KR101838121B1

KR101838121B1 - 건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법

Info

Publication number: KR101838121B1
Application number: KR1020167036969A
Authority: KR
Inventors: 쓰토무 이와무라; 요시로 이와사키; 마사시 이치하라
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2018-03-13
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: CN106460360A; JPWO2016186218A1; US20170342678A1; CN106460360B; KR20170136415A; WO2016186218A1; US10196796B2; JP6046320B1; DE112016000090T5; DE112016000090B4

Abstract

건설 기계의 제어 시스템은, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 지형을 생성하는 목표 시공 지형 생성부와, 틸트축을 중심으로 틸트 회전하는 버킷의 틸트 데이터를 산출하는 틸트 데이터 산출부와, 적어도 버킷의 폭 데이터를 포함하는 버킷의 외형 데이터에 기초하여, 버킷에 설정되는 규정점의 위치 데이터를 산출하는 규정점 위치 데이터 산출부와, 규정점의 위치 데이터와 목표 시공 지형과 틸트 데이터에 기초하여, 목표 시공 지형에 있어서 버킷의 측방 방향으로 연장되는 틸트 목표 지형을 산출하는 틸트 목표 지형 산출부와, 규정점과 틸트 목표 지형과의 거리에 기초하여, 버킷의 틸트 회전을 제어하는 작업기 제어부를 구비한다.

Description

건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법{CONSTRUCTION MACHINERY CONTROL SYSTEM, CONSTRUCTION MACHINERY, AND CONSTRUCTION MACHINERY CONTROL METHOD}

본 발명은, 건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법에 관한 것이다.

특허 문헌 1에 개시되어 있는 것과 같은, 틸트식 버킷(bucket)을 가지는 작업기를 구비하는 건설 기계가 알려져 있다.

국제 공개 제2015/186179호

건설 기계의 제어에 관한 기술 분야에 있어서, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 지형에 대하여, 작업기 중 붐(boom), 암(arm), 및 버킷 중 1개 이상의 위치 또는 자세를 제어하는 작업기 제어가 알려져 있다. 작업기 제어가 실시되는 것에 의해, 목표 시공 지형에 준거한 시공이 실시된다.

틸트식 버킷을 가지는 건설 기계에 있어서는, 기존의 작업기 제어에 더하여 틸트식 버킷에 고유의 제어를 실시하지 않으면, 건설 기계의 작업 효율이 저하된다.

본 발명의 태양(態樣)은, 틸트식 버킷을 가지는 작업기를 구비하는 건설 기계에 있어서, 작업 효율의 저하를 억제할 수 있는 건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 암과, 버킷축 및 상기 버킷축과 직교하는 틸트축(tilting axis)의 각각을 중심으로 상기 암에 대하여 회전 가능한 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계의 제어 시스템으로서, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 지형을 생성하는 목표 시공 지형 생성부와, 상기 틸트축을 중심으로 틸트 회전하는 상기 버킷의 틸트 데이터를 산출하는 틸트 데이터 산출부와, 상기 버킷의 폭 데이터를 적어도 포함하는 상기 버킷의 외형 데이터에 기초하여, 상기 버킷에 설정되는 규정점의 위치 데이터를 산출하는 규정점 위치 데이터 산출부와, 상기 규정점의 위치 데이터와 상기 목표 시공 지형과 상기 틸트 데이터에 기초하여, 상기 목표 시공 지형에 있어서 상기 버킷의 측방 방향으로 연장되는 틸트 목표 지형을 산출하는 틸트 목표 지형 산출부와, 상기 규정점과 상기 틸트 목표 지형과의 거리에 기초하여, 상기 버킷의 틸트 회전을 제어하는 작업기 제어부를 구비하는 건설 기계의 제어 시스템이 제공된다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 상부 선회체(旋回體)와, 상기 상부 선회체를 지지하는 하부 주행체와, 상기 암과 상기 버킷을 포함하고, 상기 상부 선회체에 지지되는 작업기와, 제1 태양의 건설 기계의 제어 시스템을 구비하는 건설 기계가 제공된다.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 암과, 버킷축 및 상기 버킷축과 직교하는 틸트축의 각각을 중심으로 상기 암에 대하여 회전 가능한 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계의 제어 방법으로서, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 지형을 생성하는 것과, 상기 틸트축을 중심으로 틸트 회전하는 상기 버킷의 틸트 데이터를 산출하는 것과, 상기 버킷의 폭에 관한 데이터를 적어도 포함하는 상기 버킷의 외형 데이터에 기초하여, 상기 버킷에 설정되는 규정점의 위치 데이터를 산출하는 것과, 상기 규정점의 위치 데이터와 상기 목표 시공 지형과 상기 틸트 데이터에 기초하여, 상기 목표 시공 지형에 있어서 상기 버킷의 측방 방향으로 연장되는 틸트 목표 지형을 산출하는 것과, 상기 규정점과 상기 틸트 목표 지형과의 거리에 기초하여, 상기 버킷의 틸트 회전을 제어하는 제어 신호를 출력하는 것을 포함하는 건설 기계의 제어 방법이 제공된다.

본 발명의 태양에 의하면, 틸트식 버킷을 가지는 작업기를 구비하는 건설 기계에 있어서, 작업 효율의 저하를 억제할 수 있는 건설 기계의 제어 시스템, 건설 기계, 및 건설 기계의 제어 방법이 제공된다.

도 1은, 본 실시형태에 관한 건설 기계의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 버킷의 일례를 나타낸 측단면도이다.
도 3은, 본 실시형태에 관한 버킷의 일례를 나타낸 정면도이다.
도 4는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(hydraulic shovel)을 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 5는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블을 모식적으로 나타낸 배면도이다.
도 6은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블을 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 7은, 본 실시형태에 관한 버킷을 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 8은, 본 실시형태에 관한 버킷을 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 9는, 본 실시형태에 관한 유압(油壓) 시스템의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 10은, 본 실시형태에 관한 유압 시스템의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 11은, 본 실시형태에 관한 제어 시스템의 일례를 나타낸 기능 블록도이다.
도 12는, 본 실시형태에 관한 버킷에 설정되는 규정점의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 13은, 본 실시형태에 관한 목표 시공 데이터의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 14는, 본 실시형태에 관한 목표 시공 지형의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 15는, 본 실시형태에 관한 틸트 동작 평면의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 16은, 본 실시형태에 관한 틸트 동작 평면의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 17은, 본 실시형태에 관한 틸트 목표 지형의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 18은, 본 실시형태에 관한 틸트 목표 지형의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 19는, 본 실시형태에 관한 틸트 정지(停止) 제어를 설명하기 위한 모식도이다.
도 20은, 본 실시형태에 관한 동작 거리와 제한 속도와의 관계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 21은, 본 실시형태에 관한 버킷의 작용을 설명하기 위한 모식도이다.
도 22는, 본 실시형태에 관한 버킷의 작용을 설명하기 위한 모식도이다.
도 23은, 본 실시형태에 관한 버킷의 작용을 설명하기 위한 모식도이다.
도 24는, 본 실시형태에 관한 버킷의 작용을 설명하기 위한 모식도이다.
도 25는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블의 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 26은, 본 실시형태에 관한 틸트 동작 평면의 일례를 나타낸 모식도이다.

이하, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 각각의 실시형태의 구성 요소는, 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않을 경우도 있다.

이하의 설명에 있어서는, 글로벌 좌표계(XgYgZg 좌표계) 및 로컬 좌표계(XYZ좌표계)를 설정하여 각 부의 위치 관계에 대하여 설명한다. 글로벌 좌표계란, 전지구 측위 시스템(Global Positioning System: GPS)과 같은 전지구 항법 위성 시스템(Global Navigation Satellite System: GNSS)에 의해 규정되는 절대 위치를 나타내는 좌표계이다. 로컬 좌표계란, 건설 기계의 기준 위치에 대한 상대(相對) 위치를 나타내는 좌표계이다.

[건설 기계]

도 1은, 본 실시형태에 관한 건설 기계(100)의 일례를 나타낸 사시도이다. 본 실시형태에 있어서는, 건설 기계(100)가 유압 셔블인 예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서는, 건설 기계(100)를 적절히, 유압 셔블(100)이라고 한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은, 유압에 의해 작동하는 작업기(1)와, 작업기(1)를 지지하는 차체인 상부 선회체(2)와, 상부 선회체(2)를 지지하는 주행 장치인 하부 주행체(3)와, 작업기(1)를 조작하기 위한 조작 장치(30)와, 작업기(1)를 제어하는 제어 장치(50)를 구비한다. 상부 선회체(2)는, 하부 주행체(3)에 지지된 상태로 선회축(旋回軸) RX를 중심으로 선회할 수 있다.

상부 선회체(2)는, 오퍼레이터가 탑승하는 운전실(4)과, 엔진 및 유압 펌프가 수용되는 기계실(5)을 가진다. 운전실(4)은, 오퍼레이터가 착석하는 운전석(4S)을 가진다. 기계실(5)은, 운전실(4)의 후방에 배치된다.

하부 주행체(3)는, 한 쌍의 크롤러(crawlers)(3C)를 가진다. 크롤러(3C)의 회전에 의해, 유압 셔블(100)이 주행한다. 그리고, 하부 주행체(3)가 타이어를 가져도 된다.

작업기(1)는, 상부 선회체(2)에 지지된다. 작업기(1)는, 붐 핀(boom pin)을 통하여 상부 선회체(2)에 연결되는 붐(6)과, 암 핀(arm pin)을 통하여 붐(6)에 연결되는 암(7)과, 버킷 핀(bucket pin) 및 틸트 핀을 통하여 암(7)에 연결되는 버킷(8)을 가진다. 버킷(8)은, 날끝(blade tip)(9)을 가진다. 본 실시형태에 있어서, 버킷(8)의 날끝(9)은, 버킷(8)에 설치된 스트레이트 형상의 날의 선단부이다. 그리고, 버킷(8)의 날끝(9)은, 버킷(8)에 설치된 볼록형상의 날의 선단부라도 된다.

