回転力を補償する積載質量システム

专利摘要:
本開示は、動作部（１８）と共に使用する積載質量計算システム（４２）に関する。積載質量計算システムは、動作部の状態を測定するように構成された状態センサ（４４）を有し得る。積載質量計算システムはさらに、動作部によって動かされる積載量の質量を計算するように構成された処理装置（４８）を有し得る。処理装置は、垂直旋回軸（１９）の周りで回転する動作部によって引き起こされる、動作部の遠心力、慣性力、および摩擦力に関する質量の計算を補償するため、測定された状態を使用するように構成され得る。
公开号:JP2011508187A
申请号:JP2010536002
申请日:2008-11-25
公开日:2011-03-10
发明作者:ジーン；ブラント エヴァレット；ドワイト；キング ケヴィン；ケント；ベリー ジェフリー；ジャナルダン ビジェイ；ミンター ブライアン；ジェイ．プライス ロバート；祥二 戸澤
申请人:キャタピラー インコーポレイテッドＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ；
IPC主号:G01G19-14

专利说明:

[0001] 本開示は全般的に、積載質量計算システム、より具体的には、垂直旋回軸の周りを回転する動作部により引き起こされる、動作部の遠心力、慣性力、および摩擦力を補償する積載質量計算システムに関する。]
背景技術

[0002] 材料を作業現場から運び、この材料を輸送車両（例えばトラックや貨車）へ荷積みするために、様々なタイプの機械が動作部を用い得る。これらの機械は掘削機、ホイールローダ、バックホー、およびその他の材料移動機械を含む。機械によって荷積みされる輸送車両は、メーカーの最大荷重定格および／または、例えば高速走行車に対する重量制限のような別の要素によって決定される特定の積載容量を有し得る。輸送車両の最大利用を促進するため、各輸送車両にその積載容量の出来る限り近くまで荷積みすることが望ましいかもしれない。しかしながら、輸送車両に過剰に荷積みすることはマイナスの結果を有し得る。とりわけ、輸送車両に重量をかけすぎることは、輸送車両に関する保守費用を大幅に増加させ、あるいは過剰な材料が輸送前に取り除かれる場合、費用のかかる遅延を生み出し得る。]
[0003] 各輸送車両上に置かれる材料の重量を監視するため、機械メーカーは積載質量計算システムを開発した。積載質量計算システムは、特定の周期または期間の間に輸送車両へ荷積みされる材料の全体重量と同様、動作部により現在運ばれている材料の重量（例えば、掘削機バケット内の材料の重量）を決定し得る。生産性向上のため、積載質量計算システムは、（静的測定の実施よりもむしろ）機械および／または動作部が動いている間に、機械および／または動作部によって運ばれる材料の重量を決定し得る。]
[0004] 動作部によって動かされる質量を決定する１つの方法は、（非特許文献１）（タファゾリー文献）において開示されている。タファゾリー文献は、計装およびコンピュータ制御を有する小型掘削機を開示している。コンピュータ制御器は小型掘削機の剛性リンク・マニピュレータの動的モデルを含む。モデルは静的および動的条件の双方において、小型掘削機の継手トルクを予測し、動的条件においてクーロン摩擦および粘性摩擦を明らかにする。開発されたアルゴリズムと共に、タファゾリー文献の結果は、動的積載質量監視のために使用され得る。]
[0005] タファゾリー文献の小型掘削機は、動的条件における粘性摩擦およびクーロン摩擦を説明し得るが、それは依然として準最適かも知れない。具体的に、タファゾリー文献のモデルは、一定の回転力（すなわち、小型掘削機の下面に対してほぼ垂直な軸周りの、マニピュレータの回転に起因する遠心力および慣性力）を明らかにしていない可能性がある。これらの回転力を無視することは、積載量の質量計算にエラーを導入し得る。]
先行技術

[0006] タファゾリーら（Ｔａｆａｚｏｌｉ ｅｔ ａｌ．）著、掘削機アーム用の慣性パラメータおよび摩擦パラメータの識別（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｅｒｔｉａｌ ａｎｄ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｅｘｃａｖａｔｏｒ Ａｒｍｓ）１９９９年１０月]
