KR100452101B1

KR100452101B1 - 굴삭기계의 목표굴삭면 설정장치, 그 기록매체 및 표시장치

Info

Publication number: KR100452101B1
Application number: KR10-2001-7006449A
Authority: KR
Inventors: 후지시마가즈오; 와타나베히로시; 오구라히로시; 도미타사다히사
Original assignee: 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2004-10-08
Also published as: US6532409B1; CN1327498A; EP1186720A1; KR20010080537A; WO2001025549A1; EP1186720A4; CN1133782C; JP4024042B2

Abstract

본 발명의 제어유닛(9)의 설정·표시처리부(11)는, 프론트장치가 레이저기준면에 대하여 소정의 위치관계에 있을 때의 각도검출기(8a, 8b)의 신호와 설정기(7)의 신호를 사용하여 차체와 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 연산하는 수단 (11b, 11c, 11d)과, 그 위치관계를 사용하여 화상연산처리를 행하여 차체와 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 표시하는 화상신호를 생성·출력하는 수단(11e, 11f, 11g, 11h, 11j)을 구비하고, 표시장치(12)는 차체의 모식도와 외부기준 및 목표굴삭면의 선을 상기 위치관계로 표시부(20)에 표시한다. 이에 의하여 외부기준을 사용하여 소정의 깊이면을 장거리에 걸쳐 연속적으로 굴삭하는 경우의 목표굴삭면의 설정을 용이하게 행할 수 있어 외부기준에 대하여 설정오류를 일으키기 어렵게 된다

Description

굴삭기계의 목표굴삭면 설정장치, 그 기록매체 및 표시장치{TARGET EXCAVATION SURFACE SETTING DEVICE FOR EXCAVATION MACHINE, RECORDING MEDIUM THEREFOR AND DISPLAY UNIT}

유압셔블에서는 오퍼레이터가 부움 등의 프론트부재를 각각의 수동조작레버에 의해 조작하고 있으나, 프론트동작을 눈으로 보는 것만으로는 소정깊이의 홈 또는 소정구배의 법면(法面)을 정확하게 굴삭하고 있는 가 아닌가를 판단하는 것은 곤란이다. 따라서 굴삭면의 깊이나 법면의 구배를 미리 설정하고 이 설정된 깊이나 구배가 되도록 자동굴삭제어하는 것이 알려져 있다. 자동굴삭제어를 하기 위해서는 목표굴삭면을 설정할 필요가 있다. 목표굴삭면의 설정를 위해 2차원의 표시장치를 사용하고 있는 것으로서 일본국 특개소62-185932호 공보에 기재된 굴삭기계의 감시장치나, 특개평5-287782호 공보에 기재된 굴삭기계가 있다.

일본국 특개소62-185932호 공보나, 특개평5-287782호 공보에 기재된 굴삭기계에서는 차체와 목표굴삭면을 모니터에 화상표시함과 동시에 차체로부터 목표굴삭면까지의 깊이나 구배를 표시하도록 하고 있다.

또 차체 외부에 설치된 레이저등대에 의해 형성되는 레이저기준면, 실선 등의 외부기준을 이용하여 유압셔블과 조합시켜 외부기준으로부터 일정한 깊이·구배의 면을 장거리에 걸쳐 연속적으로 굴삭하는 방식으로서, 예를 들면 일본국 특개평 9-53253호 공보에 기재된 건설기계의 영역제한 굴삭제어의 굴삭영역설정장치가 있다.

일본국 특개평9-53253호 공보에 기재된 굴삭영역설정장치에서는 레이저수광기를 프론트부재에 설치하고 차체의 이동을 따르는 상하방향의 어긋남을 레이저로 보정하여 직선형상의 연속된 굴삭면을 형성하는 구성으로 되어 있다. 이 굴삭영역설정장치에서는 레이저기준면에 대한 목표굴삭면을 설정하여 차체와 목표굴삭면과의 관계를 설정하도록 하고 있다.

본 발명은 유압셔블 등의 굴삭기계의 작업조건을 설정하는 굴삭기계의 목표굴삭면 설정장치, 굴삭기계의 목표굴삭면 설정프로그램을 기록한 기록매체 및 목표굴삭면 설정장치에 사용하는 표시장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치를 유압셔블의 유압구동장치와 함께 나타내는 도,

도 2는 본 발명이 적용되는 유압셔블의 외관을 레이저등대 및 그것에 의하여 형성되는 레이저기준면과 함께 나타내는 도,

도 3은 도 1에 나타낸 목표굴삭면설정장치를 제어유닛의 하드웨어구성과 함께 나타내는 도,

도 4는 도 1에 나타낸 목표굴삭면설정장치를 제어유닛의 처리기능과 함께 나타내는 도,

도 5는 도 1에 나타낸 설정기의 구성도,

도 6은 도 4에 나타낸 수치입력방식에의한 설정·표시처리부의 처리기능을나타내는 블록선도,

도 7은 본 발명의 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치가 적용되는 유압셔블의 각부치수, 사용하는 좌표계 및 차체와 레이저기준면과 목표굴삭면과의 관계를 나타내는 설명도,

도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표시장치(모니터)에 사용하는 좌표계의 설명도,

도 9는 본 발명의 목표굴삭면설정장치의 표시장치에 있어서의 제 1 표시예의 설명도,

도 10은 본 발명의 목표굴삭면설정장치 및 표시장치를 사용한 굴삭방법을 나타내는 설명도,

도 11은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치에 사용하는 수치입력방식에 의한 설정·표시처리부의 처리기능을 나타내는 블록선도,

도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 표시장치(모니터)에 사용하는 좌표계의 설명도,

도 13은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치에 사용되는 수치입력방식에 의한 설정·표시처리부의 처리기능을 나타내는 블록선도,

도 14는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 표시장치(모니터)에 사용하는 좌표계의 설명도,

도 15는 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치에 사용하는 다이렉트티치방식에 의한 설정·표시처리부의 처리기능을 나타내는 블록선도,

도 16은 본 발명의 제 5 실시형태에 의한 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치에 사용하는 다이렉트티치방식에 의한 설정·표시처리부의 처리기능을 나타내는 블록선도,

도 17은 본 발명의 제 6 실시형태에 의한 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치에 사용하는 다이렉트티치방식에 의한 설정·표시처리부의 처리기능을 나타내는 블록선도,

도 18은 본 발명의 목표굴삭면설정장치의 표시장치에 있어서의 제 2 표시예의 설명도,

도 19는 본 발명의 목표굴삭면설정장치의 표시장치에 있어서의 제 3 표시예의 설명도,

도 20은 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치를 제어유닛의 처리기능과 함께 나타내는 도,

도 21은 도 20에 나타낸 제어유닛의 설정처리부 및 표시처리유닛의 처리기능을 나타내는 블록선도이다.

그러나 일본국 특개소62-l85932호 공보나, 특개평5-287782호 공보에 기재된 굴삭기계에서는 외부기준을 사용하지 않는 것이고, 따라서 외부기준을 표시할 수도 없고, 표시한다고 하는 생각도 없는 것이다.

또 일본국 특개평9-53253호 공보에 기재된 굴삭영역설정장치에서는 설정기에 의해 설정된 레이저기준면(외부기준)으로부터 목표굴삭면까지의 깊이는 모니터상에 수치 표시될 뿐이기 때문에 설정오류가 생기기 쉽다는 문제가 있었다.

즉, 레이저기준면(외부기준)을 사용하는 방식에서는, 레이저기준면 등의 외부기준으로부터 일정한 깊이의 면에 대하여 장거리에 걸쳐 연속적으로 굴삭을 행하나, 그것을 위해서는 외부기준을 사용하여 목표굴삭면의 설정을 반복할 필요가 있다. 따라서 정확한 설정을 하기 위해서는 오퍼레이터는 차체와 목표굴삭면의 위치관계뿐만 아니라, 레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계도 파악, 인식할 필요가 있다. 그러나 종래의 수치만 또는 차체와 목표굴삭면과의 위치관계만 표시하는 방식에서는 레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계를 시각적으로 인식하기 어려워 설정오류가 생기기 쉬운 것이다.

본 발명의 목적은 외부기준을 사용하여 소정 깊이의 면을 장거리에 걸쳐 연속적으로 굴삭하는 경우의 목표굴삭면의 설정을 용이하게 행하여 외부기준에 대하여 설정오류를 발생하기 어려운 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치, 그 기록매체및 표시장치를 제공하는 데에 있다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차체 외부에 설치되는 외부기준에 대하여 평행으로 목표굴삭면을 설정하고 이 목표굴삭면에 대하여 프론트장치를 제어하고, 목표굴삭면을 따라 연속적으로 굴삭가능하게 하는 굴삭기계의 목표굴삭면 설정장치에 있어서, 상기 목표굴삭면을 설정하기 위한 입력수단과, 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 검출수단과, 상기 입력수단 및 검출수단의 신호를 사용하여 상기 차체와 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 연산하는 제 1 연산수단과, 상기 제 1 연산수단으로 연산한 위치관계를 사용하여 화상연산처리를 행하여 상기 차체와 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 표시하는 화상신호를 생성·출력하는 제 2 연산수단을 구비하는 것으로 한다.

