JP7355254B2 - 作業制御方法、作業制御システム及び作業制御装置 - Google Patents

Description

本発明は作業制御方法、作業制御システム、作業制御装置及び作業制御プログラムが記録された非一時的なコンピュータ可読媒体に関し、特に建設機械を制御する作業制御方法、作業制御システム、作業制御装置及び作業制御プログラムが記録された非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。

近年、建設機械の無人制御が多く提案されている。例えば、特許文献１、２には建設機械の制御に関する技術が開示されている。

特許文献１に記載の装置は、ブームとアームおよびバケットにそれぞれモニタポイントを設定すると共に、侵入禁止領域を設定し、マイクロコンピュータによってブーム角センサおよびアーム角センサの今回の出力値と前回の出力値とから出力値の変化量を演算し、さらに現在のモニタポイントの高さを基に各モニタポイントが侵入禁止領域に到達するまでの予測時間を演算する。この演算によって求められた予測時間と予め設定しておいた所定時間とを比較し、予測時間が所定時間より小さいと判断した場合は、減速の度合いを求め、この値を現在のアクチュエータの動作速度に乗じてアクチュエータを減速する。また、モニタポイントの１つが侵入禁止領域に到達すると、アクチュエータを停止する。

特許文献２に記載の装置では、インバータ回路の出力で駆動される電動機を制御する装置であって、前記インバータ回路で出力可能な時系列な電圧パターンを複数、生成し、これら複数の時系列な電圧パターンそれぞれについて、当該時系列な電圧パターンを時系列な平滑電圧パターンとして平滑化する。そして、これら複数の時系列な平滑電圧パターンそれぞれについて、当該時系列な平滑電圧パターンが前記電動機に入力された場合における前記電動機の制御目的に関する所定の物理量の値を予測値として予測し、最も高い評価の予測値に対応する時系列な平滑電圧パターンを選択し、この選択した時系列な平滑電圧パターンを出力するように前記インバータ回路を制御する。

特開平０７－２９２７０８号公報 特開２０１９－２０１５４５号公報

しかしながら、建設機械の作業制御では、動作の高速性と可動部の可動予定範囲に対するオーバーシュート量の抑制を両立することが求められている。しかしながら、特許文献１、２では、これら性能を両立することが難しい問題がある。

本発明の作業制御方法の一態様は、周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御ステップと、前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出ステップと、前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出ステップと、前記処理サイクル毎に前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正ステップと、を有する。

本発明の作業制御システムの一態様は、周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御部と、前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出部と、前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出部と、前記処理サイクル毎に前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正部と、を有する。

本発明の作業制御装置の一態様は、周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御部と、前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出部と、前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出部と、前処理サイクルにおいて算出された前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正部と、を有する。

本発明の作業制御プログラムが記録された非一時的なコンピュータ可読媒体の一態様は、周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御手段と、前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出手段と、前記第１の入力値を前記姿勢検出値に基づきフィードバック制御により生成するフィードバック制御手段と、を有する作業制御システムの前記フィードバック制御手段で実行される作業制御プログラムが記録された非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出処理と、前処理サイクルにおいて算出された前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正処理と、を行う。

本発明の、作業制御装置及び作業制御プログラムが記録された非一時的なコンピュータ可読媒体によれば、動作の高速性と可動部の可動予定範囲に対するオーバーシュート量の抑制を両立することができる。

実施の形態１にかかる作業制御システムの概略図である。 実施の形態１にかかる作業制御システムの概略的なブロック図である。 実施の形態１にかかるフィードバック制御部のブロック図である。 実施の形態１にかかる入力値補正部のブロック図である。 実施の形態１にかかる作業制御システムの動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１にかかる作業制御システムにおいて生成される第２の入力値の特性を説明するグラフである。 実施の形態１にかかる入力値補正部の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１にかかる作業制御システムを用いてバケットを制御した場合における制御結果を説明するグラフである。 実施の形態２にかかる作業制御システムの概略的なブロック図である。 実施の形態２にかかる入力値補正部のブロック図である。 実施の形態２にかかる入力値補正部の動作を説明するフローチャートである。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。以下で説明する建設機械の作業制御方法、作業制御システム及び作業制御装置は、油圧やモータ等により可動部を駆動する建設機械を制御する。そこで、以下の説明では、建設機械としてバックホウを例とする。また、以下の説明では、作業制御処理を行う処理ブロックがネットワークを通じて複数の箇所に分散して配置される作業制御システムについて説明するが、作業制御システムに含まれる処理ブロックを１つの装置とする作業制御装置としてもよい。また、作業制御システムにおいて行われる制御内容をもって作業制御方法と称す。これらの具体例については、後述する記載の中で詳細に説明する。

また、以下で説明する作業制御装置は、建設機械として作業者が操作可能な操作レバーを有する機械に対して適用することも、操作レバー用いずに電気的な信号により電磁比例弁等を用いて駆動機構を直接制御する機械に対しても適用できる。