発明が解決しようとする課題

[0007] 開示されている機械システムは、上記の１つ以上の問題を克服することを目的とする。]
課題を解決するための手段

[0008] １つの態様において、本開示は、動作部と共に使用する積載質量計算システムに関する。積載質量計算システムは、動作部の状態を測定するために構成された状態センサを含み得る。積載質量計算システムはさらに、動作部により動かされる積載量の質量を計算するために構成された処理装置を含み得る。処理装置は、垂直旋回軸の周りを回転する動作部によって引き起こされる、動作部の遠心力、慣性力、および摩擦力に対する質量の計算を補償するため、測定された状態を用いるように構成され得る。]
[0009] 別の態様において、本開示は、積載質量を計算する方法に関する。方法は積載質量を移動させるために、動作部を作動させることを含み得る。方法はさらに、動作部の状態の測定を含み得る。方法はさらに、測定された状態を用いて、動作部により動かされた積載量の質量を計算すること、および作業面に対してほぼ垂直である軸の周りを回転する動作部によって引き起こされる、動作部の遠心力、慣性力、および摩擦力に対する質量の計算を補償することを含み得る。]
図面の簡単な説明

[0010] 例示的な開示された機械の概略図である。
図１の機械と共に使用され得る、例示的な開示された積載質量計算システムの略図／概略図である。
例示的な開示された動作部の略図である。
図２に示されている積載質量計算システムの例示的な動作を表現するフローチャートである。] 図１ 図２
実施例

[0011] 図１は例示的な機械１０を示す。機械１０は鉱業、建設業、農業、運輸のような産業、あるいは当業界で公知の任意のその他の産業に関連する、幾つかのタイプの作業を行う可動機械であり得る。例えば、機械１０は掘削機、ホイールローダ、バックホーのような土木機械、または当業界で公知の任意のその他の適切な土木機械であり得る。機械１０はプラットホーム１２、プラットホーム１２が回転可能に連結されている車台１４、動力源１６、およびプラットホーム１２に連結された動作部１８を含み得る。] 図１
[0012] プラットホーム１２は、オペレータ・ステーション２０を支持する構造部材であり得る（オペレータ・ステーション２０は、オペレータが機械１０を制御し得る位置である）。プラットホーム１２は、垂直旋回軸１９を介して車台１４に連結され得る。垂直旋回軸１９は、プラットホーム１２が軸５０の周りで車台１４に対して回転することを可能にし得る。言い換えれば、垂直旋回軸１９は機械１０の下方の作業面に対して基本的に平行な平面内で、動作部１８がスイングまたは回転することを可能にし得る（軸５０は作業面に対してほぼ垂直であり得る）。代替の構成において（図示せず）、プラットホーム１２と車台１４は固定して連結されることができ、垂直の旋回軸またはボール型継手が動作部１８をプラットホーム１２に連結し得る。代替構成の垂直旋回軸またはボール型継手は又、動作部１８のスイングあるいは回転を可能にし得る（軸５０はここで垂直の旋回軸またはボール型継手の所に位置している）。]
[0013] 車台１４は１つ以上のトラクション装置２２用の構造支持体であり得る。トラクション装置２２は、作業面を横切る機械１０の並進運動を可能にするよう構成された、機械１０の各々の側に位置する無限軌道を含み得る。代わりに、トラクション装置２２は車輪、ベルト、あるいは当業界で公知のその他のトラクション装置を含み得る。いずれのトラクション装置２２も駆動および／または操舵可能である。動作部１８のスイングまたは回転はまた、１つのトラクション装置２２を第１の方向に駆動し、一方で第２のトラクション装置２２を一般的に第１の方向とは逆の第２方向に駆動することにより達成され得ることが考えられる。]
