KR102118386B1

KR102118386B1 - 작업 기계

Info

Publication number: KR102118386B1
Application number: KR1020187025984A
Authority: KR
Inventors: 류 나리카와; 마나부 에다무라; 고우지 이시카와; 시호 이즈미
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2037-04-05
Also published as: EP3467210A4; CN108779614B; CN108779614A; JP6732539B2; WO2017203845A1; EP3467210A1; JP2017210817A; KR20180111966A; US11391011B2; EP3467210B1; US20190169818A1

Abstract

조작 장치(45b, 46a)에 의한 암(9) 또는 버킷(10)으로의 동작 지시가 있는 경우, 버킷의 선단의 위치가 목표 굴삭면 상 및 그 상방의 영역 내에 보유 지지되도록 붐(8)을 강제적으로 상승시키는 영역 제한 제어를 실행하는 제어 컨트롤러(40)를 유압 셔블에 구비한다. 제어 컨트롤러는 버킷의 선단이 목표 굴삭면의 하방에 위치하는 경우, 영역 제한 제어의 실행 시의 붐의 상승 속도의 제어 모드로서 제1 모드 및 당해 제1 모드보다 느린 속도로 규정된 제2 모드의 어느 모드를 선택할지를 판정하고, 그 판정의 결과를 기초로 붐의 상승 속도를 제어한다.

Description

작업 기계

본 발명은 작업 기계에 관한 것이다.

유압 셔블에 있어서, 붐, 암, 버킷 등의 작업기(이하에서는 「프론트 작업기」라고도 칭함)는 각각 회동 가능하게 지지되어 있기 때문에, 단독으로 움직이게 했을 때 버킷 선단은 원호상의 궤적을 그린다. 그 때문에, 예를 들어 암을 당기는 동작에 의해 버킷 선단에서 직선상의 마무리면을 형성하는 경우에 있어서는, 오퍼레이터는 붐, 암, 버킷을 복합적으로 구동시켜 버킷 선단의 궤적을 직선상으로 할 필요가 있기 때문에, 오퍼레이터에게는 숙련된 기술이 요구된다.

그래서, 컴퓨터(컨트롤러)에 의해 자동 또는 반자동으로 액추에이터의 구동을 제어하는 기능(머신 컨트롤이라고 호칭함)을 굴삭 작업에 적용하고, 굴삭 동작 시(암 또는 버킷 동작 시)에 설계면(이하에서는 「목표 굴삭면」이라고도 칭함)을 따라 버킷의 선단을 이동시키는 기술이 있다. 이러한 종류의 기술로서는, 오퍼레이터 조작에 의한 굴삭 동작 중에 자동적으로 붐 실린더를 제어하여 붐 상승 동작을 적절히 가하고, 버킷 선단 위치를 설계면 상으로 제한하는 것이 알려져 있다.

그러나, 예를 들어 평지 혹은 오목한 지형에 대하여 흙을 쌓아 지면을 높게 하는 작업(이하에는 「성토 작업」이라고 칭하는 경우가 있음)을 실시하는 경우, 완성 후의 성토 상면이 설계면이 된다. 그 때문에, 성토 작업 중에는 버킷 선단이 설계면의 하방에 위치하는 경우가 적지 않지만, 버킷 선단이 설계면의 하방(즉, 성토 영역 내)에 위치하는 상태에서 암 수축 동작이 행해지면, 버킷 선단 위치를 설계면 상으로 제한하는 머신 컨트롤이 실행되어 붐 상승 동작이 갑자기 행해질 가능성이 있다.

그래서, 예를 들어 특허문헌 1에는 작업기에 의한 작업 대상의 목표 형상을 나타내는 설계면의 데이터를 취득하는 설계면 정보 취득부와, 버킷의 날끝의 위치를 연산하는 날끝 위치 연산부와, 상기 버킷의 날끝의 위치와 상기 설계면의 상대 위치에 따라, 붐을 강제적으로 상승시키고, 상기 날끝의 위치를 상기 설계면의 상방으로 제한하는 동작 제한 제어를 실행하는 동작 제한부를 구비하고, 상기 동작 제한부는 상기 날끝이 상기 설계면으로부터 연직 방향 하방으로 소정 거리 이상 이격된 상태에서는, 상기 동작 제한 제어를 실행하지 않도록 제어하는 작업 차량이 기재되어 있다.

일본 특허 제5706050호 공보

특허문헌 1에 기재된 작업 차량에서는, 버킷 날끝(버킷 선단)이 목표 굴삭면(설계면)으로부터 연직 방향 하방으로 소정 거리 이상 이격된 상태에서 동작 제한 제어를 실행하지 않도록 제어하고 있다. 그 때문에, 날끝과 목표 굴삭면의 거리가 소정 거리 이상의 상태로부터 소정 거리 미만으로 이행한 경우에 오퍼레이터의 의사와 무관계하게 동작 제한 제어(강제적인 붐 상승 동작)가 갑자기 실행된다(이와 같은 붐의 동작을 이하에는 「급동작」이라고 칭하는 경우가 있음). 그 결과, 붐 상승 동작을 요망하지 않거나 또는 예기하지 않은 오퍼레이터에게 있어서 붐 상승 동작의 돌연한 발생은 큰 위화감이 된다. 또한, 소정 거리의 근방에 버킷 날끝이 존재하는 경우에는, 동작 제한 제어에 의한 붐 상승 동작이 실행되었다가, 되지 않았다가 하는 식으로, 오퍼레이터의 의사와 무관계하게 제어의 ON/OFF의 전환이 빈번히 발생할 가능성이 있다. 그 때문에, 오퍼레이터의 위화감이 증가될 것이 염려된다.

그래서 본 발명의 목적은 목표 굴삭면의 하방에 작업기 선단이 있는 경우에, 붐 상승 동작의 돌연한 발생(급동작의 발생)을 억제 가능한 작업 기계를 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 주행체와, 상기 주행체 상에 선회 가능하게 설치된 선회체와, 상기 선회체에 설치되고, 붐, 암 및 버킷을 포함하는 다관절형 작업기와, 상기 주행체, 상기 선회체, 상기 붐, 상기 암 및 상기 버킷으로의 동작 지시를 오퍼레이터의 조작에 따라 출력하는 조작 장치와, 상기 조작 장치에 의한 상기 암 또는 상기 버킷으로의 동작 지시가 있는 경우, 상기 작업기의 선단의 위치가 목표 굴삭면 상 및 그 상방의 영역 내에 보유 지지되도록 상기 붐을 강제적으로 상승시키는 영역 제한 제어를 실행하는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 작업기의 선단이 상기 목표 굴삭면의 하방에 위치하는 경우, 상기 영역 제한 제어의 실행 시의 상기 붐의 상승 속도의 제어 모드로서 제1 모드 및 당해 제1 모드보다 느린 속도로 규정된 제2 모드의 어느 모드를 선택할지를 판정하는 목표 동작 판단부를 구비하고, 상기 판정의 결과를 기초로 상기 영역 제한 제어 시의 상기 붐의 상승 속도를 제어하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 목표 굴삭면의 하방에 작업기 선단이 있는 경우에 붐 상승 동작의 돌연한 발생을 억제할 수 있으므로, 오퍼레이터에게 부여되는 위화감을 억제할 수 있다.

