特許 5780963 作業車両の動作制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5780963

(24)【登録日】2015年7月24日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】作業車両の動作制御

(51)【国際特許分類】

   B66F 9/24 20060101AFI20150827BHJP

   B66F 9/22 20060101ALI20150827BHJP

   B66F 11/04 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   B66F9/24 S

   B66F9/22 V

   B66F11/04

【請求項の数】15

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2011-532300(P2011-532300)

(86)(22)【出願日】2009年10月16日

(65)【公表番号】特表2012-505807(P2012-505807A)

(43)【公表日】2012年3月8日

(86)【国際出願番号】US2009061072

(87)【国際公開番号】WO2010045602

(87)【国際公開日】20100422

【審査請求日】2012年10月15日

(31)【優先権主張番号】61/105,952

(32)【優先日】2008年10月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390033020

【氏名又は名称】イートン コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＥＡＴＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100068618

【弁理士】

【氏名又は名称】萼 経夫

(74)【代理人】

【識別番号】100104145

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 嘉夫

(74)【代理人】

【識別番号】100109690

【弁理士】

【氏名又は名称】小野塚 薫

(74)【代理人】

【識別番号】100135035

【弁理士】

【氏名又は名称】田上 明夫

(74)【代理人】

【識別番号】100131266

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼ 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】ユアン，チンハイ

(72)【発明者】

【氏名】ルー，ジェイ，ワイ．

(72)【発明者】

【氏名】ピヤボングカーン，ダンロングリット

【審査官】 葛原 怜士郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０２９６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２４７３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０２７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２４０３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０７１９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１９６００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１３８９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３４３０９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６６Ｃ １３／２２

Ｂ６６Ｆ ９／００−１１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブームアセンブリを制御するための方法であって、
エンドエフェクタを有するブームアセンブリ、流量制御弁に流体接続されるアクチュエータを含む前記ブームアセンブリを提供するステップと、
前記ブームアセンブリの前記エンドエフェクタの望ましい座標を直交空間からアクチュエータ空間へ変換するステップと、
アクチュエータセンサにより測定された前記アクチュエータの変位に基づき前記ブームアセンブリの撓みによる前記エンドエフェクタの撓み誤差を算出するステップと、
前記望ましい座標及び前記撓み誤差に基づき結果として生じる望ましい座標を算出するステップと、
前記結果として生じる望ましい座標及び前記アクチュエータの測定された変位に基づき制御信号Ｕを生じるステップと、
前記ブームアセンブリの振動を低減するために制御信号Ｕ_Ｓを形成するステップと、
前記形成された制御信号Ｕ_Ｓを前記流量制御弁へ伝達するステップと、
を含み、
前記制御信号Ｕ_Ｓは、

によって与えられることを特徴とする方法。
但し、
q_１, q_３, q_４ ：各アクチュエータに接続された流量制御弁に対する流量コマンド
U_２：流量コマンドq_２ のベクトル
A_１(t ), A_２(t )：各インパルスの大きさ
ΔT_１(t), ΔT_２(t )：各インパルスの時間遅延
とする。

【請求項2】

前記制御信号は、時間変動入力形成機構を使用して形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記時間変動入力形成機構は、２つのインパルスを使用することを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項4】

第１座標変換は、前記望ましい座標を直交空間から関節空間へ変換して、第２座標変換は、望ましい座標を関節空間からアクチュエータ空間へ変換することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記撓み誤差は、関節空間座標に提供されることを特徴とする請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記アクチュエータセンサは、レーザセンサであることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記アクチュエータセンサは、絶対角度エンコーダであることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項8】

エンドエフェクタを有するブームアセンブリと、
前記ブームアセンブリに組み付けられて、前記ブームアセンブリを位置決めするために適用されるアクチュエータと、
前記アクチュエータの変位を測定するために適用されるアクチュエータセンサと、
前記アクチュエータに流体接続される流量制御弁と、
前記流量制御弁に通信可能に接続されるコントローラと、
動作制御機構を含み、入力信号に対応して前記流量制御弁を作動させるために適用される前記コントローラと、
を含み、
前記動作制御機構は、
前記ブームアセンブリの前記エンドエフェクタの望ましい座標を直交空間からアクチュエータ空間へ変換する座標変換モジュールと、
前記アクチュエータセンサからの測定値に基づき前記ブームアセンブリの撓みによる前記エンドエフェクタの撓み誤差を算出する撓み誤差モジュールと、
前記望ましい座標、前記撓み誤差及び前記アクチュエータセンサからの測定値に基づき制御信号Ｕを発生する軸制御モジュールと、
前記ブームアセンブリの振動を低減させるために前記流量制御弁へ伝達される制御信号Ｕ_Ｓを形成する入力形成モジュールと、
を含み、
前記制御信号Ｕ_Ｓは、