붐(6)은, 회전축인 붐축 AX1을 중심으로 상부 선회체(2)에 대하여 회전 가능하다. 암(7)은, 회전축인 암축 AX2를 중심에 붐(6)에 대하여 회전 가능하다. 버킷(8)은, 회전축인 버킷축 AX3 및 버킷축 AX3와 직교하는 회전축인 틸트축 AX4의 각각을 중심으로 암(7)에 대하여 회전 가능하다. 회전축 AX1과 회전축 AX2와 회전축 AX3와는 평행이다. 회전축 AX1, AX2, AX3와 선회축 RX와 평행한 축과는 직교한다. 회전축 AX1, AX2, AX3은, 로컬 좌표계의 Y축과 평행이다. 선회축 RX는, 로컬 좌표계의 Z축과 평행이다. 회전축 AX1, AX2, AX3와 평행한 방향은, 상부 선회체(2)의 차폭 방향을 나타낸다. 선회축 RX와 평행한 방향은, 상부 선회체(2)의 상하 방향을 나타낸다. 회전축 AX1, AX2, AX3 및 선회축 RX의 양쪽과 직교하는 방향은, 상부 선회체(2)의 전후 방향을 나타낸다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터를 기준으로 하여 작업기(1)가 존재하는 방향이 전방이다.

작업기(1)는, 유압 실린더(10)가 발생하는 동력에 의해 작동한다. 유압 실린더(10)는, 붐(6)을 작동시키는 붐 실린더(11)와, 암(7)을 작동시키는 암 실린더(12)와, 버킷(8)을 작동시키는 버킷 실린더(13) 및 틸트 실린더(14)를 포함한다.

또한, 작업기(1)는, 붐 실린더(11)의 구동량을 나타내는 붐 스트로크를 검출하는 붐 스트로크 센서(16)와, 암 실린더(12)의 구동량을 나타내는 암 스트로크를 검출하는 암 스트로크 센서(17)와, 버킷 실린더(13)의 구동량을 나타내는 버킷 스트로크를 검출하는 버킷 스트로크 센서(18)와, 틸트 실린더(14)의 구동량을 나타내는 틸트 스트로크를 검출하는 틸트 스트로크 센서(19)를 가진다. 붐 스트로크 센서(16)는, 붐 실린더(11)에 배치된다. 암 스트로크 센서(17)는, 암 실린더(12)에 배치된다. 버킷 스트로크 센서(18)는, 버킷 실린더(13)에 배치된다. 틸트 스트로크 센서(19)는, 틸트 실린더(14)에 배치된다.

조작 장치(30)는, 운전실(4)에 배치된다. 조작 장치(30)는, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작 부재를 포함한다. 오퍼레이터는, 조작 장치(30)를 조작하여, 작업기(1)를 작동시킨다. 본 실시형태에 있어서, 조작 장치(30)는, 우측 작업기 조작 레버(30R)와, 좌측 작업기 조작 레버(30L)와, 틸트 조작 레버(30T)와, 조작 페달(30F)을 포함한다.

중립 위치에 있는 우측 작업기 조작 레버(30R)가 전방으로 조작되면, 붐(6)이 하강 동작하고, 후방으로 조작하면, 붐(6)이 상승 동작한다. 중립 위치에 있는 우측 작업기 조작 레버(30R)가 우측으로 조작되면, 버킷(8)이 덤프하고, 좌측 방향으로 조작되면, 버킷(8)이 굴삭한다.

중립 위치에 있는 좌측 작업기 조작 레버(30L)가 전방으로 조작되면, 암(7)이 덤프하고, 후방으로 조작되면, 암(7)이 굴삭한다. 중립 위치에 있는 좌측 작업기 조작 레버(30L)가 우측으로 조작되면, 상부 선회체(2)가 우측 선회하고, 좌측 방향으로 조작되면, 상부 선회체(2)가 좌측 선회한다.

그리고, 우측 작업기 조작 레버(30R) 및 좌측 작업기 조작 레버(30L)의 조작 방향과, 작업기(1)의 동작 방향 및 상부 선회체(2)의 선회 방향의 관계는, 전술한 관계가 아니어도 된다.

제어 장치(50)는, 컴퓨터 시스템을 포함한다. 제어 장치(50)는, CPU(Central Processing Unit)와 같은 프로세서와, ROM(Read Only Memory)와 같은 불휘발성 메모리 및 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리를 포함하는 기억 장치와, 입출력 인터페이스 장치를 가진다.

[버킷]

다음에, 본 실시형태에 관한 버킷(8)에 대하여 설명한다. 도 2는, 본 실시형태에 관한 버킷(8)의 일례를 나타낸 측단면도이다. 도 3은, 본 실시형태에 관한 버킷(8)의 일례를 나타낸 정면도이다. 본 실시형태에 있어서, 버킷(8)은, 틸트식 버킷이다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 작업기(1)는, 버킷축 AX3 및 버킷축 AX3와 직교하는 틸트축 AX4의 각각을 중심으로 암(7)에 대하여 회전 가능한 버킷(8)을 가진다. 버킷(8)은, 버킷 핀(8B)을 통하여 암(7)에 회전 가능하게 연결된다. 또한, 버킷(8)은, 틸트 핀(8T)을 통하여 암(7)에 회전 가능하게 지지된다.

버킷(8)은, 접속 부재(90)를 통하여, 암(7)의 선단부에 접속된다. 버킷 핀(8B)은, 암(7)과 접속 부재(90)를 연결한다. 틸트 핀(8T)은, 접속 부재(90)와 버킷(8)을 연결한다. 버킷(8)은, 접속 부재(90)를 통하여, 암(7)에 회전 가능하게 접속된다.

버킷(8)은, 바닥판(81)과, 배면판(82)과, 상판(83)과, 측판(84)과, 측판(85)을 포함한다. 버킷(8)은, 상판(83)의 상부에 설치된 브래킷(bracket)(87)을 가진다. 브래킷(87)은, 상판(83)의 전후 위치에 설치된다. 브래킷(87)은, 접속 부재(90) 및 틸트 핀(8T)과 연결된다.

접속 부재(90)는, 플레이트 부재(91)과, 플레이트 부재(91)의 상면에 설치된 브래킷(92)과, 플레이트 부재(91)의 하면에 설치된 브래킷(93)을 가진다. 브래킷(92)은, 암(7) 및 제2 링크 핀(95P)과 연결된다. 브래킷(93)은 브래킷(87)의 상부에 설치되고, 틸트 핀(8T) 및 브래킷(87)과 연결된다.

버킷 핀(8B)은, 접속 부재(90)의 브래킷(92)과 암(7)의 선단부를 연결한다. 틸트 핀(8T)은, 접속 부재(90)의 브래킷(93)과 버킷(8)의 브래킷(87)을 연결한다. 접속 부재(90) 및 버킷(8)은, 암(7)에 대하여 버킷축 AX3를 중심으로 회전 가능하다. 버킷(8)은, 접속 부재(90)에 대하여 틸트축 AX4를 중심으로 회전 가능하다.

작업기(1)는, 제1 링크 핀(94P)을 통하여 암(7)에 회전 가능하게 접속되는 제1 링크 부재(94)와, 제2 링크 핀(95P)을 통하여 브래킷(92)에 회전 가능하게 접속되는 제2 링크 부재(95)를 가진다. 제1 링크 부재(94)의 기단부(基端部)가 제1 링크 핀(94P)을 통하여 암(7)에 접속된다. 제2 링크 부재(95)의 기단부가 제2 링크 핀(95P)을 통하여 브래킷(92)에 접속된다. 제1 링크 부재(94)의 선단부와 제2 링크 부재(95)의 선단부가, 버킷 실린더 탑 핀(96)을 통하여 연결된다.

버킷 실린더(13)의 선단부는, 버킷 실린더 탑 핀(96)을 통하여, 제1 링크 부재(94)의 선단부 및 제2 링크 부재(95)의 선단부와 회전 가능하게 접속된다. 버킷 실린더(13)가 신축되도록 작동하면, 접속 부재(90)는 버킷(8)과 함께 버킷축 AX3를 중심으로 회전한다.

틸트 실린더(14)는, 접속 부재(90)에 설치된 브래킷(97) 및 버킷(8)에 설치된 브래킷(88)의 각각에 접속된다. 틸트 실린더(14)의 로드가 핀을 통하여 브래킷(97)에 접속된다. 틸트 실린더(14)의 본체부가 핀을 통하여 브래킷(88)에 접속된다. 틸트 실린더(14)가 신축되도록 작동하면, 버킷(8)은 틸트축 AX4를 중심으로 회전한다. 그리고, 본 실시형태에 관한 틸트 실린더(14)의 접속 구조는 일례이며 이에 한정되지 않는다.

이와 같이, 버킷(8)은, 버킷 실린더(13)의 작동에 의해, 버킷축 AX3를 중심으로 회전한다. 버킷(8)은, 틸트 실린더(14)의 작동에 의해, 틸트축 AX4를 중심으로 회전한다. 버킷(8)이 버킷축 AX3를 중심으로 회전하면, 틸트 핀(8T)은 버킷(8)과 함께 회전한다.

[검출 시스템]

다음에, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 검출 시스템(400)에 대하여 설명한다. 도 4는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)을 모식적으로 나타낸 측면도이다. 도 5는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)을 모식적으로 나타낸 배면도이다. 도 6은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)을 모식적으로 나타낸 평면도이다. 도 7은, 본 실시형태에 관한 버킷(8)을 모식적으로 나타낸 측면도이다. 도 8은, 본 실시형태에 관한 버킷(8)을 모식적으로 나타낸 정면도이다.

도 4, 도 5, 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 검출 시스템(400)은, 상부 선회체(2)의 위치를 산출하는 위치 연산 장치(20)와, 작업기(1)의 각도를 산출하는 작업기 각도 연산 장치(24)를 가진다.

위치 연산 장치(20)는, 상부 선회체(2)의 위치를 검출하는 차체 위치 연산기(21)와, 상부 선회체(2)의 자세를 검출하는 자세 연산기(22)와, 상부 선회체(2)의 방위를 검출하는 방위 연산기(23)를 포함한다.

차체 위치 연산기(21)는, GPS 수신기를 포함한다. 차체 위치 연산기(21)는, 상부 선회체(2)에 설치된다. 차체 위치 연산기(21)는, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg를 검출한다. 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg는, Xg축 방향의 좌표 데이터, Yg축 방향의 좌표 데이터, 및 Zg축 방향의 좌표 데이터를 포함한다.