도 1은 유압 셔블의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 도시하는 도면.
도 3은 제어 컨트롤러의 하드웨어 구성도.
도 4는 유압 셔블에 있어서의 좌표계를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 있어서의 제어 시스템의 구성도.
도 6은 굴삭 작업의 개념도.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 제어 흐름도.
도 8은 유압 셔블과 목표 굴삭면의 관계를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 제어 흐름도.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 제어 흐름도.
도 11은 붐 상승 속도의 제어 모드의 일례의 도면.
도 12는 붐 상승 속도의 제어 모드의 다른 일례의 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하에는 작업기의 선단의 어태치먼트로서 버킷(10)을 구비하는 유압 셔블을 예시하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 유압 셔블에서 본 발명을 적용해도 상관없다. 또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소가 복수 존재하는 경우, 부호(숫자)의 말미에 알파벳을 붙이는 경우가 있지만, 당해 알파벳을 생략하고 당해 복수의 구성 요소를 통합하여 표기하는 경우가 있다. 예를 들어, 3개의 펌프(300a, 300b, 300c)가 존재할 때, 이들을 통합하여 펌프(300)라고 표기하는 경우가 있다.

<제1 실시 형태>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유압 셔블의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유압 셔블의 제어 컨트롤러를 유압 구동 장치와 함께 도시하는 도면이다. 도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은 프론트 작업기(1A)와 차체(1B)로 구성되어 있다. 차체(1B)는 하부 주행체(11)와, 하부 주행체(11) 상에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(12)로 이루어진다. 프론트 작업기(1A)는 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 피구동 부재[붐(8), 암(9) 및 버킷(10)]를 연결하여 구성되어 있고, 프론트 작업기(1A)의 붐(8)의 기단부는 상부 선회체(12)의 전방부에 지지되어 있다.

붐(8), 암(9), 버킷(10), 상부 선회체(12) 및 하부 주행체(11)는 각각 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7), 선회 유압 모터(4) 및 좌우의 주행 모터(3a, 3b)에 의해 각각 구동되는 피구동 부재를 구성한다. 이들 피구동 부재(8, 9, 10, 12, 11)로의 동작 지시는 상부 선회체(12) 상의 운전실 내에 탑재된 주행 우측 레버(23a), 주행 좌측 레버(23b), 조작 우측 레버(1a) 및 조작 좌측 레버(1b)[이들을 조작 레버(1, 23)라고 총칭하는 경우가 있음]의 오퍼레이터에 의한 조작에 따라 출력된다.

운전실 내에는, 주행 우측 레버(23a)를 갖는 조작 장치(47a)(도 2 참조)와, 주행 좌측 레버(23b)를 갖는 조작 장치(47b)(도 2 참조)와, 조작 우측 레버(1a)를 갖는 조작 장치(45a, 46a)와, 조작 좌측 레버(1b)를 갖는 조작 장치(45b, 46b)가 설치되어 있다. 조작 장치(45 내지 47)는 유압 파일럿 방식이고, 각각 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작 레버(1, 23)의 조작량(예를 들어, 레버 스트로크)과 조작 방향을 따른 파일럿압(조작압이라고 칭하는 경우가 있음)을 제어 신호로 하고, 파일럿 라인(144a 내지 149b)(도 2 참조)을 통해 대응하는 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)(도 2 참조)의 유압 구동부(150a 내지 155b)에 공급하고, 이들 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)를 구동한다.

유압 펌프(2)로부터 토출한 압유가 컨트롤 밸브 유닛(20) 내의 유량 제어 밸브(15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f)(도 2 참조)를 통해 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 좌측 유압 모터(3b), 선회 유압 모터(4), 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)에 공급된다. 공급된 압유에 의해 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7)가 신축함으로써, 붐(8), 암(9), 버킷(10)이 각각 회동하고, 버킷(10)의 위치 및 자세가 변화된다. 또한, 공급된 압유에 의해 선회 유압 모터(4)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)에 대하여 상부 선회체(12)가 선회한다. 또한, 공급된 압유에 의해 주행 우측 유압 모터(3a), 주행 좌측 유압 모터(3b)가 회전함으로써, 하부 주행체(11)가 주행한다.

한편, 붐(8), 암(9), 버킷(10)의 회동 각도 α, β, γ(도 4 참조)를 측정 가능하도록, 붐 핀에 붐 각도 센서(30), 암 핀에 암 각도 센서(31), 버킷 링크(13)에 버킷 각도 센서(32)가 설치되고, 상부 선회체(12)에는 기준면(예를 들어, 수평면)에 대한 상부 선회체(12)[차체(1B)]의 전후 방향의 경사각 θ(도 4 참조)를 검출하는 차체 경사각 센서(33)가 설치되어 있다.

도 1의 유압 셔블(1)은, 도 2에 도시된 바와 같이 유압 펌프(2)와, 이 유압 펌프(2)로부터의 압유에 의해 구동되는 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7), 선회 유압 모터(4) 및 좌우의 주행 모터(3a, 3b)를 포함하는 복수의 유압 액추에이터와, 이들 유압 액추에이터(3 내지 7)의 각각에 대응하여 설치된 주행 우측 레버(23a), 주행 좌측 레버(23b), 조작 우측 레버(1a), 조작 좌측 레버(1b)와, 유압 펌프(2)와 복수의 유압 액추에이터(3 내지 7) 사이에 접속되고, 조작 레버(1, 23)의 조작량 및 조작 방향에 따라 조작 장치(45a, 45b, 46a, 46b, 47a, 47b)로부터 출력되는 제어 신호에 의해 제어되고, 유압 액추에이터(4 내지 7)에 공급되는 압유의 유량 및 방향을 제어하는 복수의 유량 제어 밸브(15a 내지 15f)와, 유압 펌프(2)와 유량 제어 밸브(15a 내지 15f) 사이의 압력이 설정값 이상이 된 경우에 개방하는 릴리프 밸브(16)를 갖고 있다. 이들은 유압 셔블(1)의 피구동 부재를 구동하는 유압 구동 장치를 구성하고 있다.

본 실시예의 유압 셔블에는 오퍼레이터의 굴삭 조작을 보조하는 제어 시스템이 구비되어 있다. 구체적으로는, 조작 장치(45b, 46a)에 의한 암(9) 또는 버킷(10)으로의 동작 지시가 있는 경우, 목표 굴삭면과 작업기(1A)의 선단의 위치 관계를 기초로, 작업기(1A)의 선단[버킷(10)의 갈고리 끝]의 위치가 목표 굴삭면 상 및 그 상방의 영역 내에 보유 지지되도록 붐(8)을 강제적으로 상승시키는 제어(「영역 제한 제어」라고 칭하는 경우가 있음)를 실행하는 굴삭 제어 시스템이 구비되어 있다. 이 영역 제한 제어의 실행이 가능한 굴삭 제어 시스템은 운전실 내의 조작 패널의 상방 등 오퍼레이터의 시계를 차단하지 않는 위치에 설치되어 영역 제한 제어의 유효 무효를 전환하는 제한 제어 스위치(17)와, 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144a, 144b)에 설치되고, 조작 레버(1a)의 조작량으로서 파일럿압(제어 신호)을 검출하는 압력 센서(70a, 70b)와, 암(9)용의 조작 장치(45b)의 파일럿 라인(145a, 145b)에 설치되고, 조작 레버(1b)의 조작량으로서 파일럿압(제어 신호)을 검출하는 압력 센서(71a, 71b)와, 1차 포트측이 파일럿 펌프(48)에 접속되고 파일럿 펌프(48)로부터의 파일럿압을 감압하여 출력하는 전자 비례 밸브(54a)와, 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144a)과 전자 비례 밸브(54a)의 2차 포트측에 접속되고, 파일럿 라인(144a) 내의 파일럿압과 전자 비례 밸브(54a)로부터 출력되는 제어압의 고압측을 선택하고, 유량 제어 밸브(15a)의 유압 구동부(150a)로 유도하는 셔틀 밸브(82)와, 붐(8)용의 조작 장치(45a)의 파일럿 라인(144b)에 설치되고, 전기 신호에 따라 파일럿 라인(144b) 내의 파일럿압을 감압하여 출력하는 전자 비례 밸브(54b)와, 영역 제한 제어가 실행 가능한 컴퓨터인 제어 컨트롤러(제어 장치)(40)를 구비하고 있다.

