(57)【要約】      （修正有）【課題】重力により発生するトルク成分の悪影響を発現させず、傾斜地において快適に旋回操作を行うことが可能な建設機械を提供する。【解決手段】操作部の操作量に応じて電動旋回モータに対するトルク指令値を出力するトルク指令値生成部５０と、旋回半径を取得する旋回半径取得部６０と、積載重量を取得する積載重量取得部７０と、旋回半径及び積載重量に基づきイナーシャの逆数を表す値を取得するイナーシャ取得部５２と、トルク指令と、イナーシャの逆数とに基づき基準角加速度を算出する基準角加速度算出部５３と、回転速度から求まる実角加速度と基準角加速度との偏差に基づき、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を補償するための重力補償トルクを算出する重力補償トルク算出部５１と、重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、トルク指令値を重力補償トルクで補正する補正部５３と、を有する。【選択図】図４
2020029669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機を有する上部旋回体と、
旋回軸を介して前記上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体と、
前記上部旋回体を旋回させる電動旋回モータと、
前記上部旋回体の回転速度を表す値を取得する回転速度取得部と、
操作部の操作量に応じて前記電動旋回モータに対するトルク指令値を出力するトルク指令値生成部と、
前記作業機の旋回半径を取得する旋回半径取得部と、
前記作業機の積載重量を取得する積載重量取得部と、
前記旋回半径及び前記積載重量に基づき、イナーシャの逆数を表す値を取得するイナーシャ取得部と、
トルク指令と、前記イナーシャの逆数とに基づき、前記トルク指令値で前記電動旋回モータが駆動した際に発生すべき基準角加速度を算出する基準角加速度算出部と、
前記回転速度から求まる実角加速度と前記基準角加速度との偏差に基づき、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を補償するための重力補償トルクを算出する重力補償トルク算出部と、
重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、前記トルク指令値を前記重力補償トルクで補正する補正部と、
を備える、建設機械。
【請求項２】
前記積載重量取得部は、予め設定された値を前記積載重量として取得する、請求項１に記載の建設機械。
【請求項３】
前記旋回半径取得部は、予め設定された値を前記旋回半径として取得する、請求項１に記載の建設機械。
【請求項４】
前記作業機は、前記上部旋回体に回動可能に支持されるブームと、前記ブームに回動可能に支持されるアームと、を有し、
前記旋回半径取得部は、前記アーム及び前記ブームの前記上部旋回体に対する位置関係を検出するための位置検出用センサと、前記位置検出用センサの検出結果に基づいて旋回半径を算出する旋回半径算出部と、を有する、請求項１又は２に記載の建設機械。
【請求項５】
前記積載重量取得部は、重量を計測するための重量計測用センサと、前記重量計測用センサの検出結果に基づいて積載重量を算出する積載重量算出部と、を有する、請求項１又は３に記載の建設機械。
【請求項６】
前記重力補償トルク算出部は、前回算出した前記重力補償トルクに対し、前記偏差に基づく値を累積的に積算する学習処理を実行することで、前記重力補償トルクを新たに算出する、請求項１〜５のいずれかに記載の建設機械。
【請求項７】
前記基準角加速度算出部に前記トルク指令値が入力される前に、前記トルク指令値の位相を遅らせる処理を行う位相補償部を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動旋回モータにより旋回する建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１及び２に示すように、上部旋回体を電動旋回モータで駆動し、作業機や走行体を油圧アクチュエータで駆動するハイブリットタイプの電動旋回型建設機械が開発されている。上部旋回体には、キャビンやエンジンの他に、ブーム及びアーム等の作業機が搭載されている。作業機は自重が大きく、ブーム又はアームが伸長されている状態と収縮されている状態とでは、上部旋回体の慣性モーメントが異なる。傾斜地においては、重力によって上部旋回体の回転軸回りに傾斜地を下る方向へ向かうトルクが発生する。このトルクは、旋回動作に悪影響を与えることが知られている。