상부 선회체(2)에 복수의 GPS 안테나(21A)가 설치된다. GPS 안테나(21A)는, GPS 위성으로부터 전파를 수신하여, 수신한 전파에 기초하여 생성한 신호를 차체 위치 연산기(21)에 출력한다. 차체 위치 연산기(21)는, GPS 안테나(21A)로부터 공급된 신호에 기초하여, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Pr을 검출한다. 차체 위치 연산기(21)는, GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Pr에 기초하여, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg를 검출한다.

GPS 안테나(21A)는, 차폭 방향으로 2개 설치된다. 차체 위치 연산기(21)는, 한쪽의 GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Pra 및 다른 쪽의 GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Prb의 각각을 검출한다. 차체 위치 연산기(21)는, 위치 Pra 및 위치 Prb 중 적어도 한쪽에 기초하여 연산 처리를 실시하여, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg를 산출한다. 본 실시형태에 있어서, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg는, 위치 Pra이다. 그리고, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg는, 위치 Prb라도 되고, 위치 Pra와 위치 Prb와의 사이의 위치라도 된다.

자세 연산기(22)는, 관성 계측 장치(Inertial Measurement Unit) IMU를 포함한다. 자세 연산기(22)는, 상부 선회체(2)에 설치된다. 자세 연산기(22)는, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 수평면(XgYg 평면)에 대한 상부 선회체(2)의 경사 각도를 산출한다. 수평면에 대한 상부 선회체(2)의 경사 각도는, 차폭 방향에서의 상부 선회체(2)의 경사 각도를 나타내는 롤 각도 θ1과, 전후 방향에서의 상부 선회체(2)의 경사 각도를 나타내는 피치 각도 θ2를 포함한다.

방위 연산기(23)는, 한쪽의 GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Pra와 다른 쪽의 GPS 안테나(21A)가 설치되어 있는 위치 Prb에 기초하여, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위를 산출한다. 기준 방위는, 예를 들면, 북쪽이다. 방위 연산기(23)는, 위치 Pra와 위치 Prb에 기초하여 연산 처리를 실시하여, 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위를 산출한다. 방위 연산기(23)는, 위치 Pra와 위치 Prb를 연결하는 직선을 산출하고, 산출한 직선과 기준 방위가 이루는 각도에 기초하여, 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위를 산출한다. 기준 방위에 대한 상부 선회체(2)의 방위는, 기준 방위와 상부 선회체(2)의 방위가 이루는 각도를 나타내는 요 각도(yaw angle) θ3를 포함한다.

도 4, 도 7, 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 작업기 각도 연산 장치(24)는, 붐 스트로크 센서(16)에 의해 검출된 붐 스트로크에 기초하여, 로컬 좌표계의 Z축에 대한 붐(6)의 경사 각도를 나타내는 붐 각도 α를 산출한다. 작업기 각도 연산 장치(24)는, 암 스트로크 센서(17)에 의해 검출된 암 스트로크에 기초하여, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사 각도를 나타내는 암 각도 β를 산출한다. 작업기 각도 연산 장치(24)는, 버킷 스트로크 센서(18)에 의해 검출된 버킷 스트로크에 기초하여, 암(7)에 대한 버킷(8)의 날끝(9)의 경사 각도를 나타내는 버킷 각도 γ를 산출한다. 작업기 각도 연산 장치(24)는, 틸트 스트로크 센서(19)에 의해 검출된 틸트 스트로크에 기초하여, XY 평면에 대한 버킷(8)의 경사 각도를 나타내는 틸트 각도(tilt angle) δ를 산출한다. 작업기 각도 연산 장치(24)는, 붐 스트로크 센서(16)에 의해 검출된 붐 스트로크, 암 스트로크 센서(17)에 의해 검출된 암 스트로크, 및 버킷 스트로크 센서(18)에 의해 검출된 틸트 스트로크에 기초하여, XY 평면에 대한 틸트축 AX4의 경사 각도를 나타내는 틸트축 각도 ε를 산출한다.

그리고, 붐 각도 α, 암 각도 β, 버킷 각도 γ, 틸트 각도 δ, 및 틸트축 각도 ε는, 스트로크 센서를 이용하지 않고, 예를 들면, 작업기(10)에 설치된 각도 센서에 의해 검출되어도 된다. 또한, 스테레오 카메라 또는 레이저 스캐너에 의해 작업기(10)의 각도가 광학적으로 검출되고, 그 검출 결과를 사용하여, 붐 각도 α, 암 각도 β, 버킷 각도 γ, 틸트 각도 δ, 및 틸트축 각도 ε가 산출되어도 된다.

[유압 시스템]

다음에, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 유압 시스템(300)의 일례에 대하여 설명한다. 도 9 및 도 10은, 본 실시형태에 관한 유압 시스템(300)의 일례를 나타낸 모식도이다. 붐 실린더(11), 암 실린더(12), 버킷 실린더(13), 및 틸트 실린더(14)를 포함하는 유압 실린더(10)는, 유압 시스템(300)에 의해 구동한다. 유압 시스템(300)은, 유압 실린더(10)에 작동유를 공급하여, 유압 실린더(10)를 구동한다. 유압 시스템(300)은, 유량(流量) 제어 밸브(25)를 가진다. 유량 제어 밸브(25)는, 유압 실린더(10)에 대한 작동유의 공급량 및 작동유가 흐르는 방향을 제어한다. 유압 실린더(10)는, 캡측 오일실(10A) 및 로드 측 오일실(10B)을 가진다. 캡측 오일실(10A)은, 실린더 헤드 커버와 피스톤과의 사이의 공간이다. 로드 측 오일실(10B)은, 피스톤 로드가 배치되는 공간이다. 오일 통로(35A)를 통하여 캡측 오일실(10A)에 작동유가 공급되는 것에 의해, 유압 실린더(10)가 신장된다. 오일 통로(35B)를 통하여 로드 측 오일실(10B)에 작동유가 공급되는 것에 의해, 유압 실린더(10)가 수축된다.

도 9는, 암 실린더(12)를 작동하는 유압 시스템(300)의 일례를 나타낸 모식도이다. 유압 시스템(300)은, 작동유를 공급하는 가변(可變) 용량형의 메인 유압 펌프(31)와, 파일럿 오일을 공급하는 파일럿압 펌프(32)와, 파일럿 오일이 흐르는 오일 통로(33A, 33B)와, 오일 통로(33A, 33B)에 배치된 압력 센서(34A, 34B)와, 유량 제어 밸브(25)에 작용하는 파일럿압을 조정하는 제어 밸브(37A, 37B)와, 유량 제어 밸브(25)에 대한 파일럿압을 조정하는 우측 작업기 조작 레버(30R) 및 좌측 작업기 조작 레버(30L)를 포함하는 조작 장치(30)와, 제어 장치(50)를 구비한다. 조작 장치(30)의 우측 작업기 조작 레버(30R) 및 좌측 작업기 조작 레버(30L)는, 파일럿 유압 방식의 조작 장치이다.

메인 유압 펌프(31)로부터 공급된 작동유는, 유량 제어 밸브(25)를 통하여, 암 실린더(12)에 공급된다. 유량 제어 밸브(25)는, 로드형(rod shaped)의 스풀(spool)을 축 방향으로 이동하여 작동유가 흐르는 방향을 전환하는 슬라이딩 스풀 방식의 유량 제어 밸브이다. 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 암 실린더(12)의 캡측 오일실(10A)에 대한 작동유의 공급과, 로드 측 오일실(10B)에 대한 작동유의 공급이 전환된다. 또한, 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 암 실린더(12)에 대한 단위 시간당의 작동유의 공급량이 조정된다. 암 실린더(12)에 대한 작동유의 공급량이 조정되는 것에 의해, 실린더 속도가 조정된다.

유량 제어 밸브(25)는, 조작 장치(30)에 의해 조작된다. 파일럿압 펌프(32)로부터 송출된 파일럿 오일이 조작 장치(30)에 공급된다. 그리고, 메인 유압 펌프(31)로부터 송출되어 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿 오일이 조작 장치(30)에 공급되어도 된다. 조작 장치(30)는, 파일럿압 조정 밸브를 포함한다. 조작 장치(30)의 조작량에 기초하여 제어 밸브(37A, 37B)가 작동되어 유량 제어 밸브(25)의 스풀에 작용하는 파일럿압이 조정된다. 파일럿압에 의해, 유량 제어 밸브(25)가 구동된다. 조작 장치(30)에 의해 파일럿압이 조정되는 것에 의해, 축 방향에서의 스풀의 이동량, 이동 속도, 및 이동 방향이 조정된다.

유량 제어 밸브(25)는, 제1 수압실(受壓室) 및 제2 수압실을 가진다. 좌측 작업기 조작 레버(30L)가 중립 위치보다 한쪽 측으로 경사 이동하도록 조작되고, 오일 통로(33A)의 파일럿압에 의해 스풀이 이동하면, 메인 유압 펌프(31)로부터의 작동유가 제1 수압실에 공급되고, 오일 통로(35A)를 통하여 캡측 오일실(10A)에 작동유가 공급된다. 좌측 작업기 조작 레버(30L)가 중립 위치보다 다른 쪽 측으로 경사 이동하도록 조작되고, 오일 통로(33B)의 파일럿압에 의해 스풀이 이동하면, 메인 유압 펌프(31)로부터의 작동유가 제2 수압실에 공급되고, 오일 통로(35B)를 통하여 로드 측 오일실(10B)에 작동유가 공급된다.

압력 센서(34A)는, 오일 통로(33A)의 파일럿압을 검출한다. 압력 센서(34B)는, 오일 통로(33B)의 파일럿압을 검출한다. 압력 센서(33A, 33B)의 검출 신호는, 제어 장치(50)에 출력된다. 작업기 제어를 실시할 때, 제어 장치(50)는, 제어 밸브(37A, 37B)에 제어 신호를 출력하여, 파일럿압을 조정한다.

붐 실린더(11) 및 버킷 실린더(13)를 작동하는 유압 시스템(300)은, 암 실린더(12)를 작동하는 유압 시스템(300)과 마찬가지의 구성이다. 붐 실린더(11) 및 버킷 실린더(13)를 작동하는 유압 시스템(300)에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 붐(6)에 대하여 작업기 제어를 실시하기 위해, 붐 실린더(11)에 접속되는 오일 통로(33A)에, 붐(6)의 상승 동작에 개입하는 개입용 제어 밸브가 접속되어도 된다.

