 복수의 최적구성패턴에 대하여 소정의 보정을 실시함으로써, 현재의 쇼벨(100)의 환경조건에 대응하는 최적구성패턴을 출력해도 된다.
또, 예를 들면 최적제어부(3103X)는, 강화학습부(3102CX)와 동일한 수법(알고리즘)을 이용하고, 시뮬레이터부(3102DX)를 이용하면서, 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)에 저장되는 복수의 최적구성패턴에 근거하여, 자율적으로, 쇼벨(100)의 현재의 환경하에서의 목표지표가 최대화하는 최적구성패턴을 일의적으로 출력해도 된다. 즉, 최적제어부(3103X)는, 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)에 저장되는 복수의 최적구성패턴에 근거하여, 시뮬레이터부(3102DX)를 이용하면서, 자율적으로, 쇼벨(100)의 현재의 환경하에서의 목표지표가 최대화하는 최적구성패턴을 출력하는 인공지능을 중심으로 구성되어도 된다. 이로써, 최적제어부(3103X)는, 최적구성·작업패턴 DB(3100DX) 중에, 쇼벨(100)의 현재의 환경하에 대응하는 최적구성패턴이 없는 경우여도, 보정 등의 수법을 이용하지 않고, 보다 목표지표에 관한 평가가 높은 최적구성패턴을 출력할 수 있다.
최적제어부(3103X)는, 통신기기(320)를 통하여, 출력한 최적구성패턴을 취득요구신호의 송신원인 쇼벨(100)에 송신한다.
또, 최적제어부(3103X)는, 출력한 최적구성패턴을 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)에 피드백, 즉, 추가하여, 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)를 갱신시킨다. 이로써, 새로운 환경조건에 대응하는 작업패턴이 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)에 추가되거나 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)의 작업패턴이 목표지표에 관한 평가가 더 높은 작업패턴으로 갱신되거나 한다. 따라서, 최적제어부(3103X)는, 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)의 갱신에 따라, 목표지표에 관한 평가가 더 높은 최적구성패턴을 출력할 수 있게 된다.
또, 구성·작업패턴생성부(3102X)의 상술한 일련의 동작도, 정보취득부(3101X)에 의한 쇼벨(100) 등으로부터 새로운 정보가 취득되고, 쇼벨구성·작업관련정보 DB(3100AX)가 갱신됨에 따라, 반복실행된다. 그 때문에, 구성·작업패턴생성부(3102X)의 일련의 동작에 의해서도, 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)가 갱신된다. 따라서, 최적제어부(3103X)는, 최적구성·작업패턴 DB(3100DX)의 갱신에 따라, 목표지표에 관한 평가가 더 높은 최적구성패턴을 출력할 수 있게 된다.
[기계학습기능 및 운전지원기능의 또 다른 예]
다음으로, 도 8, 도 9를 참조하여, 운전지원시스템(SYS)에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능의 또 다른 예에 대하여 설명한다.
도 8, 도 9는, 운전지원시스템(SYS)에 있어서의 기계학습기능 및 운전지원기능에 관한 기능구성의 또 다른 예를 나타내는 기능블록도이다. 구체적으로는, 도 8은, 본 예에 관한 운전지원시스템(SYS)의 구성을 나타내는 기능블록도이며, 도 9는, 본 예에 관한 운전지원시스템(SYS)의 구성 중, 도 8에 기재되지 않는 쇼벨(100)의 구성 부분을 나타내는 기능블록도이다.