によって与えられることを特徴とする作業車両。
但し、
q_１, q_３, q_４ ：各アクチュエータに接続された流量制御弁に対する流量コマンド
U_２：流量コマンドq_２ のベクトル
A_１(t ), A_２(t )：各インパルスの大きさ
ΔT_１(t), ΔT_２(t )：各インパルスの時間遅延
とする。

【請求項9】

前記作業車両は、高架作業プラットフォームであることを特徴とする請求項８に記載の作業車両。

【請求項10】

前記エンドエフェクタは、作業プラットフォームであることを特徴とする請求項８に記載の作業車両。

【請求項11】

前記流量制御弁は、前記流量制御弁に組み込まれる複数個の圧力センサを含むことを特徴とする請求項８に記載の作業車両。

【請求項12】

前記入力形成モジュールは、時間変動入力形成機構であることを特徴とする請求項８に記載の作業車両。

【請求項13】

前記時間変動入力形成機構は、２つのインパルスのみを使用することを特徴とする請求項１２に記載の作業車両。

【請求項14】

前記時間変動入力形成機構は、前記アクチュエータセンサからの測定値に基づき前記ブームアセンブリの減衰比及び固有振動数を推定することを特徴とする請求項１２に記載の作業車両。

【請求項15】

前記流量制御弁は、前記減衰比及び固有振動数の推定に使用される減衰比関数及び固有振動数関数を決定することを特徴とする請求項１４に記載の作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願は、米国を除く全ての指定国で米国国内企業のイートンコーポレーションの名前で出願されており、米国のみ、中国民であるチンハイ ユアン、米国民のジェイ ワイ．ルー、及びタイ国民であるダムロングリット ピヤボングカーンが出願人であるＰＣＴ国際特許出願として、２００９年１０月１６日付けで出願されたものであり、２００８年１０月１６日付けで出願された米国仮特許出願シリアル番号６１／１０５，９５２に対する優先権が主張されている。

【背景技術】

【0002】

建設車両は、比較的接近し難い場所に一時的に接近することが可能である。これらの車両の多くは多関節を有するブームを含む。関節の変位を制御することにより、ブームを制御することができる。しかしながら、このような制御は、作業者の熟練に依存する。

【0003】

ブームが伸ばされる時の振動が懸念される。振動を低減又は除去するための従来技術は、典型的に、それらの作業者に対応しないシステムとなる。

【発明の概要】

【0004】

本明細書の一態様は、ブームアセンブリを制御するための方法に関する。方法は、エンドエフェクタを有するブームアセンブリを提供することを含む。ブームアセンブリは、流量制御弁に流体接続されるアクチュエータを含む。ブームアセンブリのエンドエフェクタの望ましい座標は、直交座標空間からアクチュエータ空間へ変換される。エンドエフェクタの撓み誤差は、アクチュエータの測定された変位に基づき算出される。結果として生じるエンドエフェクタの望ましい座標は、望ましい座標及び撓み誤差に基づき算出される。流量制御弁のための制御信号は、結果として生じる望ましい座標及びアクチュエータの測定された変位に基づき形成される。制御信号は、ブームアセンブリの振動を低減するように形成される。形成された制御信号は、流量制御弁へ伝達される。

【0005】

本明細書の他の態様は作業車両に関する。作業車両は、エンドエフェクタを有するブームアセンブリを含む。アクチュエータは、ブームアセンブリに組み合わされる。アクチュエータは、ブームアセンブリを位置決めする。アクチュエータセンサは、アクチュエータの変位を測定する。流量制御弁は、アクチュエータに流体接続されている。コントローラは、入力信号に対応して流量制御弁を作動させる。コントローラは、座標変換モジュール、撓み補正モジュール、座標軸制御モジュール、及び入力形成モジュールを含む動作制御機構を含む。座標変換モジュールは、ブームアセンブリのエンドエフェクタの望ましい座標を直交座標空間からアクチュエータ空間へ変換する。撓み補正モジュールは、アクチュエータセンサからの測定値に基づきエンドエフェクタの撓み誤差を算出する。座標軸制御モジュールは、望ましい座標、撓み誤差及びアクチュエータセンサからの測定値に基づき制御信号を発生する。入力形成モジュールは、ブームアセンブリの振動を低減するために流量制御弁へ伝達される制御信号を形成する。

【0006】

本明細書の他の態様は、流量制御弁を使用するブームアセンブリの減衰比及び固有振動数を較正する方法に関する。方法は、アクチュエータ内の圧力を監視する圧力センサからの圧力信号を受信することを含む。高及び低圧力弁並びにそれらの圧力弁に関連する時間は、第１サイクルの間、記録される。高及び低圧力弁並びにそれらの圧力弁に関連する時間は、第２サイクルの間、記録される。固有振動数及び減衰比は、第１及び第２サイクルの間の、高及び低圧力弁並びにそれらの圧力弁に関連する時間に基づき算出される。

