KR0173835B1 - 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치 - Google Patents

Abstract

유압셔블의 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 프론트장치(1A)가 움직일 수 있는 영역을 미리 설정해 두고, 각도검출기(8a~8c)로부터의 신호에 의거하여 프론트장치(1A)의 위치와 자세를 연산하고, 조작레버장치의 검출신호와 압력검출기(270a~271b)에서 검출한 부하압력에 의거하여 프론트장치의 목표속도벡터를 연산하고, 프론트장치가 설정영역 내에서 그 경계근방에 있을 때는 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 감소시키고, 프론트장치가 설정영역 밖에 있을 때는 프론트장치가 설정영역으로 되돌아가도록 목표속도벡터를 보정하고, 다시 그 목표속도벡터에 따른 조작신호를 부하압력으로 보정하여 비례전자밸브(210a~211b)에 출력한다. 이에 의하여 영역을 제한한 굴삭을 능률적이고 원활하게 행할 수 있음과 동시에, 유압 액츄에이터의 부하압력의 변화에 관계없이 안정되고 정밀도가 좋은 제어가 행해질 수 있게 된다.

Description

[발명의 명칭]

건설기계의 영역제한 굴삭제어장치

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치에 관한 것으로, 특히 다관절형 프론트장치를 구비한 유압셔블 등의 기계에 있어서 프론트장치의 움직일 수 있는 영역을 제한한 굴삭이 행해지는 영역제한 굴삭제어장치에 관한 것이다.

[배경기술]

건설기계의 대표예로서 유압셔블이 있다. 유압셔블은 수직방향으로 각각 회동 가능한 부움, 아암 및 버킷으로 이루어지는 프론트장치와, 상부선회체 및 하부주행체로 이루어지는 차체로 구성되고, 프론트장치 부움의 기단(基端)은 상부선회체의 앞부에 지지되어 있다. 이와 같은 유압셔블에서는 부움 등의 프론트 부재를 각각의 수동조작레버에 의하여 조작하고 있으나, 이들 프론트 부재는 각각이 관절부에 의하여 연결되어 회동운동을 하는 것이기 때문에 이들 프론트 부재를 조작하여 소정의 영역을 굴삭하는 것은 대단히 곤란한 작업이다. 그러므로, 이와 같은 작업을 용이하게 하기 위한 영역제한 굴삭제어장치가 일본국 특개평 4-136324호 공보에 제안되어 있다. 이 영역제한 굴삭제어장치는 프론트장치의 자세를 검출하는 수단과, 이 검출수단으로부터의 신호에 의하여 프론트장치의 위치를 연산하는 수단과, 프론트장치의 침입을 금지하는 침입불가영역을 교시하는 수단가, 프론트장치의 침입을 금지하는 침입불가영역을 교시하는 수단과, 프론트장치의 위치와 교시한 침입불가영역의 경계선과의 거리(d)를 구하고, 이 거리(d)가 일정 값보다 클 때에는 1이고, 그보다 작을 때에는 0 내지 1 사이의 값을 가지도록 거리(d)에 의하여 결정되는 함수를 레버조작신호에 곱한 것을 출력하는 레버게인 연산수단과, 이 레버게인 연산수단으로부터의 신호에 의하여 액츄에이터(actuator)의 움직임을 제어하는 액츄에이터 제어수단을 구비하고 있다. 이 제안의 구성에 의하면 침입불가영역의 경계선까지의 거리에 따라 레버 조작신호가 조여지기 때문에, 조작원이 잘못하여 침입불가영역에 버킷 선단을 이동시키려 해도, 자동적으로 경계 상에서 원활하게 정지하고, 또 그 도중에 조작원이 프론트장치 속도의 감소로부터 침입불가영역에 근접하고 있는 것을 판단하여 버킷 수단을 되돌리는 것이 가능하게 된다.

또, 유압셔블에 있어서, 프론트장치에 의한 작업에 지장을 일으키는 작업한계위치를 설정하고, 아암 선단이 이 한계위치보다 밖으로 나왔을 경우에 작업가능영역으로 되돌리도록 제어하는 것으로서, 일본국 특개소 62-219731호 공보에 기재된 것이 있다.

[발명의 개시]

그러나, 상기 종래기술에는 다음과 같은 문제가 있다.

일본국 특개평 4-136324호 공보에 기재된 종래기술에서는 레버게인 연산수단에 있어서 레버조작신호에 그대로 거리(d)에 의하여 결정되는 함수를 곱한 것을 액츄에이터 제어수단에 출력하기 때문에, 침입불가영역의 경계에 근접하면 서서히 버킷선단의 속도는 늦어져, 침입불가영역의 경계 상에서 정지한다. 이 때문에, 침입불가영역에 버킷선단을 이동시키려고 했을 때의 충격은 피해진다. 그러나, 이 종래기술에서는 버킷선단의 속도를 지연시키면, 버킷선단의 이동방향에 관계없이 그대로 속도를 지연시키고 있다. 이 때문에 침입불가영역의 경계에 따라 굴삭을 하는 경우, 아암을 조작하여 침입불가영역에 근접함에 따라 침입불가영역의 경계에 따른 방향의 굴삭속도도 늦어져 그때마다 부움레버를 조작하여 버킷선단을 침입불가영역으로부터 떨어뜨려, 굴삭속도가 지연되는 것을 방지하지 않으면 안 된다. 그 결과, 침입불가영역에 따라 굴삭하는 경우에는 극단적으로 능률이 떨어진다. 또, 능률을 향상시키는데는 침입불가영역으로부터 떨어진 거리를 굴삭하지 않으면 안되어 소정의 영역을 굴삭할 수 없게 된다.

일본국 특개소 63-219731호 공보에 기재된 종래기술에서는 아암 선단이 작업한계 위치의 밖으로 나올 때, 동작속도가 빠르면 작업한계위치의 밖으로 나오는 양이 많아져, 작업가능영역으로 급하게 되돌려지기 때문에 충격이 생겨 원활한 작업이 행해지지 않게 된다.

또, 상기 어느 하나의 종래기술에 있어서도 유압 액츄에이터의 부하압력의 변화에 따른 유압제어밸브의 유량특성의 변화에 대해서는 고려되어 있지 않다. 이 때문에, 유압제어밸브로서 특히 센터바이패스 타입의 유량제어밸브를 사용한 경우, 유압 액츄에이터의 부하압력의 상태에 따라 유압제어밸브의 유량특성이 변화하여 제어연산치와 실제의 움직임과의 차이가 생겨, 안정되고 정밀도가 좋은 제어가 행해지지 않는다는 문제가 있었다.

본 발명의 제1목적은 영역을 제한한 굴삭을 능률 좋게 행하고 또 유압 액츄에이터의 부하압력의 변화에 관계없이 안정되고 정밀도가 좋은 제어가 행해질 수 있는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2목적은, 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행하고 또 유압 액츄에이터의 부하압력의 변화에 관계없이 안정되고 정밀도가 좋은 제어가 행해질 수 있는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치를 제공하는 것이다.

상기 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치는 다음의 구성을 채용한다. 즉, 다관절형의 프론트 장치를 구성하는 상하방향으로 회동 가능한 복수의 프론트 부재를 포함하는 복수의 피구동부재와, 상기 복수의 피구동부재를 각각 구동하는 복수의 유압 액츄에이터와, 상기 복수의 피구동부재의 동작을 지시하는 복수의 조작수단과, 상기 복수의 조작수단의 조작신호에 따라 구동되어, 상기 복수의 유압 액츄에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유압제어밸브를 구비한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, (a) 상기 프론트장치의 움직일 수 있는 영역을 설정하는 영역설정수단과; (b) 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 제1검출수단과; (c) 상기 복수의 유압 액츄에이터 중 적어도 1개의 특정한 프론트 부재에 관한 특정 프론트 액츄에이터의 부하압력을 검출하는 제2검출수단과; (d) 상기 제1검출수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제1연산수단과; (e) 상기 복수의 조작수단 중 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호와 상기 제1연산수단의 연산치에 의거하여 상기 프론트장치의 목표속도 벡터에 관한 연산을 행하여, 상기 프론트장치가 상기 설정영역 내에서 그 경계에 따른 방향으로는 움직이고, 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향으로는 이동속도가 감소되도록 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호를 보정하는 신호보정수단과, (f) 상기 제2검출수단으로부터의 신호에 의거하여, 상기 특정 프론트 액츄에이터의 부하압력의 변화에 관계없이 상기 프론트장치가 상기 목표속도 벡터대로 움직이도록 상기 신호보정수단으로 보정된 조작신호 중 상기 특정 프론트부재에 관련되는 조작수단의 조작신호를 다시 보정하는 출력보정수단을 구비하는 구성으로 한다.

이와 같이 신호보정수단에 의하여 프론트장치에 관련된 조작수단의 조작신호를 보정함으로써 설정영역의 경계에 대하여 접근하는 방향의 프론트장치의 움직임을 감속하는 방향변환제어가 행해져, 설정영역의 경계에 따라 프론트장치를 움직일 수 있다. 이 때문에, 영역을 제한한 굴삭을 능률적으로 행할 수 있다.

또, 프론트장치의 움직임이 제어될 때, 출력보정수단에 있어서 특정 프론트 액츄에이터의 부하압력의 변화에 관계없이 프론트장치가 목표속도 벡터대로 움직이도록 조작신호를 다시 보정함으로써 부하압력의 변화에 의하여 유압제어밸브의 유량특성이 변화해도 그에 대응하여 조작신호가 보정되기 때문에, 목표속도벡터의 제어연산치와 실제의 움직임과의 편차가 적어져, 프론트장치가 제어연상 상의 위치로부터 크게 어긋나버리는 일이 없어진다. 이에 의하여, 설정영역의 경계에 따른 굴삭작업을 행할 때, 프론트장치를 설정영역의 경계에 따라 정확하게 움직일 수 있는 등 정밀도가 좋은 제어가 행해진다. 또, 제어상 큰 편차가 발생하지 않으므로 안정된 제어가 행해진다.

상기 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 바람직하게는 상기 신호보정수단은, 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호에 의거하여 상기 프론트장치의 입력목표속도 벡터를 연산하는 제2연산수단과, 상기 입력목표벡터의 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 감소하도록 상기 입력목표속도 벡터를 보정하는 제3연산수단과, 상기 제3연산수단에서 보정한 목표속도 벡터에 따라 상기 프론트장치가 움직이도록 해당하는 유압제어밸브를 구동하는 밸브제어수단을 포함하고, 상기 출력보정수단은 상기 밸브제어수단의 일부로서 구성되어 있다.

또, 상기 제2목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 영역제한 굴삭제어장치에 있어서는, 상기 신호보정수단은 상기 복수의 조작수단 중 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호와 상기 제1연산수단의 연산치에 의거하여 상기 프론트장치의 목표속도 벡터에 관한 연산을 행하여, 상기 프론트장치가 상기 설정영역 내에서 그 경계근방에 있을 때는, 상기 프론트장치가 상기 설정영역의 경계에 따른 방향으로 움직이고, 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향으로는 이동속도가 감소되도록 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호를 보정하고, 상기 프론트장치가 상기 설정영역밖에 있을 때는, 상기 프론트장치가 상기 설정영역으로 되돌아가도록 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호를 보정하고, 상기 출력보정수단은, 상기 제2검출수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 조작신호가 어떠한 식으로 보정되었을 경우에도, 상기 특정 프론트 액츄에이터의 부하압력의 변화에 관계없이 상기 프론트장치가 상기 목표속도 벡터대로 움직이도록 상기 특정 프론트부재에 관련되는 조작수단의 조작신호를 다시 보정하는 구성으로 한다.

상기와 같이 프론트장치가 설정영역의 경계근방에서 방향변환제어될 때, 프론트장치의 움직임이 빠르고, 제어상의 응답지연이나 프론트장치의 관성에 의하여 프론트장치가 설정영역 밖으로 나가는 일이 있다. 이와 같은 경우, 신호보정수단에 프론트장치를 설정영역으로 되돌리도록 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호를 보정함으로써 프론트장치는 침입 후 신속하게 설정영역으로 되돌아가도록 제어된다. 이 때문에, 프론트장치를 빨리 움직였을 때도 설정영역의 경계에 따라 프론트장치를 움직일 수가 있어, 영역을 제한한 굴삭을 정확하게 행할 수 있다.

또, 이때 상기와 같이 미리 방향전환제어로 감속되고 있으므로, 설정영역 밖으로의 침입량은 적어지고, 설정영역으로 되돌아갈 때의 쇼크는 대폭 완화된다. 이 때문에, 프론트장치를 빨리 움직였을 때도 영역을 제한한 굴삭을 매끄럽게 행할 수가 있어, 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행할 수 있다.

상기 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 바람직하게는 상기 신호보정수단은 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호에 의거하여 상기 프론트장치의 입력목표 속도벡터를 연산하는 제2연산수단과, 상기 프론트장치가 상기 설정영역 내에서 그 경계근방에 있을 때는 상기 입력목표 속도벡터의 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 감소시키도록 상기 입력목표속도 벡터를 보정하고, 상기 프론트장치가 상기 설정영역 밖에 있을 때에는, 상기 프론트장치가 상기 설정영역으로 되돌아가도록 상기 입력목표속도 벡터를 보정하는 제3연산수단과, 상기 제3연산수단에서 보정한 목표속도 벡터에 따라 상기 프론트장치가 움직이도록 해당하는 유압제어밸브를 구동하는 밸브제어수단을 포함하고, 상기 출력보정수단은 상기 밸브제어수단의 일부로서 구성되어 있다.

상기한 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 바람직하게는 상기 밸브제어수단은, 상기 제3연산수단에서 보정한 목표속도벡터에 의거하여 상기 해당하는 유압제어밸브의 목표조작 지령치를 계산하는 제4연산수단과, 상기 제4연산수단에서 계산한 목표조작 지령치에 의거하여 상기 해당하는 유압제어밸브의 조작신호를 생성하는 출력수단을 포함하고, 상기 출력보정수단은 상기 제4연산수단의 일부로서 구성되고, 상기 목표조작 지령치의 계산에 즈음하여 상기 목표조작 지령치의 상기 특정 프론트 액츄에이터에 관련되는 것을 상기 제2검출수단으로 검출한 부하압력으로 보정한다.

또, 바람직하게는 상기 제4연산수단은, 상기 제3연산수단에서 보정한 목표속도 벡터로부터 목표 액츄에이터 속도를 계산하는 목표 액츄에이터 속도연산수단과, 상기 목표 액츄에이터 속도와 상기 제2검출수단에서 검출한 부하압력으로부터 미리 설정한 특성에 의거하여 상기 해당하는 유압제어밸브의 목표조작 지령치를 계산하는 목표조작 지령치 연산수단을 포함한다.

또, 상기한 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 상기 신호보정수단은 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호에 의거하여 상기 프론트장치의 입력목표속도 벡터를 연산하는 제2연산수단과, 상기 입력목표속도 벡터의 상기 설정영역의 경계에 근접하는 방향의 벡터성분을 감소시키도록 상기 입력목표속도 벡터를 보정하는 제3연산수단을 포함하고, 영역제한 굴삭제어장치는 상기 제2검출수단으로부터의 신호에 의거하여, 상기 특정 프론트 액츄에이터의 부하압력의 변화에 관계없이 상기 조작수단의 조작신호에 따른 속도벡터가 되도록 상기 제2연산수단에서 계산한 입력목표속도 벡터를 보정하는 입력보정수단을 더욱 구비한다.

이와 같이 입력보정수단에 의하여 특정 프론트 액츄에이터의 부하압력의 변화에 관계없이 조작수단의 조작에 따른 속도벡터가 되도록 제2연산수단에서 계산한 입력목표속도 벡터를 보정함으로써, 부하압력의 변화에 의하여 유압제어밸브의 유량특성이 변화해도 그에 대응하여 제3연산수단에서 보정되는 입력목표속도 벡터가 보정되기 때문에, 이 경우도 목표속도벡터의 제어연산치와 실체의 움직임과의 편차가 적어져 한층 제어정밀도가 향상된다.

바람직하게는 상기 제2연산수단은 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호에 의거하여 입력목표 액츄에이터 속도를 계산하는 제5연산수단과, 상기 제5연산수단에서 계산한 입력목표 액츄에이터 속도로부터 상기 프론트장치의 입력목표속도 벡터를 연산하는 제6연산수단을 포함하고 상기 입력보정수단은 상기 제5연산수단의 일부로서 구성되어, 상기 입력목표 액츄에이터 속도의 계산에 있어서 상기 특정 프론트 액츄에이터의 입력목표 액츄에이터 속도를 상기 제2검출수단에서 검출한 부하압력으로 보정한다.