본 예에서는, 기계학습기능 및 운전지원기능이 쇼벨(100)에 탑재된다. 이하, 본 예에 특유의 부분을 중심으로 설명하고, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
쇼벨(100)의 컨트롤러(30)는, 보조기억장치에 인스톨되는 하나 이상의 프로그램을 CPU 상에서 실행함으로써 실현되는 기능부로서, 현재지형형상취득부(F1)와, 목표지형형상취득부(F2)와, 비교부(F3)와, 작업개시판별부(F4)와, 구성·작업설정부(F5)와, 동작내용판정부(F6)와, 동작지령생성부(F7)와, 동작제한부(F8)와, 지령값산출부(F9)와, 버킷현재위치산출부(F10)와, 붐전류지령생성부(F11)와, 붐스풀변위량산출부(F12)와, 붐각도산출부(F13)와, 암전류지령생성부(F21)와, 암스풀변위량산출부(F22)와, 암각도산출부(F23)와, 버킷전류지령생성부(F31)와, 버킷스풀변위량산출부(F32)와, 버킷각도산출부(F33)와, 선회전류지령생성부(F41)와, 선회스풀변위량산출부(F42)와, 선회각도산출부(F43)를 포함한다.
현재지형형상취득부(F1)(환경정보취득부의 일례)는, 촬상장치(80)의 촬상화상에 근거하여, 쇼벨(100)의 주위의 현재의 지형형상(이하, "현재지형형상")에 관한 정보(예를 들면, 3차원의 점군이나 서피스 등의 3차원데이터)를 취득한다.
목표지형형상취득부(F2)는, 시공현장에 있어서의 목표가 되는 지형형상(예를 들면, 목표시공면)(이하, "목표지형형상")을 취득한다.
비교부(F3)는, 현재지형형상과 목표지형형상을 비교하여, 그 차분에 관한 정보(이하, "차분정보")를 학습부(F100)에 출력한다.
작업개시판별부(F4)는, 통신기기(T1)를 통하여 관리장치(300)로부터 수신되는 지령에 따라, 작업개시를 판별한다.
구성·작업설정부(F5)는, 통신기기(T1)를 통하여 관리장치(300)로부터 수신되는 지령에 따라, 작업현장에서의 구성 및 구성에 포함되는 작업의 내용을 설정한다. 설정되는 구성 및 작업의 내용은, 학습부(F100) 및 동작내용판정부(F6)에 입력된다.
동작내용판정부(F6)는, 학습부(F100)로부터 지령에 따라, 구성·작업설정부(F5)에 의하여 설정되는 구성 및 작업내용에 따른 동작내용을 판정한다. 또, 판정되는 동작내용은, 학습부(F100) 및 동작지령생성부(F7)에 입력된다.
동작지령생성부(F7)(제어부의 일례)는, 학습부(F100)로부터의 지령, 동작내용판정부(F6)에 의하여 판정된 동작내용, 및 버킷현재위치산출부(F10)에 의하여 산출되는 버킷(6)의 작업부위(예를 들면, 치선이나 배면 등)의 현재위치(이하, "버킷현재위치")에 따라, 쇼벨(100)의 동작지령, 즉, 쇼벨(100)의 피구동요소를 구동하는 액추에이터의 동작지령을 생성한다. 생성되는 동작지령은, 학습부(F100) 및 동작제한부(F8)에 입력된다.
동작제한부(F8)는, 소정의 동작제한조건에 따라, 동작지령생성부(F7)에 의하여 생성되는 동작지령에 대응하는 쇼벨(100)의 동작을 제한한다(동작을 정지하는 경우를 포함한다). 동작제한조건에는, 예를 들면 "동작지령에 대응하는 쇼벨(100)의 동작에 의하여, 쇼벨(100)의 작업부위 이외의 부분이 주위의 물체와 당접할 가능성이 있는 것"을 포함되어도 된다. 또, 동작제한조건에는, 예를 들면 "동작지령에 대응하는 쇼벨(100)의 동작에 의하여, 어태치먼트의 동작축의 각속도의 허용범위를 벗어나는 것"이 포함되어도 된다. 구체적으로는, 동작제한부(F8)는, 동작제한조건이 성립하는 경우, 동작지령생성부(F7)에 의하여 생성되는 동작지령을 쇼벨(100)의 동작이 제한되도록 보정한 보정동작지령을 지령값산출부(F9)에 출력한다. 한편, 동작제한부(F8)는, 동작제한조건이 성립하지 않는 경우, 동작지령생성부(F7)에 의하여 생성되는 동작지령을 그대로 지령값산출부(F9)에 출력한다.