【０００３】
特許文献１は、傾斜地において上部旋回体の静止状態を確実に維持するために、操作レバーが中立位置にあり上部旋回体の目標速度が所定閾値を下回った場合に、電動旋回モータの制御指令を速度制御から位置制御に制御を切り替える技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２は、電動機で旋回駆動される建設機械の旋回駆動制御装置として、建設機械が平坦地に位置しないことを条件に、旋回操作方向とは逆方向の旋回動作が検出されると逆方向の旋回動作を減じる制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２２３２７公報
【特許文献２】特開２０１０−１３８５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２は、重力により発生するトルク成分及びこのトルク成分がブーム又はアームの伸縮で変化することが考慮されていないので、操作量が同じであっても、傾斜地を登る方向に旋回するときと傾斜地を下る方向に旋回するときでは挙動が異なり、旋回の操作性が損なわれてしまう。
【０００７】
特許文献２では、旋回操作方向とは逆方向の旋回動作が検知されるまで、逆方向の旋回動作を減じる制御が働かないので、上部旋回体の意図しない落下が必ず発生してしまう。
【０００８】
特許文献１，２のいずれも、回転速度を検出して目標回転速度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御しているので、傾斜地にて重力により発生するトルク成分の悪影響が実際に回転速度に悪影響を与えてから速度制御が動き出すので、旋回の操作性が損なわれてしまう。
【０００９】
本開示は、上記課題に鑑み、重力により発生するトルク成分の悪影響を発現させず、傾斜地において快適に旋回操作を行うことが可能な建設機械を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の建設機械は、
作業機を有する上部旋回体と、
旋回軸を介して前記上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体と、
前記上部旋回体を旋回させる電動旋回モータと、
前記上部旋回体の回転速度を表す値を取得する回転速度取得部と、
操作部の操作量に応じて前記電動旋回モータに対するトルク指令値を出力するトルク指令値生成部と、
前記作業機の旋回半径を取得する旋回半径取得部と、
前記作業機の積載重量を取得する積載重量取得部と、
前記旋回半径及び前記積載重量に基づき、イナーシャの逆数を表す値を取得するイナーシャ取得部と、
トルク指令と、前記イナーシャの逆数とに基づき、前記トルク指令値で前記電動旋回モータが駆動した際に発生すべき基準角加速度を算出する基準角加速度算出部と、
前記回転速度から求まる実角加速度と前記基準角加速度との偏差に基づき、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を補償するための重力補償トルクを算出する重力補償トルク算出部と、
重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、前記トルク指令値を前記重力補償トルクで補正する補正部と、
を備える。
【００１１】
このように、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すようにトルク指令値を補正するフィードフォワード制御であるので、重力によって発生するトルク成分に起因して回転速度の遅れが実際に発生しなくても、事前に打ち消す制御が可能となる。
それでいて、取得した旋回半径及び積載重量から定まるイナーシャの逆数とトルク指令値に基づき電動旋回モータが駆動した際に発生すべき基準角加速度を特定し、基準角加速度と実角加速度との偏差に基づき、未知の現在姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すための重力補償トルクを算出しているので、現在姿勢が変化しても、現在姿勢で発生する重力によるトルク成分を適切に打ち消すことが可能となる。
したがって、重力により発生するトルク成分の悪影響を発現させず、傾斜地において快適に旋回操作を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のバックホーを示す側面図
【図２】第１実施形態のバックホーを示す平面図
【図３】第１実施形態のバックホーに搭載される電気回路を示す図