図１に実施の形態１にかかる作業制御システム１の概略図を示す。図１に示す建設機械１０は、バックホウである。建設機械１０は、クローラー１１、旋回台１２、コックピット１３、ブーム１４、アーム１５、バケット１６を有する。クローラー１１は、建設機械１０を移動させるための無限軌道である。旋回台１２は、コックピット１３及びブーム１４等が搭載されるシャシーを旋回させる。コックピット１３は、建設機械１０の姿勢を操作する操作レバー等が配置される操作室である。また、図示を簡略化したが、作業制御システム１では、建設機械１０内に建機駆動処理部１７が配置される。また、ブーム１４、アーム１５、及び、バケット１６は、それぞれが可動部に相当し、油圧シリンダーによって稼動する。この油圧シリンダーは、建機駆動処理部１７の作用により伸縮する。なお、可動部に該当する部分は油圧シリンダー以外にも例えばモータで駆動される部位も含まれる。

また、実施の形態１にかかる作業制御システム１では、建設機械１０の可動部に姿勢角を検出する姿勢センサ１８１～１８４を取り付ける。図１に示す例では、姿勢センサ１８１が旋回台１２の回転角を検出し、姿勢センサ１８２がブーム１４の現在角度を検出し、姿勢センサ１８３がブーム１４とアーム１５の相対角度を検出し、姿勢センサ１８４がアーム１５とバケット１６の相対角度を検出する。

そして、実施の形態１にかかる作業制御システム１では、建設機械１０に対応して姿勢制御装置２０及び作業制御装置３０を設ける。姿勢制御装置２０は、建機駆動処理部１７を動作させるための命令を与える。また、姿勢制御装置２０は、姿勢センサ１８１～１８４から取得した角度の情報に基づき姿勢検出値を生成する。作業制御装置３０は、建設機械１０の姿勢を決定する制御入力値を姿勢制御装置２０から得た情報に基づき生成する。

実施の形態１にかかる作業制御システム１では、建設機械１０の建機駆動処理部１７に対してフィードバック制御入力値を与えることで建設機械１０のブーム１４等の可動部を移動させる。そして、実施の形態１にかかる作業制御システム１では、目標値と姿勢検出値とを用いたフィードバック制御により生成した仮入力値（以下、第２の入力値と称す）に対して補正を加えた上で建設機械１０に与える入力値（以下、第１の入力値と称す）を算出する。以下では、実施の形態１にかかる作業制御システム１について以下で詳細に説明する。

まず、実施の形態１にかかる作業制御システム１の処理ブロックの構成について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる作業制御システムの概略的なブロック図を示す。なお、図２では、建設機械１０は作業制御システム１の制御対象のものとして示した。図２に示す例では、姿勢制御装置２０に建設機械制御部２１、姿勢検出部２２が設けられる。作業制御装置３０にフィードバック制御部３１、入力値補正部３２が設けられる。そして、姿勢制御装置２０と作業制御装置３０とを用いて建設機械１０を操作する。図２に示す例は一例であり、例えば姿勢制御装置２０と作業制御装置３０を１つの装置とし、建設機械１０と姿勢制御装置２０とを通信により接続することもできる。また、姿勢制御装置２０を建設機械１０と一体にとなるように設け、姿勢制御装置２０と作業制御装置３０とが通信により接続される形態とすることもできる。また、建設機械１０は作業制御装置３０による制御対象であり、姿勢制御装置２０は、作業制御装置３０が建設機械１０を具体的に動作させるためのインタフェースとも捉えられ、その場合、作業制御装置３０が作業制御システム１の主要部分と考えることが出来る。

姿勢制御装置２０は、建設機械制御部２１及び姿勢検出部２２を有する。建設機械制御部２１は、作業制御装置３０が周期的に繰り返される処理サイクル毎に算出する第１の入力値に基づき建機駆動処理部１７を動作させることで、建設機械１０の各可動部を変位させる。つまり、建設機械制御部２１は、作業制御システム１において、第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御ステップを行う作業制御処理部である。

姿勢検出部２２は、建設機械１０のアーム等の可動部に設けられた姿勢センサ１８１～１８４から各可動部の関節角を取得して建設機械１０の姿勢を表す姿勢検出値として出力する。つまり、姿勢検出部２２は、可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出ステップを行う姿勢検出処理部である。姿勢検出部２２は、建設機械１０のアーム等の可動部に設けられた姿勢センサ１８１～１８４から各可動部の関節角を取得して建設機械１０の姿勢を表す姿勢検出値として出力する。つまり、姿勢検出部２２は、可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出ステップを行う姿勢検出処理部である。