암(9)용의 파일럿 라인(145a, 145b)에는 파일럿압을 검출하여 제어 컨트롤러(40)에 출력하는 압력 센서(71a, 71b)와, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압을 저감시켜 출력하는 전자 비례 밸브(55a, 55b)가 설치되어 있다. 버킷(10)용의 파일럿 라인(146a, 146b)에는 파일럿압을 검출하여 제어 컨트롤러(40)에 출력하는 압력 센서(72a, 72b)와, 제어 컨트롤러(40)로부터의 제어 신호를 기초로 파일럿압을 저감시켜 출력하는 전자 비례 밸브(56a, 56b)가 설치되어 있다. 또한, 도 2에서는 압력 센서(71, 72) 및 전자 비례 밸브(55, 56)와 제어 컨트롤러(40)의 접속선은 지면의 사정상 생략하였다.

제어 컨트롤러(40)에는 후술하는 ROM(93) 또는 RAM(94)에 기억된 목표 굴삭면의 형상 정보와 위치 정보, 각도 센서(30 내지 32)와 경사각 센서(33)의 검출 신호 및 압력 센서(70 내지 72)의 검출 신호가 입력된다. 또한, 제어 컨트롤러(40)는 영역을 제한한 굴삭 제어(영역 제한 제어)를 행하기 위한 제어 신호(파일럿압)의 보정을 행하는 전기 신호를 전자 비례 밸브(54 내지 56)에 출력한다.

도 3에 제어 컨트롤러(40)의 하드웨어 구성을 도시한다. 제어 컨트롤러(40)는 입력부(91)와, 프로세서인 중앙 처리 장치(CPU)(92)와, 기억 장치인 리드 온리 메모리(ROM)(93) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(94)와, 출력부(95)를 갖고 있다. 입력부(91)는 조작 장치(45 내지 47)로부터의 신호, 목표 굴삭면을 설정하기 위한 설정 장치(51)로부터의 신호, 각도 센서(30 내지 32) 및 경사각 센서(33)로부터의 신호를 입력하고, A/D 변환을 행한다. ROM(93)은 후술하는 도 8, 도 9의 흐름도를 실행하기 위한 제어 프로그램과, 당해 흐름도의 실행에 필요한 각종 정보 등이 기억된 기록 매체이고, CPU(92)는 ROM(93)에 기억된 제어 프로그램에 따라 입력부(91) 및 메모리(93, 94)로부터 도입한 신호에 대하여 소정의 연산 처리를 행한다. 출력부(95)는 CPU(92)에서의 연산 결과에 따른 출력용의 신호를 작성하고, 그 신호를 전자 비례 밸브(54 내지 56)나 통지 장치(53)에 출력함으로써, 유압 액추에이터(4 내지 7)를 구동·제어하거나, 차체(1B), 버킷(10) 및 목표 굴삭면 등의 화상을 통지 장치(53)인 모니터의 표시 화면 상에 표시시키거나 한다. 또한, 도 3의 제어 컨트롤러(40)는 기억 장치로서 ROM(93) 및 RAM(94)이라는 반도체 메모리를 구비하고 있지만, 기억 장치라면 특히 대체 가능하고, 예를 들어 하드디스크 드라이브 등의 자기 기억 장치를 구비해도 된다.

도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 제어 컨트롤러(40)의 기능 블록도이다. 제어 컨트롤러(40)는 작업기 자세 연산부(41)와, 목표 굴삭면 연산부(42)와, 목표 동작 연산부(43)와, 전자 비례 밸브 제어부(44)와, 목표 동작 판단부(49)를 구비하고 있다. 또한, 제어 컨트롤러(40)에는 작업기 자세 검출 장치(50), 목표 굴삭면 설정 장치(51), 오퍼레이터 조작 검출 장치(52), 통지 장치(53), 전자 비례 밸브(54 내지 56)가 각각 접속되어 있다.

작업기 자세 검출 장치(50)는 붐 각도 센서(30), 암 각도 센서(31), 버킷 각도 센서(32), 차체 경사각 센서(33)로 구성된다. 목표 굴삭면 설정 장치(51)는 목표 굴삭면에 관한 정보(목표 굴삭면의 위치 정보도 포함함)를 입력 가능한 인터페이스이다. 목표 굴삭면 설정 장치(51)로의 입력은 오퍼레이터가 수동으로 행해도 되고, 네트워크 등을 통해 외부로부터 도입해도 된다. 또한, 목표 굴삭면 설정 장치(51)에는 위성 통신 안테나가 접속되고, 셔블의 글로벌 좌표를 연산해도 된다. 오퍼레이터 조작 검출 장치(52)는 오퍼레이터에 의한 조작 레버(1)의 조작에 의해 발생하는 조작압을 취득하는 압력 센서(70a, 70b, 71a, 71b, 72a, 72b)로 구성된다. 통지 장치(53)는 오퍼레이터에 목표 굴삭면과 작업기(1A)의 위치 관계를 표시하는 디스플레이(표시 장치), 혹은 목표 굴삭면과 작업기(1A)의 위치 관계를 소리(음성도 포함함)에 의해 통달하는 스피커의 적어도 하나로 구성된다. 전자 비례 밸브(54 내지 56)는 도 2에서 설명한 파일럿압(조작압)의 유압 라인에 설치되어 있고, 오퍼레이터의 레버 조작에 의해 발생한 조작압을 하류에서 증감하는 것이 가능하다. 또한, 오퍼레이터의 레버 조작 없이 조작압을 발생시키는 것도 가능하다.

작업기(1A)를 자동 또는 반자동으로 제어하고, 목표 굴삭면을 정형하는 기능인 머신 컨트롤에 의한, 수평 굴삭 동작의 예를 도 6에 도시한다. 오퍼레이터가 조작 레버(1)를 조작하고, 화살표 A 방향으로의 암(9)의 당김 동작에 의해 수평 굴삭을 행하는 경우에는, 버킷(10)의 선단(갈고리 끝)이 목표 굴삭면(60)의 하방에 침입하지 않도록 적절히 붐 상승 명령이 출력되고, 붐(8)의 상승 동작이 자동적으로 행해지도록 전자 비례 밸브(54a)가 제어된다. 또한, 오퍼레이터가 요구하는 굴삭 속도, 혹은 굴삭 정밀도를 실현하도록, 전자 비례 밸브(55)가 제어되어 암(9)의 당김 동작이 행해진다. 이때, 굴삭 정밀도 향상을 위해, 전자 비례 밸브(55)에 의해 암(9)의 속도를 필요에 따라 감속시켜도 된다. 또한, 버킷(10) 배면의 목표 굴삭면(60)에 대한 각도 B가 일정값이 되고, 고르기 작업이 용이해지도록, 전자 비례 밸브(56)를 제어하여 버킷(10)이 자동으로 화살표 C 방향(덤프 방향)으로 회동하도록 해도 된다. 이와 같이, 오퍼레이터에 의한 조작 레버(1)의 조작량에 대하여, 자동 또는 반자동으로 액추에이터를 제어하고, 붐(8), 암(9), 버킷(10), 상부 선회체(12) 등의 작업기를 동작시키는 기능을 머신 컨트롤이라고 호칭한다. 영역 제한 제어는 머신 컨트롤의 하나이다.