【図４】第１実施形態の旋回制御コントローラを示す図
【図５】第２実施形態の旋回制御コントローラを示す図
【図６】第３実施形態の旋回制御コントローラを示す図
【図７】第４実施形態の旋回制御コントローラを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態＞
以下に、本開示の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１及び図２に示すように、ハイブリッド建設機械の一例としてのバックホー１の概略構造について説明する。バックホー１は、下部走行体１１と、作業機１２と、上部旋回体１３とを備える。
【００１５】
下部走行体１１は、上部旋回体１３の内部に収容されるエンジン２からの動力を受けて駆動し、バックホー１を走行させる。下部走行体１１は、左右一対のクローラ１１ａ，１１ａ及び左右一対の走行モータ１１ｂ，１１ｂを備える。油圧モータである左右の走行モータ１１ｂ，１１ｂが左右のクローラ１１ａ，１１ａをそれぞれ駆動することでバックホー１の前後進を可能としている。また、下部走行体１１には、ブレード１１ｃ、及びブレード１１ｃを上下方向に回動させるためのブレードシリンダ１１ｄが設けられている。
【００１６】
作業機１２は、エンジン２からの動力を受けて駆動し、土砂等の掘削作業を行うものである。作業機１２は、ブーム１２ａ、アーム１２ｂ、及びバケット１２ｃを備え、これらを独立して駆動することによって掘削作業を可能としている。ブーム１２ａ、アーム１２ｂ、及びバケット１２ｃは、それぞれ作業部に相当し、バックホー１は、複数の作業部を有する。
【００１７】
ブーム１２ａは、一端部が上部旋回体１３の前部に支持されて、伸縮自在に可動するブームシリンダ１２ｄによって回動される。また、アーム１２ｂは、一端部がブーム１２ａの他端部に支持されて、伸縮自在に可動するアームシリンダ１２ｅによって回動される。そして、バケット１２ｃは、一端部がアーム１２ｂの他端部に支持されて、伸縮自在に可動するバケットシリンダ１２ｆによって回動される。
【００１８】
上部旋回体１３は、下部走行体１１に対して旋回軸である旋回ベアリング（図示しない）を介して旋回可能に構成されている。上部旋回体１３には、キャビン１３１、ボンネット１３２、カウンタウェイト１３３、電動旋回モータ１３４、エンジン２等が配置されている。電動旋回モータ１３４の駆動力で上部旋回体１３が旋回ベアリング（図示しない）を介して旋回する。また、上部旋回体１３には、エンジン２により駆動される電動発電機３及び油圧ポンプ４が配設される。油圧ポンプ４が、各油圧モータや各シリンダに作動油を供給する。
【００１９】
キャビン１３１は、上部旋回体１３の左側部に立設されている。キャビン１３１には、運転席１３１ａが配置されている。運転席１３１ａの左右に一対の作業操作レバー１３１ｃ（図３参照）、前方に一対の走行レバー１３１ｂ，１３１ｂが配置されている。オペレータは、運転席１３１ａに着座して作業操作レバー１３１ｃ、走行レバー１３１ｂ，１３１ｂ等を操作することによって、エンジン２、各油圧モータ、各油圧シリンダ等の制御を行い、走行、旋回、作業等を行うことができる。
【００２０】
上部旋回体１３の後端部には、ボンネット１３２とカウンタウェイト１３３が上下に配設されている。カウンタウェイト１３３は、上部旋回体１３の後端部に立設され、エンジン２を覆う。ボンネット１３２は、カウンタウェイト１３３の上端部から上方へ延びてキャビン１３１の後壁下端部に達し、カウンタウェイト１３３とともにエンジン２を覆っている。上部旋回体１３の後端部は、平面視で円弧状に形成されており、ボンネット１３２とカウンタウェイト１３３は、上部旋回体１３の後端部に沿わせて湾曲して形成されている。本実施形態のバックホー１は、いわゆる後方小旋回型となっている。
【００２１】
次に、バックホー１に搭載される電気回路の構成を説明する。図３に示すように、バックホー１は、旋回制御コントローラ５、インバータ３１、バッテリ３２、電動旋回モータ１３４と、を有する。旋回制御コントローラ５は、作業操作レバー１３１ｃ（操作部）の旋回操作量と、単位時間あたりのモータ回転数［ｒｐｍ］とに基づき、電動旋回モータ１３４の駆動を制御する。電動旋回モータ１３４は、インバータ３１を介して旋回制御コントローラ５により制御される。電動旋回モータ１３４は、インバータ３１を介してバッテリ３２に接続されている。バッテリ３２は、電動旋回モータ１３４へ駆動エネルギーを供給する。バッテリ３２は、図２に示すように、キャビン１３１の右側に配置されている。インバータ３１は、電動旋回モータ１３４を制御する。インバータ３１は、旋回制御コントローラ５からのトルク指令値に基づいて、バッテリ３２の電力を放電して電動旋回モータ１３４を駆動させる。インバータ３１は、回転速度取得部として電動旋回モータ１３４の単位時間あたりの回転数を旋回制御コントローラ５へ入力する。勿論、上部旋回体１３の回転速度を検出する別途のセンサを設けてもよい。
