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KR102088785B1 - 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법 - Google Patents

작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법 Download PDF

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KR102088785B1
KR102088785B1 KR1020187004662A KR20187004662A KR102088785B1 KR 102088785 B1 KR102088785 B1 KR 102088785B1 KR 1020187004662 A KR1020187004662 A KR 1020187004662A KR 20187004662 A KR20187004662 A KR 20187004662A KR 102088785 B1 KR102088785 B1 KR 102088785B1
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아유미 오쿠마
도루 마쓰야마
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

일 태양에 따른 작업 기계는, 암과, 붐과, 붐을 구동시키는 실린더와, 암을 조작하는 조작 장치와, 정지 작업에 대한 조작 장치의 조작 지령에 따라 붐에 의한 개입 제어를 실행하는 컨트롤러를 구비한다. 컨트롤러는, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상인지의 여부를 판단하고, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상일 경우에는, 실린더의 속도를 보정한다.

Description

작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법
본 발명은, 작업기를 구비한 작업 기계(work machine) 및 작업 기계의 제어 방법에 관한 것이다.
버킷(bucket)을 구비하는 프론트 장치를 포함하는 작업 기계에 있어서, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 경계면을 따라 버킷을 이동시키는 제어가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이와 같은 제어를 개입 제어(intervention control)라고 한다.
이 점에서, 작업기의 조작 속도에 따라서는, 시공 대상의 목표 형상으로 대한 개입 제어가 어려워지는 상황이 있다.
구체적으로는, 정지(整地; leveling) 작업을 실행하는 경우, 예를 들면, 암(arm)을 고속으로 동작시켰을 경우에, 개입 제어에 의한 붐(boom)의 응답 지연되어에 의해 정밀도가 높은 정지 작업이 어려워질 가능성이 있었다.
국제 공개 제2016/035898호
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 정밀도가 높은 정지 작업이 가능한 작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 태양에 따른 작업 기계는, 암과, 붐과, 붐을 구동시키는 실린더와, 암을 조작하는 조작 장치와, 정지 작업에 대한 조작 장치의 조작 지령에 따라 붐에 의한 개입 제어를 실행하는 컨트롤러를 구비한다. 컨트롤러는, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상인지의 여부를 판단하고, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상일 경우에는, 실린더의 속도를 보정한다.
바람직하게는, 실린더에 작동유를 공급하는 방향 제어 밸브의 스풀(spool)의 제1 이동량을 산출하기 위한 제1 변환 테이블과, 스풀의 제1 이동량과는 다른 제2 이동량을 산출하기 위한 제2 변환 테이블이 저장된 메모리를 더 구비한다. 컨트롤러는, 붐의 목표 속도에 기초하여 실린더의 목표 속도를 산출하고, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 미만일 경우에는, 산출된 실린더의 목표 속도로부터 제1 변환 테이블을 사용하여 스풀의 이동량을 산출하고, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상일 경우에는, 산출된 실린더의 목표 속도로부터 제2 변환 테이블을 사용하여 스풀의 이동량을 산출한다.
바람직하게는, 실린더에 작동유를 공급하는 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량에 대응하는 방향 제어 밸브에 공급하는 제1 파일럿 유압(油壓)을 산출하기 위한 제1 변환 테이블과, 방향 제어 밸브에 공급하는 제1 파일럿 유압과는 다른 제2 파일럿 유압을 산출하기 위한 제2 변환 테이블이 저장된 메모리를 더 구비한다. 컨트롤러는, 붐의 목표 속도에 기초하여 실린더의 목표 속도를 산출하고, 산출된 실린더의 목표 속도에 기초하여 스풀의 이동량을 산출하고, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 미만일 경우에는, 산출된 스풀의 이동량으로부터 제1 변환 테이블을 사용하여 파일럿 유압을 산출하고, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상일 경우에는, 산출된 스풀의 이동량으로부터 제2 변환 테이블을 사용하여 파일럿 유압을 산출한다.
바람직하게는, 실린더에 작동유를 공급하는 방향 제어 밸브에 대하여 공급하는 파일럿 유압에 대응하는 셔틀 밸브를 구동시키는 제1 지령 전류를 산출하기 위한 제1 변환 테이블과, 셔틀 밸브를 구동시키는 제1 지령 전류와는 상이한 제2 지령 전류를 산출하기 위한 제2 변환 테이블이 저장된 메모리를 더 구비한다. 컨트롤러는, 붐의 목표 속도에 기초하여 실린더의 목표 속도를 산출하고, 산출된 실린더의 목표 속도에 기초하여 스풀의 이동량을 산출하고, 산출된 스풀의 이동량에 기초하여 방향 제어 밸브에 대하여 공급하는 파일럿 유압을 산출하고, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 미만일 경우에는, 산출된 파일럿 유압으로부터 제1 변환 테이블을 사용하여 지령 전류를 산출하고, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상일 경우에는, 산출된 파일럿 유압으로부터 제2 변환 테이블을 사용하여 지령 전류를 산출한다.
일 태양에 따른 작업 기계의 제어 방법은, 암과, 붐과, 붐을 구동시키는 실린더와, 암을 조작하는 조작 장치를 구비하는, 작업 기계의 제어 방법으로서, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상인지의 여부를 판단하는 단계와, 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상일 경우에는, 실린더의 속도를 보정하는 단계를 포함한다.
작업 기계 및 작업 기계의 제어 방법은, 정밀도가 높은 정지 작업이 가능하다.
도 1은 실시형태에 기초한 작업 기계의 사시도이다.
도 2는 실시형태에 기초한 유압 셔블(100)의 제어 시스템(200) 및 유압 시스템(300)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 실시형태에 기초한 붐 실린더(10)의 유압 회로(301)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시형태에 기초한 작업기 컨트롤러(26)의 블록도이다.
도 5는 실시형태에 기초한 목표 굴삭(掘削; excavation) 지형 데이터 U 및 버킷(8)을 나타낸 도면이다.
도 6은 실시형태에 기초한 붐 제한 속도 Vcy_bm을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시형태에 기초한 제한 속도 Vc_lmt를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 실시형태에 기초한 버킷(8)과 목표 굴삭 지형(43I)과의 관계를 나타내는 일례도이다.
도 9는 실시형태에 기초한 개입 지령 산출부(26E)에 대하여 설명하는 도면이다.
도 10은 실시형태에 기초한 고속역용 및 저속역용의 변환 테이블을 설명하는 도면이다.
도 11은 실시형태에 기초한 작업 기계의 제어 방법을 나타낸 플로우를 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 이하의 설명에서는, 동일 부품에는, 동일한 부호를 부여하고 있다. 이들의 명칭 및 기능도 동일하므로, 이들에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다. 그리고, 이하의 설명에 있어서, 「상」 「하」 「전」 「후」 「좌」 「우」란, 운전석에 착석한 오퍼레이터를 기준으로 하는 용어이다.
<작업 기계의 전체 구성>
도 1은, 실시형태에 기초한 작업 기계의 사시도이다.
도 2는, 실시형태에 기초한 유압 셔블(100)의 제어 시스템(200) 및 유압 시스템(300)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 작업 기계인 유압 셔블(100)은, 차량 본체(1)와 작업기(2)를 가진다.
차량 본체(1)는, 선회체(旋回體)인 상부 선회체(3)와 주행체로서의 주행 장치(traveling device)(5)를 가진다. 상부 선회체(3)는, 기관실(3EG)의 내부에, 동력 발생 장치로서의 내연 기관 및 유압 펌프 등의 장치를 수용하고 있다. 기관실(3EG)은, 상부 선회체(3)의 일단측에 배치되어 있다.
실시형태에 있어서, 유압 셔블(100)은, 동력 발생 장치로서의 내연 기관에, 예를 들면, 디젤 엔진 등이 사용되지만, 동력 발생 장치는 이와 같은 것에 한정되지 않는다.
유압 셔블(100)의 동력 발생 장치는, 예를 들면, 내연 기관과 발전 전동기와 축전 장치를 조합한 하이브리드 방식의 장치라도 된다.
유압 셔블(100)의 동력 발생 장치는, 내연 기관을 가지지 않고, 축전 장치와 발전 전동기를 조합한 것이라도 된다.
상부 선회체(3)는, 운전실(4)을 가진다. 운전실(4)는, 상부 선회체(3)의 타단측에 설치되어 있다. 운전실(4)는, 기관실(3EG)가 배치되어 있는 측과는 반대측에 설치되어 있다. 운전실(4) 내에는, 도 2에 나타낸 표시부(29) 및 조작 장치(25)가 배치된다.