이와 같은 구성으로 화상표시수단에 외부기준과 목표굴삭면과 차체와의 위치관계를 표시함으로써 오퍼레이터는 이 표시를 봄으로써 차체와 목표굴삭면의 위치관계뿐만 아니라, 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 시각적으로 파악, 인식하여 설정상태가 적절한지의 여부를 확인할 수 있으므로 외부기준을 사용하여 소정의 깊이면까지 장거리에 걸쳐 연속적으로 굴삭하는 경우의 목표굴삭면의 설정을 용이하게 행하여 설정오류를 일으키기 어려운 것이 된다.

(2) 상기 (1)에 있어서 바람직하게는 상기 제 1 연산수단은 상기 검출수단의 신호를 사용하여 상기 외부기준에 대한 차체의 위치관계를 연산하는 제 1 수단과, 적어도 상기 입력수단의 신호를 사용하여 상기 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 설정하는 제 2 수단을 가진다.

(3) 또 상기 (1)에 있어서 바람직하게는 상기 입력수단은 상기 외부기준으로부터 상기 목표굴삭면까지의 깊이를 입력하는 수치입력수단을 포함하고, 상기 제 1 연산수단은 상기 프론트장치가 상기 외부기준에 대하여 소정의 위치관계에 있을 때의 상기 검출수단의 신호를 사용하여 상기 차체와 외부기준의 위치관계를 연산하는 제 3 연산수단과, 상기 수치입력수단의 신호를 사용하여 상기 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 설정하는 제 1 설정수단을 가진다.

(4) 상기 (3)에 있어서 바람직하게는 상기 제 1 연산수단은 다시 상기 제 3 연산수단의 연산치와 상기 제 1 설정수단의 설정치를 사용하여 상기 차체와 목표굴삭면의 위치관계를 연산하는 제 4 연산수단을 가지고, 상기 제 2 연산수단은 상기제 3 연산수단의 연산치를 상기 차체를 기준으로 하여 표시장치의 표시부에 설정되는 모니터좌표계의 값으로 변환하고, 상기 차체와 외부기준과의 위치관계를 상기표시부에 표시시키는 처리를 행하는 제 1 변환수단과, 상기 제 4 연산수단의 연산치를 상기 차체를 기준으로 하여 상기 모니터좌표계의 값으로 변환하여 상기 차체와 목표굴삭면과의 위치관계를 상기 표시부에 표시시키는 처리를 행하는 제 2 변환수단을 가진다.

(5) 또 상기 (1)에 있어서 상기 입력수단은 상기 프론트장치에 구비되는 작업구가 목표로 하는 깊이에 있을 때에 조작되는 다이렉트티치지시수단을 포함하는 것이어도 좋고, 이 경우 상기 제 1 연산수단은 상기 다이렉트티치지시수단이 조작되었을 때의 상기 검출수단의 신호를 사용하여 상기 차체와 목표굴삭면의 위치관계를 연산하는 제 4 연산수단과, 상기 프론트장치가 상기 외부기준에 대하여 소정의 위치관계에 있을 때의 상기 검출수단의 신호를 사용하여 상기 차체와 외부기준의 위치관계를 연산하는 제 5 연산수단과, 상기 제 4 및 제 5 연산수단의 연산치를 사용하여 상기 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 연산하는 제 6 연산수단을 가지는 것이 된다.

(6) 상기 (5)에 있어서 바람직하게는 상기 제 1 연산수단은 다시 상기 제 5 및 제 6 연산수단의 연산치를 사용하여 상기 차체와 목표굴삭면의 위치관계를 연산하는 제 7 연산수단을 가지고, 상기 제 2 연산수단은 상기 제 5 연산수단의 연산치를 상기 차체를 기준으로 하여 표시장치의 표시부에 설정되는 모니터좌표계의 값으로 변환하고, 상기 차체와 외부기준과의 위치관계를 상기 표시부에 표시시키는 처리를 행하는 제 1 변환수단과, 상기 제 4 연산수단 또는 상기 제 7 연산수단의 연산치를 상기 차체를 기준으로 하여 상기 모니터좌표계의 값으로 변환하여 상기 차체와 목표굴삭면과의 위치관계를 상기 표시부에 표시시키는 처리를 행하는 제 2 변환수단을 가진다.

(7) 또한 상기 (l)에 있어서 바람직하게는 상기 입력수단은 상기 외부기준의 구배를 설정하는 수단을 포함하고, 상기 제 1 연산수단은 상기 구배의 설정치도 포함하여 상기 차체와 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 연산하고, 상기 제 2 연산수단은 상기 구배에 따른 상기 외부기준과 목표굴삭면을 표시하도록 상기 화상신호를 생성한다.

(8) 또 상기 (l)에 있어서 목표굴삭면설정장치는 상기 제 2 연산수단의 화상신호를 사용하여 상기 차체를 나타내는 화상과 상기 외부기준 및 목표굴삭면을 나타내는 직선을 상기 위치관계로 표시하는 표시장치를 더 구비한다.

(9) 또 상기 (1)에 있어서 바람직하게는 상기 제 1 연산수단은 제 1 제어유닛에 구비되고, 상기 제 2 연산수단은 상기 제 1 제어유닛과 별개체의 제 2 제어유닛에 구비된다.

(10) 또 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차체 외부에 설치되는 외부기준에 대하여 평행으로 목표굴삭면을 설정하고, 이 목표굴삭면에 대하여 프론트장치를 제어하여 목표굴삭면을 따라 연속적으로 굴삭 가능하게 하는 굴삭기계의 목표굴삭면설정프로그램을 기록한 기록매체로서 이 프로그램은 컴퓨터에 상기 목표굴삭면을 설정하기 위한 입력수단으로부터의 신호와, 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 검출수단으로부터의 신호를 사용하여 상기 차체와 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 연산시켜 이 연산한 위치관계를 사용하여 화상연산처리를 행하여 상기 차체와 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 표시하는 화상신호를 생성·출력시키는 것으로 한다.

(11) 또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차체 외부에 설치되는 외부기준에 대하여 평행으로 목표굴삭면을 설정하고, 이 목표굴삭면에 대하여 프론트장치를 제어하여 목표굴삭면을 따라 연속적으로 굴삭 가능하게 하는 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치의 표시장치에 있어서, 미리 연산된 상기 차체와 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 표시하는 화상신호를 도입하고, 상기 차체를 나타내는 화상과 상기 외부기준 및 목표굴삭면을 나타내는 직선을 상기 위치관계로 표시하는 표시부를 구비하는 것으로 한다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 사용하여 설명한다.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치 및 그 표시장치를 나타내는 것으로 이들은 본 발명을 유압셔블에 적용한 경우의 것이다.

도 1에 있어서 유압셔블은 유압펌프(2)와 이 유압펌프(2)로부터의 압유에 의해 구동되는 부움실린더(3a), 아암실린더(3b), 버킷실린더(3c), 선회모터(3d) 및 좌우의 주행모터(3e, 3f)를 포함하는 복수의 유압엑츄에이터와, 이들 유압엑츄에이터(3a 내지 3f)의 각각에 대응하여 설치된 복수의 조작레버장치(4a 내지 4f)와, 이들 조작레버장치(4a 내지 4f)에 의해 제어되어 유압엑츄에이터(3a 내지 3f)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량제어밸브(5a 내지 5f)와, 유압펌프(2)의 토출압력이 설정치 이상으로 된 경우에 개방되는 릴리프밸브(6)와, 조작레버장치 (4a 내지 4f)의 조작신호를 입력하여 유량제어밸브(5a 내지 5f)를 제어하는 제어유닛(9)을 가지고, 이들은 유압셔블의 피구동부재를 구동하는 유압구동장치를 구성하고 있다.

본 실시형태에서는 조작레버장치(4a 내지 4f)는 조작신호로서 전기신호를 출력하는 전기레버장치이고, 유량제어밸브(5a 내지 5f)는 전기신호를 파일럿압으로 변환하는 전기유압변환수단, 예를 들면 비례전자밸브를 양쪽 끝에 구비한 전기·유압조작방식의 밸브이다. 제어유닛(9)은 조작레버장치(4a 내지 4f)의 조작신호를 입력하고 입력신호에 따른 유량제어밸브구동신호를 생성하여 유량제어밸브(5a 내지 5f)를 구동·제어한다.