이 경우, 바람직하게는 상기 제5연산수단은, 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호와 상기 제2검출수단에서 검출한 부하압력으로부터 미리 설정한 특성에 의거하여 상기 입력목표 액츄에이터 속도를 계산한다.

또, 이상의 미리 설정한 특성은 어느 것이나 바람직하게는, 상기 특정 프론트 액츄에이터에 관련되는 유압제어밸브의 유량부하 특성에 의거하여 정해진다.

또, 상기 복수의 조작수단은 상기 조작신호로서 전기신호를 발생하는 전기 레버방식의 조작수단인 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 바람직하게는 상기 밸브제어수단은 상기 제3연산수단에서 보정한 목표속도 벡터에 의거하여 상기 해당하는 유압제어밸브의 목표조작 지령치를 계산하여 그것에 따른 전기신호를 출력하는 전기신호 생성수단과, 상기 전기신호를 유압신호로 변환하고, 이 유압신호를 해당하는 유압제어밸브에 출력하는 전기유압 변환수단을 포함하고, 상기 출력보정수단은 상기 전기신호 생성수단의 일부로서 구성되고, 상기 목표조작 지령치의 계산에 즈음하여 상기 목표조작 지령치의 상기 특정 프론트 액츄에이터에 관련되는 것을 상기 제2검출수단에서 검출한 부하압력으로 보정한다. 이에 의하여 본 발명을 전기 레버방식의 조작수단을 구비한 것으로 실현할 수 있다.

또, 상기 복수의 조작수단은 상기 조작신호로서 파일럿압을 발생하는 유압파일럿 방식이고, 이 유압파일럿 방식의 조작수단을 포함하는 조작시스템이 해당하는 유압제어밸브를 구동하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 바람직하게는 상기 밸브제어수단은, 상기 제3연산수단에서 보정한 목표속도 벡터에 의거하여 상기 해당하는 유압제어밸브의 목표조작 지령치를 계산하여 그에 대응하는 전기신호를 출력하는 전기신호 생성수단과, 상기 전기신호에 따라 상기 조작수단의 파일럿압에 대신하는 파일럿압을 출력하는 파일럿압 보정수단을 포함하고, 상기 출력보정수단은 상기 전기신호 생성수단의 일부로서 구성되어, 상기 목표조작 지령치의 계산에 즈음하여 상기 목표조작 지령치의 상기 특정 프론트 액츄에이터에 관련되는 것을 상기 제2검출수단에서 검출한 부하압력으로 보정한다.

이와 같이 밸브수단을 파일럿압 보정수단을 포함하는 구성으로 함으로써, 영역을 제한한 굴삭을 능률적으로 행할 수 있는 본 발명의 기능을 유압파일럿 방식의 조작수단을 구비한 것에 용이하게 부가할 수 있다.

또, 프론트부재에 대응하는 조작수단이 유압셔블의 부움용 조작수단 및 아암조작수단인 경우, 아암용 조작수단의 조작레버 1개를 조작해도 상기와 같이 조작신호(파일럿압)가 출력되므로, 아암용의 조작레버 1개로 설정영역의 경계에 따른 굴삭작업을 행할 수 있다.

이상과 같이 본 발명을 유압파일럿 방식의 조작수단을 구비한 것으로 실현할 때 바람직하게는 상기 조작시스템은, 상기 프론트장치가 상기 설정영역으로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록 해당하는 유압제어밸브에 파일럿압을 유도하는 제1파일럿라인을 포함하고, 상기 파일럿압 보정수단은, 상기 전기신호를 유압신호로 변환하는 전기유압 변환수단과, 상기 제1파일럿라인내의 파일럿압과 상기 전기유압 변환수단으로부터 출력된 유압신호의 고압측을 선택하여 해당하는 유압제어밸브에 유도하는 고압선택수단을 포함하는 구성으로 한다.

상기 조작시스템은 상기 프론트장치가 상기 설정영역에 접근하는 방향으로 움직이도록 해당하는 유압제어밸브에 파일럿압을 유도하는 제2파일럿라인을 포함하고, 상기 파일럿압 보정수단은, 상기 제2파일럿라인에 설치되어, 상기 전기신호에 따라 상기 제2파일럿라인 내의 파일럿압력을 감압하는 감압수단을 포함하는 구성이더라도 좋다.

또, 상기 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제3연산수단은 상기 프론트장치가 상기 설정영역 내에서 그 경계근방에 없을 때에는 상기 입력목표속도 벡터를 유지한다. 이에 의하여, 프론트장치가 설정영역 밖에서 그 경계근방에 없을 때에는 통상 작업과 동일하게 작업할 수 있다.

또, 바람직하게는 상기 입력목표속도 벡터의 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분은 상기 설정영역의 경계에 대하여 수직방향의 벡터성분이다.

또, 바람직하게는, 상기 제3연산수단은 상기 입력목표속도 벡터의 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 감소하도록 상기 입력 목표속도 벡터를 보정할 때, 상기 프론트장치와 상기 설정영역의 경계와의 거리가 작아짐에 따라 상기 입력목표속도 벡터 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분 감소량이 커지도록 해당 벡터성분을 감소한다.

또, 바람직하게는 상기 제3연산수단은, 상기 프론트장치가 상기 설정영역으로 되돌아가도록 상기 입력목표벡터를 보정할 때, 상기 입력목표속도 벡터의 설정영역의 경계에 수직인 벡터성분을 보정하여 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분으로 바꿈으로써 상기 입력 목표속도 벡터를 보정한다. 이와 같이 목표속도 벡터 설정영역의 경계에 수직인 벡터성분으로 바꿈으로써, 설정영역의 경계에 따른 방향의 속도성분은 감소되지 않으므로 설정영역 밖에 있어서도 프론트장치를 설정영역의 경계에 따라 움직이게 할 수 있다.

또, 바람직하게는 상기 제3연산수단은, 상기 프론트장치와 상기 설정영역의 경계와의 거리가 작아짐에 따라 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 작게 한다. 이에 의하여 프론트장치가 설정영역으로 되돌아갈 때의 궤적은 설정영역의 경계에 가까워짐에 따라 평행하게 되는 곡선상이 되어 설정영역으로 돌아갈 때의 움직임이 한층 원활하게 된다.

또, 상기 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, 바람직하게는 상기 프론트장치는 유압셔블의 부움과 아암을 포함하고, 이 경우, 바람직하게는 상기 특정 프론트 액츄에이터는 적어도 상기 부움을 구동하는 부움 실린더이고, 상기 제2검출수단이 적어도 부움올림 방향의 부하압력을 검출하는 수단이다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치를 그 유압 구동장치와 함께 나타낸 도.

제2도는 본 발명이 적용되는 유압 셔블의 외관과 그 주위의 설정영역의 형상을 나타낸 도.

제3도는 센터바이패스 타입의 유량제어밸브의 과도적인 위치를 나타낸 도.

제4도는 센터바이패스 타입의 유량제어밸브의 개방도 특성을 나타낸 도.

제5도는 센터바이패스 타입의 유량제어밸브의 유량 특성을 나타낸 도.

제6도는 제어유닛의 제어기능을 나타내는 기능 블록도.

제7도는 본 실시예에의 영역제한 굴삭제어에서 사용되는 좌표계와 영역의 설정방법을 나타낸 도.

제8도는 경사각의 보정방법을 나타낸 도.

제9도는 본 실시예에서 설정되는 영역의 일예를 나타낸 도.

제10도는 목표 실린더 속도 연산부에 있어서의 조작신호와 부하압력과 유량제어밸브의 토출유량과의 관계를 나타낸 도.

제11도는 방향변환 제어부에 있어서의 처리내용을 나타낸 플로우챠트.

제12도는 방향변환 제어부에 있어서의 버킷선단과 설정영역의 경계와의 거리 Ya와 계수 h와의 관계를 나타낸 도.

제13도는 버킷선단이 연산대로 방향변화 제어되었을 때의 궤적의 일예를 나타낸 도.

제14도는 방향변환 제어부에 있어서의 다른 처리내용을 나타낸 플로우챠트.

제15도는 방향변환 제어부에 있어서의 거리 Ya와 함수 Vcyf와의 관계를 나타낸 도.

제16도는 복원 제어부에 있어서의 처리내용을 나타낸 플로우챠트.

제17도는 버킷선단이 연산대로 복원 제어되었을 때의 궤적의 일예를 나타낸 도.

제18도는 목표파일럿압 연산부에 있어서 출력용의 실린더 속도와 부하압력과 목표파일럿압과의 관계를 나타낸 도.

제19도는 본 발명의 제2실시예에 의한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치를 유압구동장치와 함께 나타낸 도.

제20도는 유압파일럿 방식의 조작레버 장치의 상세를 나타낸 도.

제21도는 제어유닛의 제어기능을 나타낸 기능 블록도.

제22도는 본 발명의 제3실시예에 의한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치에 있어서의 제어유닛의 제어기능을 나타낸 기능 블록도.

제23도는 목표실린더 속도연산부에 있어서의 조작신호와 유량제어밸브의 토출유량과의 관계를 나타낸 도.

제24도는 본 발명의 제4실시예에 의한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치를 유압구동장치와 함께 나타낸 도.

제25도는 제어유닛의 제어기능을 나타낸 기능블록도.

제26도는 목표실린더 속도 연산부에 있어서의 조작신호와 부하압력과 유량제어밸브의 토출유량과의 관계 및 조작신호와 토출유량과의 관계를 나타낸 도.

제27도는 목표파일럿압 연산부에 있어서의 출력용 실린더 속도와 부하압력과 목표파일럿압과의 관계 및 출력용의 실린더 속도와 목표파일럿압과의 관계를 나타낸 도.

제28도는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 본 발명이 적용되는 오프세트식 유압셔블의 상면도.

제29도는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 본 발명이 적용되는 2피이스 부움식 유압 셔블의 측면도.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하, 본 발명을 유압셔블에 적용했을 경우의 몇 가지 실시예를 도면을 이용하여 설명한다.

[실시예 1]

먼저, 본 발명의 제1실시예를 제1도 내지 제18도에 의해 설명한다.

제1도에 있어서, 본 발명이 적용되는 유압셔블은, 유압펌프(2)와, 이 유압펌프(2)로부터의 압유에 의하여 구동되는 부움실린더(3a), 아암실린더(3b), 버킷실린더(3c), 선회모터(3d) 및 좌우의 주행모터(3e,3f)를 포함하는 복수의 유압 액츄에이터와, 이들 유압 액츄에이터(3a~3f)의 각각에 대응하여 설치된 복수의 조작레버장치(204a~204f)와, 유압펌프(2)와 복수의 유압 액츄에이터(3a~3f) 간에 접속되고, 유압 액츄에이터(3a~3f)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량제어밸브(5a~5f)와, 유압펌프(2)와 유량제어밸브(5a~5f) 간의 압력이 설정치 이상이 되었을 경우에 열리는 릴리프밸브(6)를 가지고, 이들은 유압셔블의 피구동부재를 구동하는 유압구동장치를 구성하고 있다.

또, 유압셔블은 제2도에 나타낸 바와 같이, 수직방향으로 각각 회동하는 부움(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)으로 이루어지는 다관절형 프론트장치(1A)와, 상부선회체(1d) 및 하부주행체(1e)로 이루어지는 차체(1B)로 구성되고, 프론트장치(1A)의 부움(1a)의 기단은 상부선회체(1d)의 앞부에 지지되어 있다. 부움(1a), 아암(1b), 버킷(1c), 상부선회체(1d) 및 하부주행체(1e)는 각각 부움실린더(3a), 아암실린더(3b), 버킷실린더(3c), 선회모터(3d) 및 좌우의 주행모터(3e,3f)에 의하여 각각 구동되는 피구동부재를 구성하고, 이들의 동작은 상기 조작레버장치(204a~204f)에 의하여 지시된다.

조작레버장치(204a~204f)는 조작신호로서 전기신호를 발생하는 전기레버방식이고, 각각 오퍼레이터에 의하여 조작되는 조작레버(240)와 조작레버(240)의 조작량과 조작방향을 검출하고 그에 따른 전기신호를 발생하는 신호발생부(241)에 의하여 구성되고, 그들의 전기신호는 제어유닛(209)에 입력된다. 제어유닛(209)은 입력된 전기신호에 의거하여 비례전자밸브(210a,210b; 211a,211b; 212a,212b; 213a,213b; 214a,214b; 215a,215b)에 전기신호를 출력한다. 도면표시의 간략화를 위하여 비례전자밸브(213a,213b; 214a,214b; 215a,215b)는 블록으로 표시하고 있다. 비례전자밸브(210a~215b)는 제어유닛(209)으로부터 전기신호에 따라 파일럿압을 생성하는 것으로, 이들의 1차 포오트는 파일럿유압원(243)에 접속되고, 2차 포오트는 파일럿라인(244a,244b; 245a,245b; 246a,246b; 247a,247b; 248a,248b; 249a,249b)을 거쳐 대응하는 유량제어밸브의 유압구동부(50a,50b; 51a,51b; 52a,52b; 53a,53b; 54a,54b; 55a,55b)에 접속되어 생성한 파일럿압을 유량제어밸브의 조작신호로서 출력한다.

유량제어밸브(5a~5f)는 센터바이패스 타입의 유량제어밸브이고, 각 유량제어밸브의 센터바이패스 통로는 센터바이패스 라인(242)에 의하여 직렬로 접속되고, 센터바이패스라인(242)의 상류 측은 라인(243)을 거쳐 유압펌프(2)에 접속되고, 하류 측은 탱크에 접속되어 있다.

각 유량제어밸브(5a~5f)는 유량제어밸브(5a)로 대표하여 제3도에 나타낸 바와 같이, 미터인의 가변드로틀(254a,254b)(이하 254로 대표한다) 및 미터아웃의 가변드로틀(255a,255b)(이하 255로 대표한다)이 형성되어 있음과 동시에, 센터바이패스 통로에는 블리이드 오프용의 가변드로틀(256a,256b)(이하 256으로 대표한다)이 설치되어 있다. 이들 미터인의 가변드로틀(254) 및 미터아웃의 가변드로틀(255)과 블리이드 오프용의 가변드로틀(256)에 있어서의 유량제어밸브의 스풀 스트로크(S)와 개구면적(A)과의 관계는 제4도에 나타내는 바와 같다. 즉, 도면 중, 257, 258이 미터인의 가변드로틀(254) 및 미터아웃의 가변드로틀(255) 개구면적의 특성이고, 259가 블리이드 오프용의 가변드로틀(256) 개구면적의 특성이고, 미터인의 가변드로틀(254) 및 미터아웃의 가변드로틀(255)은 스풀 스트로크가 0일 때(유량제어밸브가 중립위치에 있을 때)에는 모두 폐쇄되고, 스풀 스트로크가 증가함에 따라 개구면적을 증가시키는 데에 대하여, 블리이드 오프용의 가변드로틀(256)은 스풀 스트로크가 0일 때는 모두 개방되고, 스풀 스트로크가 증가함에 따라 개구면적을 감소시키는 관계로 되어 있다.

이상의 센터바이패스 타입의 유량제어밸브에서는, 중립위치에 있을 때에는 미터인 및 미터아웃의 가변드로틀(254,255)은 모두 폐쇄됨과 동시에, 블리이드 오프용의 가변드로틀(256)은 모두 개방되어, 유압펌프(1)로부터의 압유는 센터바이패스 라인(242)을 통하여 탱크에 유출된다. 이 때의 유압펌프(1)의 토출압력은 최저압으로 되어 있다. 이 상태로부터 조작레버장치가 조작되어, 스풀 스트로크(S)가 증가함에 따라, 미터인의 가변드로틀(254) 및 미터아웃의 가변드로틀(255) 개구면적(A)이 증가해감과 동시에, 블리이드 오프 가변드로틀(256)의 개구면적(A)이 작아져 가므로, 유압펌프(10의 토출압력이 상승해가고, 이 토출압력이 유압 액츄에이터, 예를 들면 부움실린더(3a)의 부하압력보다 커지면, 유압펌프(2)로부터의 압유가 액츄에이터에 유입하기 시작하여 펌프(2)로부터 센터바이패스 라인(242)을 통하여 탱크에 유출되고 있던 유량이 감소해가고, 액츄에이터에는 펌프토출유량으로부터 센터바이패스 라인을 통하여 유출하는 유량을 뺀 유량이 공급된다. 이 공급유량은 스풀 스트로크(S)의 증가와 함께 증가하여, 미터인의 가변드로틀(254) 개구면적이 최대가 되면 공급유량도 최대가 된다.