주행 장치(5)는, 상부 선회체(3)를 지지한다. 주행 장치(5)는, 크롤러 벨트(crawler belt)(5a), (5b)를 가진다. 주행 장치(5)는, 좌우에 설치된 주행 모터(5c)의 한쪽 또는 양쪽이 크롤러 벨트(5a), (5b)를 구동하여 회전시킴으로써, 유압 셔블(100)을 주행시킨다. 작업기(2)는, 상부 선회체(3)의 운전실(4)의 측방에 장착되어 있다.
유압 셔블(100)은, 크롤러 벨트(5a), (5b) 대신에 타이어를 구비하고, 엔진의 구동력을, 트랜스미션을 통하여 타이어에 전달하여 주행이 가능한 주행 장치를 구비한 것이라도 된다. 이와 같은 형태의 유압 셔블(100)로서는, 예를 들면, 휠식(wheel type) 유압 셔블이 있다.
유압 셔블(100)은, 예를 들면, 백호 로더(backhoe loader)라도 된다. 상부 선회체(3)는, 작업기(2) 및 운전실(4)이 배치되어 있는 측이 전방이며, 기관실(3EG)가 배치되어 있는 측이 후방이다. 전방을 향해 좌측이 상부 선회체(3)의 좌측이며, 전방을 향해 우측이 상부 선회체(3)의 우측이다. 상부 선회체(3)의 좌우 방향은, 폭 방향이라고도 한다. 유압 셔블(100 또는 차량 본체(1)는, 상부 선회체(3)를 기준으로 하여 주행 장치(5) 측이 하방이며, 주행 장치(5)를 기준으로 하여 상부 선회체(3) 측이 상방이다. 유압 셔블(100)의 전후 방향이 x방향, 폭 방향이 y방향, 상하 방향이 z방향이다. 유압 셔블(100)이 수평면에 설치되어 있는 경우, 하방은 연직(沿直) 방향인 중력의 작용 방향 측이며, 상방은 연직 방향과는 반대측이다.
작업기(2)는, 붐(6)과 암(7)과 작업구(working implement)인 버킷(8)과 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)를 가진다. 붐(6)의 기단부(基端部)는, 붐 핀(boom pin)(13)을 통하여 차량 본체(1)의 전부(前部)에 장착되어 있다. 암(7)의 기단부는, 암 핀(arm pin)(14)을 통하여 붐(6)의 선단부에 장착되어 있다. 암(7)의 선단부에는, 버킷 핀(bucket pin)(15)을 통하여 버킷(8)이 장착되어 있다. 버킷(8)은, 버킷 핀(15)을 중심으로 하여 움직인다. 버킷(8)은, 버킷 핀(15)는 반대측에 복수의 날(刃)(8B)이 장착되어 있다. 날끝(cutting edge)(8T)은, 날(8B)의 선단이다.
실시형태에 있어서, 작업기(2)가 상승한다는 것은, 작업기(2)가 유압 셔블(100)의 접지면(接地面)으로부터 상부 선회체(3)를 향하는 방향으로 이동하는 동작을 말한다.
작업기(2)가 하강한다는 것은, 작업기(2)가 유압 셔블(100)의 상부 선회체(3)로부터 접지면을 향하는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 유압 셔블(100)의 접지면은, 크롤러 벨트(5a, 5b)의 접지(接地)하는 부분에서의 적어도 3점에 의해 정의되는 평면이다.
상부 선회체(3)를 가지지 않는 작업 기계인 경우, 작업기(2)가 상승한다는 것은, 작업기(2)가 작업 기계의 접지면으로부터 이격되는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 작업기(2)가 하강한다는 것은, 작업기(2)가 작업 기계의 접지면에 접근하는 방향으로 이동하는 동작을 말한다. 작업 기계가 크롤러 벨트는 아니게 차륜을 구비하는 경우, 접지면은, 적어도 3개의 차륜이 접지하는 부분에 의해 정의되는 평면이다.
버킷(8)은, 복수의 날(8B)을 가지고 있지 않아도 된다. 도 1에 나타낸 바와 같은 날(8B)을 가지고 있지 않고, 날끝이 강판(鋼板)에 의해 스트레이트 형상으로 형성된 것과 같은 버킷이라도 된다. 작업기(2)는, 예를 들면, 단수의 날을 가지는 틸트 버킷(tilt bucket)을 구비하고 있어도 된다. 틸트 버킷이란, 버킷 틸트 실린더를 구비하고, 버킷이 좌우에 틸트 경사짐으로써 유압 셔블이 경사지에 있어도, 경사면, 평지를 자유로운 형태로 성형, 정지를 할 수 있고, 바닥판 플레이트에 의한 전압(轉壓; rolling compaction) 작업도 할 수 있는 버킷이다.
이외에도, 작업기(2)는, 버킷(8) 대신에, 법면(法面; slope) 버킷 또는 삭암용(削岩用)의 칩(chip)을 구비한 삭암용의 부속품(attachment) 등을 작업구로서 구비해도 된다.
도 1에 나타낸 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)는, 각각 작동유의 압력(이하, 적절히, 유압이라고 함)에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더(10)는 붐(6)을 구동시켜, 이것을 승강시킨다. 암 실린더(11)은, 암(7)을 구동시켜, 암 핀(14)의 주위를 동작시킨다. 버킷 실린더(12)는, 버킷(8)을 구동시켜, 버킷 핀(15)의 주위를 동작시킨다.
붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12) 등의 유압 실린더와 도 2에 나타낸 유압 펌프(36, 37)와의 사이에는, 도 2에 나타낸 방향 제어 밸브(64)가 설치되어 있다. 방향 제어 밸브(64)는, 유압 펌프(36, 37)로부터 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12) 등에 공급되는 작동유의 유량(流量)을 제어하는 동시에, 작동유가 흐르는 방향을 전환한다. 방향 제어 밸브(64)는, 주행 모터(5c)를 구동시키기 위한 주행용 방향 제어 밸브와, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 상부 선회체(3)를 선회(旋回)시키는 선회 모터를 제어하기 위한 작업기용 방향 제어 밸브를 포함한다.
도 2에 나타낸 작업기 컨트롤러(26)가, 도 2에 나타낸 제어 밸브(27)를 제어함으로써, 조작 장치(25)로부터 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 작동유의 파일럿 유압이 제어된다. 제어 밸브(27)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)의 유압계에 설치되어 있다. 작업기 컨트롤러(26)는, 파일럿 오일 통로(450)에 설치된 제어 밸브(27)를 제어함으로써, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)의 동작을 제어할 수 있다.
실시형태에 있어서는, 작업기 컨트롤러(26)는, 제어 밸브(27)를 폐쇄하는 제어에 의해, 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)를 감속시키는 제어가 가능하다.
상부 선회체(3)의 상부에는, 안테나(21, 22)가 장착되어 있다. 안테나(21, 22)는, 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출하기 위해 사용된다. 안테나(21, 22)는, 도 2에 나타낸, 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출하기 위한 위치 검출부인 위치 검출 장치(19)와 전기적으로 접속되어 있다.
위치 검출 장치(19)는, RTK―GNSS(Real Time Kinematic―Global Navigation Satellite Systems, GNSS는 전지구 항법 위성 시스템을 말함)를 이용하여 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출한다. 이하의 설명에 있어서, 안테나(21, 22)를, 적절히, GNSS 안테나(21, 22)라고 한다. GNSS 안테나(21, 22)가 수신한 GNSS 전파에 따른 신호는, 위치 검출 장치(19)에 입력된다. 위치 검출 장치(19)는, GNSS 안테나(21, 22)의 설치 위치를 검출한다. 위치 검출 장치(19)는, 예를 들면, 3차원 위치 센서를 포함한다.
<유압 시스템(300)>
도 2에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)의 유압 시스템(300)은, 동력 발생원으로서의 내연 기관(35)과 유압 펌프(36, 37)를 구비한다. 유압 펌프(36, 37)는, 내연 기관(35)에 의해 구동되고, 작동유를 토출(吐出)한다. 유압 펌프(36, 37)로부터 토출된 작동유는, 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)에 공급된다.
유압 셔블(100)은, 선회 모터(38)를 구비한다. 선회 모터(38)는 유압 모터이며, 유압 펌프(36, 37)로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다. 선회 모터(38)는, 상부 선회체(3)를 선회시킨다. 그리고, 도 2에서는, 2개의 유압 펌프(36, 37)가 도시되어 있지만, 1개의 유압 펌프만이 설치되어도 된다. 선회 모터(38)는, 유압 모터에 한정되지 않고, 전기 모터라도 된다.
<제어 시스템(200)>
도 2에 나타낸 바와 같이, 작업 기계의 제어 시스템인 제어 시스템(200)은, 위치 검출 장치(19)와, 글로벌 좌표 연산부(23)와, 조작 장치(25)와, 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 장치인 작업기 컨트롤러(26)와, 센서 컨트롤러(39)와, 표시 컨트롤러(28)와, 표시부(29)를 포함한다.