作業制御装置３０は、フィードバック制御部３１及び入力値補正部３２を有する。フィードバック制御部３１は、姿勢検出値を用いてＰＩＤ制御等により第２の入力値を生成する。この第２の入力値は、後述する入力値補正部３２による補正が適用される前の値であって、入力値補正部３２を用いない場合、建設機械制御部２１に与えられる第１の入力値になるものである。入力値補正部３２は、処理サイクル毎に第１の入力値と可動部が目標値に達するまでの到達時間の推定値とに基づき算出される補正量により第２の入力値を補正する入力値補正ステップと、を実行する。

なお、この第１の入力値は、建設機械１０の可動部毎に生成されるものであってもよく、複数の可動部に対する第１の入力値が含まれるものであっても良い。また、作業制御システム１は、可動部毎に異なるパラメータを用いて第１の入力値（或いは第２の入力値）を算出するものとする。

続いて、実施の形態１にかかる作業制御システム１のより詳細な構成について説明する。そこで、図３に実施の形態１にかかる作業制御システム１のフィードバック制御部３１のブロック図を示す。

フィードバック制御部３１は、姿勢検出部２２が出力する姿勢検出値に対してＰＩＤ制御等の所定の演算処理を行い姿勢検出値が目標値との誤差ｅを小さくする第２の入力値ｕ’（ｔ）を生成する。入力値補正部３２は第２の入力値ｕ’（ｔ）に対して補正処理を加えて建設機械制御部２１に与える第１の入力値ｕ（ｔ）を算出する。

ここで、フィードバック制御部３１について詳細に説明する。フィードバック制御部３１は、作業指示部３１１、制御誤差算出部３１２、フィードバック入力値算出部３１３を有する。作業指示部３１１は、建設機械１０の可動部毎の姿勢検出値の目標値となる目標角度を出力する。作業指示部３１１は、建設機械１０の作業内容に従って異なる目標角度を出力する。制御誤差算出部３１２は、姿勢検出部２２が出力する姿勢検出値と作業指示部３１１が出力する目標角度を含む目標値との誤差ｅを算出する誤差算出ステップを実行する。フィードバック入力値算出部３１３は、誤差ｅを最小化する第２の入力値ｕ’（ｔ）を算出するフィードバック入力値算出ステップを実行する。

入力値補正部３２は、第２の入力値ｕ’（ｔ）に対して補正値を適用して第１の入力値を算出する。入力値補正部３２について図４を参照して説明する。図４は実施の形態１にかかる入力値補正部の詳細なブロック図である。図４に示すように、入力値補正部３２は、駆動速度推定部３２１、目標到達時間推定部３２２、補正量算出部３２３、制御入力決定部３２４を有する。

駆動速度推定部３２１は、前処理サイクルで算出された第１の入力値ｕ（ｔ）と可動部の最大移動速度とに基づき可動部の駆動速度を推定する駆動速度推定処理ステップを実施する。駆動速度推定部３２１は、駆動速度の推定値に基づき可動部の姿勢検出値が目標値に達する到達時間を推定する目標到達時間推定処理ステップを実施する。補正量算出部３２３は、到達時間の推定値に基づき第２の入力値を抑制する補正量を算出する補正量算出ステップを実施する。なお、詳しくは後述するが、補正量算出部３２３は、駆動時間比算出処理と補正量決定処理とを行う。駆動時間比算出処理では、到達時間の推定値と可動部に対して設定される収束最大時間との比率を算出する駆動時間比を算出する。補正量決定処理は、駆動時間比と、予め設定される抑制率と、第１の入力値の変化範囲の大きさと、の積に基づき補正量を決定する。制御入力決定部３２４は、第２の入力値ｕ’（ｔ）に対して補正量算出部３２３で算出された補正量を適用して建設機械制御部２１に与える第１の入力値ｕ（ｔ）を決定する。

続いて、実施の形態１にかかる作業制御システム１の動作について説明する。そこで、図５に実施の形態１にかかる作業制御システム１の動作を説明するフローチャートを示す。なお、以下の説明における処理は、制御方法のステップに対応する。図５に示すように、実施の形態１にかかる作業制御システム１では、まず、建設機械制御部２１が第１の入力値に基づき建設機械１０を制御する建機制御処理を行う（ステップＳ１）。次いで、姿勢検出部２２が建設機械１０の可動部の各部に取り付けられた姿勢センサ１８１～１８４から取得した角度値を用いて姿勢検出値を生成する（ステップＳ２）。

続いて、作業制御システム１では、制御誤差算出部３１２及びフィードバック入力値算出部３１３により可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差ｅを小さくする第２の入力値ｕ’（ｔ）を算出する（ステップＳ３）。この誤差ｅは、処理サイクルの順番を示す記号をｔ、目標値をθ_r、姿勢角をθとすると、（１）式で表される。