【００２２】
次に、旋回制御コントローラ５の構成を説明する。図４に示すように、旋回制御コントローラ５は、トルク指令値生成部５０を有する。
【００２３】
トルク指令値生成部５０は、操作部である作業操作レバー１３１ｃの操作量に応じて電動旋回モータ１３４に対するトルク指令値を出力する。トルク指令値生成部５０は、従来の平坦地での旋回制御であり、詳細には説明しないが、操作量に応じて定まる目標回転速度と、単位時間あたりのモータ回転数に表される実回転速度との偏差が無くなるように、トルク指令値を出力する。
【００２４】
重力により発生するトルク成分を打ち消すために、図４に示すように、旋回制御コントローラ５は、旋回半径取得部６０と、積載重量取得部７０と、イナーシャ取得部５２と、基準角速度算出部５７と、重力補償トルク算出部５１と、補正部５３と、を有する。
【００２５】
重力補償トルク算出部５１は、現在姿勢が未知であるものの、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すための重力補償トルクTG_SWINGを算出する。現在姿勢、旋回半径及び積載重量のいずれもが未知であると、重力補償トルクを算出することができない。しかし、本実施形態においては、旋回半径及び積載重量が既知であるとして、現在姿勢によって変化する重力補償トルクを算出している。重力補償トルク算出部５１は、トルク指令値で電動旋回モータ１３４が駆動した際に発生すべき基準角加速度と実角加速度の偏差に基づいて重力補償トルクを算出する。これは、現在、電動旋回モータ１３４に出力しているトルク指令値に基づき発生すべき基準角加速度を予測で算出し、予測した基準角加速度に対して実際の角加速度が遅ければ、現在姿勢に応じた重力の影響であり、逆に早くても現在姿勢に応じた重力の影響と考えられる。角加速度の偏差がなくなるようにすれば、現在姿勢に応じた真の重力補償トルクを算出できたことになる。
【００２６】
補正部５３は、重力補償トルク算出部５１が算出した重力補償トルクを用い、現在姿勢において重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、トルク指令値を重力補償トルクで補正する。図中において加算となっているのは、重力補償トルクが、打ち消すためのマイナスとして算出されているからである。
【００２７】
上記が概要であるが、続いて詳細に説明する。
【００２８】
補正前トルク指令算出部５４は、補正部５３により補正された後のトルク指令値と、補正部５３に用いられた重力補償トルクとに基づき、補正前のトルク指令値を算出する。基準角加速度の推定に用いるトルク指令値は、現在のトルク指令値（補正後）から重力補償トルク成分を差し引いたものとして算出するためである。式は次のようにあらわされる。
補正前のトルク指令値tTCal[Nm]＝補正後のトルク指令値i-1−重力補償トルクi-1
tTCalの単位は、ニュートン・メートルである。ここで、補正後のトルク指令値と重力補償トルクに「ｉ−１」がついているのは、前回の値という意味である。ｉは現時点を示し、ｉ−１は前回値を示す。特に表記がない場合は、現在値である。
【００２９】
位相補償部５５は、トルク指令値で電動旋回モータ１３４が駆動した際に発生すべき基準角加速度を算出する基準角加速度算出部５３に入力される前に、トルク指令値の位相を遅らせる処理を行う。これは、トルク指令値に応じた電流が電動旋回モータ１３４に入力されたとしても、即時に所望の角加速度が発現されるわけではなく、少し位相（時間）が遅れることが判明している。すなわち、通信による遅れやインバータの電流制御による遅れにより、現在指示しているトルク指令値から推定される旋回運動（角加速度）と、現在検出している旋回運動（実角加速度）との間に時間軸のずれが発生する。位相補償部５５は、この時間軸（位相）のずれを補償する。具体的に、本実施形態では、トルク指令値にローパスフィルタを施している。式は次の通りである。
補償後のトルク指令値tTCal_Filt = α ＊ tTCal ＋(1−α)＊tTCal_Filti-1
本実施形態では、ローパスフィルタを使用しているが、トルク指令値を遅らせることができれば、これに限定されない。