그리고, 조작 장치(30)의 우측 작업기 조작 레버(30R) 및 좌측 작업기 조작 레버(30L)는, 파일럿 유압 방식이 아니어도 된다. 우측 작업기 조작 레버(30R) 및 좌측 작업기 조작 레버(30L)는, 우측 작업기 조작 레버(30R) 및 좌측 작업기 조작 레버(30L)의 조작량(경사이동각)에 기초하여 전기 신호를 제어 장치(50)에 출력하여, 제어 장치(50)의 제어 신호에 기초하여 유량 제어 밸브(25)를 직접적으로 제어하는 전자 레버 방식이라도 된다.

도 10은, 틸트 실린더(14)를 작동하는 유압 시스템(300)의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다. 유압 시스템(300)은, 틸트 실린더(14)에 대한 작동유의 공급량을 조정하는 유량 제어 밸브(25)와, 유량 제어 밸브(25)에 작용하는 파일럿압을 조정하는 제어 밸브(37A, 37B)와, 파일럿압 펌프(32)와 조작 페달(30F)과의 사이에 배치되는 제어 밸브(39)와, 조작 장치(30)의 틸트 조작 레버(30T) 및 조작 페달(30F)와, 제어 장치(50)를 구비한다. 본 실시형태에 있어서, 조작 장치(30)의 조작 페달(30F)은, 파일럿 유압 방식의 조작 장치이다. 조작 장치(30)의 틸트 조작 레버(30T)는, 전자 레버 방식의 조작 장치이다. 틸트 조작 레버(30T)는, 우측 작업기 조작 레버(30R) 및 좌측 작업기 조작 레버(30L)에 설치된 조작 버튼을 포함한다.

조작 장치(30)의 조작 페달(30F)은, 파일럿압 펌프(32)에 접속된다. 또한, 조작 페달(30F)은, 제어 밸브(37A)로부터 송출되는 파일럿 오일이 흐르는 오일 통로(38A)에 셔틀 밸브(36A)를 통하여 접속된다. 또한, 조작 페달(30F)은, 제어 밸브(37B)로부터 송출되는 파일럿 오일이 흐르는 오일 통로(38B)에 셔틀 밸브(36B)를 통하여 접속된다. 조작 페달(30F)이 조작됨으로써, 조작 페달(30F)과 셔틀 밸브(36A)와의 사이의 오일 통로(33A)의 압력, 및 조작 페달(30F)과 셔틀 밸브(36B)와의 사이의 오일 통로(33B)의 압력이 조정된다.

틸트 조작 레버(30T)가 조작됨으로써, 틸트 조작 레버(30T)의 조작에 의해 생성된 조작 신호가 제어 장치(50)에 출력된다. 제어 장치(50)는, 틸트 조작 레버(30T)로부터 출력된 조작 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 제어 밸브(37A, 37B)를 제어한다. 제어 밸브(37A, 37B)는, 전자(電磁) 비례 제어 밸브이다. 제어 밸브(37A)는, 제어 신호에 기초하여, 오일 통로(38A)를 개폐한다. 제어 밸브(37B)는, 제어 신호에 기초하여, 오일 통로(38B)를 개폐한다.

틸트 버킷(tilt bucket) 제어를 실시하지 않을 때, 조작 장치(30)의 조작량에 기초하여, 파일럿압이 조정된다. 틸트 버킷 제어를 실시할 때, 제어 장치(50)는, 제어 밸브(37A, 37B)에 제어 신호를 출력하여, 파일럿압을 조정한다.

[제어 시스템]

다음에, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 시스템(200)에 대하여 설명한다. 도 11은, 본 실시형태에 관한 제어 시스템(200)의 일례를 나타낸 기능 블록도이다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 제어 시스템(200)은, 작업기(1)를 제어하는 제어 장치(50)와, 위치 연산 장치(20)와, 작업기 각도 연산 장치(24)와, 제어 밸브(37)[37A, 37B]와, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)를 구비한다.

위치 연산 장치(20)는, 차체 위치 연산기(21)와, 자세 연산기(22)와, 방위 연산기(23)를 가진다. 위치 연산 장치(20)는, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg, 롤 각도 θ1 및 피치 각도 θ2를 포함하는 상부 선회체(2)의 자세, 및 요 각도 θ3를 포함하는 상부 선회체(2)의 방위를 검출한다.

작업기 각도 연산 장치(24)는, 붐 각도 α, 암 각도 β, 버킷 각도 γ, 틸트 각도 δ, 및 틸트축 각도 ε를 포함하는 작업기(1)의 각도를 검출한다.

제어 밸브(37)[37A, 37B]는, 틸트 실린더(14)에 대한 작동유의 공급량을 조정한다. 제어 밸브(37)는, 제어 장치(50)로부터의 제어 신호에 기초하여 작동한다.

목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 컴퓨터 시스템을 포함한다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 시공 영역의 목표 형상인 목표 지형을 나타내는 목표 시공 데이터를 생성한다. 목표 시공 데이터는, 작업기(1)에 의한 시공 후에 얻어지는 3차원의 목표 형상을 나타낸다.

목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 유압 셔블(100)의 원격지에 설치된다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 예를 들면, 시공 관리 회사의 설비에 설치된다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)와 제어 장치(50)는 무선 통신 가능하다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)에 의해 생성된 목표 시공 데이터는, 무선으로 제어 장치(50)에 송신된다.

그리고, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)와 제어 장치(50)가 유선으로 접속되고, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)로부터 제어 장치(50)에 목표 시공 데이터가 송신되어도 된다. 그리고, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)가 목표 시공 데이터를 기억한 기록 매체를 포함하고, 제어 장치(50)가, 기록 매체로부터 목표 시공 데이터를 읽어들임(reading) 가능한 장치를 가져도 된다.

그리고, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 유압 셔블(100)에 설치되어도 된다. 시공을 관리하는 외부의 관리 장치로부터 목표 시공 데이터가 유선 또는 무선으로 유압 셔블(100)의 목표 시공 데이터 생성 장치(70)에 공급되고, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)가 공급된 목표 시공 데이터를 기억해도 된다.

제어 장치(50)는, 차체 위치 데이터 취득부(51)와, 작업기 각도 데이터 취득부(52)와, 규정점 위치 데이터 산출부(53A)와, 후보 규정점 데이터 산출부(53B)와, 목표 시공 지형 생성부(54)와, 틸트 데이터 산출부(55)와, 틸트 목표 지형 산출부(56)과, 작업기 제어부(57)과, 제한 속도 결정부(58)과, 기억부(59)와, 입출력부(60)를 가진다.

차체 위치 데이터 취득부(51), 작업기 각도 데이터 취득부(52), 규정점 위치 데이터 산출부(53A), 후보 규정점 데이터 산출부(53B), 목표 시공 지형 생성부(54), 틸트 데이터 산출부(55), 틸트 목표 지형 산출부(56), 작업기 제어부(57), 및 제한 속도 결정부(58)의 각각의 기능은, 제어 장치(50)의 프로세서에 의해 발휘된다. 기억부(59)의 기능은, 제어 장치(50)의 기억 장치에 의해 완수된다. 입출력부(60)의 기능은, 제어 장치(50)의 입출력 인터페이스 장치에 의해 완수된다. 입출력부(63)는, 위치 연산 장치(20), 작업기 각도 연산 장치(24), 제어 밸브(37), 및 목표 시공 데이터 생성 장치(70)와 접속되고, 차체 위치 데이터 취득부(51), 작업기 각도 데이터 취득부(52), 규정점 위치 데이터 산출부(53A), 후보 규정점 데이터 산출부(53B), 목표 시공 지형 생성부(54), 틸트 데이터 산출부(55), 틸트 목표 지형 산출부(56), 작업기 제어부(57), 제한 속도 결정부(58), 및 기억부(59)와의 사이에서 데이터 통신한다.

기억부(59)는, 작업기 데이터를 포함하는 유압 셔블(100)의 제원 데이터를 기억한다.

차체 위치 데이터 취득부(51)는, 위치 연산 장치(20)로부터 입출력부(60)를 통하여 차체 위치 데이터를 취득한다. 차체 위치 데이터는, 글로벌 좌표계에 의해 규정되는 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg, 롤 각도 θ1 및 피치 각도 θ2를 포함하는 상부 선회체(2)의 자세, 및 요 각도 θ3를 포함하는 상부 선회체(2)의 방위를 포함한다.

작업기 각도 데이터 취득부(52)는, 작업기 각도 연산 장치(24)로부터 입출력부(60)를 통하여 작업기 각도 데이터를 취득한다. 작업기 각도 데이터는, 붐 각도 α, 암 각도 β, 버킷 각도 γ, 틸트 각도 δ, 및 틸트축 각도 ε를 포함하는 작업기(1)의 각도를 검출한다.

규정점 위치 데이터 산출부(53A)는, 목표 시공 지형과 버킷(8)의 폭 데이터와 버킷(8)의 외면 데이터에 기초하여, 버킷(8)에 설정되는 규정점 RP의 위치 데이터를 산출한다. 규정점 위치 데이터 산출부(53)는, 차체 위치 데이터 취득부(51)에 의해 취득된 차체 위치 데이터와, 작업기 각도 데이터 취득부(52)에 의해 취득된 작업기 각도 데이터와, 기억부(59)에 기억되어 있는 작업기 데이터에 기초하여, 버킷(8)에 설정되는 규정점 RP의 위치 데이터를 산출한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 작업기 데이터는, 붐 길이 L1, 암 길이(arm length) L2, 버킷 길이 L3, 틸트 길이 L4, 및 버킷 폭 L5를 포함한다. 붐 길이 L1은, 붐축 AX1과 암축 AX2와의 거리이다. 암 길이 L2는, 암축 AX2와 버킷축 AX3와의 거리이다. 버킷 길이 L3는, 버킷축 AX3와 버킷(8)의 날끝(9)과의 거리이다. 틸트 길이 L4는, 버킷축 AX3와 틸트축 AX4와의 거리이다. 버킷 폭 L5는, 측판(84)과 측판(85)과의 거리이다.