ここで、第２の入力値ｕ’（ｔ）の最小値はゼロ、最大値は予め設定された最大入力値とする。そして、フィードバック入力値算出部３１３では、誤差ｅと、予め設定された誤差許容量と、の差に予め設定されたゲイン値を乗算した値に予め設定された最小入力値を加算した値を第２の入力値ｕ’（ｔ）として算出する。

この第２の入力値ｕ’（ｔ）は、例えば、（２）式及び（３）式を用いて算出される。（２）式は、作業制御システム１が行うフィードバック制御における制御ゲインＫ_ｐであり、この制御ゲインＫ_ｐを用いて（３）式の計算を行うことで第２の入力値ｕ’（ｔ）が算出される。

（２）式において、ｕ_ｔｈは、これ以下の第１の入力値では建設機械１０が動作しないことを示す値であり、最小入力量と称す。ｕ_ｍａｘは、これ以上の第１の入力値では建設機械１０が危険な姿勢になることを示す値であり、最大入力量と称す。ｅ_ｔｈは、誤差ｅがこの値以内であれば目標位置に達したと判断できる指標である許容誤差量である。ｅ_ｍａｘは、最大入力量を発生させる誤差量を示す指標を示す最大入力誤差量。

ここで、図６に実施の形態１にかかる作業制御システム１において生成される第２の入力値ｕ’（ｔ）の特性を説明するグラフを示す。図６に示すように、第２の入力値ｕ’（ｔ）は、誤差ｅが許容誤差量ｅ_ｔｈ未満ではゼロとなり、誤差ｅが最大入力誤差量ｅ_ｍａｘ以上では最大入力量ｕ_ｍａｘとなる。そして、第２の入力値ｕ’（ｔ）は、誤差ｅが許容誤差量ｅ_ｔｈ以上、最大入力誤差量ｅ_ｍａｘ以下の期間に最小入力量ｕ_ｔｈから最大入力量ｕ_ｍａｘの間の値であって、誤差eの大きさに応じた大きさとなる。

続いて、実施の形態１にかかる作業制御システム１は、入力値補正部３２が処理サイクル毎に第１の入力値ｕ（ｔ）と、可動部が目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により第２の入力値を補正する（ステップＳ４）。ここで、ステップＳ４の入力値補正処理について、図７を参照して説明する。図７は、実施の形態１にかかる入力値補正部３２の動作を説明するフローチャートである。

図７に示すように、入力値補正部３２は、まず、駆動速度推定部３２１において、前処理サイクルの第１の入力値ｕ（ｔ）と可動部の最大移動速度とに基づき可動部の駆動速度を推定する駆動速度推定処理を行う（ステップＳ１１）。駆動速度推定処理では、入力値比率算出処理と角速度推定処理を行う。入力値比率算出処理では、与えられた第１の入力値ｕ（ｔ）の第１の入力値の変化範囲中の比率を算出する。具体的には、入力値比率算出処理では、入力値比率ｒ（ｔ）を（４）式に基づき算出する。

（４）式より、入力平滑値ｒ（ｔ）は最大値が１、最小値が０となることがわかる。

角速度推定処理では、最大入力時の角速度ｖ_ｍａｘから線形近似することで現処理サイクルにおける角速度を推定する。つまり、角速度推定処理では、特定のモデルを用いずに角速度を推定する。この角速度推定処理では、例えば、（５）式を用いて角速度ｖ（ｔ）を算出する。

続いて、入力値補正部３２では、目標到達時間推定部３２２において、駆動速度の推定値に基づき可動部の姿勢検出値が目標値に達する到達時間を推定する目標到達時間推定処理を行う（ステップＳ１３）。この目標到達時間推定処理では、推定した角速度で進み続けたと仮定したときに目標値に達するまでの時間を推定する。具体的には、目標への到達時間の推定値τ（ｔ）を（６）式に基づき算出する。なお、（６）式のεは、ゼロ除算を避けるための小さな値である。

続いて、入力値補正部３２は、補正量算出部３２３において、到達時間の推定値に基づき第２の入力値を抑制する補正量を算出する補正量算出処理を行う（ステップＳ１４）。補正量算出部は、駆動時間比算出処理と補正量決定処理を行う。駆動時間比算出処理では、到達時間の推定値と可動部に対して設定される収束最大時間との比率を算出する駆動時間比を算出する。駆動時間比は、駆動時間の最大値を示すパラメータである最大駆動時間τ_ｍａｘに対する到達時間の推定値τの比率を算出する。駆動時間比ξは、（７）式で表すことができる。

（７）式より、駆動時間比ξは、到達時間の推定値τがゼロのときに１になり、到達時間の推定値τが最大駆動時間τ_ｍａｘを超える場合はゼロとなる。

補正量決定処理では、駆動時間比ξと、予め設定される抑制率ρと、第１の入力値の変化範囲の大きさと、の積に基づき補正量ｓ（ｔ）を決定する。より具体的には、補正量ｓ（ｔ）は（８）式に基づき算出される。なお、抑制率ρは、１未満の値で第２の入力値の抑制度合いを決定するパラメータである。