지령값산출부(F9)는, 동작제한부(F8)로부터 입력되는 동작지령 혹은 보정동작지령에 근거하여, 각 피구동요소(붐(4), 암(5), 버킷(6), 상부선회체(3), 하부주행체(1)의 좌우의 크롤러)에 대한 지령값을 출력한다. 구체적으로는, 지령값산출부(F9)는, 붐(4)에 대한 붐지령값(α*), 암(5)에 대한 암지령값(β*), 버킷(6)에 대한 버킷지령값(γ*), 상부선회체(3)에 대한 선회지령값(δ*), 우측의 크롤러에 대한 우주행지령값(ε1*), 좌측의 크롤러에 대한 좌주행지령값(ε2*)을 출력한다.
버킷현재위치산출부(F10)는, 버킷(6)의 작업부위의 현재위치(버킷현재위치)를 산출한다. 구체적으로는, 붐각도산출부(F13), 암각도산출부(F23), 버킷각도산출부(F33), 선회각도산출부(F43) 등으로부터 피드백되는 붐각도(α), 암각도(β), 버킷각도(γ), 우구동륜회전각도(ε1), 및 좌구동륜회전각도(ε2)에 근거하여, 버킷현재위치를 산출한다.
붐전류지령생성부(F11)는, 붐비례밸브(31A)에 대하여 붐전류지령을 출력한다.
붐스풀변위량산출부(F12)는, 붐스풀변위센서(S16)의 출력에 근거하여, 붐실린더(7)에 대응하는 제어밸브(175)를 구성하는 붐스풀의 변위량을 산출한다.
붐각도산출부(F13)는, 붐각도센서(S11)의 출력에 근거하여, 붐각도(α)를 산출한다.
붐전류지령생성부(F11)는, 기본적으로, 지령값산출부(F9)가 생성한 붐지령값(α*)과 붐각도산출부(F13)가 산출한 붐각도(α)의 차가 제로가 되도록, 붐비례밸브(31A)에 대한 붐전류지령을 생성한다. 그때, 붐전류지령생성부(F11)는, 붐전류지령으로부터 도출되는 목표붐스풀변위량과 붐스풀변위량산출부(F12)가 산출한 붐스풀변위량의 차가 제로가 되도록, 붐전류지령을 조절한다. 그리고, 붐전류지령생성부(F11)는, 그 조절 후의 붐전류지령을 붐비례밸브(31A)에 대하여 출력한다.
붐비례밸브(31A)는, 붐전류지령에 따라 개구면적을 변화시켜, 붐지령전류의 크기에 대응하는 파일럿압을 제어밸브(175)의 파일럿포트에 작용시킨다. 제어밸브(175)는, 파일럿압에 따라 붐스풀을 이동시켜, 붐실린더(7)에 작동유를 유입시킨다. 붐스풀변위센서(S16)는, 붐스풀의 변위를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 붐스풀변위량산출부(F12)에 피드백한다. 붐실린더(7)는, 작동유의 유입에 따라 신축하여, 붐(4)을 상하동시킨다. 붐각도센서(S11)는, 상하동하는 붐(4)의 회동각도를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 붐각도산출부(F13)에 피드백한다. 붐각도산출부(F13)는, 산출한 붐각도(α)를 버킷현재위치산출부(F10)에 피드백한다.
암전류지령생성부(F21)는, 암비례밸브(31B)에 대하여 암전류지령을 출력한다.
암스풀변위량산출부(F22)는, 암스풀변위센서(S17)의 출력에 근거하여, 암실린더(8)에 대응하는 제어밸브(176)를 구성하는 암스풀의 변위량을 산출한다.
암각도산출부(F23)는, 암각도센서(S12)의 출력에 근거하여, 암각도(β)를 산출한다.