또 도 2에 나타내는 바와 같이 유압셔블은 수직방향으로 각각 회동하는 부움 (1a), 아암(1b) 및 버킷(작업구)(1c)으로 이루어지는 다관절형의 프론트장치(1A)와, 상부선회체(1d) 및 하부주행체(1e)로 이루어지는 차체(1B)로 구성되고, 프론트장치(1A)의 부움(1a)의 기단(基端)은 상부선회체(1d)의 앞 부분에 지지되어 있다.

도 2의 부움(1a), 아암(1b), 버킷(1c), 상부선회체(1d) 및 하부주행체(1e)는 각각 도 1에 나타내는 부움실린더(3a), 아암실린더(3b), 버킷실린더(3c), 선회모터 (3d) 및 좌우의 주행모터(3e, 3f)에 의해 각각 구동되고, 그들의 동작은 조작레버장치(4a 내지 4f)에 의해 지시된다.

이상과 같은 유압셔블에 본 실시형태에 관한 목표굴삭면설정장치가 설치되어 있다. 이 목표굴삭면설정장치는 직선상에 마무리하고 싶은 목표굴삭면의 설정에 사용되는 설정기(7)와, 부움(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)의 각각의 회동지지점에 설치되고, 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량으로서 각각의 회동각을 검출하는 각도검출기(8a, 8b, 8c)와, 차체 외부에 설치된 레이저등대(10a)에 의해 형성된 레이저광을 수광하는 아암(1b)의 측면에 설치된 레이저수광기(10b)와, 운전실내의 운전석 비스듬하게 앞쪽의 코너부에 설치된 2차원 표시모니터(표시장치)(12)와, 상기한 제어유닛(9)에 포함되는 뒤에서 설명하는 처리기능으로 구성되어 있다. 레이저등대(10a)에 의해 형성된 레이저광은 레이저기준면(외부기준)(R)을 제공한다.

도 3에 제어유닛(9)의 하드웨어구성을 나타낸다. 제어유닛(9)은 입력부(91)와 마이크로컴퓨터로 구성되는 중앙처리장치(CPU)(92)와, 리드온리메모리(ROM)(93)와, 랜덤엑세스메모리(RAM)(94)와 출력부(95)를 가지고 있다. 입력부(91)는 조작레버장치(4a 내지 4f)로부터의 조작신호, 설정기(7)로부터의 지시신호(설정신호 및 메인스위치신호), 각도검출기(8a, 8b, 8c)로부터의 각도신호, 레이저수광기(10b)로부터의 레이저수광신호를 입력하여 A/D 변환을 행한다. ROM(93)은 제어프로그램(뒤에서 설명)이 기억된 기록매체이고, CPU(92)는 ROM(93)에 기억된 제어프로그램에따라 입력부(91)로부터 도입된 신호에 대하여 소정의 연산처리를 행한다. RAM(94)은 연산도중의 수치를 일시적으로 기억한다. 출력부(95)는 CPU(92)에서의 연산결과에 따른 출력용 신호를 작성하여 유량제어밸브(5a 내지 5f)에 그 신호를 출력하고, 또 모니터(12)에 차체(1B)나 레이저기준면(R)이나 목표굴삭면을 표시시킨다.

도 4에 제어유닛(9)의 ROM(93)에 기억된 제어프로그램의 개요를 기능블록도를 나타낸다. 제어유닛(9)은 목표굴삭면을 설정함과 동시에 모니터(12)에 대한 표시처리를 행하는 설정·표시처리부(11)와, 영역제한굴삭제어를 행하는 굴삭제어부 (14)를 가지고 있다.

설정·표시처리부(11)는 각도검출기(8a, 8b, 8c)의 검출신호, 설정기(7)로부터의 신호, 레이저수광기(10b)로부터의 신호를 입력하여 유압셔블의 차체(1B)에 관하여 설정된 x - z 좌표계(뒤에서 설명)에 의해 목표굴삭면 및 레이저기준면을 연산하여 목표굴삭면을 설정함과 동시에 2차원 표시모니터(12)상에 표시되는 유압셔블의 모식도에 관하여 고정적으로 설정된 X_m-Z_m좌표계(뒤에서 설명)의 값에 목표굴삭면 및 레이저기준면을 좌표변환하여 그것들을 유압셔블의 모식도에 겹쳐 표시하는 합성처리를 행한다. 또 레이저기준면과 목표굴삭면과의 거리 및 구배데이터, 버킷과 레이저기준면과의 깊이방향의 거리 등의 수치를 표시하는 합성처리를 행한다.

굴삭제어부(14)는 설정·표시처리부(11)에서 설정된 목표굴삭면에 의거하여, 공지의 영역제한굴삭제어를 행하도록 유량제어밸브(5a 내지 5f)에 대한 지령신호를생성하는 처리를 행한다.

설정기(7)는 도 5에 나타내는 바와 같이 조작패널 또는 그립상에 설치된 스위치 등의 조작수단으로 구성되고, 레이저기준면(R)으로부터의 깊이를 설정하는 업키(7a), 다운키(7b)와 구배를 설정하는 업키(7c), 다운키(7d)와 다이렉트티치버튼 (7e)과 표시부(7f, 7g)로 구성된다. 수치입력방식의 경우에는 업키(7a), 다운키 (7b)를 조작함으로써 레이저기준면(R)으로부터의 깊이를 설정할 수 있어 설정결과는 표시부(7f)에 표시된다. 또 다이렉트티치방식의 경우에는 다이렉트티치버튼 (7e)이 조작되면 그 때의 차체(1B)에 대한 목표굴삭면이 연산되어 설정됨과 동시에 레이저기준면(R)에 대한 버킷의 위치가 레이저기준면으로부터의 깊이로서 연산되어 설정된다. 또 어느 경우도 업키(7c), 다운키(7d)를 조작함으로써 레이저기준면 및 목표굴삭면의 구배를 설정할 수 있어 설정결과는 표시부(7g)에 표시된다. 설정기 (7)는 오퍼레이터에 의해 입력된 굴삭면의 다이렉트티치신호 또는 굴삭깊이 신호 및 구배신호를 설정·표시처리부(11)에 출력한다.

다음으로 도 6을 사용하여 설정·표시처리부(11)의 처리기능에 대하여 설명한다. 이 처리기능은 수치입력방식에 의한 경우의 것으로, 모니터좌표로의 변환을 유압셔블의 차체(1B)를 기준으로 하여 행하는 것이다.

도 6은 설정·표시처리부(11)의 처리기능을 블록선도로 표시한 것으로, 설정·표시처리부(11)는 버킷포올끝의 좌표연산부(11a)와, 차체와 레이저기준면의 위치관계연산부(11b)와, 레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계(깊이) 기억부(11c)와 차체와 목표굴삭면의 위치관계연산·기억부(11d)와, 차체와 레이저기준면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11e)와, 차체와 목표굴삭면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11f)와, 레이저기준면의 화상생성연산부(11g)와, 목표굴삭면의 화상생성연산부(11h)와, 설정치의 표시연산부(11i)와, 차체의 화상생성연산부(11j)의 각 기능을 가지고 있다.

버킷포올끝의 좌표연산부(11a)는 도 7에 나타내는 차체(1B)에 대하여 설정된 x - z 좌표계 및 각부 치수와 각도검출기(8a, 8b, 8c)의 검출신호에 의거하여 버킷포올끝의 x - z 좌표계의 좌표치(Pvx, Pvz)를 이하의 수학식 (1) 및 수학식 (2)에 의해 연산한다.

LV : 버킷길이(버킷회동중심과 버킷포올끝간 거리)

LA : 아암길이(아암회동중심과 버킷회동중심간 거리)

LB : 부움길이(부움회동중심과 아암회동중심간 거리)

LF1 : x - z 좌표계에 있어서의 부움회동중심의 x 좌표치

LF2 : x - z 좌표계에 있어서의 부움회동중심의 z 좌표치

αB : 부움회동각

αA : 아암회동각

αV : 버킷회동각

여기서 x - z 좌표계는 유압셔블의 차체(1B)의 소정위치, 예를 들면 차체(1B)의 바닥면 중앙부를 원점으로 한 직교좌표계이다. 또 도 7에는 목표굴삭면이 부호 T 로 표시되어 있다.

차체와 레이저기준면의 위치관계연산부(11b)는 레이저수광기(10b)에 의해 레이저광을 수광하였을 때의 레이저수광기(10b)의 x - z 좌표계의 좌표치(PLx, PLz)와, 설정기(7)에 의해 설정된 구배(β)로부터 x - z 좌표계에 있어서의 레이저기준면(R)의 1차식을 연산한다.