도 12는, 본 실시형태에 관한 버킷(8)에 설정되는 규정점 RP의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)에는, 틸트 버킷 제어에 사용되는 규정점 RP의 후보로 되는 후보 규정점 RPc가 복수 설정된다. 후보 규정점 RPc는, 버킷(8)의 날끝(9) 및 버킷(8)의 외면에 설정된다. 후보 규정점 RPc는, 날끝(9)에 있어서 버킷 폭 방향으로 복수 설정된다. 또한, 후보 규정점 RPc는, 버킷(8)의 외면에 있어서 복수 설정된다.

또한, 작업기 데이터는, 버킷(8)의 형상 및 치수를 나타내는 버킷 외형 데이터를 포함한다. 버킷 외형 데이터는, 버킷 폭 L5를 나타내는 버킷(8)의 폭 데이터를 포함한다. 또한, 버킷 외형 데이터는, 버킷(8)의 외면의 윤곽 데이터를 포함하는 버킷(8)의 외면 데이터를 포함한다. 또한, 버킷 외형 데이터는, 버킷(8)의 날끝(9)을 기준으로 한 버킷(8)의 복수의 후보 규정점 RPc의 좌표 데이터를 포함한다.

후보 규정점 데이터 산출부(53B)는, 규정점 RP의 후보로 되는 복수의 후보 규정점 RPc의 위치 데이터를 산출한다. 후보 규정점 데이터 산출부(53B)는, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0에 대한 복수의 후보 규정점 RPc 각각의 상대 위치를 산출한다. 또한, 규정점 위치 데이터 산출부(53)는, 복수의 후보 규정점 RPc 각각의 절대 위치를 산출한다.

후보 규정점 데이터 산출부(53B)는, 붐 길이 L1, 암 길이 L2, 버킷 길이 L3, 틸트 길이 L4, 및 버킷 외형 데이터를 포함하는 작업기 데이터와, 붐 각도 α, 암 각도 β, 버킷 각도 γ, 틸트 각도 δ, 및 틸트축 각도 ε를 포함하는 작업기 각도 데이터에 기초하여, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0에 대한 버킷(8)의 복수의 후보 규정점 RPc 각각의 상대 위치를 산출할 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0는, 상부 선회체(2)의 선회축 RX에 설정된다. 그리고, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0는, 붐축 AX1에 설정되어도 된다.

또한, 후보 규정점 데이터 산출부(53B)는, 위치 연산 장치(20)에 의해 검출된 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg와, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0와 버킷(8)과의 상대 위치에 기초하여, 버킷(8)의 절대 위치 Pa를 산출할 수 있다. 절대 위치 Pg와 기준 위치 P0와의 상대 위치는, 유압 셔블(100)의 제원 데이터로부터 도출되는 기지(旣知)의 데이터이다. 후보 규정점 데이터 산출부(53B)는, 상부 선회체(2)의 절대 위치 Pg를 포함하는 차체 위치 데이터와, 상부 선회체(2)의 기준 위치 P0와 버킷(8)과의 상대 위치와, 작업기 데이터와, 작업기 각도 데이터에 기초하여, 버킷(8)의 복수의 후보 규정점 RPc 각각의 절대 위치를 산출할 수 있다.

그리고, 후보 규정점 RPc는, 버킷(8)의 폭 데이터와 버킷(8)의 외면 데이터를 포함하고, 점에 한정되지 않는다.

목표 시공 지형 생성부(54)는, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)로부터 공급되고 기억부(62)에 기억된 목표 시공 데이터에 기초하여, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 지형 CS를 생성한다. 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 목표 시공 데이터로서, 3차원 목표 지형 데이터를 목표 시공 지형 생성부(54)에 공급해도 되고, 목표 형상의 일부를 나타내는 복수의 라인 데이터 또는 복수의 포인트 데이터를 목표 시공 지형 생성부(54)에 공급해도 된다. 본 실시형태에 있어서는, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)는, 목표 시공 데이터로서, 목표 형상의 일부를 나타내는 라인 데이터를 목표 시공 지형 생성부(54)에 공급하는 것으로 한다.

도 13은, 본 실시형태에 관한 목표 시공 데이터 CD의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 목표 시공 데이터 CD는, 시공 영역의 목표 지형을 나타낸다. 목표 지형은, 삼각형 다각형에 의해 각각 표현되는 복수의 목표 시공 지형 CS를 포함한다. 복수의 목표 시공 지형 CS의 각각은, 작업기(1)에 의한 굴삭 대상의 목표 형상을 나타낸다. 목표 시공 데이터 CD에 있어서, 목표 시공 지형 CS 중 버킷(8)과의 수직 거리가 가장 가까운 점 AP가 규정된다. 또한, 목표 시공 데이터 CD에 있어서, 점 AP 및 버킷(8)을 지나고 버킷축 AX3와 직교하는 작업기 동작 평면 WP가 규정된다. 작업기 동작 평면 WP는, 붐 실린더(11), 암 실린더(12), 및 버킷 실린더(13) 중 1개 이상의 작동에 의해 버킷(8)의 날끝(9)이 이동하는 동작 평면이며, XZ 평면과 평행이다. 규정점 위치 데이터 산출부(53A)는, 목표 시공 지형 CS 및 버킷(8)의 외형 데이터에 기초하여, 목표 시공 지형 CS의 점 AP에 대하여 수직 거리가 가장 가까이에 규정되는 규정점 RP의 위치 데이터를 산출한다. 규정점 RP를 구할 때, 적어도 버킷(8)의 폭에 관한 데이터가 사용되게 된다. 또한, 규정점 RP는 오퍼레이터 보다 지정되어도 된다.

목표 시공 지형 생성부(54)는, 작업기 동작 평면 WP와 목표 시공 지형 CS와의 교선인 라인 LX를 취득한다. 또한, 목표 시공 지형 생성부(54)는, 점 AP를 지나고 목표 시공 지형 CS에 있어서 라인 LX와 직교하는 라인 LY를 취득한다. 라인 LY는, 가로 동작 평면 VP와 목표 시공 지형 CS와의 교선을 나타낸다.

도 14는, 본 실시형태에 관한 목표 시공 지형 CS의 일례를 나타낸 모식도이다. 목표 시공 지형 생성부(54)는, 라인 LX 및 라인 LY를 취득하여, 라인 LX 및 라인 LY에 기초하여, 굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 지형 CS를 생성한다. 목표 시공 지형 CS를 버킷(8)으로 굴삭하는 경우, 제어 장치(50)는, 버킷(8)을 지나는 작업기 동작 평면 WP와 목표 시공 지형 CS와의 교선인 라인 LX를 따라 버킷(8)을 이동시킨다.

틸트 데이터 산출부(55)는, 틸트 데이터로서, 버킷(8)의 규정점 RP를 지나고 틸트축 AX4와 직교하는 틸트 동작 평면 TP를 산출한다.

도 15 및 도 16은, 본 실시형태에 관한 틸트 동작 평면 TP의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 15는, 틸트축 AX4가 목표 시공 지형 CS와 평행일 때의 틸트 동작 평면 TP를 나타낸다. 도 16은, 틸트축 AX4가 목표 시공 지형 CS와 비평행일 때의 틸트 동작 평면 TP를 나타낸다.

도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 틸트 동작 평면 TP란, 버킷(8)에 규정되어 있는 복수의 후보 규정점 RPc로부터 선택된 규정점 RP를 지나고 틸트축 AX4와 직교하는 동작 평면을 말한다. 규정점 RP는, 복수의 후보 규정점 RPc 중, 틸트 버킷 제어에 있어서 가장 유리한 것으로 판정된 규정점 RP이다. 틸트 버킷 제어에 있어서 가장 유리한 규정점 RP는, 목표 시공 지형 CS와의 거리가 가장 가까운 규정점 RP이다. 그리고, 틸트 버킷 제어에 있어서 가장 유리한 규정점 RP는, 그 규정점 RP에 기초하여 틸트 버킷 제어를 실시했을 때, 유압 실린더(10)의 실린더 속도가 가장 빨라지는 규정점 RP라도 된다.

도 15 및 도 16은, 일례로서, 날끝(9)에 설정된 규정점 RP를 지나는 틸트 동작 평면 TP를 나타낸다. 틸트 동작 평면 TP는, 틸트 실린더(14)의 작동에 의해 버킷(8)의 규정점 RP[날끝(9)]이 이동하는 동작 평면이다. 붐 실린더(11), 암 실린더(12), 및 버킷 실린더(13) 중 1개 이상이 작동하고, 틸트축 AX4의 방향을 나타내는 틸트축 각도 ε가 변화하면, 틸트 동작 평면 TP의 경사도 변화한다.

전술한 바와 같이, 작업기 각도 연산 장치(24)는, XY 평면에 대한 틸트축 AX4의 경사 각도를 나타내는 틸트축 각도 ε를 산출할 수 있다. 틸트축 각도 ε는, 작업기 각도 데이터 취득부(52)에 취득된다. 또한, 규정점 RP의 위치 데이터는, 규정점 위치 데이터 산출부(53A)에 의해 산출된다. 틸트 데이터 산출부(55)는, 작업기 각도 데이터 취득부(52)에 의해 취득된 틸트축 AX4의 틸트축 각도 ε와, 규정점 위치 데이터 산출부(53A)에 의해 산출된 규정점 RP의 위치에 기초하여, 틸트 동작 평면 TP를 산출할 수 있다.

틸트 목표 지형 산출부(56)는, 복수의 후보 규정점 RPc로부터 선택된 규정점 RP의 위치 데이터와 목표 시공 지형 CS와 틸트 데이터에 기초하여, 목표 시공 지형 CS에 있어서 버킷(8)의 측방 방향으로 연장되는 틸트 목표 지형 ST를 산출한다. 틸트 목표 지형 산출부(56)는, 목표 시공 지형 CS와 틸트 동작 평면 TP와의 교차부에 의해 규정되는 틸트 목표 지형 ST를 산출한다. 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 틸트 목표 지형 ST는, 목표 시공 지형 CS와 틸트 동작 평면 TP와의 교선에 의해 표현된다. 틸트축 AX4의 방향인 틸트축 각도 ε가 변화하면, 틸트 목표 지형 ST의 위치가 변화한다.