[0014] 動力源１６は機械１０の動作用の動力を提供し得る。動力源１６はディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、気体燃料を動力源とするエンジン（例えば天然ガスエンジン）のような内燃機関、あるいは当業界で公知の他の任意のタイプの内燃機関を具体化し得る。動力源１６は代わりに、モーターに連結された燃料電池または他の電力貯蔵装置のような、非燃焼動力源を具体化し得る。動力源１６はトラクション装置２２を駆動するために回転出力を提供することができ、それによって機械１０を推進させる。動力源１６はまた、車台１４に対してプラットホーム１２を回転させる動力をも提供し得る。]
[0015] 動作部１８は、特定の任務を達成するように設計された１つ以上のリンク部材２４を含み得る。具体的に、リンク部材２４はブーム部材２８、棒状部材３０、および作業工具３２を具体化し得る。ブーム部材２８の第１端は枢動可能にプラットホーム１２に接続され、かつブーム部材２８の第２端は枢動可能に棒状部材３０の第１端に接続され得る。作業工具３２は枢動可能に棒状部材３０の第２端に接続され得る。作業工具３２は、例えばバケット、グラップラー、フォーク、引き上げフック、または当業界で公知のその他の任意の適切な作業工具を具体化し得ることが考えられる。各リンク部材２４は１つ以上のアクチュエータ２６を含むことができ、それにより作動し得る。リンク部材２４は、作業面に対してほぼ直角の平面内で旋回し得ることが考えられる。]
[0016] 図２に示すように、各アクチュエータ２６は例えば、ピストン組立品３６およびチューブ３８を含む油圧シリンダであってもよい。ピストン組立品３６は、１つの面が第１のチャンバーと関連し、もう１つの面が第２のチャンバーと関連する、２つの油圧面を含み得る。第１および／または第２のチャンバーは、２つの油圧面において力の不釣合いを作り出すために、選択的に加圧流体を供給され、加圧流体を排出され得る。力の不釣合いは、ピストン組立品３６のチューブ３８内での軸方向変位を生じ得る。また、アクチュエータ２６が代わりに電気モーター、空気モーター、または当業界で公知のその他の任意の作動装置を具体化し得ることが考えられる。] 図２
[0017] 油圧システム４０は、各アクチュエータ２６に動力を供給するために加圧流体を提供し得る。具体的に、油圧システム４０はポンプ（図示せず）および、複数の制御弁（図示せず）を含み得る。（動力源１６の回転出力により動力を供給される）ポンプは、複数の制御弁に通じている作動油を加圧し得る。複数の制御弁は加圧流体を１つ以上の油圧ライン４１を経由して、アクチュエータ２６の第１および／または第２のチャンバーに選択的に供給し、従ってピストン組立品３６の軸方向変位を生じる。油圧システム４０は例えば、アキュムレータ、チェック弁、圧力リリーフ弁または圧力補給弁、圧力補償要素、絞りオリフィス、および当業界で公知のその他の油圧部品のような、追加的あるいは様々な構成要素を含み得ることが考えられる。]
[0018] 図２でさらに示されるように、機械１０は、動作部１８により動かされる質量（または重量）を計算あるいは推定するために構成される、積載質量計算システム４２を含み得る。積載質量計算システム４２は１つ以上の状態センサ４４、姿勢センサ４５、１つ以上の力センサ４６、および処理装置４８を含み得る。] 図２
[0019] 状態センサ４４は、リンク部材２４の１つ以上の継手（すなわち、作業工具３２と棒状部材３０との間の継手、棒状部材３０とブーム部材２８との間の継手、およびブーム部材２８とプラットホーム１２との間の継手）の近くに位置する、角度検出装置であり得る。状態センサ４４は回転エンコーダ、ポテンショメータ、あるいはその他の角度または位置検出装置を含み得る（例えば、状態センサ４４は直線アクチュエータ上に位置することができ、アクチュエータの位置を用いて継手角度を決定するように構成され得る）。状態センサ４４の出力信号は、例えば各リンク部材２４の位置、速度、加速度、角度、角速度、または角加速度のような、動作部１８の状態を決定するために使用され得る。１つ以上の状態センサ４４は、プラットホーム１２と車台１４との間の回転継手部近傍に、追加的に位置することができ、車台１４に対するプラットホーム１２の角度、角速度、または角加速度を測定するように構成され得る。]