続いて、入力値補正部３２は、ステップＳ１４で算出された補正量ｓ（ｔ）を用いて第２の入力値ｕ’（ｔ）を補正して現処理サイクルの第１の入力値ｕ（ｔ）を制御入力決定部３２４が決定する。具体的には、補正量決定処理では、（９）式に基づき第１の入力値ｕ（ｔ）を決定する。

実施の形態１にかかる作業制御システム１では、入力値補正部３２を用いて単純なフィードバック制御において算出される第２の入力値ｕ’（ｔ）を補正量ｓ（ｔ）を用いて抑制して、補正後の第２の入力値ｕ’（ｔ）を第１の入力値ｕ（ｔ）とする。これにより、実施の形態１にかかる作業制御システム１では、可動部のオーバーシュートの抑制と可動部の可動速度の高速化を両立する。そこで、この効果を説明するために、図８に実施の形態１にかかる作業制御システム１を用いてバケット１６を制御した場合における制御結果を説明するグラフを示す。図８に示す例では、バケット１６を制御角が７０度と１５０度の間を往復させるような動作をさせた場合のバケットの制御角の時間遷移を示した。また、図８では、実施の形態１にかかる作業制御システム１の制御結果を下段に示し、上段に比較例として入力値補正部３２を用いない場合の制御結果を示した。

図８に示すように、実施の形態１にかかる作業制御システム１は、比較例にかかる作業制御システムに比べるとオーバーシュートが抑制されながら、同じ回数の往復運動を早期に終了させることが出来ていることがわかる。また、実施の形態１にかかる作業制御システム１では、制御角が７０度付近のオーバーシュートを顕著に抑制することが出来ていることがわかる。

上記説明より、実施の形態１にかかる作業制御システム１では、建設機械１０の可動部を目標値付近では減速させてオーバーシュートを抑制することが出来、かつ、目標値から離れた部分では減速させずに高速に動作させることができる。

また、実施の形態１にかかる作業制御システム１では、上記制御を建設機械１０の種類毎に決定するモデルを用いることなく行うことができるため、汎用性が高い。また、実施の形態１にかかる作業制御システム１では、姿勢検出値の微分値を用いることなく上記制御を行うため、制御の安定化が可能であり、高い安全性を確保することができる。

実施の形態２
実施の形態２では、入力値補正部３２の別の形態となる入力値補正部４２について説明する。なお、実施の形態２の説明において実施の形態１と同じ構成要素については実施の形態１とおなじ符号を付して説明を省略する。

図９に実施の形態２にかかる作業制御システム２の概略的なブロック図を示す。実施の形態２にかかる作業制御システム２は、作業制御システム１の作業制御装置３０を作業制御装置４０に置き換えたものである。また、作業制御装置４０は、作業制御装置３０の入力値補正部３２を入力値補正部４２に置き換えたものである。入力値補正部４２は、補正量算出ステップにおいて用いる処理サイクル毎に入力される第１の入力値に対して平滑処理を行い、平滑化した第１の入力値を用いて補正量を算出する。

続いて、図１０に実施の形態２にかかる入力値補正部４２のブロック図を示し、入力値補正部４２について詳細に説明する。図１０に示すように、入力値補正部４２は、入力値補正部３２に平滑化処理部４２１を追加するとともに、駆動速度推定部３２１を駆動速度推定部４２２に置き換えたものである。

平滑化処理部４２１は、前処理サイクルまでの前記第１の入力値を平滑化した入力平滑値を算出する平滑化処理ステップを実行する。駆動速度推定部４２２は、平滑入力値と可動部の最大移動速度とに基づき可動部の駆動速度を推定する。つまり、駆動速度推定部４２２は、駆動速度の推定値の算出に用いる入力値を、第１の入力値から平滑化処理部４２１が算出した平滑入力値に置き換えたものである。

そこで、図１１に実施の形態２にかかる入力値補正部４２の動作を説明するフローチャートを示す。図１１に示すように、実施の形態２にかかる入力値補正部４２の動作は、図７に示した入力値補正部３２の動作に対して、ステップＳ２１の平滑化処理を追加し、ステップＳ１１の駆動速度推定処理をステップＳ２２の駆動速度推定処理に置き換えたものである。

入力値補正部４２では、まず、前処理サイクルまでに算出された第１の入力値を所定の係数に基づき平滑化した入力平滑値を算出する平滑化処理を行う（ステップＳ２１）。より具体的には、平滑化処理では、現処理サイクルの入力平滑値ｕ_ｓ（ｔ）を（１０）式を用いて算出する。この（１０）式では、前処理サイクルの入力平滑値をｕ_ｓ（ｔ－１）とし、前処理サイクルの第１の入力値をｕ（ｔ－１）とし、第１の係数をαとする。