なお、位相補償部５５は、精度が悪化するが省略可能である。
【００３０】
粘性摩擦除去部５６は、モータ回転数ωＳＷＩＮＧ［ｒｐｍ］を維持するために必要な粘性摩擦トルクは角加速度の増減には寄与しないため、粘性摩擦トルクをトルク指令値から除去する。式は次の通りである。
tTVis＝ＫＣＶＩＳ×ωＳＷＩＮＧ
除去後のトルク指令値tTCal_Fin＝tTCal_Filt − tTVis
ここで、ＫＣＶＩＳは粘性摩擦係数である。なお、粘性摩擦除去部５６は、精度が悪化するが省略可能である。
【００３１】
旋回半径取得部６０は、作業機１２の旋回半径ｒを取得する。第１実施形態の旋回半径取得部６０は、アーム１２ｂ及びブーム１２ａの上部旋回体１３に対する位置関係を検出するための位置検出用センサ６１と、位置検出用センサ６１の検出結果に基づいて旋回半径ｒを算出する旋回半径算出部６２と、を有する。
【００３２】
位置検出用センサ６１は、例えばブームシリンダ１２ｄ及びアームシリンダ１２ｅのストローク位置を検出するセンサでもよいし、ブーム１２ａ及びアーム１２ｂの角度を検出するセンサでもよいし、ブーム１２ａ及びアーム１２ｂの加速度を検出するセンサでもよい。
例えば、位置検出用センサ６１がストローク位置を検出するセンサである場合には、旋回半径算出部６２は、各々のシリンダ位置からブーム及びアームの角度を算出し、ブーム及びアームの角度から旋回半径ｒを順動学に基づき算出する。
例えば、位置検出用センサ６１がブーム１２ａ及びアーム１２ｂの角度を検出するセンサである場合には、旋回半径算出部６２は、ブーム及びアームの角度から旋回半径ｒを順動学に基づき算出する。
例えば、位置検出用センサ６１がブーム１２ａ及びアーム１２ｂの加速度を検出するセンサである場合には、旋回半径算出部６２は、ブーム１２ａ及びアーム１２ｂの加速度からブーム及びアームの角度を算出し、ブーム及びアームの角度から旋回半径ｒを算出する。
【００３３】
図４に戻り、積載重量取得部７０は、作業機１２の積載重量ｍを取得する。第１実施形態の積載重量取得部７０は、重量を計測するための重量計測用センサ７１と、重量計測用センサ７１の検出結果に基づいて積載重量ｍを算出する積載重量算出部７２と、を有する。
【００３４】
重量計測用センサ７１は、例えば作業機１２を駆動する油圧（ブームシリンダ１２ｄ及びアームシリンダ１２ｅ等）を計測する油圧センサでもよいし、重量を計測するロードセルでもよい。
【００３５】
図４に戻り、イナーシャ取得部５２は、旋回半径取得部６０が取得した旋回半径ｒ及び積載重量取得部７０が取得した積載重量ｍに基づき、イナーシャの逆数を表す値を取得する。本実施形態では、イナーシャの逆数を取得しているが、イナーシャを取得し、計算によりイナーシャの逆数を取得するようにしてもよい。具体的に、イナーシャ取得部５２は、イナーシャの逆数を、積載重量ｍ及び旋回半径ｒに関連付けた相関データを有し、積載重量ｍ及び旋回半径ｒを入力してイナーシャの逆数を取得する。相関データは、積載重量ｍ及び旋回半径ｒを入力とするテーブルで定義されている。
【００３６】
基準角加速度算出部５３は、トルク指令値で電動旋回モータ１３４が駆動した際に発生すべき基準角加速度ReferAccを算出する。具体的には、トルク指令値tTCal_Finにイナーシャの逆数を乗算することで、角加速度ReferAccを算出している。式にすれば次の通りである。
角加速度ReferAcc＝トルク指令値tTCal_Fin ＊ イナーシャの逆数
【００３７】
角加速度偏差算出部５８は、回転速度を表す値（モータ回転数）から求まる実角加速度ActAccと、基準角加速度ReferAccとの偏差DelAccを算出する。実角加速度ActAccは、次の式に示すように、モータ回転数［ｒｐｍ］の前進差分により算出する。
実角加速度ActAcc＝（ωＳＷＩＮＧ − ωＳＷＩＮＧ,i-1）／ΔＴ［ｓ］
角加速度偏差DelAcc＝−（ActAcc−ReferAcc）
【００３８】
本実施形態において、重力補償トルク算出部５１は、前回算出した重力補償トルクTG_SWING i-1と、角加速度偏差DelAccとに基づき、重力補償トルクTG_SWINGを新たに算出する学習部である。このように、重力補償トルク算出部５１は、前回算出した重力補償トルクTG_SWING i-1を用いて計算を行うため、前回の結果を学習でき、補償精度を向上させることが可能となる。
【００３９】
具体的には、次の式に示すように、角加速度偏差DelAccにゲイン定数をかけたものを前回の重力補償トルクTG_SWING i-1に累積的に積算する学習処理を実行することで、新たな重力補償トルクTG_SWINGを算出している。