암전류지령생성부(F21)는, 기본적으로, 지령값산출부(F9)가 생성한 암지령값(β*)과 암각도산출부(F23)가 산출한 암각도(β)의 차가 제로가 되도록, 암비례밸브(31B)에 대한 암전류지령을 생성한다. 그때, 암전류지령생성부(F21)는, 암전류지령으로부터 도출되는 목표암스풀변위량과 암스풀변위량산출부(F22)가 산출한 암스풀변위량의 차가 제로가 되도록, 암전류지령을 조절한다. 그리고, 암전류지령생성부(F21)는, 그 조절 후의 암전류지령을 암비례밸브(31B)에 대하여 출력한다.
암비례밸브(31B)는, 암전류지령에 따라 개구면적을 변화시켜, 암지령전류의 크기에 대응하는 파일럿압을 제어밸브(176)의 파일럿포트에 작용시킨다. 제어밸브(176)는, 파일럿압에 따라 암스풀을 이동시켜, 암실린더(8)에 작동유를 유입시킨다. 암스풀변위센서(S17)는, 암스풀의 변위를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 암스풀변위량산출부(F22)에 피드백한다. 암실린더(8)는, 작동유의 유입에 따라 신축하여, 암(5)을 펼치기·접기시킨다. 암각도센서(S12)는, 펼치기·접기하는 암(5)의 회동각도를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 암각도산출부(F23)에 피드백한다. 암각도산출부(F23)는, 산출한 암각도(β)를 버킷현재위치산출부(F10)에 피드백한다.
버킷전류지령생성부(F31)는, 버킷비례밸브(31C)에 대하여 버킷전류지령을 출력한다.
버킷스풀변위량산출부(F32)는, 버킷스풀변위센서(S18)의 출력에 근거하여, 버킷실린더(9)에 대응하는 제어밸브(174)를 구성하는 버킷스풀의 변위량을 산출한다.
버킷각도산출부(F33)는, 버킷각도센서(S13)의 출력에 근거하여, 버킷각도(γ)를 산출한다.
버킷전류지령생성부(F31)는, 기본적으로, 지령값산출부(F9)가 생성한 버킷지령값(γ*)과 버킷각도산출부(F33)가 산출한 버킷각도(γ)의 차가 제로가 되도록, 버킷비례밸브(31C)에 대한 버킷전류지령을 생성한다. 그때, 버킷전류지령생성부(F31)는, 버킷전류지령으로부터 도출되는 목표버킷스풀변위량과 버킷스풀변위량산출부(F32)가 산출한 버킷스풀변위량의 차가 제로가 되도록, 버킷전류지령을 조절한다. 그리고, 버킷전류지령생성부(F31)는, 그 조절 후의 버킷전류지령을 버킷비례밸브(31C)에 대하여 출력한다.
버킷비례밸브(31C)는, 버킷전류지령에 따라 개구면적을 변화시켜, 버킷지령전류의 크기에 대응하는 파일럿압을 제어밸브(174)의 파일럿포트에 작용시킨다. 제어밸브(174)는, 파일럿압에 따라 버킷스풀을 이동시켜, 버킷실린더(9)에 작동유를 유입시킨다. 버킷스풀변위센서(S18)는, 버킷스풀의 변위를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 버킷스풀변위량산출부(F32)에 피드백한다. 버킷실린더(9)는, 작동유의 유입에 따라 신축하여, 버킷(6)을 펼치기·접기시킨다. 버킷각도센서(S13)는, 펼치기·접기하는 버킷(6)의 회동각도를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 버킷각도산출부(F33)에 피드백한다. 버킷각도산출부(F33)는, 산출한 버킷각도(γ)를 버킷현재위치산출부(F10)에 피드백한다.
선회전류지령생성부(F41)는, 선회비례밸브(31D)에 대하여 선회전류지령을 출력한다.
선회스풀변위량산출부(F42)는, 선회스풀변위센서(S19)의 출력에 근거하여, 선회유압모터(2A)에 대응하는 제어밸브(173)를 구성하는 선회스풀의 변위량을 산출한다.