（１０）式より、平滑化した第１の入力値が大きいほど、つまり駆動速度が大きいほど第１の入力値が抑制されることがわかる。また、このように第１の入力値を平滑化することによって、動作直後の速度が小さい段階では第２の入力値を抑制する抑制項が小さくなる。

続いて、入力値補正部４２は、駆動速度推定部４２２において駆動速度推定処理を行う（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の駆動速度推定処理では、駆動速度推定部３２１における入力値比率算出処理を、入力平滑値比率算出処理に置き換える。そして、入力平滑値比率算出処理では、入力平滑値ｕ_ｓ（ｔ）の第１の入力値の変化範囲中の比率を算出する。具体的には、入力平滑値比率算出処理では、入力平滑値比率ｒ（ｔ）を（１１）式に基づき算出する。

（１１）式より、入力平滑値ｒ（ｔ）は最大値が１、最小値が０となることがわかる。そして、駆動速度推定部４２２は、（１１）式で算出された入力平滑値比率ｒ（ｔ）を（５）式に適用して駆動速度の推定値を得る。

上記説明より、実施の形態２では、補正量の算出に用いる第１の入力値に対して平滑化処理を適用する。これにより、実施の形態２にかかる作業制御システム２では、第１の入力値の突発的な変化により算出される補正量が不安定になることを防止することが出来る。また、補正量を安定させることで、システム全体の動作を安定化させることができる。建設機械では、姿勢検出値に重畳されるノイズが大きく第１の入力値に突発的な大きな変動が生じることが多いため、平滑化処理により補正量を安定させることの効果は大きい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記発明は以下のような観点を含む。

（付記１）
周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御ステップと、
前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出ステップと、
前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出ステップと、
前記処理サイクル毎に前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正ステップと、
を有する作業制御方法。

（付記２）
前記入力値補正ステップは、
前記第１の入力値と前記可動部の最大移動速度とに基づき前記可動部の駆動速度を推定する駆動速度推定処理ステップと、
前記駆動速度の推定値に基づき前記到達時間を推定する目標到達時間推定処理ステップと、
前記到達時間の推定値に基づき前記第２の入力値を抑制する前記補正量を算出する補正量算出ステップと、
を有する付記１に記載の作業制御方法。

（付記３）
前記補正量算出ステップでは、
前記到達時間の推定値と前記可動部に対して設定される収束最大時間との比率を算出する駆動時間比を算出する駆動時間比算出ステップと、
前記駆動時間比と、予め設定される抑制率と、前記第１の入力値の変化範囲の大きさと、の積に基づき前記補正量を決定する補正量決定ステップと、
を有する付記２に記載の作業制御方法。

（付記４）
前記入力値補正ステップは、
前処理サイクルまでの前記第１の入力値を平滑化した入力平滑値を算出する平滑化処理ステップをさらに有し、
前記駆動速度推定処理ステップは、前記第１の入力値として前記入力平滑値を用いて前記駆動速度の推定値を算出する付記２又は３に記載の作業制御方法。

（付記５）
前記フィードバック入力値算出ステップでは、
前記第２の入力値の最小値はゼロ、最大値は予め設定された最大入力値とし、
前記誤差と、予め設定された誤差許容量と、の差に予め設定されたゲイン値を乗算した値に予め設定された最小入力値を加算した値を前記第２の入力値として算出する付記１乃至４のいずれか１項に記載の作業制御方法。

（付記６）
前記建設機械は、複数の前記可動部を有し、前記可動部毎に最適化されたパラメータを用いて前記入力値補正ステップを実行する付記１乃至５のいずれか１項に記載の作業制御方法。

（付記７）
周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御部と、
前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出部と、
前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出部と、
前記処理サイクル毎に前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正部と、
を有する作業制御システム。

（付記８）
前記入力値補正部は、
前記第１の入力値と前記可動部の最大移動速度とに基づき前記可動部の駆動速度を推定する駆動速度推定部と、
前記駆動速度の推定値に基づき前記到達時間を推定する目標到達時間推定部と、
前記到達時間の推定値に基づき前記第２の入力値を抑制する前記補正量を算出する補正量算出部と、
を有する付記７に記載の作業制御システム。

（付記９）
前記補正量算出部では、
前記到達時間の推定値と前記可動部に対して設定される収束最大時間との比率を算出する駆動時間比を算出する駆動時間比算出部と、
前記駆動時間比と、予め設定される抑制率と、前記第１の入力値の変化範囲の大きさと、の積に基づき前記補正量を算出する補正量算出部と、
を有する付記８に記載の作業制御システム。

（付記１０）
前記入力値補正部は、
前処理サイクルまでの前記第１の入力値を平滑化した入力平滑値を算出する平滑化処理部をさらに有し、
前記駆動速度推定部は、前記第１の入力値として前記入力平滑値を用いて前記駆動速度の推定値を算出する付記８又は９に記載の作業制御システム。