작업기 자세 연산부(41)는 작업기 자세 검출 장치(50)로부터의 정보에 기초하여, 작업기(1A)의 자세를 연산한다. 작업기(1A)의 자세는 도 4의 셔블 기준 좌표에 기초하여 정의할 수 있다. 도 4의 셔블 기준 좌표는 상부 선회체(12)에 설정된 좌표이고, 상부 선회체(12)에 회동 가능하게 지지되어 있는 붐(8)의 기저부를 원점으로 하고, 상부 선회체(12)에 있어서의 연직 방향에 Z축, 수평 방향에 X축을 설정했다. X축에 대한 붐(8)의 경사각을 붐각 α, 붐에 대한 암(9)의 경사각을 암각 β, 암에 대한 버킷 갈고리 끝의 경사각을 버킷각 γ라 했다. 수평면(기준면)에 대한 차체(1B)[상부 선회체(12)]의 경사각을 경사각 θ라 했다. 붐각 α는 붐 각도 센서(30)에 의해, 암각 β는 암 각도 센서(31)에 의해, 버킷각 γ는 버킷 각도 센서(32)에 의해, 경사각 θ는 차체 경사각 센서(33)에 의해 검출된다. 붐각 α는 붐(8)을 최대(최고)까지 올렸을 때[붐 실린더(5)가 상승 방향의 스트로크 엔드일 때, 즉 붐 실린더 길이가 최장일 때]가 최대가 되고, 붐(8)을 최소(최저)까지 내렸을 때[붐 실린더(5)가 하강 방향의 스트로크 엔드일 때, 즉 붐 실린더 길이가 최단일 때]에 최소가 된다. 암각 β는 암 실린더 길이가 최단일 때가 최소가 되고, 암 실린더 길이가 최장일 때에 최대가 된다. 버킷각 γ는 버킷 실린더 길이가 최단일 때(도 4일 때)가 최소가 되고, 버킷 실린더 길이가 최장일 때에 최대가 된다.

목표 굴삭면 연산부(42)는 목표 굴삭면 설정 장치(51)로부터의 정보에 기초하여, 목표 굴삭면(60)을 연산한다. 목표 동작 연산부(43)는 작업기 자세 연산부(41), 목표 굴삭면 연산부(42), 목표 동작 판단부(49) 및 오퍼레이터 조작 검출 장치(52)로부터의 정보에 기초하여, 목표 굴삭면 상 및 그 상방의 영역 내를 버킷(10)이 이동하도록 작업기(1A)의 목표 동작을 연산한다. 전자 비례 밸브 제어부(44)는 목표 동작 연산부(43)로부터의 명령에 기초하여, 전자 비례 밸브(54 내지 56)로의 명령을 연산한다. 전자 비례 밸브(54 내지 56)는 전자 비례 밸브 제어부(44)로부터의 명령에 기초하여 제어된다. 또한, 통지 장치(53)는 목표 동작 연산부(43)로부터의 정보에 기초하여, 머신 컨트롤에 관련되는 각종 정보를 오퍼레이터에게로 통달한다.

목표 동작 연산부(43)로부터 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력되는 명령에는 붐 상승 명령이 포함된다. 붐 상승 명령은 영역 제한 제어의 실행 시에, 버킷(10)의 선단의 위치가 목표 굴삭면(60) 위 및 그 상방의 영역 내에 보유 지지되도록 붐(8)을 강제적으로 상승시킬 때에 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력되는 명령이다. 붐 상승 명령이 입력되면, 전자 비례 밸브 제어부(44)는 전자 비례 밸브(54a)에 개방 밸브 명령(명령 전류)을 출력하고, 전자 비례 밸브(54a)에서 발생한 압유(이하 2차압이라고 칭함)가 유압 구동부(150a)에 공급되어 제어 밸브(15a)가 구동된다. 이에 의해 유압 펌프(2)로부터 붐 실린더(5)의 보텀측의 유압실로 작동유가 유도되어 붐(8)이 상승한다. 그때의 붐(8)의 상승 속도(붐 상승 속도)는 전자 비례 밸브(54a)의 2차압의 값, 즉 전자 비례 밸브 제어부(44)로부터 전자 비례 밸브(54a)로의 명령에 의해 제어 가능하다.

목표 동작 판단부(49)는 작업기(1A)의 선단이 목표 굴삭면의 하방에 위치하는 경우, 영역 제한 제어의 실행 시의 붐(8)의 상승 속도 제어 모드로서 제1 모드(통상 붐 상승 제어) 및 당해 제1 모드보다 느린 속도로 규정된 제2 모드(감속 붐 상승 느린 동작 제어)의 어느 모드를 선택하는 것이 바람직한지를 판정하고, 그 판정 결과를 목표 동작 연산부(43)에 출력한다. 목표 동작 연산부(43)는 이 판정 결과를 기초로 연산한 명령을 전자 비례 밸브 제어부(44)에 출력한다. 전자 비례 밸브 제어부(44)는 이 명령을 기초로 전자 비례 밸브(54a)에 명령을 출력하고, 최종적으로, 목표 동작 판단부(49)에서 선택된 제어 모드에서 붐의 상승 속도가 제어된다.

본 실시 형태에서는, 목표 동작 판단부(49)는 목표 굴삭면(60)에 대한 작업기(1A)의 선단[버킷(10)의 갈고리 끝]의 하방으로의 침입량을 기초로 상기의 판정을 행하고, 그 침입량이 소정값 이상인 경우에 제2 모드(감속 붐 상승 느린 동작 제어)를 선택하고, 소정값 미만인 경우에 제1 모드(통상 붐 상승 제어)를 선택하고 있다. 상세는 도 7을 사용하여 설명한다.

본 실시 형태의 목표 동작 판단부(49)에 의한 제어 흐름도를 도 7에 도시한다. 먼저 스텝 100에 있어서, 목표 동작 판단부(49)는 작업기 자세 연산부(41)로부터 입력한 셔블 기준 좌표에 있어서의 버킷(10)의 선단 위치와, 목표 굴삭면 연산부(42)로부터 입력한 셔블 기준 좌표에 있어서의 목표 굴삭면(도 7에서는 「목표면」이라고 줄임)(60)의 위치를 기초로, 목표 굴삭면(60)과 버킷(10)의 선단의 거리를 연산한다. 그리고, 목표 굴삭면(60)의 아래에 버킷(10)의 선단이 위치하는 경우의 당해 거리를 목표 굴삭면(60)에 대한 작업기(1A)의 침입량 D, 여기서는 버킷(10)의 선단 침입량 D라고 한다. 여기서 침입량 D가 소정값 D1(예를 들어, 300㎜) 이상인 경우, 스텝 101로 진행한다.

스텝 101에서는, 오퍼레이터로부터 조작 장치(45b, 46a)에 의한 암(9) 또는 버킷(10)으로의 동작 지시, 즉 조작 레버(1b, 1a)로의 조작 입력이 있는지 여부를 오퍼레이터 조작 검출 장치(52)로부터의 출력을 기초로 판단한다. 스텝 101에서, 암(9) 또는 버킷(10)에 대한 조작 입력이 있다고 판단된 경우, 스텝 104에서 감속 붐 상승 느린 동작 제어가 제어 모드로서 선택된다. 이에 의해 목표 동작 판단부(49)는 목표 동작 연산부(43)에 대하여 제2 모드의 제어 모드 명령을 출력하고, 붐 상승 제어 시의 붐 상승 속도가 전자 비례 밸브(54a)에 의해 제2 모드에서 제어된다.