조작 장치(25)는, 도 1에 나타낸 작업기(2) 및 상부 선회체(3)를 조작하기 위한 장치이다. 조작 장치(25)는, 작업기(2)를 조작하기 위한 장치이다. 조작 장치(25)는, 작업기(2)를 구동시키기 위한 오퍼레이터에 의한 조작을 받아들여, 조작량에 따른 파일럿 유압을 출력한다.
조작량에 따른 파일럿 유압은, 조작 지령이다. 조작 지령은, 작업기(2)를 동작시키기 위한 지령이다.
조작 지령은, 조작 장치(25)에 의해 생성된다. 조작 장치(25)는, 오퍼레이터에 의해 조작되는 것이므로, 조작 지령은, 매뉴얼 조작인 오퍼레이터의 조작에 의해 작업기(2)를 동작시키기 위한 지령이다.
실시형태에 있어서, 조작 장치(25)는, 오퍼레이터의 좌측에 설치되는 좌측 조작 레버(25L)와, 오퍼레이터의 우측에 배치되는 우측 조작 레버(25R)를 가진다.
예를 들면, 우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작은, 붐(6)의 조작에 대응하고 있다. 우측 조작 레버(25R)가 전방으로 조작되면 붐(6)이 하강하고, 후방으로 조작되면 붐(6)이 상승한다. 전후 방향의 조작에 따라 붐(6)의 하강 또는 상승의 동작이 실행된다.
우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작은, 버킷(8)의 조작에 대응하고 있다. 우측 조작 레버(25R)가 좌측으로 조작되면 버킷(8)이 굴삭하고, 우측으로 조작되면 버킷(8)이 덤프한다. 좌우 방향의 조작에 따라 버킷(8)의 굴삭 또는 덤핑 동작(dumping operation)이 실행된다.
좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작은, 암(7)의 조작에 대응하고 있다. 좌측 조작 레버(25L)가 전방으로 조작되면 암(7)이 덤프하고, 후방으로 조작되면 암(7)이 굴삭한다.
좌측 조작 레버(25L)의 좌우 방향의 조작은, 상부 선회체(3)의 선회에 대응하고 있다. 좌측 조작 레버(25L)가 좌측으로 조작되면 좌측 선회하여, 우측으로 조작되면 우측 선회한다.
실시형태에 있어서, 조작 장치(25)는, 파일럿 유압 방식이 사용된다. 조작 장치(25)에는, 유압 펌프(36)로부터, 감압 밸브(25V)에 의해 소정의 파일럿 유압력으로 감압된 작동유가 붐 조작, 버킷 조작, 암 조작 및 선회 조작에 기초하여 공급된다.
우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작에 따라 파일럿 오일 통로(450)에 파일럿 유압이 공급 가능하게 되어, 오퍼레이터에 의한 붐(6)의 조작이 받아들여진다. 우측 조작 레버(25R)의 조작량에 따라 우측 조작 레버(25R)가 구비하는 밸브 장치가 개방되고, 파일럿 오일 통로(450)에 작동유가 공급된다.
압력 센서(66)는, 이 때의 파일럿 오일 통로(450) 내에서의 작동유의 압력을 파일럿 유압으로서 검출한다. 압력 센서(66)는, 검출한 파일럿 유압을, 붐 조작량 MB로서 작업기 컨트롤러(26)에 송신한다. 우측 조작 레버(25R)의 전후 방향의 조작량을, 이하, 적절히, 붐 조작량 MB라고 한다. 파일럿 오일 통로(50)에는, 제어 밸브(이하, 적절히, 개입 밸브라고 함)(27C) 및 셔틀 밸브(51)가 설치된다. 개입 밸브(27C) 및 셔틀 밸브(51)에 대해서는 후술한다.
우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작에 따라 파일럿 오일 통로(450)에 파일럿 유압이 공급 가능하게 되어, 오퍼레이터에 의한 버킷(8)의 조작이 받아들여진다. 우측 조작 레버(25R)의 조작량에 따라 우측 조작 레버(25R)가 구비하는 밸브 장치가 개방되고, 파일럿 오일 통로(450)에 작동유가 공급된다.
압력 센서(66)는, 이 때의 파일럿 오일 통로(450) 내에서의 작동유의 압력을 파일럿 유압으로서 검출한다. 압력 센서(66)는, 검출한 파일럿 유압을, 버킷 조작량 MT로서 작업기 컨트롤러(26)에 송신한다. 우측 조작 레버(25R)의 좌우 방향의 조작량을, 이하, 적절히, 버킷 조작량 MT라고 한다.
좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작에 따라 파일럿 오일 통로(450)에 파일럿 유압이 공급 가능하게 되어, 오퍼레이터에 의한 암(7)의 조작이 받아들여진다. 좌측 조작 레버(25L)의 조작량에 따라 좌측 조작 레버(25L)가 구비하는 밸브 장치가 개방되고, 파일럿 오일 통로(450)에 작동유가 공급된다.
압력 센서(66)는, 이 때의 파일럿 오일 통로(450) 내에서의 작동유의 압력을 파일럿 유압으로서 검출한다. 압력 센서(66)는, 검출한 파일럿 유압을, 암 조작량 MA로서 작업기 컨트롤러(26)에 송신한다. 좌측 조작 레버(25L)의 전후 방향의 조작량을, 이하, 적절히, 암 조작량 MA라고 한다.
우측 조작 레버(25R)가 조작됨으로써, 조작 장치(25)는, 우측 조작 레버(25R)의 조작량에 따른 크기의 파일럿 유압을 방향 제어 밸브(64)에 공급한다.
좌측 조작 레버(25L)가 조작됨으로써, 조작 장치(25)는, 좌측 조작 레버(25L)의 조작량에 따른 크기의 파일럿 유압을 방향 제어 밸브(64)에 공급한다. 조작 장치(25)로부터 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브(64)가 동작한다.
제어 시스템(200)은, 제1 스트로크 센서(16)와 제2 스트로크 센서(17)와 제3 스트로크 센서(18)를 가진다. 예를 들면, 제1 스트로크 센서(16)는 붐 실린더(10)에, 제2 스트로크 센서(17)는 암 실린더(11)에, 제3 스트로크 센서(18)와 버킷 실린더(12)에, 각각 설치된다.
센서 컨트롤러(39)는, RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory) 등의 기억부와, CPU(Central Processing Un it) 등의 처리부를 가진다.
센서 컨트롤러(39)는, 제1 스트로크 센서(16)가 검출한 붐 실린더 길이 LS1로부터, 유압 셔블(100)의 로컬 좌표계, 상세하게는 차량 본체(1)의 로컬 좌표계에서의 수평면(xy 평면)과 직교하는 방향(z축 방향)에 대한 붐(6)의 경사 각도 θ1을 산출하여, 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.
센서 컨트롤러(39)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 LS2로부터, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사 각도 θ2를 산출하여, 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.
센서 컨트롤러(39)는, 제3 스트로크 센서(18)가 검출한 버킷 실린더 길이 LS3로부터, 암(7)에 대한 버킷(8)이 가지는 버킷(8)의 날끝(8T)의 경사 각도 θ3를 산출하여, 작업기 컨트롤러(26) 및 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.
경사 각도 θ1, θ2, θ3의 검출은, 제1 스트로크 센서(16), 제2 스트로크 센서(17) 및 제3 스트로크 센서(18) 이외라도 가능하다. 예를 들면, 포텐셔미터(potentiometer) 등의 각도 센서도, 경사 각도 θ1, θ2, θ3를 검출할 수있다.
센서 컨트롤러(39)에는, IMU(Inertial Measurement Unit: 관성 계측 장치)(24)가 접속되어 있다. IMU(24)는, 도 1에 나타낸 유압 셔블(100)의 y축 주위의 피치, x축 주위의 롤 등의 차체의 경사 정보를 취득하고, 센서 컨트롤러(39)에 출력한다.
작업기 컨트롤러(26)는, RAM 및 ROM(Read Only Memory) 등의 기억부(26Q)와, CPU 등의 처리부(26P)를 가진다. 작업기 컨트롤러(26)는, 도 2에 나타낸 붐 조작량 MB, 버킷 조작량 MT, 암 조작량 MA에 기초하여, 개입 밸브(27C) 및 제어 밸브(27)를 제어한다.
도 2에 나타낸 방향 제어 밸브(64)는, 예를 들면, 비례 제어 밸브여, 조작 장치(25)로부터 공급되는 작동유에 의해 제어된다.
방향 제어 밸브(64)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 선회 모터(38) 등의 유압 액추에이터와, 유압 펌프(36, 37)와의 사이에 배치된다.