여기서 레이저수광기(10b)에 의해 레이저광을 수광하였을 때의 레이저수광기 (10b)의 x - z 좌표계의 좌표치(PLx, PLz)는 각부 치수와 각도검출기(8a, 8b)의 검출신호에 의거하여 상기 수학식 (1) 및 수학식 (2)와 마찬가지로 이하의 식(1A) 및 식(2A)에 의해 연산한다.

LF : 아암회동중심과 레이저수광기(10b) 사이의 거리

αL : 아암회동중심과 버킷회동중심사이 직선에 대한 레이저수광기의 설치

각도

또 x - z 좌표계에 있어서의 레이저기준면(R)의 1차식은 좌표치(PLx, PLz)를 통과하는 구배(β)의 직선이기 때문에 이하의 수학식 (3)이 된다.

레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계(깊이) 기억부(11c)는 설정기(7)에 의해 설정된 레이저기준면(R)에 대한 깊이설정치(Ld)를 기억한다.

차체와 목표굴삭면의 위치관계연산·기억부(11d)는 연산부(11b)에 의해 연산된 차체와 레이저기준면과의 위치관계와 기억부(11c)에 기억된 깊이설정치(Ld)로부터 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식을 이하의 수학식 (4)에 의해 연산한다. 예를 들면 레이저기준면(R)의 1차식이 z = tanβ·x + (PLz - tanβ· PLx), 깊이설정치가 Ld 라면 목표굴삭면(T)의 1차식은,

가 된다

차체와 레이저기준면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11e)는 레이저기준면(R)의 1차식, 예를 들면 z = tanβ·x + (PLz - tanβ·PLx)을 도 8에 나타내는 모니터(12)의 표시부(20)상의 x_m- z_m좌표계의 좌표치로 변환한다. 도 8에 있어서 x_m- z_m좌표계의 좌표면은 2차원의 도트매트릭스로 구성되어 있고, 좌표 (x_m1, z_m1), (x_m2, z_m2)로 둘러싸인 영역을 표시범위로 한다. 또 표시부(20)에는 유압셔블의 모식도(12c)가 고정적으로 표시되고, x_m- z_m좌표계의 원점(O_m)은 차체(1B)의 x - z 좌표계의 원점(O)에 맞추어 그 모식도 12c에서 표시되는 유압셔블의 바닥면 중앙에 설정된다.

여기서 x_m1이 x - z 좌표계에 있어서의 x₁에 상당한다고 가정하면 스케일 K = x_m1/ x₁₁이 된다. 따라서 레이저기준면의 1차식 z = tanβ·x + (PLz - tanβ· PLx)는 x_m- z_m좌표계에 있어서는,

가 된다.

차체와 목표굴삭면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11f)는 연산부(11e)와 마찬가지로 목표굴삭면(T)의 1차식, 예를 들면 상기한 수학식 (4), z = tanβ·x + (PLz - tanβ·PLx) + Ld를 도 8에 나타내는 표시부(20)상의 x_m- z_m좌표계의 좌표치로 변환한다. 이 경우 연산부(11e)와 마찬가지로 스케일 K = x_m1/ x₁으로 하면 목표굴삭면(T)의 1차식은 x_m- z_m좌표계에 있어서는,

레이저기준면의 화상생성연산부(11g)는 연산부(11e)에 의해 얻어진 레이저기준면(R)의 1차식은 표시부(20)의 x_m- z_m좌표면상에 직선으로서 표시하는 화상신호를 생성·출력하는 처리를 행하여 레이저기준면(R)의 직선을 도 9에 파선(12a)으로나타내는 바와 같이 모니터(12)의 표시부(20)에 표시시킨다.

목표굴삭면의 화상생성연산부(11h)는 연산부(11f)에 의해 얻어진 목표굴삭면 (T)의 직선을 표시부(20)의 x_m- z_m좌표면상에 표시하는 화상신호를 생성·출력하는 처리를 행하여 목표굴삭면(T)의 직선을 도 9에 실선(12b)으로서 나타내는 바와 같이 모니터(12)의 표시부(20)에 표시시킨다.

유압셔블의 차체의 화상생성연산부(11j)는 유압셔블의 차체(1B)의 화상을 모식도로 생성하고, 생성된 모식도를 표시부(20)의 x_m- z_m좌표면상에 유압셔블의 바닥면 중앙이 원점(O_m)에 일치하도록 고정적으로 표시하는 화상신호를 생성·출력하는 처리를 행하고, 그 모식도를 도 9에 12c로 나타내는 바와 같이 모니터(12)의 표시부(20)에 표시시킨다.

설정치의 표시연산부(11i)는 목표굴삭면(T)의 구배(β), 레이저기준면(R)과 목표굴삭면(T)과의 깊이방향의 거리(Ld) 및 레이저기준면(R)으로부터 버킷포올끝까지의 거리(LPv) 등의 데이터를 입력 및 연산한다. 여기서 거리(LPv)의 연산식은 이하의 수학식 (8)과 같이 된다.

그리고 표시연산부(11i)는 목표굴삭면(T)의 구배(설정구배)(β), 레이저기준면(R)과 목표굴삭면(T)과의 깊이방향의 거리(설정깊이)(Ld) 및 레이저기준면(R)으로부터 버킷포올끝까지의 거리(포올끝깊이)(LPv)를 표시부(20)의 x_m- z_m좌표면상에 수치로 표시하는 화상신호를 생성·출력하는 처리를 행하고, 그것들을 도 9에 나타내는 바와 같이 예를 들면 모니터(12) 표시부(20)의 왼쪽 위에 표시시킨다.

이상과 같이 하여 차체(1B)와 목표굴삭면(T)과 레이저기준면(R)의 위치관계및 그것에 부속되는 수치가 모니터(12)의 표시부(20)상에 도 9에 나타내는 바와 같이 표시된다.

다음으로 도 6 및 도 10을 사용하여 본 실시형태에 의한 목표굴삭면의 수치입력방식에 의한 설정순서 및 그 목표굴삭면에 의거하여 레이저기준면(외부기준) (R)으로부터 소정깊이·구배의 면을 연속적으로 굴삭하는 조작순서에 대하여 설명한다.

제일 먼저 굴삭개시위치에서의 목표굴삭면의 설정작업 및 굴삭작업에 대하여 설명한다.

(순서 1)

제일 먼저 도 10에 나타내는 바와 같이 오퍼레이터는 레이저등대(10a)를 조작하여 설정하고자 하는 목표굴삭면에 대하여 평행이 되도록 레이저기준면(R)을 설정한다.

(순서 2)

다음으로 오퍼레이터는 도 5에 나타낸 설정기(7)의 키(7a, 7b)를 사용하여 레이저기준면(R)으로부터 목표굴삭면(T)까지의 깊이(높이)(Ld)를 입력하여 설정한다. 이 설정조작에 의하여 기억부(11c)는 설정기(7)에 의해 설정된 레이저기준면 (R)에 대한 목표굴삭면(T)의 깊이 설정치(Ld)를 기억한다. 오퍼레이터는 다시 설정기(7)의 키(7c, 7d)를 사용하여 구배(β)를 설정한다.

(순서 3)

다음으로 오퍼레이터는 도 10에 나타내는 바와 같이 아암(1b)에 설치된 레이저수광기(10b)가 레이저광을 수광하도록 프론트장치(1A)를 움직인다. 이 설정조작에 의해 연산부(11b)는 레이저수광기(10b)에 의해 레이저광을 수광하였을 때의 레이저수광기(10b)의 x - z 좌표계의 좌표치(PLx, PLz)와, 설정기(7)에 의해 설정된 구배(β)로부터 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 레이저기준면(R)의 1차식을 수학식 (3)에 의해 연산한다. 또 연산·기억부(11d)는 연산부(11b)에 의해 연산된 차체(1B)와 레이저기준면(R)과의 위치관계와, 기억부(11c)에 기억된 깊이 설정치(Ld)로부터 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식을 수학식 (4)에 의해 연산하여 기억한다.

또한 순서 2의 조작과 순서 3의 레이저기준면(R)의 1차식을 연산하기까지의 조작은 순서 3의 다음에 순서 2를 행하도록 하여도 좋다.

(순서 4)

순서 2 및 순서 3의 조작설정의 결과, 다시 연산부(11e 내지 11j)에 의한 연산처리가 행하여져 도 9에 나타낸 바와 같이 모니터(12)의 표시부(20)에는 차체 (1B)와 레이저기준면(R)과 목표굴삭면(T)이 각각 모식도 12c 와 파선(12a) 및 실선 (12b)으로 표시됨과 동시에 목표굴삭면(T)의 구배(β), 레이저기준면(R)에 대한 목표굴삭면(T)의 설정깊이(Ld) 및 레이저기준면(R)으로부터 버킷포올끝까지의 거리(LPv)가 표시부(20)의 왼쪽 위에 표시된다.