제5도에 이상과 같이 동작하는 유량제어밸브의 유량특성(미터링 특성)을 나타낸다. 횡축에는 조작신호(파일럿 압)를 취하고 있다. 조작신호가 커져서 일정 값을 초과하면, 상기와 같이 펌프토출압력이 부하압력보다 커져서 액츄에이터에 압유가 유입하기 시작하고, 그 유량은 조작신호의 증대와 함께 증대한다. 또, 액츄에이터의 부하압력이 증대하면 펌프토출압력이 부하압력보다 커지는 조작신호(스풀 스트로크)가 증대측으로 시프트하고, 액츄에이터에의 압유의 유입을 개시하는 조작신호도 증대한다. 또, 액츄에이터의 부하압력이 증대하면, 미터인의 가변드로틀이 최대 개구면적 이하에서는 같은 조작신호에 대하여 액츄에이터에 공급되는 유량(유량제어밸브의 토출유량)은 감소한다. 이와 같은 유량제어밸브(5a~5f)의 유량특성은 부하압력에 따라 변화함으로써 본 명세서 중에서는 이 유량특성을 「유량부하특성」이라 부른다.

이상과 같은 유압셔블에 본 발명에 의한 영역제한 굴삭제어장치가 설치되어 있다. 이 제어장치는 미리 작업에 따라 프론트장치의 소정부위, 예를 들면 버킷(1c)의 선단이 움직일 수 있는 굴삭영역의 설정을 지시하는 설정기(7)와, 부움(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c) 각각의 회동지점에 설치되고, 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량으로서 각각의 회동작을 검출하는 각도검출기(8a,8b,8c)와 차체(1B) 전후방향의 경사각(θ)을 검출하는 경사각 검출기(8d)와, 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 액츄에이터 라인에 접속되고, 각각의 부하압력을 검출하는 압력검출기(270a,270b; 271a,271b)와 설정기(7)의 설정신호, 각도검출기(8a,8b,8c) 및 경사각 검출기(8d)의 검출신호, 조작레버장치(204a,204b)의 조작신호(전기신호) 및 압력검출기(270a,270b; 271a,271b)의 검출신호를 입력하여 버킷(1c) 선단이 움직일 수 있는 굴삭영역을 설정함과 동시에, 영역을 제한한 굴삭제어를 행하기 위한 전기신호를 비례전자밸브(210a~211b)에 출력하는 상기의 제어유닛(209)으로 구성되어 있다.

설정기(7)는 조작패널 또는 그립 상에 설치된 스위치 등의 조작수단에 의하여 설정신호를 제어유닛(209)에 출력하여 굴삭영역의 설정을 지시하는 것으로, 조작패널 상에는 표시장치 등의 다른 보조수단이 있어도 좋다. 또, IC 카드에 의한 방법, 바아코드에 의한 방법, 레이저에 의한 방법, 무선통신에 의한 방법 등, 다른 방법을 사용해도 좋다.

제어유닛(209)의 영역제한 굴삭제어장치에 관련되는 부분의 제어기능을 제6도에 나타낸다. 제어유닛(209)은 영역설정연산부(9a), 프론트자세연산부(9b), 부하압력보정 목표실린더 속도 연산부(209c), 목표선단속보 벡터연산부(9d), 방향변환제어부(9e), 보정후 목표실린더 속도 연산부(9f), 복원제어연산부(9g), 보정후 목표실린더 속도 연산부(9h), 목표실린더 속도 선택부(9i), 부하압력보정 목표파일럿압 연산부(209j), 밸브지령연산부(9k)의 각 기능을 가지고 있다.

영역설정 연산부(9a)에서는 설정기(7)로부터의 지시로 버킷(1c) 선단이 움직일 수 있는 굴삭영역의 설정연산을 행한다. 그 일예를 제7도를 이용하여 설명한다. 또한, 본 실시예는 수직면 내에 굴삭영역을 설정하는 것이다.

제7도에 있어서, 오퍼레이터의 조작으로 버킷(1c) 선단을 점 P₁위치로 움직인 후, 설정기(7)로부터의 지시로 그때의 버킷(1c) 선단위치를 계산하고, 다음에 설정기(7)를 조작하여 그 위치로부터 깊이(h1)를 입력하여 깊이에 따라 설정해야 할 굴삭영역의 경계상의 점(P1*)을 지정한다. 다음에 버킷(1c) 선단을 점(P2)의 위치로 움직인 후, 설정기(7)로부터의 지시로 그때의 버킷(1c) 선단위치를 계산하고, 마찬가지로 설정기(7)를 조작하여 그 위치로부터의 깊이(h2)를 입력하여 깊이에 따라 설정해야 할 굴삭영역의 경계 상의 점(P2*)을 지정한다. 그리고, P1*, P2*의 2점을 연결한 선분의 직선식을 계산하여 굴삭영역의 경계로 한다.

여기서, 2점(P1,P2)의 위치는 프론트 자세연산부(9b)에서 계산하고, 영역설정 연산부(9a)는 그 위치정보를 사용하여 상기 직선식을 계산한다.

제어유닛(209)의 기억장치에는 프론트장치(1A) 및 차체(1B)의 각부치수가 기억되어 있고, 프론트자세 연산부(9b)는 이들 데이터와, 각도검출기(8a,8b,8c)에서 검출한 회동각(α,β,γ)의 값을 사용하여 2점(P1,P2)의 위치를 계산한다. 이때, 2점(P1,P2)의 위치를 예를 들어 부움(1a)의 회동지점을 원점으로 한 XY좌표계의 좌표치(X1,Y1), (X2,Y2)로 하여 구한다. XY좌표계는 본체(1B)에 고정한 직교좌표계이고, 수직면 내에 있게 한다. 회전각(α,β,γ)으로부터 XY좌표계의 좌표치(X1,Y1), (X2,Y2)은 부움(1a)의 회동지점과 아암(1b)의 회동지점과의 거리를 L1, 아암(1b)의 회동지점과 버킷(1c)의 회동지점과의 거리를 L2, 버킷(1c)의 회동지점과 버킷(1c) 선단과의 거리를 L3라 하면, 하기의 식에 의하여 구해진다.

X=L1sinα+L2sin(α+β)+L3sin(α+β+γ)

Y=L1cosα+L2cos(α+β)+L3cos(α+β+γ)

영역설정 연산부(9a)에서는, 굴삭영역 경계상의 2점(P1*,P2*)의 좌표치를 각각 Y좌표의 하기 계산을 행함으로써 구해진다.

Y1*=Y1-h1

Y2*=Y2-h2

또, P1*, P2*의 2점을 잇는 선분의 직선식은 다음 식에 의하여 계산한다.

Y=(Y2*-Y1*)X/(X2-X1)+(X2Y1*-X1Y2*)/(X2-X1)

또, 상기 직선상에 원점을 가지고 해당 직선을 일축으로 하는 직교좌표계, 예를 들면 점(P2*)을 원점으로 하는 XaYa좌표계를 설정하고, XY좌표계로부터 XaYa좌표계로의 좌표변환 데이터를 구한다.

또, 제8도에 나타낸 바와 같이 차체(1B)가 기울어졌을 때는 버킷과 선단과 지면과의 상대위치 관계가 변화하므로, 굴삭영역의 설정이 정확하게 행해질 수 없게 된다. 그러므로 본 실시예에서는, 차체(1B)의 경사각(θ)을 경사각 검출기(8d)로 검출하고, 프론트 자세연산부(9b)에서 그 경사각(θ)의 값을 입력하고, XY좌표계를 각도(θ)만큼 회전시킨 XbYb좌표계로 버킷선단의 위치를 계산한다. 이에 의하여 차체(1B)가 기울어져 있어도 정확한 영역설정이 행해질 수 있다. 또, 차체가 경사졌을 때에는 차체의 경사를 수정하고 나서 작업을 하거나, 차체가 경사지지 않는 작업현장에서 사용되는 경우에는, 경사각 검출기가 반드시 필요하지는 않다.

이상은 1개의 직선으로 굴삭영역의 경계를 설정한 예이나, 복수개의 직선을 조합함으로써 수직면 내에서 임의의 형상의 굴삭영역을 설정할 수 있다. 제9도는 그 일예를 나타낸 것으로, 3개의 직선(A1,A2,A3)을 사용하여 굴삭영역을 설정하고 있다. 이 경우도, 각 직선(A1,A2,A3)에 대하여 상기와 동일한 조작 및 연산을 행함으로써 굴삭영역의 경계를 설정할 수 있다.

프론트 자세연산부(9b)에서는 상기한 바와 같이, 제어유닛(209)의 기억장치에 기억한 프론트장치(1A) 및 차체(1B)의 각부치수와, 각도검출기(8a,8b,8c)로 검출한 회동각(α,β,γ)의 값을 이용하여 프론트장치(1A) 소정부위의 위치를 XY좌표계의 값으로 연산한다.

부하압력보정 목표실린더 속도 연산부(209c)에서는 조작레버장치(204a,204b)로부터의 전기신호(조작신호)와 압력검출기(270a~271b)에서 검출한 부하압력을 입력하여, 부하압력으로 보정한 유량제어밸브(5a,5b)의 입력목표토출유량(이하, 단지 목표토출유량이라 함)을 구하고, 다시 이 목표토출유량으로부터 부움 실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 목표속도를 계산한다. 제어유닛(209)의 기억장치에는 제10도에 나타낸 바와 같이 조작신호(PBU,PBD,PAC,PAD)와 부하압력(PLB1,PLB2,PLA1,PLA2)과 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량(VB,VA)과의 관계(FBU,FB,FAC,FAD)가 기억되어 있고, 목표실린더 속도 연산부(209c)는 이 관계를 이용하여 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량을 구한다.

여기서, 제10도에 나타낸 관계는 제5도에 나타낸 유량제어밸브(5a,5b)의 유량부하 특성에 의거한 것이고, 관계 FBU는 유량제어밸브(5a)를 부움 올림방향으로 이동했을 때의 유량부하특성에 대응하고, 관계 FBD는 유량제어밸브(5a)를 부움 내림방향으로 이동했을 때의 유량부하특성에 대응하고, 관계 FAC는 유량제어밸브(5b)를 아암 크라우드 방향으로 이동했을 때의 유량부하특성에 대응하고, 관계 FAD는 유량제어밸브(5b)를 아암 덤프방향으로 이동했을 때의 유량부하특성에 대응한다. 이와 같이 유량제어밸브(5a,5b)의 유량특성이 부하압력에 의하여 변화하는 것을 고려하여, 그 유량우하특성에 맞추어 관계 FBU, FBD, FAC, FAD를 설정함으로써 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 부하압력의 변화에 관계없이 조작레버장치(204a,204b)의 조작에 대응한 목표유량(목표실린더 속도)이 얻어지도록 보정되어 정확한 목표실린더 속도가 계산될 수 있다.

또한, 제어유닛(209)의 기억장치에 사전에 계산한 조작신호와 부압압력과 목표실린더 속도와의 관계를 기억해두어, 조작신호로부터 직접 목표실린더 속도를 구해도 된다.

목표선단속도 백터연산부(9d)에서는 프론트 자세연산부(9b)에서 구한 버킷 선단위치 및 목표실린더 속도 연산부(209c)에서 구한 목표실린더 속도와, 제어유닛(209)의 기억장치에 기억하고 있는 앞서의 L1, L2, L3 등의 각부 치수로부터 버킷(1c) 선단의 입력목표속도 벡터(Vc)(이하, 간략히 목표속도벡터 Vc라 함)를 구한다. 이때, 목표속도벡터(Vc)는 제7도에 나타낸 XY좌표계의 값으로 구하고, 다음에 이 값을 사용하여 영역설정 연산부(9a)에서 앞서 구한 XY좌표계로부터 XaYa 좌표계에의 변환데이터를 이용하여 XaYa 좌표계의 값으로 구한다. 여기서, XaYa 좌표계에서의 목표속도벡터(Vx)의 Xa좌표치(Vcx)는 목표속도벡터(Vc) 설정영역의 경계에 평행한 방향의 벡터성분이 되고, Ya좌표치(Vcy)는 목표속도벡터(Vc) 설정영역의 경계에 수직인 방향의 벡터성분이 된다.

방향변환제어부(9e)에서는 버킷(1c) 선단이 설정영역 내에서 그 경계근방에 있고, 목표속도벡터(Vc)가 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 성분을 가지는 경우, 수직인 벡터성분을 설정영역의 경계에 근접함에 따라 감소하도록 보정한다. 바꾸어 말하면, 수직방향의 벡터성분(Vcy)에 그것보다 작은 설정영역으로부터 떨어지는 방향의 벡터(역방향 벡터)를 가한다.

제11도에 방향변환제어부(9e)에서의 제어내용을 플로우챠트로 나타낸다. 먼저, 수순 100에 있어서, 목표속도벡터(Vc) 설정영역의 경계에 대하여 수직인 성분, 즉 XaYa 좌표계에서의 Ya좌표치(Vcy)의 정부(正負)를 판정하고, 정인 경우는 버킷선단이 설정영역의 경계로부터 떨어지는 방향의 속도벡터이므로 101로 진행하고, 목표속도벡터(Vc)의 Xa좌표치(Vcx) 및 Ya좌표치(Vcy)를 그대로 보정후의 벡터성분(Vcxa,Vcya)으로 한다. 부의 경우는 버킷선단이 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 속도벡터이므로 수순 102로 진행하고, 방향변환제어를 위하여 목표속도벡터(Vc)의 Xa좌표치(Vcx)는 그대로 보정후의 벡터성분(Vcxa)으로 하고, Ya좌표치(Vcy)는 이것에 계수(h)를 곱한 값을 보정후의 벡터성분(Vcya)으로 한다.

여기서, 계수(h)는 제12도에 나타낸 바와 같이, 버킷(1c) 선단과 설정영역의 경계와의 거리(Ya)가 설정치(Ya1)보다 클 때에는 1이고, 거리(Ya)가 설정치(Ya1)보다 작아지면, 거리(Ya)가 작아짐에 따라 1보다 작아지고, 거리(Ys)가 0이 되면, 즉 버킷선단이 설정영역의 경계 상에 도달하면 0이 되는 값으로서, 제어유닛(209)의 기억장치에서는 이와 같은 h와 Ya의 관계가 기억되어 있다.

방향변환제어부(9e)에서는 영역설정연산부(9a)에서 앞서의 연산에서 구한 XY좌표계로부터 XaYa 좌표계에의 변환데이터를 이용하여, 프론트자세연산부(9b)에서 구한 버킷(1c) 선단위치를 XaYa 좌표계로 변환하고, 그 Ya좌표치로부터 버킷(1c) 선단과 설정영역의 경계와의 거리(Ya)를 구하고, 이 거리(Ya)로부터 제12도의 관계를 이용하여 계수(h)를 구한다.

이상과 같이 목표속도벡터(Vc) 수직방향의 벡터성분(Vcy)을 보정함으로써, 거리(Ya)가 작아짐에 따라 수직방향의 벡터성분(Vcy)의 감소량이 커지도록 벡터성분(Vcy)이 감소되고, 목표속도벡터(Vc)는 목표속도벡터(Vca)로 보정된다. 여기서, 설정영역의 경계로부터 거리(Ya1)의 범위는 방향변환영역 또는 감속영역이라고 부를 수가 있다.

버킷(1c) 선단이 상기와 같은 보정후의 목표속도벡터(Vca)와 같이 방향변환제어되었을 때의 궤적의 일예를 제13도에 나타낸다. 목표속도벡터(Vc)가 경사하방으로 일정하다고 하면, 그 평행성분(Vcx)은 일정하게 되고, 수직성분(Vcy)은 버킷(1c) 선단이 설정영역의 경계에 가까워짐에 따라(거리 Ya가 짧아짐에 따라) 작아진다. 보정후의 목표속도벡터(Vca)는 그 합성이므로 궤적은 제13도와 같이 설정영역의 경계에 가까워짐에 따라 평행이 되는 곡선상이 된다. 또, Ya=0에서 h=0이라 하면, 설정영역 경계 상에서의 보정후 목표속도벡터(Vca)는 평행성분(Vex)에 일치한다.