방향 제어 밸브(64)는, 유압 펌프(36, 37)로부터 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 선회 모터(38)에 공급되는 작동유의 유량 및 방향을 제어한다.
제어 시스템(200)이 구비하는 위치 검출 장치(19)는, 전술한 GNSS 안테나(21, 22)를 포함한다. GNSS 안테나(21, 22)에 의해 수신된 GNSS 전파에 따른 신호가, 글로벌 좌표 연산부(23)에 입력된다.
GNSS 안테나(21)는, 자신의 위치를 나타내는 기준 위치 데이터 P1을 측위 위성으로부터 수신한다. GNSS 안테나(22)는, 자신의 위치를 나타내는 기준 위치 데이터 P2를 측위 위성으로부터 수신한다.
GNSS 안테나(21, 22)는, 소정의 주기로 기준 위치 데이터 P1, P2를 수신한다. 기준 위치 데이터 P1, P2는, GNSS 안테나가 설치되어 있는 위치 정보이다. GNSS 안테나(21, 22)는, 기준 위치 데이터 P1, P2를 수신할 때마다, 글로벌 좌표 연산부(23)에 출력한다.
글로벌 좌표 연산부(23)는, RAM 및 ROM 등의 기억부와, CPU 등의 처리부를 가진다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2에 기초하여, 상부 선회체(3)의 배치를 나타내는 선회체 배치 데이터를 생성한다.
실시형태에 있어서, 선회체 배치 데이터에는, 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2의 한쪽의 기준 위치 데이터 P와, 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2에 기초하여 생성된 선회체 방위 데이터 Q가 포함된다. 선회체 방위 데이터 Q는, 상부 선회체(3)인 작업기(2)가 향하고 있는 방위를 나타내고 있다.
글로벌 좌표 연산부(23)는, 소정의 주기로 GNSS 안테나(21, 22)로부터 2개의 기준 위치 데이터 P1, P2를 취득할 때마다, 선회체 배치 데이터인 기준 위치 데이터 P와 선회체 방위 데이터 Q를 갱신하여, 표시 컨트롤러(28)에 출력한다.
표시 컨트롤러(28)는, RAM 및 ROM 등의 기억부와, CPU 등의 처리부를 가진다. 표시 컨트롤러(28)는, 글로벌 좌표 연산부(23)로부터 선회체 배치 데이터인 기준 위치 데이터 P 및 선회체 방위 데이터 Q를 취득한다.
실시형태에 있어서, 표시 컨트롤러(28)는, 작업기 위치 데이터로서, 버킷(8)의 날끝(8T)의 3차원 위치를 나타내는 버킷 날끝 위치 데이터 S를 생성한다. 그리고, 표시 컨트롤러(28)는, 버킷 날끝 위치 데이터 S와 목표 시공 정보 T를 사용하여, 목표 굴삭 지형 데이터 U를 생성한다.
목표 시공 정보 T는, 유압 셔블(100)이 구비하는 작업기(2)의 작업 대상, 실시형태에서는 굴삭 대상의 마무리의 목표로 되는 정보이다. 목표 시공 정보 T는, 예를 들면, 유압 셔블(100)의 시공 대상의 설계 정보를 들수 있다. 작업기(2)의 작업 대상은, 예를 들면, 지면이다. 작업기(2)의 작업으로서는, 예를 들면, 굴삭 작업 및 지면의 정지 작업을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
표시 컨트롤러(28)는, 목표 굴삭 지형 데이터 U에 기초한 표시용의 목표 굴삭 지형 데이터 Ua를 도출하고, 표시용의 목표 굴삭 지형 데이터 Ua에 기초하여, 표시부(29)에 작업기(2)의 작업 대상의 목표로 되는 형상, 예를 들면, 지형을 표시시킨다.
표시부(29)는, 예를 들면, 터치 패널에 의한 입력을 받아들이는 액정 표시 장치이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시형태에 있어서는, 표시부(29)에 인접하여 스위치(29S)가 설치되어 있다. 스위치(29S)는, 후술하는 개입 제어를 실행시키거나, 실행 중인 개입 제어를 정지시키거나 하기 위한 입력 장치이다.
작업기 컨트롤러(26)는, 압력 센서(66)로부터 붐 조작량 MB, 버킷 조작량 MT 및 암 조작량 MA를 취득한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 센서 컨트롤러(39)로부터 붐(6)의 경사 각도 θ1, 암(7)의 경사 각도 θ2, 버킷(8)의 경사 각도 θ3를 취득한다.
작업기 컨트롤러(26)는, 표시 컨트롤러(28)로부터, 목표 굴삭 지형 데이터 U를 취득한다. 목표 굴삭 지형 데이터 U는, 목표 시공 정보 T 중, 유압 셔블(100)이 지금부터 작업하는 범위의 정보이다.
목표 굴삭 지형 데이터 U는, 목표 시공 정보 T의 일부이다. 목표 굴삭 지형 데이터 U는, 목표 시공 정보 T와 마찬가지로 작업기(2)의 작업 대상의 마무리의 목표로 되는 형상을 나타낸다. 이 마무리의 목표로 되는 형상을, 이하에 있어서는 적절히, 목표 굴삭 지형이라고 한다.
작업기 컨트롤러(26)는, 센서 컨트롤러(39)로부터 취득한 작업기(2)의 각도로부터 버킷(8)의 날끝(8T)의 위치(이하, 적절히, 날끝 위치라고 함)를 산출한다.
작업기 컨트롤러(26)는, 목표 굴삭 지형 데이터 U를 따라 버킷(8)의 날끝(8T)이 이동하도록, 목표 굴삭 지형 데이터 U와 버킷(8)의 날끝(8T)과의 거리 및 작업기(2)의 속도에 기초하여 작업기(2)의 동작을 제어한다.
작업기 컨트롤러(26)는, 버킷(8)이 목표 굴삭 지형 데이터 U인 작업기(2)의 작업 대상의 목표로 하는 형상을 침식(invasion)하는 것을 억제하기 위해, 작업기(2)가 시공 대상으로 접근하는 방향의 속도가 제한 속도 이하로 되도록 제어한다. 이 제어를, 적절히, 개입 제어라고 한다.
개입 제어는, 예를 들면, 유압 셔블(100)의 오퍼레이터가, 도 2에 나타낸 스위치(29S)를 사용하여 개입 제어를 실행하는 것을 선택한 경우에 실행된다. 후술하는 목표 굴삭 지형과 버킷(8)과의 거리를 산출하는 경우, 버킷(8)의 기준으로 되는 위치는 날끝(8T)에 한정되지 않고 임의의 장소라도 된다.
개입 제어에 있어서, 작업기 컨트롤러(26)는, 목표 굴삭 지형 데이터 U를 따라 버킷(8)의 날끝(8T)이 이동하도록 작업기(2)를 제어하기 위해 붐 지령 신호 CBI를 생성하여, 도 2에 나타낸 개입 밸브(27C)에 출력한다.
붐(6)은, 붐 지령 신호 CBI에 따라 동작한다. 붐 지령 신호 CBI에 따른 붐(6)의 동작에 의해, 작업기(2), 보다 상세하게는 버킷(8)의 속도가 제어된다. 버킷(8)과 목표 굴삭 지형 데이터 U와의 거리에 따라 버킷(8)이 목표 굴삭 지형 데이터 U에 가까워지는 속도가 제한된다.
<유압 회로(301)의 구성>
도 3은, 실시형태에 기초한 붐 실린더(10)의 유압 회로(301)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 유압 회로(301)는, 조작 장치(25)와 방향 제어 밸브(64)와의 사이에 파일럿 오일 통로(450)가 설치된다. 방향 제어 밸브(64)는, 붐 실린더(10)에 공급되는 작동유가 흐르는 방향을 제어하는 밸브이다.
실시형태에 있어서, 방향 제어 밸브(64)는, 로드형(rod-shaped)의 스풀(64S)을 이동시킴으로써, 작동유가 흐르는 방향을 전환하는 스풀 방식의 밸브이다.
스풀(64S)는, 도 2에 나타낸 조작 장치(25)로부터 공급된 작동유(이하, 적절히, 파일럿 오일이라고 함)에 의해 이동한다. 방향 제어 밸브(64)는, 스풀(64S)의 이동에 의해, 붐 실린더(10)에 작동유를 공급하여, 붐 실린더(10)를 동작시킨다.
파일럿 오일 통로(50) 및 파일럿 오일 통로(450B)는, 셔틀 밸브(51)에 접속하고 있다. 셔틀 밸브(51)와 방향 제어 밸브(64)의 한쪽은, 오일 통로(452B)에 의해 접속된다. 방향 제어 밸브(64)의 다른 쪽과 조작 장치(25)는, 파일럿 오일 통로(450A)와 파일럿 오일 통로(452a)에 의해 접속된다. 파일럿 오일 통로(50)에는, 개입 밸브(27C)가 설치된다. 개입 밸브(27C)는, 파일럿 오일 통로(50)의 파일럿 유압을 조정한다.