여기서, 통상 붐 상승 제어(제1 모드)와 감속 붐 상승 느린 동작 제어(제2 모드)에 대하여 설명한다. 통상, 전술한 영역 제한 제어가 실행되면, 목표 동작 연산부(43)로부터 붐 상승 명령이 출력되고, 당해 명령을 기초로 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)에 침입하지 않도록 붐 상승 동작이 제어된다. 이때의 붐 상승 속도의 제어 모드를 통상 붐 상승 제어(제1 모드)라 한다. 한편, 감속 붐 상승 느린 동작 제어(제2 모드)는 버킷 선단의 목표 굴삭면(60)으로의 침입 방지를 목적으로 한 것은 아니고, 오퍼레이터로의 위화감을 작게 하기 위해 선택되는 제어 모드이고, 그때의 붐 상승 속도는 동일한 조건에서의 통상 붐 상승 제어 시의 속도보다 항상 작게 설정된다. 예를 들어 제1 모드 시의 속도에 소정의 비율(예를 들어, 20％)을 곱한 값을 제2 모드 시의 속도로 할 수 있다. 제2 모드 시의 속도가 항상 제1 모드 시의 속도 이하로 제어되도록, 제2 모드 시의 속도를 소정값으로 유지할 수도 있다. 이 경우의 소정값으로서는, 붐 상승 속도의 최솟값, 즉 제어 밸브(15a)를 중립 위치로부터 이동 가능한 최소의 파일럿압이 유압 구동부(150a)에 작용하고 있을 때의 붐 상승 속도를 선택할 수 있다.

감속 붐 상승 느린 동작 제어에 기초하는 붐 속도 제어는 목표 굴삭면(60)보다 위에 버킷 선단이 위치할 때까지 계속해서 실시되도록 할 수 있다. 즉, 이 경우, 감속 붐 상승 느린 동작 제어가 일단 선택되면, 버킷 선단의 목표 굴삭면(60)에 대한 침입량이 소정값 미만이 되어도, 침입하고 있는 동안은 감속 붐 상승 느린 동작 제어가 선택되게 된다. 또한, 이것은 다른 실시 형태에도 적용 가능하다.

또한, 스텝 104에서 감속 붐 상승 느린 동작 제어가 선택된 경우는, 스텝 105에서, 감속 붐 상승 느린 동작 제어가 선택된 취지를 오퍼레이터에게 통지하도록, 통지 장치(53)에 명령이 내려진다. 이때, 오퍼레이터가 제한 제어 스위치(17)를 영역 제한 제어의 무효 위치로 전환하면, 감속 붐 상승 느린 동작 제어의 선택 및 영역 제한 제어의 실행이 정지된다.

한편, 스텝 101에서 암(9) 또는 버킷(10)의 조작 입력이 없다고 판단된 경우에는, 붐 상승 제어는 실행되지 않는다(스텝 107).

또한, 스텝 100에서 목표 굴삭면에 대한 버킷 선단의 침입량이 소정값 이하라고 판단된 경우에는, 스텝 102로 진행한다. 스텝 102 이후에는, 통상의 영역 제한 제어가 실행된다. 먼저, 스텝 102에 있어서, 오퍼레이터 조작 검출 장치(52)로부터의 출력을 기초로 암(9) 또는 버킷(10)의 조작이 있다고 판단된 경우, 스텝 103으로 진행한다.

스텝 103에서는, 목표 동작 판단부(49)는 목표 동작 연산부(43)로부터의 입력 신호를 기초로 목표 동작 연산부(43)로부터 붐 상승 명령이 출력되어 있는지 여부의 판단을 행한다. 스텝 103에서 붐 상승 명령이 출력되어 있는 경우, 스텝 106에서 통상 붐 상승 제어를 선택하여 붐 상승이 실행된다. 즉, 목표 동작 판단부(49)가 목표 동작 연산부(43)에 대하여 제1 모드의 제어 모드 명령을 출력하고, 붐 상승 제어 시의 붐 상승 속도가 전자 비례 밸브(54a)에 의해 제1 모드에서 제어된다.

스텝 103에서 붐 상승 명령 속도가 출력되지 않았다고 판단된 경우, 또는 스텝 102에서 암(9) 또는 버킷(10)의 조작 입력이 없다고 판단된 경우에는, 붐 상승 제어는 실행되지 않는다.

흐름도 중의 「복귀」까지 진행되면, 스텝 100으로 돌아가 상기한 처리를 반복한다.

본 구성에 의한 효과를, 도 8을 사용하여 설명한다. 도 8에는 유압 셔블과 목표 굴삭면(60)의 위치 관계가 도시되어 있다. 유압 셔블은 현황 지형에 있어서의 지면(600) 상을 주행 가능하다. 목표 굴삭면(60)은 파선으로 나타나 있고, 이것은 지금부터 성토 작업을 행하여, 최종적으로 성형되는 면을 나타내고 있다.

여기서, 화살표 E에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블이 지면(600) 상을 좌측으로부터 우측으로 주행하여 목표 굴삭면(60)의 하방에 버킷(10)의 선단이 침입했다고 하자. 유압 셔블의 주행은, 통상, 프론트 작업기(1A)의 조작(프론트 조작) 없이 행해진다. 즉, 암(9) 또는 버킷(10)의 조작은 없으므로, 도 7의 스텝 101 또는 102의 존재에 의해 붐 상승 제어는 실시되지 않고, 버킷(10)의 선단은 주행에 의해 목표 굴삭면(60)의 하방으로 들어간다. 부호 D는 목표 굴삭면(60)과 버킷(10)의 선단의 거리(침입량)를 나타내고, 부호 D1은 스텝 100의 소정값을 나타낸다.

일본 특허 제5706050호 공보와 같이, 침입량 D가 소정값(여기서는 본 실시 형태와 동일한 D1로 함) 이상일 때는 영역 제한 제어를 실행하지 않도록 유압 셔블을 구성한 경우에는, 도 8의 우측 유압 셔블의 상태에서 오퍼레이터에 의해 암(9)의 조작이 되어도 침입량 D가 D1 이상의 범위에서 작업하는 동안은 붐 상승 제어는 실행되지 않는다. 그 때문에, 오퍼레이터는 침입량 D가 D1 미만일 때에 영역 제한 제어가 실행되는 것을 잊거나, 침입량 D에 관계없이 영역 제한 제어는 전혀 기능하지 않는 상황이라고 오해하거나 할 가능성이 높아진다. 그리고 그 후, 성토 작업이 진행되어 침입량 D가 감소하고, 버킷(10)의 선단이 D1에 도달한 경우에, 제1 모드에서 규정되는 통상 속도의 붐 상승 제어가 갑자기 실행되게 된다. 이 급동작의 발생은 붐 상승 동작을 예기하지 않거나 또는 요망하지 않는 오퍼레이터에 있어서 큰 위화감이 된다. 또한, 침입량 D가 계속적으로 D1의 근방값이 되는 상황 하의 작업에서는, 침입량 D의 변화에 따라 붐 상승 제어의 ON/OFF의 전환이 빈번히 발생하기 때문에, 오퍼레이터가 원하는 동작을 원활하게 실시할 수 없어, 작업의 진척에 지장을 초래할 우려도 있다.

이에 비해 상기와 같이 구성한 본 실시 형태에서는, 도 8의 우측의 유압 셔블의 상태에서 암(9)의 조작이 행해지면 제2 모드에서 규정되는 저속도로 붐 상승 제어가 실행된다. 이때의 붐 상승 속도는 통상의 경우(즉, 침입량 D가 D1 미만인 경우)보다도 저속이므로, 머신 컨트롤에 의한 갑작스런 붐 상승 동작에 오퍼레이터가 동요하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 붐 상승 동작의 발현에 의해 영역 제한 제어가 기능하고 있다는 것을 오퍼레이터가 알아차릴 수 있으므로, 상기한 잊음이나 오해가 발생하는 일도 없다. 또한, 영역 제한 제어가 불필요한 경우에는 오퍼레이터가 제한 제어 스위치(17)로 영역 제한 제어를 자주적으로 중단하는 계기가 되기 때문에, 오퍼레이터의 의도와 다른 머신 컨트롤의 실행을 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 의하면, 목표 굴삭면의 하방에 작업기 선단이 있는 경우에 붐 상승 동작의 갑작스런 발생을 억제할 수 있으므로, 오퍼레이터에게 부여되는 위화감을 억제할 수 있다.

