特開 2022-111101 移動式作業機械用の制御ユニット、制御ユニットを備える移動式作業機械および作業機械の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022111101

(43)【公開日】2022-07-29

(54)【発明の名称】移動式作業機械用の制御ユニット、制御ユニットを備える移動式作業機械および作業機械の制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20220722BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022005500

(22)【出願日】2022-01-18

(31)【優先権主張番号】10 2021 200 436.9

(32)【優先日】2021-01-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】390023711

【氏名又は名称】ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】フランク ベンダー

(72)【発明者】

【氏名】ゼバスティアン オシュマン

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB02

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA01

2D003BA04

2D003DA03

2D003FA02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】目標平面を直感的に調節することができる制御ユニットを実現すること、目標平面が直感的に調節される移動式作業機械を実現すること、作業機械の目標平面を直感的に調節することができる、移動式作業機械の制御方法を提供する。
【解決手段】移動式作業機械用の制御ユニットが開示されており、この制御ユニットは、作業機械の動作点を手動で制御するための、動かすことが可能なグリップ要素と、空間内の動作点の位置を検出する検出ユニットと、調節可能な目標平面を備え、目標平面に沿った、動作点の少なくとも部分的に自動化された制御を行うアシストユニットとを有している。さらに、制御ユニットを備える移動式作業機械および移動式作業機械の制御方法が開示されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動式作業機械（１）用の制御ユニットであって、
前記作業機械（１）の動作点（ＴＣＰ）を手動で制御するための、動かすことが可能な少なくとも１つのグリップ要素（２６，２８）と、
空間内の前記動作点（ＴＣＰ）の位置を検出する検出ユニット（３６）と、
調節可能な目標平面（３２）を備え、前記目標平面（３２）に沿った、前記動作点（ＴＣＰ）の少なくとも部分的に自動化された制御を行うアシストユニット（４０）と、
を有し、
前記動作点（ＴＣＰ）の検出された位置に関連して、前記目標平面（３２）の点が調節可能である、
ことを特徴とする制御ユニット。

【請求項2】

操作要素（３１）を備え、前記操作要素（３１）を介して、前記検出された位置に関連して前記点が調節可能である、請求項１記載の制御ユニット。

【請求項3】

前記操作要素（３１）を介して、前記点に、前記検出された位置が、オフセットを伴って、またはオフセットを伴わずに割り当て可能である、請求項２記載の制御ユニット。

【請求項4】

前記操作要素（３１）を介して、前記少なくとも部分的に自動化された制御がアクティブ化可能である、請求項２または３記載の制御ユニット。

【請求項5】

前記操作要素（３１）は、前記少なくとも部分的に自動化された制御が非アクティブ状態にされている、操作されてない基本位置を有している、請求項２から４までのいずれか１項記載の制御ユニット。

【請求項6】

前記操作要素（３１）は前記少なくとも１つのグリップ要素（２６）に、特に、意図したとおりの把持姿勢の維持のもとで、触ることができるように配置されている、請求項２から５までのいずれか１項記載の制御ユニット。

【請求項7】

少なくとも１つのグリップ要素に配置されている、または前記少なくとも１つのグリップ要素とは別個に配置されているインタフェース（４２）を有しており、前記インタフェース（４２）を介して、前記目標平面（３２）の傾斜が調節可能である、請求項１から６までのいずれか１項記載の制御ユニット。

【請求項8】

前記インタフェースは、段階的にまたは連続的に位置が調節可能な操作要素またはタッチ要素（４２）として構成されている、請求項７記載の制御ユニット。

【請求項9】

前記目標平面（３２）に沿った前記動作点（ＴＣＰ）の速度が、前記少なくとも１つのグリップ要素（２６，２８）の少なくとも１つの検出された動きによって制御可能である、請求項１から８までのいずれか１項記載の制御ユニット。

【請求項10】

移動式作業機械であって、
少なくとも１つのアクチュエータ（１４，１６，１８）によって、間接的にまたは直接的に連節されている動作点（ＴＣＰ）と、請求項１から９までのいずれか１項に従って構成されている制御ユニット（３４）とを有している、
移動式作業機械。

【請求項11】

機械制御部（３８）を有しており、前記機械制御部（３８）は直接的に、前記少なくとも１つのグリップ要素（２６，２８）と信号接続可能であり、または信号接続されており、または前記アシストユニット（４０）を介して前記グリップ要素（２６，２８）と信号接続可能であり、または信号接続されており、
前記機械制御部（３８）によって、前記少なくとも１つのアクチュエータ（１４，１６，１８）が、前記少なくとも１つのグリップ要素（２６，２８）の動きに関連して、かつ前記制御ユニット（３４）の前記操作要素（３１）の操作に関連して駆動制御可能であり、
前記機械制御部（３８）の入力信号は、操作時には、前記アシストユニット（４０）に関連しており、操作が行われていない時には、前記アシストユニット（４０）に関連していない、請求項１０記載の移動式作業機械。