（付記１１）
前記フィードバック入力値算出部では、
前記第２の入力値の最小値はゼロ、最大値は予め設定された最大入力値とし、
前記誤差と、予め設定された誤差許容量と、の差に予め設定されたゲイン値を乗算した値に予め設定された最小入力値を加算した値を前記第２の入力値として算出する付記７乃至１０のいずれか１項に記載の作業制御システム。

（付記１２）
前記建設機械は、複数の前記可動部を有し、前記入力値補正部は、前記可動部毎に最適化されたパラメータを用いて前記補正量を算出する付記７乃至１１のいずれか１項に記載の作業制御システム。

（付記１３）
周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御部と、
前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出部と、
前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出部と、
前記処理サイクル毎に前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正部と、
を有する作業制御装置。

（付記１４）
前記入力値補正部は、
前記第１の入力値と前記可動部の最大移動速度とに基づき前記可動部の駆動速度を推定する駆動速度推定部と、
前記駆動速度の推定値に基づき前記到達時間を推定する目標到達時間推定部と、
前記到達時間の推定値に基づき前記第２の入力値を抑制する前記補正量を算出する補正量算出部と、
を有する付記１３に記載の作業制御装置。

（付記１５）
前記補正量算出部は、
前記到達時間の推定値と前記可動部に対して設定される収束最大時間との比率を算出する駆動時間比を算出する駆動時間比算出部と、
前記駆動時間比と、予め設定される抑制率と、前記第１の入力値の変化範囲の大きさと、の積に基づき前記補正量を算出する補正量算出部と、
を有する付記１４に記載の作業制御装置。

（付記１６）
前記入力値補正部は、
前処理サイクルまでの前記第１の入力値を平滑化した入力平滑値を算出する平滑化処理部をさらに有し、
前記駆動速度推定部は、前記第１の入力値として前記入力平滑値を用いて前記駆動速度の推定値を算出する付記１４又は１５に記載の作業制御装置。

（付記１７）
前記フィードバック入力値算出部では、
前記第２の入力値の最小値はゼロ、最大値は予め設定された最大入力値とし、
前記誤差と、予め設定された誤差許容量と、の差に予め設定されたゲイン値を乗算した値に予め設定された最小入力値を加算した値を前記第２の入力値として算出する付記１３乃至１６のいずれか１項に記載の作業制御装置。

（付記１８）
前記建設機械は、複数の前記可動部を有し、前記入力値補正部において、前記可動部毎に最適化されたパラメータを用いて前記補正量を算出する付記１３乃至１７のいずれか１項に記載の作業制御装置。

（付記１９）
周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御手段と、
前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出手段と、
前記第１の入力値を前記姿勢検出値に基づきフィードバック制御により生成するフィードバック制御手段と、を有する作業制御システムの前記フィードバック制御手段で実行される作業制御プログラムが記録された非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出処理と、
前処理サイクルにおいて算出された前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正処理と、
を行う作業制御プログラム。

（付記２０）
前記入力値補正処理において、
前記第１の入力値と前記可動部の最大移動速度とに基づき前記可動部の駆動速度を推定する駆動速度推定処理と、
前記駆動速度の推定値に基づき前記到達時間を推定する目標到達時間推定処理と、
前記到達時間の推定値に基づき前記第２の入力値を抑制する前記補正量を算出する補正量算出処理と、
を有する付記１９に記載の作業制御プログラム。

（付記２１）
前記入力値補正処理において、
前記到達時間の推定値と前記可動部に対して設定される収束最大時間との比率を算出する駆動時間比を算出する駆動時間比算出処理と、
前記駆動時間比と、予め設定される抑制率と、前記第１の入力値の変化範囲の大きさと、の積に基づき前記補正量を算出する補正量算出処理と、
を行う付記２０に記載の作業制御プログラム。

（付記２２）
前記入力値補正処理は、
前処理サイクルまでの前記第１の入力値を平滑化した入力平滑値を算出する平滑化処理をさらに有し、
前記駆動速度推定処理は、前記第１の入力値として前記入力平滑値を用いて前記駆動速度の推定値を算出する付記１９又は２０に記載の作業制御プログラム。

（付記２３）
前記フィードバック入力値算出処理では、
前記第２の入力値の最小値はゼロ、最大値は予め設定された最大入力値とし、
前記誤差と、予め設定された誤差許容量と、の差に予め設定されたゲイン値を乗算した値に予め設定された最小入力値を加算した値を前記第２の入力値として算出する付記１９乃至２２のいずれか１つに記載の作業制御プログラム。

（付記２４）
前記建設機械は、複数の前記可動部を有し、前記入力値補正処理において、前記可動部毎に最適化されたパラメータを用いて前記補正量を算出する付記１９乃至２３のいずれか１つに記載の作業制御プログラム。