[0020] 力センサ４６は、アクチュエータ２６および／またはリンク部材２４により生み出され、あるいは経験される力を決定するために使用できる信号を出力するよう構成され得る。例えば、力センサ４６はアクチュエータ２６の第１および／または第２のチャンバー内の、またはそこに供給される加圧流体の圧力を測定するために位置しかつ構成される、圧力センサを具体化し得る。リンク部材２４の継手トルクを決定するため、測定された圧力が、アクチュエータ２６およびリンク部材２４の物理的寸法と共に使用され得ることが考えられる。さらに、力センサ４６が代わりに、リンク継手、アクチュエータ継手、または他の適切な場所に位置するひずみゲージ、圧電変換器、あるいは他の力検出装置を具体化し得ることが考えられる。]
[0021] 姿勢センサ４５は機械１０のピッチングおよびローリングを測定し得る。姿勢センサは、例えばオペレータ・ステーション２０のような、機械１０の任意の適切な場所に位置し得る。姿勢センサ４５は１つ以上のジャイロスコープ、加速度計、重力傾斜計、またはそれらの任意の組合せを具体化し得る。]
[0022] 処理装置４８は、機械１０およびその構成要素の性能を監視および／または変更し得る。処理装置４８は１つ以上の通信ライン４３を経由して（または無線で）、状態センサ４４、姿勢センサ４５、および力センサ４６と通信し得る。処理装置４８はまた、機械１０の動力源１６、オペレータ・ステーション２０、油圧システム４０、および／または機械１０のその他の構成要素とも通信し得ることが考えられる（図示せず）。]
[0023] 処理装置４８は、単独のマイクロプロセッサ、または複数のマイクロプロセッサを具体化し得る。多くの市販されているマイクロプロセッサが、処理装置４８の機能を行うために構成され得る。そして処理装置４８は、数々の機械の機能を監視および／または制御可能な、全般的な機械用マイクロプロセッサを容易に具体化し得ることが理解されるべきである。処理装置４８は、アプリケーションを動作させるためのメモリ、二次的蓄電装置、プロセッサ、およびその他任意の構成要素を含み得る。例えば電源回路、信号調整回路、データ取得回路、信号出力回路、信号増幅回路、および当業界で公知のその他のタイプの回路のような、様々な別の回路が処理装置４８と関連し得る。処理装置４８は、処理装置４８の内部メモリ内に格納されている１つ以上のマップを含み得る。これら各々のマップは表、グラフ、および／または式の形でデータの集積を含み得る。処理装置４８は動的モデル、較正手順、および推定手順を含み得る。]
[0024] 動的モデルは、継手トルクＴを他の測定可能な、および／または計算可能な項と関連付ける式を含み得る。Ｔは例えばＴbo、Ｔst、およびＴwt（図３参照）のような、動作部１８の各継手における継手トルクの値を含むベクトル、または配列であり得る。動的モデルは、当業界で公知の任意の適切なモデル（例えば、数学的あるいは論理ベースの関係）を含み得ることが考えられる。許容可能な動的モデルの一例は：] 図３
[0025] ]
[0026] であり、ここでｑはリンクの状態ベクトル、Ｍ（ｑ）は慣性行列、]
[0027] ]
[0028] はコリオリの行列および遠心項、Ｇ（ｑ）は重力トルク行列、そして]
[0029] ]
[0030] は摩擦行列である。動的モデルの継手トルクの関係は、次の形：]
[0031] ]
[0032] のパラメータにおける線形モデルとして変換され、表わされ得る。ここで、]
[0033] ]
[0034] は非線形関数の行列、Ψはパラメータ・ベクトル：]
[0035] ]
[0036] である。]
[0037] パラメータ・ベクトルΨの各要素は、リンク部材の寸法、質量Ｍ、慣性Ｉ、重心（「ＣＧ」）位置に関連する項を含み得る。例えば、パラメータ・ベクトルは：]
[0038] ]
[0039] と表わされ得る。ここで、図３にも示すように、αとｒは所与のリンク部材の重心位置を定義する角度および半径、ｒの起点はリンク部材の継手（所与のリンク部材はブーム部材２８、棒状部材３０、または作業工具３２）であり、ｂは所与のリンク部材の長さ、下付き文字「ｗｔ」は作業工具３２に関係する項を意味し、「ｓｔ」は棒状部材３０に関係する項を意味し、「ｂｏ」はブーム部材２８に関係する項を意味する。] 図３