선회각도산출부(F43)는, 선회각도센서(S15)의 출력에 근거하여, 선회각도(δ)를 산출한다.
선회전류지령생성부(F41)는, 기본적으로, 지령값산출부(F9)가 생성한 선회지령값(δ*)과 선회각도산출부(F43)가 산출한 선회각도(δ)의 차가 제로가 되도록, 선회비례밸브(31D)에 대한 선회전류지령을 생성한다. 그때, 선회전류지령생성부(F41)는, 선회전류지령으로부터 도출되는 목표선회스풀변위량과 선회스풀변위량산출부(F42)가 산출한 선회스풀변위량의 차가 제로가 되도록, 선회전류지령을 조절한다. 그리고, 선회전류지령생성부(F41)는, 그 조절 후의 선회전류지령을 선회비례밸브(31D)에 대하여 출력한다.
선회비례밸브(31D)는, 선회전류지령에 따라 개구면적을 변화시켜, 선회지령전류의 크기에 대응하는 파일럿압을 제어밸브(173)의 파일럿포트에 작용시킨다. 제어밸브(173)는, 파일럿압에 따라 선회스풀을 이동시켜, 선회유압모터(2A)에 작동유를 유입시킨다. 선회스풀변위센서(S19)는, 선회스풀의 변위를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 선회스풀변위량산출부(F42)에 피드백한다. 선회유압모터(2A)는, 작동유의 유입에 따라 회전하여, 상부선회체(3)를 선회시킨다. 선회각도센서(S15)는, 선회하는 상부선회체(3)의 선회각도를 검출하고, 그 검출결과를 컨트롤러(30)의 선회각도산출부(F43)에 피드백한다. 선회각도산출부(F43)는, 산출한 선회각도(δ)를 버킷현재위치산출부(F10)에 피드백한다.
또, 하부주행체(1)의 우크롤러 및 좌크롤러에 대해서도, 붐(4), 암(5), 버킷(6), 및 상부선회체(3) 등의 다른 피구동요소(작업체)와 동일한 피드백루프를 갖는다. 즉, 지령값산출부(F9)가 생성한 우주행지령값(ε1*) 및 좌주행지령값(ε2*)의 입력에 근거하는 피드백루프가 구성된다. 당해 피드백루프로부터는, 우측의 크롤러 및 좌측의 크롤러의 구동륜의 회전위치(회전각도)를 나타내는 우구동륜회전각도(ε1) 및 좌구동륜회전각도(ε2)가 버킷현재위치산출부(F10)에 피드백된다.
이와 같이, 컨트롤러(30)는, 피구동요소(작업체)마다, 3단의 피드백루프를 구성한다. 즉, 컨트롤러(30)는, 스풀변위량에 관한 피드백루프, 피구동요소(작업체)의 회동각도에 관한 피드백루프, 및 버킷(6)의 작업부위의 위치(예를 들면, 치선의 위치)에 관한 피드백루프를 구성한다. 이로써, 컨트롤러(30)는, 자동제어 시에, 버킷(6)의 작업부위의 움직임을 고정밀도로 제어할 수 있다.
학습부(F100)(실적정보취득부, 생성부, 및 출력부의 일례)는, 기계학습기능 및 운전지원기능을 실현한다. 즉, 학습부(F100)는, 상술한 관리장치(300)(제어장치(310))의 정보취득부(3101X), 구성·작업패턴생성부(3102X), 및 최적제어부(3103X)와 동일한 기능을 갖는다.