【請求項12】

調節可能な目標平面（３２）に沿った、請求項１０または１１に従って構成されている移動式作業機械（１）の動作点（ＴＣＰ）の少なくとも部分的に自動化された制御のための方法であって、前記方法は、
「前記目標平面（３２）を調節する（７６，７８）」ステップと「前記目標平面（３２）に沿った、前記動作点（ＴＣＰ）の少なくとも部分的に自動化された制御を行う（８０）」ステップとを有しており、
「前記目標平面を調節する（７６，７８）」前記ステップは、少なくとも、
・前記少なくとも１つのグリップ要素（２６，２８）および前記検出ユニット（３６）によって、「前記動作点（ＴＣＰ）の位置の駆動制御（７４）および検出を行う」ステップと、
・「前記動作点（ＴＣＰ）の前記検出された位置に関連して前記目標平面（３２）の点を調節する（７６）」ステップとを有している、
ことを特徴とする方法。

【請求項13】

「前記動作点（ＴＣＰ）の前記検出された位置に関連して前記目標平面（３２）の前記点を調節する（７６）」前記ステップを、特に前記少なくとも１つのグリップ要素（２６）に、特に、意図したとおりの把持姿勢の維持のもとで、触ることができるように配置されている操作要素（３１）の操作によって行う、請求項１２記載の方法。

【請求項14】

「前記目標平面（３２）を調節する」前記ステップは、前記グリップ要素に配置されている、または前記グリップ要素とは別個に配置されているインタフェース（４２）によって行われる「前記目標平面（３２）の傾斜を調節する（７８）」ステップを有している、請求項１２または１３記載の方法。

【請求項15】

「前記動作点（ＴＣＰ）の手動の制御を行う（７４）」ステップと「前記目標平面（３２）に沿った、前記動作点（ＴＣＰ）の少なくとも部分的に自動化された制御を行う（８０）」ステップとの間の切り替えを、前記操作要素（３１）の操作および解放によって行う、請求項１３または１４記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念に記載された、移動式作業機械用の制御ユニット、請求項１０に記載された移動式作業機械および請求項１２に記載された、作業機械の制御方法に関する。

【0002】

移動式作業機械、たとえばショベルカー、クレーンまたはフォークリフトは、空間内に位置付け可能な動作点を有している。この動作点はたとえば、作業機器における特徴的な点であり、たとえば掘削バケットの頂点、グラップルの頂点、ブレーカの頂点またはフォークの頂点、またはクレーンの場合には搬送物の吊り上げ点である。動作点はここで、セグメントの終端部または多関節結合されている剛性セグメントのシーケンスまたはチェーンの終端部に位置しており、このセグメントまたはこれらのセグメントはアクチュエータによって連節されており、したがってその位置が調節可能である。

【0003】

空間的な動きおよび空間的な位置付けは重要であるので、ユーザインタフェース（ＨＭＩ）はこれらのためにできるだけ直感的に操作可能であるべきである。多数の軸線で、複数の回転自由度において旋回可能なジョイスティック、すなわちグリップ要素が一般に使用されている。

【0004】

ショベルカーの場合には、たとえば、アクチュエータを介して連節されている、ショベルカーのセグメント、すなわちブーム、アーム、バケットおよび回動機構の４つの運動自由度が、２つのジョイスティックの４つの自由度に割り当てられている。ジョイスティックの各動きによって、各セグメントを連節している、割り当てられたアクチュエータに目標速度が設定される。たとえば、ブームジョイスティックの動きは、ブームアクチュエータ、すなわちブームシリンダの目標速度として解釈される。これに従って機械制御部によってアクチュエータの駆動制御が実現され、この結果、アクチュエータの所望の動きが実現される。掘削または平坦化のための動作点の所望の動きを結果として生じさせる、複数のアクチュエータの並行した動きの同期化は、手動で駆動制御される機械の場合には、操作員によってのみ実現される。これは極めて高い要求を課し、あまり直感的に行われない。

【0005】

操作員にそれほど多くの要求を課さない制御は、座標開ループ制御または動作点（ＴＣＰ）開ループ制御または座標閉ループ制御または動作点（ＴＣＰ）閉ループ制御である。ここでは、グリップ要素の動きを介して、動作点の動きが直接設定される。機械制御部は、この動きから、動作点の設定されている目標速度および目標方向を算出し、ここから複数のアクチュエータの、要求されている同期化された駆動制御を算出する。このような方法は、たとえば、「Ｒｏｂｏｔｉｃｓ－Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ， Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ」（Ｌ． Ｓｃｉａｖｉｃｃｏ， Ｌ． Ｖｉｌｌａｎｉ， Ｇ． Ｏｒｉｏｌｏ， Ｂ． Ｓｉｃｉｌｉａｎｏ著、２００９年）から知られている。

【0006】

典型的な作業タスクは、平面の作製であり、すなわち、所定の傾斜角を備える面または一般的に表現すると、所定の姿勢および傾斜を備える面が作製されるべきである。既存のアプローチでは、目標平面の設定は、ディスプレイを介した目標経路の設定によって行われる。ここでは平面は、機械座標系に対して相対的に定義される、またはＧＮＳＳ位置決定システムが存在する場合には、世界座標において定義される。アシスト機能は、動作点を目標平面に合わせて調整することができる。アシスト機能がアクティブな場合には、動作点が自動的に、この時点での自身の位置から、事前に調節されている目標経路へと動かされる／調整される。