제14도에 방향변환제어부(9e)에서의 제어의 다른 예를 플로우챠트로 나타낸다. 이 예에서는 수순 100에 있어서, 목표속도벡터(Vc) 설정영역의 경계에 대하여 수직인 성분(목표속도벡터Vc의 Ya 좌표치)(Vcy)이 부라고 판정되면, 102A로 진행하여 제어유닛(209)의 기억장치에 기억하고 있는 제15도에 나타낸 바와 같은 Vcyf=f(Ya)의 함수관계로부터 버킷(1c) 선단과 설정영역 경계와의 거리(Ya)에 대응하는 감속된 Ya좌표치(Vcyf)를 구하고, 이 Ya좌표치(Vcyf)와 (Vcy)의 작은 쪽을 보정후의 벡터성분(Vcya)으로 한다. 이와 같이 하면, 버킷(1c) 선단을 천천히 움직이고 있을 때는, 버킷선단이 설정영역 경계에 가까워져도 그 이상은 감속되지 않고, 오퍼레이터가 조작한 대로의 동작이 얻어진다는 이점이 있다.

또, 상기와 같이 버킷선단 목표속도벡터의 수직성분을 감소시켜도, 유량제어밸브, 기타 유압기기의 제작공차에 의한 불일치 등에 의한 수직벡터성분을 수직방향거리(Ya=0)에서 0으로 하는 것은 대단히 어려워, 버킷선단이 설정영역 밖으로 침입하는 일이 있다. 그러나, 본 실시예에서는 후술하는 복원제어를 병용하기 때문에, 버킷선단은 거의 설정영역의 경계 상에서 동작하게 된다. 또, 이와 같이 복원제어를 병용함으로써, 제12도 및 제15도에 나타낸 관계를 수직방향거리(Ya=0)에서 계수(h)나 감속한 Ya좌표치(Vchf)가 조금 남도록 설정해도 된다.

또, 상기의 제어에서는 목표속도벡터의 수평성분(Xa좌표치)은 그대로 유지했으나, 반드시 유지하지 않아도 되고 수평성분을 증가시켜 증속해도 좋으며, 수평성분을 감소시켜 감속해도 좋다. 후자에 대해서는 별도의 실시예로서 후술한다.

보정후 목표실린더 속도 연산부(9f)에서는, 방향변환제어부(9e)에서 구한 보정후의 목표속도벡터로부터 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 목표실린더 속도를 연산한다. 이것은 목표선단속도 벡터연산부(9d)에서의 연산의 역연산이다.

여기서, 제11도 또는 제14도의 플로우챠트에서 수순 102 또는 102A의 방향변환제어(감속제어)를 행하는 경우는, 그 방향변환제어에 필요한 부움실린더 및 아암실린더의 동작방향을 선택하고, 그 동작방향에 있어서의 목표실린더 속도를 연산한다. 일예로서 자기 앞방향으로 굴삭하고자 아암크라우드를 하는 경우(아암크라우드 조작)와, 부움내림·아암덤프의 복합조작으로 버킷선단을 미는(누르는)방향으로 조작했을 경우(아암덤프 복합조작)에 대하여 설명한다.

아암크라우드 조작의 경우는 목표속도벡터(Vc)의 수직성분(Vcy)의 감소방법으로,

(1) 부움(1a)을 올림으로써 감소시키는 방법;

(2) 아암(1b)의 크라우드 동작을 감속하여 감소시키는 방법;

(3) 양자를 조합시킴으로써 감소시키는 방법;

상기의 3가지가 있고, (3)로 조합시키는 경우, 그 조합의 비율은 그때의 프론트장치의 자세, 수평방향의 벡터성분 등에 따라 다르다. 어느 경우에도 이들은 제어소프트로 결정된다. 본 실시예에서는 복원제어와 병용하기 때문에, 부움(1a)을 올리는 것으로 감소시키는 방법을 포함하는 (1) 또는 (3)이 바람직하며, 동작의 원활성이라는 점에서 (3)가 가장 바람직하다고 생각된다.

아암덤프 복합조작에서는 아암을 차체 측의 위치(자기 앞쪽의 위치)로부터 덤프 조작하는 경우에 설정영역의 밖으로 나가는 방향의 목표벡터를 가하게 된다. 따라서, 목표속도벡터(Vc)의 수직성분(Vcy)을 감소시키기 위해서는 부움내림을 부움올림으로 변환하고, 아암덤프를 감속할 필요가 있다. 이 조합도 제어소프트로 결정된다.

복원제어부(9g)에서는 버킷(1c) 선단이 설정영역의 밖으로 나왔을 때, 설정영역 경계로부터의 거리에 관계하여 버킷선단이 설정영역으로 리턴하도록 목표속도벡터를 보정한다. 바꾸어 말하면, 수직방향의 벡터성분(Vcy)에 그보다 큰 설정영역에 접근하는 방향의 벡터(역방향벡터)를 가한다.

제16도에 복원제어부(9g)에서의 제어내용을 플로우챠트로 나타낸다. 먼저, 수순 110에 있어서, 버킷(1c) 선단과 설정영역 경계와의 거리(Ya)의 정부를 판단한다. 여기서, 거리(Ya)는 상기한 바와 같이 XY좌표계로부터 XaYa 좌표계에서의 변환데이터를 사용하여, 프론트 자세연산부(9b)에서 구한 프론트선단의 위치를 XaYa 좌표계로 변환하고, 그 Ya좌표치로부터 구한다. 거리(Ya)가 정인 경우, 버킷선단이 아직 설정영역 내에 있으므로 수순 111로 진행하고, 앞서 설명한 방향변환제어를 우선하기 위하여 목표속도벡터(Vc)의 Xa좌표치(Vcx) 및 Ya좌표치(Vcy)를 각각 0으로 한다. 부인 경우는 버킷선단이 설정영역의 경계 밖으로 나왔기 때문에, 수순 112로 진행하여 복원제어를 위한 목표속도벡터(Vc)의 Xa좌표치(Vcx)는 그대로 보정후의 벡터성분(Vcxa)으로 하고, Ya좌표치(Vcy)는 버킷선단과 설정영역 경계와의 거리(Ya)에 계수 -K를 곱한 값을 보정후의 벡터성분(Vcya)으로 한다. 여기서, 계수 K는 제어상의 특성으로부터 정해지는 임의의 값이고, -KYa는 거리 Ya가 작아짐에 따라 작아지는 역방향의 속도벡터가 된다. 또한, K는 거리 Ya가 작아지면 작아지는 함수이더라도 좋고, 이 경우, -KYa는 거리(Ya)가 작아짐에 따라 작아지는 비율이 커진다.

이상과 같이 목표속도벡터(Vc) 수직방향의 벡터성분(Vcy)을 보정함으로써, 거리(Ya)가 작아짐에 따라 수직방향의 벡터성분(Vcy)이 작아지도록 목표속도벡터(Vc)는 목표속도벡터(Vca)로 보정한다.

버킷(1c) 선단이 상기와 같은 보정후의 목표속도벡터(Vca)대로 복원 제어되었을 때의 궤적의 일예를 제17도에 나타낸다. 목표속도벡터(Vc)가 경사하방으로 일정하다고 하면, 그 평행성분(Vcx)은 일정하게 되고, 또 복원벡터(Vcya)(=-KYa)는 거리(Ya)에 비례하므로 수직성분은 버킷(1c) 선단이 설정영역의 경계에 가까워짐에 따라(거리 Ya가 작아짐에 따라) 작아진다. 보정후의 목표속도벡터(Vca)는 그 합성이므로, 궤적은 제17도와 같이 설정영역의 경계에 가까워짐에 따라 평행이 되는 곡선상으로 된다.

이와 같이, 복원제어부(9g)에서는 버킷(1c) 선단이 설정영역에 리턴하도록 제어되기 때문에, 설정영역 밖에 복원영역이 얻어지게 된다. 또, 이 복원제어에서도, 버킷(1c) 선단의 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 이동방향이 감속됨으로써, 결과적으로 버킷(1c) 선단의 이동방향이 설정영역의 경계에 따른 방향으로 변환되고, 이 의미에서 이 복원제어도 방향변환제어라고 할 수 있다.

보정후 목표실린더 속도 연산부(9h)에서는, 복원제어부(9g)에서 구한 보정후의 목표벡터로부터 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 목표실린더 속도를 연산한다. 이것은 목표선단속도벡터 연산부(9d)에서의 연산의 역연산이다.

여기서, 제16도의 플로우챠트에서 수순 112의 복원제어를 행하는 경우, 그 복원제어에 필요한 부움실린더 및 아암실린더의 동작방향을 선택하고, 그 동작방향에 있어서의 목표실린더 속도를 연산한다. 단, 복원제어에서는 부움(1a)을 올림으로써 버킷선단을 설정영역으로 리턴시키기 위하여, 부움(1a)의 올림방향이 반드시 포함된다. 그 조합도 제어소프트로 결정된다.

목표실린더 속도 선택부(9i)에서는 목표실린더 속도 연산부(9f)에서 얻은 방향변환제어에 의한 목표실린더 속도와 목표실린더 속도 연산부(9h)에서 얻은 복원제어에 의한 목표실린더 속도의 값이 큰 쪽(최대치)을 선택하여 출력용의 목표실린더 속도로 한다.

여기서, 버킷선단과 설정영역 경계와의 거리(Ya)가 정인 경우는, 제16도의 수순 111에서 목표속도벡터 성분은 모두 0이 되고, 제11도의 수순 101 또는 102에 있어서의 속도벡터성분의 값 쪽이 항상 크게되므로, 목표실린더 속도 연산부(9f)에서 얻은 방향변환제어에 의한 목표실린더 속도가 선택되고, 거리(Ya)가 부이고 목표속도벡터의 수직성분(Vcy)이 부인 경우는, 제11도의 수순 102에 있어서 h=0으로 보정후의 수직성분(Vcya)은 0이 되고, 제16도의 수순 112에 있어서의 수직성분 값이 항상 크게되므로, 목표실린더 속도 연산부(9h)에서 얻은 복원제어에 의한 목표실린더 속도가 선택되고, 거리(Ya)가 부이고 목표속도벡터의 수직성분(Vcy)이 정인 경우는, 제11도의 수순 101에 있어서의 목표속도벡터(Vc)의 수직성분(Vcy)과 제16도의 수순 112에 있어서의 수직성분(KYa)의 값이 대소에 따라, 목표실린더 속도 연산부(9f) 또는 (9h)에서 얻은 목표실린더 속도가 선택된다. 또, 선택부(9i)에서는 최대치를 선택하는 대신에 양자의 합을 취하는 등, 다른 방법이더라도 된다.

부하압력보정 목표파일럿압 연산부(209j)에서는, 목표실린더 속도 선택부(9i)에서 얻은 출력용의 목표실린더 속도와 압력검출기(270a~271b)에서 검출한 부하압력을 입력하여, 부하압력으로 보정한 목표파일럿압(목표조작 지령치)을 연산한다. 이것은 부하압력보정 목표실린더 속도 연산부(209c)에서의 연산의 역연산이다.

즉, 제어유닛(209)의 기억장치에는 제18도에 나타내는 바와 같이 출력용의 목표실린더 속도 VB', VA'와 부하압력 PLB1, PLB2, PLA1, PLA2와 목표파일럿압 P'BU, P'BD, P'AC, P'AD와의 관계 GBU, GBD, GAC, GAD가 기억되어 있고, 목표파일럿압 연산부(209j)는 이 관계를 이용하여 유량제어밸브(5a,5b)를 구동하기 위한 목표파일럿압을 구한다.

여기서, 제18도에 나타낸 관계는 제10도에 나타낸 관계에 있어서 조작신호 PBU, PBD, PAC, PAD를 파일럿압(P'BU,P'BD,P'AC,P'AD)으로 치환하여, 목표토출유량(VB,VA)을 출력용의 목표실린더 속도(VB',VA')로 치환한 것이고, 제5도에 나타낸 유량제어밸브(5a,5b)의 유량부하특성에 의거한 것이다. 이와 같이 유량제어밸브(5a,5b)의 유량특성이 부하압력에 의하여 변화하는 것을 고려하여, 그 유량부하 특성에 맞춰 관계(GBU,GBD,GAC,GAD)를 설정함으로써, 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 부하압력 변화에 관계없이 프론트장치의 선단이 출력용의 목표속도벡터에 따라 움직이도록 파일럿압(조작신호)이 보정된다.

밸브지령연산부(9k)에서는 목표파일럿압 연산부(209j)에서 계산한 목표파일럿압으로부터 그 파일럿압을 얻기 위한 비례전자밸브(210a,210b,211a,211b)의 지령치를 연산한다. 이 지령치는 증폭기에서 증폭되어 전기적인 구동신호로서 비례전자밸브(210a,210b,211a,211b)에 출력된다.

여기서, 제11도 또는 제14도의 플로우챠트에서 수순 102 또는 102A의 방향변환제어(감속제어)를 행하는 경우, 앞서 설명한 바와 같이 아암크라우드 동작에서는 부움올림, 아암크라우드의 감속이 포함되는데, 부움올림에서는 부움올림 측의 파일럿라인(244a)에 관련되는 비례전자밸브(210a)에 전기신호를 출력하고, 아암크라우드의 감속에서는 아암크라우드 측의 파일럿라인(245a)에 설치된 비례전자밸브(211a)에 전기신호를 출력한다. 아암덤프 복합조작에서는, 부움내림을 부움올림으로 치환하여 아암덤프를 감속하는데 부움내림을 부움올림으로 변환하는데는 부움내림 측의 파일럿라인(244b)에 설치된 비례전자밸브(210b)에 출력하는 전기신호를 0으로 하여 비례전자밸브(210a)에 전기신호를 출력하고, 아암덤프의 감속에서는 아암덤프 측의 파일럿라인(45b)에 설치된 비례전자밸브(211b)에 전기신호를 출력한다. 또한, 그 외의 경우, 비례전자밸브(210a,210b,211a,211b)에는 관련되는 파일럿라인의 파일럿압에 대응한 전기신호가 출력되어 해당 파일럿압을 그대로 출력할 수 있도록 한다.

이상의 구성에 있어서, 조작레버장치(204a~204f)는 복수의 피구동부재인 부움(1a), 아암(1b), 버킷(1c), 상부선회체(1d) 및 하부주행체(1e)의 동작을 지시하는 복수의 조작수단을 구성하고, 설정기(7)와 프론트 영역 설정연산부(9a)는 프론트장치(1a)의 움직일 수 있는 영역을 설정하는 영역설정수단을 구성하고, 각도 검출기(8a~8c) 및 경사각검출기(8d)는 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 제1검출수단을 구성하고, 압력검출기(270a~271b)는 특정 프론트부재인 부움(1a) 및 아암(1b)에 관련되는 특정 프론트 액츄에이터인 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 부하압력을 검출하는 제2검출수단을 구성하고, 프론트 자세연산부(9b)는 제1검출수단으로부터의 신호에 의거하여 프론트장치(1A)의 위치와 자세를 연산하는 제1연산수단을 구성한다.

또, 목표실린더 속도 연산부(209c), 목표선단속도벡터 연산부(9d), 방향변환제어부(9e), 복원제어부(9g), 보정후 목표실린더 속도 연산부(9f,9h), 목표실린더 속도 선택부(9i), 부하압력보정 목표파일럿압 연산부(209j), 밸브지령연산부(9k) 및 비례전자밸브(210a~211b)는 복수의 조작수단 중 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a,204b)의 조작신호와 상기 제1연산수단의 연산치에 의거하여, 프론트장치(1A)의 목표속도벡터(Vca)에 관한 연산을 행하여, 프론트장치(1A)가 설정영역 내에서 그 경계근방에 있을 때는, 프론트장치(1A)가 설정영역의 경계에 따른 방향으로 움직이고, 설정영역의 경계에 접근하는 방향으로는 이동속도가 감소되도록 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a,204b)의 조작신호를 보정하고, 프론트장치(1A)가 설정영역 밖에 있을 때에는 프론트장치(1A)가 설정영역으로 되돌아가도록 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a,204b)의 조작신호를 보정하는 신호보정수단을 구성하고, 부하압력 보정목표 파일럿압 연산부(209j)는 제2검출수단(압력검출기 207a~271b)으로부터의 신호에 의거하여 조작신호가 어떤 식으로 보정된 경우에도 상기 특정 프론트 액츄에이터(부움실린더 3a 및 아암실린더 3b)의 부하압력의 변화에 관계없이 프론트장치(1A)가 목표속도벡터(Vca)대로 움직이도록 상기 신호보정수단에서 보정된 조작신호 중 특정 프론트부재(부움 1a 및 아암 1b)에 관련되는 조작수단(204a,204b)의 조작신호를 다시 보정하는 출력보정수단을 구성한다.