구체적으로는, 학습부(F100)는, 상술한 관리장치(300)와 달리, 자기(쇼벨(100))에 실제의 작업 및 구성을 행하게 하면서, 실제의 작업 및 구성 중에서 취득되는 실적정보에 근거하여, 강화학습을 행한다. 당해 실적정보에는, 구성·작업설정부(F5), 동작내용판정부(F6), 및 동작지령생성부(F7)로부터 피드백되는 쇼벨(100)의 구성, 작업, 및 동작에 관한 실적정보가 포함된다. 또, 실적정보에는, 비교부(F3)를 통하여 현재지형형상취득부(F1)로부터 입력되는 쇼벨(100)의 주위의 현재지형형상정보 등의 환경조건에 관한 실적정보가 포함된다. 또, 실적정보에는, 비교부(F3)로부터 차분정보 등의 쇼벨(100)의 구성, 작업, 및 동작 등의 결과에 관한 실적정보가 포함된다. 이로써, 학습부(F100)는, 작업종별 혹은 작업내용의 조합마다(의 종별) 또한 환경조건마다, 실적정보를 기점으로 하여, 목표지표가 상대적으로 높아지는 것 같은 작업패턴(최적작업패턴)이나 구성패턴(최적구성패턴)을 생성할 수 있다. 그리고, 학습부(F100)는, 비교부(F3)로부터 입력되는 차분정보에 근거하여, 현재의 환경조건(즉, 현재지형형상)하에서의 최적작업패턴이나 최적구성패턴에 대응하는 지령을 구성·작업설정부(F5), 동작내용판정부(F6), 및 동작지령생성부(F7)에 출력한다. 이로써, 컨트롤러(30)(동작지령생성부(F7))는, 최적작업패턴이나 최적구성패턴에 근거하여, 자기(쇼벨(100))를 자동 혹은 반자동으로 제어할 수 있다.
[운전지원시스템의 작용]
다음으로, 도 10을 참조하여, 본 실시형태에 관한 운전지원시스템(SYS)(구체적으로는, 도 8, 도 9에 나타내는 운전지원시스템(SYS))의 작용에 대하여 설명한다.
도 10은, 운전지원시스템(SYS)의 작용을 설명하는 도이다. 구체적으로는, 도 8, 도 9에 나타내는 운전지원시스템(SYS)(쇼벨(100)에 탑재되는 학습부(F100))의 작용을 설명하는 도이다.
본 예에서는, 쇼벨(100)이 성토에 의하여 법면(목표시공면(1001))을 시공하는 작업을 행하고 있다. 통상, 법면의 시공은, 지면에 대하여 깊이를 향하여 연속적으로 시공된다. 이 때문에, 시공영역은, 쇼벨(100)의 진행방향을 향하여 복수의 구간으로 나눠진다. 그리고, 하나의 구간에 있어서, 비탈끝(法尻)으로부터 비탈머리(法肩), 혹은 비탈끝으로부터 비탈머리를 시공이 완료되면, 인접하는 다음의 구간으로 주행이동하여, 다음의 구간의 시공이 개시된다.
쇼벨(100)은, 목표시공면(1001)과 현재의 경사면의 형상의 차분을 메우기 위하여, 버킷(6)에 수용한 토사를 경사면을 따라 배토하고 있다.
그러나, 본 예에서는, 배토된 토사가 경사면의 아래측으로 붕괴되어 버려, 상정형상(1002)과는 다른 양태의 형상(실제형상(1003))이 되어 버리고 있다. 이 요인으로서, 예를 들면 토사특성의 상이나 기후의 변화 등이 생각된다.
여기에서, 쇼벨(100)의 학습부(F100)는, 이번 동작내용, 작업내용, 및 구성과 그 결과(실제형상(1003))를 실적정보로서 강화학습을 행한다.
예를 들면, 쇼벨(100)의 학습부(F100)는, 동일한 환경조건하에서의 배토작업 시에 있어서, 퍼올림동작을 추가하는 형태로, 최적작업패턴 및 최적구성패턴을 갱신한다. 이로써, 복귀를 위한 퍼올림동작이 행해져, 토사형상이 상정형상(1002)으로 형성된다. 그 후, 다음의 구간에 있어서의 시공을 개시할 때에는, 유사한 토사특성의 상위(相違)나 기후 등의 환경정보에 있어서 보수가 비싼 작업패턴이 추출되고, 추출된 작업패턴에 근거하여 시공작업이 계속된다. 따라서, 복귀작업에 있어서도 학습부(F100)에 의한 강화학습에 의하여 복귀를 신속히 행할 수 있다. 또한, 하나의 구간에 있어서의 실적을 다음의 구간에 있어서 이용할 수 있다.