파일럿 오일 통로(450B)에는, 압력 센서(66B) 및 제어 밸브(27B)가 설치된다. 파일럿 오일 통로(450A)에는, 제어 밸브(27A)와 조작 장치(25)와의 사이에 압력 센서(66A)가 설치된다. 압력 센서(66)의 검출값은, 도 2에 나타낸 작업기 컨트롤러(26)에 취득되어, 붐 실린더(10)의 제어에 사용된다.
압력 센서(66A) 및 압력 센서(66B)는, 도 2에 나타낸 압력 센서(66)에 대응한다. 제어 밸브(27A) 및 제어 밸브(27B)는, 도 2에 나타낸 제어 밸브(27)에 대응한다.
유압 펌프(36, 37)로부터 공급된 작동유는, 방향 제어 밸브(64)를 통하여 붐 실린더(10)에 공급된다. 스풀(64S)이 축 방향으로 이동함으로써, 붐 실린더(10)의 캡측 오일실(48R)에 대한 작동유의 공급과, 로드 측 오일실(47R)에 대한 작동유의 공급이 전환된다.
스풀(64S)이 축 방향으로 이동함으로써, 붐 실린더(10)에 대한 작동유의 단위 시간당의 공급량인 유량이 조정된다. 붐 실린더(10)에 대한 작동유의 유량이 조정되는 것에 의해, 붐 실린더(10)의 동작 속도가 조정된다.
방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)이 제1 방향으로 이동하면, 방향 제어 밸브(64)로부터 캡측 오일실(48R)에 작동유가 공급되고, 로드 측 오일실(47R)로부터 방향 제어 밸브(64)에 작동유가 되돌려지면, 붐 실린더(10)의 피스톤(10P)은 캡측 오일실(48R)로부터 로드 측 오일실(47R)을 향해 이동한다. 그 결과, 피스톤(10P)에 접속된 로드(10L)가 붐 실린더(10)로부터 신장된다.
방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)이, 조작 장치(25)로부터의 지령에 기초하여 제1 방향과는 반대 방향인 제2 방향으로 이동하면, 캡측 오일실(48R)로부터 방향 제어 밸브(64)에 작동유가 되돌려지고, 방향 제어 밸브(64)로부터 로드 측 오일실(47R)에 작동유가 공급되면, 붐 실린더(10)의 피스톤(10P)은 로드 측 오일실(47R)로부터 캡측 오일실(48R)을 향해 이동한다. 그 결과, 피스톤(10P)에 접속된 로드(10L)가 붐 실린더(10)에 축퇴(縮退)한다. 이와 같이, 방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)의 이동 방향이 조정되는 것에 의해, 붐 실린더(10)의 동작 방향이 변경된다.
방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)의 이동량이 조정되는 것에 의해, 붐 실린더(10)에 공급되고, 붐 실린더(10)로부터 방향 제어 밸브(64)로 되돌려지는 작동유의 유량이 변동되므로, 붐 실린더(10)의 동작 속도인 피스톤(10P) 및 로드(10L)의 이동 속도가 변경된다.
전술한 바와 같이, 방향 제어 밸브(64)의 동작은, 조작 장치(25)에 의해 제어된다. 도 2에 나타낸 유압 펌프(36)로부터 토출되고, 감압 밸브(25V)에 의해 감압된 작동유가 파일럿 오일로서 조작 장치(25)에 공급된다.
조작 장치(25)는, 각 조작 레버의 조작에 기초하여, 파일럿 유압을 조정한다. 조정된 파일럿 유압에 의해, 방향 제어 밸브(64)가 구동된다. 조작 장치(25)에 의해 파일럿 유압의 크기 및 파일럿 유압의 방향이 조정되는 것에 의해, 축 방향에 관한 스풀(64S)의 이동량 및 이동 방향이 조정된다. 그 결과, 붐 실린더(10)의 동작 속도 및 동작 방향이 변경된다.
작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어에 있어서, 전술한 바와 같이, 굴삭 대상의 목표 형상인 설계 지형(design terrain)을 나타내는 목표 굴삭 지형(목표 굴삭 지형 데이터 U)와 버킷(8)의 위치를 구하기 위한 경사 각도 θ1, θ2, θ3에 기초하여, 목표 굴삭 지형(43I)과 버킷(8)과의 거리에 따라 버킷(8)이 목표 굴삭 지형(43I)에 가까워지는 속도가 작아지도록, 붐(6)의 속도를 제한한다.
실시형태에 있어서, 조작 장치(25)의 조작에 기초하여 작업기(2)가 동작하는 경우, 버킷(8)의 날끝(8T)이 목표 굴삭 지형(43I)에 침입하지 않도록, 작업기 컨트롤러(26)는 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 이것을 사용하여 붐(6)의 동작을 제어한다.
상세하게는, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 제어에 있어서 날끝(8T)이 목표 굴삭 지형(43I)에 침입하지 않도록, 붐(6)을 상승 또는 하강시킨다. 개입 제어에 있어서 실행되는 붐(6)을 상승 또는 하강시키는 제어를, 적절히, 붐 개입 제어라고 한다.
실시형태에 있어서, 작업기 컨트롤러(26)가 붐 개입 제어를 실현하기 위해, 작업기 컨트롤러(26)는, 붐 개입 제어에 관한 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 개입 밸브(27C) 또는 제어 밸브(27A)에 출력한다.
개입 밸브(27C)는, 파일럿 오일 통로(50)의 파일럿 유압을 조정할 수 있다. 셔틀 밸브(51)는, 2개의 입구(51Ia, 51Ib)와, 1개의 출구(51E)를 가진다. 한쪽의 입구(51Ia)는, 개입 밸브(27C)와 접속된다. 다른 쪽의 입구(51Ib)는, 제어 밸브(27B)와 접속된다. 출구(51IE)는, 방향 제어 밸브(64)에 접속되는 오일 통로(452B)와 접속된다.
셔틀 밸브(51)는, 2개의 입구(51Ia, 51Ib) 중, 파일럿 유압이 높은 쪽과, 오일 통로(452B)를 접속한다.
예를 들면, 입구(51Ia)의 파일럿 유압이 입구(51Ib)의 파일럿 유압보다도 높은 경우, 셔틀 밸브(51)는, 개입 밸브(27C)와 오일 통로(452B)를 접속한다. 그 결과, 개입 밸브(27C)를 통과한 파일럿 오일이 셔틀 밸브(51)를 통하여 오일 통로(452B)에 공급된다. 입구(51Ib)의 파일럿 유압이 입구(51Ia)의 파일럿 유압보다도 높은 경우, 셔틀 밸브(51)는, 제어 밸브(27B)와 오일 통로(452B)를 접속한다. 그 결과, 제어 밸브(27B)를 통과한 파일럿 오일이 셔틀 밸브(51)를 통하여 오일 통로(452B)에 공급된다.
붐 개입 제어가 실행되지 않을 때, 조작 장치(25)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(64)가 구동되도록 한다. 예를 들면, 작업기 컨트롤러(26)는, 조작 장치(25)의 조작에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(64)가 구동되도록, 제어 밸브(27B)에 의해 파일럿 오일 통로(450B)를 개방[전개(全開)라고 함]하는 동시에, 개입 밸브(27C)를 제어하여 파일럿 오일 통로(50)를 폐쇄한다.
붐 개입 제어가 실행될 때, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 밸브(27C)에 의해 조정된 파일럿 유압에 기초하여 방향 제어 밸브(64)가 구동되도록 제어 밸브(27)를 제어한다. 예를 들면, 붐 개입 제어인 버킷(8)의 목표 굴삭 지형(43I)에 대한 이동을 제한하는 제어를 실행하는 경우, 작업기 컨트롤러(26)는, 개입 밸브(27C)에 의해 조정된 파일럿 오일 통로(50)의 파일럿 유압이, 조작 장치(25)에 의해 조정되는 파일럿 오일 통로(450B)의 파일럿 유압보다도 높게 되도록, 개입 밸브(27C)를 제어한다. 이와 같이 함으로써, 개입 밸브(27C)로부터의 파일럿 오일이 셔틀 밸브(51)를 통하여 방향 제어 밸브(64)에 공급된다.
작업기 컨트롤러(26)는, 붐 개입 제어를 실행하는 경우, 예를 들면, 붐(6)을 상승 또는 하강시키기 위한 속도 지령인 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 개입 밸브(27C) 또는 제어 밸브(27A)를 제어한다.