【0007】

本明細書の他の態様は、柔構造のための制御信号を形成するための方法に関する。方法は、望ましい座標に基づき制御信号を発生することを含む。制御信号は、機構を形成する時間変動入力を使用して形成される。時間変動入力は、センサから測定値を受信して、センサの測定値に基づき柔構造の固有振動数及び減衰比を推定して、測定値並びに推定された固有振動数及び減衰比に基づき制御信号を形成する。

【0008】

様々な付加的な態様は、以下の記載で説明する。これらの態様は、個々の特徴及び特徴の組み合わせに関連することができる。前述した概略説明及び後述する詳細な説明はともに、典型的及び単なる説明のためのものであり、この中で説明された実施形態が基とする広いコンセプトの限定的表現ではない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本明細書の原理に関する態様の典型的な特徴を有する作業車両の側面図である。

【図2】図１の作業車両のための制御システムを示す概略図である。

【図3】図２の制御システムで使用するのに適当な流量制御弁を示す概略図である。

【図4】図２の制御システムのコントローラで使用される動作制御機構を示す概略図である。

【図5】図１の作業車両のブームアセンブリの撓みを示す概略図である。

【図6】関節アクチュエータ空間変換の概略図である。

【図7】ブームアセンブリの減衰比及び固有振動数を決定するための方法の概略図である。

【図8】流量制御弁を使用して減衰比及び固有振動数を較正する方法の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書の典型的な態様を添付した図に基き詳細に説明する。可能な限り、同じ符号は、同一又は相当する構成に関する図面を通して使用される。

【0011】

図１を参照すると、通常１０で示される典型的な車両が示されている。多関節を含む作業車両１０は、直動及び／又は回転アクチュエータ（例えば、シリンダ、モータ等）を使用して作動する。これらの直動及び回転アクチュエータは、ブームアセンブリを伸長又は縮長させるとともにブームアセンブリの端部に配置された作業プラットフォームを制御するために適用される。

【0012】

作業車両１０は、複数個の流量制御弁と複数個のセンサとを含む。流量制御弁は、作業車両１０の電子制御ユニットによって制御される。電子制御ユニットは、作業者から要求される入力及び複数個のセンサによって測定された入力を受信する。動作制御機構の使用にともない、電子制御ユニットは、作業プラットフォームを要求される位置へ移動させるため、流量制御弁へ信号を出力する。動作制御機構は、ブームアセンブリの振動を低減させるとともに作業者入力に対する適切な反応を維持するために適用される。

【0013】

作業車両１０は、様々な作業車両のうちの１つとなり得ると同時に、例えば、クレーン、ブームリフト、シザーリフト等の作業車両１０は、明細書を簡略化するため、高架作業プラットフォームとしてこの中で説明される。高架作業プラットフォーム１０は、高さ及び／又は位置に起因して地表面で通常人が接近し難い領域へ接近するために適用される。

【0014】

図１で示される実施形態において、高架作業プラットフォーム１０は、複数個のホイール１４を有するベース１２を含む。さらに、高架作業プラットフォーム１０は、ボディ１６がベース１２に対して回転することができるようにベース１２に対して回転可能に取り付けられたボディ１６を含む。ボディ１６の回転角度は、θ₁によって示される。第１モータ１８（図２参照）は、ベース１２に関連するボディ１６を回転させる。本明細書の一態様において、第１モータ１８は、歯車減速機に連結される。

【0015】

柔構造２０は、回転関節とともにボディ１６に設けられる。明細書の簡略化のため、柔構造２０は、ここではブームアセンブリ２０として説明される。ブームアセンブリ２０は、上方及び／又は下方へ移動することができる。ブームアセンブリのこの上方及び／又は下方への移動は、ブームアセンブリ２０の回転角度θ₂によって示される。第１シリンダ２２（図２参照）は、ブームアセンブリ２０を昇降させるために適用される。第２端部２６（図２参照）がボディ１６に接続されると同時に、第１シリンダ２２の第１端部２４（図２参照）がブームアセンブリ２０に接続される。

【0016】

ブームアセンブリ２０は、ベースブーム２８、中間ブーム３０及び先端ブーム３２を含む。ベースブーム２８は、高架作業プラットフォーム１０のボディ１６に接続される。中間ブーム３０，３２は、軸方向へベースブーム２８から外へ延びる伸縮式ブームである。図１に示されるように、中間及び先端ブーム３０，３２は、縮長位置にある。ブームアセンブリ２０の長さｌ₃は、中間及び先端ブーム３０，３２を伸縮させることで変えることができる。ブームアセンブリ２０の長さｌ₃は、第２シリンダ３４及び対応するメカニカルリンケージ３６を経由して変化する。

【0017】

作業プラットフォーム３８のヨー配向θ₅は第２モータ４２によって制御されると同時に、作業プラットフォーム３８の傾斜角度は、マスタ／スレブ油圧システム設計によって地表面に対して水平に維持される。