【0007】

ここでの欠点は、一方では、座標入力に基づいているこの調節が、あまり直感的に行われず、かつあまり役に立たないことであり、他方では、動作点が、平面接近時に、少なくとも一時的に、操作員によって明示的に設定された方向ではなく、単にアシスト機能のコントロール下で発生する方向において動くことである。ここでこの運動が手動によって行われている場合と、アシスト機能が介入している場合との区別は明確には見て取れない。これは、コントロール不能の印象を与える。

【0008】

既知の実施の際には、目標平面の設定または調節およびアシスト機能のアクティブ化または非アクティブ化に対話型ディスプレイが使用され、このような場合には、ディスプレイにおいてアシスト機能をオンもしくはオフにすることなく、手動の制御と部分的に自動化された制御との切り替えを行うことはできない。目標平面の位置が変更されるべき（たとえば、さらに、別の層が削り取られるべき）場合には、ディスプレイにおいて、目標平面を再度、変更することが求められる。このために、操作員は、グリップ要素またはジョイスティックから手を放し、ディスプレイにおいて、調節された値を修正しなければならない。この方法は、手動の動作と部分的に自動化された制御との間での切り替えを困難にし、これも、コントロール不能との印象を与え得る。

【0009】

これに対して、本発明の課題は、目標平面を直感的に調節することができる制御ユニットを実現することである。さらに、課題は、目標平面が直感的に調節される移動式作業機械を実現することであり、最後に、作業機械の目標平面を直感的に調節することができる、移動式作業機械の制御方法が実現されるべきである。

【0010】

第１の課題は、請求項１の特徴を有する制御ユニットによって解決され、第２の課題は、請求項１０の特徴を有する移動式作業機械によって解決され、最後の課題は、請求項１２の特徴を有する方法によって解決される。

【0011】

本発明の有利な発展形態は、各従属請求項に記載されている。

【0012】

移動式作業機械用の制御ユニットは、作業機械の動作点を手動で制御するための、動かすことが可能な少なくとも１つのグリップ要素を有している。ここでは、空間内の動作点の位置を、特に絶えず検出し、かつ／または求める検出ユニットが設けられている。さらに、制御ユニットはアシストユニットを有しており、このアシストユニットで、またはこのアシストユニットにおいて目標平面が調節可能であり、特に格納可能である。アシストユニットは、目標平面に沿った動作点の動きおよび／または位置付けの、少なくとも部分的に自動化された制御に用いられる。本発明に対応して、制御ユニットは、目標平面の点、特にスタートポイントまたはアンカーポイントが、動作点の検出された位置に関連して調節可能であるように構成されている。

【0013】

したがって、従来技術において依然として必要とされるような目標平面の点、特にスタートポイントまたはアンカーポイントの座標の知識は、もはや必要ではない。操作員はその代わりに、作業機械の動作点をグリップ要素またはジョイスティックによって、手動で、空間内の所望の点へ制御し、次にこれを目標平面のスタートポイントまたはアンカーポイントとして定義することができる。このような点から始まって、目標平面が延在する。本発明のこのような構成は、目標平面の各変更時に、たとえば、さらに、別の層が削り取られるべき場合に、有用であることが判明している。すなわち、外部のディスプレイでの目標平面の点の変更は、必要なくなる。操作員は、常に、グリップ要素に手をとどめておくことができ、新たな点、たとえばより深い点の駆動制御だけで、目標平面の点を新たに調節することができる。この際に、当然ながら、場合によってはさらに目標平面の傾斜が調節されるべきであることに留意されたい。これについて以降で詳細に説明する。

【0014】

制御ユニットは、有利には、検出ユニットまたはアシストユニットの故障時にも、常に手動で動作可能であるように構成されている。

【0015】

動作点は有利には、作業機械の作業工具の特徴的な点である。これは特に、クローラショベル、ホイールショベル、ミニショベル、マイニングショベル、バックホーローダ、トラック積込クレーンまたはコンクリートポンプである。

【0016】

グリップ要素は有利には、複数の、特に３つまたは４つの自由度において動かすことが可能である。これは有利には、ジョイスティックとして構成されている。複数のグリップ要素が設けられていてもよく、特に２つのグリップ要素が設けられていてもよく、それぞれのグリップ要素が、操作を行うそれぞれの手のために設けられていてもよい。

【0017】

発展形態において、操作要素が設けられており、この操作要素を介して、検出された位置に関連して点が調節可能である場合には、装置技術的に容易に点の調節を行うことができる。

【0018】

ここで、発展形態において、操作要素の操作を介して、この点に、検出された位置が、割り当て可能である。この割り当ては、発展形態において、オフセットを伴って、またはオフセットを伴わずに、行われ得る。発展形態において、このオフセットは、アシストユニットにおいて事前に調節可能であり、すなわちデフォルトとして格納可能である。

【0019】

有利な発展形態では、このような操作を介してさらに、少なくとも部分的に自動化された制御がアクティブにされてもよい。

【0020】

そうでない場合、すなわち操作されていない場合には、部分的に自動化された制御を非アクティブ状態にしておくために、操作要素は、発展形態において、操作されてない基本位置を有しており、この基本位置にプリロードされている、または調節されている。