[0040] 図２に戻って、較正手順は積載質量計算システム４２の較正用に使用され得る。較正の間に、処理装置４８は状態センサ４４、姿勢センサ４５、および力センサ４６からの測定値を取得し得る（動作部１８は、測定中に動いているかまたは静止している）。式（２）を用いて、処理装置４８はパラメータ・ベクトルΨの解を求めるために、最小二乗アルゴリズムに関連してセンサデータ（例えば、所与のリンク部材の角度における継手トルクデータ）および、事前にプログラミングされたリンクデータ（例えば、リンク部材２４の物理的寸法）を用い得る。その他の任意の適切な較正手順あるいは解析手順が、動的モデルを較正するために代替として使用され得ることが考えられる。] 図２
[0041] この推定手順は、動作部１８によって動かされる積載量の質量（積載質量は材料、物体、またはその他任意の質量）を計算するために用いられ得る。積載量ＭPLの質量を計算するため、式（２）は：]
[0042] ]
[0043] と書かれ得る。ここで]
[0044] ]
[0045] は非線形関数の第２行列である。１つの例示的動作において、オペレータは動作部１８に対し、材料または物体を拾い上げ、そしてそれが降ろされ得る新たな位置へと移動させるように指令し得る。材料または物体を動かしている間に、処理装置４８は状態センサ４４および力センサ４６からデータを受信し得る。状態センサ４４からのデータ（すなわち、状態データ）は例えば、各リンク部材２４の位置、速度、加速度、角度、角速度、または角加速度を含み得る。処理装置４８は、式（６）の]
[0046] ]
[0047] に対する値を決定および／または設定するために、受信したセンサデータ（すなわち、状態データおよび継手トルクデータ）および、事前にプログラミングされたリンクデータを用い得る。言い換えれば、継手トルクデータはＴを設定するために用いられ、Ψは先験的に（例えば、較正から）決定され、]
[0048] ]
[0049] は、センサデータおよび／または事前にプログラミングされたリンクデータを用いて決定可能であり得る。処理装置４８は次にＭPLを計算するため、最小二乗法および／または（リャプノーフ理論（Ｌｙａｐｕｎｏｖ ｔｈｅｏｒｙ）に基づく）適応推定技術を用い得る。]
[0050] 軸５０周りに回転またはスイングする動作部１８は、遠心力あるいは慣性力を生じ、それは同様に動作部１８におけるモーメントを生じ得る。作業工具３２と棒状部材３０との間の継手における、遠心力および慣性力に起因するモーメントは：
ＭＦ３wt＝ｆ1（Ｆwt,pl，θbo，θst，θwt，αbo，αst，αwt） （７）
により与えられることができ、ここでｆ1は非線形関数、そしてＦwt,plは軸５０周りの作業工具３２および積載量の質量の回転に起因する、遠心力および慣性力を表わす。棒状部材３０とブーム部材２８との間の継手における、遠心力および慣性力に起因するモーメントは：
ＭＦ３st＝ｆ2（Ｆwt,pl，θbo，θst，θwt，αbo，αst，αwt） （８）
および
ＭＦ２st＝ｇ1（Ｆst，θbo，θst，αbo，αst） （９）
により与えられ得る。ここでｆ2およびｇ1は非線形関数、そしてＦwt,plは軸５０周りの棒状部材３０の回転に起因する、遠心力および慣性力を表わす。最後に、ブーム部材２８とプラットホーム１２との間の継手における、遠心力および慣性力に起因するモーメントは：
ＭＦ３bo＝ｆ3（Ｆwt,pl，θbo，θst，θwt，αbo，αst，αwt） （１０）
ＭＦ２bo＝ｇ2（Ｆst，θbo，θst，αbo，αst） （１１）
および
ＭＦ１bo＝ｈ1（Ｆbo，θbo，αbo） （１２）
により与えられ得る。ここでｆ3，ｇ2，およびｈ1は非線形関数、そしてＦboは軸５０周りのブーム部材２８の回転に起因する、遠心力および慣性力を表わす。ブーム部材２８、棒状部材３０、および作業工具３２は、式（７）〜（１２）において点質量としてモデル化され得ることが考えられる。]
[0051] 摩擦力および摩擦効果と同様に、遠心力および慣性力に起因するモーメント（すなわち、遠心モーメントおよび慣性モーメント）は、積載量の質量を計算するため動的モデルにおいて使用される、測定された継手トルクの値に影響し得ることが考えられる。処理装置４８は、これらの力に関する積載質量の計算を修正または補償し得る（すなわち、スイング補償）。具体的に、処理装置４８はＴ：