重力補償トルクTG_SWING＝重力補償トルクTG_SWING i-1 ＋ゲイン×角加速度偏差DelAcc
【００４０】
なお、本実施形態では、重力補償トルク算出部５１は、前回算出した重力補償トルクTG_SWING i-1に累積的に積算する学習処理を実行する学習部であるが、学習処理を実行しなくてもよい。
例えば、角加速度偏差DelAccに変換係数を掛けることで、重力補償トルクTG_SWINGを直接算出するように構成してもよいし、角加速度偏差DelAccを入力値として重力補償トルクTG_SWINGを出力するテーブル又は関数形式にしてもよい。
【００４１】
＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。第１実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、説明を省略する。第２実施形態では、図５に示すように、旋回半径取得部６０は、メモリに予め設定された値（設定値）を旋回半径ｒとして取得するように構成されている。積載重量取得部７０は、第１実施形態と同じである。この構成によれば、旋回半径を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。
【００４２】
＜第３実施形態＞
第３実施形態では、図６に示すように、積載重量取得部７０は、メモリに予め設定された値（設定値）を積載重量ｍとして取得するように構成されている。旋回半径取得部６０は、第１実施形態と同じである。この構成によれば、積載重量を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。
【００４３】
＜第４実施形態＞
第４実施形態では、図７に示すように、旋回半径取得部６０は、メモリに予め設定された値（設定値）を旋回半径ｒとして取得するように構成されている。積載重量取得部７０は、メモリに予め設定された値（設定値）を積載重量ｍとして取得するように構成されている。この構成によれば、積載重量を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。旋回半径を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。
【００４４】
以上のように、第１〜４実施形態の建設機械は、
作業機１２を有する上部旋回体１３と、
旋回軸を介して上部旋回体１３を旋回可能に支持する下部走行体１１と、
上部旋回体１３を旋回させる電動旋回モータ１３４と、
上部旋回体１３の回転速度を表す値を取得する回転速度取得部（インバータ３１）と、
操作部の操作量に応じて電動旋回モータ１３４に対するトルク指令値を出力するトルク指令値生成部５０と、
作業機１２の旋回半径ｒを取得する旋回半径取得部６０と、
作業機の積載重量ｍを取得する積載重量取得部７０と、
旋回半径ｒ及び積載重量ｍに基づき、イナーシャの逆数を表す値を取得するイナーシャ取得部５２と、
トルク指令と、イナーシャの逆数とに基づき、トルク指令値で電動旋回モータ１３４が駆動した際に発生すべき基準角加速度ReferAccを算出する基準角加速度算出部５３と、
回転速度から求まる実角加速度ActAccと基準角加速度ReferAccとの偏差に基づき、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を補償するための重力補償トルクTG_SWINGを算出する重力補償トルク算出部５１と、
重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、トルク指令値を重力補償トルクTG_SWINGで補正する補正部５３と、
を備える。
【００４５】
このように、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すようにトルク指令値を補正するフィードフォワード制御であるので、重力によって発生するトルク成分に起因して回転速度の遅れが実際に発生しなくても、事前に打ち消す制御が可能となる。
それでいて、取得した旋回半径ｒ及び積載重量ｍから定まるイナーシャの逆数とトルク指令値に基づき電動旋回モータ１３４が駆動した際に発生すべき基準角加速度ReferAccを特定し、基準角加速度ReferAccと実角加速度ActAccとの偏差に基づき、未知の現在姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すための重力補償トルクTG_SWINGを算出しているので、現在姿勢が変化しても、現在姿勢で発生する重力によるトルク成分を適切に打ち消すことが可能となる。