또한, 상기에서는, 제2 모드가 선택된 경우에 오퍼레이터에게 그 취지를 통지 장치를 통해 통지하도록 구성했다. 이에 의해 오퍼레이터의 영역 제한 제어에 대한 인식을 더욱 촉진할 수 있으므로, 상기한 잊음이나 오해가 발생하는 것을 더욱 억제할 수 있다.

또한, 상기에서 언급한 바와 같이, 감속 붐 상승 느린 동작 제어(제2 모드)에 기초하는 붐 속도 제어가, 목표 굴삭면(60)보다 위에 버킷 선단이 위치할 때까지 계속해서 실시되도록 구성한 경우에는, 목표 굴삭면(60)에 대한 침입량 D가 소정값 D1 이하가 되어도, 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)보다 위로 나올 때까지는 감속 붐 상승 느린 동작 제어에 기초하는 붐 상승 제어가 실시된다. 그 때문에, 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)에 도달할 때까지는 자동 붐 상승의 속도가 급변하는 일은 없으므로, 오퍼레이터에게 부여되는 위화감을 경감시킬 수 있다.

<제2 실시 형태>

이어서 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 유압 셔블의 하드웨어 구성은 제1 실시 형태와 동일하기 때문에 설명은 생략하고, 제1 실시 형태와 중복되는 기능의 설명도 생략하는 경우가 있다.

본 실시 형태에서는, 목표 동작 판단부(49)에 있어서의 「판정」이 제1 실시 형태와 상이하고, 목표 굴삭면에 침입한 이유를 고려함으로써, 붐 상승 제어 시의 붐 상승 속도의 제어 모드를 바꾸는 구성으로 하고 있다. 즉, 주행 또는 선회에 의한 침입, 셔블이 전방 경사 자세가 되는 것에 의한 침입, 그 밖의 예기하지 않은 이유에 의한 침입(예를 들어, 굴삭 중의 제어 정밀도 악화에 의한 침입) 등의 목표 굴삭면으로의 침입 이유에 따라 붐 상승 속도의 제어 모드를 바꾸고 있다.

구체적으로는, 목표 동작 판단부(49)는 조작 장치(46b, 47a, 47b)[조작 레버(1b, 23a, 23b)]에 의한 하부 주행체(11) 또는 상부 선회체(12)로의 동작 지시와, 목표 굴삭면(60)과 작업기(1A)의 선단의 위치 관계를 기초로, 제1 모드와 제2 모드의 어느 것을 선택하여 붐 상승 제어 시의 붐 속도를 제어하는 것이 바람직한지의 판정을 행한다. 그리고, 조작 장치(46b, 47a, 47b)[조작 레버(1b, 23a, 23b)]에 의한 하부 주행체(11) 또는 상부 선회체(12)로의 동작 지시에 의해 작업기(1A)의 선단이 목표 굴삭면(60)의 하방으로 이동한 경우에는 제2 모드(감속 붐 상승 느린 동작 제어)를 선택하고, 조작 장치(46b, 47a, 47b)에 의한 하부 주행체(11) 또는 상부 선회체(12)로의 동작 지시가 없는 경우 및 작업기(1A)의 선단이 목표 굴삭면(60)의 상방에 위치하는 경우에는 제1 모드(통상 붐 상승 제어)를 선택한다. 상세는 도 9를 사용하여 설명한다.

도 9는 본 실시 형태의 목표 동작 판단부(49)에 있어서의 제어 흐름도이다. 또한, 본 흐름도는 제어 주기마다 실시하는 것으로 한다.

먼저 스텝 200에 있어서, 1주기 전의 제어 주기에 있어서, 목표 굴삭면(60)에 대한 버킷 선단의 침입이 있었는지 여부를 판단한다. 버킷 선단의 목표 굴삭면(60)으로의 침입이 없다고 판단된 경우에는, 현재의 버킷 선단은 목표 굴삭면(60)의 상방에 위치한다고 간주하고 스텝 201로 진행한다.

스텝 201에서는, 조작 레버(1b) 또는 조작 레버(23a, 23b)를 통한 주행 조작 또는 선회 조작이 있는지를 판정한다. 여기서 주행 조작 또는 선회 조작이 있다고 판정된 경우에는, 스텝 202로 진행한다.

스텝 202에서는, 목표 동작 판단부(49)는 작업기 자세 연산부(41)로부터 입력한 버킷(10)의 선단 위치와, 목표 굴삭면 연산부(42)로부터 입력한 목표 굴삭면(60)의 위치를 기초로, 목표 굴삭면(60)에 대한 버킷 선단의 침입이 있는지 여부를 판정한다. 스텝 202에서 목표 굴삭면(60)에 대하여 침입이 있다고 판정된 경우, 침입한 원인은 주행 또는 선회 조작이라고 판단하여 스텝 203으로 진행한다.

스텝 203에서는, 조작 레버(1b, 1a)에 의한 암(9) 또는 버킷(10)에 대한 조작 입력이 있는지 여부를 판단한다. 여기서, 암(9) 또는 버킷(10)의 조작 입력이 있다고 판단된 경우, 스텝 209에 있어서 감속 붐 상승 느린 동작 제어(제2 모드)가 붐 상승 속도의 제어 모드로서 선택된다. 그리고, 스텝 210에서, 선회 또는 주행이 있었기 때문에 감속 붐 상승 느린 동작 제어가 선택되어 있다는 것을 오퍼레이터에게 통지하도록 통지 장치(53)에 명령을 낸다. 또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 감속 붐 상승 느린 동작 제어를, 작업기(1A)가 목표 굴삭면(60)보다 위로 나올 때까지 실행해도 된다.

스텝 201에서 주행 조작 또는 선회 조작이 없다고 판단된 경우에는, 스텝 204로 진행한다.

스텝 204에서는, 차체 경사각 센서(33)로부터의 출력을 기초로 차체 경사각 θ가 전방 경사 방향으로 소정 각도 θ1보다 큰지 여부를 판정한다. 소정 각도 θ1보다 크다고 스텝 204에서 판단된 경우, 스텝 215로 진행한다.

스텝 215에서는, 목표 동작 판단부(49)는 작업기 자세 연산부(41)로부터 입력한 버킷(10)의 선단 위치와, 목표 굴삭면 연산부(42)로부터 입력한 목표 굴삭면(60)의 위치를 기초로, 목표 굴삭면(60)에 대한 버킷 선단의 침입이 있는지 여부를 판정한다. 스텝 215에서 목표 굴삭면(60)에 대하여 침입이 있다고 판정된 경우, 침입한 원인은 차체의 전방 경사 자세에 의한 것이라고 판단하여 스텝 205로 진행한다.

스텝 205에서는, 암(9) 또는 버킷(10)의 조작 입력이 있는지 여부를 판정한다. 스텝 205에서 암(9) 또는 버킷(10)의 조작 입력이 있다고 판정된 경우, 스텝 206으로 진행한다.

스텝 206에서는, 도 7의 스텝 103과 마찬가지로, 붐 상승 명령이 출력되어 있는지 여부를 판정한다. 스텝 206에서 붐 상승 명령이 출력되어 있다고 판정된 경우, 스텝 212에서는, 차체 경사각 θ가 크기 때문에 붐 상승 제어를 실행하지 않는 것을 결정함(즉, 스텝 206의 붐 상승 명령은 캔슬함)과 함께, 붐 상승 제어를 실시하지 않는 취지를 통지하도록 통지 장치(53)에 명령을 낸다.