【0021】

発展形態において、操作要素がグリップ要素に、特に、意図したとおりの把持姿勢の維持のもとで、触ることができるように配置されている場合には、点の調節またはこれに加えて、部分的に自動化された制御のアクティブ化が特に人間工学的かつ効率的に行われる。したがって、操作要素の操作および解放による、手動の制御と部分的に自動化された制御またはアシストされた制御との間の迅速かつ容易な切り替えを、グリップ要素から手を放す必要なく、行うことが可能になる。

【0022】

操作要素はたとえば、センサフィールドまたはボタン、スイッチ、ホイール等として構成されていてもよい。

【0023】

発展形態では、制御ユニットは、グリップ要素に配置されている、またはグリップ要素とは別個に配置されているインタフェースを有しており、このインタフェースを介して、目標平面の少なくとも１つの傾斜が調節可能である。この少なくとも１つの傾斜を調節した後、いずれの場合にも目標平面は完全に調節されている、または定義されている。

【0024】

択一的または付加的に、アシストユニットは、特にインタフェースを介して、標準的な傾斜がデフォルトとして事前に調節可能であるように構成されている。

【0025】

傾斜を所望のように調節することを可能にするために、インタフェースは、段階的にまたは連続的に位置が調節可能な操作要素またはタッチ要素として構成されていてもよい。

【0026】

特に、インタフェースは、グリップ要素に、グリップポジションの維持のもとで、触ることができるように配置されている、または別個に配置されているホイールとしてまたは配置されているローラとして構成されていてもよい。

【0027】

有利には、アシストユニットは、ディスプレイ、特に直前に挙げたインタフェースを備えるタッチディスプレイを有しており、これを介して、目標平面、特に目標平面の空間的な配置および傾斜が、操作員に、観察および／または変更のために表示可能である。したがって、操作員は、現下調節されている目標平面を完全にコントロールすることができる。

【0028】

目標平面に沿った、少なくとも部分的に自動化された制御、言い換えればアシスト機能は、有利には、上述のように、操作要素が操作される場合にのみアクティブ化可能である。

【0029】

特に、部分的に自動化された制御への切り替えは、これに対して安全基準が満たされている場合にのみ可能である。このような安全基準は特に、検出ユニットによって検出された、グリップ要素のニュートラルポジションであり、このニュートラルポジションにおいては、グリップ要素はいかなる動きも有していない。操作要素を放した後には常に、純粋に手動の制御が提供される。

【0030】

発展形態では、目標平面に沿った動作点の速度は、グリップ要素の検出された動きによって制御可能である。

【0031】

発展形態では、アシストユニットはこのために、次のように構成されている。すなわち、グリップ要素を介して、グリップ要素の動きに従って要求された動作点の速度が、調節された目標平面に沿った動作点の速度ベクトルに、アシストユニットを介して換算可能であり、かつこれに関連して、作業機械の１つのアクチュエータまたは複数のアクチュエータが、アシストユニットを介して駆動制御可能であるように構成されている。作業機械の１つのアクチュエータまたは複数のアクチュエータによって、動作点が間接的にまたは直接的に連節可能である。

【0032】

目標平面からの動作点の偏差を最小化するために、位置調整部が、アシストユニットにおいて、または別の、アシストユニットと信号接続されている、制御ユニットまたは作業機械の機械制御部において設けられている。

【0033】

目標平面に沿った動作点の経路は、特に、事前に調節されている点および、グリップ要素の動きによって要求される速度ベクトルの積分から、結果として生じる。

【0034】

移動式作業機械は、少なくとも１つのアクチュエータによって、間接的にまたは直接的に連節されている動作点と、上述の記載の少なくとも１つの態様に従って構成されている制御ユニットとを有している。

【0035】

少なくとも１つのアクチュエータは、有利には油圧式であり、特に油圧シリンダである。択一的または付加的に、アクチュエータの電気的な構造様式が可能である。異なるアクチュエータ、油圧式の構造様式、電気的な構造様式またはその他の構造様式の混合形態が可能である。

【0036】

発展形態では、作業機械は機械制御部を有しており、機械制御部は選択的に、直接的にグリップ要素と信号接続可能である、または信号接続されている、またはアシストユニットを介してグリップ要素と信号接続可能である、または信号接続されている。機械制御部によって、少なくとも１つのアクチュエータが、グリップ要素の動きに関連して、かつ操作要素の操作に関連して駆動制御可能である。ここで、機械制御部の入力信号は、操作要素の操作時には、すなわち部分的に自動化された制御がアクティブにされている時には、アシストユニットに関連している。操作が行われていない時には、入力信号は直接的にグリップ要素に関連しており、アシストユニットは影響を及ぼさない。

【0037】

発展形態では、アシストユニットは機械制御部から、モジュール式に、境界で分離されている。このような構造化によって、従来の作業機械に容易に、本発明の制御ユニットを付け加えること、すなわち装備させることが可能になる。

【0038】

機械制御部は択一的に、制御ユニットの一部であってもよい。

【0039】

調節可能な目標平面に沿った、上述の記載の少なくとも１つの態様に従って構成されている移動式作業機械の動作点の手動の制御および少なくとも部分的に自動化された制御のための方法は、「目標平面を調節する」ステップと「目標平面に沿った、動作点（ＴＣＰ）の少なくとも部分的に自動化された制御を行う」ステップとを有している。本発明に対応して、「目標平面を調節する」ステップは、グリップ要素および検出ユニットによって、「動作点（ＴＣＰ）の位置の駆動制御および検出を行う」ステップと、「動作点（ＴＣＰ）の検出された位置に関連して目標平面の点を調節する」ステップとを有している。