구체적으로는, 개입 밸브(27C)를 제어하여 붐 지령 신호 CBI에 대응한 속도로 붐(6)이 상승하도록 작동유를 붐 실린더(10)에 공급한다. 또한, 제어 밸브(27A)를 제어하여 붐 지령 신호 CBI에 대응한 속도로 붐(6)이 하강하도록 작동유를 붐 실린더(10)에 공급한다. 이와 같이 함으로써, 붐 실린더(10)의 방향 제어 밸브(64)는, 붐 지령 신호 CBI에 대응한 속도로 붐(6)이 상승 또는 하강하도록 작동유를 붐 실린더(10)에 공급하므로, 붐 실린더(10)는 붐(6)을 상승 또는 하강시킨다.
붐 실린더(10)의 유압 회로(301)를 설명하였으나, 암 실린더(11)의 유압 회로 및 버킷 실린더(12)의 유압 회로는, 붐 실린더(10)의 유압 회로(301)로부터 개입 밸브(27C), 셔틀 밸브(51) 및 파일럿 오일 통로(50)를 제외한 구성이다.
실시형태에 있어서, 조작 장치(25)의 조작에 기초하여 작업기(2)가 동작하는 경우, 작업기 컨트롤러(26)가 작업기(2)를 구성하는 붐(6), 암(7) 및 버킷(8) 중 하나 이상을 동작시키는 제어를 개입 제어라고 한다.
개입 제어는, 조작 장치(25)의 조작인 매뉴얼 조작에 기초하여 작업기(2)가 동작하는 경우에, 작업기 컨트롤러(26)가 작업기를 동작시키는 제어이다. 전술한 붐 개입 제어는, 개입 제어의 일 태양(態樣)이다.
도 4는, 실시형태에 기초한 작업기 컨트롤러(26)의 블록도이다. 도 5는, 실시형태에 기초한 목표 굴삭 지형 데이터 U 및 버킷(8)을 나타낸 도면이다.
도 6은, 실시형태에 기초한 붐 제한 속도 Vcy_bm을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은, 실시형태에 기초한 제한 속도 Vc_lmt를 설명하기 위한 도면이다.
작업기 컨트롤러(26)는, 제어부(26CNT)를 포함한다. 제어부(26CNT)는, 상대(相對) 위치 산출부(26A), 거리 산출부(26B), 목표 속도 산출부(26C), 개입 속도 산출부(26D), 개입 지령 산출부(26E)를 포함한다.
상대 위치 산출부(26A), 거리 산출부(26B), 목표 속도 산출부(26C), 개입 속도 산출부(26D), 개입 지령 산출부(26E)의 기능은, 도 2에 나타낸, 작업기 컨트롤러(26)의 처리부(26P)가 실현한다.
개입 제어가 실행되는데 있어서, 작업기 컨트롤러(26)는, 붐 조작량 MB, 암 조작량 MA, 버킷 조작량 MT, 표시 컨트롤러(28)로부터 취득한 목표 굴삭 지형 데이터 U, 버킷 날끝 위치 데이터 S 및 센서 컨트롤러(39)로부터 취득한 경사 각도 θ1, θ2, θ3를 사용하여, 개입 제어에 필요한 붐 지령 신호 CBI를 생성하고, 필요에 따라 암 지령 신호 및 버킷 지령 신호를 생성하고, 제어 밸브(27) 및 개입 밸브(27C)를 구동하여 작업기(2)를 제어한다.
상대 위치 산출부(26A)는, 표시 컨트롤러(28)로부터 버킷 날끝 위치 데이터 S를 취득하고, 센서 컨트롤러(39)로부터 경사 각도 θ1, θ2, θ3를 취득한다. 상대 위치 산출부(26A)는, 취득한 경사 각도 θ1, θ2, θ3로부터 버킷(8)의 날끝(8T)의 위치인 날끝 위치 Pb를 구한다.
거리 산출부(26B)는, 상대 위치 산출부(26A)에 의해 구해진 날끝 위치 Pb와, 표시 컨트롤러(28)로부터 취득한 목표 굴삭 지형 데이터 U로부터, 버킷(8)의 날끝(8T)와, 목표 시공 정보 T의 일부인 목표 굴삭 지형 데이터 U로 표현되는 목표 굴삭 지형(43I)과의 사이의 최단으로 되는 거리 d를 산출한다. 거리 d는, 날끝 위치 Pb와, 목표 굴삭 지형(43I)와 직교하고, 또한, 날끝 위치 Pb를 지나는 직선과, 목표 굴삭 지형 데이터 U가 교차하는 위치 Pu와의 거리이다.
목표 굴삭 지형(43I)는, 상부 선회체(3)의 전후 방향에서 규정되고, 또한, 굴삭 대상 위치 Pdg를 지나는 작업기(2)의 평면과, 복수의 목표 시공면(施工面)으로 표현되는 목표 시공 정보 T와의 교선으로부터 구해진다.
보다 상세하게는, 전술한 교선 중, 목표 시공 정보 T의 굴삭 대상 위치 Pdg의 전후에서의 단수 또는 복수의 변곡점과 그 전후의 선이 목표 굴삭 지형(43I)이다.
도 5에 나타낸 예에서는, 2개의 변곡점 Pv1, Pv2와 그 전후의 선이 목표 굴삭 지형(43I)이다. 굴삭 대상 위치 Pdg는, 버킷(8)의 날끝(8T)의 위치인 날끝 위치 Pb의 바로 아래의 점이다. 이와 같이, 목표 굴삭 지형(43I)는, 목표 시공 정보 T의 일부이다. 목표 굴삭 지형(43I)는, 도 2에 나타낸 표시 컨트롤러(28)가 생성한다.
목표 속도 산출부(26C)는, 붐 목표 속도 Vc_bm과, 암 목표 속도 Vc_am과, 버킷 목표 속도 Vc_bkt를 결정한다. 붐 목표 속도 Vc_bm은, 붐 실린더(10)가 구동될 때의 날끝(8T)의 속도이다. 암 목표 속도 Vc_am은, 암 실린더(11)가 구동될 때의 날끝(8T)의 속도이다. 버킷 목표 속도 Vc_bkt는, 버킷 실린더(12)가 구동될 때의 날끝(8T)의 속도이다. 붐 목표 속도 Vc_bm은, 붐 조작량 MB에 따라 산출된다. 암 목표 속도 Vc_am은, 암 조작량 MA에 따라 산출된다. 버킷 목표 속도 Vc_bkt는, 버킷 조작량 MT에 따라 산출된다.
개입 속도 산출부(26D)는, 버킷(8)의 날끝(8T)과 목표 굴삭 지형(43I)과의 사이의 거리 d에 기초하여, 붐(6)의 제한 속도(붐 제한 속도) Vcy_bm을 구한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 개입 속도 산출부(26D)는, 도 1에 나타낸 작업기(2) 전체의 제한 속도 Vc_lmt로부터, 암 목표 속도 Vc_am 및 버킷 목표 속도 Vc_bkt를 감산함으로써, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 구한다.
제한 속도 Vc_lmt는, 버킷(8)의 날끝(8T)이 목표 굴삭 지형(43I)에 접근하는 방향에 있어서 허용할 수 있는 날끝(8T)의 이동 속도이다.
제한 속도 Vc_lmt는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 거리 d가 플러스의 경우에는 작업기(2)가 하강하는 경우의 하강 속도이며, 거리 d가 마이너스의 경우에는 작업기(2)가 상승하는 경우의 상승 속도이다.
거리 d가 마이너스의 경우와는, 버킷(8)이 목표 굴삭 지형(43I)을 침식한 상태이다. 제한 속도 Vc_lmt는, 거리 d의 절대값이 작아짐에 따라서 속도의 절대값이 작아져, 거리 d의 절대값이 커지게 됨에 따라 속도의 절대값이 커지게 된다.
개입 지령 산출부(26E)는, 붐 제한 속도 Vcy_bm로부터, 붐 지령 신호 CBI를 생성한다.
붐 지령 신호 CBI는, 개입 밸브(27C)가, 붐(6)을 붐 제한 속도 Vcy_bm로 동작하므로, 필요한 파일럿 유압을 생성하기 위한 지령이다. 붐 지령 신호 CBI는, 실시형태에 있어서, 붐 지령 속도에 따른 전류값이다.
<붐 개입 제어의 태양>
도 8은, 실시형태에 기초한 버킷(8)과 목표 굴삭 지형(43I)과의 관계를 나타내는 일례도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 개입 제어는, 버킷(8)이 목표 굴삭 지형(43I)을 침식하지 않도록 버킷(8)을 이동시키는 제어이다.
본 예에 있어서는, 버킷(8)이 화살표 Y의 방향으로 목표 굴삭 지형(43I)을 따라 이동함으로써 지면의 정지 작업을 실행하는 경우가 나타나 있다.