Ｔ2_compensated＝Ｔ2−（ＭＦ３bo＋ＭＦ２bo＋ＭＦ１bo）×ｓｆ1 （１３）
Ｔ3_compensated＝Ｔ3−（ＭＦ３st＋ＭＦ２st）×ｓｆ2 （１４）
および
Ｔ4_compensated＝Ｔ4−ＭＣＦ３wt×ｓｆ3 （１５）
の値を修正または補償することにより、積載質量の計算を修正し得る。
ここで、Ｔ2はプラットホーム１２とブーム部材２８との間の継手におけるトルク、Ｔ3はブーム部材２８と棒状部材３０との間の継手におけるトルク、そしてＴ4は棒状部材３０と作業工具３２との間の継手におけるトルクである。]
[0052] ｓｆ1、ｓｆ2、およびｓｆ3は、動作部１８の回転速度または所与のリンク部材の回転速度に依存する、遠心モーメントおよび慣性モーメントの値を変更する関数であり得る（リンク部材２４の回転速度は]
[0053] ]
[0054] であり、ここでθ2＝αbo＋θbo、θ3＝αst＋θst、そしてθ4＝αwt＋θwtである）。ｓｆ1、ｓｆ2、およびｓｆ3は、垂直旋回軸１９周りの動作部１８の回転に関連する、摩擦力（例えば、リンク部材の継手における摩擦、アクチュエータ２６における摩擦）および／または摩擦効果（例えば、静摩擦から動摩擦への遷移）に関する遠心モーメントおよび慣性モーメントを修正し得る。例えば、遠心力および慣性力に起因するモーメントは、動作部１８または特定のリンク部材（すなわち、ブーム部材２８、棒状部材３０、あるいは作業工具３２）が、関連するしきい速度]
[0055] ]
[0056] 未満で回転しているとき、無視出来るかまたは力センサ４６によって検知されない可能性がある。しかしながら、動作部１８または特定のリンク部材が、しきい速度]
[0057] ]
[0058] を超えて回転しているとき、測定される継手トルクは遠心力および慣性力により影響され得る（このしきい挙動は、リンク部材２４のアクチュエータ２６における、静摩擦から動摩擦への遷移によって、少なくとも部分的に生じ得る）。]
[0059] ｓｆ1、ｓｆ2、およびｓｆ3は、遠心モーメントおよび慣性モーメントの値を計測するために用いられ得る、０〜１の間の値を有する無単位数を生み出し得ることが考えられる。ｓｆ1、ｓｆ2、およびｓｆ3の例示的表現は：]
[0060] ]
[0061] であり得る。ここで、ｋbo、ｋst、およびｋwtはリンク部材継手のスイング補償係数であり、]
[0062] ]
[0063] はしきい速度である。]
[0064] リンク部材継手のスイング補償係数ｋbo、ｋst、およびｋwtと、しきい速度]
[0065] ]
[0066] は、状態センサ４４および力センサ４６から得られる経験値を有する、動的モデルの結果を曲線適合させることによって得られ得る。ｓｆ1、ｓｆ2、およびｓｆ3は、従って特定の動作部１８および油圧システム４０に対して調整され得る。]
[0067] ]
[0068] の値と同様にｋbo、ｋst、およびｋwtの値は、油圧システムおよび／またはリンクの温度に依存し得ることが考えられる。この温度依存性は作動液の粘度における変動、およびピストン組立品３６とチューブ３８（図２参照）の熱膨張係数における差に起因し得る。温度の影響を補正するため、] 図２
[0069] ]
[0070] の値と同様にｋbo、ｋst、およびｋwtの値は、通常の動作システム温度範囲（すなわち、５０〜８０℃）内で決定され得る。代わりに、]
[0071] ]
[0072] の値は、変動する温度において決定され、温度補償アルゴリズムまたは関数において用いられ得る。従って、]
[0073] ]
[0074] の値は、油圧システムおよび／またはリンクの温度の関数として表わされ得る。]
[0075] 処理装置４８は積載量の質量を計算し、継手トルクを補償するために、計算された質量を用い得る（すなわち、積載量の質量はＦwt,plを決定するために必要であり得る）。処理装置４８は次に、新たな積載量の質量を計算するために、補償された継手トルクを用い得る。この反復過程（すなわち、補償された継手トルクを決定するために、計算された積載質量を使用し、次に新たな計算された積載質量を決定するために、補償された継手トルクを使用すること）は、設定されたサイクル数の間、または所定の収束判定基準に従って解が収束するまで続けられ得る。結果的に生じる計算された積載量の質量は、処理装置４８内に格納され、および／またはオペレータのディスプレイ（図示せず）に表示され得る。]