【0040】

このような手法の利点は、既に詳細に、本発明の制御ユニットの構成の上述した一連の記載において説明されている。本発明の制御ユニットは、特に、この方法の実施を可能にする。特に、本発明の方法は、上述の制御ユニット内に、実施のために格納されている。

【0041】

発展形態では、「動作点（ＴＣＰ）の検出された位置に関連して目標平面の点を調節する」ステップが、特にグリップ要素に、特に、意図したとおりの把持姿勢の維持のもとで、触ることができるように配置されている操作要素の操作によって行われる。

【0042】

発展形態では、「目標平面を調節する」ステップは、「目標平面の傾斜を調節する」ステップを有している。特に、このステップは、グリップ要素に配置されている、またはグリップ要素とは別個に配置されている、制御ユニットのインタフェースによって行われる。

【0043】

発展形態では、「動作点（ＴＣＰ）の手動の制御を行う」ステップと「目標平面に沿った、動作点（ＴＣＰ）の少なくとも部分的に自動化された制御を行う」ステップとの間の切り替えは、操作要素の操作および解放によって行われる。

【0044】

有利には、この方法はセキュリティクエリを有しており、セキュリティクエリが、グリップ要素の動きがゼロに等しいとの結果をもたらす場合にのみ、セキュリティクエリに従って、切り替えが実行可能である。

【0045】

以降では、本発明の制御ユニットの実施例、移動式作業機械の実施例ならびに本発明の方法の実施例が図面により詳細に示される。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】実施例に即した、手動の制御時の、自身の動作点およびその自由度を備える、本発明の移動式作業機械の側面図である。

【図2】部分的に自動化された制御時の、自身の動作点およびその自由度を備える、図１に示された移動式作業機械の側面図である。

【図3】図１および図２に示された移動式作業機械の本発明の制御ユニットの概略図であり、この移動式作業機械は、この制御ユニットによって駆動制御されるアクチュエータを備えている。

【図4】図３に示された制御ユニットのアシストユニットの概略図である。

【図5】本発明の方法を示す図である。

【0047】

図１には、下部機構２を備えるショベルカー１である移動式作業機械が示されている。下部機構２上には上部機構４が設けられている。上部機構４には、ブーム６がスイベルジョイントで取り付けられており、ブーム６は、ブーム６に旋回可能に支持されているアーム８と共に、ショベルカー１の動作アームを形成している。動作アームの終端部にバケット１２として形成されている作業機器が揺動可能に操作されるように支持されている。バケット１２の頂点は、作業機械１の動作点ＴＣＰである。

【0048】

下部機構２、上部機構４、ブーム６、アーム８およびバケット１２の作業機器は、セグメントのチェーンを形成し、これらのセグメントは、先行する各セグメントから始まって、アクチュエータによって連節されている。したがって、上部機構４は、下部機構２に配置されている油圧回転モータ（図示されていない）によって、回動するように操作され得る。ブーム６は、上部機構４に設けられている油圧ブームシリンダ１４によって、揺動するようにまたは旋回するように操作可能であり、アーム８は、ブーム６に設けられている油圧アームシリンダ１６によって、揺動するようにまたは旋回するように操作可能であり、バケット１２は、アーム８に設けられているバケットシリンダ１８を介して、リンク機構および連結器を介して、回転軸線を中心に揺動可能に操作され得る。セグメント４，６，８，１２の動きを総合したものが、三次元空間における動作点ＴＣＰの動きとなり、三次元空間における動作点の位置付けを可能にする。動作点ＴＣＰの実際の位置を検出するために、各セグメント４，６，８，１２に、検出ユニットの傾斜センサ（図示されていない）が設けられている。択一的または付加的に、角度センサおよび／または変位センサが設けられていてもよい。

【0049】

制御ユニットは、これらのセンサのうちの少なくとも２つのセンサからの信号を、動作点ＴＣＰの位置を特定するために処理し、これによって、必要なシリンダ移動距離の計算を用いて、油圧シリンダ１４，１６，１８に対する各体積流量を調整する。したがって、動作点ＴＣＰの実際の位置が、動かすことが可能なグリップ要素（ジョイスティック）を介した、手動の目標値設定に従って調整可能である。

【0050】

図１の下部に示されているように、作業機械１の制御ユニットは、把持可能な、人間工学的に形成されている２つのグリップ要素２６，２８（以降ではジョイスティックと称する）を有しており、これらはそれぞれ操作を行う手のための保持部分３０を有している。ジョイスティック２６，２８は、それぞれ、矢印記号によって示されている２つの回転自由度において、旋回可能に動くように支持されている。

【0051】

制御ユニットもしくは作業機械１の可能な実施例では、選択的に、動作点ＴＣＰの純粋に手動の制御が設けられている。これは図１に示されている。このために、制御ユニットでは、セグメント４，６，８，１２を動かすためのジョイスティック２６，２８の自由度の割り当てが、次のように定義されている。