작업기 제어부(57)는, 유압 실린더(10)를 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 틸트 정지 제어를 실시하는 경우, 작업기 제어부(57)는, 버킷(8)의 규정점 RP와 틸트 목표 지형 ST와의 거리를 나타내는 동작 거리 Da에 기초하여, 틸트축 AX4를 중심으로 하는 버킷(8)의 틸트 회전을 정지시키는 틸트 정지 제어를 실시한다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 틸트 목표 지형 ST를 기준으로 틸트 정지 제어가 실시된다. 틸트 정지 제어에 있어서는, 작업기 제어부(57)는, 틸트 회전하는 버킷(8)이 틸트 목표 지형 ST를 초과하지 않도록, 틸트 목표 지형 ST에서 버킷(8)을 정지시킨다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 틸트축 AX4가 목표 시공 지형 CS와 평행일 때, 틸트 목표 지형 ST와 라인 LY는 거의 일치한다. 따라서, 틸트 목표 지형 ST를 기준으로 한 틸트 버킷 제어(틸트 정지 제어)와 라인 LY를 기준으로 한 틸트 버킷 제어(틸트 정지 제어)는, 실질적으로 동일하다.

작업기 제어부(57)는, 버킷(8)에 설정된 복수의 후보 규정점 RPc 중 동작 거리 Da가 가장 짧은 규정점 RP에 기초하여, 틸트 정지 제어를 실시한다. 즉, 작업기 제어부(57)는, 버킷(8)에 설정된 복수의 후보 규정점 RPc 중 틸트 목표 지형 ST에 가장 가까운 규정점 RP가 틸트 목표 지형 ST를 초과하지 않도록, 틸트 목표 지형 ST에 가장 가까운 규정점 RP와 틸트 목표 지형 ST와의 동작 거리 Da에 기초하여, 틸트 정지 제어를 실시한다.

제한 속도 결정부(58)는, 동작 거리 Da에 기초하여, 버킷(8)의 틸트 회전 속도에 대한 제한 속도 U를 결정한다. 제한 속도 결정부(58)는, 동작 거리 Da가 임계값인 라인 거리 H 이하일 때, 틸트 회전 속도를 제한한다.

도 17은, 본 실시형태에 관한 틸트 정지 제어를 설명하기 위한 모식도이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 목표 시공 지형 CS가 규정되는 동시에, 속도 제한 개입 라인 IL이 규정된다. 속도 제한 라인 IL은, 틸트축 AX4와 평행하며, 틸트 목표 지형 ST로부터 라인 거리 H만큼 이격된 위치로 규정된다. 라인 거리 H는, 오퍼레이터의 조작감이 손상되지 않도록 설정되는 것이 바람직하다. 작업기 제어부(57)는, 틸트 회전하는 버킷(8) 중 적어도 일부가 속도 제한 개입 라인 IL을 넘어 동작 거리 Da가 라인 거리 H 이하로 되었을 때, 버킷(8)의 틸트 회전 속도를 제한한다. 제한 속도 결정부(58)는, 속도 제한 개입 라인 IL을 초과한 버킷(8)의 틸트 회전 속도에 대한 제한 속도 U를 결정한다. 도 17에 나타낸 예에서는, 버킷(8)의 일부가 속도 제한 개입 라인 IL을 넘어 동작 거리 Da가 라인 거리 H보다 작으므로, 틸트 회전 속도가 제한된다.

제한 속도 결정부(58)는, 틸트 동작 평면 TP와 평행한 방향에서의 규정점 RP와 틸트 목표 지형 ST와의 동작 거리 Da를 취득한다. 또한, 제한 속도 결정부(58)는, 동작 거리 Da에 따른 제한 속도 U를 취득한다. 작업기 제어부(57)는, 동작 거리 Da가 라인 거리 H 이하인 것으로 판정된 경우, 틸트 회전 속도를 제한한다.

도 18은, 본 실시형태에 관한 동작 거리 Da와 제한 속도 U와의 관계의 일례를 나타낸 도면이다. 도 18은, 버킷(8)의 틸트 회전을 동작 거리 Da에 기초하여 정지시키기 위한 동작 거리 Da와 제한 속도 U와의 관계의 일례를 나타낸다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 제한 속도 U는, 동작 거리 Da에 따라 획일적으로 결정되어 있는 속도이다. 제한 속도 U는, 동작 거리 Da가 라인 거리 H보다 클 때는 설정되지 않고, 동작 거리 Da가 라인 거리 H 이하일 때 설정된다. 동작 거리 Da가 작아질수록, 제한 속도 U는 작아져, 동작 거리 Da가 영으로 되면, 제한 속도 U도 영으로 된다. 그리고, 도 18에서는, 목표 시공 지형 CS에 가까워지는 방향을 마이너스의 방향으로 하여 나타내고 있다.

제한 속도 결정부(58)는, 조작 장치(30)의 틸트 조작 레버(30T)의 조작량에 기초하여, 규정점 RP가 목표 시공 지형 CS(틸트 목표 지형 ST)을 향해 이동할 때의 이동 속도 Vr을 산출한다. 이동 속도 Vr은, 틸트 동작 평면 TP와 평행한 면 내에서의 규정점 RP의 이동 속도이다. 이동 속도 Vr은, 복수의 규정점 RP의 각각에 대하여 산출된다.

본 실시형태에 있어서는, 틸트 조작 레버(30T)가 조작된 경우, 틸트 조작 레버(30T)로부터 출력된 전류값에 기초하여, 이동 속도 Vr이 산출된다. 틸트 조작 레버(30T)가 조작되면, 틸트 조작 레버(30T)의 조작량에 따른 전류가 틸트 조작 레버(30T)로부터 출력된다. 기억부(59)에는, 틸트 조작 레버(30T)의 조작량에 따른 틸트 실린더(14)의 실린더 속도를 기억할 수 있다. 그리고, 실린더 속도는, 실린더 스트로크 센서의 검출로부터 구해져도 된다. 틸트 실린더(14)의 실린더 속도가 산출된 후, 제한 속도 결정부(58)는, 야코비안(Jacobian) 행렬식을 이용하여, 틸트 실린더(14)의 실린더 속도를 버킷(8)의 복수의 규정점 RP 각각의 이동 속도 Vr로 변환한다.

작업기 제어부(57)는, 동작 거리 Da가 라인 거리 H 이하인 것으로 판정된 경우, 목표 시공 지형 CS에 대한 규정점 RP의 이동 속도 Vr을 제한 속도 U로 제한하는 속도 제한을 실시한다. 작업기 제어부(57)는, 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도 Vr을 억제하기 위해, 제어 밸브(37)에 제어 신호를 출력한다. 작업기 제어부(57)는, 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도 Vr이 동작 거리 Da에 따른 제한 속도 U로 되도록, 제어 밸브(37)에 제어 신호를 출력한다. 이로써, 틸트 회전하는 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도 RP는, 규정점 RP가 목표 시공 지형 CS(틸트 목표 지형 ST)에 가까워 질수록 늦어지게 되어, 규정점 RP[날끝(9)]이 목표 시공 지형 CD에 도달했을 때 영으로 된다.

도 19는, 본 실시형태에 관한 버킷(8)의 작용을 설명하기 위한 모식도이다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 틸트축 AX4가 목표 시공 지형 CS에 대하여 경사져 있는 상태에 있어서, 버킷(8)이 틸트 회전한다. 도 19에 나타낸 예에 있어서, 틸트 회전하는 버킷(8)과 목표 시공 지형 CS와의 동작 거리 Da가 충분하고, 틸트축 AX4를 중심으로 틸트 회전하는 버킷(8)이 목표 시공 지형 CS를 초과할 가능성이 낮다. 도 19에 나타낸 상태에 있어서, 목표 시공 지형 CS의 법선 방향에서의 날끝(9)과 목표 시공 지형 CS와의 수직 거리 Db에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되는 경우, 즉 Y축 방향으로 연장되는 라인 LY를 기준으로 틸트 정지 제어가 실시되는 경우, 틸트 회전하는 버킷(8)과 목표 시공 지형 CS와의 동작 거리 Da가 충분하고, 틸트축 AX4를 중심으로 틸트 회전하는 버킷(8)이 목표 시공 지형 CS를 초과할 가능성이 낮음에도 불구하고, 동작 거리 Da보다 짧은 수직 거리 Db에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시된다. 가로 동작 평면 VP란, 작업기 동작 평면 WP와 직교하고, 점 AP(도 13 참조)를 통과하는 면이다. 동작 거리 Da보다 짧은 수직 거리 Db에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되는 경우, 버킷(8)의 틸트 회전이 불필요하게 정지될 가능성이 있다. 버킷(8)의 틸트 회전이 불필요하게 정지하면, 유압 셔블(100)의 작업 효율이 저하된다. 또한, 버킷(8)의 틸트 회전이 불필요하게 정지하면, 오퍼레이터는 스트레스를 느낀다.

본 실시형태에 있어서는, 틸트 동작 평면 TP가 규정되고, 틸트 동작 평면 TP와 목표 시공 지형 CS와의 교선인 틸트 목표 지형 ST가 도출된다. 작업기 제어부(57)는, 복수의 후보 규정점 RPc 중 틸트 목표 지형 ST에 가장 가까운 규정점 RP와 목표 시공 지형 CS와의 동작 거리 Da에 기초하여, 그 규정점 RP가 목표 시공 지형 CS를 초과하지 않도록, 틸트 정지 제어를 실시한다. 틸트 정지 제어가, 수직 거리 Db보다 긴 동작 거리 Da에 기초하여 실시되므로, 수직 거리 Db에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되는 경우와 비교하여, 버킷(8)의 틸트 회전이 불필요하게 정지되는 것이 억제된다.

도 20 및 도 21은, 본 실시형태에 관한 틸트 목표 지형 ST의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 20은, 목표 시공 지형 CS가 상부 선회체(2)의 기준면인 XY 평면과 평행일 때의 틸트 목표 지형 ST를 나타낸 도면이다. 도 21은, 목표 시공 지형 CS가 XY 평면에 대하여 경사져 있을 때의 틸트 목표 지형 ST를 나타낸 도면이다. 틸트축 AX4와 목표 시공 지형 CS가 평행한 상태로부터, 붐 실린더(11), 암 실린더(12), 및 버킷 실린더(13) 중 1개 이상이 작동하고, 목표 시공 지형 CS에 대하여 틸트축 AX4가 경사진 상태에서 된 경우, 틸트 목표 지형 ST는, 틸트 목표 지형 ST0로부터 틸트 목표 지형 STa로 이동한다. 도 20에 나타낸 예에서는, 목표 시공 지형 CS가 XY 평면과 평행하며, 틸트 목표 지형 ST는, 틸트 목표 지형 ST0로부터 틸트 목표 지형 STa로 평행 이동한다. 도 20에 나타낸 예에서는, 틸트 목표 지형 ST(ST0, STa)는, 버킷축 AX3와 평행한 차폭 방향으로 연장된다.