【0018】

図２を参照して、高架作業プラットフォーム１０のための制御システム５０の簡略化された概略図を示す。制御システム５０は、流体ポンプ５２、流体リザーバ５４、複数個の流量制御弁５６、複数個のアクチュエータ５８及びコントローラ６０を含む。

【0019】

本明細書の一態様において、流体ポンプ５２は、荷重検出ポンプである。荷重検出ポンプ５２は、荷重検出弁１５０に流体接続される。荷重検出弁１５０は、コントローラ６０から信号１５２を受信するために適用される。本明細書の一態様において、信号１５２は、パルス幅変調信号である。

【0020】

複数個のアクチュエータ５８は、第１及び第２シリンダ２２，３４と、第１及び第２モータ１８，４２とを含む。複数個の流量制御弁５６は、複数個のアクチュエータ５８を制御するために適用される。複数個のアクチュエータ５８を制御することによって、作業プラットフォーム３８は、高架作業プラットフォーム１０の作業範囲内で、要求される配向で要求される位置に到達することができる。

【0021】

本明細書の一態様において、第１流量制御弁５６ａは第１シリンダ２２に流体接続されて、第２流量制御弁５６ｂは第１モータ１８に流体接続されて、第３流量制御弁５６ｃは第２シリンダ３４に流体接続されて、第４流量制御弁５６ｄは第２モータ４２に流体接続される。流量制御弁５６ａ乃至５６ｄの各々として使用するのに適用可能な弁は、全体を参照することによってその結果として明細書に組み込まれる英国特許番号ＧＢ２３２８５２４及び米国特許番号７，５１８，５２３で説明されている。流量制御弁５６ａ乃至５６ｄの各々は、流体ポンプ５２に流体接続される供給ポート６２、流体リザーバ５４に流体接続されるタンクポート６４、複数個のアクチュエータ５８の１つに流体接続される第１制御ポート６６及び第２制御ポート６８を含む。

【0022】

さらに、制御システム５０は、複数個の流体圧力センサ７０を含む。本明細書の一態様において、第２圧力センサ７０ｂが流体リザーバ５４への流体圧力を監視すると同時に、第１圧力センサ７０ａは、流体ポンプ５２からの流体圧力を監視する。第１及び第２圧力センサ７０ａ，７０ｂは、コントローラ６０に接続される。本明細書の一態様において、第１及び第２圧力センサ７０ａ，７０ｂは、荷重検出弁１５０を介してコントローラ６０に接続される。

【0023】

流量制御弁５６ａ乃至５６ｄの各々は、第３圧力センサ７０ｃ及び第４圧力センサ７０ｄに流体接続される。第３及び第４圧力センサ７０ｃ，７０ｄは、第１及び第２制御ポート６６，６８の各々で、対応するアクチュエータ５８への又は対応するアクチュエータ５８からの流体圧力を監視する。本明細書の一態様において、第３及び第４圧力センサ７０ｃ，７０ｄは、流量制御弁５６ａ乃至５６ｄに組み込まれる。

【0024】

さらに、制御システム５０は、複数個のアクチュエータ５８の軸方向又は回転方向の位置を監視する複数個のアクチュエータセンサ７２を含む。複数個のアクチュエータセンサ７２は、複数個のアクチュエータ５８の配置（例えば、位置）を監視するコントローラ６０へ信号を送信するために適用される。

【0025】

図２に示された実施形態において、第１及び第２アクチュエータセンサ７２ａ，７２ｂは、第１及び第２シリンダ２２，３４の配置を監視する。本明細書の一態様において、第１及び第２アクチュエータセンサ７２ａ，７２ｂは、レーザセンサである。第３及び第４アクチュエータセンサ７２ｃ，７２ｄは、第１及び第２モータ１８，４２の回転を監視する。本明細書の一態様において、第３及び第４アクチュエータセンサ７２ｃ，７２ｄは、絶対角度エンコーダである。

【0026】

図２及び図３を参照して、流量制御弁５６ａ乃至５６ｄを説明する。第１、第２、第３及び第４流量制御弁５６ａ乃至５６ｄのそれぞれは構造的に類似しているので、第１、第２、第３及び第４流量制御弁５６ａ乃至５６ｄを、流量制御弁５６と呼ぶ。流量制御弁５６は、少なくとも１つのパイロットステージスプール８０と、少なくとも１つのメインステージスプール８２とを含む。図３に示される実施形態において、流量制御弁５６は、第１パイロットステージスプール８０ａ及び第２パイロットステージスプール８０ｂと第１メインステージスプール８２ａ及び第２メインステージスプール８２ｂとを含む。

【0027】

第１及び第２パイロットステージスプール８０ａ，８０ｂの位置は、第１及び第２メインステージスプール８２ａ，８２ｂの両方に作用する流体圧力を調節することにより、第１及び第２メインステージスプール８２ａ，８２ｂの各々の位置を制御する。第１及び第２メインステージスプール８２ａ，８２ｂの位置は、対応するアクチュエータ５８に対する流量を制御する。