구체적으로는, 조작 장치(25)에 의한 오퍼레이터의 조작 지령에 따라 암(7)은 굴삭 방향으로 이동한다.
작업기 컨트롤러(26)는, 암 조작량 MA에 기초한 암(7)의 굴삭 이동량을 산출하고, 상기 암(7)의 굴삭 이동량에 대하여 버킷(8)의 배면이 목표 굴삭 지형(43I)을 따라 이동하도록 붐(6)의 상승을 제어한다. 이로써, 목표 굴삭 지형(43I)에 대하여 버킷(8)의 배면에서 전압하는 것이 가능해진다.
한편, 암 조작량 MA에 기초한 암(7)의 굴삭 이동량은, 붐(6)의 거동(擧動)에 영향을 준다.
예를 들면, 암(7)의 굴삭 이동량이 클 경우에는, 거기에 추종하여 붐(6)의 상승을 제어할 필요가 있지만 응답 지연에 의해 목표 굴삭 지형(43I)을 따라 이동시키는 것이 어려워, 정밀도가 높은 정지 작업이 어려워 질 가능성이 있다
실시형태에 있어서는, 암(7)의 굴삭 이동량이 큰 고속역과, 암(7)의 굴삭 이동량이 적은 저속역으로 분류하여, 고속역과 저속역으로 붐(6)의 제어를 변경한다.
구체적으로는, 고속역용의 테이블과, 저속역용의 테이블을 설치하고, 암(7)의 조작량이 소정량 이상일 경우에는, 고속역용의 테이블을 사용하여 붐(6)의 속도를 규정하는 실린더의 속도를 설정하고, 암(7)의 조작량이 소정량 미만일 경우에는, 저속역용의 테이블을 사용하여 붐(6)의 속도를 규정하는 실린더의 속도를 설정한다.
암(7)의 조작량이 소정량 이상일 경우에는, 고속역용의 테이블을 사용함으로써 붐(6)의 목표 속도에 대한 실린더의 속도를 보정한다.
도 9는, 실시형태에 기초한 개입 지령 산출부(26E)에 대하여 설명하는 도면이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 개입 지령 산출부(26E)는, 붐 실린더 속도 지령 계산부(260)와, 스풀 스트로크 변환부(262)와, 파일럿 유압 변환부(264)와, 지령 전류 변환부(266)를 포함한다.
붐 실린더 속도 지령 계산부(260)는, 개입 속도 산출부(26D)에 의해 산출된 붐 제한 속도 Vcy_bm에 기초하여 목표로 하는 붐 실린더 속도 지령을 산출한다.
스풀 스트로크 변환부(262)는, 붐 실린더 속도 지령 계산부(260)에 의해 산출된 붐 실린더 속도 지령에 대응하는 붐 실린더(10)에 작동유를 공급하는 방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)의 이동량(스풀 스트로크)을 산출한다.
구체적으로는, 붐 실린더 속도 지령로부터 스풀(64S)의 이동량을 산출하기 위한 변환 테이블을 가지고 있다.
파일럿 유압 변환부(264)는, 스풀 스트로크 변환부(262)에 의해 산출된 방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)의 이동량에 대응하는 방향 제어 밸브(64)에 공급하는 파일럿 유압을 산출한다.
구체적으로는, 스풀(64S)의 이동량으로부터 방향 제어 밸브(64)에 공급하는 파일럿 유압을 산출하기 위한 변환 테이블을 가지고 있다.
지령 전류 변환부(266)는, 파일럿 유압 변환부(264)에 의해 산출된 방향 제어 밸브(64)에 공급하는 파일럿 유압에 대응하는 셔틀 밸브(51)를 구동시키는 지령 전류를 산출한다. 상기 지령 전류는, 붐 지령 신호 CBI에 대응한다.
구체적으로는, 방향 제어 밸브(64)에 공급하는 파일럿 유압으로부터 셔틀 밸브(51)를 구동시키는 지령 전류를 산출하기 위한 변환 테이블을 가지고 있다.
상기 변환 테이블은, 기억부(26Q)에 미리 저장되어 있는 것으로 한다. 도 10은, 실시형태에 기초한 고속역용 및 저속역용의 변환 테이블을 설명하는 도면이다.
도 10에는, 스풀 스트로크 변환부(262)와 사용되는 변환 테이블이 나타나 있다.
구체적으로는, 저속역용의 변환 테이블 L1와, 고속역용의 변환 테이블 L2이 설치되어 있다.
저속역용의 변환 테이블 L1와, 고속역용의 변환 테이블 L2는, 실린더 속도에 대한 스풀 이동량이 각각 상이하다.
일례로서, 소정의 실린더 속도에 대한 스풀 이동량이 고속역용의 변환 테이블 L2 쪽이 저속역용의 변환 테이블 L1보다도 클 경우가 나타나 있다.
한편, 소정의 실린더 속도에 대한 스풀 이동량이 저속역용의 변환 테이블 L1 쪽이 고속역용의 변환 테이블 L2보다도 큰 경우도 나타나 있다.
변환 테이블 L1, L2는, 암(7)의 조작 지령 양에 의해 전환된다. 구체적으로는, 암 조작량 MA가 소정값 R 이상일 경우에는, 고속역용의 변환 테이블 L2이 사용된다. 한편, 암 조작량 MA가 소정값 R 미만일 경우에는, 저속역용의 변환 테이블 L1이 사용된다.
상기 변환 테이블을 적용함으로써 고속역용의 변환 테이블 L2를 사용한 경우, 저속역용의 변환 테이블 L1보다도 스풀 이동량이 큰 값으로 된다.
따라서, 정지 작업을 실행하는 경우, 암을 고속으로 동작시켰을 경우에, 개입 제어에 의한 붐의 응답 지연에 의해 정밀도가 높은 정지 작업이 어려워 질 가능성이 있었지만, 실시형태에 기초한 고속역용의 변환 테이블을 사용하여 붐의 속도를 조정함으로써, 정밀도가 높은 정지 작업이 가능해진다.
그리고, 변환 테이블은, 일례이며, 다른 변환 테이블을 이용하는 것도 가능하다. 상세하게는, 도 4에 나타낸 작업기 컨트롤러의 개입 속도 산출부(26D)는, 붐 제한 속도 Vcy_bm을 구한다.
다음에, 도 9에 나타낸 작업기 컨트롤러(26)의 개입 지령 산출부(26E)는, 붐 제한 속도 Vcy_bm로부터, 붐 지령 신호 CBI를 생성한다.
이 점에서, 붐 실린더 속도 지령 계산부(260)는, 개입 속도 산출부(26D)에 의해 산출된 붐 제한 속도 Vcy_bm에 기초하여 목표로 하는 붐 실린더 속도 지령을 산출한다. 그리고, 스풀 스트로크 변환부(262)는, 붐 실린더 속도 지령 계산부(260)에 의해 산출된 붐 실린더 속도 지령에 대응하는 붐 실린더(10)에 작동유를 공급하는 방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)의 이동량(스풀 스트로크)을 산출한다.
스풀 스트로크 변환부(262)는, 암 조작량 MA가 소정값 R 이상일 경우에는, 고속역용의 변환 테이블 L2에 기초하여 스풀 스트로크를 산출한다. 한편, 암 조작량 MA가 소정값 R 미만일 경우에는, 저속역용의 변환 테이블 L1에 기초하여 스풀 스트로크를 산출한다.
파일럿 유압 변환부(264)는, 스풀 스트로크 변환부(262)에 의해 산출된 방향 제어 밸브(64)의 스풀(64S)의 이동량에 대응하는 방향 제어 밸브(64)에 공급하는 파일럿 유압을 산출한다. 그리고, 지령 전류 변환부(266)는, 파일럿 유압 변환부(264)에 의해 산출된 방향 제어 밸브(64)에 공급하는 파일럿 유압에 대응하는 셔틀 밸브(51)를 구동시키는 지령 전류를 산출한다. 상기 지령 전류에 대응하는 붐 지령 신호 CBI를 출력하여, 개입 밸브(27C)를 제어한다.
그리고, 본 예에 있어서는, 스풀 스트로크 변환부(262)에 있어서, 암 조작량 MA에 따라 저속역용의 변환 테이블과, 고속역용의 변환 테이블을 전환하여, 스풀 스트로크를 산출하는 방식에 대하여 설명하였으나, 특별히 이에 한정되지 않고, 파일럿 유압 변환부(264)에 있어서 암 조작량 MA에 따라 저속역용의 변환 테이블과, 고속역용의 변환 테이블을 전환하도록 해도 된다. 또는, 지령 전류 변환부(266)에 있어서 암 조작량 MA에 따라 저속역용의 변환 테이블과, 고속역용의 변환 테이블을 전환하도록 해도 된다.