이와 같이, 쇼벨(100)은, 동일한 환경조건하의 작업에 있어서, 컨트롤러(30)(학습부(F100))의 제어하에서, 배토 시에 퍼올림동작을 동시에 행하게 된다. 그 때문에, 쇼벨(100)(컨트롤러(30))은, 자율적으로, 목표지표(예를 들면, 작업효율)가 상대적으로 높아지도록 자기의 작업을 개선해 나갈 수 있다.
[변형·개량]
이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 특정의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형·변경이 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시형태에서는, 조작장치(26)는, 오퍼레이터에 의한 조작상태에 따른 파일럿압을 출력하는 유압식이었지만, 전기신호를 출력하는 전기식이어도 된다. 이 경우, 컨트롤밸브(17)는, 전자파일럿방식의 제어밸브를 포함하는 양태여도 된다. 또, 컨트롤러(30)는, 전기식의 조작장치로부터 입력되는 전기신호로부터 조작상태를 직접적으로 파악하면서, 머신가이던스기능 혹은 머신컨트롤기능에 관한 제어를 행할 수 있다.
또, 상술한 실시형태 및 변형예에서는, 쇼벨(100)은, 작업패턴실적정보 등을 관리장치(300)에 업로드함과 함께, 관리장치(300)로부터 최적작업패턴을 취득하고, 최적작업패턴에 근거하는 머신컨트롤기능에 관한 제어가 실행되지만, 당해 양태에는, 한정되지 않는다. 예를 들면, 작업패턴실적정보 등을 관리장치(300)에 업로드하는 쇼벨과, 운전지원시스템(SYS)(관리장치(300))에 의한 운전지원의 대상인 쇼벨은 따로여도 된다. 이 경우, 작업패턴실적정보 등을 관리장치(300)에 업로드하는 쇼벨은, 머신가이던스기능이나 머신컨트롤기능을 갖고 있을 필요가 없다.
또, 상술한 실시형태 및 변형예에서는, 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보나 작업현장화상 등은, 쇼벨(100)이나 비행체(200)로부터 관리장치(300)에 업로드되지만, 당해 양태에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 쇼벨(100)이나 비행체(200)에 기록된 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보나 작업현장화상 등을, 서비스맨 등이 소정의 방법으로, 쇼벨(100)이나 비행체(200)의 외부의 기억장치에 읽어낸다. 그리고, 서비스맨 등이 관리장치(300)에 대응하는 시설로 나가, 당해 기억장치로부터 관리장치(300)에 작업패턴실적정보 및 환경조건실적정보나 작업현장화상 등의 데이터를 전송시키는 양태여도 된다.
또, 상술한 실시형태 및 변형예에서는, 쇼벨(100)에 탑재되는 상태검출장치(S1)로부터 출력되는 검출정보 등에 근거하여, 작업패턴실적정보가 구성되지만, 당해 양태에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 쇼벨(100)의 작업을 외부로부터 관측하는 센서(예를 들면, 카메라, LIDAR, 밀리파레이더 등)의 검출정보 등에 근거하여, 작업패턴실적정보가 구성되어도 된다. 이 경우, 당해 센서의 검출정보는, 업로드되거나 소정의 기억장치에 기록되고, 관리장치(300)에 대응하는 시설에 나간 작업자 등에 의하여, 관리장치(300)에 데이터전송되거나 해도 된다.
또, 상술한 실시형태 및 변형예에서는, 최적제어부(3103)의 기능이 관리장치(300)에 마련되지만, 쇼벨(100)에 마련되어도 된다. 이 경우, 관리장치(300)로부터 쇼벨(100)에, 최적작업패턴 DB(3100D)에 상당하는 데이터세트가 미리 배신(配信)된다. 또, 관리장치(300)에서 최적작업패턴 DB(3100D)가 갱신되면, 상기 데이터세트의 갱신판이 관리장치(300)로부터 쇼벨(100)에 배신된다.