【0028】

第１及び第２パイロットステージスプール８０ａ，８０ｂの位置は、第１及び第２アクチュエータ８４ａ，８４ｂによって制御される。本明細書の一態様において、第１及び第２アクチュエータ８４ａ，８４ｂは、例えばボイスコイル等の電磁気を利用したアクチュエータである。

【0029】

第１及び第２スプール位置センサ８６ａ，８６ｂは、第１及び第２メインステージスプール８２ａ，８２ｂの位置を測定するとともに、コントローラ６０へ第１及び第２メインステージスプール８２ａ，８２ｂの位置に対応する第１及び第２信号８８ａ，８８ｂを送信する。本明細書の一態様において、第１及び第２スプール位置センサ８６ａ，８６ｂは、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）である。

【0030】

図１、図２及び図４を参照すると、コントローラ６０は、複数個のアクチュエータ５８を監視する複数個のアクチュエータセンサ７２及び流量制御弁５６のメインステージスプール８２の位置を監視する複数個のスプール位置センサ８６から、信号を受信するために適用される。加えて、コントローラ６０は、作業者からの要求される出力を監視する入力９０を受信するために適用される。コントローラ６０は、複数個のアクチュエータ５８を作動させるため、流量制御弁５６ａ乃至５６ｄの第１及び第２アクチュエータ８４ａ，８４ｂへ信号９２を送信する。本明細書の一態様において、信号９２は、パルス幅変調信号である。

【0031】

図２に示される実施形態において、コントローラ６０は、信号コントローラとして示される。しかしながら、本明細書の一態様において、コントローラ６０は、複数個のコントローラを含む。本明細書の他の態様において、複数個のコントローラ６０は、複数個の流量制御弁５６に組み込まれる。

【0032】

コントローラ６０は、動作制御機構１００を含む。動作制御機構１００は、閉ループ協調制御機構である。動作制御機構１００は、軌道発生装置、座標変換モジュール１０４、撓み補正モジュール１０６、軸制御モジュール１０８及び入力形成モジュール１１０を含む。

【0033】

軌道発生装置は、作業者からの入力９０に基づいて作業車両１０のエンドエフェクタ（例えば、作業プラットフォーム３８）における望ましい直交座標Ｘ_d＝［ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀，φ₀］^Tを生じる。直交座標は、エンドエフェクタの位置及び方向を含む。

【0034】

本明細書の一態様において、座標変換モジュール１０４は、第１座標変換モジュール１０４ａと、第２座標変換モジュール１０４ｂとを含む。第１座標変換モジュール１０４ａは、座標を直交空間から関節空間へ変換する。第２座標変換モジュール１０４ｂは、座標を関節空間からアクチュエータ空間へ変換する。表１は、複数個のアクチュエータ５８のための直交空間、関節空間及びアクチュエータ空間における独立変数記号の一覧である。

【表1】

【0035】

第１座標変換モジュール１０４ａは、望ましい直交座標Ｘ_dを関節空間における望ましい座標Θ_d＝［θ₁，θ₂，ｌ₃，θ₅］^Tへ変換する。直交座標における前述した変換等式は、以下の等式１１２（数１）によって与えられる。

【数1】

ｘ^ｉが、

で原点を有するＯ_ｉ−ｘ_ｉｙ_ｉｚ_ｉ座標系における位置ベクトル［ｘ^ｉ，ｙ^ｉ，ｚ^ｉ，ｌ］^Ｔである点は、先の座標系Ｏ_ｉ−１−ｘ_ｉ−１ｙ_ｉ−１ｚ_ｉ−１（ｉ＝１，２，... ，５）に関連するＯ_i−ｘ_ｉｙ_ｉｚ_ｉ座標系の同次変換（位置及び方向）であり、後述する等式１１４（数２）によって与えられる。

【数2】

は、Ｏ_ｉ−１−ｘ_ｉ−１ｙ_ｉ−１ｚ_ｉ−１に関連するＯ_i−ｘ_ｉｙ_ｉｚ_ｉの座標軸の方向余弦であり、

は、Ｏ_ｉ−１−ｘ_ｉ−１ｙ_ｉ−１ｚ_ｉ−１座標系におけるＯ_ｉ−１の位置である。

【0036】

等式１１４（数２）において、デナビット−ハーテンバーグ表記は、運動学上の関係を説明するのに使用される。ａ_iは共通法線、ｄ_iは原点Ｏ_i-1とｚ_i-1に対する共通法線の交点との間の距離、α_iは関節軸ｚ_iとｚ_i-1に対するｚ_i-1とがなす角度、θ_iはｘ_i-1とｚ_i-1に対する共通法線とがなす角度である。作業プラットフォーム３８のためのパラメータは表２に与えられている。

【表2】

【0037】

エンドエフェクタ位置及び方向は、以下の等式１１６（数３）における関節変位の値（例えば、θ₁，θ₂，ｌ₃，θ₄，θ₅）を使用することによって取得することができる。この場合、θ₄は、図１に示されるようにθ₄＝θ₂であるから、独立変数ではない。