【0052】

操作員の方へジョイスティック２６を引くことを表す、下方への、矢印に従った、左側のジョイスティック２６の旋回によって、アームシリンダ１６を伸長させ、これによって上部機構４の方へアーム８が引っ張られる。反対方向におけるジョイスティック２６の旋回によって、アームシリンダ１６が収縮し、これによってアームが上部機構４から離れる方向に押し動かされる。左側への、矢印に従ったジョイスティック２６の旋回によって、上部機構４およびそれと共に動作点ＴＣＰが、上部機構４の垂直軸線を中心に反時計回りに「左側へ」回動し、その逆も同様である。

【0053】

下方へ、矢印に従って、右側のジョイスティック２８を旋回させること、すなわち、操作員の方へ引くこと（上記を参照）によって、ブームシリンダ１４を伸長させ、これによってブーム６が上昇する。反対方向におけるジョイスティック２８の旋回によって、ブームシリンダ１４が収縮し、ブーム６が下降する。

【0054】

左側への、矢印に従った、右側のジョイスティック２８の旋回によって、バケットシリンダ１８を伸長させ、これによってバケット１２が閉じられ、その逆も同様である。

【0055】

動作点ＴＣＰは、運動学的に結合されて、セグメント４，６，８，１２の動きに追従する。

【0056】

図２に示された目標平面３２に沿った動作点の動きを容易にするために、本発明に対応して、制御ユニットもしくは作業機械１の実施例において、アシストされ、部分的に自動化された制御が設けられている。これによって、動作点ＴＣＰは常に、例外を除いて、目標平面３２に合わせて調整される。

【0057】

このアシスト機能は、左側のジョイスティック２６の把持部分３０の領域に、触ることができるように配置されている操作要素３１によってアクティブ化可能であり、操作が持続されている間、維持される。部分的に自動化された制御に対しては、制御ユニットにおいて、ジョイスティック２６，２８の動きに、主に、調節されている目標平面３２に沿った動作点ＴＣＰの動きが定義されている。

【0058】

手動の制御と同じように、部分的に自動化された制御でも、左側への、矢印に従ったジョイスティック２６の旋回によって、上部機構４およびそれと共に動作点ＴＣＰが、上部機構４の垂直軸線を中心に反時計回りに「左側へ」回動し、その逆も同様である。この際に、目標平面が動作点ＴＣＰから「離れる」ことがある。

【0059】

図２における矢印に従った、下方への左側のジョイスティック２６の旋回によって、動作点ＴＣＰは上部機構４の方へ引き寄せられ、特に目標平面３２上、より正確には目標平面３２の経路上に引き寄せられる。反対方向におけるジョイスティック２６の旋回によって、動作点ＴＣＰは、経路上で上部機構４から押し離される。ジョイスティックの動きはここで、経路上で動作点が引き寄せられるまたは押し離される速度を定義する。

【0060】

下方へ、矢印に従って、右側のジョイスティック２８を旋回させること、すなわち、操作員の方へ引くこと（上記を参照）を介して、目標平面３２から動作点ＴＣＰが垂直に上昇し、反対方向では、下方への、目標平面３２からの下降が行われる（すなわち土壌中へ）。

【0061】

したがって、アシストされている制御の際にも、動作点の動きを手動で修正することができる。

【0062】

左側への、矢印に従った、右側のジョイスティック２８の旋回によって、経路上で動作点ＴＣＰが固定され、動作点ＴＣＰを中心とした、バケット１２の旋回が、示された旋回方向において行われる。右側への旋回の場合には、これは、反対の旋回方向で行われる。

【0063】

図３は、本発明の制御ユニット３４を備える作業機械を概略的に示している。これは、上述のセグメント４，６，８，１２またはアクチュエータである回動機構駆動部、油圧シリンダ１４，１６，１８の位置を検出する検出ユニット３６を有している。

【0064】

制御ユニット３４は、作業機械１の機械制御部３８と信号接続されており、この機械制御部３８によって、ジョイスティック２６，２８の上述の動きに関連して、さらに場合によっては、アクティブにされた、部分的に自動化された制御に関連して、アシストユニット４０を用いて、アクチュエータが駆動制御される。

【0065】

さらに、制御ユニット３４は、入力インタフェースおよび出力インタフェースとして、タッチディスプレイ４２を有しており、このタッチディスプレイ４２で、目標平面３２の傾斜または平坦化角度が調節可能であり、上述した、部分的に自動化された制御が操作要素３１に伴ってアクティブ化可能であり、ピッチ補償がアクティブ化可能であり、平坦化速度のスケーリングが調節可能である。列挙したこれら４つの調節もしくはアクティブ化は、信号接続４４，４６，４８，５０を介してアシストユニット４０に引き渡し可能である。検出ユニット３６によって検出された位置は、信号接続５２を介してアシストユニット４０に引き渡し可能である。アシストユニット４０は、インタフェース４２に、表示可能な情報として、傾斜／平坦化角度と、動作点ＴＣＰの位置と、部分的に自動化された制御の状態（アクティブ、はい／いいえ）と一般的に、部分的に自動化された制御の可用性、たとえばセキュリティクエリに関連した、部分的に自動化された制御の可用性とを信号接続５４，５６，５８および６０を介して供給する。部分的に自動化された制御の状態（アクティブ、はい／いいえ）も、機械制御部３８に引き渡される。