또, 상술한 실시형태 및 변형예에서는, 쇼벨(100)은, 하부주행체(1), 상부선회체(3), 붐(4), 암(5), 및 버킷(6) 등의 각종 동작요소를 모두 유압구동하는 구성이었지만, 그 일부가 전기구동되는 구성이어도 된다. 즉, 상술한 실시형태로 개시되는 구성 등은, 하이브리드쇼벨이나 전동쇼벨 등에 적용되어도 된다.
다만, 본원은, 2018년 3월 30일에 출원한 일본 특허출원 2018-070359호에 근거하여 우선권을 주장하는 것이며, 이들 일본 특허출원의 전체내용을 본원에 참조에 의하여 원용한다.
30 컨트롤러
31 조작밸브
40 표시장치
42 입력장치
80 촬상장치
80B, 80F, 80L, 80R 카메라
100 쇼벨(건설기계)
200 비행체
300 관리장치
301 정보송신부
302 작업패턴취득부
303 머신가이던스부
310 제어장치
320 통신기기
330 조작입력장치
340 표시장치
3100 기억부
3100A 쇼벨작업관련정보 DB
3100B 교사 DB
3100C 지도학습작업패턴 DB
3100D 최적작업패턴 DB
3101, 3101X 정보취득부(실적정보취득부)
3102 작업패턴생성부(생성부)
3102A 작업평가부
3102AX 구성·작업평가부
3102B, 3102BX 지도학습부
3102C, 3102CX 강화학습부
3102D, 3102DX 시뮬레이터부
3102X 구성·작업패턴생성부(생성부)
3103, 3103X 최적제어부(환경조건취득부, 출력부)
F1 현재지형형상취득부(환경조건취득부)
F7 동작지령생성부(제어부)
F100 학습부(실적정보취득부, 생성부, 출력부)
S1 상태검출장치
SYS 운전지원시스템
T1 통신기기

Claims (4)

  1. 소정의 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지도록, 건설기계의 복수의 작업패턴 또는 구성패턴을 생성하는 생성부와,
    지원대상의 건설기계의 환경정보를 취득하는 환경정보취득부와,
    상기 생성부에 의하여 생성되는 복수의 작업패턴 또는 구성패턴에 근거하여, 상기 환경정보취득부에 의하여 취득되는 환경정보에 대응하는 환경하에 있어서, 지원대상의 건설기계의 작업의 상기 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지는 작업패턴 또는 구성패턴을 출력하는 출력부를 구비하는, 건설기계의 운전지원시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    건설기계의 과거의 작업실적 또는 구성실적에 관한 실적정보를 취득하는 실적정보취득부를 더 구비하고,
    상기 생성부는, 상기 실적정보취득부에 의하여 취득되는 실적정보 중의 상기 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높은 실적정보에 근거하여, 상기 복수의 작업패턴 또는 구성패턴을 생성하는, 건설기계의 운전지원시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 생성부는, 상기 생성부에 의하여 생성되고, 지원대상의 작업기계로 이용된 작업패턴 또는 구성패턴에 근거하여, 상기 복수의 작업패턴 또는 구성패턴을 갱신하는, 건설기계의 운전지원시스템.
  4. 소정의 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지도록, 자기의 복수의 작업패턴 또는 구성패턴을 생성하는 생성부와,
    자기의 주위의 환경정보를 취득하는 환경정보취득부와
    상기 생성부에 의하여 생성되는 복수의 작업패턴 또는 구성패턴에 근거하여, 상기 환경정보취득부에 의하여 취득되는 환경정보에 대응하는 환경하에 있어서, 상기 목표지표에 관한 평가가 상대적으로 높아지는 것 같은 작업패턴 또는 구성패턴을 출력하는 출력부와,
    상기 출력부에 의하여 출력되는 작업패턴 또는 구성패턴에 근거하여, 자기의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는, 건설기계.
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