【数3】

【0038】

等式１１６（数３）を解くため、エンドエフェクタの原点をＯ₅として、Ｏ₅−ｘ₅ｙ₅ｚ₅の原点を取る。Ｏ₀−ｘ₀ｙ₀ｚ₀に対するＯ₅の位置が［ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀］^T、且つ、ｘ₅とｘ₀とがなす角度がφ₀であるとすると、Ｏ₀−ｘ₀ｙ₀ｚ₀におけるＯ₅−ｘ₅ｙ₅ｚ₅の等式１１８で表される同次変換マトリックス（数４）が存在する。

【数4】

【0039】

等式１１８（数４）の両項に

を掛けることで、Ｏ_ｉ−ｘ_１ｙ_１ｚ_１座標系においてＯ_５を表す以下の等式１２０（数５）が与えられる。

【数5】

等式１１８及び１２０（数４及び５）の左項は、以下の等式１２２（数６）をもたらす。

【数6】

等式１２０（数５）の右項は、以下の（数７）をもたらす。

【数7】

等式１２２及び１２４（数６及び７）から、直交から関節への変換は、以下の（数８）のように公式化することができる。

【数8】

【0040】

図１、図２、図４及び図５を参照して、撓み補正モジュール１０６を説明する。関節空間における望ましい座標Θ_dへ変換された望ましい直交座標Ｘ_dのため、撓み補正モジュール１０６は、ブームアセンブリ２０の撓みの原因となる。撓み補正モジュール１０６は、複数個のアクチュエータ５８の実際の軸方向及び／又は回転方向の位置を監視する複数個のアクチュエータセンサ７２から、測定値を受信する。これらの測定値を使用して、撓み補正モジュール１０６は、関節空間における対応する誤差補正を算出する。

【0041】

例えば、ブームアセンブリ２０等の長い伸縮構造について、その構造の撓みは、理想のエンドエフェクタ座標と実際のエンドエフェクタ座標との間に大きい誤差を生む原因となり得る。撓み誤差は、エンドエフェクタ座標の関数である。例えば、異なるリフト高さ及び長さのため、撓みは異なる。関節空間における撓み誤差は、第１に、図５に示されるように、ブームアセンブリ２０の回転角度θ₂から生じる。他の自由度による撓み誤差は無視できる程度に小さい。したがって、δΘ＝［０，δθ₂，０，０］^Tである。

【0042】

撓み誤差の準定常解析は以下に提供される。ブームアセンブリ２０における振動は、以下にさらに詳細に説明される入力形成モジュール１１０の結果、低減又は除去されるので、この場合、この準定常解析は適正である。

【0043】

ブームアセンブリ２０の撓みは、ブームアセンブリ２０に作用する重力及び作業プラットフォーム３８に作用する荷重による影響を受ける。ブームアセンブリ２０の撓みは、ブームアセンブリ２０の長さｌ₃及びブームアセンブリ２０の回転角度θ₂の関数である。ブームアセンブリ２０の一様に分布した断面を仮定して、撓みは、以下の等式１２８（数９）を使用して算出することができる。

【数9】

ここで、Ｅはブーム材料の弾性係数であり、Ｉはブームの断面の慣性モーメントであり、ρは質量長密度であり、及びｍは荷重の量である。δθ₂≒θ₂´−θ₂が以下の等式１３０（数１０）によって与えられるのであれば、回転角度θ₂´の剛体のブームアセンブリは、同じ先端位置を有する。

【数10】

【0044】

アクチュエータセンサ７２の実測値がアクチュエータ空間にあると同時に、等式１３０（数１０）が関節空間にある。これにより、アクチュエータ空間から関節空間への変換は、この変換に必要とされる。

【0045】

図１、図２、図４、及び図６を参照して、第２座標変換モジュール１０４ｂを説明する。第２座標変換モジュール１０４ｂは、関節空間における結果として生じる望ましい座標Θ_d´＝Θ_d＋δΘをアクチュエータ空間へ変換する。アクチュエータ空間は、複数個のアクチュエータ５８に関連する。本明細書の一態様において、アクチュエータスペースは、第１及び第２シリンダ２２，３４と第１及び第２モータ１８，４２に関連する。前述した表１は、直交空間、関節空間及びアクチュエータ空間のための独立変数の一覧である。関節空間における独立変数θ₁，θ₂及びθ₅とアクチュエータ空間における対応する独立変数との間には直接の対応がある。しかしながら、ｌ₃とＬ_ABとの間の関係が説明される。