오퍼레이터는 모니터(12)의 표시를 봄으로써 차체와 목표굴삭면의 위치관계 및 레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계를 시각적으로 파악, 인식하여 설정상태가 적절한지의 여부를 확인할 수 있다.

(순서 5)

오퍼레이터는 프론트장치(1A)를 조작하여 영역제한굴삭제어에 의해 연산·기억부(11d)에 기억된 목표굴삭면(T)을 자동굴삭한다.

(순서 6)

소정범위의 목표굴삭면의 굴삭이 종료하면 도 10에 나타내는 바와 같이 차체 (1B)를 이동한다.

다음에 이동 후의 목표굴삭면의 설정작업 및 굴삭작업에 대하여 설명한다.

(순서 7)

차체의 이동 후, 오퍼레이터는 도 10에 나타내는 바와 같이 아암(1b)에 설치된 레이저수광기(10b)가 레이저광을 수광하도록 프론트장치(1A)를 움직인다. 이 조작에 의해 연산부(11b)는 차체(1B)와 레이저기준면(R)의 위치관계를 연산하여 차체(1B)의 이동에 의해 생기는 차체위치의 변화를 보정한다.

여기서 기억부(11c)에 기억되어 있는 설정 시에 설정기(7)에 의해 설정된 레이저기준면에 대한 깊이 설정치(Ld)는 변경이 없기 때문에 연산·기억부(11d)는 연산부(11b)에 의해 연산된 차체(1B)와 레이저기준면(R)과의 위치관계와, 기억부(11c)에 기억된 깊이 설정치(Ld)로부터 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식을 상기한 수학식 (4)에 의해 연산하여 갱신기억한다. 이에 의하여 차체(1B)가 이동한 후에도 차체(1B)의 이동에 의한 레이저기준면(R)에 대한 차체(1B)의 위치변화는 보정되고, 레이저기준면(R)에 대하여 소정의 위치관계에 있는 목표굴삭면(T)에 대하여 영역제한굴삭제어를 계속하여 행할 수 있다.

(순서 8)

(순서 9)

이 후, 순서 6 내지 순서 8을 반복함으로써, 차체(1B)를 이동하면서 레이저기준면(R)을 기준으로 하여 레이저기준면(R)에 대하여 소정의 깊이, 구배의 면을 자동굴삭한다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태에 의하면 운전실내에 설치된 모니터(12)상에 목표굴삭면(T)과 레이저기준면(R)을 나타내는 선 (12a, 12b)을 차체(1B)의 모식도 12c에 겹쳐 표시하므로 차체(1B)와 목표굴삭면(T)의 위치관계뿐만 아니라, 레이저기준면(R)과 목표굴삭면(T)의 위치관계도 시각적으로 인식할 수 있게 되어 소정의 깊이면까지 장거리에 걸쳐 연속적으로 굴삭하는 경우의 목표굴삭면(T)의 설정오류를 하는 일 없이 목표굴삭면(T)의 설정을 용이하게 행할 수 있다.

또 외부기준면(R)과 목표굴삭면(T)의 거리 및 구배데이터, 작업구와 레이저기준면(R)과의 거리 등을 수치로 표시함으로써 차체(1B)와 목표굴삭면(T)·레이저기준면(R)과의 위치관계를 이해하기 쉽게 오퍼레이터에게 표시하여 목표굴삭면(T)의 설정오류를 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

다음에 도 11 및 도 12를 사용하여 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 설정·표시처리부(11A)의 처리기능에 대하여 설명한다. 이 처리기능은 수치입력방식에 의한 경우의 것으로, 모니터좌표로의 변환을 목표굴삭면을 기준으로 하여 행하는 것이다. 또한 도 11에 있어서 도 6과 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.

본 실시형태에 의한 유압셔블의 구성은 도 1 및 도 2에 나타내는 것과 동일하며, 본 실시형태에 관한 제어유닛의 하드웨어구성도 도 3에 나타내는 것과 동일하다.

도 11에 있어서 설정·표시처리부(11A)가 도 6에 나타낸 설정·표시처리부 (11)와 다른점은 도 6에 있어서의 연산부(11e 내지 11h, 11j)를 대신하여 레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11k)와, 차체와 목표굴삭면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11Af)와, 레이저기준면의 화상생성연산부(11Ag)와, 목표굴삭면의 화상생성연산부(11Ah)와, 차체의 화상생성연산부(11Aj)를 구비하는 것이다.

레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부 (11k)는 기억부(11c)에 기억된 레이저기준면(R)에 대한 목표굴삭면(T)의 깊이설정치(Ld)를 사용하여 목표굴삭면(T)상의 소정위치[예를 들면 x - z 좌표계의 x 축과 목표굴삭면(T)과의 교차점]을 원점으로 하여 설정한 중간의 직교좌표계에 있어서의 레이저기준면(R)의 1차식을 연산한다. 이어서 이 1차식을 도 12에 나타내는 모니터(12)의 표시부(20)상의 x_m- z_m좌표계의 좌표치로 변환한다. 도 12에 있어서 표시부(20)에는 목표굴삭면(T)의 선(12b)이 표시되고, x_m- z_m좌표계의 원점(O_m)은 목표굴삭면(T)상의 상기 소정위치에 대응하는 선(12b)상의 위치에 고정적으로 설정된다. x_m- z_m좌표계로 좌표변환하는 방법은 제 1 실시형태에 있어서의 연산부 (11e)에서 설명한 것 동일하다.

차체와 목표굴삭면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11Af)는 연산부(11d)에서 연산한 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식을 사용하여 상기 중간의 좌표계에 있어서의 차체(1B)의 위치를 연산하고 그 값을 도 12에 나타내는 표시부(20)상의 x_m- z_m좌표계의 좌표치로 변환한다. 차체(1B)의 위치로서는 x - z 좌표계의 원점(O)의 위치를 사용한다.

레이저기준면의 화상생성연산부(11Ag)는 연산부(11k)에 의해 얻어진 레이저기준면(R)의 1차식을 표시부(20)의 x_m- z_m좌표면상에 직선으로서 표시하는 화상신호를 생성·출력하는 처리를 행하여 레이저기준면(R)의 직선을 모니터(12)의 표시부(20)에 표시시킨다.

차체의 화상생성연산부(11Aj)는 유압셔블의 차체(1B)의 화상을 모식도로 생성하고, 생성된 모식도를 표시부(20)의 x_m- z_m좌표면상의 연산부(11Af)에서 연산된 좌표위치에 표시하는 화상신호를 생성·출력하는 처리를 행하여 그 모식도를 모니터(12)의 표시부(20)에 표시시킨다.

목표굴삭면의 화상생성연산부(11Ah)는 설정기(7)에 의해 설정된 구배(β)를 사용하여 표시부(20)의 x_m- z_m좌표의 원점(O_m)을 지나는 경사(β)의 직선의 화상신호를 생성·출력하는 처리를 행하여 목표굴삭면(T)의 직선을 모니터(12)의 표시부(20)에 표시시킨다.

이상과 같이 하여 차체(1B)와 목표굴삭면(T)과 레이저기준면(R)의 위치관계가 모니터(12)의 표시부(20)상에 도 9에 나타내는 바와 같이 표시된다.

본 실시형태에 의해서도 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 다음에 도 13 및 도 14를 사용하여 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 설정·표시처리부(11B)의 처리기능에 대하여 설명한다. 이 처리기능은 수치입력방식에 의한 경우의 것으로 모니터좌표로의 변환을 레이저기준면을 기준으로 하여 행하는 것이다. 또한 도 13에 있어서 도 6과 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.

본 실시형태에 관한 유압셔블의 구성은 도 1 및 도 2에 나타내는 것과 동일하며, 본 실시형태에 관한 제어유닛의 하드웨어구성도 도 3에 나타내는 것과 동일하다.

도 13에 있어서 설정·표시처리부(11B)가 도 6에 나타낸 설정·표시처리부 (11)와 다른점은 도 6에 있어서의 연산부(11e 내지 11h, 11j)를 대신하여 차체와 레이저기준면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11Be)와, 레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11Bk)와, 차체의 화상생성연산부(11Bj)와, 목표굴삭면의 화상생성연산부(11Bh)와, 레이저기준면의 화상생성연산부(11Bg)를 구비하고 있는 것이다.