또, 목표실린더 속도 연산부(209c) 및 목표선단속도벡터 연산부(9d)는 특정 프론트장치(1A)에 관한 조작수단(204a,204b)의 조작신호에 의거하여 프론트장치(1A)의 입력목표속도벡터(Vc)를 연산하는 제2연산수단을 구성하고, 방향변환제어부(9e) 및 복원제어부(9g)는 프론트장치(1A)가 설정영역 내에서 그 경계근방에 있을 때, 입력목표속도벡터(Vc) 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 감소시키도록 입력목표속도벡터(Vc)를 보정하고(방향변환제어구 9e), 프론트장치(1A)가 설정영역 밖에 있을 때에는 프론트장치(1A)가 설정영역으로 되돌아가도록 입력목표속도벡터(Vc)를 보정하는(복원제어부 9g) 제3연산수단을 구성하고, 보정후 목표실린더 속도 연산부(9f,9h), 목표실린더 속도 선택부(9i), 목표파일럿압 연산부(209j), 밸브지령연산부(9k) 및 비례전자밸브(210a~211b)는 제3연산수단에서 보정한 목표속도벡터(Vca)에 따라 프론트장치(1A)가 움직이도록 해당하는 유압제어밸브(5a,5b)를 구동하는 밸브제어수단을 구성하고, 상기 출력보정수단(목표파일럿압 연산부 209j)은 밸브제어수단의 일부로 구성되어 있다.

또, 보정후 목표실린더 속도 연산부(9f), 목표실린더 속도 선택부(9i) 및 목표파일럿압 연산부(209j)는, 상기 제3연산수단(방향변환제어부(9f) 및 복원제어부(9g))에서 보정한 목표속도벡터(Vc)에 의거하여 해당하는 유압제어밸브(5a,5b)의 목표조작 지령치를 계산하는 제4연산수단을 구성하고, 밸브지령연산부(9k) 및 비례전자밸브(210a~211b)는 제4연산수단에서 계산한 목표조작 지령치에 의거하여 해당하는 유압제어밸브(5a,5b)의 조작신호를 생성하는 출력수단을 구성한다. 여기서, 제4연산수단의 목표파일럿압 연산부(209j)는, 목표 액츄에이터 속도와 제2검출수단(압력검출기(270a~271b))에서 검출한 부하압력으로부터 미리 설정한 특성에 의거하여 해당하는 유압제어밸브(5a,5b)의 목표조작 지령치를 계산하고 있고, 상기 출력보정수단은 제4연산수단의 일부로 구성되고, 목표조작 지령치의 계산에 있어서 목표조작 지령치의 특정 프론트 액츄에이터 3a, 3b에 관련되는 것을 제2검출수단(압력검출기(270a~271b))에서 검출한 부하압력으로 보정하고 있다.

또, 부하압력보정 목표실린더 속도연산부(209c)는, 제2검출수단(압력검출기(270a~271b))으로부터의 신호에 의거하여, 특정 프론트 액츄에이터(부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b))의 부하압력의 변화에 관계없이 조작수단(204a,204b)의 조작신호에 따른 속도벡터가 되도록 상기 제2연산수단(목표실린더 속도연산부(209c) 및 목표선단속도 벡터연산부(9d))에서 계산하는 목표속도벡터(Vc)를 보정하는 입력보정수단을 구성한다.

또한, 제2연산수단에 있어서, 목표실린더 속도연산부(209c)는 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a,204b)의 조작신호에 의거하여 입력목표 액츄에이터 속도를 계산하는 제5연산수단을 구성하고, 목표선단속도 벡터연산부(9d)는 제5연산수단에서 계산한 입력목표 액츄에이터 속도로부터 프론트장치(1A)의 입력목표속도벡터(Vc)를 연산하는 제6연산수단을 구성한다. 여기서, 제5연산수단의 목표실린더 속도연산부(209)는 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a,204b)의 조작신호와 제2검출수단(압력검출기(270a~271b))에서 검출한 부하압력으로부터 미리 설정한 특성에 의거하여 입력목표 액츄에이터 속도를 계산하고 있고, 상기 입력보정수단은 제5연산수단의 일부로서 구성되고, 입력목표 액츄에이터 속도의 계산에 즈음하여 특정의 프론트 액츄에이터(3a,3b)의 입력목표 액츄에이터 속도를 제2검출수단(압력검출기 270a~271b)에서 검출한 부하압력으로 보정하고 있다.

다음에, 이상과 같이 구성한 본 실시예의 동작을 설명한다. 작업예로서, 앞에 예시한 자기 앞방향으로 굴삭하고자 아암 크라우드를 하는 경우(아암크라우드 조작)와, 부움내림·아암덤프의 복합조작으로 버킷선단을 미는 방향으로 조작했을 경우(아암덤프 복합조작)에 대하여 설명한다.

자기 앞방향으로 굴삭하려고 아암크라우드 하면, 버킷(1c) 선단은 서서히 설정영역의 경계에 가까워진다. 버킷선단과 설정영역의 경계와의 거리가 Ya1보다 작아지면, 방향변환제어부(9c)에 있어서, 버킷선단의 목표속도벡터(Vc) 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분(경계에 대하여 수직방향의 벡터성분)을 줄이도록 보정하여, 버킷선단의 방향 변환제어(감속제어)를 행한다. 이때, 보정후 목표실린더 속도 연산부(9f)에 있어서, 부움올림과 아암크라우드의 감속과의 조합으로 방향변환제어를 행하도록 소프트가 설계되어 있으면 연산부(9f)에서는 부움실린더(3a)의 신장방향의 실린더 속도와 아암실린더(3b)의 신장방향의 실린더 속도를 연산하고, 목표파일럿압 연산부(209j)에서는, 부움올림 측의 파일럿라인(244a)의 목표파일럿압과 아암크라우드 측의 파일럿라인(245a)의 목표파일럿압을 계산하고, 밸브지령연산부(9k)에서는 비례전자밸브(210a,211a)에 전기신호를 출력한다. 이 때문에, 비레전자밸브(210a,211a)는 연산부(209j)에서 연산한 목표파일럿압에 상당하는 제어압을 출력하여, 부움용 유량제어밸브(5a)의 부움올림 측 유압구동부(50a) 및 아암용 유량제어밸브(5b)의 아암크라우드 측 유압구동부(51a)에 유도된다. 이와 같은 비례전자밸브(210a,211a)의 동작에 의하여, 설정영역의 경계에 대하여 수직방향의 움직임이 감속 제어되어, 설정영역의 경계에 따른 방향의 속도성분은 감소되지 않고, 이 때문에 제13도에 나타낸 바와 같이 설정영역의 경계에 따라 버킷(1c) 선단을 움직일 수가 있다. 이 때문에, 버킷(1c) 선단의 움직일 수 있는 영역을 제한한 굴삭을 능률적으로 행할 수 있다.

또, 상기와 같이 버킷(1c) 선단이 설정영역 내의 경계근방에서 감속 제어될 때, 프론트장치(1A)의 움직임이 빠르면 제어상의 응답지연이나 프론트장치(1A)의 관성에 의하여 버킷(1c) 선단이 설정영역의 밖에 어느 정도 들어가는 일이 있다. 이와 같을 때, 본 실시예에서는, 복원제어부(9g)에 있어서, 버킷(1c) 선단이 설정영역으로 되돌아가도록 목표벡터(Vc)를 보정하여 복원제어를 행한다. 이때, 보정후 목표실린더 속도 연산부(9h)에 있어서, 부움올림과 아암크라우드의 감속과의 조합으로 복원제어를 행하도록 소프트가 설계되어 있으면, 방향변환제어의 경우와 마찬가지로 연산부(9h)에서 부움실린더(3a) 신장방향의 실린더 속도와 아암실린더(3b) 신장방향의 실린더 속도를 연산하고, 목표파일럿압 연산부(209j)에서 부움올림 측의 파일럿라인(244A)의 목표파일럿압과 아암크라우드 측의 파일럿라인(245a)의 목표파일럿압을 계산하고, 밸브지령연산부(9k)에서는 비례전자밸브(210a,211a)에 전기신호를 출력한다. 이에 의하여 상기한 바와 같이 비례전자밸브(210a,211a)가 작동하여 버킷선단은 신속하게 설정영역으로 리턴하도록 제어되어 설정영역의 경계에서 굴삭이 행해진다. 이 때문에, 프론트장치(1A)를 빨리 움직였을 때도 설정영역의 경계에 따라 버킷선단을 움직일 수가 있어, 영역을 제한한 굴삭을 정확하게 행할 수 있다.

또, 이때 상기와 같이 미리 방향변환제어로 감속되어 있으므로, 설정영역 밖으로의 침입량은 감소되어, 설정영역으로 되돌아갈 때의 쇼크가 대폭 완화된다. 이 때문에, 프론트장치(1A)를 빨리 움직였을 때에도 버킷(1c) 선단을 설정영역의 경계에 따라 원활하게 움직일 수가 있어, 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행할 수가 있다.

또, 본 실시예의 복원제어에서는 목표속도벡터(Vc) 설정영역의 경계에 수직인 벡터성분을 보정하고, 설정영역의 경계에 따른 방향의 속도성분은 남게 되므로, 설정영역 밖에 있어서도 버킷(1c) 선단을 설정영역의 경계에 따라 원활하게 움직일 수 있다. 또, 이때 버킷(1c) 선단과 설정영역의 경계와의 거리(Ya)가 작아짐에 따라 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 작게 하도록 보정하므로, 제17도에 나타낸 바와 같이 보정후의 목표벡터(Vca)에 의한 복원제어의 궤적은 설정영역의 경계에 가까워짐에 따라 평행이 되는 곡선상이 되고, 이 때문에 설정영역으로부터 리턴할 때의 움직임이 한층 원활하게 된다.

또, 설정영역의 경계와 같은 소정의 경로를 따라 버킷선단을 움직이는 굴삭작업을 행하는 경우, 통상 오퍼레이터는 적어도 부움용의 조작레버장치(204a)와 아암용의 조작레버장치(204b)의 2개의 조작레버를 조작하여 버킷선단의 움직임을 제어할 필요가 있다. 본 실시예에서는 물론 부움용과 아암용의 조작레버장치(204,204b)용의 쌍방의 조작레버를 조작해도 좋으나, 아암용의 조작레버 1개를 조작해도 상기와 같이 연산부(9f,9h)로 방향변환제어 또는 복원제어에 필요한 유압실린더의 실린더 속도가 연산되어 버킷선단을 설정영역의 경계에 따라 이동시키기 때문에, 아암용의 조작레버 1개로 설정영역의 경계에 따른 굴삭작업을 행할 수가 있다.

이상과 같이 설정영역에 따라 굴삭하는 도중, 예를 들면 버킷(1c) 속에 토사가 충분히 들어갔다거나, 도중에 장애물이 있었다거나, 굴삭저항이 커서 프론트장치가 정지하여 버렸기 때문에 굴삭저항을 작게 하거나, 부움(1a)을 수동으로 상승시키고 싶은 경우가 있는 그와 같은 경우에는, 부움용의 조작레버장치(204a)를 부움올림 방향으로 조작하면, 부움올림 측의 파일럿라인(244a)에 파일럿압이 일어나, 부움을 상승시킬 수가 있다.

부움내림·아암덤프의 복합조작으로 버킷선단을 미는 방향으로 조작하는 경우, 아암을 차체 측의 위치(자기 앞의 위치)로부터 덤프 조작하면 설정영역의 밖으로 나가는 방향의 목표벡터를 주게 된다. 이 경우도 버킷선단과 설정영역의 경계와의 거리가 Ya보다 작아지면, 방향변환제어부(9e)에 있어서 목표속도벡터(Vc)와 같은 보정이 행해져, 버킷선단의 방향변환제어(감속제어)를 행한다. 이때, 보정후 목표실린더 속도 연산부(9f)에 있어서, 부움올림과 아암덤프의 감속과의 조합으로 방향변환제어를 행하도록 소프트가 설계되어 있으면, 연산부(9f)에서는 부움실린더(3a)의 신장방향의 실린더 속도와 아암실린더(3b)의 수축방향의 실린더 속도를 연산하고, 목표파일럿압 연산부(209j)에서는 부움내림 측의 파일럿라인(244b)의 목표파일럿압은 0으로 하는 한편, 부움올림 측의 파일럿라인(244a)의 목표파일럿압과 아암덤프 측의 파일럿라인(245b)의 목표파일럿압을 계산하고, 밸브지령연산부(9k)에서는 비례전자밸브(210b)의 출력을 OFF로 하여, 비례전자밸브(210a,211b)에 전기신호를 출력한다. 이 때문에, 아암크라우드 조작의 경우와 동일한 방향변환제어가 행해져 버킷(1c) 선단을 설정영역의 경계에 따라 빨리 움직일 수가 있어, 버킷(1c) 선단의 움직일 수 있는 영역을 제한한 굴삭을 능률적으로 행할 수 있다.

또, 버킷(1c) 선단이 설정영역의 밖으로 어느 정도 나왔을 경우는, 복원제어부(9g)에 있어서 목표속도벡터(Vc)를 보정하여, 복원제어를 행한다. 이때, 보정후 목표실린더 속도 연산부(9h)에 있어서, 부움올림과 아암덤프의 감속과의 조합으로 복원제어를 행하도록 소프트가 설계되어 있으면, 방향변환제어의 경우와 마찬가지로 연산부(9h)에서 부움실린더(3a) 신장방향의 실린더 속도와 아암실린더(3b) 수축방향의 실린더 속도를 연산하고, 목표파일럿압 연산부(209j)에서 부움올림 측 파일럿라인(244a)의 목표파일럿압과 아암덤프 측의 파일럿라인(244b) 목표파일럿압을 계산하여, 밸브지령연산부(9k)에서는 비례전자밸브(210a,211a)에 전기신호를 출력한다. 이에 의하여 버킷선단은 신속하게 설정영역으로 리턴하도록 제어되어 설정영역의 경계에서 굴삭이 행해진다. 이 때문에, 아암크라우드 조작의 경우와 마찬가지로 프론트장치(1A)를 빨리 움직였을 때도 설정영역의 경계에 따라 버킷선단을 원활하게 움직일 수 있어, 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 정확하게 행할 수가 있다.

또, 제어도중에 부움을 올림 조작했을 경우, 아암크라우드 조작의 경우와 마찬가지로 부움을 올릴 수가 있다.

또, 이상과 같이 프론트장치(1A)의 움직임이 제어될 때, 목표파일럿압 연산부(209j)에서는 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b) 부하압력의 변화에 따른 유량제어밸브(5a,5b)의 유량특성 변화를 고려하여, 출력용의 목표실린더 속도(VB',VA')와 부하압력으로부터 목표파일럿압 P'BU, P'BD, P'AC, P'AD를 계산하고 있다. 이 때문에, 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 부하압력 변화에 의하여 유량제어밸브(5a,5b)의 유량특성이 변화해도, 그에 대응하여 파일럿압(조작신호)이 보정되기 때문에 목표속도벡터의 제어연산치와 실제의 움직임과의 편차가 적어져, 버킷(1c)의 선단위치가 제어 연산 상의 위치로부터 크게 어긋나버리는 일이 없어진다. 이 때문에, 설정영역의 경계를 따른 굴삭작업을 행할 때, 버킷(1c) 선단을 설정영역의 경계를 따라 정확하게 움직일 수가 있는 등, 정밀도가 높은 제어가 행해진다. 또, 제어상 큰 편차가 발생하지 않으므로 안정된 제어가 행해진다.

또, 목표실린더 속도연산부(209c)에서도 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b) 부하압력의 변화에 따른 유량제어밸브(5a,5b)의 유량특성 변화를 고려하여, 조작레버장치(204a,204b)로부터의 전기신호(조작신호)와 부하압력으로부터 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량(목표실린더 속도)을 계산하고 있다. 이 때문에 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 부하압력변화에 의하여 유량제어밸브(5a,5b)의 유량특성이 변화해도, 그에 대응하여 방향변환제어부(9e) 및 복원제어부(9g)에서 계산되는 목표속도벡터(Vc)가 보정되기 때문에, 이 경우도 목표속도벡터의 제어연산치와 실제의 움직임과의 편차가 적어져, 한층 제어정밀도가 향상하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면 버킷(1c) 선단이 설정영역의 경계로부터 떨어져 있을 때는, 목표속도벡터(Vc)는 보정되지 않고, 통상작업과 동일하게 작업될 수 있음과 동시에, 버킷(1c) 선단이 설정영역 내에서 그 경계근방에 가까워지면, 방향변환제어가 행해져, 설정영역의 경계에 따라 버킷(1c) 선단을 움직일 수 있다. 이 때문에, 버킷(1c) 선단의 움직일 수 있는 영역을 제한한 굴삭을 능률적으로 행할 수 있다.