【0046】

図６を参照して、ブームアセンブリ２０及び第１シリンダ２２の概略図を示す。第１シリンダ２２の第１端部２４は、点Ｂでブームアセンブリ２０に取り付けられると同時に、第１シリンダ２２の第２端部２６は、点Ａで作業車両１０のボディ１６に取り付けられる。点Ｂは、ブームアセンブリ２０に関連する座標系Ｏ₂−ｘ₂ｙ₂ｚ₂における固定点であると同時に、点Ａは、ボディ１６に関連する座標系Ｏ₁−ｘ₁ｙ₁ｚ₁における固定点である。点Ａと点Ｂとの間の長さｌ_ABは、ブームアセンブリ２０の回転角度θ₂の関数であり、且つ、以下の等式１３２（数１１）を使用して算出される。

【数11】

ここで、∠ＢＯ₁Ａ（θ₂）＝９０°＋∠Ｏ₀Ｏ₁Ａ−θ₂−∠ＢＯ₁Ｏ₃である。

【0047】

関節空間からアクチュエータ空間への変換は、等式１３４（数１２）で表される。

【数12】

【0048】

アクチュエータ空間Ｙ_d＝［θ₁，Ｌ_AB，ｌ₃，θ₅］^Tへ変換された結果として生じる望ましい座標Θ_d´を有して、結果として生じる望ましい座標Ｙ_d及び複数個のアクチュエータセンサ７２からの実測値Ｙ_aは、軸制御モジュール１０８によって受信される。軸制御モジュール１０８は、流量制御弁５６のための制御信号Ｕを生じる。

【0049】

制御信号Ｕは、流量コマンドｑ_nのベクトルである。流量コマンドｑ_nは、複数個のアクチュエータ５８に対応する。本明細書の一態様において、速度フィードフォワード比例積分ＰＩコントローラは、以下の等式１３６（数１３）を計算する。

【数13】

ここで、ｑ_nは弁ｎのための流量コマンド、Ｋ_f,n，Ｋ_p,n，Ｋ_i,nは、各々、フィードフォワード、比例及び積分ゲイン、並びにｙ_d,n及びｙ_a,n（軸番号ｎ＝１，２，３，４）は要求される及び実際の変位である。第１及び第２シリンダ２２，３４において、ゲインＫ_f,n，Ｋ_p,n，Ｋ_i,nは、ピストン面積比に起因して方向によって１つ１つ僅かに異なる。

【0050】

軸制御モジュール１０８によって生じる典型的な制御信号Ｕは、Ｕ＝［ｑ₁，ｑ₂，ｑ₃，ｑ₄］^Tである。本明細書の一態様において、流量制御弁５６は、埋め込まれた圧力センサ７０、埋め込まれたスプールポジションセンサ８８及び内側の制御ループを含む。これらのセンサ及び内側の制御ループは、スプールポジションコマンドを送信するのとは対照的に、軸制御モジュール１０８に流量制御弁５６へ流量コマンドｑ_nを直接的に送信することを許容する。

【0051】

図１及び図４を参照して、入力形成モジュール１１０を説明する。入力形成モジュール１１０は、作業車両１０のブームアセンブリ２０における構造的振動を低減するために適用される。

【0052】

入力形成機構は、形成されたコマンド入力を発生することによって振動を抑制する。入力形成機構におけるインパルスの総数の増加によってモデリング誤差の影響を低減させることができる。しかしながら、入力形成機構におけるインパルスの総数が増加する場合、コマンド入力の応答性が低下する。

【0053】

本明細書の一態様において、入力形成機構は、時間変動入力形成機構である。時間変動入力形成機構は、良好な応答性を維持している間、振動の量を低減する。本明細書の一態様において、時間変動入力形成機構は、２つのインパルスだけ利用する。加えて、時間変動入力形成機構は、時間変動パラメータを有する制御信号を提供するため、複数個のアクチュエータセンサ７２からの測定値を使用する。

【0054】

時間変動入力形成機構は、第１に、複数個のアクチュエータセンサ７２からの実測値に基づき、ブームアセンブリ２０の減速比ζ（ｔ）及び固有振動数ω_n（ｔ）を推定する。減速比及び固有振動数のための等式１３８及び１４０（数１４及び１５）を以下に示す。

【数14】

【数15】

ここで、ｆζ及びfωはブームアセンブリ２０の長さｌ₃に基づく関数である。
これらの関数ｆζ及びｆωは、ｌ₃が全ての測定された変数の中で機能的に優れた変数のみであり、且つ、ペイロードからの影響が無視できる程度に小さいと仮定することで、モデリングから又は実験的較正によって決定することができる。本明細書の一態様において、流量制御弁５６は、減衰比関数と固有振動数関数ｆζ及びｆωの各々を決定する。流量制御弁５６による減衰比関数と固有振動数関数ｆζ及びｆωの決定は、後でより詳細に説明する。