차체와 레이저기준면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11Be)는 연산부(11b)에서 연산한 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 레이저기준면(R)의 1차식을 사용하여 레이저기준면(R)상의 소정위치[예를 들면 x - z 좌표계의 x 축과 레이저기준면(R)과의 교차점]를 원점으로 하여 설정한 중간의 직교좌표계에 있어서의 차체(1B)의 위치를 연산하고 그 값을 도 14에 나타내는 표시부(20)상의 x_m- z_m좌표계의 좌표치로 변환한다. 차체(1B)의 위치로서는 x - z 좌표계의 원점(O)의 위치를 사용한다. 또 도 14에 있어서 표시부(20)에는 레이저기준면(R)의 선(12a)이 표시되고, x_m- z_m좌표계의 원점(O_m)은 레이저기준면(R)상의 상기 소정위치에 대응하는 선(12a)상의 위치에 고정적으로 설정된다. x_m- z_m좌표계로 좌표변환하는 방법은 제 1 실시형태에 있어서의 연산부(11e)에서 설명한 것과 동일하다.

레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부 (11Bk)는 기억부(11c)에 기억된 레이저기준면(R)에 대한 목표굴삭면(T)의 깊이 설정치(Ld)를 사용하여 상기 중간의 직교좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식을 연산하고, 다시 이 1차식을 도 14에 나타내는 모니터(12)의 표시부(20)상의 x_m- z_m좌표계의 좌표치로 변환한다.

차체의 화상생성연산부(11Bj)는 유압셔블의 차체(1B)의 화상을 모식도로 생성하고 생성된 모식도를 표시부(20)의 x_m- z_m좌표면상의 연산부(11Be)에서 연산된 좌표위치에 표시하는 화상신호를 생성·출력하는 처리를 행하고, 그 모식도를 모니터(12)의 표시부(20)에 표시시킨다.

목표굴삭면의 화상생성연산부(11Bh)는 연산부(11Bk)에 의해 얻어진 목표굴삭면(T)의 1차식을 표시부(20)의 x_m- z_m좌표면상에 직선으로서 표시하는 화상신호를 생성·출력하는 처리를 행하여 목표굴삭면(T)의 직선을 모니터(12)의 표시부 (20)에 표시시킨다.

레이저기준면의 화상생성연산부(11Bg)는 설정기(7)에 의해 설정된 구배(β)를 사용하여 표시부(20)의 x_m- z_m좌표의 원점(O_m)을 지나는 경사(β)의 직선의 화상신호를 생성·출력하는 처리를 행하여 레이저기준면(R)의 직선을 모니터(12)의 표시부(20)에 표시시킨다.

본 실시형태에 의해서도 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 다음에 도 7 및 도 15를 사용하여 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 설정·표시처리부 (11C)의 처리기능에 대하여 설명한다. 이 처리기능은 다이렉트티치방식에 의한 경우의 것이다. 또한 도 15에 있어서 도 6과 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.

도 15에 있어서 설정·표시처리부(11C)가 도 6에 나타낸 설정·표시처리부 (11)와 다른점은 도 6에 있어서의 레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계(깊이)기억부(11c)와, 차체와 목표굴삭면의 위치관계연산·기억부(11d)를 대신하여 차체와 목표굴삭면의 위치관계연산·기억부(11s)와 레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계 (깊이)연산·기억부(11t)를 구비하고 있는 것이다.

목표굴삭면의 위치관계연산·기억부(11s)는 설정기(7)로부터 다이렉트티치신호가 입력되었을 때에 버킷포올끝의 좌표연산부(11a)에 의해 연산된 버킷포올끝의 x - z 좌표계의 좌표치(Pcx, Pcz)와, 설정기(7)에 의해 설정된 레이저기준면(R)의 구배(β)로부터 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식을 이하의 수학식 (9)에 의해 연산하여 기억한다.

레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계(깊이)연산·기억부(11t)는 연산부 (11b)에 의해 연산된 차체(1B)와 레이저기준면(R)과의 위치관계[레이저수광기(10b)에 의해 레이저광을 수광하였을 때의 레이저수광기(10b)의 x - z 좌표계의 좌표치 (PLx, PLz)와, 설정기(7)에 의해 설정된 구배(β)로부터 계산된 상기한 수학식 (3)으로 나타내는 x - z 좌표계에 있어서의 레이저기준면(R)의 일차식]와, 연산·기억부(11s)에 기억된 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 상기 수학식(9)의 1차식으로부터 레이저기준면(R)과 목표굴삭면(T)과의 깊이방향의 거리(Ld)를 연산하여 기억한다. 여기서 깊이방향의 거리(Ld)의 연산식은 이하의 수학식 (10)과 같이 된다.

Ld = (목표굴삭면의 1차식의 절편) - (레이저기준면의 1차식의 절편)

또 도면중 파선은 차체이동 후의 처리의 흐름을 나타내고 있고, 차체의 이동후는 연산부(11b)에 의해 연산된 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 레이저기준면(R)의 1차식[상기한 수학식 (3)]과, 연산·기억부(11t)에 기억된 레이저기준면 (R)과 목표굴삭면(T)의 깊이방향의 거리(Ld)로부터 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식을 상기한 수학식 (4)에 의해 연산한다.

(수학식 4)

연산부(11e 내지 11i)의 처리기능은 도 6에 나타내는 제 1 실시형태에 있어서의 것과 동일하다. 단, 연산부(11f)는 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식으로서 차체이동 전의 최초의 굴삭위치에서는 상기 수학식 (9)를 사용하고, 차체이동 후는 상기 수학식 (4)를 사용하여 목표굴삭면(T)의 1차식을 모니터(12)상의 좌표계 x_m- z_m좌표로 변환한다.

이상과 같이 처리된 결과, 차체와 목표굴삭면과 레이저기준면의 위치관계 및 그것에 부속되는 수치가 모니터(12)상에 도 9에 나타내는 바와 같이 표시된다.

다음으로 도 15 및 도 10을 사용하여 본 실시형태에 의한 목표굴삭면의 다이렉트티치방식에 의한 설정순서 및 그 목표굴삭면에 의거하여 레이저기준면(외부기준)(R)으로부터 소정깊이·구배의 면을 연속적으로 굴삭하는 처리순서에 대하여 설명한다.

(순서 1)

(순서 2)

다음에 오퍼레이터는 도 7에서 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 프론트장치 (1A)를 움직여 버킷(1c)의 포올끝을 굴삭하고 싶은 점으로 이동하고, 도 5에 나타낸 다이렉트티치키(7e)를 누른다. 또, 그 전후에 오퍼레이터는 설정기(7)의 키 (7c, 7d)를 사용하여 구배(β)를 설정한다.

이 설정조작에 의해 연산부(11a)는 도 7에 나타내는 차체(1B)의 x - z 좌표계 및 각부 치수에 의거하여 버킷포올끝의 x - z 좌표계의 좌표치(Pcx, Pcz)를 수학식 (1) 및 수학식 (2)를 사용하여 연산한다. 또 연산·기억부(11s)는 그 버킷포올끝의 x - z 좌표계의 좌표치(Pcx, Pcz)와, 레이저기준면의 구배(β)로부터 차체 (1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식을 수학식 (9)에 의해 연산하여 기억한다.

(순서 3)

다음으로 오퍼레이터는 도 10에 나타내는 바와 같이 아암(1b)에 설치된 레이저수광기(10b)가 레이저광을 수광하도록 프론트장치(1A)를 움직인다. 이 설정조작에 의해 연산부(11b)는 레이저수광기(10b)에 의해 레이저광을 수광하였을 때의 레이저수광기(10b)의 x - z 좌표계의 좌표치(PLx, PLz)와, 설정기(7)에 의해 설정된 구배(β)로부터 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 레이저기준면(R)의 1차식을 수학식 (3)에 의해 연산한다. 또 연산·기억부(11t)는 연산부(11b)에 의해서 연산된 차체(1B)와 레이저기준면(R)과의 위치관계와, 연산·기억부(11s)에 기억된 차체 (1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식으로부터 깊이 설정치(Ld)를 수학식 (10)에 의해 연산하여 기억한다.

또한 순서 2와 순서 3의 레이저기준면(R)의 1차식을 연산하기까지의 조작은 순서 3의 뒤에 순서 2를 행하도록 하여도 좋다.

(순서 4)

순서 2 및 순서 3의 조작설정의 결과, 다시 연산부(11e 내지 11j)에 의한 연산처리가 행하여지고, 도 9에 나타내는 바와 같이 모니터(12)의 표시부(20)에는 차체(1B)와 레이저기준면(R)과 목표굴삭면(T)이 각각 모식도 12c와 파선(12a) 및 실선(12b)으로 표시됨과 동시에, 목표굴삭면(T)의 구배(β), 레이저기준면(R)에 대한 목표굴삭면(T)의 설정깊이(Ld) 및 레이저기준면(R)으로부터 버킷포올끝까지의 거리 (LPv)가 표시부(20)의 왼쪽 위에 표시된다.