또, 프론트장치(1A)의 움직임이 빨라서, 버킷(1c) 선단이 설정영역의 밖으로 나왔다 해도, 복원제어에 의하여 버킷(1c)의 선단이 설정영역에 재빨리 되돌아가도록 제어되므로, 설정영역의 경계에 따라 버킷선단을 정확하게 움직일 수가 있어, 영역을 제한한 굴삭을 정확하게 행할 수 있다.

또, 복원제어 전에 방향변환제어(감속제어)가 작동하고 있으므로, 설정영역에 되돌아갈 때의 쇼크가 대폭 완화된다. 이 때문에, 프론트장치(1A)를 빨리 움직였을 때에도 버킷(1c) 선단을 설정영역의 경계에 따라 원활하게 움직일 수 있어, 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행할 수 있다.

또, 복원제어에서는 설정영역의 경계에 따른 방향의 속도성분은 감소되지 않으므로, 설정영역 밖에 있어서도 버킷(1c) 선단을 설정영역의 경계에 따라 원활하게 움직일 수 있다. 또, 그때 버킷(1c) 선단과 설정영역의 경계와의 거리(Ya)가 작아짐에 따라 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 작게 하도록 보정하므로, 설정영역으로 되돌아갈 때의 움직임이 한층 원활하게 된다.

또, 이상과 같이 버킷(1c) 선단을 설정영역의 경계에 따른 원활하게 움직일 수 있는 결과, 버킷(1c)을 자기 앞쪽으로 당기도록 움직이게 하면, 마치 설정영역의 경계에 따른 궤적제어를 행하고 있는 것 같은 굴삭이 가능하게 된다.

또, 아암용의 조작레버 한 개로 설정영역의 경계에 따른 굴삭작업을 행할 수 있다.

또, 영역을 제한한 굴삭을 행함에 있어서, 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 부하압력이 변화해도, 목표속도벡터의 제어연산치와 실제 기계의 움직임의 편차가 적어 정밀도가 좋은 제어가 행해짐과 동시에, 제어상 큰 편차가 발생하지 않고 안정된 제어를 행할 수 있다.

[실시예 2]

본 발명의 제2실시예를 제19도 내지 제21도에 의해 설명한다. 본 실시예는 본 발명을 유압파일럿 방식의 조작레버장치를 구비한 유압셔블에 작용한 것이다. 제19도 및 제21도에 있어서, 제1도 및 제6도에 나타낸 부재 및 기능과 동등한 것에는 동일부호를 붙이고 있다.

제19도에 있어서, 조작레버장치(4a~4f)는 파일럿압에 의하여 대응하는 유량제어밸브(5a~5f)를 구동하는 유압파일럿 방식이고, 각각 제20도에 나타낸 바와 같이, 오퍼레이터에 의하여 조작되는 조작레버(40)와, 조작레버(40)의 조작량과 조작방향에 따른 파일럿압을 생성하는 1쌍의 감압밸브(41,42)로 구성되고, 감압밸브(41,42)의 1차 포오트 측은 파일럿펌프(43)에 접속되고, 2차 포오트 측은 파일럿라인(44a,44b; 45a,45b; 46a,46b; 47a,47b; 48a,48b; 49a,49b)을 거쳐 대응하는 유량제어밸브의 유압구동부(50a,50b; 51a,51b; 52a,52b; 53a,53b; 54a,54b; 55a,55b)에 접속되어 있다.

또, 본 실시예의 영역제한 굴삭제어장치는, 제1실시예와 동일한 설정기(7), 각도검출기(8a,8b,8c), 경사각 검출기(8d) 및 압력검출기(270a~271b)를 구비함과 동시에, 부움용 및 아암용의 조작레버장치(4a,4b)의 파일럿라인(44a,44b; 45a,45b)에 설치되어 조작레버장치(4a,4b)의 조작량으로서 각각의 파일럿압을 검출하는 압력검출기(60a,60b; 61a,61b)와, 설정기(7)의 설정신호, 각도검출기(8a,8b,8c) 및 경사각 검출기(8d)의 검출신호, 압력검출기(60a,60b; 61a,61b)의 검출신호 및 압력검출기(270a~271b)의 검출신호를 입력하여 버킷(1c) 선단이 움직일 수 있는 굴삭영역을 설정함과 동시에, 영역을 제한한 굴삭제어를 행하기 위한 전기신호를 출력하는 제어유닛(209A)과 상기 전기신호에 의하여 구동되는 비례전자밸브(10a,10b; 11a,11b)와, 셔틀밸브(12)로 구성되어 있다. 비례전자밸브(10a)의 1차 포오트 측은 파일럿펌프(43)에 접속되고, 2차 포오트 측은 셔틀밸브(12)에 접속되어 있다. 셔틀밸브(12)는 파일럿라인(44a)에 접속되어 파일럿라인(44a) 내의 파일럿압과 비례전자밸브(10a)로부터 출력되는 제어압의 고압측을 선택하여 유량제어밸브(5a)의 유압구동부(5a)에 도입한다. 비례제어밸브(10b,11a,11b)는 파일럿라인(44b,45a,45b)에 설치되고, 각각의 전기신호에 따라 파일럿라인 내의 파일럿압을 감압하여 출력한다.

제어유닛(209A)의 제어기능을 제21도에 나타낸다. 부하압력 보정목표실린더 속도연산부(209c)에서는 조작레버장치의 조작신호로서 압력검출기(60a,60b; 61a,61b)의 검출신호를 입력한다. 그 조작신호(파일럿압)와 압력검출기(270a~271b)에서 검출한 부하압력을 사용하여 부하압력으로 보정한 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량(부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 목표속도)을 계산하는 점은 제1실시예와 동일하다. 또, 제어유닛(209A)의 기억장치에는 제10도에 나타낸 바와 같은 조작신호(파일럿압) PBU, PBD, PAC, PAD와 부하압력 PLB1, PLB2, PLA1, PLA2와 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량(VBM VA)과의 관계(FBU, FBD, FAC, FAD)가 기억되어 있고, 목표실린더 속도연산부(209c)는 이 관계를 사용하여 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량을 구한다.

또, 부하압력보정목표 파일럿압 연산부(209j)에서는, 목표파일럿압으로서 파일럿라인(44a,44b; 45a,45b)의 목표파일럿압을 계산한다. 연산부(209j)에 있어서, 목표실린더 속도선택부(9i)에서 얻은 출력용의 목표실린더 속도와 압력검출기(270a~271b)에서 검출한 부하압력을 입력하고, 부하압력으로 보정한 목표파일럿압(목표조작 지령치)을 계산하는 점, 제어유닛(209A)의 기억장치에 제18도에 나타낸 바와 같은 출력용의 목표실린더속도(VB',VA')와 부하압력(PLB1,PLB2,PLA1,PLA2)과 목표파일럿압(P'BU,P'BD,P'AC,P'AD)과의 관계 GBU, GBD, GAC, GAD가 기억되고, 이 관계를 이용하여 목표파일럿압을 구하는 점도 제1실시예와 같다.

밸브지령연산부(9k)에서는 목표파일럿압 연산부(209j)에서 계산한 목표파일럿압에 따른 지령치를 연산하고, 대응하는 전기신호가 비례전자밸브(10a,10b,11a,11b)에 출력된다.

제어유닛(209A)의 그 이외의 제어기능은 제6도에 나타낸 제1실시예와 동일하다.

이상의 구성에 있어서, 압력검출기(60a~61b), 목표실린더 속도 연산부(209c), 목표선단속도 벡터연산부(9d), 방향변환제어부(9e), 복원제어부(9g), 보정후 목표실린더 속도 연산부(9f,9i), 목표실린더 속도 선택부(9i), 부하압력보정 목표파일럿압 연산부(209j), 밸브지령연산부(9k), 비례전자밸브(10a~11b) 및 셔틀밸브(12)는 복수의 조작수단 중 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(4a,4b)의 조작신호와 제1연산수단(프론트 자세연산부(9b))의 연산치에 의거하여 프론트장치(1A)의 목표속도벡터(Vca)에 관한 연산을 행하여 프론트장치(1A)가 설정영역 내에서 그 경계근방에 있을 때는, 프론트장치(1A)가 설정영역의 경계에 따른 방향으로 움직이고, 설정영역의 경계에 접근하는 방향으로는 이동속도가 감소되도록 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(4a,4b)의 조작신호를 보정하고, 프론트장치(1A)가 설정영역 밖에 있을 때에는 프론트장치(1A)가 설정영역으로 되돌아가도록 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(4a,4b)의 조작신호를 보정하는 신호보정수단을 구성하고, 부하압력보정 목표파일럿압 연산부(209j)는 제2검출수단(압력검출기(270a~271b))으로부터의 신호에 의거하여, 조작신호가 어떤 식으로 보정된 경우에도, 상기 특정 프론트 액츄에이터(부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b))가 부하압력의 변화에 관계없이 프론트장치(1A)가 목표속도벡터(Vca) 대로 움직이도록 상기 신호보정수단에서 보정된 조작신호 중 특정 프론트부재(부움(1a) 및 아암(1b))에 관련되는 조작수단(4a,4b)의 조작신호를 다시 보정하는 출력보정수단을 구성한다.

또, 압력검출기(60a~61b), 목표실린더 속도 연산부(209c) 및 목표선단속도 벡터연산부(9d)는 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(4a,4b)의 조작신호에 의거하여 프론트장치(1A)의 입력목표속도벡터(Vc)를 연산하는 제2연산수단을 구성하고, 방향변환제어부(9e) 및 복원제어부(9g)는 프론트장치(1A)가 설정영역 내에서 그 경계근방에 있을 때 입력목표속도벡터(Vc) 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 감소시키도록 입력목표속도벡터(Vc)를 보정하고(방향변환제어부(9e)), 프론트장치(1A)가 설정영역 밖에 있을 때에는 프론트장치(1A)가 설정영역으로 되돌아가도록 입력목표속도벡터(Vc)를 보정하는(복원제어부(9g)) 제3연산수단을 구성하고, 보정후 목표실린더 속도연산부(9f), 목표실린더 속도 선택부(9i), 목표파일럿압 연산부(209j), 밸브지령연산부(9k), 비례전자밸브(10a~11b) 및 셔틀밸브(12)는 제3연산수단에서 보정한 목표속도벡터(Vca)에 따라 프론트장치(1A)가 움직이도록 해당하는 유압제어밸브(5a,5b)를 구동하는 밸브제어수단을 구성하고, 상기 출력보정수단(목표파일럿압 연산부(209j))은 밸브제어수단의 일부로 구성되어 있다.

또, 부하압력보정 목표실린더 속도 연산부(209c)가 입력보정수단을 구성하는 점은 제1실시예와 동일하다.

또, 조작레버장치(4a~4f) 및 파일럿라인(44a~49b)은 유압제어밸브(5a~5f)를 구동하는 조작시스템을 구성하고, 상기 밸브제어수단을 구성하는 요소 중 보정후 목표실린더 속도 연산부(9f), 목표실린더 속도 선택부(9i), 목표파일럿압 연산부(209j), 밸브지령연산부(9k)는 상기 제3연산수단에서 보정한 목표속도벡터(Vca)에 의거하여 해당하는 유압제어밸브(5a,5b)의 목표조작 지령치를 계산하여 그것에 따른 전기신호를 출력하는 전기신호 생성수단을 구성하고, 비례전자밸브(10a~11b) 및 셔틀밸브(12)는 상기 전기신호에 따라 조작수단(4a,4b)의 파일럿압에 대신하는 파일럿압을 출력하는 파일럿압 보정수단을 구성한다. 여기서, 목표파일럿압 연산부(209j)에서는 목표조작 지령치의 계산에 즈음하여 목표조작 지령치의 특정 프론트 액츄에이터(3a,3b)에 관련되는 것을 제2검출수단(압력검출기(270a~271b))에서 검출한 부하압력으로 보정하고 있어, 상기 출력보정수단은 전기신호 생성수단의 일부로 구성되어 있다.

또, 파일럿라인(44a)은 프론트장치(1A)가 설정영역으로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록 해당하는 유압제어밸브(5a)에 파일럿압을 유도하는 제1파일럿라인을 구성하고, 비례전자밸브(10a)는 전기신호를 유압신호로 변환하는 전기유압 변환수단을 구성하고, 셔틀밸브(12)는 제1파일럿라인 내의 파일럿압과 전기유압 변환수단으로부터 출력된 유압신호의 고압측을 선택하여 해당하는 유압제어밸브(5a)에 인도하는 고압선택수단을 구성한다.

또, 파일럿라인(44b,45a,45b)의 각각은 프론트장치(1A)가 설정영역에 접근하는 방향으로 움직이도록 대응하는 유압제어밸브(5a,5b)에 파일럿압을 인도하는 제2파일럿라인을 구성하고, 비례전자밸브(10b,11a,11b)의 각각은 제2파일럿라인에 설치되어 전기신호에 따라 제2파일럿라인 내의 파일럿압력을 감압하는 감압수단을 구성한다.

이상과 같이 구성한 본 실시예에 있어서, 아암크라우드에 즈음하여 제어부(9e)에 의한 방향변환제어를 행할 때는 보정후 목표실린더 속도연산부(9f)에 있어서 부움올림과 아암크라우드의 감속과의 조합으로 방향변환제어를 행하도록 소프트가 설계되어 있다고 하면, 이 연산부(9f)에서는 부움실린더(3a) 신장방향의 실린더 속도와 아암실린더(3b) 신장방향의 실린더 속도를 계산하고, 목표파일럿압 연산부(209j)에서는 부움올림 측의 파일럿라인(44a)의 목표파일럿압과 아암크라우드 측의 파일럿라인(45a)의 목표파일럿압을 계산하고, 밸브지령연산부(9k)에서는 비례전자밸브(10a,11a)에 전기신호를 출력한다. 이 때문에, 비례전자밸브(10a)는 연산부(209j)에서 연산한 목표파일럿압에 상당하는 제어압을 출력하고, 이 제어압이 셔틀밸브(12)에서 선택되어, 부움용 유량제어밸브(5a)의 부움올림 측 유압구동부(50a)에 인도된다. 한편, 비례전자밸브(11a)는 전기신호에 따라 파일럿라인(45a) 내의 파일럿압을 연산부(209j)에서 연산한 목표파일럿압까지 감압하고, 그 감압한 파일럿압을 아암용 유량제어밸브(5b)의 크라우드 측 유압구동부(51a)에 출력한다. 이와 같은 비례전자밸브(10a,11a)의 동작에 의하여, 설정영역의 경계에 대하여 수직방향의 움직임만이 제어되어, 설정영역의 경계에 따라 버킷(1c) 선단을 움직일 수 있다.

또, 버킷(1c) 선단이 설정영역 밖으로 들어가서 제어부(9g)에 의한 복원제어를 행할 때는, 보정후 목표실린더 속도연산부(9h)에 있어서 부움올림과 아암크라우드의 감속과의 조합으로 복원제어를 행하는 소프트가 설계되어 있다고 하면, 이 연산부(9h)에서는 부움실린더(3a) 신장방향의 실린더 속도와 아암실린더(3b) 신장방향의 실린더 속도를 계산하고, 목표파일럿압 연산부(209j)에서는 부움올림 측의 파일럿라인(44a)의 목표파일럿압과 아암크라우드 측의 파일럿라인(45a)의 목표파일럿압을 계산하고, 밸브지령연산부(9k)에서는 비례전자밸브(10a,11a)에 전기신호를 출력한다. 이에 의하여 상기한 바와 같이 비례전자밸브(10a,11a)가 작동하고, 버킷선단은 신속하게 설정영역으로 되돌아가도록 제어되어, 설정영역의 경계에서 굴삭이 행해진다.

또, 설정영역의 경계와 같은 소정의 경로에 따라 버킷선단을 움직이는 굴삭작업을 행하는 경우, 유압파일럿방식에서는 통상 오퍼레이터는 적어도 부움용의 조작레버장치(4a)와 아암용의 조작레버장치(4b) 2개의 조작레버를 조작하여 버킷선단의 움직임을 제어할 필요가 있다. 본 실시예에서는 물론 부움용과 아암용의 조작레버장치(4a,4b)용의 쌍방의 조작레버를 조작해도 좋으나, 아암용의 조작레버 1개를 조작하여도 상기와 같이 연산부(9f,9h)에서 방향변환제어 또는 복원제어에 필요한 유압실린더의 실린더 속도가 연산되어 버킷선단을 설정영역의 경계에 따라 움직이게 하기 때문에, 아암용의 조작레버 1개로 설정영역의 경계에 따른 굴삭작업을 행할 수 있다.