스텝 200에서 침입 있음이라고 판정된 경우와, 스텝 202, 215에서 목표 굴삭면(60)에 대하여 침입 없음이라고 판정된 경우와, 스텝 204에서 차체 경사각 θ가 소정 각도 θ1 이하라고 판정된 경우에는, 스텝 207로 진행한다. 또한, 스텝 207로 진행하는 케이스로서, 주행, 선회 또는 전방 경사 자세에 의한 침입이 아니라, 굴삭 작업 중의 어떤 이유(예를 들어, 굴삭 중의 제어 정밀도 악화)로 침입한 경우도 포함되게 된다.

스텝 207, 208에서는, 암(9) 또는 버킷(10) 조작이 있고, 그때 붐 상승 명령이 출력되어 있으면, 스텝 213에서 통상 붐 상승 제어(제1 모드)를 선택한다. 또한, 스텝 203, 205, 207에 있어서, 암 또는 버킷 조작이 없다고 판정된 경우와, 스텝 206, 208에 있어서 붐 상승 명령이 출력되어 있지 않은 경우는, 스텝 211에서 붐 상승 제어를 실행하지 않는 것으로 한다.

본 실시 형태의 효과를 설명한다. 하부 주행체(11)의 주행 또는 상부 선회체(12)의 선회에 의해 작업기(1A)의 선단이 목표 굴삭면(60)의 하방으로 이동한 경우는, 굴삭 작업 중에 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)에 침입한 것은 아니다. 그래서 본 실시 형태에서는, 이와 같은 경우에 제1 모드보다도 저속도의 제2 모드에서 붐 상승 제어가 실행되도록 하여, 통상과 상이한 제어가 기능하고 있는 것을 오퍼레이터에게 통지하도록 했다. 이에 의해 주행 또는 선회 후에 저속의 붐 상승 동작이 발생한 경우에는, 주행 또는 선회가 원인으로 목표 굴삭면(60)의 하방으로 이동한 것을 오퍼레이터에게 용이하게 인식시킬 수 있다. 그 때문에, 영역 제한 제어(붐 상승 제어)의 실행을 희망하지 않는 경우에는, 오퍼레이터가 제한 제어 스위치(17)로 영역 제한 제어를 자주적으로 중단하는 것도 용이해진다.

또한, 지형이 나쁘고 차체 경사가 원인으로 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)에 침입한 경우에는, 셔블이 불안정한 자세로 되어 있는 경우가 많고, 그와 같은 상황 하에서는 굴삭 정밀도의 악화가 염려된다. 그래서 본 실시 형태에서는, 하부 주행체(11) 또는 상부 선회체(12)로의 동작 지시가 없는 상태에서 목표 굴삭면(60)에 침입한 경우라도, 차체 경사각 θ가 전방 경사 방향으로 소정 각도 θ1보다 클 때에는, 차체 경사가 침입 원인이라고 간주하고, 붐 상승 제어(영역 제한 제어)를 중단하는 구성으로 했다. 이에 의해 셔블이 불안정한 자세에서의 붐 상승 제어의 실시를 회피할 수 있어, 안정된 작업을 계속할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 스텝 201 및 204에서 아니오로 된 경우에 스텝 207을 실행하도록 구성하고 있기 때문에, 상기(주행, 선회 또는 차체 경사) 이외의 원인으로 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)에 침입한 경우도, 제1 모드에서 붐 속도를 제어하게 된다. 이에 의해, 굴삭 작업 시에 어떤 원인(예를 들어, 버킷 선단의 제어 정밀도의 악화)으로 버킷 선단이 목표 굴삭면(60)의 하방에 침입한 경우에, 버킷 선단을 빠르게 목표 굴삭면(60)까지 복귀시킬 수 있으므로 굴삭 작업의 작업 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

따라서 본 실시 형태에 따르면, 상기와 같은 다양한 상황에 따라 적절한 붐 상승 제어를 실시하는 것이 가능해진다.

<제3 실시 형태>

이어서 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태는 제1 실시 형태의 변형예이다. 또한, 본 실시 형태의 유압 셔블의 하드웨어 구성은 제1 실시 형태와 동일하기 때문에 설명은 생략하고, 제1 및 제2 실시 형태와 중복되는 기능의 설명도 생략한다.

도 10은 제3 실시 형태의 목표 동작 판단부(49)에 있어서의 흐름도이다. 이 도면으로부터 명확해진 바와 같이, 목표 동작 판단부(49)는 스텝 204에 있어서 셔블의 차체 경사각 θ를 기초로 판정을 행하고 있고, (1) 침입량 D가 소정값 D1 이상인 경우(스텝 104를 통과하는 경우)는 제2 모드를 선택하고, (2) 침입량 D가 소정값 D1 미만이고 또한 차체 경사각 θ가 소정 각도 θ1 이상인 경우(스텝 212를 통과하는 경우)는 영역 제한 제어를 중단하고, (3) 침입량 D가 소정값 D1 미만이고 또한 차체 경사각 θ가 소정 각도 θ1 미만인 경우(스텝 105를 통과하는 경우)는 제1 모드를 선택하고 있다.

이와 같이 구성한 본 실시 형태에 있어서도, 제2 실시 형태와 마찬가지로 셔블이 불안정한 자세에서의 붐 상승 제어의 실시를 회피할 수 있어, 안정된 작업을 계속할 수 있다.

<부기>

영역 제한 제어의 실행 시의 붐 상승 속도의 제어 모드인 제1 모드와 제2 모드의 예에 대하여 도 11 및 도 12를 사용하여 설명한다.

도 11에서는, 제1 모드의 붐 상승 속도 VB는 직선으로 규정되고, 제2 모드의 속도 VB는 곡선으로 규정되어 있다. 제1 모드와 제2 모드는 소정값 D1에서 원활하게 접속되어 있고, 침입량 D가 D1 이상인 상태로부터 D1 미만인 상태로 변화되는 경우, 소정값 D1의 전후에서 모드를 전환하는 경우를 상정하고 있다. 또한, 제1 모드도 곡선으로 규정해도 되고, 제2 모드도 직선으로 규정해도 된다.

도 12에서는, 제2 모드의 속도 VB는 침입량 D에 관계없이 일정값으로 규정되어 있다. 도 12에서는 침입량 D가 D1 이상인 상태로부터 D1 미만인 상태로 변화되는 경우, 침입량 D가 소정값 D1에 도달해도 모드를 전환하지 않고 침입량 D가 제로가 될 때까지 제2 모드를 유지하는 경우(제2 모드에 기초하는 붐 속도 제어를 목표 굴삭면(60)보다 위에 버킷 선단이 위치할 때까지 계속해서 실시하는 경우)를 상정하고 있다.

도 11, 12의 예에서는 설명을 간소화하기 위해 침입량 D와 붐 상승 속도 VB를 관련짓고 있지만, 각 모드의 붐 상승 속도 VB는 침입량과 독립시킬 수도 있다. 도 11, 12의 예 이외에도, 동일한 침입량으로 제2 모드의 속도가 제1 모드의 속도 이하의 값이 되는 것이라면, 모든 패턴이 적용 가능하다.

그런데, 상기한 각 실시 형태에 있어서, 작업기(1A)의 목표 굴삭면(60)의 침입에 대하여, 버킷 선단의 침입량을 예로서 들었지만, 버킷 선단에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 버킷 선단이 아니라, 버킷의 배면, 버킷 상의 임의의 점을 제어 대상으로 해도 된다.