오퍼레이터는 모니터(12)의 표시를 봄으로써, 차체와 목표굴삭면의 위치관계및 레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계를 시각적으로 파악, 인식하여 설정상태가 적절한지의 여부를 확인할 수 있다.

(순서 5)

오퍼레이터는 프론트장치(1A)를 조작하여 영역제한굴삭제어에 의해 연산·기억부(11s)에 기억된 목표굴삭면을 자동굴삭한다.

(순서 6)

(순서 7)

차체의 이동 후, 오퍼레이터는 도 10에 나타내는 바와 같이 아암(1b)에 설치된 레이저수광기(10b)가 레이저광을 수광하도록 프론트장치(1A)를 움직인다. 이 조작에 의해 연산부(11b)는 차체(1B)와 레이저기준면(R)의 위치관계를 연산하여 차체(1B)의 이동에 따라 생기는 차체위치의 변화를 보정한다.

여기서 연산·기억부(11t)에 기억되어 있는 레이저기준면에 대한 깊이 설정치(Ld)는 변경이 없기 때문에 연산·기억부(11s)는 연산부(11b)에 의해 연산된 차체(1B)와 레이저기준면(R)의 위치관계와, 연산·기억부(11t)에 기억된 깊이 설정치 (Ld)로부터 차체(1B)의 x - z 좌표계에 있어서의 목표굴삭면(T)의 1차식을 상기한 수학식 (4)에 의해 연산하여 갱신기억한다. 이에 의하여 차체(1B)가 이동한 후에도 차체(1B)의 이동에 의한 레이저기준면(R)에 대한 차체(1B)의 위치의 변화는 보정되어 레이저기준면(R)에 대하여 소정의 위치관계에 있는 목표굴삭면(T)에 대하여 영역제한굴삭제어를 계속하여 행할 수 있다.

(순서 8)

오퍼레이터는 프론트장치(1A)를 조작하여 영역제한굴삭제어에 의해 연산·기억부(11s)에 기억된 목표굴삭면(T)을 자동굴삭한다.

(순서 9)

이후 순서 6 내지 순서 8을 반복함으로써 차체(1B)를 이동하면서 레이저기준면(R)을 기준으로 하여 레이저기준면(R)에 대하여 소정의 깊이, 구배의 면을 자동굴삭한다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태에 의하면 다이렉트티치방식에 있어서도 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 15에 나타낸 실시형태에 있어서는 연산부(11b), 연산·기억부(11s, 11t)에서 차체(1B)와 레이저기준면(R)과 목표굴삭면(T)의 위치관계를 연산한 후의 모니터좌표로의 변환을 행하여 화상신호를 생성·출력하는 처리는 도 6에 나타내는 제 1 실시형태에 있어서의 연산부(11e 내지 11h, 11j)와 동일한 것으로 하였다. 연산부 (11e 내지 11h, 11j)는 차체기준으로 모니터좌표로의 변환을 행하는 경우의 것이다. 그러나 모니터좌표로의 변환은 제 2 및 제 3 실시형태와 마찬가지로 목표굴삭면 혹은 레이저기준면을 기준으로 하여 행하여도 좋다.

도 16 및 도 17은 그와 같은 경우의 설정·표시처리부의 처리기능을 나타내는 블록도이다. 즉 도 16은 본 발명의 제 5 실시형태로서 모니터좌표로의 변환을목표굴삭면을 기준으로 하여 행하는 경우의 설정·표시처리부(11D)의 처리기능을 나타내고, 도 17은 본 발명의 제 6 실시형태로서 모니터좌표로의 변환을 레이저기준면을 기준으로 하여 행하는 경우의 설정·표시처리부(11E)의 처리기능을 나타낸다. 도 16에 있어서 도 11 및 도 15와 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다. 도 17에 있어서 도 13 및 도 15와 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.

이들 실시형태에 의해서도 다이렉트티치방식에 있어서 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음에 도 18을 사용하여 본 발명의 목표굴삭면설정장치의 표시장치에 있어서의 제 2 표시예에 대하여 설명한다.

도 9에 있어서 설명한 바와 같이 모니터(12)의 표시부(20)에는 레이저기준면 (R)의 직선(12a)과 목표굴삭면(T)의 직선(12b)과, 유압셔블의 차체(1B)의 모식도 12c가 표시되어 있으나, 본 예에 있어서는 다시 목표굴삭면과 버킷선단의 위치관계를 명확하게 하기 위하여 표시부(20)의 화면상에 현재의 버킷선단위치(12d)를 겹쳐 표시하고, 또 표시부(20)의 화면상의 보조선으로서 차체(1B)의 하부주행체를 따라 지면을 나타내는 선(12e)을 표시하도록 하고 있다. 이에 의하여 현재의 작업구의 위치나 지면과의 관계를 포함하여 현재 상태를 더욱 정확하게 파악할 수 있다.

다음에 도 19를 사용하여 본 발명의 목표굴삭면설정장치의 표시장치에 있어서의 제 3 표시예에 대하여 설명한다.

본 예에 있어서는 도 18의 표시예에 대하여 버킷 등의 작업구의 위치를 버킷의 모식도 12f로 표시하고, 또한 차체 전후방향의 경사를 검출하는 경사계를 구비함으로써 차체(1B)의 하부주행체를 따라 지면을 나타내는 선(12e) 및 차체(1B)의 모식도 12c 를 검출된 경사에 따라 경사지게 표시하도록 하고 있다. 따라서 현재의 작업구의 위치나 차체의 경사, 지면의 상태를 포함하여 현재상태를 더욱 정확하게 파악할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태를 도 20 및 도 21에 의해 설명한다. 본 실시형태는 제어유닛에 설치되는 설정·표시처리부로부터 표시처리부를 분리하여 표시처리부를 제어유닛과 별개체의 표시처리유닛에 설치한 것이다. 도 20 및 도 21에 있어서 각각 도 4 및 도 6과 동등한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

도 20에 있어서 제어유닛(9F)은 목표굴삭면(T)을 설정함과 동시에, 차체(1B)와 레이저기준면(R)과 목표굴삭면(T)의 위치관계를 연산하는 설정처리부(11Fa)와, 영역제한굴삭제어를 행하는 굴삭제어부(14)를 가지고 있다. 또 제어유닛(9F)과 별개체의 표시처리유닛(11Fb)이 구비되어 있다.

도 21에 있어서 설정처리부(11Fa)는 버킷포올끝의 좌표연산부(11a)와, 차체와 레이저기준면의 위치관계연산부(11b)와, 레이저기준면과 목표굴삭면의 위치관계 (깊이)기억부(11c)와, 차체와 목표굴삭면의 위치관계연산·기억부(11d)의 각 기능을 가지고 있다. 표시처리유닛(11Fb)은 차체와 레이저기준면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11e)와, 차체와 목표굴삭면의 위치관계를 모니터좌표로 변환하는 연산부(11f)와, 레이저기준면의 화상생성연산부(11g)와, 목표굴삭면의 화상생성연산부(11h)와, 설정치의 표시연산부(11i)와, 차체의 화상생성연산부(11j)의 각 기능을 가지고 있다.

모니터(12)는 운전실내의 운전석 비스듬하게 앞쪽의 코너부에 설치되고, 제어유닛(9F)은 예를 들면 운전실내의 운전석 뒤쪽 하부에 설치되고, 표시처리유닛 (11Fb)은 예를 들면 운전석 옆쪽의 콘솔박스에 설치된다.

본 실시형태에 의해서도 제 1 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.

또 본 실시형태에 의하면 화상신호를 생성·출력하는 처리를 전용의 처리유닛(11Fb)에서 행하도록 하였기 때문에 표시처리유닛(11Fb)에 통신위성을 거친 보수·점검정보 등, 다른 정보의 화상신호를 생성·출력하는 처리기능을 가지게 하는 것이 용이하게 되어 표시장치의 다목적사용이 가능하게 된다.