【0066】

操作員によって、ジョイスティック２６，２８の対応する動きによって設定された速度要求は、信号接続６２を介して直接的に機械制御部３８に引き渡され、かつ信号接続６４を介してアシストユニット４０に引き渡される。部分的に自動化された制御のアクティブ化／非アクティブ化のための操作要素３１の信号は、信号接続６６を介してアシストユニット４０に引き渡される。

【0067】

部分的に自動化された制御がアクティブである場合、すなわち入力側６６を介した信号が正の場合、信号接続６２は機械制御部３８によって無視され、アシストユニット４０は信号接続６４の未処理信号を次のように変更する。すなわち、調節された目標平面３２が、図２に基づいて記載された割り当てに従って維持可能であるように変更する。このために、信号接続６２’を介して、変更された信号が機械制御部３８に引き渡される。

【0068】

図４は、アシストユニット４０およびアシストユニット４０の機能を詳細な図面で示している。

【0069】

アシストユニット４０は状態コーディネータ６８を有しており、この状態コーディネータ６８には、上述した信号入力である、部分的に自動化された制御がアクティブであるか「はい／いいえ」４６、セグメントまたはアクチュエータの検出された位置５２、ジョイスティックの検出された動き６４および操作要素３１が操作されているか「はい／いいえ」６６が入力される。さらに、アシストユニット４０はアシスト装置７０を有しており、アシスト装置７０には上で挙げた信号入力５２，６４，６６ならびにピッチ補償の信号入力４８および動作点速度のスケーリング５０が入力される。

【0070】

状態コーディネータ６８は、これらの入力４６，５２，６４，６６から、機械の状態を求め、部分的に自動化された制御の可用性を決定し、図３に示されたインタフェース４２上に表示される、操作員のための状態情報を生成する。

【0071】

アシスト装置７０は、これらの入力４８，５０，５２，６４，６６から、動きを、目標平面に沿った動作点ＴＣＰの所望の動きとして再解釈し、このために、作業機械１の微分逆運動学を解き、これに対応して、アクチュエータである回動機構および油圧シリンダ１４，１６，１８の事前制御のための駆動制御信号を計算し、アクチュエータおよび／またはセグメントの検出された位置および／または速度に基づいて、目標平面３２からの動作点ＴＣＰの偏差が相殺されるように調整する。

【0072】

図５は、はじめに目標平面３２が調節され、その後に平坦化されるという条件が付けられた、本発明による、移動式作業機械１の制御方法７２の実施例を示している。

【0073】

第１のステップ７４において、操作員は、操作されていない操作要素３１のもとで、動作点ＴＣＰを、空間における目標平面３２の所望のスタートポイントへ制御する。ここでは、図１に示された、グリップ要素３０の動きの、セグメント４，６，８，１２の動きへの割り当てが有効である。第２のステップ７６において、このような点が、操作要素３１の簡単な操作によって、目標平面３２のスタートポイントまたはアンカーポイントとして設定される。第３のステップ７８において、目標平面の傾斜／平坦化角度が調節されてもよく、この調節は、タッチディスプレイ４２での調節を介してまたはたとえばジョイスティック２６，２８のうちの１つのジョイスティックに把持可能に配置されているインタフェース、たとえばローラを介して行われる。第４のステップ８０において、操作員は、操作要素３１を持ちながら、部分的に自動化された、すなわちアシストされた平坦化を開始し、ここで、図２に示された、グリップ要素３０の動きの、動作点の動きへの割り当てが有効であり、図３および図４に示されたアシストユニットが効果を発揮する。第５のステップ８２において、操作要素３１を放すだけで、アシストされた制御が終了する。

【0074】

調節可能な目標面または目標経路に沿った、作業機械の動作点の手動での制御およびアシストユニットによってサポートされた、少なくとも部分的に自動化された制御のための動かすことが可能なグリップ要素を備えた制御ユニットが開示されている。この制御ユニットは、動作点の目標経路または目標面の点が次のように調節可能であるように構成されている：グリップ要素を介して動作点が点へ手動で制御され、続いて、このような点が目標経路または目標面へ手動で割り当てられる。

【0075】

さらに、このように構成されている制御ユニットを備える移動式作業機械およびこの作業機械の制御方法が開示されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2022-03-23

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動式作業機械（１）用の制御ユニットであって、
前記作業機械（１）の動作点（ＴＣＰ）を手動で制御するための、動かすことが可能な少なくとも１つのグリップ要素（２６，２８）と、
空間内の前記動作点（ＴＣＰ）の位置を検出する検出ユニット（３６）と、
調節可能な目標平面（３２）を備え、前記目標平面（３２）に沿った、前記動作点（ＴＣＰ）の少なくとも部分的に自動化された制御を行うアシストユニット（４０）と、
を有し、
前記動作点（ＴＣＰ）の検出された位置に関連して、前記目標平面（３２）の点が調節可能である、
ことを特徴とする制御ユニット。