（付記２５）
前記建機制御部では、
前記建設機械に備え付けられ、オペレータが手動操作可能な操作レバーに取り付けられたアクチュエータを前記第１の入力値に従って変位させることで、前記可動部を駆動する付記１９乃至２４のいずれか１つに記載の作業制御プログラム。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０２０年９月２８日に出願された日本出願特願２０２０－１６１９７４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ 作業制御システム
２ 作業制御システム
１０ 建設機械
１１ クローラー
１２ 旋回台
１３ コックピット
１４ ブーム
１５ アーム
１６ バケット
１７ 建機駆動処理部
１８１～１８４ 姿勢センサ
２０ 姿勢制御装置
２１ 建設機械制御部
２２ 姿勢検出部
３０ 作業制御装置
３１ フィードバック制御部
３１１ 作業指示部
３１２ 制御誤差算出部
３１３ フィードバック入力値算出部
３２ 入力値補正部
３２１ 駆動速度推定部
３２２ 目標到達時間推定部
３２３ 補正量算出部
３２４ 制御入力決定部
４０ 作業制御装置
４２ 入力値補正部
４２１ 平滑化処理部
４２２ 駆動速度推定部

Claims (10)

1. 周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御ステップと、
   前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出ステップと、
   前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出ステップと、
   前記処理サイクル毎に前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正ステップと、
   を演算装置にて行う作業制御方法。
2. 前記入力値補正ステップは、
   前記第１の入力値と前記可動部の最大移動速度とに基づき前記可動部の駆動速度を推定する駆動速度推定処理ステップと、
   前記駆動速度の推定値に基づき前記到達時間を推定する目標到達時間推定処理ステップと、
   前記到達時間の推定値に基づき前記第２の入力値を抑制する前記補正量を算出する補正量算出ステップと、
   を有する請求項１に記載の作業制御方法。
3. 前記補正量算出ステップでは、
   前記到達時間の推定値と前記可動部に対して設定される収束最大時間との比率を算出する駆動時間比を算出する駆動時間比算出ステップと、
   前記駆動時間比と、予め設定される抑制率と、前記第１の入力値の変化範囲の大きさと、の積に基づき前記補正量を決定する補正量決定ステップと、
   を有する請求項２に記載の作業制御方法。
4. 前記入力値補正ステップは、
   前処理サイクルまでの前記第１の入力値を平滑化した入力平滑値を算出する平滑化処理ステップをさらに有し、
   前記駆動速度推定処理ステップは、前記第１の入力値として前記入力平滑値を用いて前記駆動速度の推定値を算出する請求項２又は３に記載の作業制御方法。
5. 前記フィードバック入力値算出ステップでは、
   前記第２の入力値の最小値はゼロ、最大値は予め設定された最大入力値とし、
   前記誤差と、予め設定された誤差許容量と、の差に予め設定されたゲイン値を乗算した値に予め設定された最小入力値を加算した値を前記第２の入力値として算出する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の作業制御方法。
6. 周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御手段と、
   前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出手段と、
   前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出手段と、
   前記処理サイクル毎に前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正手段と、
   を有する作業制御システム。
7. 前記入力値補正手段は、
   前記第１の入力値と前記可動部の最大移動速度とに基づき前記可動部の駆動速度を推定する駆動速度推定手段と、
   前記駆動速度の推定値に基づき前記到達時間を推定する目標到達時間推定手段と、
   前記到達時間の推定値に基づき前記第２の入力値を抑制する前記補正量を算出する補正量算出手段と、
   を有する請求項６に記載の作業制御システム。
8. 前記補正量算出手段では、
   前記到達時間の推定値と前記可動部に対して設定される収束最大時間との比率を算出する駆動時間比を算出する駆動時間比算出手段と、
   前記駆動時間比と、予め設定される抑制率と、前記第１の入力値の変化範囲の大きさと、の積に基づき前記補正量を算出する補正量算出手段と、
   を有する請求項７に記載の作業制御システム。
9. 前記入力値補正手段は、
   前処理サイクルまでの前記第１の入力値を平滑化した入力平滑値を算出する平滑化処理手段をさらに有し、
   前記駆動速度推定手段は、前記第１の入力値として前記入力平滑値を用いて前記駆動速度の推定値を算出する請求項７又は８に記載の作業制御システム。
10. 周期的に繰り返される処理サイクル毎に入力される第１の入力値に基づき建設機械の可動部を駆動する建機制御手段と、
    前記可動部の位置を姿勢検出値として検出する姿勢検出手段と、
    前記可動部の目標値と前記姿勢検出値との誤差を小さくする第２の入力値を算出するフィードバック入力値算出手段と、
    前記処理サイクル毎に前記第１の入力値と、前記可動部が前記目標値に達するまでの到達時間の推定値と、に基づき算出される補正量により前記第２の入力値を補正する入力値補正手段と、
    を有する作業制御装置。

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