【0055】

次に、２つのインパルスの大きさは、以下の等式（数１６及び１７）によって与えられる。

【数16】

【数17】

ここで、

【0056】

各インパルスの時間遅延は、等式１４６及び１４８（数１８及び１９）である。

【数18】

【数19】

【0057】

最終的に、形成された制御信号Ｕ_Ｓは、以下の式１５０（数２０）によって与えられる。

【数20】

【0058】

形成された制御信号Ｕ_Sは、作業プラットフォーム３８を移動させるために流体がアクチュエータ５８へ流量制御弁５６を通過することができるように、流量制御弁５６へ送信される。既に説明したように、ブームアセンブリ２０の応答性が持続される間、それはブームアセンブリ２０における振動を低減又は除去するので、入力形成モジュール１１０は、潜在的に有利である。

【0059】

図１及び図７を参照して、減速比ζ（ｔ）及び固有振動数ω_n（ｔ）を決定するための典型的な方法２００を説明する。ステップ２０２において、アクチュエータは、第１位置へ作動される。例えば、第１及び第２シリンダ２２，２４は、減速比及び固有振動数が予想された位置へ移動される（例えば、第１及び第２シリンダ２２，３４の完全伸展、第１及び第２シリンダ２２，３４の部分伸展、等）。

【0060】

ステップ２０４において、ブームアセンブリ２０は振動している。本明細書の一態様において、ブームアセンブリ２０は、ブームアセンブリ２０への力を利用して振動される。本明細書の他の態様において、ブームアセンブリ２０は、ブームアセンブリ２０の動作を制御する作業車両における入力装置（例えば、ジョイスティック、等）を急速に動かすことによって振動する。この動作は、ブームアセンブリ２０に振動を引き起こす第１及び又は第２シリンダ２２，３４へ油圧流体の短パルスを分与する。

【0061】

ステップ２０６において、減速比ζ（ｔ）及び固有振動数ω_n（ｔ）は較正される。本明細書の一態様において、減速比及び固有振動数の較正は、流量制御弁５６において完了する。

【0062】

図１、図７及び図８を参照して、流量制御弁５６を使用する減衰比及び固有振動数を較正する方法３００を説明する。ステップ３０２において、サイクルカウンタＮに、例えば１などの初期値が設定される。流量制御弁５６が組み込まれた圧力センサ７０を含む場合、流量制御弁５６は、ステップ３０４において圧力センサ７０から信号を受信する。流量制御弁５６は、圧力シングが最も高い値（山）の時の圧力Ｐ_HI,1と、ステップ３０６においてピーク圧力Ｐ_HI,1が発生した時点の時間ｔ_HI,1とを記録する。また、流量制御弁５６は、圧力シングが最も低い値（谷）の時の圧力Ｐ_LO,1と、ステップ３０８において圧力Ｐ_LO,1が発生した時点の時間ｔ_LO,1を記録する。

【0063】

ステップ３１０において、圧力がその次のピーク値である時、サイクルカウンタＮにインデックス（Ｎ＝Ｎ＋１）が付与される。ステップ３１２において、サイクルカウンタＮは予め定められた値と比較される。サイクルカウンタＮが予め定められた値に等しいのであれば、流量制御弁５６は、その与えられたサイクルの中で圧力信号が最も高い値である時の圧力Ｐ_HI,2と、ステップ３１４においてその与えられたサイクルの中でピーク圧力Ｐ_HI,2が発生した時点の時間ｔ_HI,2とを記録する。また、流量制御弁５６は、その与えられたサイクル圧力信号が最も低い値（谷）である時の圧力Ｐ_LO,2と、ステップ３１６においてその与えられたサイクルの中で圧力Ｐ_LO,2が発生した時点の時間ｔ_LO,2とを記録する。

【0064】

ステップ３１８において、固有振動数ω_n（ｔ）は算出される。固有振動数ω_n（ｔ）は、振動が特に大きい小型の減速システムに向けて、以下の式１５２（数２１）を使用して算出することができる。

【数21】

【0065】

ステップ３２０において、減速比ζ（ｔ）は算出される。減速比ζ（ｔ）は、外乱後にブームアセンブリ２０における振動がどのように減少されるのかを説明する手段である。振幅は、等式１５４（数２２）によって与えられる。

【数22】

【0066】

等式１５４（数２２）の解法は、等式１５６（数２３）である。

【数23】

【0067】

再び、図１及び図７を参照する。与えられたアクチュエータ５８位置について算出された減衰比及び固有振動数に対して、アクチュエータ５８は、ステップ２０８において第２位置へ移動されて、且つ、減衰比ζ（ｔ）及び固有振動数ω_n（ｔ）は、ステップ２０４乃至２０６を使用してそのアクチュエータ位置の範囲内で決定される。

【0068】

減衰比及び固有振動数は別々のアクチュエータ位置でのみ算出されるため、補間法は、これらの別々のアクチュエータ位置を除くアクチュエータ位置における、減衰比及び固有振動数を決定するのに使用することができる。本明細書の一態様において、線形補間を使用することができる。

【0069】

この明細書の様々な改良は、この明細書の範疇及び精神から逸脱することなく当業者にとって明白であり、この明細書の範疇が、この中で記載された実例としての実施形態を不当に限定するためのものではないことは理解されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】