또, 이상과 같이 설정영역의 경계에 따라 굴삭중, 예를 들면 버킷(1c) 속에 토사가 충분히 들어갔다거나 도중에 장해물이 있었다거나, 굴삭저항이 커서 프론트장치가 정지해 버렸기 때문에 굴삭저항을 작게 하거나, 부움(1a)을 수동으로 상승시키고 싶은 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 부움용의 조작레버장치(4a)를 부움올림방향으로 조작하면, 부움올림 측의 파일럿라인(44a)에 파일럿압이 걸리고, 그 파일럿압이 비례전자밸브(10a)의 제어압보다 높아지면 그 파일럿압이 셔틀밸브(12)로 선택되어 부움을 상승시킬 수 있다.

또, 부움내림·아암덤프의 복합조작에 있어서 제어부(9e)에 의한 방향변환제어를 행할 때는, 보정후 목표실린더 속도연산부(9f)에 있어서 부움올림과 아암덤프의 감속과의 조합으로 방향변환제어를 행하도록 소프트가 설계되어 있다고 하면, 이 연산부(9f)에서는 부움실린더(3a) 신장방향의 실린더 속도와 아암실린더(3b) 수축방향의 실린더 속도를 연산하고, 목표파일럿압 연산부(209j)에서는 부움내림 측의 파일럿라인(44b)의 목표파일럿압은 0으로 하는 한편, 부움올림 측의 파일럿라인(44a)의 목표파일럿압과 아암덤프 측의 파일럿라인(45b)의 목표파일럿압을 계산하고, 밸브지령연산부(9k)에서는 비례전자밸브(10b)의 출력을 OFF로 하고, 비례전자밸브(10a,11a)에 전기신호를 출력한다. 이 때문에, 비례전자밸브(10b)는 파일럿라인(44b)의 파일럿압력을 0으로 감압하고, 비례전자밸브(10a)는 목표파일럿압에 상당하는 제어압을 파일럿라인(44a)의 파일럿압으로서 출력하고, 비례전자밸브(11a)는 파일럿라인(45a) 내의 파일럿압을 목표파일럿압까지 감압한다. 이와 같은 비례전자밸브(10a,10b,11a)의 동작에 의하여 아암크라우드 조작의 경우와 동일한 방향변환제어가 이루어져, 버킷(1c) 선단을 설정영역의 경계에 따라 빨리 움직이게 할 수 있다.

또, 버킷(1c) 선단이 설정영역의 밖에 들어가 제어부(9g)에 의한 복원제어를 행할 때는, 보정후 목표실린더 속도 연산부(9h)에 있어서 부움올림과 아암덤프의 감속과의 조합으로 복원제어를 행하도록 소프트가 설계되어 있다고 하면, 방향변환제어의 경우와 마찬가지로 이 연산부(9h)에서 부움실린더(3a) 신장방향의 실린더 속도와 아암실린더(3b) 수축방향의 실린더 속도를 연산하고, 목표파일럿압 연산부(209j)에서 부움올림 측 파일럿라인(44a)의 목표파일럿압과 아암덤프 측 파일럿라인(45a)의 목표파일럿압을 계산하고, 밸브지령연산부(9k)에서는 비례전자밸브(10a,11a)에 전기신호를 출력한다. 이에 의하여 버킷선단은 신속하게 설정영역으로 되돌아가도록 제어되어, 설정영역의 경계에서 굴삭이 행해진다.

또, 제어도중에 부움을 올림 조작했을 경우, 아암크라우드 조작의 경우와 마찬가지로 부움을 올릴 수가 있다.

또, 이상과 같이 프론트장치(1A)의 움직임이 제어될 때, 목표파일럿압 연산부(209j)에서는 부하압력으로 보정한 목표파일럿압(P'BU,P'BD,P'AC,P'AD)을 계산하고, 목표실린더 속도 연산부(29c)에서도 부하압력으로 보정한 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량(목표실린더 속도)을 계산하고 있어, 이에 의하여 부하압력의 변화에 관계없이 안정된 정밀도가 좋은 제어가 행해진다.

따라서, 본 실시예에 의하면, 유압파일럿 방식의 조작레버장치(4a,4b)를 구비한 것에 있어서, 제1실시예와 동일한 효과가 얻어진다.

또, 비례전자밸브(10a,10b,11a,11b) 및 셔틀밸브(12)를 파일럿라인(44a,44b,45a,45b)에 조립하여 파일럿압을 보정하므로, 본 발명의 기능을 유압파일럿방식의 조작레버장치(4a,4b)를 구비한 것에 용이하게 부가할 수 있다.

또, 유압파일럿방식의 조작레버장치(4a,4b)를 구비한 유압셔블에 있어서, 아암용의 조작레버 1개로 설정영역의 경계에 따라 굴삭작업을 행할 수 있다.

[실시예 3]

본 발명의 제3실시예를 제22도 및 제23도에 따라 설명한다. 본 실시예는 목표파일럿압 연산부만에 있어서 부하압력에 의한 보정을 행하는 것이다. 제22도에 있어서, 제6도에 나타낸 기능과 동등한 기능에는 동일부호를 붙이고 있다.

제22도에 있어서, 목표실린더 속도 연산부(9c)에서는, 조작레버장치(204a,204b)로부터의 전기신호만을 입력하고, 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량을 구하고, 다시, 이 목표토출유량으로부터 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 목표속도를 계산한다. 제어유닛(209B)의 기억장치에는 제23도에 나타낸 바와 같은 조작신호(PBU,PBD,PAC,PAD)와 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량(VB,VA)과의 관계(FBUB,FBDB,FACB,FADB)가 기억되어 있고, 목표실린더 속도 연산부(9C)는 이 관계를 이용하여 유량제어밸브(5A,5B)의 목표토출유량을 구한다. 여기서, 제23도에 나타낸 관계 FBUB, FBDB, FACB, FADB는 유량제어밸브(5a,5b)의 평균적인 유량부하특성에 의거하여 만들어져 있다.

한편, 부하압력보정 목표파일럿압 연산부(209j)의 기능은 제1실시예와 동일하며, 목표실린더 속도 선택부(9i)에서 얻은 출력용의 목표실린더 속도와 압력검출기(270a~271b)에서 검출한 부하압력을 입력하여, 부하압력으로 보정한 목표파일럿압(목표조작 지령치)을 연산한다.

본 실시예에서는, 목표실린더 속도 연산부(9c)에 있어서 목표실린더 속도는 부하압력으로 보정되지 않는다. 이 때문에, 목표속도 벡터연산부(9d)에서 계산한 목표속도벡터(Vc)는 실제의 움직임과 조금 어긋난다. 그러나, 이 목표속도벡터는 방향변환제어부(9e) 및 복원제어부(9g)에서 사용되는 것이므로 각각의 제어가 행해지는 데는 변함이 없다. 즉, 방향변환제어부(9e)에 있어서는 버킷선단과 설정영역 경계와의 거리가 Ya보다 작아지면 방향변환제어를 행하도록 목표속도벡터(Vc)가 보정되고, 복원제어부(9g)에 있어서는 버킷선단이 설정영역의 경계 밖으로 나오면 복원제어를 행하도록 목표벡터(Vc)는 보정된다.

한편, 보정목표파일럿압 연산부(209j)에서는 제1실시예와 마찬가지로 목표파일럿압이 부하압력으로 보정되어 목표속도벡터의 제어연산치와 실제의 움직임과의 편차가 적어져 버킷(1c)의 선단위치가 제어연산 상의 위치로부터 어긋나 버리는 일은 없어진다. 이 때문에, 설정영역의 경계에 따른 굴삭작업을 행할 때, 버킷(1c)의 선단을 설정영역의 경계에 따라 정확하게 움직일 수 있는 등, 정밀도가 좋은 제어를 행할 수 있음과 동시에, 제어상 큰 편차가 발생하지 않으므로 안정된 제어가 행해진다.

따라서, 본 실시예에 의해서도 제1실시예와 거의 동일한 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 소프트를 단순화하여 제조비용을 저감할 수 있다.

[실시예 4]

본 발명의 제4실시예를 제24도 내지 제27도에 따라 설명한다. 본 실시예는 가장 영향이 큰 부움올림의 부하압력만 검출하여 보정을 행하는 것이다. 도면중 제1도, 제6도, 제10도 및 제18도에 나타낸 부재 또는 기능과 동등한 것에는 동일부호를 붙이고 있다.

제24도에 있어서, 본 실시예의 영역제한 굴삭제어장치는, 부하압력의 검출수단으로서 부움실린더(3a)를 올림방향으로 조작했을 때의 부하압력을 검출하는 압력검출기(270a)만이 설치되고, 이 압력검출기(270a)의 검출신호가 제어유닛(209c)에 입력된다.

제어유닛(209c)의 제어기능을 제25도에 나타낸다. 부하압력 보정목표실린더 속도 연산부(209Cc)에서는 조작레버장치(204a,204b)로부터의 전기신호(조작신호)와 압력검출기(270a)에서 검출한 부하압력을 입력하고, 부하압력으로 보정한 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량을 구하고, 다시 이 목표토출유량으로부터 부움실린더(3a) 및 아암실린더(3b)의 목표속도를 계산한다. 제어유닛(209c)의 기억장치에는 제26도에 나타낸 바와 같은 조작신호(PBU)와 부하압력(PLB1)과 유량제어밸브(5a)의 목표토출유량(VB)과의 관계(FBU) 및 조작신호(PBD,PAC,PAD)와 유량제어밸브(5a,5b)의 목표토출유량(VB,VA)과의 관계(FBDF,FACB, FADB)가 기억되어 있고, 목표실린더 속도 연산부(209c)는 이 관계를 이용하여 유량제어밸브(5a,5b) 목표토출유량을 구한다.

여기서, 제26도에 나타낸 관계 FBU는 제10도에 나타낸 관계 FBU와 동일하고, 제5도에 나타낸 유량제어밸브(5a,5b)의 유량부하특성에 의거하여 만들어져 있다. 또, 제26도에 나타낸 관계 FBDB, FACB, FADB는 제23도에 나타낸 관계 FBDB, FACB, FADB와 동일하고, 유량제어밸브(5a,5b)의 평균적인 유량부하특성에 의거하여 만들어져 있다.

또, 부하압력보정 목표파일럿압 연산부(209Cj)에서는, 목표실린더 속도 선택부(9i)에서 얻은 출력용의 목표실린더 속도와 압력검출기(270a)에서 검출한 부하압력을 입력하고, 부하압력으로 보정한 목표파일럿압(목표조작 지령치)을 연산한다. 제어유닛(209c)의 기억장치에는 제27도에 나타낸 바와 같은 출력용의 목표실린더 속도(VB')와 부하압력(PLB1)과 목표파일럿압(P'BU)과의 관계(GBU)와, 출력용의 목표실린더 속도(VB',VA')와 목표파일럿압 P'BD, P'AC, P'AD와의 관계 GBDC, GACC, GADC가 기억되어 있고, 목표파일럿압 연산부(209Cj)는 이 관계를 이용하여 유량제어밸브(5a,5b)를 구동하기 위한 목표파일럿압을 구한다.

여기서, 제27도에 나타낸 관계 GBU는 제18도에 나타낸 관계 GBU와 동일하고, 제5도에 나타낸 유량제어밸브(5a,5b)의 유량부하특성에 의거하여 만들어져 있다. 또, 제27도에 나타낸 관계 GBDC, GACC, GADC는 유량제어밸브(5a,5b)의 평균적인 유량부하특성에 의거하여 만들어져 있다.

본 실시예에서는 목표실린더 속도 연산부(209Cc) 및 목표파일럿압 연산부(209Cj)에 있어서, 목표실린더 속도 및 목표파일럿압의 보정은 부움올림의 부하압만으로 행하고 있다. 이 때문에, 목표속도벡터의 제어연산치와 실제의 움직임과의 편차는 제1실시예에 비하여 조금 커지고, 제어정밀도의 향상 및 안전성의 향상은 조금 저하한다. 그러나, 앞서의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 방향변환제어 및 복원제어에 있어서 부하에 대항하여 움직이지 않으면 안 되는 것은 주로 부움을 올릴 때이고, 부움올림 방향의 부하압력 변화에 의한 유량제어밸브(5a) 유량특성의 변화가 목표속도벡터의 제어연산치와 실제의 움직임과의 편차에 가장 크게 영향을 미친다. 이 때문에, 본 실시예에서는 부움올림의 부하압력만을 검출하여 보정을 행하는 것이다.

본 실시예에 의하면 대략 제1실시예와 동일한 효과가 얻어짐과 동시에, 소프트를 단순화시켜 제작코스트를 저감할 수 있다. 또, 압력검출기를 1개 설치하는 것만으로 되므로, 하드면에서의 제조코스트도 저감할 수 있다.

또한, 제3 및 제4실시예는 전기레버식의 조작레버장치를 구비한 유압시스템에 적용한 것인데, 제2실시예와 같이 유압파일럿 방식의 조작레버장치를 구비한 유압시스템에 마찬가지로 적용해도 좋다.

[기타 실시예]

본 발명의 또 다른 실시예를 제28도 및 제29도를 사용하여 설명한다. 지금까지의 실시예에서는 부움, 아암 및 버킷의 3절링크 구조로 이루어진 프론트장치를 가지는 유압셔블에 대하여 설명했으나, 이외에 유압셔블에는 프론트장치가 다른 여러 가지의 타입이 있어, 본 발명은 이들 다른 타입의 유압셔블에도 적용 가능하다.

제28도는 부움이 가로방향으로 요동 가능하게 한 오프셋식 유압셔블을 나타낸다. 이 유압셔블은, 수직방향으로 회동하는 제1부움(100a)과, 제1부움(100a)에 대하여 수평방향으로 요동하는 제2부움(100b)으로 이루어지는 오프셋 부움(100)과, 제2부움(100b)에 대하여 수직방향으로 회동하는 아암(101) 및 버킷(102)으로 이루어진 다관절형 프론트장치(1A)를 구비하고 있다. 제2부움(100b)의 측부에는 이것과 평행하게 링크(103)가 위치하고, 그 일단은 제1부움(100a)에 핀 결합하고, 타단은 아암(101)에 핀 결합되어 있다. 제1부움(100a)은 제2도에 나타낸 셔블의 부움실린더(3a)와 동일한 제1부움실린더(도시생략)에 의하여 구동되고, 제2부움(100b), 아암(101), 버킷(102)은 각각 제2부움실린더(104), 아암실린더(105), 버킷실린더(106)에 의하여 각각 구동된다. 이와 같은 유압셔블에서는 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 수단으로서, 제1실시예의 각도검출기(8a,8b,8c) 및 경사각 검출기(8d)에 더하여, 제2부움(100b)의 요동각(오프셋량)을 검출하는 각도검출기(107)를 설치하고, 이 검출신호를 예를 들면 제6도에 나타낸 제어유닛(209)의 프론트 자세연산부(9b)에 다시 입력하여 부움의 길이(제1부움(100a)의 기단(基端)으로부터 제2부움(100b)의 선단까지의 거리)를 보정함으로써, 제1 내지 제4실시예와 동일하게 본 발명을 적용할 수 있다.

제29도는 부움을 2분할한 2피스 부움식 유압셔블을 나타낸다. 이 유압셔블은 각각 수직방향으로 회동하는 제1부움(200a), 제2부움(200b), 아암(201) 및 버킷(202)으로 이루어진 다관절형의 프론트장치(1D)를 구비하고 있다. 제1부움(200a), 제2부움(200b), 아암(201) 및 버킷(202)은 각각 제1부움실린더(203), 제2부움실린더(204), 아암실린더(205), 버킷실린더(206)에 의하여 각각 구동된다. 이와 같은 유압셔블에서도 프론트장치(1A)의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 수단으로서, 제1실시예의 각도검출기(8a,8b,8c) 및 경사각 검출기(8d)에 더하여, 제2부움(200b)의 회동각을 검출하는 각도검출기(207)를 설치하고, 이 검출신호를 예를 들면 제6도에 나타낸 제어유닛(209)의 프론트 자세연산부(9b)에 다시 입력하여 부움의 길이(제1부움(200a)의 기단으로부터 제2부움(200b)의 선단까지의 거리)를 보정함으로써 제1 내지 제4실시예와 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 이상의 실시예에서는 프론트장치의 소정부위로서 버킷의 선단에 대하여 설명했으나, 간이적으로 실시한다면 아암 선단핀을 소정부위로 해도 좋다. 또, 프론트장치와의 간섭을 방지하고 안전성을 도모하기 위하여 영역을 설정하는 경우는, 그 간섭이 발생할 수 있는 다른 부위이더라도 좋다.

