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JP-2026076471-A - 作業機械及び制御装置

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Abstract

【課題】本開示は、非線形要素の影響を受けるアタッチメントの各部の正確な挙動を予測可能な作業機械を提供する。 【解決手段】ショベル１００は、本体部としての上部旋回体と、その上部旋回体に設けられたアタッチメントと、制御装置としてのコントローラ３０とを備える作業機械である。コントローラ３０には、アタッチメントの動力学モデル３０１、及びその動力学モデル３０１の非線形要素を出力する学習モデル３０２が格納されている。コントローラ３０は、学習モデル３０２が出力した非線形要素を含む動力学モデル３０１を用いてアタッチメントの挙動を予測する。 【選択図】図２

Inventors

  • 平手 奨二

Assignees

  • 住友重機械工業株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (8)

  1. 本体部と、 前記本体部に設けられたアタッチメントと、 前記アタッチメントの動力学モデル、及び前記動力学モデルの非線形要素を出力する学習モデルが格納された制御装置と、を備え、 前記制御装置は、前記学習モデルが出力した前記非線形要素を含む前記動力学モデルを用いて前記アタッチメントの挙動を予測する、 作業機械。
  2. 前記制御装置は、予測した前記アタッチメントの挙動に基づいて前記アタッチメントの動作を制御する、 請求項１に記載の作業機械。
  3. 前記制御装置は、予測した前記アタッチメントの挙動と実際の前記アタッチメントの挙動との差分、前記アタッチメントの各部の変位、及び前記アタッチメントを駆動する油圧シリンダの圧力を教師データとして前記学習モデルを学習させる、 請求項１に記載の作業機械。
  4. 前記制御装置は、前記アタッチメントに荷重が付加されていない状態で、前記学習モデルを学習させる、請求項３に記載の作業機械。
  5. 前記非線形要素は、摩擦力を含む、 請求項１に記載の作業機械。
  6. 本体部と、 前記本体部に設けられたアタッチメントと、 前記アタッチメントの動力学モデル、及び前記動力学モデルの非線形要素を出力する学習モデルが格納された制御装置と、を備え、 前記制御装置は、前記学習モデルが出力した前記非線形要素を含む前記動力学モデルを用いて前記アタッチメントに負荷された荷重を算出する、 作業機械。
  7. 本体部と、該本体部に設けられたアタッチメントとを備えた作業機械の前記アタッチメントの挙動を予測する制御装置であって、 前記アタッチメントの動力学モデル、及び該動力学モデルの非線形要素を出力する学習モデルが格納され、前記学習モデルが出力した前記非線形要素を含む前記動力学モデルを用いて前記アタッチメントの挙動を予測する、 制御装置。
  8. 本体部と、該本体部に設けられたアタッチメントとを備えた作業機械の前記アタッチメントに負荷された荷重を算出する制御装置であって、 前記アタッチメントの動力学モデル、及び該動力学モデルの非線形要素を出力する学習モデルが格納され、前記学習モデルが出力した前記非線形要素を含む前記動力学モデルを用いて前記アタッチメントに負荷された荷重を算出する、 制御装置。