したがって、重力により発生するトルク成分の悪影響を発現させず、傾斜地において快適に旋回操作を行うことが可能となる。
【００４６】
第３又は第４実施形態において、積載重量取得部７０は、予め設定された値を積載重量ｍとして取得する。
【００４７】
作業機１２の積載重量ｍの変化が少ない建設機械の場合には、予め設定された値を積載重量ｍとすることにより、積載重量を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。
【００４８】
第２又は第４実施形態において、旋回半径取得部６０は、予め設定された値を旋回半径ｒとして取得する。
【００４９】
作業機のブーム又はアームの伸張の変化が少ない建設機械の場合には、予め設定された値を旋回半径ｒとすることにより、旋回半径を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。
【００５０】
第１又は第３実施形態において、作業機１２は、上部旋回体１３に回動可能に支持されるブーム１２ａと、ブーム１２ａに回動可能に支持されるアーム１２ｂと、を有する。旋回半径取得部６０は、アーム１２ｂ及びブーム１２ａの上部旋回体１３に対する位置関係を検出するための位置検出用センサ６１と、位置検出用センサ６１の検出結果に基づいて旋回半径ｒを算出する旋回半径算出部６２と、を有する。
【００５１】
この構成によれば、位置検出用センサ６１によってアーム１２ｂ及びブーム１２ａの上部旋回体１３に対する位置関係が検出されるので、旋回半径ｒを算出でき、実際のアーム１２ｂ及びブーム１２ａの伸張の変化に応じて重力により発生するトルク成分を補償でき、補償精度を向上させることが可能となる。
【００５２】
第１又は第２実施形態において、積載重量取得部７０は、重量を計測するための重量計測用センサ７１と、重量計測用センサ７１の検出結果に基づいて積載重量を算出する積載重量算出部７２と、を有する。
【００５３】
この構成によれば、油圧センサ又はロードセルなどの重量計測用センサ７１及び積載重量算出部７２により積載重量ｍを算出でき、積載重量ｍの変化に応じて変化する重力トルクを補償でき、補償精度を向上させることが可能となる。
【００５４】
第１〜４実施形態において、重力補償トルク算出部５１は、前回算出した重力補償トルクTG_SWING i-1に対し、偏差DelAccに基づく値を累積的に積算する学習処理を実行することで、重力補償トルクTG_SWINGを新たに算出する。
【００５５】
このように、前回算出した重力補償トルクTG_SWING i-1に、偏差DelAccに基づく値を累積的に積算するので、前回の結果を学習でき、補償精度を向上させることが可能となる。
【００５６】
第１〜４実施形態において、基準角加速度算出部５３にトルク指令値が入力される前に、トルク指令値の位相を遅らせる処理を行う位相補償部５５を有する。
【００５７】
通信による遅れやインバータの電流制御による遅れにより、現在指示しているトルク指令値から推定される旋回運動（基準角加速度ReferAcc）と、現在検出している旋回運動（実角加速度ActAcc）との間の時間軸のずれが発生する。しかし、このように、トルク指令値の位相を遅らせる処理によってこの時間軸のずれを補償することができ、両者の時間軸を合わせて制御の精度を向上させることが可能となる。
【００５８】
以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５９】
上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１        バックホー（建設機械）
１１      下部走行体
１２      作業機
１３      上部旋回体
１３１ｃ  作業操作レバー（操作部）
１３４    電動旋回モータ
３１      インバータ（回転速度取得部）
５０      トルク指令値生成部
５１      重力補償トルク算出部
５２      イナーシャ取得部
５３      補正部
５５      位相補償部
５７      基準角加速度算出部
６０      旋回半径取得部
６１      位置検出用センサ
６２      旋回半径算出部
７０      積載重量取得部
７１      重量計測用センサ
７２      積載重量算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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