또한 본 발명의 목표굴삭면설정장치 및 표시장치는 그 상세가 상기한 예에 한정되지 않고, 여러가지의 변형이 가능하다. 일례로서 상기한 실시형태에서는 외부기준으로서 레이저광에 의한 레이저기준면을 사용하였으나, 실선 등, 그 이외의 외부기준이어도 좋다. 실선을 외부기준으로 하는 경우는 버킷의 포올끝이 실선에 접촉하도록 프론트장치를 움직여 그 상태에서 트리거스위치를 눌러 그 때의 각도검출기(8a, 8b, 8c)의 검출치를 사용하여 연산부(11b)에서 차체와 레이저기준면의 위치관계를 연산시키면 좋다. 또 레이저기준면을 사용하는 경우도 아암측면에 레이저수광기(10b)를 설치하였으나, 레이저수광기(10b)를 대신하여 아암측면에 패널, 페인트 등으로 프론트기준의 표를 부착하여 그 표에 레이저광이 닿았을 때에 트리거스위치를 누름으로써 실선의 경우와 마찬가지로 연산부(11b)에서 차체와 레이저기준면의 위치관계를 연산시킬 수 있다.

또 본 발명은 목표굴삭면의 설정 후의 굴삭에 있어서는 영역제한굴삭제어에한정하지 않고, 다른 굴삭제어를 행하도록 하여도 좋은 것이다. 또 표시장치에 대한 표시예로서는 도 9, 도 18 또는 도 19에 나타낸 것에 있어서, 목표굴삭면과 외부기준면을 묘화할 때에 표시색이나 선종류를 바꾸어 시각적으로 구별하기 쉽게 하여도 좋은 것이다.

또한 상기 실시형태에서는 조작레버는 전기레버로 하였으나, 유압파일럿레버이어도 좋다. 또 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 수단으로서 회동각을 검출하는 각도계를 사용하였으나, 실린더의 스트로크를 검출하여도 된다.

본 발명에 의하면 외부기준을 사용하여 소정의 깊이면까지 장거리에 걸쳐 연속적으로 굴삭하는 경우의 목표굴삭면의 설정을 용이하게 행할 수 있는 것이 된다.

Claims

차체(1B) 외부에 외부기준(R)으로서 설치된 레이저기준면에 대하여 경사방향이 평행이 되도록 목표굴삭면(T)을 설정하고, 이 목표굴삭면에 대하여 프론트장치 (1A)를 제어하여 목표굴삭면을 따라 굴삭을 행하고, 굴삭 개시위치에서의 굴삭이 종료되면 굴삭기계를 상기 목표 굴삭면의 경사방향으로 이동하여 다음의 위치에서 목표 굴삭면을 따라 다시 굴삭을 행하고, 이 동작을 반복함으로써 소정깊이의 면을 장거리에 걸쳐 연속적으로 굴삭하는 굴삭기계의 목표굴삭면 설정장치에 있어서,

상기 목표굴삭면(T)을 설정하기 위한 입력수단(7)과,

상기 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 검출수단(8a, 8b)과,

상기 입력수단 및 검출수단의 신호를 사용하여 상기 차체(1B)와 외부기준(R)과 목표굴삭면(T)의 위치관계를 연산하는 제 1 연산수단(11b, 11c ; 11b, 11s, 11t)과,

표시장치(12, 20)와,

상기 제 1 연산수단으로 연산한 위치관계를 사용하여 화상연산처리를 행하여 상기 차체와 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 상기 표시장치에 표시시키는 제 2 연산수단(11e 내지 11h, 11j)을 구비하고,

상기 표시장치는, 상기 차체(18)를 나타내는 화상(12c)과 상기 외부기준(R) 및 목표굴삭면(T)을 나타내는 직선(12a, 12b)을 상기 위치관계에서, 상기 차체의 옆쪽에서 본 도면으로서 겹쳐서 표시하는 것을 특징으로 하는 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1 연산수단은,

상기 검출수단(8a, 8b)의 신호를 사용하여 상기 외부기준(R)에 대한 차체 (1B)의 위치관계를 연산하는 제 1 수단(11b)과,

적어도 상기 입력수단(7)의 신호를 사용하여 상기 외부기준(R)과 목표굴삭면 (T)의 위치관계를 설정하는 제 2 수단(11c ; 11s, 11t)을 가지는 것을 특징으로 하는 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치.
제 1항에 있어서,

상기 입력수단(7)은 상기 외부기준(R)으로부터 상기 목표굴삭면(T)까지의 깊이를 입력하는 수치입력수단(7a, 7b)을 포함하고,

상기 제 1 연산수단은,

상기 프론트장치(1A)가 상기 외부기준에 대하여 소정의 위치관계에 있을 때의 상기 검출수단(8a, 8b)의 신호를 사용하여 상기 차체(1B)와 외부기준(R)의 위치관계를 연산하는 제 3 연산수단(11b)과,

상기 수치입력수단(7a, 7b)의 신호를 사용하여 상기 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 설정하는 제 1 설정수단(11c)을 가지는 것을 특징으로 하는 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치.
제 3항에 있어서,

상기 제 1 연산수단은 상기 제 3 연산수단(11b)의 연산치와 상기 제 1 설정수단(11c)의 설정치를 사용하여 상기 차체(1B)와 목표굴삭면(T)의 위치관계를 연산하는 제 4 연산수단(11d)을 더 가지고,

상기 제 2 연산수단은,

상기 제 3 연산수단(11b)의 연산치를 상기 차체(1B)를 기준으로 하여 표시장치(12)의 표시부(20)에 설정되는 모니터좌표계의 값으로 변환하고, 상기 차체와 외부기준(R)과의 위치관계를 상기 표시부에 표시시키는 처리를 행하는 제 1 변환수단 (11e, 11g)과,

상기 제 4 연산수단(11d)의 연산치를 상기 차체(1B)를 기준으로 하여 상기 모니터좌표계의 값으로 변환하고, 상기 차체와 목표굴삭면과의 위치관계를 상기 표시부에 표시시키는 처리를 행하는 제 2 변환수단(11f, 11h)을 가지는 것을 특징으로 하는 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치.
제 1항에 있어서,

상기 입력수단(7)은 상기 프론트장치(1A)에 구비되는 작업기구(1c)가 목표로 하는 깊이에 있을 때에 조작되는 다이렉트티치지시수단(7e)을 포함하고,

상기 제 1 연산수단은

상기 다이렉트티치지시수단(7e)이 조작되었을 때의 상기 검출수단(8a, 8b, 8c)의 신호를 사용하여 상기 차체(1B)와 목표굴삭면(T)의 위치관계를 연산하는 제 4 연산수단(11a, 11s)과,

상기 프론트장치가 상기 외부기준(R)에 대하여 소정의 위치관계에 있을 때의 상기 검출수단(8a, 8b)의 신호를 사용하여 상기 차체와 외부기준의 위치관계를 연산하는 제 5 연산수단(11b)과,

상기 제 4 및 제 5 연산수단의 연산치를 사용하여 상기 외부기준과 목표굴삭면의 위치관계를 연산하는 제 6 연산수단(11t)을 가지는 것을 특징으로 하는 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치.
제 5항에 있어서,

상기 제 1 연산수단은 다시 상기 제 5 및 제 6 연산수단(11b, 11t)의 연산치를 사용하여 상기 차체(1B)와 목표굴삭면(T)의 위치관계를 연산하는 제 7 연산수단 (11s)을 가지고,

상기 제 2 연산수단은

상기 제 5 연산수단(11b)의 연산치를 상기 차체(1B)를 기준으로 하여 표시장치(12)의 표시부(20)에 설정되는 모니터좌표계의 값으로 변환하고, 상기 차체와 외부기준(R)과의 위치관계를 상기 표시부에 표시시키는 처리를 행하는 제 1 변환수단 (11e, 11g)과,

상기 제 4 연산수단(11a, 11s) 또는 상기 제 7 연산수단(11s)의 연산치를 상기 차체를 기준으로 하여 상기 모니터좌표계의 값으로 변환하고, 상기 차체(1B)와 목표굴삭면과의 위치관계를 상기 표시부에 표시시키는 처리를 행하는 제 2 변환수단(11f, 11h)을 가지는 것을 특징으로 하는 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치.
제 1항에 있어서,

상기 입력수단(7)은 상기 외부기준(R)의 구배를 설정하는 수단(7c, 7d)을 포함하고,

상기 제 1 연산수단(11b, 11c ; 11b, 11s, 11t)은, 상기 구배의 설정치도 포함하여 상기 차체(1B)와 외부기준(R)과 목표굴삭면(T)의 위치관계를 연산하고,

상기 제 2 연산수단(11e~11h, 11j)은 상기 구배에 따른 상기 외부기준과 목표굴삭면을 상기 표시장치에 표시시키는 것을 특징으로 하는 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 제 1 연산수단(11b, 11c ; 11Fa)은 제 1 제어유닛(9F)에 구비되고, 상기 제 2 연산수단(11e 내지 11h, 11j)은 상기 제 1 제어유닛과 별개체의 제 2 제어유닛(11Fb)에 구비되는 것을 특징으로 하는 굴삭기계의 목표굴삭면설정장치.
삭제
삭제