【請求項2】

操作要素（３１）を備え、前記操作要素（３１）を介して、前記検出された位置に関連して前記動作点（ＴＣＰ）が調節可能である、請求項１記載の制御ユニット。

【請求項3】

前記操作要素（３１）を介して、前記動作点（ＴＣＰ）に、前記検出された位置が、オフセットを伴って、またはオフセットを伴わずに割り当て可能である、請求項２記載の制御ユニット。

【請求項4】

前記操作要素（３１）を介して、前記少なくとも部分的に自動化された制御がアクティブ化可能である、請求項２または３記載の制御ユニット。

【請求項5】

前記操作要素（３１）は、前記少なくとも部分的に自動化された制御が非アクティブ状態にされている、操作されてない基本位置を有している、請求項２から４までのいずれか１項記載の制御ユニット。

【請求項6】

前記操作要素（３１）は前記少なくとも１つのグリップ要素（２６）に、特に、意図したとおりの把持姿勢の維持のもとで、触ることができるように配置されている、請求項２から５までのいずれか１項記載の制御ユニット。

【請求項7】

少なくとも１つのグリップ要素に配置されている、または前記少なくとも１つのグリップ要素とは別個に配置されているインタフェース（４２）を有しており、前記インタフェース（４２）を介して、前記目標平面（３２）の傾斜が調節可能である、請求項１から６までのいずれか１項記載の制御ユニット。

【請求項8】

前記インタフェースは、段階的にまたは連続的に位置が調節可能な操作要素またはタッチ要素（４２）として構成されている、請求項７記載の制御ユニット。

【請求項9】

前記目標平面（３２）に沿った前記動作点（ＴＣＰ）の速度が、前記少なくとも１つのグリップ要素（２６，２８）の少なくとも１つの検出された動きによって制御可能である、請求項１から８までのいずれか１項記載の制御ユニット。

【請求項10】

移動式作業機械であって、
少なくとも１つのアクチュエータ（１４，１６，１８）によって、間接的にまたは直接的に連節されている動作点（ＴＣＰ）と、請求項１から９までのいずれか１項に従って構成されている制御ユニット（３４）とを有している、
移動式作業機械。

【請求項11】

前記制御ユニット（３４）は、操作要素（３１）を備え、前記操作要素（３１）を介して、前記検出された位置に関連して前記動作点（ＴＣＰ）が調節可能であり、
機械制御部（３８）を有しており、前記機械制御部（３８）は直接的に、前記少なくとも１つのグリップ要素（２６，２８）と信号接続可能であり、または信号接続されており、または前記アシストユニット（４０）を介して前記グリップ要素（２６，２８）と信号接続可能であり、または信号接続されており、
前記機械制御部（３８）によって、前記少なくとも１つのアクチュエータ（１４，１６，１８）が、前記少なくとも１つのグリップ要素（２６，２８）の動きに関連して、かつ前記制御ユニット（３４）の前記操作要素（３１）の操作に関連して駆動制御可能であり、
前記機械制御部（３８）の入力信号は、操作時には、前記アシストユニット（４０）に関連しており、操作が行われていない時には、前記アシストユニット（４０）に関連していない、請求項１０記載の移動式作業機械。

【請求項12】

調節可能な目標平面（３２）に沿った、請求項１０または１１に従って構成されている移動式作業機械（１）の動作点（ＴＣＰ）の少なくとも部分的に自動化された制御のための方法であって、前記方法は、
「前記目標平面（３２）を調節する（７６，７８）」ステップと「前記目標平面（３２）に沿った、前記動作点（ＴＣＰ）の少なくとも部分的に自動化された制御を行う（８０）」ステップとを有しており、
「前記目標平面を調節する（７６，７８）」前記ステップは、少なくとも、
・前記少なくとも１つのグリップ要素（２６，２８）および前記検出ユニット（３６）によって、「前記動作点（ＴＣＰ）の位置の駆動制御（７４）および検出を行う」ステップと、
・「前記動作点（ＴＣＰ）の前記検出された位置に関連して前記目標平面（３２）の点を調節する（７６）」ステップとを有している、
ことを特徴とする方法。

【請求項13】

「前記動作点（ＴＣＰ）の前記検出された位置に関連して前記目標平面（３２）の前記点を調節する（７６）」前記ステップを、特に前記少なくとも１つのグリップ要素（２６）に、特に、意図したとおりの把持姿勢の維持のもとで、触ることができるように配置されている操作要素（３１）の操作によって行う、請求項１２記載の方法。

【請求項14】

「前記目標平面（３２）を調節する」前記ステップは、前記グリップ要素に配置されている、または前記グリップ要素とは別個に配置されているインタフェース（４２）によって行われる「前記目標平面（３２）の傾斜を調節する（７８）」ステップを有している、請求項１２または１３記載の方法。

【請求項15】

前記制御ユニット（３４）は、操作要素（３１）を備え、前記操作要素（３１）を介して、前記検出された位置に関連して前記動作点（ＴＣＰ）が調節可能であり、
「前記動作点（ＴＣＰ）の手動の制御を行う（７４）」ステップと「前記目標平面（３２）に沿った、前記動作点（ＴＣＰ）の少なくとも部分的に自動化された制御を行う（８０）」ステップとの間の切り替えを、前記操作要素（３１）の操作および解放によって行う、請求項１３または１４記載の方法。

【外国語明細書】