자세 정보를 위한 붐, 암, 버킷의 각도를 검출하기 위해 각도 센서를 사용했지만, 각도 센서 대신에, 붐 실린더, 암 실린더, 버킷 실린더의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 센서에 의해 셔블의 자세 정보를 산출해도 된다.

도 7, 9, 10의 각 흐름도에 있어서, 스텝 101, 102, 103, 203, 205, 206, 207, 208은 생략 가능하다.

유압 셔블에 설정한 2차원 좌표계(셔블 좌표계)에 버킷 선단과 목표 굴삭면을 설정하여 각종 제어를 행하였지만, 이것 대신에, 지면(지구)에 설정한 3차원 좌표계(세계 좌표계)에 버킷 선단과 목표 굴삭면을 설정해도 된다.

제1 실시 형태에 있어서, 스텝 101에서 예라고 판정된 경우에 스텝 103과 동일한 판정(붐 상승 명령의 유무 판정)을 추가적으로 실행하고, 당해 판정이 예인 경우에 스텝 104로 진행하고, 당해 판정이 아니오인 경우에 스텝 107로 진행하도록 해도 된다.

제2 실시 형태에 있어서, 스텝 202에서 아니오라고 판정된 경우(주행 조작/선회 조작이 없음인 경우)에는 스텝 204가 아니라 스텝 207로 진행하도록 해도 된다. 즉, 스텝 204, 205, 206, 212는 생략 가능하다.

스텝 202에서의 판단을 주행 또는 선회 조작이 있는지 여부로 했지만, 이것을 주행만으로 해도 된다. 또한, 선회도 포함하여 머신 컨트롤하는 것으로 하여, 선회에 의해 목표 굴삭면에 침입하려고 하는 경우, 그 선회에 제어 개입을 해도 된다.

또한, 스텝 204에서의 판정 조건을 차체 경사각 θ가 전방 경사 방향(피치각)으로 소정 각도 θ1 이상으로 했지만, 이것은 전방 경사 방향으로 한정하지 않아도 된다. 예를 들어, 후방 경사 방향이나, 좌우 경사(롤각)에 따른 판정 조건으로 해도 된다.

주행 또는 선회에 의한 목표 굴삭면으로의 침입의 판단에 관해서는 다양한 패턴이 이용 가능하다. 예를 들어, 상기한 예 대신에, 주행 조작 중 또는 선회 조작 중의 버킷 선단과 목표면의 위치 관계를 감시해 두고, 버킷 선단이 목표 굴삭면의 상방으로부터 하방으로 이동한 것을 확인할 수 있으면, 스텝 203의 처리를 실행하도록 구성해도 된다.

제2 실시 형태 및 제3 실시 형태에서는, 차체 경사각 θ가 θ1을 초과하는 경우에 붐 상승 제어를 중단하는 경우를 설명했지만, 이것 대신에 제2 모드에서 붐 상승 제어를 행하도록 시스템을 구성해도 된다.

1A : 프론트 작업기
8 : 붐
9 : 암
10 : 버킷
11 : 하부 주행체
12 : 상부 선회체
30 : 붐 각도 센서
31 : 암 각도 센서
32 : 버킷 각도 센서
40 : 제어 컨트롤러(제어 장치)
41 : 작업기 자세 연산부
42 : 목표 굴삭면 연산부
43 : 목표 동작 연산부
44 : 전자 비례 밸브 제어부
45 : 조작 장치(붐, 암)
46 : 조작 장치(버킷, 선회)
47 : 조작 장치(주행)
49 : 목표 동작 판단부
53 : 통지 장치
54, 55, 56 : 전자 비례 밸브

Claims

삭제
주행체와,
상기 주행체 상에 선회 가능하게 설치된 선회체와,
상기 선회체에 설치되고, 붐, 암 및 버킷을 포함하는 다관절형 작업기와,
상기 주행체, 상기 선회체, 상기 붐, 상기 암 및 상기 버킷으로의 동작 지시를 오퍼레이터의 조작에 따라 출력하는 조작 장치와,
상기 조작 장치에 의한 상기 암 또는 상기 버킷으로의 동작 지시가 있는 경우, 상기 작업기의 선단의 위치가 목표 굴삭면 상 및 그 상방의 영역 내에 보유 지지되도록 상기 붐을 강제적으로 상승시키는 영역 제한 제어를 실행하는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 작업기의 선단이 상기 목표 굴삭면의 하방에 위치하는 경우, 상기 영역 제한 제어의 실행 시의 상기 붐의 상승 속도의 제어 모드로서 제1 모드 및 당해 제1 모드보다 느린 속도로 규정된 제2 모드의 어느 모드를 선택할지를 판정하는 목표 동작 판단부를 구비하고,
상기 목표 동작 판단부에 의한 상기 판정의 결과를 기초로 상기 영역 제한 제어 시의 상기 붐의 상승 속도를 제어하며,
상기 목표 동작 판단부는, 상기 목표 굴삭면에 대한 상기 작업기의 선단의 침입량을 기초로 상기 판정을 행하고, 상기 침입량이 소정값 이상인 경우는 상기 제2 모드를 선택하고, 상기 침입량이 상기 소정값 미만인 경우는 상기 제1 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
주행체와,
상기 주행체 상에 선회 가능하게 설치된 선회체와,
상기 선회체에 설치되고, 붐, 암 및 버킷을 포함하는 다관절형 작업기와,
상기 주행체, 상기 선회체, 상기 붐, 상기 암 및 상기 버킷으로의 동작 지시를 오퍼레이터의 조작에 따라 출력하는 조작 장치와,
상기 조작 장치에 의한 상기 암 또는 상기 버킷으로의 동작 지시가 있는 경우, 상기 작업기의 선단의 위치가 목표 굴삭면 상 및 그 상방의 영역 내에 보유 지지되도록 상기 붐을 강제적으로 상승시키는 영역 제한 제어를 실행하는 제어 장치를 구비하는 작업 기계에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 작업기의 선단이 상기 목표 굴삭면의 하방에 위치하는 경우, 상기 영역 제한 제어의 실행 시의 상기 붐의 상승 속도의 제어 모드로서 제1 모드 및 당해 제1 모드보다 느린 속도로 규정된 제2 모드의 어느 모드를 선택할지를 판정하는 목표 동작 판단부를 구비하고,
상기 목표 동작 판단부에 의한 상기 판정의 결과를 기초로 상기 영역 제한 제어 시의 상기 붐의 상승 속도를 제어하며,
상기 목표 동작 판단부는,
상기 조작 장치에 의한 상기 주행체 또는 상기 선회체로의 동작 지시와, 상기 목표 굴삭면과 상기 작업기의 선단의 위치 관계를 기초로 상기 판정을 행하고,
상기 조작 장치에 의한 상기 주행체 또는 상기 선회체로의 동작 지시에 의해 상기 작업기의 선단이 상기 목표 굴삭면의 하방으로 이동한 경우에는 상기 제2 모드를 선택하고, 상기 조작 장치에 의한 상기 주행체 또는 상기 선회체로의 동작 지시가 없는 경우에는 상기 제1 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제2항에 있어서, 상기 목표 동작 판단부는, 추가로 상기 작업 기계의 차체 경사각을 기초로 상기 판정을 행하고, 상기 침입량이 상기 소정값 이상인 경우는 상기 제2 모드를 선택하고, 상기 침입량이 상기 소정값 미만이고 또한 상기 차체 경사각이 소정 각도 이상인 경우는 상기 영역 제한 제어를 중단하고, 상기 침입량이 상기 소정값 미만이고 또한 상기 차체 경사각이 상기 소정 각도 미만인 경우는 상기 제1 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제2항에 있어서, 상기 제2 모드가 선택된 경우에 오퍼레이터에게 그 취지를 통지하는 통지 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.