Description

本開示は、作業機械及び制御装置に関する。 従来、各種建設機械、特にクレーン等の重心が高位置なために転倒の危険がある建設機械についての姿勢制御システムが知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された姿勢制御システムは、本体の姿勢、動作及び作業負荷を検出するセンサを備える。 上記姿勢制御システムは、上記センサの検出値に基づいて、データベースを参照しながら、建設機械本体の姿勢に関して、現在及び未来の力学的挙動をあらわすモデルを構築し、本体が転倒するか否かを判別する。また、上記姿勢制御システムは、転倒が予知された場合は、実行中の作業動作を停止させ、さらに転倒を回避するための動作を開始することにより、転倒を防止する。また、上記システムは、転倒を予知した場合は操作者にもその旨を知らせる。 上記姿勢制御システムによれば、上記センサが検出した値に基づきデータベースを参照して、本体の転倒を前もって予測し、転倒を防止することができる。 特開平０５－３１９７８５号公報 本開示に係る作業機械の実施形態であるショベルを示す側面図である。図１のショベルの構成の一例を示すブロック図である。図１のショベルに搭載される油圧システムの構成図である。図１のショベルの制御装置に格納される動力学モデルの一例である。図１のショベルの制御装置に格納されるＮＮモデルの一例である。図１のショベルの制御装置による処理の流れを示す機能ブロック図である。図１のショベルの制御装置による処理の流れを示す機能ブロック図である。本開示に係る制御装置の実施形態を示す概略図である。 以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する実施形態は、例示であり、発明を限定するものではない。本開示の実施形態における全ての特徴及びその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。 まず、図１から図３を参照して、本開示に係る作業機械の実施形態であるショベル１００を説明する。図１は、本実施形態に係るショベル１００を示す側面図である。図１に示すように、ショベル１００は、下部走行体１と、上部旋回体３と、アタッチメントＡＴと、コントローラ３０とを備えている。 下部走行体１は、例えば、走行油圧モータ２Ｍによって駆動されてショベル１００を走行させるクローラを含む。具体的には、下部走行体１は、図２に示す左走行油圧モータ２ＭＬによって駆動される左クローラと、図２に示す右走行油圧モータ２ＭＲによって駆動される右クローラとを含む。尚、ショベル１００は、下部走行体１がタイヤを有するホイール式油圧ショベルであってもよい。 上部旋回体３は、本実施形態に係るショベル１００の本体部である。上部旋回体３は、下部走行体１に旋回可能に設けられている。具体的には、上部旋回体３は、旋回機構２を介して下部走行体１の上に旋回可能に取り付けられている。旋回機構２は、図２に示す旋回油圧モータ２Ａによって駆動され、下部走行体１の上で上部旋回体３を旋回させる。旋回油圧モータ２Ａは、上部旋回体３に搭載されて旋回機構２を駆動する旋回アクチュエータである。尚、旋回アクチュエータは、電動アクチュエータであってもよい。 上部旋回体３の前部左側には、ショベル１００の操作者が搭乗する運転室としてのキャビン１０が設けられている。キャビン１０の内部には、コントローラ３０の他、図２に示す操作装置２６等が設けられている。また、上部旋回体３には、旋回油圧モータ２Ａの他、エンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、外界認識装置７０が取り付けられている。 外界認識装置７０は、ショベル１００の周囲の物体を認識するように構成されている。外界認識装置７０は、認識した物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。外界認識装置７０は、例えば、撮像装置、ＬｉＤＡＲ、ミリ波レーダ、超音波センサ、赤外線センサ、又は、これらの任意の組合せを含む。外界認識装置７０は、例えば、前方認識装置７０Ｆ、後方認識装置７０Ｂ、左方認識装置７０Ｌ、及び右方認識装置（図示省略）を含む。 前方認識装置７０Ｆは、例えば、キャビン１０の上部前方に取り付けられ、ショベル１００の前方の物体を認識する。後方認識装置７０Ｂは、上部旋回体３の後部に取り付けられ、ショベル１００の後方の物体を認識する。左方認識装置７０Ｌは、上部旋回体３の左側部に取り付けられ、ショベル１００の左方の物体を認識する。右方認識装置は、上部旋回体３の右側部に取り付けられ、ショベル１００の右方の物体を認識する。これらの外界認識装置７０は、隣接する外界認識装置７０の物体検知範囲の一部が重複するように配置され、ショベル１００の周囲３６０度に存在する物体を認識可能に構成されている。 尚、ショベル１００における前後左右の方向は、キャビン１０に搭乗する操作者から見た方向である。図１に、ショベル１００の前方向、後方向、左方向、右方向、上方向、及び下方向の各方向を、それぞれ、Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向、Ｚ軸正方向、及びＺ軸負方向とする、３次元の直交座標系を示している。 アタッチメントＡＴは、上部旋回体３の前部中央部に、キャビン１０の右側方に隣接して設けられている。アタッチメントＡＴは、ブーム４、アーム５、及びバケット６を含む。ブーム４は、ブームフートピンを介して上部旋回体３に回動可能に支持されている。アーム５は、ブームトップピンを介してブーム４に回動可能に支持されている。バケット６は、バケットピンを介してアーム５に回動可能に支持されている。 ブーム４は、ブームシリンダ７によって駆動されて上下に回動する。具体的には、ブームシリンダ７は、ピストンロッドを伸長させてブーム４を上方に回動させるブーム上げ動作を行い、ピストンロッドを収縮させてブーム４を下方に回動させるブーム下げ動作を行う。 アーム５は、アームシリンダ８によって駆動されてブーム４に対して開閉する。