[0076] 開示された積載質量計算システムは、積載質量の計算が求められる任意の機械に適用され得る。遠心力、慣性力、および摩擦力に対する補償は、積載質量測定値の精度を高め得る。積載質量計算システム４２の動作が、ここで記述されよう。]
[0077] 図４に示すように、処理装置４８は最初に、積載質量計算システム４２の動的モデルが較正を必要とするかどうかを決定し得る（ステップ１００）。処理装置４８は動的モデルの較正を、設定された周期ベースあるいはユーザーの指令で必要とし得る。積載質量計算システム４２の動的モデルが較正を必要とする場合、処理装置４８は較正手順を開始し得る（ステップ１１０）。較正手順の間、処理装置４８は所定のリンク部材（すなわち、ブーム部材２８、棒状部材３０、または作業工具３２）の角度を変え、そして状態センサ４４、姿勢センサ４５、および力センサ４６からの測定値を受信し得る。センサデータは、動的モデルのパラメータ・ベクトルΨを計算するために使用され得る。積載質量計算システム４２が既に較正されている場合、処理装置４８は前の較正から、パラメータ・ベクトルを呼び戻し得る（ステップ１２０）。] 図４
[0078] 一旦較正されると、積載質量計算システム４２は動作部１８により動かされた積載量の質量を計算し、スイングに対して補償し得る（ステップ１３０）。例えば、機械１０（図１参照）は輸送車両（図示せず）へ材料を積載する所で、荷積み作業を行い得る。荷積み作業の間、オペレータは動作部１８に、材料の積荷を拾い上げ、移動させ、その後に輸送車両上へと放出するように指令し得る。（プラットホーム１２を車台１４に対して回転させることを含み）積荷を移動させている間、処理装置４８は状態センサ４４および力センサ４６からデータを受信し得る。処理装置４８は受信したセンサデータ（すなわち、状態データと継手トルクデータ）、および事前にプログラミングされたリンクデータを、式（６）の] 図１
[0079] ]
[0080] に対する値を決定または設定するために使用する。処理装置は次に式（６）から積載量の質量ＭPLを計算するため、最小二乗法および／または（リャプノーフ理論に基づく）適応推定技術を用い得る。]
[0081] 処理装置４８はその後で、プラットホーム１２を車台１４に対して回転させる（すなわち、動作部１８を軸５０の周りにスイングさせる）影響に対する、積載量の質量計算を修正するために、スイング補償を採用し得る。具体的に、処理装置４８は式（１３）〜（１８）を用いてＴの値を修正または補償することにより、積載質量計算を修正し得る。処理装置４８は次に、新たな積載量の質量を計算するため（および繰り返すため）に、補償された継手トルクを用い得る。この反復プロセス（すなわち、積載量の質量を計算し、測定された継手トルクをスイングに対して補償するために、計算された積載量の質量を用い、次に新たな積載量の質量を計算するため、補償された継手トルクを用いる）は、設定されたサイクル数の間、または所定の収束判定基準に従って解が収束するまで続けられ得る。一旦積載質量の算定手順（すなわち、ステップ１３０）が完了すると、処理装置４８は計算された積載量の質量を表示および／または格納する（ステップ１４０）。（所与の期間または動作サイクルにわたり）蓄積される計算積載質量もまた、表示および／または格納され得ることが考えられる。]
[0082] 処理装置４８は次に、計算された積載量の質量が所定の許容範囲内にあるかどうかを決定するため、マップに対して計算された積載量の質量を確認し得る（ステップ１５０）。許容範囲は例えば、特定の時間内で動作部１８により動かせる、実行可能な質量の範囲を定義し得る。計算された積載量の質量が所定の許容範囲内に無い場合、処理装置４８は積載量の質量を再計算し得る（ステップ１３０に戻る）。積載量の質量が許容範囲内にある場合、処理装置４８はオペレータが、オペレータ・ステーション２０に位置する１つ以上のオペレータ入力装置を介して、積載質量計算システム４２のリセットを指令したかどうかを決定し得る（ステップ１６０）。オペレータのリセットが指令されていた場合、処理装置４８は積載質量測定ルーチンを中止し得る。代わりに、処理装置４８は積載量の質量の算定に戻り得る（ステップ１３０に戻る）。]