도 20에 나타낸 예에서는, 라인 LY(틸트 목표 지형 ST0)를 기준으로 하는 틸트 정지 제어의 시퀀스와, 라인 LY로부터 평행 이동한 틸트 목표 지형 ST와 기준으로 하는 틸트 정지 제어의 시퀀스는, 실질적으로 동일하다. 즉, 도 20에 나타낸 예에서는, 틸트축 AX4가 목표 시공 지형 CS와 평행했을 때와 틸트축 AX4가 목표 시공 지형 CS와 비평행일 때의 양쪽에서, 버킷(8)의 틸트 회전에 의해 규정점 RP가 목표 시공 지형 CS에 가까워지면, 버킷(8)의 틸트 회전을 정지시키는 틸트 정지 제어가 같은 효과를 얻을 수 있다.

도 21은, 일례로서, 목표 시공 지형 CS가 ＋X방향을 향해 ＋Z방향으로 경사져 있는 상태에서, 버킷(8)이 틸트 회전하는 상태를 나타낸다. 라인 LY는, 상부 선회체(2)의 차폭 방향으로 연장된다. 목표 시공 지형 CS가 XY 평면과 비평행하며, 버킷(8)이 틸트 회전했을 때, 틸트 목표 지형 ST는, 평행 이동하지 않는다. 도 21에 나타낸 예에서는, 틸트 목표 지형 ST는, 버킷(8)의 측방 방향으로 연장되지만 버킷축 AX3와는 비평행하게 된다.

도 21에 나타낸 상태에 있어서, 버킷(8)의 규정점 RP와 틸트 목표 지형 ST와의 거리에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되지 않고, 버킷(8)의 규정점 RP와 라인 LY와의 거리에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되면, 틸트 정지 제어를 적절히 행하는 것이 곤란하다. 즉, 라인 LY에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되면, 규정점 RP와 라인 LY와의 거리는, 제한이 걸리는(틸트 회전을 제한하는) 정도의 근접하는 거리이므로, 버킷(8)의 틸트 회전이 불필요하게 정지될 가능성이 있다.

본 실시형태에 있어서는, 버킷(8)의 규정점 RP와 틸트 목표 지형 ST와의 거리에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시된다. 목표 시공 지형 CS가 경사져 있는 상태에 있어서도, 버킷(8)의 규정점 RP와 틸트 목표 지형 ST와의 동작 거리 Da에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되는 경우, 동작 거리 Da가 제한을 걸치지 않는 충분한 거리를 가지는 것에 의해, 버킷(8)의 틸트 회전이 불필요하게 정지되는 것이 억제되어, 틸트 정지 제어는 적절히 실시된다.

또한, 틸트 목표 지형 ST와 라인 LY를 사용한 틸트 정지 제어의 비교를, 도 22, 도 23, 및 도 24에 나타내는, 상부 선회체(2)가 목표 시공 지형 CS에 대하여 경사져 있는 상태에서 버킷(8)이 틸트 회전하는 경우에 설명한다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)의 틸트 회전에 따라 목표 시공 지형 CS와의 수직 거리 Db가 최단 거리를 나타내는 버킷(8)[날끝(9)] 부위가 변화한다. 제1 틸트 각도로 틸트 회전하는 경우, 버킷(8)의 날끝(9)의 버킷 좌측단인 부위(9A)가 목표 시공 지형 CS에 가장 가깝다. 제1 틸트 각도로부터 제2 틸트 각도로 틸트 회전한 경우, 버킷(8)의 날끝(9)의 버킷 우측단인 부위(9B)가 목표 시공 지형 CS에 가장 가까와진다.

도 22에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)이 틸트 회전하고, 목표 시공 지형 CS의 법선 방향에 있어서 목표 시공 지형 CS와의 수직 거리 Db가 가장 짧은 버킷(8)의 부위가 변화하면, 목표 시공 지형 CS의 법선 방향에 있어서 버킷(8)의 부위와의 거리가 가장 짧아지는 라인 LY의 위치가 목표 시공 지형 CS에 있어서 부위(9A)로부터 부위(9B)로 변화한다. 즉, 목표 시공 지형과 차체의 경사의 관계 따라서는, 목표 시공 지형 CS의 법선 방향에 있어서 부위(9A)와의 거리가 가장 짧아지는 목표 시공 지형 CS에서의 라인 LY의 위치와, 부위(9B)와의 거리가 가장 짧아지는 목표 시공 지형 CS에서의 라인 LY의 위치와는 상이한 경우가 나온다. 환언하면, 버킷(8)이 틸트 회전할 때마다, 수직 거리 Db를 규정하는 라인 LY의 위치가 변화한다.

상기한 사례를 도 23 및 도 24를 참조하여 설명한다. 도 23 및 도 24는, 버킷(8)이 틸트할 때, 수직 거리 Db를 규정하는 라인 LY가 변화하는 상태를 나타낸 도면이다. 도 23 및 도 24는, 상부 선회체(2)가 측방 방향(＋Y방향 또는 ―Y방향) 및 전방 방향(＋X방향)을 향해 경사져 있을 때의 라인 LY의 변화의 상태를 나타낸다. 라인 LY에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되는 경우, 버킷(8)의 틸트 회전에 의해 라인 LY의 위치가 도 23에서의 라인 LYa 내지 도 24에서의 라인 LYb 변화하면, 수직 거리 Db가 갑자기 변경되게 된다. 그 결과, 제한 속도 U가 변화된, 버킷(8)의 틸트 회전이 급격하게 정지하거나 하는 현상이 발생한다. 이 거동(擧動)이, 오퍼레이터에게 위화감을 주거나, 오퍼레이터에게 충격을 주거나 할 가능성이 있다.

한편 틸트 목표 지형 ST에 의한 틸트 정지 제어에 있어서는, 버킷(8)이 틸트 회전하는 것만으로는, 틸트 목표 지형 ST의 위치는 변화하지 않는다. 따라서, 오퍼레이터가 위화감을 느끼는 틸트 동작의 급격한 정지 등은 발생하지 않고, 오퍼레이터는 위화감을 느끼지 않고 틸트 회전 가능을 포함되는 원활한 굴삭 작업을 실시할 수 있다.

도 22에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)이 틸트 회전하고, 목표 시공 지형 CS의 법선 방향에 있어서 목표 시공 지형 CS와의 수직 거리 Db가 가장 짧은 버킷(8)의 부위가 변화하면, 목표 시공 지형 CS의 법선 방향에 있어서 버킷(8)의 부위와의 거리가 가장 짧아지는 라인 LY의 위치가 목표 시공 지형 CS에 있어서 변화한다. 즉, 도 22에 나타낸 바와 같이, 목표 시공 지형 CS의 법선 방향에 있어서 부위(9A)와의 거리가 가장 짧아지는 목표 시공 지형 CS에서의 라인 LY의 위치와, 부위(9B)와의 거리가 가장 짧아지는 목표 시공 지형 CS에서의 라인 LY의 위치와는 상이하다. 환언하면, 버킷(8)이 틸트 회전할 때마다, 수직 거리 Db를 규정하는 라인 LY의 위치가 변화한다.

본 실시형태에 있어서는, 버킷(8)이 틸트 회전하는 것만으로는, 틸트 목표 지형 ST의 위치는 변화하지 않는다. 따라서, 틸트 회전 가능한 버킷(8)을 사용한 굴삭 작업은 원활하게 실시된다.

[제어 방법]

다음에, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 25는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(100)의 제어 방법의 일례를 나타낸 플로우차트이다.

목표 시공 지형 생성부(54)는, 목표 시공 데이터 생성 장치(70)로부터 공급된 목표 시공 데이터인 라인 LX 및 라인 LY에 기초하여, 목표 시공 지형 CS를 생성한다(스텝 S10).

후보 규정점 데이터 산출부(53B)는, 작업기 각도 데이터 취득부(52)에 의해 취득된 작업기 각도 데이터와, 기억부(59)에 기억되어 있는 작업기 데이터에 기초하여, 버킷(8)에 설정된 복수의 후보 규정점 RPc 각각의 위치 데이터를 산출한다(스텝 S20).

틸트 데이터 산출부(55)는, 복수의 후보 규정점 RPc로부터 틸트 버킷 제어에 있어서 가장 유리한 규정점 RP를 선택하고, 선택한 규정점 RP를 지나고 틸트축 AX4와 직교하는 틸트 동작 평면 TP를 산출한다(스텝 S30).

틸트 목표 지형 산출부(56)는, 목표 시공 지형 CS와 틸트 동작 평면 TP가 교차하는 틸트 목표 지형 ST를 산출한다(스텝 S40).

제한 속도 결정부(58)는, 규정점 RP와 틸트 목표 지형 ST와의 동작 거리 Da를 산출한다(스텝 S50).

동작 거리 Da에 기초하여 제한 속도가 결정된다. 동작 거리 Da가 라인 거리 H 이하일 경우, 제한 속도 결정부(58)는, 동작 거리 Da에 따른 제한 속도 U를 결정한다(스텝 S60).

작업기 제어부(57)는, 틸트 조작 레버(30T)의 조작량으로부터 산출되는 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도 Vr과, 제한 속도 결정부(58)에 의해 결정된 제한 속도 U에 기초하여, 제어 밸브(37)에 대한 제어 신호를 산출한다. 작업기 제어부(57)는, 이동 속도 Vr을 제한 속도 U로 하기 위한 제어 신호를 산출하고, 제어 밸브(37)에 출력한다. 제어 밸브(37)는, 작업기 제어부(57)로부터 출력된 제어 신호에 기초하여, 파일럿압을 제어한다. 이로써, 버킷(8)의 규정점 RP의 이동 속도 Vr이 제한된다(스텝 S70).