具体的には、アームシリンダ８は、ピストンロッドを伸長させてアーム５をブーム４に対して閉じるアーム閉じ動作を行い、ピストンロッドを収縮させてアーム５をブーム４に対して開くアーム開き動作を行う。 バケット６は、リンク機構を介して接続されたバケットシリンダ９によって駆動されてアーム５に対して開閉する。具体的には、バケットシリンダ９は、ピストンロッドを伸長させてバケット６をアーム５に対して閉じるバケット閉じ動作を行い、ピストンロッドを収縮させてバケット６をアーム５に対して開くバケット開き動作を行う。 バケット６は、アタッチメントＡＴの先端に取り付けられる掘削用のエンドアタッチメントである。エンドアタッチメントは、バケット６に限定されず、例えば、大型バケット、法面用バケット、浚渫用バケット等、他の種類のバケットであってよい。また、バケット６には、バケットチルト機構が設けられていてもよい。 コントローラ３０（制御装置の一例）は、例えば、キャビン１０内に設けられ、ショベル１００の駆動制御を行う。コントローラ３０は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、又は、その組合せにより実現されてよい。例えば、コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性の補助記憶媒体と、各種入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。コントローラ３０は、例えば、ＲＯＭや不揮発性の補助記憶媒体に格納される各種プログラムをＣＰＵで実行することにより各種機能を実現する。 図２は、図１のショベル１００の構成の一例を示すブロック図である。図２において、二重線は、機械的動力の伝達を示し、実線は、高圧の油圧経路を示している。また、破線は、パイロット圧の伝達経路を示し、点線は、電気信号及び制御信号の伝達経路を示している。 ショベル１００は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、旋回油圧モータ２Ａ、左走行油圧モータ２ＭＬ、及び右走行油圧モータ２ＭＲを含む油圧アクチュエータを駆動する油圧駆動系を備えている。ショベル１００の油圧駆動系は、例えば、エンジン１１と、レギュレータ１３と、メインポンプ１４と、パイロットポンプ１５と、コントロールバルブユニット１７とを含む。 エンジン１１は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体３の後部に搭載される。具体的には、エンジン１１は、後述するコントローラ３０による直接又は間接的な制御の下、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。尚、ショベル１００の動力源は、バッテリ又は燃料電池等の電源と電動モータとの組合せであってもよい。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。尚、エンジン１１は、ガソリンエンジン又は水素エンジン等であってもよい。 レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。例えば、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じて、メインポンプ１４の斜板の角度（傾転角）を調節する。 メインポンプ１４（油圧ポンプの一例）は、例えば、エンジン１１と同様、上部旋回体３の後部に搭載され、高圧油圧ライン１６を通じてコントロールバルブユニット１７に作動油を供給する。メインポンプ１４は、上述のように、エンジン１１により駆動される。メインポンプ１４は、例えば、可変容量式油圧ポンプである。メインポンプ１４は、上述のように、コントローラ３０による制御の下、レギュレータ１３により斜板の傾転角が調節されることでピストンのストローク長が調整され、吐出流量（吐出圧）が制御され得る。 パイロットポンプ１５は、パイロット圧生成装置の一例であり、パイロットラインを介して油圧制御機器に作動油を供給できるように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。尚、パイロット圧生成装置は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット１７に供給する機能に加え、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給する機能を備えていてもよい。この場合、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。 コントロールバルブユニット１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を含む。コントロールバルブユニット１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を一つ以上の油圧アクチュエータに選択的に供給できるように構成されている。 制御弁１７１～１７６は、例えば、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。より具体的には、制御弁１７１は左走行油圧モータ２ＭＬに、制御弁１７２は右走行油圧モータ２ＭＲに、制御弁１７３は旋回油圧モータ２Ａに、それぞれ対応する。また、制御弁１７４はバケットシリンダ９に、制御弁１７５はブームシリンダ７、制御弁１７６はアームシリンダ８に、それぞれ対応する。 本実施形態に係るショベル１００の操作系は、例えば、操作装置２６と、吐出圧センサ２８と、操作センサ２９と、コントローラ３０とを含む。 操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置２６は、例えば、操作レバー及び操作ペダルを含む。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも１つを含む。 吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出するように構成されてい