[0083] 積載質量計算システムの幾つかの利点が実現され得る。とりわけ、動作部の回転に起因する遠心力、慣性力、および摩擦力に対する補償は、質量測定値の精度を高め得る。積載量の質量の改善された測定値は、本開示の機械が、関連する輸送車両またはコンテナに、その最大容量近くまでの荷積みを可能にすることにより、生産性を向上させ得る。過積載なく最大荷重をより良く保証することにより、本開示の積載質量計算システムはまた、関連する輸送車両の保守費用をも低減し、あるいは過剰な材料が輸送前に取り除かれねばならない場合の、費用のかかる遅延を減らし得る。]
[0084] 様々な変更および変形が、本開示の範囲から逸脱することなく、開示された積載質量計算システムに対して行われ得ることは、当業者にとって明らかであろう。積載質量計算システムの別の実施形態は、ここに開示された積載質量計算システムの仕様および実行への考慮から、当業者にとって明らかであろう。本仕様および例は単に例示的と考えられるように意図され、真の範囲は以下の特許請求の範囲により示されている。]

权利要求:

請求項1
動作部（１８）と共に使用する積載質量計算システム（４２）であって、動作部の状態を測定するために構成された状態センサ（４４）と、動作部によって動かされる積載量の質量を計算するために構成された処理装置（４８）であって、垂直旋回軸（１９）周りで回転する動作部によって引き起こされる、動作部の遠心力、慣性力、および摩擦力に関する質量の計算を補償するため、測定された状態を使用するように構成されている処理装置（４８）とを備える、積載質量計算システム。
請求項2
動作部が：アクチュエータ（２６）を有する少なくとも１つのリンク部材（２４）と、アクチュエータにおける力を測定するために構成された力センサ（４６）とをさらに含み、処理装置が力センサと通信しており、処理装置が、積載量の質量を計算するために、測定された状態に加えて測定された力を使用するように構成されている、請求項１に記載の積載質量計算システム。
請求項3
測定された状態が、少なくとも１つのリンク部材の角度、角速度、または角加速度の少なくとも１つを含む、請求項２に記載の積載質量計算システム。
請求項4
処理装置が：測定された力を用いて継手トルクを決定し、動作部の遠心力および慣性力により作り出される、１つ以上のモーメントを決定し、かつ継手トルクからモーメントを差し引くことにより、質量の計算を補償するように構成されている、請求項３に記載の積載質量計算システム。
請求項5
処理装置が、少なくとも１つのリンク部材の角速度に応じてモーメントの値を変更するように構成されている、請求項４に記載の積載質量計算システム。
請求項6
積載量の質量を計算する方法であって、積載質量を動かすために動作部（１８）を作動させるステップと、動作部の状態を測定するステップと、測定された状態を用いて、動作部により動かされた積載量の質量を計算するステップと、作業面に対してほぼ垂直な軸の周りで回転する動作部によって引き起こされる、動作部の遠心力、慣性力、および摩擦力に関して質量計算を補償するステップとを含む方法。
請求項7
少なくとも１つのリンク部材の継手に作用するトルクの決定をさらに含み、質量の計算が、測定された状態に加えてトルクの使用を含む、請求項６に記載の方法。
請求項8
測定された状態が、少なくとも１つのリンク部材の角度、角速度、または角加速度の少なくとも１つを含む、請求項７に記載の方法。
請求項9
補償がトルクから１つ以上のモーメントを差し引くことを含み、モーメントが遠心力および慣性力によって生み出される、請求項８に記載の方法。
請求項10
車台（１４）と、車台に連結されたプラットホーム（１２）と、プラットホームに連結された動作部（１８）と、プラットホームを車台に対して回転させるように構成された動力源（１６）と、を備え、積載質量計算システムは請求項１〜５のいずれか一項に記載の通りである、機械（１０）。