[효과]

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 틸트식 버킷에 있어서, 버킷(8)의 규정점 RP를 지나고 틸트축 AX4와 직교하는 틸트 동작 평면 TP 및 목표 시공 지형 CS와 틸트 동작 평면 TP가 교차하는 틸트 목표 지형 ST를 설정하고, 규정점 RP와 틸트 목표 지형 ST와의 동작 거리 Da에 기초하여, 틸트 정지 제어를 실시하도록 했으므로, 버킷(8)의 틸트 회전이 불필요하게 정지되는 것이 억제된다. 따라서, 오퍼레이터의 스트레스는 완화되어 유압 셔블(100)의 작업 효율의 저하가 억제된다.

또한, 도 16, 도 19, 및 도 21을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 틸트 정지 제어는, 목표 시공 지형 CS에 대하여 틸트축 AX가 경사진 상태에서 버킷(8)이 틸트 회전할 때, 유압 셔블(100)의 작업 효율의 저하를 억제할 수 있는 점에서 효과적이다.

또한, 도 22 내지 도 24를 참조하여 설명한 바와 같이, 수직 거리 Db를 규정하는 라인 LY에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되는 경우, 버킷(8)이 틸트 회전할 때마다 라인 LY의 위치가 변화되어 버린다. 그 결과, 제한 속도 U가 급격하게 변화되거나, 버킷(8)의 틸트 회전이 급격하게 정지하거나 하는 현상이 발생하고, 오퍼레이터에게 위화감이나 충격을 줄 가능성이 있다. 본 실시형태에 의하면, 버킷(8)이 틸트 회전해도, 동작 거리 Da를 규정하는 틸트 목표 지형 ST의 위치는 변화하지 않는다. 따라서, 틸트 회전 가능한 버킷(8)을 사용한 굴삭 작업은 원활하게 실시된다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서는, 버킷(8)의 날끝(9)에 설정된 규정점 RP와 목표 시공 지형 CS와의 동작 거리 Da에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되는 것으로 하였다. 도 26에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)의 외면에 설정된 규정점 RP와 목표 시공 지형 CS와의 동작 거리 Da에 기초하여 틸트 정지 제어가 실시되어도 된다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서는, 틸트 회전하는 버킷(8)이 틸트 목표 지형 ST에서 정지하는 것으로 하였다. 틸트 목표 지형 ST에 대하여 규정의 위치 관계에 있는, 틸트 목표 지형 ST와는 상이한 규정 위치에서 버킷(8)의 틸트 회전이 정지하도록, 틸트 정지 제어가 실시되어도 된다.

그리고, 틸트 회전에 대한 제어는 조작에 대하여 정지로 하는 틸트 정지 제어를 행하고 있지만, 조작에 대하여 제어 장치가 조작 지령과 반대 방향의 제어 지령을 결정하는 개입 제어를 행해도 된다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서는, 건설 기계(100)가 유압 셔블인 것으로 하였다. 전술한 실시형태에서 설명한 구성 요소는, 유압 셔블과는 다른, 작업기를 구비하는 건설 기계에 적용할 수 있다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서, 버킷축 AX3 및 틸트축 AX4에 더하여, 버킷(8)을 회전 가능하게 지지하는 회전축이 작업기(1)에 설치되어도 된다.

그리고, 전술한 실시형태에 있어서, 상부 선회체(2)는, 유압에 의해 선회해도 되고, 전동 액추에이터가 발생하는 동력에 의해 선회해도 된다. 또한, 작업기(1)는, 유압 실린더(10)가 아니고, 전동 액추에이터가 발생하는 동력에 의해 작동해도 된다.

1: 작업기
2: 상부 선회체
3: 하부 주행체
3C: 크롤러
4: 운전실
5: 기계실
6: 붐
7: 암
8: 버킷
8B: 버킷 핀
8T: 틸트 핀
9: 날끝
10: 유압 실린더
10A: 캡측 오일실
10B: 로드 측 오일실
11: 붐 실린더
12: 암 실린더
13: 버킷 실린더
14: 틸트 실린더
16: 붐 스트로크 센서
17: 암 스트로크 센서
18: 버킷 스트로크 센서
19: 틸트 스트로크 센서
20: 위치 연산 장치
21: 차체 위치 연산기
22: 자세 연산기
23: 방위 연산기
24: 작업기 각도 연산 장치
25: 유량 제어 밸브
30: 조작 장치
30F: 조작 페달
30L: 작업기 조작 레버
30T: 틸트 조작 레버
31: 메인 유압 펌프
32: 파일럿압 펌프
33A, 33B: 오일 통로
34A, 34B: 압력 센서
35A, 35B: 오일 통로
36A, 36B: 셔틀 밸브
37A, 37B: 제어 밸브
38A, 38B: 오일 통로
50: 제어 장치
51: 차체 위치 데이터 취득부
52: 작업기 각도 데이터 취득부
53A: 규정점 위치 데이터 산출부
53B: 후보 규정점 데이터 산출부
54: 목표 시공 지형 생성부
55: 틸트 데이터 산출부
56: 틸트 목표 지형 산출부
57: 작업기 제어부
58: 제한 속도 결정부
59: 기억부
60: 입출력부
70: 목표 시공 데이터 생성 장치
81: 바닥판
82: 배면판
83: 상판
84: 측판
85: 측판
86: 개구부
87: 브래킷
88: 브래킷
90: 접속 부재
91: 플레이트 부재
92: 브래킷
93: 브래킷
94: 제1 링크 부재
94P: 제1 링크 핀
95: 제2 링크 부재
95P: 제2 링크 핀
96: 버킷 실린더 탑 핀
97: 브래킷
100: 유압 셔블(건설 기계)
200: 제어 시스템
300: 유압 시스템
400: 검출 시스템
AP: 점
AX1: 붐축
AX2: 암축
AX3: 버킷축
AX4: 틸트축
CD: 목표 시공 데이터
CS: 목표 시공 지형
Da: 동작 거리
Db: 수직 거리
L1: 붐 길이
L2: 암 길이
L3: 버킷 길이
L4: 틸트 길이
L5: 버킷 폭
LX: 라인
LY: 라인
RP: 규정점
RPc: 후보 규정점
RX: 선회축
ST: 틸트 목표 지형
TP: 틸트 동작 평면
α: 붐 각도
β: 암 각도
γ: 버킷 각도
δ: 틸트 각도
ε: 틸트축 각도
θ1: 롤 각도
θ2: 피치 각도
θ3: 요 각도

Claims

암(arm)과, 버킷축(bucket axis) 및 상기 버킷축과 직교하는 틸트축(tilting axis)의 각각을 중심으로 상기 암에 대하여 회전 가능한 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계의 제어 시스템으로서,
굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 지형을 생성하는 목표 시공 지형 생성부;
상기 틸트축을 중심으로 틸트 회전하는 상기 버킷의 틸트 데이터를 산출하는 틸트 데이터 산출부;
상기 버킷의 폭 데이터를 적어도 포함하는 상기 버킷의 외형 데이터에 기초하여, 상기 버킷에 설정되는 규정점의 위치 데이터를 산출하는 규정점 위치 데이터 산출부;
상기 규정점의 위치 데이터와 상기 목표 시공 지형과 상기 틸트 데이터에 기초하여, 상기 목표 시공 지형에 있어서 상기 버킷의 측방 방향으로 연장되는 틸트 목표 지형을 산출하는 틸트 목표 지형 산출부; 및
상기 규정점과 상기 틸트 목표 지형과의 거리에 기초하여, 상기 버킷의 틸트 회전을 제어하는 작업기 제어부;
를 포함하는 건설 기계의 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 틸트 데이터는, 상기 규정점을 지나고 상기 틸트축과 직교하는 틸트 동작 평면을 포함하고,
상기 틸트 목표 지형은, 상기 목표 시공 지형과 상기 틸트 동작 평면과의 교차부에 의해 규정되고,
상기 거리는, 상기 틸트 목표 지형과 상기 규정점으로 규정되는 동작 거리인, 건설 기계의 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 작업기 제어부는, 상기 규정점과 상기 틸트 목표 지형과의 동작 거리에 기초하여, 상기 버킷의 틸트 회전을 정지시키는 틸트 정지(停止) 제어를 실시하는, 건설 기계의 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 작업기 제어부는, 상기 목표 시공 지형에 대하여 상기 틸트축이 경사진 상태에서 상기 버킷을 틸트 회전시키고, 상기 틸트 회전하는 상기 버킷이 상기 목표 시공 지형을 기준으로 하는 규정 위치를 초과하지 않도록, 상기 틸트 정지 제어를 실시하는, 건설 기계의 제어 시스템.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 버킷의 외형 데이터로부터 상기 버킷에 설정되는 복수의 후보 규정점의 위치 데이터를 산출하는 후보 규정점 데이터 산출부를 더 포함하고,
상기 작업기 제어부는, 복수의 상기 후보 규정점 중 상기 동작 거리가 가장 짧은 상기 규정점에 기초하여, 상기 틸트 정지 제어를 실시하는, 건설 기계의 제어 시스템.
상부 선회체(旋回體);
상기 상부 선회체를 지지하는 하부 주행체;
상기 암과 상기 버킷을 포함하고, 상기 상부 선회체에 지지되는 작업기; 및
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 건설 기계의 제어 시스템;
을 포함하는 건설 기계.
암과, 버킷축 및 상기 버킷축과 직교하는 틸트축의 각각을 중심으로 상기 암에 대하여 회전 가능한 버킷을 포함하는 작업기를 구비하는 건설 기계의 제어 방법으로서,
굴삭 대상의 목표 형상을 나타내는 목표 시공 지형을 생성하는 단계;
상기 틸트축을 중심으로 틸트 회전하는 상기 버킷의 틸트 데이터를 산출하는 단계;
상기 버킷의 폭에 관한 데이터를 적어도 포함하는 상기 버킷의 외형 데이터에 기초하여, 상기 버킷에 설정되는 규정점의 위치 데이터를 산출하는 단계;
상기 규정점의 위치 데이터와 상기 목표 시공 지형과 상기 틸트 데이터에 기초하여, 상기 목표 시공 지형에 있어서 상기 버킷의 측방 방향으로 연장되는 틸트 목표 지형을 산출하는 단계; 및
상기 규정점과 상기 틸트 목표 지형과의 거리에 기초하여, 상기 버킷의 틸트 회전을 제어하는 제어 신호를 출력하는 단계;
를 포함하는 건설 기계의 제어 방법.