<실시형태에 기초한 작업 기계의 제어 방법>
도 11은, 실시형태에 기초한 작업 기계의 제어 방법을 나타낸 플로우를 설명하는 도면이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 실시형태에 관한 작업 기계의 제어 방법은, 작업기 컨트롤러(26)에 의해 실현된다.
스텝 S2에서, 도 4에 나타낸 작업기 컨트롤러(26)의 개입 지령 산출부(26E)는, 암 조작량 MA가 소정값 R 이상인지의 여부를 판단한다.
스텝 S2에서, 개입 지령 산출부(26E)는, 암 조작량 MA가 소정값 R 이상인 것으로 판단한 경우(스텝 S2에서 YES)에는, 붐 제한 속도 Vcy_bm에 대하여 고속역용의 변환 테이블을 사용하여 생성한 붐 지령 신호 CBI에 기초하여 개입 밸브(27C) 또는 제어 밸브(27A)를 제어한다(스텝 S4).
그리고, 처리를 종료한다(종료). 한편, 스텝 S2에서, 개입 지령 산출부(26E)는, 암 조작량 MA가 소정값 R 미만인 것으로 판단한 경우(스텝 S2에서 NO)에는, 붐 제한 속도 Vcy_bm에 대하여 저속역용의 변환 테이블을 사용하여 생성한 붐 지령 신호 CBI에 기초하여 개입 밸브(27C) 또는 제어 밸브(27A)를 제어한다(스텝 S6).
그리고, 처리를 종료한다(종료).
<전기 방식의 조작 레버>
실시형태에 있어서, 조작 장치(25)는 파일럿 유압 방식의 조작 레버를 가지지만, 전기 방식의 좌측 조작 레버(25La) 및 우측 조작 레버(25Ra)를 가져도 된다.
좌측 조작 레버(25La) 및 우측 조작 레버(25Ra)가 전기 방식인 경우, 각각의 조작량은, 각각 포텐셔미터에 의해 검출된다. 포텐셔미터에 의해 검출된 좌측 조작 레버(25La) 및 우측 조작 레버(25Ra)의 조작량은, 작업기 컨트롤러(26)에 의해 취득된다.
전기 방식의 조작 레버의 조작 신호를 검출한 작업기 컨트롤러(26)는, 파일럿 유압 방식과 마찬가지의 제어를 실행한다.
이상, 실시형태의 작업기 컨트롤러(26)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더 길이 LS2에 기초하여, 암 실린더(11)의 스트로크 엔드(stroke end)로부터 소정 거리α의 범위 내에 들어갔다고 판단한 경우에, 제한 테이블에 기초하여 붐 속도를 제한한다.
작업기(2)는, 붐(6), 암(7), 버킷(8)을 가지고 있지만, 작업기(2)에 장착되는 부속품은 이에 한정되지 않고, 버킷(8)에 한정되지는 않는다. 작업 기계는 작업기를 가지고 있으면 되고, 유압 셔블(100)에 한정되지 않는다.
이번 개시된 실시형태는 예시로서, 상기 내용에만 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의해 기재되고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 차량 본체, 2: 작업기, 3: 상부 선회체, 4: 운전실, 5: 주행 장치, 6: 붐, 7: 암, 8: 버킷, 10: 붐 실린더, 11: 암 실린더, 12: 버킷 실린더, 13: 붐 핀, 14: 암 핀, 15: 버킷 핀, 16: 제1 스트로크 센서, 17: 제2 스트로크 센서, 18: 제3 스트로크 센서, 19: 위치 검출 장치, 26: 작업기 컨트롤러, 26A: 상대 위치 산출부, 26B: 거리 산출부, 26C: 목표 속도 산출부, 26CNT: 제어부, 26D: 개입 속도 산출부, 26E: 개입 지령 산출부, 26P: 처리부, 26Q: 기억부, 260: 붐 실린더 속도 지령 계산부, 262: 스풀 스트로크 변환부, 264: 파일럿 유압 변환부, 266: 지령 전류 변환부.

Claims (5)

  1. 암(arm);
    붐(boom);
    상기 붐을 구동시키는 실린더;
    상기 암을 조작하는 조작 장치;
    정지(leveling) 작업에 대한 상기 조작 장치의 조작 지령에 따라 상기 붐에 의한 개입 제어(intervention control)를 실행하는 컨트롤러; 및
    상기 암의 조작량에 의한 고속역용 테이블과 저속역용 테이블이 저장된 메모리;
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 암의 조작량이 소정량 이상인 경우에는, 상기 고속역용의 테이블을 사용하여 상기 붐의 속도를 규정하는 실린더의 속도를 보정하고, 상기 암의 조작량이 소정량 미만인 경우에는, 상기 저속역용의 테이블을 사용하여 상기 붐의 속도를 규정하는 실린더의 속도를 보정하는,
    작업 기계(work machine).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실린더에 작동유를 공급하는 방향 제어 밸브의 스풀(spool)의 제1 이동량을 산출하기 위한 제1 변환 테이블과, 상기 스풀의 상기 제1 이동량과는 다른 제2 이동량을 산출하기 위한 제2 변환 테이블이 저장된 메모리를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 붐의 목표 속도에 기초하여 상기 실린더의 목표 속도를 산출하고,
    상기 조작 장치의 조작 지령이 소정량 미만일 경우에는, 산출된 상기 실린더의 목표 속도로부터 상기 제1 변환 테이블을 사용하여 상기 스풀의 이동량을 산출하고,
    상기 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상일 경우에는, 산출된 상기 실린더의 목표 속도로부터 상기 제2 변환 테이블을 사용하여 상기 스풀의 이동량을 산출하는, 작업 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실린더에 작동유를 공급하는 방향 제어 밸브의 스풀의 이동량에 대응하는 상기 방향 제어 밸브에 공급하는 제1 파일럿 유압(油壓)을 산출하기 위한 제1 변환 테이블과, 상기 방향 제어 밸브에 공급하는 상기 제1 파일럿 유압과는 다른 제2 파일럿 유압을 산출하기 위한 제2 변환 테이블이 저장된 메모리를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 붐의 목표 속도에 기초하여 상기 실린더의 목표 속도를 산출하고,
    산출된 상기 실린더의 목표 속도에 기초하여 상기 스풀의 이동량을 산출하고,
    상기 조작 장치의 조작 지령이 소정량 미만일 경우에는, 산출된 상기 스풀의 이동량으로부터 상기 제1 변환 테이블을 사용하여 파일럿 유압을 산출하고,
    상기 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상일 경우에는, 산출된 상기 스풀의 이동량으로부터 상기 제2 변환 테이블을 사용하여 파일럿 유압을 산출하는, 작업 기계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실린더에 작동유를 공급하는 방향 제어 밸브에 대하여 공급하는 파일럿 유압에 대응하는 셔틀 밸브를 구동시키는 제1 지령 전류를 산출하기 위한 제1 변환 테이블과, 상기 셔틀 밸브를 구동시키는 상기 제1 지령 전류와는 상이한 제2 지령 전류를 산출하기 위한 제2 변환 테이블이 저장된 메모리를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 붐의 목표 속도에 기초하여 상기 실린더의 목표 속도를 산출하고,
    산출된 상기 실린더의 목표 속도에 기초하여 스풀의 이동량을 산출하고,
    산출된 상기 스풀의 이동량에 기초하여 상기 방향 제어 밸브에 대하여 공급하는 파일럿 유압을 산출하고,
    상기 조작 장치의 조작 지령이 소정량 미만일 경우에는, 산출된 파일럿 유압으로부터 상기 제1 변환 테이블을 사용하여 지령 전류를 산출하고,
    상기 조작 장치의 조작 지령이 소정량 이상일 경우에는, 산출된 파일럿 유압으로부터 상기 제2 변환 테이블을 사용하여 지령 전류를 산출하는, 작업 기계.
  5. 암; 붐; 상기 붐을 구동시키는 실린더; 상기 암을 조작하는 조작 장치; 정지(leveling) 작업에 대한 상기 조작 장치의 조작 지령에 따라 상기 붐에 의한 개입 제어(intervention control)를 실행하는 컨트롤러; 및 상기 암의 조작량에 의한 고속역용 테이블과 저속역용 테이블이 저장된 메모리;를 포함하는 작업 기계의 제어 방법으로서,
    상기 컨트롤러에 의해, 상기 암의 조작량이 소정량 이상인 경우에는, 상기 고속역용의 테이블을 사용하여 상기 붐의 속도를 규정하는 실린더의 속도를 보정하고, 상기 암의 조작량이 소정량 미만인 경우에는, 상기 저속역용의 테이블을 사용하여 상기 붐의 속도를 규정하는 실린더의 속도를 보정하는 단계;
    를 포함하는 작업 기계의 제어 방법.
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