또, 전기 유압변환수단 및 감압수단으로서 비례전자밸브를 사용했으나, 이들은 다른 전기유압 변환수단이더라도 좋다.

또, 적용되는 유압구동장치는 센터바이패스 타입의 유량제어밸브(5a~5f)를 사용하는 오픈센터 시스템으로 했으나, 크로스드 센터 타입의 유량제어밸브를 사용하는 크로스드 센터시스템이어도 좋다.

또 버킷선단이 설정영역의 경계로부터 떨어져 있을 때는, 목표속도벡터를 그대로 출력했으나, 이 경우에도 다른 목적을 가지고 해당 목표속도벡터를 보정해도 좋다.

또, 목표속도벡터의 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분은 설정영역의 경계에 대하여 수직방향인 벡터성분으로 했으나, 설정영역의 경계에 따른 방향의 움직임이 얻어진다면 수직방향으로부터 다소 어긋나 있어도 좋다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명에 의하면, 프론트장치가 설정영역에 가까워지면 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 움직임이 감속되므로 영역을 제한한 굴삭을 효율적으로 행할 수 있다.

또, 영역을 제한한 굴삭을 행하는데 있어서, 부하압력이 변화해도 목표속도벡터의 제어연산치와 실제의 기계의 움직임의 편차가 적어 정밀도가 좋은 제어가 행해짐과 동시에, 제어상 큰 편차가 발생하지 않아 인정된 제어가 행해질 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 영역을 제한한 굴삭을 능률적으로 행할 수 있는 기능을 유압파일럿 방식의 조작수단을 구비한 것에 용이하게 부가할 수 있다. 또, 프론트부재에 대응하는 조작수단으로서 유압셔블의 부움용 조작수단 및 아암용 조작수단을 구비한 경우, 아암용 조작레버 1개로 설정영역의 경계에 따른 굴삭작업을 행할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 프론트장치가 설정영역에 침입하면 되돌아가도록 제어되므로, 프론트장치를 빨리 움직였을 때에도 영역을 제한한 굴삭을 정확하게 행할 수 있어, 한층 더 능률향상이 도모된다. 또, 미리 감속제어를 행하므로 프론트장치를 빨리 움직였을 때도 영역을 제한한 굴삭을 원활하게 행할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 프론트장치가 설정영역으로부터 떨어져 있을 때는 통상 작업과 동일하게 굴삭을 행할 수 있다.

Claims (21)

1. 다관절형의 프론트장치(1A)를 구성하는 상하방향으로 회동 가능한 복수의 프론트부재(1a~1c)를 포함하는 복수의 피구동부재(1a~1f)와, 상기 복수의 피구동부재를 각각 구동하는 복수의 유압 액츄에이터(3a~3f)와, 상기 복수의 피구동부재의 동작을 지시하는 복수의 조작수단(204a~204f; 4a~4f)과, 상기 복수의 조작수단의 조작신호에 따라 구동되어 상기 복수의 유압 액츄에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유압제어밸브(5a~5f)를 구비한 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치에 있어서, (a) 상기 프론트장치(1A)의 움직일 수 있는 영역을 설정하는 영역설정수단(7,9a)과; (b) 상기 프론트장치의 위치와 자세에 관한 상태량을 검출하는 제1검출수단(8a~8d)과; (c) 상기 복수의 유압 액츄에이터(3a~3f) 중 적어도 1개의 특정 프론트부재(1a,1b,1c)에 관련되는 특정 프론트 액츄에이터(3a,3b; 3a)의 부하압력을 검출하는 제2검출수단(270a~271a; 270a)과; (d) 상기 제1검출수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 프론트장치의 위치와 자세를 연산하는 제1연산수단(9b)과; (e) 상기 복수의 조작수단 중 특정 프론트장치에 관련되는 조작수단(204a,204b; 4a,4b)의 조작신호와 상기 제1연산수단의 연산치에 의거하여 상기 프론트장치의 목표속도벡터(Vca)에 관한 연산을 행하고, 상기 프론트장치가 상기 설정영역 내에서 그 경계근방에 있을 때, 상기 프론트장치가 상기 설정영역의 경계에 따른 방향으로 움직이고, 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향으로 이동속도가 감소되도록 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단(204a,204b; 4a,4b)의 조작신호를 보정하는 신호보정수단(209c,9d~9i,209j,9k,210a~211b,10a~11b,12)과, (f) 상기 제2검출수단(270a~271; 270a)으로부터의 신호에 의거하여, 상기 특정 프론트 액츄에이터(3a,3b; 3a) 부하압력의 변화에 관계없이 상기 프론트장치가 상기 목표속도벡터(Vca)대로 움직이도록 상기 신호보정수단에서 보정된 조작신호 중 상기 특정 프론트부재(1a,1b; 1a)에 관련되는 조작수단(204a,204b; 4a,4b; 204a; 4a)의 조작신호를 다시 보정하는 출력보정수단(209j; 209Cj)을 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 신호보정수단은, 상기 특정 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a~204c; 4a~4c)의 조작신호에 의거하여 상기 프론트장치의 입력목표속도벡터(Vc)를 연산하는 제2연산수단(209c,9d)과, 상기 입력목표속도벡터의 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 감소시키도록 상기 입력목표속도벡터(Vc)를 보정하는 제3연산수단(9e)과, 상기 제3연산수단에서 보정한 목표속도벡터(Vca)에 따라 상기 프론트장치가 움직이도록 해당하는 유량제어밸브(5a,5b)를 구동하는 밸브제어수단(9f,209j,9k,210a~211b; 10a~11b,12)을 포함하고, 상기 출력보정수단은 상기 밸브제어수단의 일부(209j)로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 신호보정수단은, 상기 복수의 조작수단 중 상기 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a~204c; 4a~4c)의 조작신호와 상기 제1연산수단(9b)의 연산치에 의거하여 상기 프론트장치의 목표속도벡터(Vca)에 관한 연산을 행하고, 상기 프론트장치가 상기 설정영역 내에서 그 경계근방에 있을 때는, 상기 프론트장치가 상기 설정영역의 경계에 따른 방향으로 움직이고, 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향으로 이동속도가 감소되도록 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단의 조작신호를 보정하고, 상기 프론트장치가 상기 설정영역 밖에 있을 때에는 상기 프론트장치가 상기 설정영역으로 되돌아가도록 상기 프론트장치에 관련되는 조작수단(204a,204b; 4a,4b)의 조작신호를 보정하고, 상기 출력보정수단(209j; 209Cj)은 상기 제2검출수단(270a~271b; 270a)으로부터의 신호에 의거하여 상기 조작신호가 어느 것으로 보정되었을 경우라도 상기 특정 프론트 액츄에이터(3a,3b; 3a)의 부하압력의 변화에 관계없이 상기 프론트장치가 목표속도벡터(Vca)대로 움직이도록 상기 특정 프론트부재(1a,1b; 1a)에 관련되는 조작수단(204a,204b; 4a,4b; 204a; 4a)의 조작신호를 다시 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 신호보정수단은, 상기 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a~204c; 4a~4c)의 조작신호에 의거하여 상기 프론트장치의 입력목표속도벡터(Vc)를 연산하는 제2연산수단(209c,9d)과, 상기 프론트장치가 상기 설정영역 내에서 그 경계근방에 있을 때는, 상기 입력목표 속도벡터의 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 감소시키도록 상기 입력목표속도벡터(Vc)를 보정하고, 상기 프론트장치가 상기 설정영역 밖에 있을 때에는, 상기 프론트장치가 상기 설정영역으로 되돌아가도록 상기 입력목표속도벡터(Vc)를 보정하는 제3연산수단(9e,9g)과, 상기 제3연산수단에서 보정한 목표속도벡터(Vca)에 따라 상기 프론트장치가 움직이도록 해당하는 유압제어밸브를 구동하는 밸브제어수단(9f,9h,9i,209j,9k,201a~211b; 10a~11b,12)을 포함하고, 상기 출력보정수단은 상기 밸브제어수단의 일부(209j)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
5. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 밸브제어수단은, 상기 제3연산수단(9e; 9e,9g)에서 보정한 목표속도벡터(Vca)에 의거하여 상기 해당하는 유량제어밸브(5a,5b)의 목표조작 지령치를 계산하는 제4연산수단(9f,209j,9f,9h,9i,209j)과, 상기 제4연산수단에서 계산한 목표조작 지령치에 의거하여 상기 해당하는 유압제어밸브의 조작신호를 생성하는 출력수단(9k,210a~211b; 10a~11b,12)을 포함하고, 상기 출력보정수단은 상기 제4연산수단의 일부(209j)로서 구성되고, 상기 목표조작 지령치의 계산에 있어서 상기 목표조작 지령치의 상기 특정 프론트 액츄에이터(3a,3b; 3a)에 관련되는 것을 상기 제2검출수단(270a~271b; 270a)에서 검출한 부하압력으로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제4연산수단은, 상기 제3연산수단(9e; 9e,9g)에서 보정한 목표속도벡터(Vca)로부터 목표 액츄에이터 속도를 계산하는 목표액츄에이터 속도연산수단(9f,9h)과, 상기 목표 액츄에이터 속도와 상기 제2검출수단(270a~271b; 270a)에서 검출한 부하압력으로부터 미리 설정된 특성에 의거하여 상기 해당하는 유량제어밸브(5a,5b)의 목표조작 지령치를 계산하는 목표지령치 연산수단(209j)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 신호보정수단은, 상기 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a,204b; 4a,4b)의 조작신호에 의거하여 상기 프론트장치의 입력목표속도벡터(Vc)를 연산하는 제2연산수단(209c,9d)과, 상기 입력목표속도벡터의 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 감소하도록 상기 입력목표속도벡터(Vc)를 보정하는 제3연산수단(9e)을 포함하고, 상기 제2검출수단(270a~271b; 270a)으로부터의 신호에 의거하여 상기 특정 프론트 액츄에이터(3a,3b; 3a)의 부하압력의 변화에 관계없이 상기 조작수단의 조작신호에 따른 속도벡터가 되도록 상기 제2연산수단에서 계산한 입력목표속도벡터(Vc)를 보정하는 입력보정수단(209c)을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제2연산수단은 상기 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a,204b; 4a,4b)의 조작신호에 의거하여 입력목표 액츄에이터 속도를 계산하는 제5연산수단(209c)과, 상기 제5연산수단에서 계산한 입력목표 액츄에이터 속도로부터 상기 프론트장치의 입력목표속도벡터(Vc)를 연산하는 제6연산수단을 포함하고, 상기 입력보정수단은 상기 제5연산수단의 일부(209c)로서 구성되고, 상기 입력목표 액츄에이터 속도의 계산에 즈음하여 상기 특정 프론트 액츄에이터(3a,3b; 3a)의 입력목표 액츄에이터 속도를 상기 제2검출수단(270a~271b; 270a)에서 검출한 부하압력으로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 제5연산수단은, 상기 프론트장치(1A)에 관련되는 조작수단(204a,204b; 4a,4b)의 조작신호와 상기 제2검출수단(270a~271b; 270a)에서 검출한 부하압력으로부터 미리 설정한 특성에 의거하여 상기 입력목표 액츄에이터 속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
10. 제6항 또는 제9항에 있어서, 상기 미리 정한 특성은 상기 특정 프론트 액츄에이터(3a,3b; 3a)에 관련되는 유압제어밸브(5a,5b; 5a)의 유량부하특성에 의거하여 정해져 있는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
11. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 복수의 조작수단은 상기 조작신호에서 전기신호를 발생하는 전기 레버방식의 조작수단(204a~204f)이고, 상기 밸브제어수단은, 상기 제3연산수단(9e; 9e,9g)에서 보정한 목표속도벡터(Vca)에 의거하여 상기 해당하는 유량제어밸브(5a,5b)의 목표조작 지령치를 계산하고 그에 따른 전기신호를 출력하는 전기신호 생성수단(9f,209j,9k; 9f,9h,9i,209j,9k)과, 상기 전기신호를 유압신호로 변환하고, 이 유압신호를 해당하는 유량제어밸브(5a,5b)에 출력하는 전기유압 변환수단(210a~211b)을 포함하고, 상기 출력보정수단은 상기 전기신호 생성수단의 일부(209j)로서 구성되고, 상기 목표조작 지령치의 계산에 있어서, 상기 목표조작 지령치의 상기 특정 프론트 액츄에이터(3a,3b; 3a)에 관련되는 것을 상기 제2검출수단(270a~271b; 270a)에서 검출한 부하압력으로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
12. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 복수의 조작수단(4a~4f)은 상기 조작신호로서 파일럿압을 발생하는 유압파일럿 방식이고, 이 유압파일럿 방식의 조작수단을 포함하는 조작시스템이 해당하는 유압제어밸브(5a~5f)를 구동하고, 상기 밸브제어수단은, 상기 제3연산수단(9e; 9e,9g)에서 보정한 목표속도벡터(Vca)에 의거하여 상기 해당하는 유압제어밸브(5a,5b)의 목표조작 지령치를 계산하여, 그에 따른 전기신호를 출력하는 전기신호 생성수단(9f,209j,9k; 9f,9h,9i,209j,9k)과, 상기 전기신호에 따라 상기 조작수단의 파일럿압에 대치되는 파일럿압을 출력하는 파일럿압 보정수단(10a~11b,12)을 포함하고, 상기 출력보정수단은 상기 전기신호 생성수단의 일부(209j)로서 구성되고, 상기 목표조작 지령치의 계산에 있어서 상기 목표지령치의 상기 특정 프론트 액츄에이터(3a,3b; 3a)에 관련되는 것을 상기 제2검출수단(270a~271; 270a)에서 검출한 부하압력으로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 조작시스템은, 상기 프론트장치(1A)가 상기 설정영역으로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록 해당하는 유압제어밸브(5a)에 파일럿압을 인도하는 제1파일럿라인(44a)을 포함하고, 상기 파일럿압 보정수단은, 상기 전기신호를 유압신호로 변환하는 전기유압 변환수단(10a)과, 상기 제1파일럿라인 내의 파일럿압과 상기 전기유압 변환수단으로부터 출력된 유압신호의 고압측을 선택하여 해당하는 유압제어밸브에 인도하는 고압선택수단(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 조작시스템은, 상기 프론트장치(1A)가 상기 설정영역에 접근하는 방향으로 움직이도록 해당하는 유압제어밸브(5a/5b)에 파일럿압을 인도하는 제2파일럿라인(44b/45a/45b)을 포함하고, 상기 파일럿압 보정수단은 상기 제2파일럿라인에 설치되고, 상기 전기신호에 따라 상기 제2파일럿라인 내의 파일럿압력을 감압하는 감압수단(10b/11a/11b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
15. 제2항에 있어서, 상기 제3연산수단(9e)은, 상기 프론트장치(1A)가 상기 설정영역 내에서 그 경계근방에 없을 때는, 상기 입력목표속도벡터(Vc)를 유지하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
16. 제2항에 있어서, 상기 입력목표속도벡터(Vc)의 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분은 상기 설정영역의 경계에 대하여 수직방향의 벡터성분인 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
17. 제2항에 있어서, 상기 제3연산수단(9e)은, 상기 프론트장치(1A)와 상기 설정영역의 경계와의 거리가 작아짐에 따라 상기 입력목표속도벡터(Vc)의 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분의 감소량이 커지도록 해당 벡터성분을 감소시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
18. 제4항에 있어서, 상기 제3연산수단(9g)은, 상기 입력목표속도벡터(Vc)의 설정영역의 경계에 수직인 벡터성분을 보정하여 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분으로 바꿈으로써 상기 프론트장치(1A)가 상기 설정영역으로 되돌아가도록 상기 목표속도벡터(Vc)를 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
19. 제4항에 있어서, 상기 제3연산수단(9g)은, 상기 프론트장치(1A)와 상기 설정영역의 경계와의 거리가 작아짐에 따라 상기 설정영역의 경계에 접근하는 방향의 벡터성분을 작게 하도록 하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프론트장치(1A)는 유압셔블의 부움(1a)과 아암(1b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 특정의 프론트 액츄에이터는 적어도 상기 부움(1a)을 구동하는 부움실린더(3a)이고, 상기 제2검출수단이 적어도 부움올림 방향의 부하압력을 검출하는 수단(270a)인 것을 특징으로 하는 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치.